JP2012137472A - Antenna arrangement calculation device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電波を用いて目標を探知、追尾或いは標定するレーダ装置、特にアンテナ配置算出装置に関するものである。 The present invention relates to a radar device that detects, tracks, or locates a target using radio waves, and more particularly to an antenna arrangement calculation device.
一般に、レーダの探知性能を向上するための方式として、アンテナを大型化したり、送信電力を大きくすることが行われる。しかし、これらの方式では装置規模が増大し、費用対効果の低下や抗たん性の劣化などの問題が生じる。これを避けるため、小規模のアンテナを複数個、分散して配置し、各アンテナの出力を合成することにより、全体の探知性能を向上させる方式が知られている(下記非特許文献１参照)。このような構成のレーダ装置を、「分散型レーダ」と呼ぶことにする。分散型レーダの設計においては、サイドローブと呼ばれる不要な放射パターンを低減することが重要であり、非特許文献１では、アンテナをランダムに配置することによるサイドローブ低減方法について述べられている。
Generally, as a method for improving the detection performance of a radar, an antenna is increased in size or transmission power is increased. However, these methods increase the scale of the apparatus and cause problems such as cost-effectiveness reduction and resistance deterioration. In order to avoid this, a system is known in which a plurality of small-scale antennas are arranged in a distributed manner and the outputs of the antennas are combined to improve the overall detection performance (see Non-Patent
また、特に重要な指標である、最大サイドローブに関するサイドローブレベル(サイドローブの、メインローブに対する利得の比)が小さいアンテナ配置を導出するために、最適化技術を適用する試みも行われている(下記非特許文献２、３参照)。非特許文献２、３では、１次元のアンテナ配置において、アンテナを配置可能な位置を最小ステップ幅間隔で離散化して、可能なアンテナ配置数を有限個としている。まず、非特許文献２では、可能な全てのアンテナ配置についてサイドローブレベルを評価し、最良のアンテナ配置を抽出する方式について述べられている。また、非特許文献３では、局所探索法(現在解を初期化後、「現在解に基づき近傍解を生成し、条件を満たすなら現在解を近傍解で置き換える」との処理を反復する、最適化アルゴリズムの枠組み)の、サイドローブレベルを評価基準とするアンテナ配置最適化への適用について述べられている。具体的に、近傍解としては、現在解のアンテナ配置において、１つのアンテナを最小ステップ幅だけ移動して得られるアンテナ配置を全て評価して、最良のものを選択している。
Attempts have also been made to apply optimization techniques to derive antenna placements that have a low sidelobe level (the ratio of sidelobe to mainlobe gain) for the maximum sidelobe, which is a particularly important indicator. (See
以上のように構成された、従来の、サイドローブ低減のためのアンテナ配置では、次のような問題がある。
非特許文献１に記載されたランダム配置などは、サイドローブが低減される傾向はあるが、サイドローブレベルの最適化を目的としたものではない。そのため、これらの方法では、一般に、サイドローブレベルが最小となるアンテナ配置は得られない。
非特許文献２では、アンテナ設置位置が離散化されているとの制約の範囲内では、確かにサイドローブレベル最小のアンテナ配置が得られるが、可能な全てのアンテナ配置を評価するため、処理量が膨大である。
非特許文献３では、局所探索法を利用するため、比較的短い処理時間で、サイドローブレベルの観点で良いアンテナ配置が得られる。しかし、近傍解として、現在解から１つのアンテナを最小ステップ幅だけ移動して得られる配置を全て評価しているため、無駄なアンテナ配置を評価することも多く、効率が悪い。
The conventional antenna arrangement for reducing side lobes configured as described above has the following problems.
Although the random arrangement described in
In
In Non-Patent Document 3, since a local search method is used, an antenna arrangement that is good in terms of side lobe level can be obtained in a relatively short processing time. However, since all the arrangements obtained by moving one antenna from the current solution by the minimum step width are evaluated as neighborhood solutions, useless antenna arrangements are often evaluated, which is inefficient.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、分散型レーダにおいて、サイドローブレベルを最小化するアンテナ配置を効率良く求めるアンテナ配置算出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an antenna arrangement calculation apparatus that efficiently obtains an antenna arrangement that minimizes a sidelobe level in a distributed radar. To do.
この発明は、分散型レーダを構成する複数のアンテナの位置情報であるアンテナ配置を少なくとも評価値とともに保持するアンテナ配置保持手段と、前記アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置を入力し、想定される各電波到来方向について、アンテナ間の経路長差、波長、各アンテナの重みから計算される受信信号の位相情報に基づき分散型レーダの利得を算出して、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを出力するアンテナパターン算出手段と、前記アンテナパターン算出手段が出力するアンテナパターンにおいて、最大サイドローブのサイドローブレベルを分散型レーダの前記評価値として算出して前記アンテナ配置保持手段に記録するアンテナ配置評価手段と、前記アンテナパターン算出手段が出力するアンテナパターンにおいて、利得の大きなサイドローブピークに対応する電波到来方向を求めるサイドローブピーク抽出手段と、前記サイドローブピーク抽出手段が出力する電波到来方向に関する重みを考慮した各アンテナの受信信号の位相情報に基づき、位相がばらつくように１つまたは複数のアンテナの位置を移動して新たなアンテナ配置を生成するアンテナ配置生成手段と、を備えたことを特徴とするアンテナ配置算出装置にある。 The present invention is supposed by inputting an antenna arrangement holding means for holding antenna arrangement, which is position information of a plurality of antennas constituting a distributed radar, together with at least an evaluation value, and an antenna arrangement held by the antenna arrangement holding means. For each direction of arrival of radio waves, an antenna representing the relationship between the direction of arrival of radio waves and the gain by calculating the gain of the distributed radar based on the phase information of the received signal calculated from the path length difference between the antennas, the wavelength, and the weight of each antenna. An antenna pattern calculating unit that outputs a pattern, and an antenna that calculates a side lobe level of a maximum side lobe as the evaluation value of the distributed radar and records it in the antenna arrangement holding unit in the antenna pattern output by the antenna pattern calculating unit Placement evaluation means and antenna output by the antenna pattern calculation means In the turn, the side lobe peak extracting means for obtaining the radio wave arrival direction corresponding to the side lobe peak having a large gain, and the phase information of the received signal of each antenna in consideration of the weight related to the radio wave arrival direction output from the side lobe peak extraction means And an antenna arrangement generating means for generating a new antenna arrangement by moving the position of one or a plurality of antennas so that the phase varies.
この発明では、分散型レーダにおいて、サイドローブレベルを最小化するアンテナ配置を効率良く求めるアンテナ配置算出装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an antenna arrangement calculation apparatus that efficiently obtains an antenna arrangement that minimizes the side lobe level in a distributed radar.
以下、この発明によるアンテナ配置算出装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, an antenna arrangement calculating apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings according to each embodiment. In each embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ配置算出装置について図１から図７を参照しながら説明する。
An antenna arrangement calculating apparatus according to
最初に本実施の形態で想定する前提について説明する。実施の形態では、分散型レーダで受信する信号は、十分に狭帯域であり、平面波として到来することを前提とする。ここで、信号の波長をλとする。また、各アンテナは同じ特性を持つものとする。各アンテナは、無指向性アンテナでも指向性アンテナでも良いが、以下では説明を分かり易くするため、無指向性アンテナである場合について説明する。また、制約として、アンテナは予め定めた１次元の線分上にのみ配置可能とし、さらに、両端のアンテナ位置は固定するものとする。両端のアンテナ位置を固定するのは、分散型レーダとしての開口径を一定とし、ある水準以上の角度分解能等の性能を満たすためである。 First, assumptions assumed in the present embodiment will be described. In the embodiment, it is assumed that the signal received by the distributed radar has a sufficiently narrow band and arrives as a plane wave. Here, the wavelength of the signal is λ. Each antenna has the same characteristics. Each antenna may be an omnidirectional antenna or a directional antenna. However, in the following, in order to make the explanation easy to understand, a case of an omnidirectional antenna will be described. As a restriction, the antenna can be arranged only on a predetermined one-dimensional line segment, and the antenna positions at both ends are fixed. The reason why the antenna positions at both ends are fixed is that the aperture diameter as a distributed radar is constant and the performance such as the angular resolution above a certain level is satisfied.
分散型レーダの構成例を図２に示す。ここで、Ｗ１，Ｗ２，…，ＷＭは、各アンテナの重み(一般に複素数)を表す。図２に示すように、複数アンテナで受信した信号に、それぞれ重み(Ｗ１，Ｗ２，…，ＷＭ)を掛けて和を取ったものが分散型レーダの出力となる。 A configuration example of the distributed radar is shown in FIG. Here, W 1 , W 2 ,..., W M represent the weight (generally a complex number) of each antenna. As shown in FIG. 2, a signal obtained by a plurality of antennas multiplied by weights (W 1 , W 2 ,..., W M ) and summed is the output of the distributed radar.
分散型レーダにおいて、ビームを形成する方向(以下、「ビーム形成方向」と呼ぶ)が決まると、それに応じて各アンテナの重みを適切に設定する必要がある。例えば、ビームを分散型レーダの正面方向(図２の場合、入射角θが０度の方向)に形成する場合、各アンテナの重みは全て１と設定すれば良い。一方、正面方向以外の方向にビームを形成する場合は、各アンテナで受信する信号の位相差を補償するような複素数を、各アンテナの重みとして設定する。以下、簡単のため、分散型レーダの正面方向にビームを形成する場合、つまり、各アンテナの重みを全て１に設定する場合について説明する。 In the distributed radar, when the beam forming direction (hereinafter referred to as “beam forming direction”) is determined, it is necessary to appropriately set the weight of each antenna accordingly. For example, when the beam is formed in the front direction of the distributed radar (in the case of FIG. 2, the incident angle θ is 0 degree), the weight of each antenna may be set to 1. On the other hand, when a beam is formed in a direction other than the front direction, a complex number that compensates for the phase difference of signals received by each antenna is set as the weight of each antenna. Hereinafter, for the sake of simplicity, a case where a beam is formed in the front direction of the distributed radar, that is, a case where all antenna weights are set to 1 will be described.
以下、アンテナパターンの算出方法について説明する。まず、想定されるそれぞれの電波到来方向(＝入射角)θについて、利得を算出する(図２参照)。信号は、各アンテナにおいて、経路長および波長λから定まる位相だけ位相が回転したものとして受信され、また、アンテナの重みが掛けられることにより、さらに位相が回転する。具体的に、ある基準点に対して、あるアンテナの経路長差がＤである場合、基準点との信号の位相差は(２π／λ)・Ｄとなる。また、この位相回転は、複素数ｅｘｐ(ｊ・(２π／λ)・Ｄ)として表現される。この複素数に対し、さらにアンテナの重みを掛けた値を、以下、「位相回転複素数」と呼ぶことにする。ここでは、アンテナの重みを一律に１に設定しているので、位相回転複素数の大きさは１で一定である。 Hereinafter, a method for calculating the antenna pattern will be described. First, a gain is calculated for each assumed direction of arrival (= incident angle) θ (see FIG. 2). The signal is received at each antenna as the phase rotated by the phase determined from the path length and the wavelength λ, and the phase is further rotated by applying the weight of the antenna. Specifically, when the path length difference of a certain antenna is D with respect to a certain reference point, the phase difference of the signal from the reference point is (2π / λ) · D. The phase rotation is expressed as a complex number exp (j · (2π / λ) · D). A value obtained by further multiplying the complex number by the antenna weight will be referred to as a “phase rotation complex number”. Here, since the weight of the antenna is uniformly set to 1, the magnitude of the phase rotation complex number is 1 and constant.
例えば、図３に示すアンテナ１、アンテナ２を想定し、アンテナ１の位置を基準点とする場合を考える。この時、破線で示す入射角θの波面に関するアンテナ１のアンテナ２に対する経路長差は図３に示すものとなり、この長さ分だけ、アンテナ１とアンテナ２の受信の際の位相は異なる。
For example, assume that the
電波到来方向θについて、分散型レーダの振幅利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和となる複素数の大きさであり、また、これを２乗したものが電力利得となる。 For the radio wave arrival direction θ, the amplitude gain of the distributed radar is a complex number that is the sum of the phase rotation complex numbers of the antennas, and the square of this is the power gain.
以上のようにして求められる、電波到来方向(入射角θ)と利得の間の関係を、アンテナパターンと呼ぶ。分散型レーダの正面方向にビームを形成する場合のアンテナパターンの一例を図４に示す。 The relationship between the radio wave arrival direction (incident angle θ) and the gain obtained as described above is called an antenna pattern. FIG. 4 shows an example of an antenna pattern when a beam is formed in the front direction of the distributed radar.
以下、分散型レーダのアンテナパターンにおいて、利得が極大となる、メインローブ以外の箇所およびその近傍を「サイドローブ」と呼ぶ。また、利得が極大となる部分を「サイドローブピーク」と呼ぶことにする。また、サイドローブピークの、メインローブに対する利得の比を「サイドローブレベル」と呼ぶ。また、単に「サイドローブレベル」と述べた場合、最大サイドローブに関するサイドローブレベルを表すものとする。 Hereinafter, in the antenna pattern of the distributed radar, a portion other than the main lobe and its vicinity where the gain becomes maximum is referred to as “side lobe”. A portion where the gain is maximized is called a “sidelobe peak”. The ratio of the gain of the side lobe peak to the main lobe is referred to as “side lobe level”. In addition, when only “side lobe level” is described, it represents the side lobe level related to the maximum side lobe.
