JP2011257376A - レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】目標が予め分かっていない状態でも瞬時に受信電力が最大となる最適偏波が送信可能な偏波制御型のレーダ装置を得る。
【解決手段】レーダ装置は、異なる偏波状態を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナと、異なる偏波状態の信号をアレーアンテナに出力する2つの送信機と、異なる偏波状態の受信信号として出力する2つの受信機と、2つの受信信号それぞれに対して直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、2つの受信機のいずれかを符号分離手段に接続する第2の切換手段と、各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、受信電力が最大となる偏波状態に基づいて送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、を備え、前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信される。
【選択図】図1
【解決手段】レーダ装置は、異なる偏波状態を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナと、異なる偏波状態の信号をアレーアンテナに出力する2つの送信機と、異なる偏波状態の受信信号として出力する2つの受信機と、2つの受信信号それぞれに対して直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、2つの受信機のいずれかを符号分離手段に接続する第2の切換手段と、各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、受信電力が最大となる偏波状態に基づいて送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、を備え、前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信される。
【選択図】図1
Description
この発明は、レーダ装置に関し、特に同一周波数で垂直・水平偏波など直交する2つの偏波が送信可能な偏波制御型のレーダ装置に関するものである。
従来の、複数の偏波を切り換えたり、合成したりするレーダ装置は、送受信アンテナ、水平偏波系回路、垂直偏波系回路、偏波切換スイッチ、サーキュレータ、送信機、受信機、目標検出回路、目標追尾回路、偏波制御回路、偏波特性テーブルを有する。
そして、送信機から出力された垂直または水平偏波の両方の送信信号は、サーキュレータを経て偏波切換スイッチに入力される。送信開始時にはいずれかの偏波を選択するが、ここでは例として垂直偏波を選択する。この送信信号は偏波切換スイッチにより垂直偏波が選択され、垂直偏波系回路を経て送受信アンテナから送信される。目標から反射された電波は、送受信アンテナで垂直偏波成分を受信した後、垂直偏波系回路と偏波切換スイッチ、サーキュレータを経て受信機に出力される。受信信号は信号処理され、目標検出回路にて目標検出がされる。これにより目標の位置が距離および方位として出力される。この目標位置情報に基づいて、目標追尾回路において目標追尾され、これにより目標の水平面内の速度ベクトルが測定される。
そして、送信機から出力された垂直または水平偏波の両方の送信信号は、サーキュレータを経て偏波切換スイッチに入力される。送信開始時にはいずれかの偏波を選択するが、ここでは例として垂直偏波を選択する。この送信信号は偏波切換スイッチにより垂直偏波が選択され、垂直偏波系回路を経て送受信アンテナから送信される。目標から反射された電波は、送受信アンテナで垂直偏波成分を受信した後、垂直偏波系回路と偏波切換スイッチ、サーキュレータを経て受信機に出力される。受信信号は信号処理され、目標検出回路にて目標検出がされる。これにより目標の位置が距離および方位として出力される。この目標位置情報に基づいて、目標追尾回路において目標追尾され、これにより目標の水平面内の速度ベクトルが測定される。
一般に物体のレーダ断面積は寸法や形状、及びレーダから見た姿勢により変化するが、あらかじめ寸法、形状が分かっている目標については、垂直及び水平偏波に対するレーダ断面積を解析的に予測することが可能である。これより追尾結果の速度ベクトルから偏波特性テーブルを参照することにより、垂直偏波または水平偏波のいずれかのレーダ断面積が大きいかわかる。これにより、偏波制御回路において偏波特性テーブルからレーダ断面積が大きくなるように垂直もしくは水平偏波が選択され、偏波切換スイッチにより最適な偏波に切り換える。以上のようにレーダ断面積を大きく保ちつつ送受信することができ、目標検出率を向上させることができる(例えば、特許文献1参照)。
ところで、従来のレーダ装置には複数の偏波を切り換える手段が備えられており、一度に垂直または水平偏波のみ送信可能である。目標は常に動いているため、姿勢も常に変化している状態なので、垂直偏波と水平偏波だけが最適な偏波とは限らない。また、最初に垂直偏波で送信し、その後水平偏波で送信し目標のレーダ断面積が最大となる最適偏波を見つけるとなるとリアルタイム性が失われる。
また、実際にレーダを運用させる場合、目標は不定であるため、従来技術は目標があらかじめ分かっているときのみに有効である。
また、実際にレーダを運用させる場合、目標は不定であるため、従来技術は目標があらかじめ分かっているときのみに有効である。
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、目標が予め分かっていない状態でも瞬時に受信電力が最大となる最適偏波が送信可能な偏波制御型のレーダ装置を得ることを目的とする。
この発明に係るレーダ装置は、異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、直交符号を生成する直交符号生成手段と、任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する2つの送信機と、前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する2つの受信機と、前記2つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、前記各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、前記符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と、前記受信電力が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第1の切換手段と、前記2つの受信機のいずれかを前記符号分離手段に接続する第2の切換手段と、を備え、前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信される。
この発明に係るレーダ装置は、任意のレーダ波形と直交符号に基づいて生成される信号を異なる偏波成分を有する2つの信号をアレーアンテナから同時に送信する2つの送信機と、目標から反射される反射信号を同時に異なる偏波成分を有する2つの信号として受信する2つの受信機と、を備えているので、高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
以下、本発明のレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態1に係るレーダ装置は、同時に同一周波数で異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナからなる送受信アンテナ1、垂直偏波系回路2、水平偏波系回路3、垂直偏波系回路2の送受切換機4、水平偏波系回路3の送受切換機5、垂直偏波系回路2の送信機6、垂直偏波系回路2の受信機7、水平偏波系回路3の送信機8、水平偏波系回路3の受信機9、符号分離回路14、及び、垂直偏波系回路2の受信機7または水平偏波系回路3の受信機9のいずれか一方を符号分離回路14に接続して受信信号を切換える受信機切換スイッチ10を有する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態1に係るレーダ装置は、同時に同一周波数で異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナからなる送受信アンテナ1、垂直偏波系回路2、水平偏波系回路3、垂直偏波系回路2の送受切換機4、水平偏波系回路3の送受切換機5、垂直偏波系回路2の送信機6、垂直偏波系回路2の受信機7、水平偏波系回路3の送信機8、水平偏波系回路3の受信機9、符号分離回路14、及び、垂直偏波系回路2の受信機7または水平偏波系回路3の受信機9のいずれか一方を符号分離回路14に接続して受信信号を切換える受信機切換スイッチ10を有する。
