JP2011145221A - レーダ装置及びレーダ信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 妨害除去処理に際してメインローブに与える影響を低減する。
【解決手段】 アレーアンテナ部１０は、レーダ信号を受信する。レーダ制御部７０は、アレーアンテナ部１０によるレーダ信号の受信を妨害する妨害電波の方向を特定する。ビーム形成部４０は、アレーアンテナ部１０によって受信されたレーダ信号から、所望の受信ビームを形成し、レーダ制御部７０によって特定された方向に妨害除去のためのＳＬＣビームを形成する。ＳＬＣ処理部５０は、ビーム形成部４０によって形成されたＳＬＣビームを用いて、受信ビームから妨害電波の影響を除去する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、目標の検出を行なうレーダ装置及びレーダ信号処理方法に関する。

レーダ装置によって空中を飛しょうする目標を捜索、追尾する場合に、目標側ではレーダ装置に発見されることを避けようと、レーダ機能を妨害するための電波妨害が行なわれることがある。レーダ装置側では、このような電波妨害を除去するための妨害除去手段が種々開発されている。例えば特許文献１に開示されているレーダ信号処理装置では、主チャンネル信号から、補助チャンネル信号をアダプティブ処理することにより得られた信号を減算して不要波を抑圧し、メインローブを保持しやすくしている。

電波妨害を除去する手段の一つに、ＳＬＣ(sidelobe canceller)技術がある。継続的な妨害の大半は、レーダアンテナのサイドローブからの妨害である。このため、ＳＬＣ技術を用いることで、妨害方向のサイドローブの受信レベルを低減させ、妨害信号を除去することが行なわれている。

特開２００８−１１６３４５号公報（段落００３１）

従来のＳＬＣ技術では、妨害方向のサイドローブの受信レベル低減のために、角度範囲全体の受信レベルを低減させるようアンテナパターンを形成している。このため主アンテナのメインローブ方向でも受信レベルが大きく低減されてしまう。従って、ＳＬＣ処理を実施すると、主アンテナのメインローブが変形したり、測角誤差が増大したりして、レーダの性能に悪影響が生じることがあった。

本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、妨害除去処理に際してメインローブに与える影響を低減できるレーダ装置及びレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係るレーダ装置は、レーダ信号を受信する受信手段と、前記受信手段によるレーダ信号の受信を妨害する妨害電波の方向を特定する妨害方向特定手段と、前記受信手段によって受信されたレーダ信号から、所望の受信ビームを形成し、前記妨害方向特定手段によって特定された方向に妨害除去ビームを形成するビーム形成手段と、前記ビーム形成手段によって形成された前記妨害除去ビームを用いて、前記受信ビームから前記妨害電波の影響を除去する妨害除去手段を具備する。

また本発明の一実施形態に係るレーダ信号処理方法は、レーダ信号を受信するステップと、前記レーダ信号の受信を妨害する妨害電波の方向を特定するステップと、前記レーダ信号から所望の受信ビームを形成するステップと、前記特定された方向に妨害除去ビームを形成するステップと、前記妨害除去ビームを用いて、前記受信ビームから前記妨害電波の影響を除去するステップを備える。

本発明によれば、妨害除去処理に際してメインローブに与える影響を低減できるレーダ装置及びレーダ信号処理方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。 ビーム形成部が管理するビームスケジュールと、ビームスケジュールにおける各期間において行なわれる処理の概要を示す図。 妨害方向を特定せず、全角度範囲をカバーするよう形成されたＳＬＣビームの一例を示す図。 図２に示す処理によって妨害方向を特定して、特定された妨害方向に形成されたＳＬＣビームの一例を示す図。

以下、図面を参照して本発明によるレーダ装置の実施形態を説明する。

図１に示すように、レーダ装置は、アレーアンテナ部１０、Ａ／Ｄ変換器２０−１〜２０−ｎ、Ｉ／Ｑ検波部３０−１〜３０−ｎ、ビーム形成部４０、ＳＬＣ処理部５０、信号処理部６０、レーダ制御部７０、励振部８０、及び走査制御部９０を具備する。

アレーアンテナ部１０は、アンテナ素子１１−１〜１１−ｎ、及び対応する送受信モジュール１２−１〜１２−ｎを備える。

アンテナ素子１１−１〜１１−ｎが受信した受信信号（目標からの反射信号）は、対応する送受信モジュール１２−１〜１２−ｎに送られる。送受信モジュール１２−１〜１２−ｎは、受信信号に対して低雑音増幅や位相制御等の処理を行う。処理後の受信信号は、対応するＡ／Ｄ変換器２０−１〜２０−ｎに送信される。