図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。この発明によるアンテナ配置算出装置は、例えば記憶装置を含むコンピュータで構成することができ、図１は動作フローを兼ねた機能ブロックで示されている。図１においてアンテナ配置算出装置は、アンテナ配置保持手段１０１と、アンテナ配置初期化手段１０２と、アンテナパターン算出手段１０３と、アンテナ配置評価手段１０４と、サイドローブピーク抽出手段１０５と、アンテナ配置生成手段１０６と、アンテナ配置制約保持手段１１３から構成されている。
1 is a diagram showing a configuration of an antenna arrangement calculating apparatus according to
アンテナ配置生成手段１０６は、移動アンテナ選択手段１０７とアンテナ移動手段１１０から構成されている。移動アンテナ選択手段１０７は、寄与度算出手段１０８と大寄与度アンテナ抽出手段１０９から構成されている。またアンテナ移動手段１１０は、許容位相範囲算出手段１１１とアンテナ位置決定手段１１２から構成されている。
The antenna
次に動作について説明する。図１において、アンテナ配置保持手段１０１は、分散型レーダを構成する全アンテナ又はアンテナ配置算出対象の全アンテナの位置情報を、評価値および、各アンテナの特性に関する情報とともに保持する。本実施の形態１の場合、アンテナ設置可能領域として１次元線分を想定しているので、個々のアンテナの位置情報は１次元で表現される。また、アンテナ特性は、分散型レーダのアンテナパターンの算出において考慮すべき、アンテナ独自の特性のことであり、具体的には、個々のアンテナに関するアンテナパターンを表す。上記の説明では、個々のアンテナが無指向性である場合を例にとっており、この場合、個々のアンテナのアンテナパターンにおいては、電波到来方向に関わらず利得は一定である。そのため、前述のように、分散型レーダのアンテナパターン算出の際、利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和から求められた。しかし、アンテナが無指向性でない場合、分散型レーダのアンテナパターンは、各アンテナの位相回転複素数の総和から算出されるアンテナパターンに対し、さらに、個々のアンテナのアンテナパターンの積を取ることにより求められる（個々のアンテナのアンテナ特性が同一の場合）。以上のように、一般に個々のアンテナが無指向性でない場合、分散型レーダのアンテナパターンの算出においては、個々のアンテナの特性（具体的にはアンテナパターン）が必要になる。アンテナ配置初期化手段１０２は、アンテナの初期配置を決定してアンテナ配置保持手段１０１に記録する。初期配置決定は、具体的には、例えば、アンテナ配置に関する制約を満たす範囲内で、アンテナをランダムに配置するなどする。
Next, the operation will be described. In FIG. 1, the antenna arrangement holding means 101 holds the position information of all antennas constituting the distributed radar or all antennas subject to antenna arrangement calculation, together with evaluation values and information on the characteristics of each antenna. In the case of the first embodiment, since a one-dimensional line segment is assumed as the antenna installable region, the position information of each antenna is expressed in one dimension. The antenna characteristic is a characteristic unique to the antenna that should be taken into account in calculating the antenna pattern of the distributed radar, and specifically represents an antenna pattern related to each antenna. In the above description, the case where each antenna is omnidirectional is taken as an example. In this case, in the antenna pattern of each antenna, the gain is constant regardless of the arrival direction of the radio wave. Therefore, as described above, when calculating the antenna pattern of the distributed radar, the gain is obtained from the sum of the phase rotation complex numbers of the respective antennas. However, if the antenna is not omnidirectional, the antenna pattern of the distributed radar is obtained by multiplying the antenna pattern calculated from the sum of the phase rotation complex numbers of each antenna and the antenna pattern of each antenna. (When the antenna characteristics of the individual antennas are the same). As described above, in general, when individual antennas are not omnidirectional, characteristics of the individual antennas (specifically, antenna patterns) are required in calculating the antenna pattern of the distributed radar. The antenna
アンテナパターン算出手段１０３は、アンテナ配置保持手段１０１が保持するアンテナ配置のうち未評価もしくは評価値の良いアンテナ配置を抽出、さらに、各アンテナの特性に関する情報を入力とする。そして上述したようにして、想定されるビーム形成方向に基づき、必要な場合は適切なアンテナの重みを計算の上、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを算出する。ここで、本実施の形態の場合は、分散型レーダの正面方向にビームを形成することを想定しているので、各アンテナの重みは１で固定である。ビーム形成方向として複数通りを想定する場合は、それぞれのビーム形成方向に応じ、複数のアンテナパターンが算出されることになる。
The antenna
アンテナ配置評価手段１０４は、アンテナパターン算出手段１０３が出力するアンテナパターンにおいて、最大サイドローブのサイドローブレベルを分散型レーダの評価値として算出して、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。最大サイドローブのサイドローブレベルの例を図４に示した(デシベル表示で表す場合、サイドローブレベルは負の数であることに注意)。なお、異なるビーム形成方向に関する複数のアンテナパターンを考慮する場合、各アンテナパターンから算出されるサイドローブレベルのうち、最悪、即ち、最大のものを評価値とする。
The antenna
サイドローブピーク抽出手段１０５は、アンテナパターン算出手段１０３が出力するアンテナパターンにおいて、利得の大きなサイドローブピークに対応する電波到来方向を求める。利得最大のサイドローブピーク、利得が２番目に大きいサイドローブピーク、さらに、これらのサイドローブピークに対応する電波到来方向の例を図４に示す。但し、図４のアンテナパターンは入射角０度を中心に対称になっているため、入射角が正のサイドローブのみを示している。
The side lobe
本実施の形態では、サイドローブピーク抽出手段１０５は、最大サイドローブに関するサイドローブピークについて、電波到来方向を求めるものとする。 In the present embodiment, the side lobe peak extraction means 105 calculates the radio wave arrival direction for the side lobe peak related to the maximum side lobe.
アンテナ配置生成手段１０６は、サイドローブピーク抽出手段１０５が出力する、サイドローブピークに対応する電波到来方向について、その方向に関する、重みを考慮した各アンテナの受信信号の位相情報に基づき、位相回転複素数の位相がばらつくように、１つまたは複数のアンテナの位置を移動して新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
The antenna
ここで、上記の動作の意味について説明する。前述のように、各電波到来方向θについて、分散型レーダの振幅利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和となる複素数の大きさである。図５はこの状況を図示したものである。電波到来方向θにおける利得が大きいということは、即ち、各アンテナの位相回転複素数の位相が比較的揃っているということであり、利得を下げるためには、各アンテナの位相回転複素数の位相がばらける方向にアンテナ位置を変えれば良い。 Here, the meaning of the above operation will be described. As described above, for each radio wave arrival direction θ, the amplitude gain of the distributed radar is a complex number that is the sum of the phase rotation complex numbers of each antenna. FIG. 5 illustrates this situation. The large gain in the radio wave arrival direction θ means that the phases of the phase rotation complex numbers of the respective antennas are relatively uniform, and in order to reduce the gain, the phase of the phase rotation complex number of each antenna varies. The antenna position may be changed in the direction of
つまり、上記のアンテナ配置生成手段１０６の動作によれば、最大サイドローブピークに関する電波到来方向について、利得を下げることができる。その結果として、分散型レーダのサイドローブレベルも下がることが期待できる。 That is, according to the operation of the antenna arrangement generation means 106 described above, the gain can be lowered with respect to the direction of arrival of radio waves related to the maximum sidelobe peak. As a result, it can be expected that the side lobe level of the distributed radar also decreases.
なお、新たなアンテナ配置の生成は、アンテナ配置制約保持手段１１３が保持する、アンテナ配置に関する制約情報を満たすように行われる。制約情報は、具体的には、アンテナを設置可能な領域の情報等から構成される。他の制約として、「アンテナ同士が重なってはいけない」等の条件が課される場合もある。
The new antenna arrangement is generated so as to satisfy the restriction information regarding the antenna arrangement held by the antenna arrangement
以上のように、評価値の良いアンテナ配置を選択して、その修正処理を反復することにより、評価値が最適に近いアンテナ配置を得ることを目的とする。ここで、アンテナ配置の修正は、分散型レーダのサイドローブレベルを下げる方向に行うので、効率良く、高評価値のアンテナ配置に到達できる。 As described above, an object is to obtain an antenna arrangement having an evaluation value close to the optimum by selecting an antenna arrangement having a good evaluation value and repeating the correction process. Here, the correction of the antenna arrangement is performed in the direction of lowering the side lobe level of the distributed radar, so that an antenna arrangement with a high evaluation value can be reached efficiently.
以下、アンテナ配置生成手段１０６の動作について、より詳細に説明する。アンテナ配置生成においては、まず、移動アンテナ選択手段１０７が、アンテナ配置(位置情報)やサイドローブピークの電波到来方向等の情報に基づき、移動対象とするアンテナを選択する。その後、アンテナ移動手段１１０が、移動アンテナ選択手段１０７が出力した移動対象アンテナの位置を変化させて、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
Hereinafter, the operation of the antenna
次に、移動アンテナ選択手段１０７の動作について、さらに詳細に説明する。移動アンテナ選択においては、まず、寄与度算出手段１０８が、サイドローブピーク抽出手段１０５が出力する最大サイドローブピークについて、その電波到来方向に関する利得への各アンテナの寄与の大きさを表す「寄与度」を算出する。
Next, the operation of the mobile
ここで、各アンテナの寄与度の考え方について説明する。前述のように、各電波到来方向θについて、分散型レーダの振幅利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和となる複素数の大きさである(図５参照)。以下、特定のアンテナｍの寄与度を考えることにする。すると、アンテナｍの利得への寄与は、アンテナｍ以外のアンテナ群の位相回転複素数の総和の位相と、アンテナｍの位相回転複素数の位相とが一致しているほど(つまり、これらの位相差が小さいほど)、大きいと考えられる。 Here, the concept of the contribution of each antenna will be described. As described above, for each radio wave arrival direction θ, the amplitude gain of the distributed radar is a complex number that is the sum of the phase rotation complex numbers of each antenna (see FIG. 5). Hereinafter, the degree of contribution of a specific antenna m will be considered. Then, the contribution to the gain of the antenna m is such that the phase of the sum of the phase rotation complex numbers of the antenna groups other than the antenna m and the phase of the phase rotation complex number of the antenna m match (that is, the phase difference between these increases). Smaller) is considered larger.
上記状況を図６に示す。図６において、αは、アンテナｍ以外のアンテナ群の位相回転複素数の総和の位相と、アンテナｍの位相回転複素数の位相の差を表す。寄与度として、具体的には、例えば上記位相差のコサインを取った値、つまりｃｏｓ(α)を算出すれば良い。 The above situation is shown in FIG. In FIG. 6, α represents a difference between the phase of the sum of the phase rotation complex numbers of the antenna group other than the antenna m and the phase of the phase rotation complex number of the antenna m. Specifically, for example, a value obtained by taking the cosine of the phase difference, that is, cos (α) may be calculated as the contribution degree.
さて、寄与度算出手段１０８により、最大サイドローブピークに関する各アンテナの寄与度が算出されるが、大寄与度アンテナ抽出手段１０９は、その中から寄与度が大きなアンテナを、移動対象として選択、出力する。これは、寄与度の大きなアンテナを移動した方が、最大サイドローブピークの電波到来方向に関する利得低下への効果が大きいためである。 The contribution calculation means 108 calculates the contribution of each antenna with respect to the maximum sidelobe peak. The large contribution antenna extraction means 109 selects and outputs an antenna having a large contribution as a movement target. To do. This is because moving the antenna with a large contribution has a greater effect on the gain reduction with respect to the direction of arrival of the radio wave with the maximum sidelobe peak.
次に、アンテナ移動手段１１０の動作について、さらに詳細に説明する。アンテナ移動においては、まず、許容位相範囲算出手段１１１が、サイドローブピーク抽出手段１０５が出力する最大サイドローブピークに対応する電波到来方向について、移動アンテナ選択手段１０７が出力した移動対象アンテナの移動先位置における位相回転複素数の位相の許容範囲である「許容位相範囲」を算出する。許容位相範囲は、移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和と、移動対象アンテナの位相回転複素数の位相差がより大きくなるような、移動対象アンテナの位相回転複素数の位相範囲として定める。
Next, the operation of the antenna moving unit 110 will be described in more detail. In moving the antenna, first, the allowable phase range calculation unit 111 moves the destination of the target antenna output by the mobile
ここで、移動対象アンテナｍの許容位相範囲の考え方について、図７を用いて説明する。図７では、移動前のアンテナ配置における、最大サイドローブピークの電波到来方向に関する、アンテナｍの位相回転複素数および、アンテナｍ以外のアンテナ群の位相回転複素数総和を示している。ここで、アンテナｍのみを移動することを考える場合、図から明らかなように、移動後のアンテナｍの位相回転複素数の位相が、図７の「アンテナｍの許容位相範囲」内に入る限りにおいて、分散型レーダの(最大サイドローブピークの電波到来方向に関する)利得は低下する。 Here, the concept of the allowable phase range of the moving target antenna m will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the phase rotation complex number of the antenna m and the phase rotation complex number sum of the antenna groups other than the antenna m with respect to the radio wave arrival direction of the maximum sidelobe peak in the antenna arrangement before movement. Here, when only moving the antenna m is considered, as is apparent from the figure, as long as the phase of the phase rotation complex number of the moved antenna m falls within the “allowable phase range of the antenna m” in FIG. The gain of the distributed radar (with respect to the direction of arrival of radio waves at the maximum sidelobe peak) decreases.
さて、許容位相範囲算出手段１１１により、移動対象アンテナｍの許容位相範囲が算出されると、アンテナ位置決定手段１１２は、位相回転複素数の位相が許容位相範囲内の値となるよう、移動対象アンテナの移動先位置を決定する。具体的には、例えば、許容位相範囲内の値をランダムに決定後、位相回転複素数の位相がその値となるよう、また、移動幅が小さくなる範囲で、アンテナの移動先位置を決定すれば良い。この際、決定した位置が、アンテナ配置制約保持手段１１３が保持する制約に違反するようであれば、移動先位置の決定をやり直す。そして、決定した移動先位置に基づき、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
When the allowable phase range of the movement target antenna m is calculated by the allowable phase range calculation unit 111, the antenna
以上のように、分散型レーダにおいて、アンテナ配置の修正処理を反復することにより、評価値が最適に近いアンテナ配置を得ることを目的とするが、アンテナ配置の修正の際、利得の大きなサイドローブの電波到来方向について、各アンテナの位相回転複素数の位相がばらける方向にアンテナ位置を変える。これにより、分散型レーダのサイドローブレベルを下げるようアンテナ配置を修正することになり、従って、効率良く、高評価値のアンテナ配置に到達できるとの効果がある。 As described above, in distributed radar, the objective is to obtain an antenna arrangement whose evaluation value is close to the optimum by repeating the antenna arrangement correction process. For the radio wave arrival direction, the antenna position is changed in the direction in which the phase of the phase rotation complex number of each antenna varies. As a result, the antenna arrangement is corrected so as to lower the side lobe level of the distributed radar. Therefore, there is an effect that the antenna arrangement having a high evaluation value can be reached efficiently.