また、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置は、直交符号を生成する直交符号生成回路11、任意のレーダ波形を生成する任意波形生成回路13、受信電力が最大になる偏波状態を推定する偏波推定回路15、合成回路16、信号処理回路17、偏波制御回路18、及び、直交符号生成回路11または偏波制御回路18のいずれか一方を任意波形生成回路13に接続する切換スイッチ12を有する。
図2は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップS1で、直交符号生成回路11により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ12は直交符号生成回路11を選択する。直交符号には、例えばM系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
次に、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップS1で、直交符号生成回路11により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ12は直交符号生成回路11を選択する。直交符号には、例えばM系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
次に、ステップS2で、任意波形生成回路13によりパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路11より生成した直交符号を重畳し送信機6、8へ入力する。
次に、ステップS3で、目標方向に対するビームを形成する。
次に、ステップS4で、送信機6から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機4を経て送受信アンテナ1に入力される。また、送信機8から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機5を得て送受信アンテナ1に入力される。送受信アンテナ1から垂直偏波と水平偏波の直交2偏波が同時に同一周波数で送信される。
次に、ステップS3で、目標方向に対するビームを形成する。
次に、ステップS4で、送信機6から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機4を経て送受信アンテナ1に入力される。また、送信機8から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機5を得て送受信アンテナ1に入力される。送受信アンテナ1から垂直偏波と水平偏波の直交2偏波が同時に同一周波数で送信される。
次に、ステップS5で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が送受切換機4を経て受信機7に出力される。次に、水平偏波成分の信号が送受切換機5を経て受信機9に出力される。受信機7と受信機9からの受信信号が受信機切換スイッチ10に入力される。ここで、受信機切換スイッチ10は垂直偏波系回路2の受信機7と水平偏波系回路3の受信機9のどちらかを選択するが、ここではまず垂直偏波系回路2の受信機7とする。
次に、ステップS6で、垂直偏波成分を分離する。受信機7からの信号は受信機切換スイッチ10を経て符号分離回路14に入力される。符号分離回路14に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分と水平偏波で送信した時の垂直偏波成分が混合しているので、直交符号生成回路11の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をVV成分とし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をVH成分とする。Vは垂直偏波を表し、Hは水平偏波を表す。また、表記順番は、(受信)―(送信)成分とする。符号分離された各偏波成分、VV成分とVH成分が偏波推定回路15と合成回路16に入力される。
次に、ステップS7で、水平偏波成分を分離する。受信機切換スイッチ10の接続を水平偏波系回路3の受信機9に切り換える。受信機9からの信号は受信機切換スイッチ10を経て符号分離回路14に入力される。符号分離回路14に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分と水平偏波で送信した時の水平偏波成分が混合しているので、直交符号生成回路の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をHV成分とし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をHH成分とする。符号分離された各偏波成分、HV成分とHH成分が偏波推定回路15と合成回路16に入力される。
各偏波成分の抽出方法は以下の通りである。垂直偏波用の直交符号をa1とし、水平偏波用の直交符号をa2とする。任意波形生成回路13によって生成される垂直偏波用の信号をx1、水平偏波用の信号をx2とする。これより送信信号yは式(1)で表される。
ここで添え字のVは垂直偏波を表し、Hは水平偏波を表し、括弧内の信号がそれぞれの偏波によって送信される。式(1)で与えられる送信信号yを送信し、目標物に反射し、反射信号y’は式(2)で表される。
ここでA、B、C、Dは反射後のそれぞれの偏波成分の強度を含む複素数で表される定数である。反射信号y’を垂直偏波系回路2で受信すると式(3)で表される信号y’Vが得られる。
また、水平偏波系回路3で受信すると式(4)で表される信号y’Hが得られる。
式(3)で表される信号y’Vに垂直偏波用の直交符号a1を掛けると、直交関係により垂直偏波で送信した垂直偏波成分SVVが抽出できる。
また、式(3)で表される信号y’Vに水平偏波用の直交符号a2を掛けると、直交関係により水平偏波で送信した垂直偏波成分SVHが抽出できる。
同様に、式(4)で表される信号y’Hに垂直偏波用の直交符号a1を掛けると、直交関係により垂直偏波で送信した水平偏波成分SHVが抽出できる。
また、式(4)で表される信号y’Hに水平偏波用の直交符号a2を掛けると、直交関係により水平偏波で送信した水平偏波成分SHH成分が抽出できる。
また、式(3)で表される信号y’Vに水平偏波用の直交符号a2を掛けると、直交関係により水平偏波で送信した垂直偏波成分SVHが抽出できる。
同様に、式(4)で表される信号y’Hに垂直偏波用の直交符号a1を掛けると、直交関係により垂直偏波で送信した水平偏波成分SHVが抽出できる。
また、式(4)で表される信号y’Hに水平偏波用の直交符号a2を掛けると、直交関係により水平偏波で送信した水平偏波成分SHH成分が抽出できる。
次に、ステップS8で、最適偏波を推定する。偏波推定回路15に入力された各偏波成分、すなわちSVV、SVH、SHV、SHHにより受信電力が最大となる偏波を推定する。推定結果を偏波制御回路18に出力する。
次に、ステップS9で、最適偏波を送信する。偏波制御回路18により受信電力が最大となる偏波が選択され、任意波形生成回路13で垂直偏波用と水平偏波用に同一の信号を生成し、垂直偏波系回路2の送信機6と水平偏波系回路3の送信機8に入力する。ここで切換スイッチ12は偏波制御回路18を選択する。これにより受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
次に、ステップS9で、最適偏波を送信する。偏波制御回路18により受信電力が最大となる偏波が選択され、任意波形生成回路13で垂直偏波用と水平偏波用に同一の信号を生成し、垂直偏波系回路2の送信機6と水平偏波系回路3の送信機8に入力する。ここで切換スイッチ12は偏波制御回路18を選択する。これにより受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
最適偏波推定方法は以下の通りである。各偏波成分、すなわちSVV、SVH、SHV、SHHにより目標の散乱行列[S]を推定する。散乱行列[S]は式(5)で与える。
ここで式(5)の各要素SVV、SVH、SHV、SHHは式(6)、式(7)、式(8)、式(9)に対応する。
送信時における偏波状態と受信時における偏波状態が異なる時の受信電力Pxは式(10)で表される。
また、送信時における偏波状態と受信時における偏波状態が等しい時の受信電力Pcは式(11)で表される。
ここでρは偏波比を示し、式(12)で表される。
EAとEBの関係は図3に示す。式(6)が0のときの偏波比ρが受信電力最大となる偏波比ρで、式(7)が0のときの偏波比ρが受信電力最小となる偏波比ρとなるので、式(13)、式(14)から最適偏波を推定できる。ここでτ、εは図3に示す偏波の角度パラメータである。
次に、ステップS10で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波成分の信号を合成する。合成回路16に入力された各偏波成分SVV、SVH、SHV、SHHを用いて信号対雑音電力比が最大となるように合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路17に入力する。
次に、ステップS11で、信号処理回路17において目標を検出したり、目標を追尾したりするなどレーダ信号処理を実行する。