Ａ／Ｄ変換器２０−１〜２０−ｎは、アナログの受信信号をデジタル信号に変換する。デジタル変換された受信信号は、対応するＩ／Ｑ検波部３０−１〜３０−ｎに送られる。

Ｉ／Ｑ検波部３０−１〜３０−ｎは、デジタル受信信号に対して直交検波を行い、複素形式のＩ(同相；In-phase)信号とＱ(直交；Quadrature)信号を生成する。生成されたＩ信号とＱ信号は、ビーム形成部４０に送られる。

ビーム形成部４０は、Ｉ信号及びＱ信号に基づいて所望の受信ビームを形成する。形成された受信ビームは、ＳＬＣ処理部５０に送信される。またビーム形成部４０は、レーダ制御部７０の制御に従って、妨害電波を除去するためのＳＬＣビームを形成する。

ＳＬＣ処理部５０は、受信ビームに対してＳＬＣ処理を行う。ＳＬＣ処理では、受信ビームからＳＬＣビームが減算される。これによって、受信ビームから妨害の影響が除去される。妨害の影響が除去された受信ビームは、信号処理部６０に送られる。

信号処理部６０は、受信ビームに対して受信電力算出、目標の位置情報検出等の所要の信号処理を行う。検出される目標の位置情報としては、目標との距離、目標の方位角、高低角、及びドップラー速度等がある。検出結果は、図示しない追随装置に送られ、目標の追尾に用いられてもよい。

レーダ制御部７０は、図２に示すようなレーダ受信装置におけるビームスケジュールを管理している。レーダ制御部７０が管理するビームスケジュールにおいては、捜索期間ＰＳ、ＰＤＳ(電波探知;passive detection system)期間ＰＰ、追尾期間ＰＴ等がスケジューリングされている。捜索期間ＰＳは、目標を捜索、検出するための期間であり、ＰＤＳ期間は、妨害電波を検出するための期間である。また、追尾期間ＰＴでは、目標の追尾のためにレーダ信号が用いられる。本実施形態においてはビームスケジュールの空き時間、又はＰＤＳ期間ＰＰに妨害波の方向を特定する処理を行う。

励振部８０は、レーダ制御部７０からの指示に従って、送受信モジュール１２−１〜１２−ｎに励振信号を出力する。走査制御部９０は、レーダ制御部７０からの指示に従って、送受信モジュール１２−１〜１２−ｎに走査制御信号を出力する。送受信モジュール１２−１〜１２−ｎは、走査制御部９０からの走査制御信号に応じて、アンテナ素子１１−１〜１１−ｎの位相及び振幅を設定する。

アンテナ素子１１−１〜１１−ｎは、励振部８０から送られた励振信号に応じて、設定された位相及び振幅で送信電波を発射する。

次に、以上のように構成されたレーダ装置の動作について説明する。

図２は、ビーム形成部７０が管理するビームスケジュールと、ビームスケジュールにおける各期間において行なわれる処理の概要を示す図である。

図２に示すように、ビームスケジュールにおいては、捜索期間ＰＳ、ＰＤＳ期間ＰＰ、及び追尾期間ＰＴの各期間が繰り返し設定されている。捜索期間ＰＳには目標の捜索及び検出処理が行なわれ、ＰＤＳ期間ＰＰには妨害電波を検出するＰＤＳ処理が行なわれ、追尾期間ＰＴには目標の追尾処理が行われる。

本実施形態では、捜索、ＰＤＳ処理、追尾のいずれもスケジューリングされておらず、レーダ動作を実施していない期間の一部または全部を、妨害方向特定のための妨害方向特定期間ＰＥとして設定する。

妨害方向特定期間ＰＥには、レーダ制御部７０の制御に従って、妨害方向特定処理が行われる（ステップＳ１）。この妨害方向特定処理は、図２に示すように、ＰＤＳ期間ＰＰに行われてもよい。妨害方向特定処理においては、例えば２次元のＦＦＴ(fast fourier transform)等のマルチビーム形成が行なわれる。２次元ＦＦＴの結果、受信信号レベルが基準値を超えた方向が妨害方向として検出される。２次元でＦＦＴを行うと、妨害が存在する方向及び仰角を求めることができる。また、複数の妨害方向を検出することもできる。

ビーム形成部４０では、レーダ制御部７０の制御に従ってＳＬＣビームが形成される（ステップＳ２）。本実施形態に係るビーム形成部４０は、ステップＳ１で特定された妨害方向にビーム幅の狭いＳＬＣビームを形成する。またビーム形成部４０は、捜索期間ＰＳ及び追尾期間ＰＴに、ビームスケジュールに従った方向に受信ビームを形成する（ステップＳ３）。ビーム形成部４０が形成したＳＬＣビーム及び受信ビームはＳＬＣ処理部５０に送られる。

ＳＬＣ処理部５０は、ビーム形成部４０から出力された受信ビーム及びＳＬＣビームを使用してＳＬＣ処理を実施し、処理結果を信号処理部６０へ出力する（ステップＳ４）。ＳＬＣ処理によって、妨害信号を除去することができる。