また、移動対象とするアンテナの選択に際して、最大サイドローブピークの電波到来方向について、各アンテナの位相回転複素数に基づいて利得への寄与度を算出し、寄与度の大きいアンテナを移動対象とするので、最大サイドローブの利得低減を効率的に実施できるとの効果がある。 In addition, when selecting the antenna to be moved, the contribution to the gain is calculated based on the phase rotation complex number of each antenna for the direction of arrival of the radio wave with the maximum sidelobe peak, and the antenna with a large contribution is used as the movement target. There is an effect that the gain of the maximum side lobe can be reduced efficiently.
また、各アンテナの寄与度算出を、当該アンテナ以外のアンテナ群の位相回転複素数の総和の位相と、当該アンテナの位相回転複素数の位相の差について、コサインを取った値として定めるので、寄与度の算出が容易に実施可能との効果がある。 In addition, the calculation of the contribution of each antenna is determined as a value obtained by taking the cosine of the difference between the total phase rotation complex number of the antenna group other than the antenna and the phase rotation complex number of the antenna. There is an effect that the calculation can be easily performed.
また、移動対象アンテナの移動に際して、最大サイドローブピークの電波到来方向について、確実に利得が低下する許容位相範囲を算出し、位相回転複素数の位相がその範囲内の値となるようアンテナ移動先位置を決定するので、最大サイドローブの利得低減を効率的に実施できるとの効果がある。なお、本実施の形態では、移動対象アンテナを寄与度に基づいて決定する場合を説明したが、例えば移動対象アンテナをランダムに選択する場合であっても、上記の許容位相範囲に基づくアンテナ移動方法の効果は変わらない。 Also, when moving the antenna to be moved, calculate the allowable phase range in which the gain decreases reliably for the direction of arrival of radio waves with the maximum sidelobe peak, and move the antenna destination position so that the phase of the phase rotation complex number is a value within that range. Therefore, there is an effect that the gain reduction of the maximum side lobe can be efficiently performed. In the present embodiment, the case where the moving target antenna is determined based on the contribution degree has been described. However, even when the moving target antenna is selected at random, for example, the antenna moving method based on the allowable phase range described above The effect of will not change.
以上ではアンテナを１次元配置する場合について述べたが、２次元、３次元配置を想定する場合であっても、本発明の構成は同様に適用可能である。 Although the case where the antennas are arranged one-dimensionally has been described above, the configuration of the present invention can be similarly applied even when a two-dimensional and three-dimensional arrangement is assumed.
また、以上ではアンテナが無指向性である場合について述べたが、アンテナが例えば複数素子アンテナから構成されるサブアレイであり指向性を持つ場合の分散型レーダのアンテナパターンは、サブアレイ中心位置に無指向性のアンテナが位置すると仮定した場合のアンテナパターンと、各サブアレイのアンテナパターンの積で表される(各サブアレイのアンテナパターンが同一の場合)。即ち、アンテナがサブアレイである場合の分散型レーダのアンテナパターンは、アンテナが無指向性アンテナである場合のアンテナパターンに補正を加えただけのものであり、従って、アンテナがサブアレイのように指向性を持つ場合であっても、本発明の構成は同様に適用可能である。
なお、本実施の形態１では、アンテナパターンにおいて、利得が極大となる、メインローブ以外の箇所およびその近傍を「サイドローブ」として、これに基づいて最適化を行う例を示した。ここで、メインローブに関し、図３１に示すように「アンテナパターンにおいて、ビーム形成方向を中心とした、利得の極小値を持たないような入射角範囲」に対応すると考えることも可能であるし、また、図３２に示すように「ビーム形成方向を中心とした一定幅の入射角範囲(例えば±ａ度の範囲と設定)」に対応するとの考え方もできる。後者の考え方の場合、メインローブの入射角範囲とそれ以外の入射角範囲との境界点において、入射角がビーム形成方向から離れるにつれて利得が下がる場合、上記境界点も、サイドローブに含まれると考えて良い。本発明の構成は、メインローブやサイドローブに関する上記のいずれの考え方に対しても同様に適用可能である。
In addition, the case where the antenna is omnidirectional has been described above. However, the antenna pattern of the distributed radar when the antenna is a subarray composed of, for example, a multi-element antenna and has directivity is omnidirectional at the center position of the subarray. It is represented by the product of the antenna pattern when it is assumed that the antenna is located and the antenna pattern of each subarray (when the antenna pattern of each subarray is the same). In other words, the antenna pattern of the distributed radar when the antenna is a subarray is simply a correction of the antenna pattern when the antenna is an omnidirectional antenna. Therefore, the antenna is directional like a subarray. The configuration of the present invention can be applied in the same manner.
In the first embodiment, in the antenna pattern, a portion other than the main lobe and its vicinity where the gain is maximized is set as a “side lobe”, and the optimization is performed based on this. Here, with respect to the main lobe, as shown in FIG. 31, it can be considered that it corresponds to “an incident angle range in the antenna pattern that does not have a minimum gain value centered on the beam forming direction” In addition, as shown in FIG. 32, it can be considered that it corresponds to “an incident angle range having a constant width centered on the beam forming direction (for example, a range of ± a degrees)”. In the case of the latter concept, when the gain decreases as the incident angle moves away from the beam forming direction at the boundary point between the incident angle range of the main lobe and the other incident angle range, the boundary point is also included in the side lobe. You can think about it. The configuration of the present invention can be similarly applied to any of the above-described ideas regarding the main lobe and the side lobe.
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図１に示す上記実施の形態とは、アンテナ配置生成手段１０６Ａ内のアンテナ移動手段１１０Ａの構成が異なる。実施の形態２におけるアンテナ移動手段１１０Ａは、アンテナ位置微小変化手段８０１から構成されている。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an antenna arrangement calculating apparatus according to
アンテナ位置微小変化手段８０１は、移動アンテナ選択手段１０７が出力した移動対象アンテナについて、元の位置の近傍においてランダムに微小に移動することにより、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。この際、アンテナ配置制約保持手段１１３が保持する制約に違反するようであれば、移動先位置の決定をやり直す。
The antenna position
このようにアンテナ移動先をランダムに決定するので、新たなアンテナ配置に関し、利得の大きなサイドローブピークの電波到来方向について、利得が低下する確実性は、実施の形態１よりは低下する。しかし、そもそも移動対象アンテナは、当該サイドローブピークの電波到来方向について、利得への寄与度が大きいものが選択されている。従って、当該アンテナをランダムに移動するだけでも、当該サイドローブピークの電波到来方向について、利得が低下する可能性は大きい。また、実施の形態１で必要であった、移動対象アンテナの許容位相範囲を求める処理は不要である。 As described above, since the antenna movement destination is determined at random, the certainty that the gain is reduced in the direction of arrival of radio waves having a large sidelobe peak with respect to a new antenna arrangement is lower than that in the first embodiment. However, in the first place, the antenna to be moved is selected to have a large contribution to the gain in the direction of arrival of radio waves of the sidelobe peak. Therefore, even if the antenna is moved randomly, there is a high possibility that the gain will decrease with respect to the direction of arrival of radio waves of the side lobe peak. Further, the process for obtaining the allowable phase range of the moving target antenna, which is necessary in the first embodiment, is not necessary.
以上のように、寄与度の大きなアンテナの移動先をランダムに決定するので、効率良く、サイドローブピークの電波到来方向の利得を低減する可能性の大きな新たなアンテナ配置を生成できるとの効果がある。 As described above, since the antenna destination with a large contribution is randomly determined, it is possible to efficiently generate a new antenna arrangement with a high possibility of reducing the gain of the arrival direction of the side lobe peak. is there.
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図１に示す上記実施の形態とは、アンテナ配置生成手段１０６Ｂ内の移動アンテナ選択手段１０７Ｂおよびアンテナ移動手段１１０Ｂの構成、また、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂの動作が異なる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an antenna arrangement calculating apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The configuration of the moving antenna selection unit 107B and the antenna moving unit 110B in the antenna
サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂは、利得の大きな順に、複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求める。 The side lobe peak extracting unit 105B obtains the radio wave arrival directions for a plurality of side lobe peaks in descending order of gain.
移動アンテナ選択手段１０７Ｂは、寄与度算出手段１０８Ｂ、寄与度統合手段９０１、大寄与度アンテナ抽出手段１０９Ｂから構成されている。
The moving antenna selection unit 107B includes a
寄与度算出手段１０８Ｂは、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する複数のサイドローブピークについて、サイドローブピーク毎に、その電波到来方向に関する利得への各アンテナの寄与の大きさを表す寄与度を算出する。寄与度の算出手順については、実施の形態１と同じである。 The contribution calculating means 108B calculates a contribution representing the magnitude of contribution of each antenna to the gain related to the radio wave arrival direction for each side lobe peak for the plurality of side lobe peaks output from the side lobe peak extracting means 105B. To do. The procedure for calculating the contribution is the same as in the first embodiment.
寄与度統合手段９０１は、アンテナ毎に、寄与度算出手段１０８Ｂが出力する、各サイドローブピークに対応する寄与度を統合することにより、最終的な単一の寄与度を算出する。例えば、あるアンテナｍについて、サイドローブピーク１，２，…，ｐに関する寄与度がＴｍ１，Ｔｍ２，…，Ｔｍｐである場合を考える。この時、寄与度統合手段９０１は、例えば以下の式によって、アンテナｍに関する最終的な単一の寄与度Ｔｍを算出する。
The contribution
Ｔｍ＝ｋ１・Ｔｍ１＋ｋ２・Ｔｍ２＋…＋ｋｐ・Ｔｍｐ T m = k 1 · T m1 + k 2 · T m2 + ... + k p · T mp
ここで、ｋ１，ｋ２，．．，ｋｐは各サイドローブピークに関する重みであり、例えば、各サイドローブの利得の値などを用いれば良い。 Here, k 1 , k 2 ,. . , K p are weights related to each side lobe peak, and for example, a gain value of each side lobe may be used.
大寄与度アンテナ抽出手段１０９Ｂは、寄与度統合手段９０１が出力する寄与度が大きな１つまたは複数のアンテナを抽出して、移動対象として出力する。
The large contribution
また、アンテナ移動手段１１０Ｂは、許容位相範囲算出手段１１１Ｂ、許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２、アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３、アンテナ位置確定手段９０４から構成されている。
The antenna moving unit 110B includes an allowable phase range calculating unit 111B, an allowable phase range corresponding antenna position
許容位相範囲算出手段１１１Ｂは、移動アンテナ選択手段１０７Ｂが出力する移動対象アンテナおよび、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する、複数のサイドローブピークに対応する電波到来方向について、それぞれのサイドローブピーク毎に、移動対象アンテナの許容位相範囲を算出する。許容位相範囲の算出手順については、実施の形態１と同じである。 The permissible phase range calculation unit 111B is provided for each side lobe peak for the moving target antenna output by the mobile antenna selection unit 107B and the radio wave arrival directions output by the side lobe peak extraction unit 105B and corresponding to a plurality of side lobe peaks. Next, the allowable phase range of the antenna to be moved is calculated. The procedure for calculating the allowable phase range is the same as in the first embodiment.
許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２は、移動対象アンテナ毎に、許容位相範囲算出手段１１１Ｂが出力する複数サイドローブピークに対応する許容位相範囲について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求める。これらの位置は、移動対象アンテナの移動先位置の候補と考えられることから、「許容位相範囲対応アンテナ位置候補」と呼ぶことにする。以下、本実施の形態では、さらに簡単に「アンテナ位置候補」と呼ぶ。
The permissible phase range corresponding antenna position
ある移動対象アンテナについて、特定のサイドローブピークに関する許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補の範囲の例を、図１０に示す。図１０には、１次元のアンテナ設置可能領域について、移動対象アンテナの現在位置の周辺を拡大した部分を示している。図１０において、許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補は、一般に線分の集合となる。ここで、複数の線分が出現する周期は、移動対象アンテナの位相回転複素数の回転に対応しており、従って、等間隔となっている(この間隔は、電波到来方向によって異なる)。これらの線分のうち、一般には、移動対象アンテナの現在位置が端点となっている線分のみに着目する。これは、移動対象アンテナの移動先位置の決定を、移動幅が小さくなるように行うためである。 FIG. 10 shows an example of a range of antenna position candidates corresponding to an allowable phase range related to a specific sidelobe peak for a certain moving target antenna. FIG. 10 shows an enlarged portion around the current position of the moving target antenna in the one-dimensional antenna installation region. In FIG. 10, antenna position candidates corresponding to the allowable phase range are generally a set of line segments. Here, the period in which a plurality of line segments appear corresponds to the rotation of the phase rotation complex number of the moving target antenna, and is therefore equally spaced (this interval varies depending on the direction of arrival of radio waves). Of these line segments, in general, focus only on the line segment whose end point is the current position of the antenna to be moved. This is because the movement destination position of the movement target antenna is determined so as to reduce the movement width.
ある移動対象アンテナについて、２つのサイドローブピークに対応する許容位相範囲(説明のため、各サイドローブピークに対応する２種類の許容位相範囲をＡ、Ｂと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図１１に示す。但し、図１１では、アンテナ位置候補に対応する複数の線分のうち、移動対象アンテナの現在位置を端点に持つ線分のみを示している。 With respect to an allowable phase range corresponding to two side lobe peaks (for the sake of explanation, two types of allowable phase ranges corresponding to each side lobe peak are represented as A and B) for a certain moving target antenna, An example is shown in FIG. However, in FIG. 11, only a line segment having the current position of the moving target antenna as an end point among a plurality of line segments corresponding to the antenna position candidates is shown.
アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３は、許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補範囲(のうち、移動対象アンテナの現在位置を端点に持つ線分)に関し、その共通部分を抽出する。共通部分を抽出した例を、図１２に示す。
The antenna position candidate common
ここで、全てのサイドローブピークに対応するアンテナ位置候補範囲の共通部分を抽出していくと、移動対象アンテナの現在位置のみになる場合がある。例えば、図１２の場合、３つのサイドローブピークに対応する許容位相範囲Ａ，Ｂ，Ｃに関する、それぞれのアンテナ位置候補範囲の共通部分を抽出すると、移動対象アンテナの現在位置しか残らない。このような場合に対処するため、共通部分の抽出は、利得の大きなサイドローブピークの順番に実施する。例えば、サイドローブピークの許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補範囲が、利得の大きな順に、Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｐと表されるものとする。そして、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎが「移動対象アンテナの現在位置のみ」でなく、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎ∩Ｓｎ＋１が「移動対象アンテナの現在位置のみ」であった場合、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎを最終的なアンテナ位置候補範囲とする。ここで、記号「∩」は、集合の共通部分を抽出する演算を表す。 Here, if the common part of the antenna position candidate ranges corresponding to all the sidelobe peaks is extracted, there may be only the current position of the movement target antenna. For example, in the case of FIG. 12, if the common part of each antenna position candidate range regarding the allowable phase ranges A, B, and C corresponding to three sidelobe peaks is extracted, only the current position of the moving target antenna remains. In order to deal with such a case, the extraction of the common part is performed in the order of the sidelobe peaks having the large gain. For example, it is assumed that the antenna position candidate range corresponding to the allowable phase range of the side lobe peak is expressed as S 1 , S 2 ,..., S p in descending order of gain. S 1 ∩S 2 ∩ ... ∩S n is not “only the current position of the moving target antenna”, but S 1 ∩S 2 ∩ ... ∩S n ∩S n + 1 is “only the current position of the moving target antenna”. In this case, let S 1 ∩S 2 ∩... ∩S n be the final antenna position candidate range. Here, the symbol “∩” represents an operation for extracting a common part of the set.
アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３により、移動対象アンテナの最終的なアンテナ位置候補範囲が算出されると、アンテナ位置確定手段９０４は、得られたアンテナ位置候補の範囲内で、移動対象アンテナの移動先位置を確定する。そして、決定した移動先位置に基づき、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
When the antenna position candidate common
以上のように、利得の大きな順に複数のサイドローブピークを抽出し、それらの電波到来方向に関する利得への各アンテナの寄与度を考慮して、移動対象アンテナを決定するので、分散型レーダの主要な複数のサイドローブの利得をバランス良く低減することができるとの効果がある。 As described above, multiple sidelobe peaks are extracted in order of increasing gain, and the antenna to be moved is determined in consideration of the contribution degree of each antenna to the gain related to the direction of arrival of those radio waves. There is an effect that the gains of a plurality of side lobes can be reduced in a balanced manner.
また、移動対象アンテナの移動に際して、複数のサイドローブピークの電波到来方向について、確実に利得が低下する許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補の共通部分を算出し、それに基づきアンテナ移動先位置を決定するので、分散型レーダの主要な複数のサイドローブの利得低減を効率的に実施できる効果がある。 In addition, when moving the antenna to be moved, the common part of antenna position candidates corresponding to the allowable phase range in which the gain is reliably reduced is calculated and the antenna destination position is determined based on the arrival directions of multiple side lobe peaks. Therefore, there is an effect that the gain reduction of the plurality of main side lobes of the distributed radar can be efficiently performed.
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図１に示す上記実施の形態１とは、アンテナ配置生成手段１０６Ｃ内のアンテナ移動手段１１０Ｃの構成が異なる。実施の形態４におけるアンテナ移動手段１１０Ｃは、逆位相算出手段１３０１とアンテナ位置決定手段１３０２から構成されている。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an antenna arrangement calculating apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. The configuration of the antenna moving unit 110C in the antenna arrangement generating unit 106C is different from that of the first embodiment shown in FIG. The antenna moving unit 110C according to the fourth embodiment includes an
逆位相算出手段１３０１は、移動アンテナ選択手段１０７が出力する移動対象アンテナおよび、サイドローブピーク抽出手段１０５が出力する最大サイドローブピークに対応する電波到来方向について、移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和の逆位相を求める。 The anti-phase calculation means 1301 is the phase of the antenna group excluding the movement target antenna with respect to the direction of arrival of radio waves corresponding to the movement target antenna output from the movement antenna selection means 107 and the maximum side lobe peak output from the side lobe peak extraction means 105. Find the antiphase of the rotation complex sum.
上記の逆位相の考え方について、図１４を用いて説明する。図１４では、移動前のアンテナ配置における、最大サイドローブピークの電波到来方向に関する、アンテナｍの位相回転複素数および、アンテナｍ以外のアンテナ群の位相回転複素数総和を示している。ここで、アンテナｍのみを移動することを考える場合、図から明らかなように、移動後のアンテナｍの位相回転複素数と、図１４の「逆位相となる複素数」との位相が近いほど、(最大サイドローブピークの電波到来方向に関する)分散型レーダの利得は低下する。 The concept of the above antiphase will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows the phase rotation complex number of the antenna m and the phase rotation complex number sum of the antenna groups other than the antenna m regarding the radio wave arrival direction of the maximum sidelobe peak in the antenna arrangement before movement. Here, when only moving the antenna m is considered, as is apparent from the figure, the closer the phase between the phase rotation complex number of the antenna m after the movement and the “complex number having an opposite phase” in FIG. The gain of distributed radar (with respect to the direction of arrival of radio waves with the maximum sidelobe peak) decreases.
逆位相算出手段１３０１により逆位相が算出されると、アンテナ位置決定手段１３０２は、位相回転複素数の位相が逆位相の近傍の値となるよう、移動対象アンテナ位置を変化させて、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。 When the antiphase is calculated by the antiphase calculating means 1301, the antenna position determining means 1302 changes the position of the moving target antenna so that the phase of the phase rotation complex number becomes a value close to the antiphase, and a new antenna arrangement is obtained. And is recorded in the antenna arrangement holding means 101.
以上のように、移動対象アンテナの移動に際して、最大サイドローブピークの電波到来方向について、利得低下の効果が最も大きい逆位相を算出し、位相回転複素数の位相が逆位相の近傍の値となるようアンテナ移動先位置を決定するので、最大サイドローブの利得低減を効率的に実施できるとの効果がある。 As described above, when moving the antenna to be moved, the reverse phase with the greatest gain reduction effect is calculated for the direction of arrival of radio waves with the maximum sidelobe peak so that the phase of the phase rotation complex number becomes a value near the reverse phase. Since the antenna destination position is determined, there is an effect that the gain of the maximum side lobe can be efficiently reduced.
実施の形態５．
図１５はこの発明の実施の形態５に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図１５のアンテナ配置算出装置では、図９に示す実施の形態３に対して、アンテナ配置生成手段１０６Ｄ内のアンテナ移動手段１１０Ｄの構成が異なる。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an antenna arrangement calculating apparatus according to
サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂは、実施の形態３と同様、利得の大きな順に、複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求める。 Sidelobe peak extraction means 105B obtains radio wave arrival directions for a plurality of sidelobe peaks in descending order of gain, as in the third embodiment.
アンテナ移動手段１１０Ｄは、逆位相算出手段１３０１Ｄと逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１とアンテナ位置候補統合手段１５０２とアンテナ位置確定手段９０４Ｄから構成されている。アンテナ位置候補統合手段１５０２はさらに、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３とアンテナ位置候補方向統合手段１５０４から構成されている。
The antenna moving unit 110D includes an antiphase calculating unit 1301D, an antiphase corresponding antenna position
逆位相算出手段１３０１Ｄは、移動アンテナ選択手段１０７Ｂが出力する移動対象アンテナおよび、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する、複数のサイドローブピークに対応する電波到来方向について、それぞれのサイドローブピーク毎に、移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和の逆位相を求める。逆位相の考え方については、実施の形態４で説明したものと同じである。 The anti-phase calculating unit 1301D is provided for each side lobe peak with respect to the direction of arrival of radio waves corresponding to a plurality of side lobe peaks output from the moving antenna selecting unit 107B and the side lobe peak extracting unit 105B. Then, the antiphase of the phase rotation complex number sum of the antenna group excluding the antenna to be moved is obtained. The idea of the antiphase is the same as that described in the fourth embodiment.
逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１は、移動対象アンテナ毎に、逆位相算出手段１３０１Ｄが出力する複数サイドローブピークに対応する逆位相について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求める。これらの位置は、移動対象アンテナの移動先位置の候補と考えられることから、「逆位相対応アンテナ位置候補」と呼ぶことにする。以下、本実施の形態では、さらに簡単に「アンテナ位置候補」と呼ぶ。
The anti-phase corresponding antenna position
ある移動対象アンテナについて、特定のサイドローブピークに関する逆位相に対応するアンテナ位置候補の範囲の例を、図１６に示す。図１６には、１次元のアンテナ設置可能領域について、移動対象アンテナの現在位置の周辺を拡大した部分を示している。図１６において、逆位相に対応するアンテナ位置候補は、一般に点の集合となる。ここで、複数の点が出現する周期は、移動対象アンテナの位相回転複素数の回転に対応しており、従って、等間隔となっている(この間隔は、電波到来方向によって異なる)。これらの点のうち、一般には、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある点のみに着目する。これは、移動対象アンテナの移動先位置の決定を、移動幅が小さくなるように行うためである。 FIG. 16 shows an example of a range of antenna position candidates corresponding to an antiphase related to a specific sidelobe peak for a certain moving target antenna. FIG. 16 shows an enlarged portion around the current position of the moving target antenna in the one-dimensional antenna installation region. In FIG. 16, the antenna position candidate corresponding to the antiphase is generally a set of points. Here, the period in which a plurality of points appear corresponds to the rotation of the phase rotation complex number of the antenna to be moved, and is therefore equally spaced (this interval varies depending on the direction of arrival of radio waves). Of these points, attention is generally paid only to the point closest to the current position of the antenna to be moved. This is because the movement destination position of the movement target antenna is determined so as to reduce the movement width.
ある移動対象アンテナについて、３つのサイドローブピークに対応する逆位相(説明のため、各サイドローブピークに対応する３種類の逆位相をＡ，Ｂ，Ｃと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図１７に示す。但し、図１７では、アンテナ位置候補に対応する複数の点のうち、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある点のみを示している。 With respect to a certain antenna to be moved, with respect to anti-phases corresponding to three side lobe peaks (for the sake of explanation, three types of anti-phases corresponding to each side lobe peak are represented as A, B, and C), An example is shown in FIG. However, FIG. 17 shows only the point closest to the current position of the moving target antenna among the plurality of points corresponding to the antenna position candidates.
アンテナ位置候補統合手段１５０２は、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補(のうち、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある点)を統合することにより、移動対象アンテナの移動先位置の範囲を求める。
The antenna position
アンテナ位置候補統合手段１５０２の動作について、さらに詳細に説明する。アンテナ位置候補の統合に際しては、まず、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３が、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補を表す点のそれぞれについて、移動対象アンテナの現在位置を起点として、上記「アンテナ位置候補を表す点」の方向を向いたベクトルを求める。このベクトルを、ここでは「アンテナ位置候補方向ベクトル」と呼ぶことにする。ここで、ベクトルの大きさは一定とする。
The operation of the antenna position
図１７に示す状況において、３つのサイドローブピークに対応する逆位相Ａ，Ｂ，Ｃに関するアンテナ位置候補に対応するアンテナ位置候補方向ベクトルの例を、図１８に示す。 FIG. 18 shows an example of antenna position candidate direction vectors corresponding to the antenna position candidates related to the antiphases A, B, and C corresponding to the three side lobe peaks in the situation shown in FIG.
アンテナ位置候補方向統合手段１５０４は、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補方向ベクトルを合成する。ベクトルの合成は、具体的には、ベクトルの和を取り、方向はそのままで大きさを一定の値にするなどすれば良い。また、各サイドローブピークに関する重み付け和を計算することも考えられる。ここで、重みは、例えば各サイドローブの利得の値などとすれば良い。アンテナ位置候補方向ベクトルを足し合わせることにより合成する場合の例を図１８に示す。アンテナ位置候補方向統合手段１５０４は、移動対象アンテナの現在位置を起点として、アンテナ位置候補方向ベクトルを合成して得られるベクトルの終点を中心とした近傍を、移動対象アンテナの移動先位置の範囲として出力する。
The antenna position candidate
アンテナ位置候補統合手段１５０２により、移動対象アンテナの移動先位置の範囲が算出されると、アンテナ位置確定手段９０４Ｄは、得られた移動先位置の範囲内で、移動対象アンテナの移動先位置を確定する。そして、決定した移動先位置に基づき、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
When the range of the movement destination position of the movement target antenna is calculated by the antenna position
以上のように、移動対象アンテナの移動に際して、複数のサイドローブピークの電波到来方向について、利得低下の効果が最も大きい逆位相を算出、対応するアンテナ位置候補を計算の上、統合した結果に基づいてアンテナ移動先位置を決定するので、分散型レーダの主要な複数のサイドローブの利得低減を効率的に実施できるとの効果がある。 As described above, when moving the antenna to be moved, based on the result of calculating and integrating the corresponding antenna position candidates by calculating the anti-phase with the greatest gain reduction effect for the arrival directions of multiple side lobe peaks. Thus, there is an effect that the gain reduction of a plurality of main side lobes of the distributed radar can be efficiently performed.
また、アンテナ位置候補の統合は、各アンテナ位置候補の方向を向いたベクトルの和に基づいて行うので、処理が容易に実施可能との効果がある。 Further, since the integration of the antenna position candidates is performed based on the sum of the vectors directed to the respective antenna position candidates, there is an effect that the processing can be easily performed.