次に、ステップS11で、信号処理回路17において目標を検出したり、目標を追尾したりするなどレーダ信号処理を実行する。
この発明の実施の形態1に係るレーダ装置では、任意のレーダ波形と直交符号に基づいて生成される信号を異なる偏波成分を有する2つの信号をアレーアンテナから同時に送信する2つの送信機と、目標から反射される反射信号を同時に異なる偏波成分を有する2つの信号として受信する2つの受信機と、を備えているので、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、各偏波情報を取得することで、高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
なお、上述の実施の形態1では異なる偏波成分を有する複数の信号の一例として直交する偏波成分を有する2つの信号を用いたが、これに限るものではない。
なお、上述の実施の形態1では異なる偏波成分を有する複数の信号の一例として直交する偏波成分を有する2つの信号を用いたが、これに限るものではない。
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態2に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の受信機切換スイッチ10を省略し、代わりにもう1つ符号分離回路19を追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
図4は、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態2に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の受信機切換スイッチ10を省略し、代わりにもう1つ符号分離回路19を追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
垂直偏波系回路2の受信機7が受信した信号は一方の符号分離回路14に送信され、水平偏波系回路3の受信機9が受信した信号は他方の符号分離回路19に送信され、同時に符号分離することが可能となる。
図5は、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップS1で、直交符号生成回路11により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ12は直交符号生成回路11を選択する。直交符号には、例えばM系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
次に、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップS1で、直交符号生成回路11により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ12は直交符号生成回路11を選択する。直交符号には、例えばM系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
次に、ステップS2で、任意波形生成回路13によりパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路11より生成した直交符号を重畳し送信機6、8へ入力する。
次に、ステップS3で、目標方向に対してビームを形成する。
次に、ステップS4で、送信機6から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機4を経て送受信アンテナ1に入力される。また、送信機8から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機5を得て送受信アンテナ1に入力される。送受信アンテナ1から垂直偏波と水平偏波の直交2偏波が同時に同一周波数で送信される。
次に、ステップS3で、目標方向に対してビームを形成する。
次に、ステップS4で、送信機6から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機4を経て送受信アンテナ1に入力される。また、送信機8から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機5を得て送受信アンテナ1に入力される。送受信アンテナ1から垂直偏波と水平偏波の直交2偏波が同時に同一周波数で送信される。
次に、ステップS5で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が送受切換機4を経て受信機7に出力される。次に、水平偏波成分の信号が送受切換機5を経て受信機9に出力される。受信機7と受信機9からの受信信号が受信機切換スイッチ10に入力される。受信機7からの受信信号が符号分離回路14に入力され、受信機9からの受信信号が符号分離回路19に入力される。
次に、ステップS6で、垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
受信機7からの信号は符号分離回路14に入力される。符号分離回路14に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分SVVと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分SVHが混合しているので、直交符号生成回路11の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSVVとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSVHとする。符号分離された各偏波成分SVV、SVHが偏波推定回路15と合成回路16に入力される。
受信機7からの信号は符号分離回路14に入力される。符号分離回路14に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分SVVと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分SVHが混合しているので、直交符号生成回路11の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSVVとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSVHとする。符号分離された各偏波成分SVV、SVHが偏波推定回路15と合成回路16に入力される。
受信機9からの信号は符号分離回路19に入力される。符号分離回路19に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分SHVと水平偏波で送信した時の水平偏波成分SHHが混合しているので、直交符号生成回路11の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分SHVとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分SHHとする。符号分離された各偏波成分SHVとSHHが偏波推定回路15と合成回路16に入力される。
次に、ステップS7で、最適偏波を推定する。偏波推定回路15に入力された各偏波成分SVV、SVH、SHV、SHHにより受信電力が最大となる偏波を推定する。推定結果を偏波制御回路18に出力する。
次に、ステップS8で、最適偏波を送信する。偏波制御回路18により受信電力が最大となる偏波を垂直偏波系回路2の送信機6と水平偏波系回路3の送信機8に入力する。ここで切換スイッチ12は偏波制御回路18との接続を選択する。これにより受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
次に、ステップS8で、最適偏波を送信する。偏波制御回路18により受信電力が最大となる偏波を垂直偏波系回路2の送信機6と水平偏波系回路3の送信機8に入力する。ここで切換スイッチ12は偏波制御回路18との接続を選択する。これにより受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
次に、ステップS9で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。合成回路16に入力された各偏波成分SVV、SVH、SHV、SHHを用いて信号対雑音電力比が最大となるように合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路17に入力する。
次に、ステップS10で、信号処理回路17において目標を検出したり、目標を追尾したりするなどレーダ信号処理を実行する。
次に、ステップS10で、信号処理回路17において目標を検出したり、目標を追尾したりするなどレーダ信号処理を実行する。
この発明の実施の形態2に係るレーダ装置では、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、また、垂直偏波系回路2の受信機7と水平偏波系回路3の受信機9を切換えずに同時に受信し、各偏波情報を取得することで、より高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
実施の形態3.