次に、上述の処理による妨害信号の除去の効果について説明する。

図３は、妨害方向を特定せず、全角度範囲をカバーするよう形成されたＳＬＣビームの一例を示す図である。図３では横軸が角度を、縦軸が受信レベルを表す。また実線は受信ビームを、点線はＳＬＣビームを示す。

図３に示す例では、妨害方向のサイドローブを抑圧するためにＳＬＣビーム形成されこのＳＬＣビームでは、メインローブの方向のレベルが高くなっている。このためＳＬＣ処理が実行されると、メインローブ方向の受信ビームが大きく抑制されてしまう。従って、主アンテナのメインローブが変形してしまいかねない。またこれによって測角誤差が生じてしまうこともある。

図４は、図２に示す処理によって妨害方向を特定して、特定された妨害方向に形成されたＳＬＣビームの一例を示す図である。図４では横軸が角度を、縦軸が受信レベルを表す。また実線は受信ビームを、点線はＳＬＣビームを示す。ここでは、図３に示す場合よりもビーム幅の狭いＳＬＣビームが形成されている。

図４に示す例では、特定された妨害方向にＳＬＣビームが形成されている。このため、メインローブ方向のＳＬＣビームのレベルが、図３の場合に比べて低く抑えられている。従って、ＳＬＣ処理が実行されても、主アンテナのメインローブに与える影響を小さくすることができる。すなわち、妨害方向を特定しない場合に比べて、主アンテナのメインローブ形状を維持することが可能となる。また測角時の測角誤差を低減することも可能となる。

以上述べたように、本実施形態に係るレーダ装置では、目標の捜索又は目標の追尾のためにレーダを動作させていない時間に妨害方向を特定する処理を実施する。そして、特定した妨害方向にビーム幅の狭いＳＬＣビームを形成する。更に、このＳＬＣビームを用いてＳＬＣ処理が実施される。これにより、メインローブに影響を与えないＳＬＣ処理を実施可能とした。

なお、上述の説明では、ステップＳ１で妨害方向特定した後、ステップＳ２でＳＬＣビームを形成してステップＳ３でＳＬＣ処理を行った。しかしながら、妨害が無く、ステップＳ１で妨害電波が検出されないこともある。このように、ステップＳ１で妨害電波が検出されない場合は、ステップＳ２のＳＬＣビームの形成を行わなくてもよい。この場合ステップＳ４では、ＳＬＣ処理部５０によるＳＬＣ処理を行わず、信号処理部６０による信号処理のみが行われてもよい。すなわち、妨害の有無に応じてＳＬＣ処理実行のＯＮ／ＯＦＦを切換えるよう構成することも可能である。

本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、１つの実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの実施形態に示される構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。

１０…アレーアンテナ部、１１−１〜１１−ｎ…アンテナ素子、１２−１〜１２−ｎ…送受信モジュール、２０−１〜２０−ｎ…Ａ／Ｄ変換器、３０−１〜３０ｎ…Ｉ／Ｑ検波部、４０…ビーム形成部、５０…ＳＬＣ処理部、６０…信号処理部、７０…レーダ制御部、８０…励振部、９０…走査制御部。

Claims (5)

1. レーダ信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段によるレーダ信号の受信を妨害する妨害電波の方向を特定する妨害方向特定手段と、
   前記受信手段によって受信されたレーダ信号から、所望の受信ビームを形成し、前記妨害方向特定手段によって特定された方向に妨害除去ビームを形成するビーム形成手段と、
   前記ビーム形成手段によって形成された前記妨害除去ビームを用いて、前記受信ビームから前記妨害電波の影響を除去する妨害除去手段と、
   を具備するレーダ装置。
2. 前記妨害除去手段は、前記妨害除去ビーム及び前記受信ビームに対してＳＬＣ(sidelobe canceller)処理を行って、前記妨害電波の影響を除去する請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記妨害方向特定手段は、２次元のＦＦＴ(fast fourier transform)処理を行い、処理の結果、受信信号レベルが所定の基準値を超えた方向を前記妨害電波の方向として特定する請求項１に記載のレーダ装置。
4. 前記ビーム形成手段は、前記妨害方向特定手段が特定した方向に、ビーム幅の狭い妨害除去ビームを形成する請求項１に記載のレーダ装置。
5. レーダ信号を受信するステップと、
   前記レーダ信号の受信を妨害する妨害電波の方向を特定するステップと、
   前記レーダ信号から所望の受信ビームを形成するステップと、
   前記特定された方向に妨害除去ビームを形成するステップと、
   前記妨害除去ビームを用いて、前記受信ビームから前記妨害電波の影響を除去するステップと、
   を備えるレーダ信号処理方法。

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