実施の形態６．
図１９はこの発明の実施の形態６に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図１９のアンテナ配置算出装置では、図１５に示す実施の形態５に対して、アンテナ配置生成手段１０６Ｅ内のアンテナ移動手段１１０Ｅ内にある、アンテナ位置候補統合手段１５０２Ｅの構成が異なる。アンテナ位置候補統合手段１５０２Ｅは、アンテナ位置候補近傍範囲算出手段１９０１から構成されている。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 19 is a diagram showing a configuration of an antenna arrangement calculating apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. In the antenna arrangement calculation apparatus of FIG. 19, the configuration of the antenna position
アンテナ位置候補近傍範囲算出手段１９０１は、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補に関し、そのいずれからも近い範囲(ここでは「アンテナ位置候補近傍範囲」と呼ぶ)を計算し、出力する。
The antenna position candidate vicinity
図１７のように１次元アンテナ配置を想定する場合、例えば、各逆位相に関するアンテナ位置候補の重心の近傍を、アンテナ位置候補近傍範囲とすれば良い。また、各サイドローブピークに関する重み付け重心を計算することも考えられる。ここで、重みは、例えば各サイドローブの利得の値などとすれば良い。 When assuming a one-dimensional antenna arrangement as shown in FIG. 17, for example, the vicinity of the center of gravity of the antenna position candidate for each antiphase may be set as the antenna position candidate vicinity range. It is also conceivable to calculate a weighted centroid for each sidelobe peak. Here, the weight may be a gain value of each side lobe, for example.
以上のように、アンテナ位置候補の統合を、各アンテナ位置候補の重心計算の結果に基づいて行うので、処理が容易に実施可能との効果がある。 As described above, since the antenna position candidates are integrated based on the result of the center of gravity calculation of each antenna position candidate, there is an effect that the processing can be easily performed.
実施の形態７．
これまでの説明では、具体例として、１次元配置されたアンテナに基づく分散型レーダを対象とした場合を述べた。本実施の形態では、図９に示すアンテナ配置算出装置に関し、２次元配置されたアンテナに基づく分散型レーダを対象とした場合について説明する。
Embodiment 7 FIG.
In the above description, as a specific example, a case has been described in which distributed radar based on one-dimensionally arranged antennas is targeted. In the present embodiment, the antenna arrangement calculation apparatus shown in FIG. 9 will be described for a case where a distributed radar based on two-dimensionally arranged antennas is targeted.
以下、アンテナの２次元配置について説明する。制約として、アンテナ設置可能領域は予め定めた２次元水平面上の円であり、さらに、数個のアンテナは、円周上の特定位置に固定するものとする。また、捜索対象とする方向、即ちビーム形成方向は、水平面内の複数の方向に向けることが可能であることが要求されているものとする。上述のように円周上に数個のアンテナ位置を固定するのは、分散型レーダとして、各ビーム形成方向に対して必要な開口径を確保し、ある水準以上の角度分解能等の性能を満たすためである。 Hereinafter, the two-dimensional arrangement of antennas will be described. As a restriction, the antenna installable area is a circle on a predetermined two-dimensional horizontal plane, and several antennas are fixed at specific positions on the circumference. Further, it is assumed that the direction to be searched, that is, the beam forming direction, can be directed to a plurality of directions in the horizontal plane. As described above, fixing the position of several antennas on the circumference as a distributed radar ensures a necessary aperture diameter in each beam forming direction, and satisfies a certain level of performance such as angular resolution. Because.
上記の条件を満たす、一般的なアンテナ配置の例を図２０に示す。図２０では、大きな円で表されるアンテナ設置可能領域内に、アンテナ１、アンテナ２、アンテナ３、アンテナＭを配置した場合を示しており、このうち、アンテナ１とアンテナ２はアンテナ設置可能領域の境界上に固定としている。また、ある基準点Ｏ(図２０ではアンテナ設置可能領域を表す円の中心としている)に対する各アンテナの位置ベクトルを、それぞれｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄＭ(ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄＭはベクトル)と表している。さらに図２０では、ビーム形成方向の例も示しており、ビーム形成方向を示す単位ベクトルをｉ(ｉはベクトル)で表している。
An example of a general antenna arrangement that satisfies the above conditions is shown in FIG. FIG. 20 shows a case where
分散型レーダの構成例を図２１に示す。ここで、Ｗ１，Ｗ２，…，ＷＭは、各アンテナの重み(一般に複素数)を表す。図２１に示すように、複数アンテナで受信した信号に、それぞれ重み(Ｗ１，Ｗ２，…，ＷＭ)を掛けて和を取ったものが分散型レーダの出力となる。以上のように、分散型レーダの構成自体は、１次元配置されたアンテナから構成される分散型レーダと全く同じである。 An example of the configuration of a distributed radar is shown in FIG. Here, W 1 , W 2 ,..., W M represent the weight (generally a complex number) of each antenna. As shown in FIG. 21, a signal obtained by a plurality of antennas is multiplied by weights (W 1 , W 2 ,..., W M ) and summed to obtain the output of the distributed radar. As described above, the configuration of the distributed radar itself is exactly the same as that of a distributed radar including one-dimensionally arranged antennas.
前述のように、分散型レーダにおいては、ビーム形成方向が決まると、それに応じて各アンテナの重みを適切に設定する必要がある。具体的には、ビーム形成方向に基づき、アンテナ間の経路長差による位相変化を打ち消すように設定する。図２０の場合、ビーム形成方向ｉを考えると、基準点Ｏに対して、アンテナｍ(位置ベクトル：ｄｍ)の経路長はｉ・ｄｍ(ベクトルｉとｄｍの内積)だけ異なる。従って、アンテナｍの重みＷｍは、上記経路長差による位相変化を打ち消すよう、ｅｘｐ(−ｊ(２π／λ)ｉ・ｄｍ)と設定すれば良い。 As described above, in the distributed radar, when the beam forming direction is determined, it is necessary to appropriately set the weight of each antenna accordingly. Specifically, based on the beam forming direction, setting is made so as to cancel the phase change due to the path length difference between the antennas. For Figure 20, considering the beam forming direction i, the reference point O, the antenna m (position vector: d m) path length differ by i · d m (inner product of vectors i and d m). Accordingly, the weight W m of the antenna m is to cancel the phase change due to the path length difference may be set as exp (-j (2π / λ) i · d m).
以下、図２０を参照しながら、特定のビーム形成方向ｉに対するアンテナパターンの算出方法について説明する。但し、まずは、各アンテナが無指向性である場合について述べる。 Hereinafter, an antenna pattern calculation method for a specific beam forming direction i will be described with reference to FIG. However, first, the case where each antenna is non-directional will be described.
想定される電波到来方向を示す単位ベクトルをｕ(ｕはベクトル)で表す。さらに、電波到来方向ｕを、ビーム形成方向ｉを基準とした入射角θで表す。各θについて、利得を算出することを考える。信号は、各アンテナにおいて、電波到来方向ｕに関する経路長差および波長λから定まる位相だけ位相が回転したものとして受信され、また、アンテナの重みが掛けられることにより、さらに位相が回転する。ここで、電波到来方向ｕに関し、基準点Ｏに対するアンテナｍの経路長差はｕ・ｄｍ(ベクトルｕとｄｍの内積)である。この経路長差に起因する位相差は(２π／λ)ｕ・ｄｍとなり、その位相回転は、複素数ｅｘｐ(ｊ(２π／λ)ｕ・ｄｍ)として表現される。この複素数に対し、さらにアンテナ重みＷｍを掛けた値、すなわちｅｘｐ(ｊ(２π／λ)(ｕ−ｉ)・ｄｍ)が、位相回転複素数であり、分散型レーダの振幅利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和となる複素数の大きさとして計算される。また、これを２乗したものが電力利得となる。そして、以上のようにして求められる、入射角θ(電波到来方向)と利得の間の関係が、アンテナパターンとなる。 A unit vector indicating the assumed radio wave arrival direction is represented by u (u is a vector). Further, the radio wave arrival direction u is represented by an incident angle θ with reference to the beam forming direction i. Consider calculating the gain for each θ. The signal is received at each antenna as a phase rotated by a phase determined from the path length difference and the wavelength λ with respect to the radio wave arrival direction u, and the phase is further rotated by applying the weight of the antenna. Here, relates DOA u, the path length difference of the antenna m with respect to the reference point O is u · d m (inner product of vectors u and d m). Phase difference due to the path length difference (2π / λ) u · d m , and the the phase rotation is expressed as a complex number exp (j (2π / λ) u · d m). A value obtained by further multiplying the complex number by the antenna weight W m , that is, exp (j (2π / λ) (ui) · d m ) is a phase rotation complex number, and the amplitude gain of the distributed radar is as follows. It is calculated as the size of a complex number that is the sum of the phase rotation complex numbers of the antenna. Also, the power gain is obtained by squaring this. The relationship between the incident angle θ (radio wave arrival direction) and the gain obtained as described above is an antenna pattern.
以上の原理は、１次元アンテナ配置の場合と同じであるが、上述の２次元アンテナ配置の場合、複数のビーム形成方向に対応する、複数のアンテナパターンを考慮する必要がある。 The above principle is the same as in the case of the one-dimensional antenna arrangement, but in the case of the above-described two-dimensional antenna arrangement, it is necessary to consider a plurality of antenna patterns corresponding to a plurality of beam forming directions.
上記の説明では、個々のアンテナが無指向性である場合を例にとっており、この場合、分散型レーダのアンテナパターン算出の際、利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和から求められた。しかし、アンテナが無指向性でない場合、１次元アンテナ配置の場合と同様、分散型レーダのアンテナパターンは、各アンテナの位相回転複素数の総和から算出されるアンテナパターンに対し、さらに、個々のアンテナのアンテナパターンの積を取ることにより求められる(個々のアンテナのアンテナパターンが同一の場合)。 In the above description, the case where each antenna is omnidirectional is taken as an example. In this case, when calculating the antenna pattern of the distributed radar, the gain is obtained from the sum of the phase rotation complex numbers of the respective antennas. However, when the antenna is not omnidirectional, the antenna pattern of the distributed radar is further different from the antenna pattern calculated from the sum of the phase rotation complex numbers of each antenna, as in the case of the one-dimensional antenna arrangement. It is obtained by taking the product of antenna patterns (when the antenna patterns of individual antennas are the same).
なお、一般には、個々のアンテナについて向きを考慮する必要があり、アンテナの向きとビーム形成方向との関係に依存してアンテナパターン形状が変化することが多い。しかし、本実施の形態では、アンテナの向きとビーム形成方向との関係によらず、アンテナパターンは同じ形状と見なせるとの前提を置く。アンテナの向きとビーム形成方向との関係に依存してアンテナパターン形状が変化する場合でも、まずは「代表的な形状のアンテナパターンが存在する」ことを前提としてアンテナ配置を最適化した後に、得られたアンテナ配置を固定して、各アンテナの向きのみを最適化すれば良い。 In general, it is necessary to consider the direction of each antenna, and the antenna pattern shape often changes depending on the relationship between the antenna direction and the beam forming direction. However, in the present embodiment, it is assumed that the antenna patterns can be regarded as the same shape regardless of the relationship between the antenna direction and the beam forming direction. Even if the antenna pattern shape changes depending on the relationship between the direction of the antenna and the beam forming direction, the antenna pattern can be obtained after optimizing the antenna arrangement on the premise that `` an antenna pattern with a representative shape exists ''. It is only necessary to fix the antenna arrangement and optimize only the direction of each antenna.
以下、図９を参照しながら、アンテナ配置算出装置の動作について説明する。アンテナ配置保持手段１０１は、分散型レーダを構成する全アンテナ又はアンテナ配置算出対象の全アンテナの位置情報を、評価値および、各アンテナの特性に関する情報とともに保持する。本実施の形態７の場合、アンテナ設置可能領域として２次元平面を想定しているので、個々のアンテナの位置情報は２次元で表現される。アンテナ配置初期化手段１０２は、アンテナの初期配置を決定してアンテナ配置保持手段１０１に記録する。
Hereinafter, the operation of the antenna arrangement calculating apparatus will be described with reference to FIG. The antenna
アンテナパターン算出手段１０３は、アンテナ配置保持手段１０１が保持するアンテナ配置のうち未評価もしくは評価値の良いアンテナ配置を抽出、さらに、各アンテナの特性に関する情報を入力とする。そして上述したようにして、想定されるビーム形成方向に基づき、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを算出する。ここで、ビーム形成方向として複数を想定するため、アンテナパターンも複数出力される。
The antenna
アンテナ配置評価手段１０４は、アンテナパターン算出手段１０３が出力するアンテナパターンにおいて、最大サイドローブのサイドローブレベルを算出する。さらに、複数のアンテナパターンのそれぞれに対応するサイドローブレベルのうち、最悪、即ち、最大のものを分散型レーダの評価値として算出して、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
The antenna
サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂは、各アンテナパターンに関し、それぞれ、利得の大きな順に、１つまたは複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求める。 The side lobe peak extracting means 105B obtains the radio wave arrival directions for one or a plurality of side lobe peaks in the descending order of gain for each antenna pattern.
移動アンテナ選択手段１０７Ｂは、寄与度算出手段１０８Ｂ、寄与度統合手段９０１、大寄与度アンテナ抽出手段１０９Ｂから構成されている。
The moving antenna selection unit 107B includes a
寄与度算出手段１０８Ｂは、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する複数のサイドローブピークについて、サイドローブピーク毎に、その電波到来方向に関する利得への各アンテナの寄与の大きさを表す寄与度を算出する。寄与度の算出手順については、実施の形態１と同じである。 The contribution calculating means 108B calculates a contribution representing the magnitude of contribution of each antenna to the gain related to the radio wave arrival direction for each side lobe peak for the plurality of side lobe peaks output from the side lobe peak extracting means 105B. To do. The procedure for calculating the contribution is the same as in the first embodiment.
寄与度統合手段９０１は、アンテナ毎に、寄与度算出手段１０８Ｂが出力する、各サイドローブピークに対応する寄与度を統合することにより、最終的な単一の寄与度を算出する。例えば、あるアンテナｍについて、サイドローブピーク１，２，…，ｐに関する寄与度がＴｍ１，Ｔｍ２，…，Ｔｍｐである場合を考える。この時、寄与度統合手段９０１は、例えば以下の式によって、アンテナｍに関する最終的な単一の寄与度Ｔｍを算出する。
The contribution
Ｔｍ＝ｋ１・Ｔｍ１＋ｋ２・Ｔｍ２＋…＋ｋｐ・Ｔｍｐ T m = k 1 · T m1 + k 2 · T m2 + ... + k p · T mp
ここで、ｋ１，ｋ２，．．，ｋｐは各サイドローブピークに関する重みであり、例えば、各サイドローブの利得の値などを用いれば良い。 Here, k 1 , k 2 ,. . , K p are weights related to each side lobe peak, and for example, a gain value of each side lobe may be used.