図6は、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態3に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置に偏波推定回路15と偏波制御回路18の間に偏波予測回路20を追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
偏波予測回路20は、事前に算出した最適偏波情報から次の最適偏波を予測する。
図6は、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態3に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置に偏波推定回路15と偏波制御回路18の間に偏波予測回路20を追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
偏波予測回路20は、事前に算出した最適偏波情報から次の最適偏波を予測する。
図7は、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップS1で、直交符号生成回路11により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ12は直交符号生成回路11を選択する。直交符号には、例えばM系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
次に、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置の動作をフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップS1で、直交符号生成回路11により直交符号が生成される。ここで切換スイッチ12は直交符号生成回路11を選択する。直交符号には、例えばM系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
次に、ステップS2で、任意波形生成回路13によりパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路11より生成した直交符号を重畳し送信機6、8へ入力する。
次に、ステップS3で、目標方向に対してビームを形成する。
次に、ステップS4で、送信機6から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機4を経て送受信アンテナ1に入力される。また、送信機8から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機5を得て送受信アンテナ1に入力される。送受信アンテナ1から垂直偏波と水平偏波の直交2偏波が同時に同一周波数で送信される。
次に、ステップS3で、目標方向に対してビームを形成する。
次に、ステップS4で、送信機6から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換機4を経て送受信アンテナ1に入力される。また、送信機8から水平偏波用の信号を出力し、送受切換機5を得て送受信アンテナ1に入力される。送受信アンテナ1から垂直偏波と水平偏波の直交2偏波が同時に同一周波数で送信される。
次に、ステップS5で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が送受切換機4を経て受信機7に出力される。次に、水平偏波成分の信号が送受切換機5を経て受信機9に出力される。受信機7と受信機9からの受信信号が受信機切換スイッチ10に入力される。受信機7からの受信信号が符号分離回路14に入力され、受信機9からの受信信号が符号分離回路19に入力される。
次に、ステップS6で、垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
受信機7からの信号は符号分離回路14に入力される。符号分離回路14に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分SVVと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分SVHが混合しているので、直交符号生成回路11の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSVVとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSVHとする。符号分離された各偏波成分SVVとSVHが偏波推定回路15と合成回路16に入力される。
受信機7からの信号は符号分離回路14に入力される。符号分離回路14に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分SVVと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分SVHが混合しているので、直交符号生成回路11の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSVVとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSVHとする。符号分離された各偏波成分SVVとSVHが偏波推定回路15と合成回路16に入力される。
受信機9からの信号は符号分離回路19に入力される。符号分離回路19に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分SHVと水平偏波で送信した時の水平偏波成分SHHが混合しているので、直交符号生成回路11の直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分SHVとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分SHHとする。符号分離された各偏波成分SHVとSHH成分が偏波推定回路15と合成回路16に入力される。
次に、ステップS8で、最適偏波を推定する。偏波推定回路15に入力された各偏波成分SVV、SVH、SHV、SHHにより受信電力が最大となる偏波を推定する。推定結果を偏波制御回路18に出力する。
次に、ステップS8で、最適偏波の予測が可能か判定する。目標が移動体であった場合、たえず動き続けるため姿勢も変化し、受信電力が最大となる最適偏波も変化する。従って高速に追尾するためには最適偏波を予測する必要がある。そして、最適偏波の予測には所定のデータ数が揃っていることが必要であるので、最適偏波の予測が可能か否かを所定のデータ数が揃っているか否かで判定する。所定のデータ数が揃っているときにはステップS9に進み、所定のデータ数が揃っていないときにはステップS1に戻る。
次に、ステップS9で、最適偏波を予測する。
次に、ステップS9で、最適偏波を予測する。
次に、ステップS10で、最適偏波を送信する。ここで切換スイッチ12は偏波制御回路18を選択する。しばらく予測値に応じて最適偏波を送信するが、予測値と実際の最適偏波がずれてくる可能性もあるので、一定時間ごとに切換スイッチ12を直交符号生成回路11に切り換え、最適偏波を推定し予測値の補正も行う。
次に、ステップS11で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。合成回路16に入力された各偏波成分、すなわち、VV成分、VH成分、HV成分、HH成分を用いて信号対雑音電力比が最大となるように各偏波成分を合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路17に入力する。
次に、ステップS12で、信号処理回路17により目標の追尾などレーダ信号処理を実行する。
次に、ステップS12で、信号処理回路17により目標の追尾などレーダ信号処理を実行する。
この発明の実施の形態3に係るレーダ装置では、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、また、垂直偏波系回路2の受信機7と水平偏波系回路3の受信機9を切換えずに同時に受信し、各偏波情報を取得することで、より高速に受信電力が最大となる偏波を推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
実施の形態4.
上述の実施の形態1〜3に係るレーダ装置では目標の受信電力が最大となる偏波を推定しているが、実際の運用ではクラッタや干渉波による影響があるので、本実施の形態4に係るレーダ装置ではクラッタを抑圧しつつ、目標からの受信電力が最大となるような偏波を推定する。
上述の実施の形態1〜3に係るレーダ装置では目標の受信電力が最大となる偏波を推定しているが、実際の運用ではクラッタや干渉波による影響があるので、本実施の形態4に係るレーダ装置ではクラッタを抑圧しつつ、目標からの受信電力が最大となるような偏波を推定する。
図8は、この発明の実施の形態4に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態4に係るレーダ装置は、垂直偏波に対応可能な送受信アンテナ11〜1N、水平偏波に対応可能な送受信アンテナ1N+1〜12N、垂直偏波系回路21〜2N、水平偏波系回路31〜3N、直交符号を生成する直交符号生成回路11、任意のレーダ波形を生成する任意波形生成回路13、垂直偏波系の符号分離回路141〜14M、水平偏波系の符号分離回路191〜19M、偏波推定回路15、合成回路16、レーダ信号処理回路17、偏波制御回路18、直交符号生成回路11と偏波制御回路18の切換スイッチ12、垂直偏波系の送信ビーム形成回路241〜24M、垂直偏波系の受信ビーム形成回路251〜25M、水平偏波系の送信ビーム形成回路261〜26M、水平偏波系の受信ビーム形成回路271〜27Mを備える。