大寄与度アンテナ抽出手段１０９Ｂは、寄与度統合手段９０１が出力する寄与度が大きな１つまたは複数のアンテナを抽出して、移動対象として出力する。
The large contribution
アンテナ移動手段１１０Ｂは、許容位相範囲算出手段１１１Ｂ、許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２、アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３、アンテナ位置確定手段９０４から構成されている。
The antenna moving unit 110B includes an allowable phase range calculating unit 111B, an allowable phase range corresponding antenna position
許容位相範囲算出手段１１１Ｂは、移動アンテナ選択手段１０７Ｂが出力する移動対象アンテナおよび、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する、複数のサイドローブピークに対応するビーム形成方向および電波到来方向について、それぞれのサイドローブピーク毎に、移動対象アンテナの許容位相範囲を算出する。許容位相範囲の算出手順については、実施の形態１と同じである。 The permissible phase range calculation unit 111B includes a moving target antenna output from the mobile antenna selection unit 107B and a beam forming direction and a radio wave arrival direction corresponding to a plurality of side lobe peaks output from the side lobe peak extraction unit 105B. For each sidelobe peak, the allowable phase range of the moving target antenna is calculated. The procedure for calculating the allowable phase range is the same as in the first embodiment.
許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２は、移動対象アンテナ毎に、許容位相範囲算出手段１１１Ｂが出力する複数サイドローブピークに対応する許容位相範囲について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求める。これらの位置を、実施の形態３と同様、「許容位相範囲対応アンテナ位置候補」と呼ぶことにする。以下、本実施の形態では、さらに簡単に「アンテナ位置候補」と呼ぶ。
The permissible phase range corresponding antenna position
ある移動対象アンテナについて、特定のサイドローブピークに関する許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補の範囲の例を、図２２に示す。図２２において、許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補は、一般に、平行な帯状領域の集合となる。その理由について、以下に説明する。 FIG. 22 shows an example of a range of antenna position candidates corresponding to an allowable phase range related to a specific sidelobe peak for a certain moving target antenna. In FIG. 22, the antenna position candidate corresponding to the allowable phase range is generally a set of parallel strip-like regions. The reason will be described below.
アンテナの許容位相範囲は、前述のように、当該アンテナの位相回転複素数の位相が採っても良い値の範囲のことである。一方、位相回転複素数は、前述のように、式ｅｘｐ(ｊ(２π／λ)(ｕ−ｉ)・ｄｍ)で表される。従って、位相回転複素数の位相が一定の値を採る場合、式(ｕ−ｉ)・ｄｍも一定の値となる。今、特定のサイドローブピークを考えているので、ビーム形成方向ｉおよび電波到来方向ｕは固定されており、従って、ベクトルｕ−ｉも固定されている。従って、位相回転複素数の位相が一定の値を取る場合、ｄｍが取り得る値は、ベクトルｕ−ｉに垂直な直線上のベクトルとなる。さらに、位相回転複素数における回転に対応し、上記のような直線は、一般に、アンテナ設置可能領域上に等間隔に現れる。許容位相範囲は、連続した位相の値の範囲なので、許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補は、図２２のように、平行な帯状領域の集合となる。なお、図２２において、複数の帯状領域が出現する周期は、ｕ−ｉに依存して決まる。 As described above, the allowable phase range of an antenna is a range of values that the phase of the phase rotation complex number of the antenna may take. On the other hand, the phase rotation complex, as described above, the formula exp (j (2π / λ) (u-i) · d m). Therefore, when the phase of the phase rotation complex takes a constant value, the formula (u-i) · d m is also a constant value. Since a specific sidelobe peak is considered now, the beam forming direction i and the radio wave arrival direction u are fixed, and thus the vector ui is also fixed. Therefore, when the phase of the phase rotation complex takes a constant value, d m can take values, a vector on a line perpendicular to the vector u-i. Further, in correspondence with the rotation in the phase rotation complex number, the above straight lines generally appear at equal intervals on the antenna installation region. Since the allowable phase range is a range of continuous phase values, the antenna position candidates corresponding to the allowable phase range are a set of parallel strip regions as shown in FIG. In FIG. 22, the period in which a plurality of band-like regions appear is determined depending on ui.
以上のように、許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補は、平行な帯状領域の集合となるが、一般には、移動対象アンテナの現在位置に接する帯状領域のみに着目する。これは、移動対象アンテナの移動先位置の決定を、移動幅が小さくなるように行うためである。 As described above, the antenna position candidates corresponding to the allowable phase range are a set of parallel strip regions, but in general, only the strip region in contact with the current position of the moving target antenna is focused. This is because the movement destination position of the movement target antenna is determined so as to reduce the movement width.
ある移動対象アンテナについて、２つのサイドローブピークに対応する許容位相範囲(説明のため、各サイドローブピークに対応する２種類の許容位相範囲をＡ、Ｂと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図２３に示す。但し、図２３では、アンテナ位置候補に対応する複数の帯状領域のうち、移動対象アンテナの現在位置に接する帯状領域のみを示している。 With respect to an allowable phase range corresponding to two side lobe peaks (for the sake of explanation, two types of allowable phase ranges corresponding to each side lobe peak are represented as A and B) for a certain moving target antenna, An example is shown in FIG. However, in FIG. 23, only the band-shaped area that is in contact with the current position of the moving target antenna among the plurality of band-shaped areas corresponding to the antenna position candidates is illustrated.
アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３は、許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補範囲(のうち、移動対象アンテナの現在位置に接する帯状領域)に関し、その共通部分を抽出する。共通部分を抽出した例を、図２３に示す。
The antenna position candidate common
ここで、全てのサイドローブピークに対応するアンテナ位置候補範囲の共通部分を抽出していくと、移動対象アンテナの現在位置のみになる場合がある。このような場合に対処するため、実施の形態３と同様、共通部分の抽出は、利得の大きなサイドローブピークの順番に実施する。例えば、サイドローブピークの許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補範囲が、利得の大きな順に、Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｐと表されるものとする。そして、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎが「移動対象アンテナの現在位置のみ」でなく、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎ∩Ｓｎ＋１が「移動対象アンテナの現在位置のみ」であった場合、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎを最終的なアンテナ位置候補範囲とする。 Here, if the common part of the antenna position candidate ranges corresponding to all the sidelobe peaks is extracted, there may be only the current position of the movement target antenna. In order to deal with such a case, the extraction of the common part is performed in the order of the sidelobe peaks having the large gain, as in the third embodiment. For example, it is assumed that the antenna position candidate range corresponding to the allowable phase range of the side lobe peak is expressed as S 1 , S 2 ,..., S p in descending order of gain. S 1 ∩S 2 ∩ ... ∩S n is not “only the current position of the moving target antenna”, but S 1 ∩S 2 ∩ ... ∩S n ∩S n + 1 is “only the current position of the moving target antenna”. In this case, let S 1 ∩S 2 ∩... ∩S n be the final antenna position candidate range.
アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３により、移動対象アンテナの最終的なアンテナ位置候補範囲が算出されると、アンテナ位置確定手段９０４は、得られたアンテナ位置候補の範囲内で、移動対象アンテナの移動先位置を確定する。そして、決定した移動先位置に基づき、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
When the antenna position candidate common
以上のように、２次元アンテナ配置において、複数のビーム形成方向に対応する複数のアンテナパターンを考慮すべき場合でも、１次元アンテナ配置の場合と同様な処理、特に許容位相範囲に基づく処理により、アンテナ配置最適化が可能である。これは、３次元アンテナ配置の場合でも同様である。 As described above, even when a plurality of antenna patterns corresponding to a plurality of beam forming directions should be considered in the two-dimensional antenna arrangement, the same processing as in the case of the one-dimensional antenna arrangement, particularly the processing based on the allowable phase range, Antenna placement optimization is possible. The same applies to the case of a three-dimensional antenna arrangement.
実施の形態８．
本実施の形態では、図１５に示すアンテナ配置算出装置に関し、２次元配置されたアンテナに基づく分散型レーダを対象とした場合について説明する。図１５のアンテナ配置算出装置では、図９に示す実施の形態７に対して、アンテナ配置生成手段１０６Ｄ内のアンテナ移動手段１１０Ｄの構成が異なる。
In the present embodiment, a description will be given of a case where a distributed radar based on two-dimensionally arranged antennas is targeted with respect to the antenna arrangement calculating apparatus shown in FIG. In the antenna arrangement calculating device of FIG. 15, the configuration of the antenna moving means 110D in the antenna arrangement generating means 106D is different from that of the seventh embodiment shown in FIG.
サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂは、実施の形態７と同様、(異なるビーム形成方向に対応する)各アンテナパターンに関し、それぞれ、利得の大きな順に、１つまたは複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求める。 As in the seventh embodiment, the side lobe peak extraction unit 105B obtains the radio wave arrival directions for one or a plurality of side lobe peaks in the descending order of gain for each antenna pattern (corresponding to different beam forming directions). .
アンテナ移動手段１１０Ｄは、逆位相算出手段１３０１Ｄと逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１とアンテナ位置候補統合手段１５０２とアンテナ位置確定手段９０４Ｄから構成されている。アンテナ位置候補統合手段１５０２は、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３とアンテナ位置候補方向統合手段１５０４から構成されている。
The antenna moving unit 110D includes an antiphase calculating unit 1301D, an antiphase corresponding antenna position
逆位相算出手段１３０１Ｄは、移動アンテナ選択手段１０７Ｂが出力する移動対象アンテナおよび、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する、複数のサイドローブピークに対応するビーム形成方向および電波到来方向について、それぞれのサイドローブピーク毎に、移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和の逆位相を求める。逆位相の考え方については、実施の形態４で説明したものと同じである。 The anti-phase calculating means 1301D has the side antenna for each of the beam forming direction and the radio wave arrival direction corresponding to a plurality of side lobe peaks outputted from the moving antenna selecting means 107B and the side lobe peak extracting means 105B. For each lobe peak, an antiphase of the phase rotation complex sum of the antenna group excluding the moving target antenna is obtained. The idea of the antiphase is the same as that described in the fourth embodiment.
逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１は、移動対象アンテナ毎に、逆位相算出手段１３０１Ｄが出力する複数サイドローブピークに対応する逆位相について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求める。これらの位置は、移動対象アンテナの移動先位置の候補と考えられることから、実施の形態５と同様、「逆位相対応アンテナ位置候補」と呼ぶことにする。以下、本実施の形態では、さらに簡単に「アンテナ位置候補」と呼ぶ。
The anti-phase corresponding antenna position
ある移動対象アンテナについて、特定のサイドローブピークに関する逆位相に対応するアンテナ位置候補の範囲の例を、図２４に示す。図２４において、逆位相に対応するアンテナ位置候補は、一般に平行な直線の集合となる。その理由は、実施の形態７で述べた通りであり、複数の直線が出現する周期は、ｕ−ｉに依存して決まる。 FIG. 24 shows an example of a range of antenna position candidates corresponding to an antiphase related to a specific sidelobe peak for a certain moving target antenna. In FIG. 24, antenna position candidates corresponding to the opposite phase are generally a set of parallel straight lines. The reason is as described in the seventh embodiment, and the period in which a plurality of straight lines appear is determined depending on ui.
以上のように、逆位相に対応するアンテナ位置候補は、平行な直線の集合となるが、一般には、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある直線のみに着目する。これは、移動対象アンテナの移動先位置の決定を、移動幅が小さくなるように行うためである。 As described above, the antenna position candidates corresponding to the opposite phase are a set of parallel straight lines, but in general, only the straight line closest to the current position of the moving target antenna is focused. This is because the movement destination position of the movement target antenna is determined so as to reduce the movement width.
ある移動対象アンテナについて、３つのサイドローブピークに対応する逆位相(説明のため、各サイドローブピークに対応する３種類の逆位相をＡ，Ｂ，Ｃと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図２５に示す。但し、図２５では、アンテナ位置候補に対応する複数の直線のうち、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある直線のみを示している。 With respect to a certain antenna to be moved, with respect to anti-phases corresponding to three side lobe peaks (for the sake of explanation, three types of anti-phases corresponding to each side lobe peak are represented as A, B, and C), An example is shown in FIG. However, in FIG. 25, only the straight line closest to the current position of the moving target antenna among the plurality of straight lines corresponding to the antenna position candidates is shown.
アンテナ位置候補統合手段１５０２は、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補(のうち、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある直線)を統合することにより、移動対象アンテナの移動先位置の範囲を求める。
The antenna position
アンテナ位置候補統合手段１５０２の動作について、さらに詳細に説明する。アンテナ位置候補の統合に際しては、まず、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３が、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補を表す直線のそれぞれについて、移動対象アンテナの現在位置を起点として、上記「アンテナ位置候補を表す直線」の方向を向いたベクトルを求める。このベクトルを、ここでは「アンテナ位置候補方向ベクトル」と呼ぶことにする。ここで、ベクトルの大きさは一定とする。
The operation of the antenna position
図２５に示す状況において、３つのサイドローブピークに対応する逆位相Ａ，Ｂ，Ｃに関するアンテナ位置候補に対応するアンテナ位置候補方向ベクトルの例を、図２６に示す。 FIG. 26 shows an example of the antenna position candidate direction vector corresponding to the antenna position candidates related to the antiphases A, B, and C corresponding to the three side lobe peaks in the situation shown in FIG.