この発明の実施の形態4に係るレーダ装置は、垂直偏波に対応可能な送受信アンテナ11〜1N、水平偏波に対応可能な送受信アンテナ1N+1〜12N、垂直偏波系回路21〜2N、水平偏波系回路31〜3N、直交符号を生成する直交符号生成回路11、任意のレーダ波形を生成する任意波形生成回路13、垂直偏波系の符号分離回路141〜14M、水平偏波系の符号分離回路191〜19M、偏波推定回路15、合成回路16、レーダ信号処理回路17、偏波制御回路18、直交符号生成回路11と偏波制御回路18の切換スイッチ12、垂直偏波系の送信ビーム形成回路241〜24M、垂直偏波系の受信ビーム形成回路251〜25M、水平偏波系の送信ビーム形成回路261〜26M、水平偏波系の受信ビーム形成回路271〜27Mを備える。
図9は、この発明の実施の形態4に係る垂直偏波系回路の機能ブロック図である。図10は、この発明の実施の形態4に係る水平偏波系回路の機能ブロック図である。
垂直偏波系回路21〜2Nは、回路構成が同じであり、垂直偏波系回路21は、送受信切換機4、送信機7、受信機6を備える。
また、水平偏波系回路31〜3Nは、回路構成が同じであり、水平偏波系回路31は、送受信切換機5、送信機8、受信機9を備える。
垂直偏波系回路21〜2Nは、回路構成が同じであり、垂直偏波系回路21は、送受信切換機4、送信機7、受信機6を備える。
また、水平偏波系回路31〜3Nは、回路構成が同じであり、水平偏波系回路31は、送受信切換機5、送信機8、受信機9を備える。
なお、以下の説明では素子数をN、クラッタや干渉波の数をMとして説明する。
また、送受信アンテナ11〜12Nは、実施の形態1に係る送受信アンテナ1と同様であるので、説明は省略する。
また、送受信アンテナ11〜12Nは、実施の形態1に係る送受信アンテナ1と同様であるので、説明は省略する。
図11は、この発明の実施の形態4に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態4に係るレーダ装置の動作を説明する。
まずステップS1で、直交符号生成回路11により目標に対する垂直偏波と水平偏波用の2つの直交符号を生成する。ここで切換スイッチ12は直交符号生成回路11を選択する。直交符号には、例えばM系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
次に、この発明の実施の形態4に係るレーダ装置の動作を説明する。
まずステップS1で、直交符号生成回路11により目標に対する垂直偏波と水平偏波用の2つの直交符号を生成する。ここで切換スイッチ12は直交符号生成回路11を選択する。直交符号には、例えばM系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
次にステップS2で、直交符号生成回路11によりクラッタに対する垂直偏波と水平偏波用の2つの直交符号を生成する。
次にステップS3で、任意波形生成回路13により目標用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路11より生成した目標用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路241、261へ入力する。ここで送信ビーム形成回路241、261に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
次にステップS3で、任意波形生成回路13により目標用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路11より生成した目標用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路241、261へ入力する。ここで送信ビーム形成回路241、261に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
次にステップS4で、任意波形生成回路13によりクラッタ用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路11より生成したクラッタ用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路242、262へ入力する。ここで送信ビーム形成回路242、262に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
次にステップS5で、送信ビーム形成回路241、261によりクラッタ方向に対して低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、送信機6、8へ入力する。
次にステップS6で、送信ビーム形成回路242、262により目標方向に対して低サイドローブとなるクラッタ用のビームを形成し、送信機6、8へ入力する。
次にステップS6で、送信ビーム形成回路242、262により目標方向に対して低サイドローブとなるクラッタ用のビームを形成し、送信機6、8へ入力する。
次にステップS7で、垂直偏波用の信号が送信機6から出力され、送受切換器4を経て垂直偏波用送受信アンテナ11〜1Nに入力される。また、水平偏波用の信号が送信機8から出力され、送受切換器5を経て水平偏波用送受信アンテナ1N+1〜12Nに入力される。送受信アンテナ11〜12Nから目標に対して垂直偏波と水平偏波の直交2偏波とクラッタに対して垂直偏波と水平偏波の直交2偏波がそれぞれ同時に同一周波数で送信される。
次にステップS8で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路21〜2Nの送受切換機4を経て受信機7に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路31〜3Nの送受切換機5を経て受信機9に出力される。
受信機7と受信機9からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路251、271に入力される。そして受信ビーム形成回路251、271から符号分離回路141と符号分離回路191に入力される。
同時に、クラッタより反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路21〜2Nの送受切換機4を経て受信機7に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路31〜3Nの送受切換機5を経て受信機9に出力される。
受信機7と受信機9からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路252、272に入力される。そして受信ビーム形成回路252、272から符号分離回路142と符号分離回路192に入力される。
受信機7と受信機9からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路251、271に入力される。そして受信ビーム形成回路251、271から符号分離回路141と符号分離回路191に入力される。
同時に、クラッタより反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路21〜2Nの送受切換機4を経て受信機7に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路31〜3Nの送受切換機5を経て受信機9に出力される。
受信機7と受信機9からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路252、272に入力される。そして受信ビーム形成回路252、272から符号分離回路142と符号分離回路192に入力される。
次に、ステップS9で、目標からの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
垂直偏波系の受信ビーム形成回路251からの信号は符号分離回路141に入力される。符号分離回路141に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分SS VVと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分SS VHが混合しているので、直交符号生成回路11の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSS VVとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSS VHとする。符号分離された各偏波成分SS VVとSS VHが偏波推定回路15に入力される。
垂直偏波系の受信ビーム形成回路251からの信号は符号分離回路141に入力される。符号分離回路141に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分SS VVと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分SS VHが混合しているので、直交符号生成回路11の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSS VVとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSS VHとする。符号分離された各偏波成分SS VVとSS VHが偏波推定回路15に入力される。
水平偏波系の受信ビーム形成回路271からの信号は符号分離回路191に入力される。符号分離回路191に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分SS HVと水平偏波で送信した時の水平偏波成分SS HHが混合しているので、直交符号生成回路11の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をSS HVとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をSS HHとする。符号分離された各偏波成分、SS HVとSS HHが偏波推定回路15に入力される。
次に、ステップS10で、クラッタからの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。垂直偏波系の受信ビーム形成回路252からの信号は符号分離回路142に入力される。符号分離回路142に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分SC VVと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分SC VHが混合しているので、直交符号生成回路11のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSC VVとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSC VHとする。符号分離された各偏波成分、SC VVとSC VHが偏波推定回路15に入力される。
水平偏波系の受信ビーム形成回路272からの信号は符号分離回路192に入力される。符号分離回路192に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分SC HVと水平偏波で送信した時の水平偏波成分SC HHが混合しているので、直交符号生成回路11のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をSC HVとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をSC HHとする。符号分離された各偏波成分、SC HVとSC HHが偏波推定回路15に入力される。これにより目標とクラッタから反射された信号が各偏波成分に全て同時に分離される。
次に、ステップS11で、クラッタを抑圧しつつ、目標からの電力を最大とする最適偏波を推定する。偏波推定回路15で最適偏波を以下の手順により推定する。
符号分離回路141、142、191、192で求めた目標の散乱行列とクラッタの散乱行列は式(15)、式(16)で表される。
符号分離回路141、142、191、192で求めた目標の散乱行列とクラッタの散乱行列は式(15)、式(16)で表される。
これより目標からの受信電力PSとクラッタからの受信電力PCはそれぞれ式(17)、(18)で与えられる。
ここでは、送信アンテナと受信アンテナが同じであるモノスタティックレーダを想定している。式(17)と式(18)より目標からの受信電力PSとクラッタからの受信電力PCとの比PS/PCは式(19)となる。
クラッタからの受信電力PCを抑圧しつつ、目標からの受信電力PSが最大となるためには比PS/PCが最大となれば良い。すなわち式(19)の絶対値の中の値が最大となればよいので、絶対値の中をρで微分すると式(20)を得る。ここで、T1、T2、T3、T4はそれぞれ式(21)、(22)、(23)、(24)である。
そして、式(19)が最大となるためには式(20)が0となれば良い。従って式(25)を得る。ここで、a、b、cはそれぞれ式(26)、(27)、(28)である。
そして、式(25)をρについて解くと式(29)を得る。
そして、式(25)をρについて解くと式(29)を得る。
前提条件として式(29)が成立するためにaは0でないとする。ここで式(29)より解が2つ存在する。これは式(19)が最小になる解と最大となる解を表しており、式(29)で与えられる解を式(19)に代入し、最大となる解をクラッタを抑圧しつつ、目標からの電力を最大とする最適偏波する。
次に、ステップS12で、最適偏波を送信する。偏波制御回路18によりクラッタを抑圧しつつ、目標からの受信電力が最大となる偏波が選択され、任意波形生成回路13で垂直偏波用と水平偏波用に同一の信号を生成し、送信ビーム形成回路241でクラッタ方向に低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、垂直偏波系回路の送信機6と水平偏波系回路の送信機8に入力する。ここで切換スイッチ12は偏波制御回路18を選択する。これにより目標に対して受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
次に、ステップS13で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。すなわち、合成回路16に入力された各偏波成分、VV成分、VH成分、HV成分、HH成分を用いて信号対雑音電力比が最大となるように各偏波成分を合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路17に入力する。
次に、ステップS14で、信号処理回路17により目標の追尾などレーダ信号処理を実行する。
以上により、従来技術に比べ偏波を単一送信でなく、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、各偏波情報を取得することで、クラッタを抑圧しつつ目標からの受信電力が最大となる偏波を高速に推定し、あらかじめ目標が分かっていない状態でも最適偏波の推定が可能となる。
なお、上述の実施の形態4に係るレーダ装置では、クラッタを1つとして最適偏波を求めていたが、送信ビーム形成回路および受信ビーム形成回路、符号分離回路を複数設けているので複数のクラッタや干渉波に対しても有効である。
なお、上述の実施の形態4に係るレーダ装置では、クラッタを1つとして最適偏波を求めていたが、送信ビーム形成回路および受信ビーム形成回路、符号分離回路を複数設けているので複数のクラッタや干渉波に対しても有効である。
実施の形態5.
上述の実施の形態4に係るレーダ装置では、予め目標とクラッタの方向が分かっているが、本実施の形態5に係るレーダ装置ではクラッタと目標を検出し、クラッタを抑圧しつつ目標の電力を最大とする最適偏波の推定が可能となる。
図12は、この発明の実施の形態5に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態5に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態4に係るレーダ装置に目標・クラッタ方向検出回路21とスイッチ22、23を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
目標・クラッタ方向検出回路21は、目標とクラッタの方向を検出する。
スイッチ22は、受信ビーム形成回路251〜25Nの接続先を符号分離回路141〜14Mまたは目標・クラッタ方向検出回路21のいずれか一方に切り換える。
スイッチ23は、受信ビーム形成回路271〜27Nの接続先を符号分離回路191〜19Mまたは目標・クラッタ方向検出回路21のいずれか一方に切り換える。
上述の実施の形態4に係るレーダ装置では、予め目標とクラッタの方向が分かっているが、本実施の形態5に係るレーダ装置ではクラッタと目標を検出し、クラッタを抑圧しつつ目標の電力を最大とする最適偏波の推定が可能となる。
図12は、この発明の実施の形態5に係るレーダ装置の機能系統図である。
この発明の実施の形態5に係るレーダ装置は、この発明の実施の形態4に係るレーダ装置に目標・クラッタ方向検出回路21とスイッチ22、23を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
目標・クラッタ方向検出回路21は、目標とクラッタの方向を検出する。
スイッチ22は、受信ビーム形成回路251〜25Nの接続先を符号分離回路141〜14Mまたは目標・クラッタ方向検出回路21のいずれか一方に切り換える。
スイッチ23は、受信ビーム形成回路271〜27Nの接続先を符号分離回路191〜19Mまたは目標・クラッタ方向検出回路21のいずれか一方に切り換える。
図13は、この発明の実施の形態5に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
次に、この発明の実施の形態5に係るレーダ装置の動作を説明する。
まずステップS1で、目標とクラッタを検出する。目標とクラッタを検出するために、任意波形生成回路13によりパルス波形など任意のレーダ波形を生成し、送信機6、8へ入力する。ここでは目標とクラッタを検出するのが目的なので、送信機6のみを用いる。送信機6から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換器4を経て送受信アンテナ1に入力される。送受信アンテナ1より垂直偏波が送信される。ここで目標とクラッタを検出するため、ビーム走査を実施する。反射された信号が送受信アンテナ1で受信され、送受切換器4を経て受信機7へ入力される。受信機7からスイッチ22を経て目標・クラッタ検出回路21に入力される。目標・クラッタ検出回路21でドップラー周波数を算出し、クラッタであれば静止しているものなのでドップラー周波数は0となるが、目標は動いているのでドップラー周波数が求まる。従ってドップラー周波数より目標とクラッタの検出が可能となる。