アンテナ位置候補方向統合手段１５０４は、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補方向ベクトルを合成する。ベクトルの合成は、具体的には、ベクトルの和を取り、方向はそのままで大きさを一定の値にするなどすれば良い。また、各サイドローブピークに関する重み付け和を計算することも考えられる。ここで、重みは、例えば各サイドローブの利得の値などとすれば良い。アンテナ位置候補方向ベクトルを足し合わせることにより合成する場合の例を図２７に示す。アンテナ位置候補方向統合手段１５０４は、移動対象アンテナの現在位置を起点として、アンテナ位置候補方向ベクトルを合成して得られるベクトルの終点を中心とした近傍を、移動対象アンテナの移動先位置の範囲として出力する。
The antenna position candidate
アンテナ位置候補統合手段１５０２により、移動対象アンテナの移動先位置の範囲が算出されると、アンテナ位置確定手段９０４Ｄは、得られた移動先位置の範囲内で、移動対象アンテナの移動先位置を確定する。そして、決定した移動先位置に基づき、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
When the range of the movement destination position of the movement target antenna is calculated by the antenna position
以上のように、２次元アンテナ配置において、複数のビーム形成方向に対応する複数のアンテナパターンを考慮すべき場合でも、１次元アンテナ配置の場合と同様な処理、特に逆位相に対応するアンテナ位置候補の方向を向いたベクトルの和に基づく処理により、アンテナ配置最適化が可能である。これは、３次元アンテナ配置の場合でも同様である。 As described above, even when a plurality of antenna patterns corresponding to a plurality of beam forming directions should be considered in the two-dimensional antenna arrangement, the same processing as in the case of the one-dimensional antenna arrangement, particularly antenna position candidates corresponding to the opposite phase The antenna arrangement can be optimized by the processing based on the sum of the vectors facing the direction of. The same applies to the case of a three-dimensional antenna arrangement.
実施の形態９．
本実施の形態では、図１９に示すアンテナ配置算出装置に関し、２次元配置されたアンテナに基づく分散型レーダを対象とした場合について説明する。図１９のアンテナ配置算出装置では、図１５に示す実施の形態８に対して、アンテナ配置生成手段１０６Ｅ内のアンテナ移動手段１１０Ｅ内にある、アンテナ位置候補統合手段１５０２Ｅの構成が異なる。アンテナ位置候補統合手段１５０２Ｅは、アンテナ位置候補近傍範囲算出手段１９０１から構成されている。
Embodiment 9 FIG.
In the present embodiment, a case where a distributed radar based on a two-dimensionally arranged antenna is targeted will be described with respect to the antenna arrangement calculating apparatus shown in FIG. In the antenna arrangement calculation device of FIG. 19, the configuration of the antenna position
アンテナ位置候補近傍範囲算出手段１９０１は、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補に関し、そのいずれからも近い範囲(実施の形態６と同様、「アンテナ位置候補近傍範囲」と呼ぶ)を計算し、出力する。 The antenna position candidate vicinity range calculation means 1901 relates to the antenna position candidates corresponding to a plurality of sidelobe peaks output from the antiphase corresponding antenna position candidate calculation means 1501 (as in the sixth embodiment, “ The antenna position candidate vicinity range ”is calculated and output.
２次元アンテナ配置を想定した場合に、ある移動対象アンテナについて、３つのサイドローブピークに対応する逆位相(説明のため、各サイドローブピークに対応する３種類の逆位相をＡ，Ｂ，Ｃと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図２５に示す。図２５の状況に対し、アンテナ位置候補近傍範囲算出手段１９０１が出力するアンテナ位置候補近傍範囲の例を、図２８に示す。 Assuming a two-dimensional antenna arrangement, anti-phases corresponding to three side lobe peaks for a certain moving target antenna (for the sake of explanation, three types of anti-phases corresponding to each side lobe peak are represented as A, B, and C. FIG. 25 shows an example of a corresponding antenna position candidate. FIG. 28 shows an example of the antenna position candidate vicinity range output by the antenna position candidate vicinity range calculation means 1901 for the situation of FIG.
以下、アンテナ位置候補近傍範囲の具体的な算出手順の例を示す。まず、各逆位相に対応するアンテナ位置候補を表す直線群において、全ての交点を計算する。そして、各交点の重心の近傍を、アンテナ位置候補近傍範囲とすれば良い。 Hereinafter, an example of a specific calculation procedure of the antenna position candidate vicinity range will be shown. First, all intersections are calculated in a straight line group representing antenna position candidates corresponding to each antiphase. Then, the vicinity of the center of gravity of each intersection may be set as the antenna position candidate vicinity range.
以上のように、２次元アンテナ配置において、複数のビーム形成方向に対応する複数のアンテナパターンを考慮すべき場合でも、１次元アンテナ配置の場合と同様な処理、特に逆位相に対応するアンテナ位置候補の近傍範囲に基づく処理により、アンテナ配置最適化が可能である。これは、３次元アンテナ配置の場合でも同様である。 As described above, even when a plurality of antenna patterns corresponding to a plurality of beam forming directions should be considered in the two-dimensional antenna arrangement, the same processing as in the case of the one-dimensional antenna arrangement, particularly antenna position candidates corresponding to the opposite phase The antenna arrangement can be optimized by the processing based on the neighborhood range. The same applies to the case of a three-dimensional antenna arrangement.
実施の形態１０．
図２９はこの発明の実施の形態１０に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図２９のアンテナ配置算出装置も実施の形態４、５、６、８、９と同様、１つまたは複数のサイドローブピークに対応する逆位相に基づいてアンテナ配置最適化を行うものであるが、装置の構成が異なる。以下、２次元配置されたアンテナに基づく分散型レーダを対象とした場合について説明する。
FIG. 29 is a diagram showing a configuration of an antenna arrangement calculating apparatus according to
図２９においてアンテナ配置算出装置は、アンテナ配置制約保持手段１１３と、途中アンテナ配置保持手段２９０１と、アンテナパターン算出手段１０３と、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂと、逆位相算出手段１３０１Ｆと、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１と、追加アンテナ位置確定手段２９０２から構成されている。
In FIG. 29, the antenna arrangement calculation apparatus includes an antenna arrangement constraint holding means 113, an intermediate antenna arrangement holding means 2901, an antenna pattern calculation means 103, a sidelobe peak extraction means 105B, an antiphase calculation means 1301F, and an antiphase correspondence. The antenna position
次に動作について説明する。途中アンテナ配置保持手段２９０１は、アンテナ配置を、各アンテナの特性に関する情報とともに保持する。途中アンテナ配置保持手段２９０１が保持するアンテナ配置は、アンテナ数が少ない状態を初期配置として、処理の進行に伴って１つずつアンテナが追加されていく。そこで、ここでは、途中アンテナ配置保持手段２９０１が保持するアンテナ配置のことを、特に「途中アンテナ配置」と呼ぶことにする。途中アンテナ配置保持手段２９０１は、初期配置としては、アンテナ設置可能領域の境界部分に、特定の固定アンテナのみを配置した状態を保持する。
Next, the operation will be described. The midway antenna
アンテナパターン算出手段１０３は、途中アンテナ配置保持手段２９０１が保持する途中アンテナ配置および、各アンテナの特性に関する情報を入力とする。そして、想定されるビーム形成方向に関し、電波到来方向と利得の関係を表す１つまたは複数のアンテナパターンを算出する。
The antenna
サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂは、１つまたは複数のアンテナパターンに関し、それぞれ、利得の大きな順に、１つまたは複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求める。 The side lobe peak extraction unit 105B obtains the radio wave arrival directions for one or more side lobe peaks in the descending order of gain for one or more antenna patterns.
逆位相算出手段１３０１Ｆは、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する、１つまたは複数のサイドローブピークに対応するビーム形成方向および電波到来方向について、それぞれのサイドローブピーク毎に、途中アンテナ配置保持手段２９０１が保持する全アンテナに関する位相回転複素数総和の逆位相を求める。 The anti-phase calculating unit 1301F includes a halfway antenna arrangement holding unit for each side lobe peak with respect to the beam forming direction and the radio wave arrival direction corresponding to one or more side lobe peaks output from the side lobe peak extracting unit 105B. The opposite phase of the phase rotation complex number sum for all antennas held by 2901 is obtained.
逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１は、逆位相算出手段１３０１Ｆが出力する、１つまたは複数のサイドローブピークに対応する逆位相について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求める。１つの逆位相に対応するアンテナ位置候補の例を、図１６(１次元アンテナ配置を想定する場合)および図２４(２次元アンテナ配置を想定する場合)に示す。
The anti-phase corresponding antenna position
追加アンテナ位置確定手段２９０２は、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１が出力する、１つまたは複数のサイドローブピークに対応するアンテナ位置候補について、いずれのアンテナ位置候補からも近くにある位置を１つ選択する。そして、選択された位置に、アンテナを追加するものとし、途中アンテナ配置保持手段２９０１が保持する途中アンテナ配置を更新する。
The additional antenna
２次元アンテナ配置を想定した場合に、３つのサイドローブピークに対応する逆位相(説明のため、各サイドローブピークに対応する３種類の逆位相をＡ，Ｂ，Ｃと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図３０に示す。また、図３０において、これらのアンテナ位置候補のいずれからも近くにある位置として、アンテナを追加すべく選択された位置の例も示す。 When a two-dimensional antenna arrangement is assumed, it corresponds to anti-phases corresponding to three side lobe peaks (for the sake of explanation, three types of anti-phases corresponding to each side lobe peak are represented as A, B, and C). An example of antenna position candidates is shown in FIG. FIG. 30 also shows an example of a position selected to add an antenna as a position close to any of these antenna position candidates.
上記の処理の反復によって、アンテナを１つずつ追加することにより途中アンテナ配置を更新していき、利用可能なアンテナ数を全て配置し終わった時点で、アンテナ配置最適化処理を終了する。なお、本最適化は、最適化分野において、グリーディ法と呼ばれる枠組みに属するものである。 By repeating the above process, the antenna arrangement is updated halfway by adding antennas one by one, and the antenna arrangement optimization process ends when all the available antennas have been arranged. This optimization belongs to a framework called the greedy method in the optimization field.
本実施の形態によれば、少数の固定アンテナのみを配置した初期状態から出発し、途中アンテナ配置に関するサイドローブピークの電波到来方向について、利得低下の効果が最も大きい逆位相を算出、対応するアンテナ位置候補に近い位置にアンテナを１つずつ追加していくことにより、アンテナ配置を生成する。本実施の形態で得られたアンテナ配置は、その生成方法からして、比較的評価値が高いものとなっている。そこで、本実施の形態で得られたアンテナ配置を初期配置として、実施の形態１〜９で述べたアンテナ配置最適化を適用することにより、より効率的に良いアンテナ配置に到達できるとの効果がある。 According to the present embodiment, starting from an initial state in which only a small number of fixed antennas are arranged, the opposite phase with the greatest gain reduction effect is calculated for the side lobe peak radio wave arrival direction in the middle of the antenna arrangement, and the corresponding antenna An antenna arrangement is generated by adding antennas one by one at positions close to the position candidates. The antenna arrangement obtained in this embodiment has a relatively high evaluation value because of its generation method. Therefore, by using the antenna arrangement obtained in the present embodiment as the initial arrangement and applying the antenna arrangement optimization described in the first to ninth embodiments, it is possible to achieve a more efficient antenna arrangement. is there.
なおこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の特徴の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that all possible combinations of the features of these embodiments are included.