次に、この発明の実施の形態5に係るレーダ装置の動作を説明する。
まずステップS1で、目標とクラッタを検出する。目標とクラッタを検出するために、任意波形生成回路13によりパルス波形など任意のレーダ波形を生成し、送信機6、8へ入力する。ここでは目標とクラッタを検出するのが目的なので、送信機6のみを用いる。送信機6から垂直偏波用の信号を出力し、送受切換器4を経て送受信アンテナ1に入力される。送受信アンテナ1より垂直偏波が送信される。ここで目標とクラッタを検出するため、ビーム走査を実施する。反射された信号が送受信アンテナ1で受信され、送受切換器4を経て受信機7へ入力される。受信機7からスイッチ22を経て目標・クラッタ検出回路21に入力される。目標・クラッタ検出回路21でドップラー周波数を算出し、クラッタであれば静止しているものなのでドップラー周波数は0となるが、目標は動いているのでドップラー周波数が求まる。従ってドップラー周波数より目標とクラッタの検出が可能となる。
次に、ステップS2で、直交符号生成回路11により目標に対する垂直偏波と水平偏波用の2つの直交符号を生成する。ここで切換スイッチ12は直交符号生成回路11を選択する。直交符号には、例えばM系列符号やマンチェスター符号が用いられる。
次にステップS3で、直交符号生成回路11によりクラッタに対する垂直偏波と水平偏波用の2つの直交符号を生成する。
次にステップS4で、任意波形生成回路13により目標用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路11より生成した目標用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路241、261へ入力する。ここで送信ビーム形成回路241、261に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
次にステップS4で、任意波形生成回路13により目標用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路11より生成した目標用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路241、261へ入力する。ここで送信ビーム形成回路241、261に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
次にステップS5で、任意波形生成回路13によりクラッタ用のパルス波形やチャープ信号など任意のレーダ波形を生成し、直交符号生成回路11より生成したクラッタ用の直交符号を重畳し送信ビーム形成回路242、262へ入力する。ここで送信ビーム形成回路242、262に入力された垂直偏波用と水平偏波用の符号列は互いに直交している。
次にステップS6で、送信ビーム形成回路241、261によりクラッタ方向に対して低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、送信機6、8へ入力する。
次にステップS7で、送信ビーム形成回路242、262により目標方向に対して低サイドローブとなるクラッタ用のビームを形成し、送信機6、8へ入力する。
次にステップS7で、送信ビーム形成回路242、262により目標方向に対して低サイドローブとなるクラッタ用のビームを形成し、送信機6、8へ入力する。
次にステップS8で、垂直偏波用の信号が送信機6から出力され、送受切換器4を経て垂直偏波用送受信アンテナ11〜1Nに入力される。また、水平偏波用の信号が送信機8から出力され、送受切換器5を経て水平偏波用送受信アンテナ1N+1〜12Nに入力される。送受信アンテナ11〜12Nから目標に対して垂直偏波と水平偏波の直交2偏波とクラッタに対して垂直偏波と水平偏波の直交2偏波がそれぞれ同時に同一周波数で送信される。
次にステップS9で、目標より反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路21〜2Nの送受切換機4を経て受信機7に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路31〜3Nの送受切換機5を経て受信機9に出力される。
受信機7と受信機9からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路251、271に入力される。そして受信ビーム形成回路251、271から符号分離回路141と符号分離回路191に入力される。
受信機7と受信機9からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路251、271に入力される。そして受信ビーム形成回路251、271から符号分離回路141と符号分離回路191に入力される。
同時に、クラッタより反射された信号のうち、まず垂直偏波成分の信号が垂直偏波系回路21〜2Nの送受切換機4を経て受信機7に出力される。次に水平偏波成分の信号が水平偏波系回路31〜3Nの送受切換機5を経て受信機9に出力される。
受信機7と受信機9からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路252、272に入力される。そして受信ビーム形成回路252、272から符号分離回路142と符号分離回路192に入力される。
受信機7と受信機9からの受信信号がそれぞれ受信ビーム形成回路252、272に入力される。そして受信ビーム形成回路252、272から符号分離回路142と符号分離回路192に入力される。
次に、ステップS10で、目標からの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。
垂直偏波系の受信ビーム形成回路251からの信号は符号分離回路141に入力される。符号分離回路141に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分SS VVと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分SS VHが混合しているので、直交符号生成回路11の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSS VVとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSS VHとする。符号分離された各偏波成分SS VVとSS VHが偏波推定回路15に入力される。
垂直偏波系の受信ビーム形成回路251からの信号は符号分離回路141に入力される。符号分離回路141に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分SS VVと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分SS VHが混合しているので、直交符号生成回路11の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSS VVとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSS VHとする。符号分離された各偏波成分SS VVとSS VHが偏波推定回路15に入力される。
水平偏波系の受信ビーム形成回路271からの信号は符号分離回路191に入力される。符号分離回路191に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分SS HVと水平偏波で送信した時の水平偏波成分SS HHが混合しているので、直交符号生成回路11の目標用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をSS HVとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をSS HHとする。符号分離された各偏波成分、SS HVとSS HHが偏波推定回路15に入力される。
次に、ステップS11で、クラッタからの垂直偏波成分と水平偏波成分を同時に分離する。垂直偏波系の受信ビーム形成回路252からの信号は符号分離回路142に入力される。符号分離回路142に入力された信号は垂直偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の垂直偏波成分SC VVと水平偏波で送信した時の垂直偏波成分SC VHが混合しているので、直交符号生成回路11のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出された各偏波成分は、垂直偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSC VVとし、水平偏波で送信し垂直偏波で受信した成分をSC VHとする。符号分離された各偏波成分、SC VVとSC VHが偏波推定回路15に入力される。
水平偏波系の受信ビーム形成回路272からの信号は符号分離回路192に入力される。符号分離回路192に入力された信号は水平偏波成分のみであるが、垂直偏波で送信した時の水平偏波成分SC HVと水平偏波で送信した時の水平偏波成分SC HHが混合しているので、直交符号生成回路11のクラッタ用直交符号との相関をとり各偏波成分を抽出する。ここで抽出される各偏波成分は、垂直偏波で送信し水平偏波で受信した成分をSC HVとし、水平偏波で送信し水平偏波で受信した成分をSC HHとする。符号分離された各偏波成分、SC HVとSC HHが偏波推定回路15に入力される。これにより目標とクラッタから反射された信号が各偏波成分に全て同時に分離される。
次にステップS12で、クラッタを抑圧しつつ、目標からの電力を最大とする最適偏波を推定する。推定方法は実施の形態4で実施されている方法と同様であるので説明を省略する。
次に、ステップS13で、最適偏波を送信する。偏波制御回路18によりクラッタを抑圧しつつ、目標からの受信電力が最大となる偏波が選択され、任意波形生成回路13で垂直偏波用と水平偏波用に同一の信号を生成し、送信ビーム形成回路241でクラッタ方向に低サイドローブとなる目標用のビームを形成し、垂直偏波系回路の送信機6と水平偏波系回路の送信機8に入力する。ここで切換スイッチ12は偏波制御回路18を選択する。これにより目標に対して受信電力が最大となる最適偏波が送信される。
次に、ステップS14で、最適偏波で送信し、受信した時の各偏波情報を合成する。すなわち、合成回路16に入力された各偏波成分、VV成分、VH成分、HV成分、HH成分を用いて信号対雑音電力比が最大となるように各偏波成分を合成する。合成法には最大比合成を用い、合成した結果を信号処理回路17に入力する。
次に、ステップS14で、信号処理回路17により目標の追尾などレーダ信号処理を実行する。
この発明の実施の形態5に係るレーダ装置は、目標とクラッタの方向が分からない場合でも、目標・クラッタ検出回路21により目標とクラッタを検出することができ、さらに、従来技術に比べ偏波を単一送信でなく、垂直偏波と水平偏波を同時に送信し、各偏波情報を取得することで、クラッタを抑圧しつつ目標からの受信電力が最大となる偏波を高速に推定し、最適偏波の推定が可能となる。
上述の実施例ではクラッタを1つとして最適偏波を求めているが、複数の符号分離回路によりクラッタや干渉波が複数あっても本発明は有効である。
上述の実施例ではクラッタを1つとして最適偏波を求めているが、複数の符号分離回路によりクラッタや干渉波が複数あっても本発明は有効である。
1、11〜1N、1N+1〜12N 送受信アンテナ、2、21〜2N 垂直偏波系回路、3、31〜3N 水平偏波系回路、4、5 送受切換機、6、8 送信機、7、9 受信機、10 受信機切換スイッチ、11 直交符号生成回路、12 切換スイッチ、13 任意波形生成回路、14、141〜14M 符号分離回路、15 偏波推定回路、16 合成回路、17 信号処理回路、18 偏波制御回路、19、191〜19M 符号分離回路、20 偏波予測回路、21 目標・クラッタ方向検出回路、241〜24N、261〜26N 送信ビーム形成回路、251〜25N、271〜27N 受信ビーム形成回路。
Claims (8)
- 異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する2つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する2つの受信機と、
前記2つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、
前記各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と、
前記受信電力が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第1の切換手段と、
前記2つの受信機のいずれかを前記符号分離手段に接続する第2の切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。 - 異なる偏波状態を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する2つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する2つの受信機と、
前記2つの受信機から出力される受信信号それぞれに対して前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する2つの符号分離手段と、
前記各偏波成分を用いて受信電力が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記2つの符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と
前記受信電力が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。 - 前記アレーアンテナは、所定の周期毎に同時に同一周波数且つ異なる偏波成分を有する複数の信号を送信し、
直近の所定の回数の送信で所望のデータが検出されているとき該回数の送信に伴って推定した受信電力が最大になる偏波状態から目標の偏波状態を予測する偏波予測手段を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のレーダ装置。 - 異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する2つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する2つの受信機と、
前記2つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、
前記各偏波成分を用いて目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記2つの符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第1の切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。 - 異なる偏波成分を有する複数の信号が送信可能なアレーアンテナを用いたレーダ装置において、
直交符号を生成する直交符号生成手段と、
任意のレーダ波形と前記直交符号に基づいて信号を生成する任意波形生成手段と、
前記任意波形生成手段からの信号に従って異なる偏波状態の信号を前記アレーアンテナに出力する2つの送信機と、
前記アレーアンテナで受信された反射信号をそれぞれ異なる偏波状態の受信信号として出力する2つの受信機と、
前記2つの受信機から出力される受信信号と前記直交符号との相関に基づいて各偏波成分を分離する符号分離手段と、
前記の受信機からクラッタと目標を検出する検出回路と、
前記各偏波成分を用いて目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態を推定する偏波推定手段と、
前記目標からの受信電力とクラッタからの受信電力との比が最大となる偏波状態に基づいて前記送信機から送信される信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
前記2つの符号分離手段からの各偏波成分に基づいて偏波状態を合成する合成手段と、
前記合成された偏波状態から所望のデータを検出する信号処理手段と
前記直交符号生成手段または前記偏波制御手段のいずれかを前記任意波形生成回路に接続する第1の切換手段と、
を備え、
前記アレーアンテナから同時に同一周波数の複数の信号が送信されることを特徴とするレーダ装置。 - 前記偏波推定手段は、目標の散乱行列とクラッタの散乱行列から目標からの受信電力とクラッタからの受信電力の比が最大となる偏波を推定することを特徴とする請求項4または5に記載のレーダ装置。
- 異なる偏波成分として直交する2つの偏波を利用することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のレーダ装置。
- 前記合成手段は、各送受信間の偏波情報の振幅に応じて重み係数を割り当て、受信電力が最大となるように最大比合成を行うことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のレーダ装置。
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013213730A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Mitsubishi Electric Corp | 方位測定装置、および、方位測定方法 |
CN104020452A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-09-03 | 西安电子科技大学 | 频域空域极化域参数联合估计方法 |
JP2015025668A (ja) * | 2013-07-24 | 2015-02-05 | 三菱電機株式会社 | レーダ装置 |
JP2015092154A (ja) * | 2013-11-06 | 2015-05-14 | デルファイ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド | レーダーセンサモジュール |
JP2016217834A (ja) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | 日本電信電話株式会社 | 地中レーダ装置及び測定方法 |
KR102416476B1 (ko) * | 2021-07-28 | 2022-07-05 | 주식회사 에이티코디 | 다중 편파를 이용한 레이다 모듈 |
-
2010
- 2010-11-11 JP JP2010253086A patent/JP2011257376A/ja not_active Withdrawn
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