１０１ アンテナ配置保持手段、１０２ アンテナ配置初期化手段、１０３ アンテナパターン算出手段、１０４ アンテナ配置評価手段、１０５，１０５Ｂ サイドローブピーク抽出手段、１０６，１０６Ａ−Ｅ アンテナ配置生成手段、１０７，１０７Ｂ 移動アンテナ選択手段、１０８，１０８Ｂ 寄与度算出手段、１０９，１０９Ｂ 大寄与度アンテナ抽出手段、１１０，１１０Ａ−Ｅ アンテナ移動手段、１１１，１１１Ｂ 許容位相範囲算出手段、１１２ アンテナ位置決定手段、１１３ アンテナ配置制約保持手段、８０１ アンテナ位置微小変化手段、９０１ 寄与度統合手段、９０２ 許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段、９０３ アンテナ位置候補共通部分抽出手段、９０４，９０４Ｄ アンテナ位置確定手段、１３０１，１３０１Ｄ，１３０１Ｆ 逆位相算出手段、１３０２ アンテナ位置決定手段、１５０１ 逆位相対応アンテナ位置候補算出手段、１５０２，１５０２Ｅ アンテナ位置候補統合手段、１５０３ アンテナ位置候補方向算出手段、１５０４ アンテナ位置候補方向統合手段、１９０１ アンテナ位置候補近傍範囲算出手段、２９０１ 途中アンテナ配置保持手段、２９０２ 追加アンテナ位置確定手段。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置を入力し、想定される各電波到来方向について、アンテナ間の経路長差、波長、各アンテナの重みから計算される受信信号の位相情報に基づき分散型レーダの利得を算出して、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを出力するアンテナパターン算出手段と、
前記アンテナパターン算出手段が出力するアンテナパターンにおいて、最大サイドローブのサイドローブレベルを分散型レーダの前記評価値として算出して前記アンテナ配置保持手段に記録するアンテナ配置評価手段と、
前記アンテナパターン算出手段が出力するアンテナパターンにおいて、利得の大きなサイドローブピークに対応する電波到来方向を求めるサイドローブピーク抽出手段と、
前記サイドローブピーク抽出手段が出力する電波到来方向に関する重みを考慮した各アンテナの受信信号の位相情報に基づき、位相がばらつくように１つまたは複数のアンテナの位置を移動して新たなアンテナ配置を生成するアンテナ配置生成手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ配置算出装置。 Antenna arrangement holding means for holding antenna arrangement, which is position information of a plurality of antennas constituting the distributed radar, together with at least an evaluation value;
The antenna arrangement held by the antenna arrangement holding means is inputted, and the distributed radar based on the phase information of the received signal calculated from the path length difference between the antennas, the wavelength, and the weight of each antenna with respect to each assumed radio wave arrival direction. An antenna pattern calculating means for calculating the gain of the antenna and outputting an antenna pattern representing the relationship between the direction of arrival of radio waves and the gain;
In the antenna pattern output by the antenna pattern calculating means, an antenna arrangement evaluating means for calculating a side lobe level of a maximum side lobe as the evaluation value of the distributed radar and recording it in the antenna arrangement holding means;
In the antenna pattern output by the antenna pattern calculation means, side lobe peak extraction means for obtaining a radio wave arrival direction corresponding to a sidelobe peak having a large gain;
Based on the phase information of the received signal of each antenna in consideration of the weight related to the arrival direction of the radio wave output from the sidelobe peak extracting means, the position of one or a plurality of antennas is moved so that the phase varies, and a new antenna arrangement is created. Antenna arrangement generating means for generating;
An antenna arrangement calculating apparatus comprising:
前記アンテナ配置生成手段が、
前記サイドローブピーク抽出手段が出力する電波到来方向について該方向に関する各アンテナの受信信号の、アンテナの重みを考慮した位相回転を表す複素数である位相回転複素数に関し、アンテナ毎に、当該アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和に関する位相と当該アンテナの位相回転複素数に関する位相との差が小さいほど大きい値となる当該アンテナの寄与度を設定する寄与度算出手段、および
前記寄与度算出手段が出力する寄与度が大きな１つまたは複数のアンテナを抽出する大寄与度アンテナ抽出手段からなる移動アンテナ選択手段と、
アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置において前記大寄与度アンテナ抽出手段が出力するアンテナの位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ移動手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ配置算出装置。 The side lobe peak extracting means obtains one radio wave arrival direction related to the maximum side lobe;
The antenna arrangement generating means is
With respect to the phase rotation complex number that is a complex number representing the phase rotation in consideration of the antenna weight of the received signal of each antenna related to the direction of radio wave arrival output by the side lobe peak extraction means, the antenna excluding the antenna for each antenna Contribution calculating means for setting the contribution of the antenna to be larger as the difference between the phase relating to the phase rotation complex number sum of the group and the phase relating to the phase rotation complex number of the antenna is smaller, and the contribution output by the contribution degree calculating means Mobile antenna selection means comprising large contribution antenna extraction means for extracting one or more antennas having a large degree;
Antenna moving means for generating a new antenna arrangement by changing the position of the antenna output by the large contribution antenna extracting means in the antenna arrangement held by the antenna arrangement holding means;
The antenna arrangement calculating apparatus according to claim 1, comprising:
前記アンテナ配置生成手段が、
前記サイドローブピーク抽出手段が出力する電波到来方向について該方向に関する各アンテナの受信信号の、アンテナの重みを考慮した位相回転を表す複素数である位相回転複素数に関し、アンテナ毎に、当該アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和に関する位相と当該アンテナの位相回転複素数に関する位相との差が小さいほど大きい値となる当該アンテナの寄与度を設定する寄与度算出手段、
アンテナ毎に前記寄与度算出手段が出力する複数サイドローブピークに対応する寄与度を統合して最終的な単一の寄与度を算出する寄与度統合手段、および
前記寄与度統合手段が出力する寄与度が大きな１つまたは複数のアンテナを抽出する大寄与度アンテナ抽出手段からなる移動アンテナ選択手段と、
アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置において前記大寄与度アンテナ抽出手段が出力するアンテナの位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ移動手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ配置算出装置。 The side lobe peak extraction means obtains the direction of arrival of radio waves for a plurality of side lobe peaks in descending order of gain,
The antenna arrangement generating means is
With respect to the phase rotation complex number that is a complex number representing the phase rotation in consideration of the antenna weight of the received signal of each antenna related to the direction of radio wave arrival output by the side lobe peak extraction means, the antenna excluding the antenna for each antenna Contribution degree calculation means for setting the contribution degree of the antenna to be a larger value as the difference between the phase relating to the phase rotation complex number sum of the group and the phase relating to the phase rotation complex number of the antenna is smaller;
Contribution integration means for calculating a final single contribution by integrating contributions corresponding to a plurality of sidelobe peaks output by the contribution calculation means for each antenna, and contribution output by the contribution integration means Mobile antenna selection means comprising large contribution antenna extraction means for extracting one or more antennas having a large degree;
Antenna moving means for generating a new antenna arrangement by changing the position of the antenna output by the large contribution antenna extracting means in the antenna arrangement held by the antenna arrangement holding means;
The antenna arrangement calculating apparatus according to claim 1, comprising:
前記アンテナ配置生成手段が、
移動対象とする１つまたは複数のアンテナを抽出する移動アンテナ選択手段と、
アンテナ移動手段を構成する、
前記移動アンテナ選択手段が出力する移動対象アンテナおよび前記サイドローブピーク抽出手段が出力するサイドローブピークに対応する電波到来方向について、前記移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和と前記移動対象アンテナの位相回転複素数の位相差がより大きくなるような前記移動対象アンテナの位相回転複素数の位相範囲を求めて、許容位相範囲として出力する許容位相範囲算出手段、および
前記許容位相範囲算出手段が出力する前記移動対象アンテナと対応する許容位相範囲について位相回転複素数の位相が前記許容位相範囲内の値となるよう前記移動対象アンテナ位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ位置決定手段、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ配置算出装置。 The side lobe peak extracting means obtains one radio wave arrival direction related to the maximum side lobe;
The antenna arrangement generating means is
Mobile antenna selection means for extracting one or more antennas to be moved;
Configure the antenna moving means,
The phase rotation complex number sum of the antenna group excluding the moving target antenna and the moving target antenna for the radio wave arrival direction corresponding to the moving target antenna output from the moving antenna selection unit and the side lobe peak output from the side lobe peak extraction unit A phase range of the phase rotation complex number of the antenna to be moved so that a phase difference of the phase rotation complex number of the moving object antenna becomes larger, and an allowable phase range calculation unit that outputs the phase range as an allowable phase range; and the allowable phase range calculation unit outputs Antenna position determining means for generating a new antenna arrangement by changing the position of the movement target antenna so that the phase of the phase rotation complex number becomes a value within the allowable phase range for the allowable phase range corresponding to the movement target antenna;
The antenna arrangement calculating apparatus according to claim 1, wherein the antenna arrangement calculating apparatus includes:
前記アンテナ配置生成手段が、
移動対象とする１つまたは複数のアンテナを抽出する移動アンテナ選択手段と、
アンテナ移動手段を構成する、
前記移動アンテナ選択手段が出力する移動対象アンテナおよび前記サイドローブピーク抽出手段が出力するサイドローブピークに対応する電波到来方向について、前記サイドローブピーク毎に、前記移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和と前記移動対象アンテナの位相回転複素数の位相差がより大きくなるような前記移動対象アンテナの位相回転複素数の位相範囲を求めて、許容位相範囲として出力する許容位相範囲算出手段、
前記許容位相範囲算出手段が出力する、前記移動対象アンテナに対応する前記許容位相範囲について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求めて、許容位相範囲対応アンテナ位置候補として出力する許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段、
前記許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段が出力する前記許容位相範囲対応アンテナ位置候補の共通部分を抽出するアンテナ位置候補共通部分抽出手段、および
前記アンテナ位置候補共通部分抽出手段が出力する、前記許容位相範囲対応アンテナ位置候補の共通部分の範囲内で、前記移動対象アンテナ位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ位置確定手段、
を含むことを特徴とする請求項１または３に記載のアンテナ配置算出装置。 The side lobe peak extraction means obtains the direction of arrival of radio waves for a plurality of side lobe peaks in descending order of gain,
The antenna arrangement generating means is
Mobile antenna selection means for extracting one or more antennas to be moved;
Configure the antenna moving means,
With respect to the direction of arrival of radio waves corresponding to the movement target antenna output from the moving antenna selection unit and the side lobe peak output from the side lobe peak extraction unit, the phase rotation of the antenna group excluding the movement target antenna for each side lobe peak An allowable phase range calculating means for obtaining a phase range of the phase rotation complex number of the moving target antenna such that a phase difference between the complex sum and the phase rotation complex number of the moving target antenna is larger, and outputting the phase range as an allowable phase range;
A permissible phase range corresponding antenna that outputs a permissible phase range corresponding antenna position for each permissible phase range corresponding to the moving target antenna that is output by the permissible phase range calculating means and that outputs a corresponding range of antenna positions. Position candidate calculation means,
An antenna position candidate common part extracting means for extracting a common part of the allowable phase range corresponding antenna position candidates output by the allowable phase range corresponding antenna position candidate calculating means, and the allowable position output by the antenna position candidate common part extracting means An antenna position determining means for generating a new antenna arrangement by changing the position of the antenna to be moved within a range of a common part of antenna position candidates corresponding to a phase range;
The antenna arrangement calculating apparatus according to claim 1, wherein the antenna arrangement calculating apparatus includes:
前記アンテナ配置生成手段が、
移動対象とする１つまたは複数のアンテナを抽出する移動アンテナ選択手段と、
アンテナ移動手段を構成する、
前記移動アンテナ選択手段が出力する移動対象アンテナおよび前記サイドローブピーク抽出手段が出力するサイドローブピークに対応する電波到来方向について、前記移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和の逆位相を求める逆位相算出手段、および
前記逆位相算出手段が出力する逆位相について、位相回転複素数の位相が前記逆位相の近傍の値となるよう前記移動対象アンテナ位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ位置決定手段、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ配置算出装置。 The side lobe peak extracting means obtains one radio wave arrival direction related to the maximum side lobe;
The antenna arrangement generating means is
Mobile antenna selection means for extracting one or more antennas to be moved;
Configure the antenna moving means,
For the direction of arrival of radio waves corresponding to the movement target antenna output from the moving antenna selection means and the side lobe peak output from the side lobe peak extraction means, obtain the opposite phase of the phase rotation complex sum of the antenna group excluding the movement target antenna. A new antenna arrangement is generated by changing the position of the moving target antenna so that the phase of the phase rotation complex number becomes a value in the vicinity of the opposite phase with respect to the opposite phase output from the opposite phase calculating means and the opposite phase calculating means. Antenna positioning means,
The antenna arrangement calculating apparatus according to claim 1, wherein the antenna arrangement calculating apparatus includes:
前記アンテナ配置生成手段が、
移動対象とする１つまたは複数のアンテナを抽出する移動アンテナ選択手段と、
アンテナ移動手段を構成する、
前記移動アンテナ選択手段が出力する移動対象アンテナおよび前記サイドローブピーク抽出手段が出力するサイドローブピークに対応する電波到来方向について、前記サイドローブピーク毎に、前記移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和の逆位相を求める逆位相算出手段、
前記逆位相算出手段が出力する、前記移動対象アンテナに対応する前記逆位相について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求めて、逆位相対応アンテナ位置候補として出力する逆位相対応アンテナ位置候補算出手段、
前記逆位相対応アンテナ位置候補算出手段が出力する前記逆位相対応アンテナ位置候補を統合することにより、移動対象アンテナの移動先位置の範囲を求めるアンテナ位置候補統合手段、および
前記アンテナ位置候補統合手段が出力する前記移動先位置範囲の範囲内で、前記移動対象アンテナ位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ位置確定手段、
を含むことを特徴とする請求項１または３に記載のアンテナ配置算出装置。 The side lobe peak extraction means obtains the direction of arrival of radio waves for a plurality of side lobe peaks in descending order of gain,
The antenna arrangement generating means is
Mobile antenna selection means for extracting one or more antennas to be moved;
Configure the antenna moving means,
With respect to the direction of arrival of radio waves corresponding to the movement target antenna output from the moving antenna selection unit and the side lobe peak output from the side lobe peak extraction unit, the phase rotation of the antenna group excluding the movement target antenna for each side lobe peak Anti-phase calculation means for obtaining the anti-phase of the complex sum,
An anti-phase corresponding antenna position candidate calculating means for obtaining a corresponding antenna position range for each of the anti-phases corresponding to the moving target antenna output by the anti-phase calculating means and outputting as an anti-phase corresponding antenna position candidate. ,
An antenna position candidate integration unit that obtains a range of a destination position of a target antenna by integrating the anti-phase corresponding antenna position candidates output by the anti-phase corresponding antenna position candidate calculation unit, and the antenna position candidate integration unit Antenna position determining means for generating a new antenna arrangement by changing the position of the movement target antenna within the range of the movement destination position range to be output;
The antenna arrangement calculating apparatus according to claim 1, wherein the antenna arrangement calculating apparatus includes:
前記途中アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置を入力し、想定される各電波到来方向について、アンテナ間の経路長差、波長、各アンテナの重みから計算される受信信号の位相情報に基づき分散型レーダの利得を算出して、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを出力するアンテナパターン算出手段と、
前記アンテナパターン算出手段が出力するアンテナパターンにおいて、利得の大きなサイドローブピークに対応する電波到来方向を求めるサイドローブピーク抽出手段と、
前記サイドローブピーク抽出手段が出力するサイドローブピークに対応する電波到来方向について、前記サイドローブピーク毎に、前記途中アンテナ配置保持手段が保持する全アンテナに関する位相回転複素数総和の逆位相を求める逆位相算出手段と、
前記逆位相算出手段が出力する前記逆位相に対応するアンテナ位置候補を算出する逆位相対応アンテナ位置候補算出手段と、
前記逆位相対応アンテナ位置候補算出手段が出力する前記アンテナ位置候補のいずれからも近くにある位置を選択し、その位置に新たなアンテナを追加して新たなアンテナ配置を生成する追加アンテナ配置算出手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ配置算出装置。 A midway antenna arrangement holding means for holding antenna arrangement which is position information of a plurality of antennas constituting the distributed radar;
The antenna arrangement held by the antenna arrangement holding means on the way is inputted, and the distribution type is calculated based on the received signal phase information calculated from the path length difference between the antennas, the wavelength, and the weight of each antenna for each assumed direction of arrival of radio waves. An antenna pattern calculating means for calculating a gain of the radar and outputting an antenna pattern representing the relationship between the radio wave arrival direction and the gain;
In the antenna pattern output by the antenna pattern calculation means, side lobe peak extraction means for obtaining a radio wave arrival direction corresponding to a sidelobe peak having a large gain;
For the direction of arrival of the radio wave corresponding to the side lobe peak output by the side lobe peak extraction means, the reverse phase for obtaining the reverse phase of the phase rotation complex number sum for all antennas held by the midway antenna arrangement holding means for each side lobe peak A calculation means;
An anti-phase corresponding antenna position candidate calculating means for calculating an antenna position candidate corresponding to the anti-phase output by the anti-phase calculating means;
Additional antenna arrangement calculating means for selecting a position close to any of the antenna position candidates output by the anti-phase corresponding antenna position candidate calculating means and adding a new antenna to the position to generate a new antenna arrangement When,
An antenna arrangement calculating apparatus comprising:
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2011
- 2011-06-06 JP JP2011126003A patent/JP2012137472A/en active Pending
Patent Citations (4)
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