JP2013160705A - Radar cross-sectional area measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、屋外に配置された被測定物に試験電波を送信して反射波を受信することによりレーダ断面積(RCS:Radar Cross Section)を計測するレーダ断面積計測システムに関するものである。 The present invention relates to a radar cross section measurement system that measures a radar cross section (RCS) by transmitting a test radio wave to a measurement object placed outdoors and receiving a reflected wave.
従来から、屋外に配置された被測定物に試験電波を送信して反射波を受信する測定用アンテナ装置を用いたレーダ断面積計測システムは、良く知られている。
図8は屋外でレーダ断面積(RCS)を計測する一般的なレーダ断面積計測システムを概略的に示す側断面図であり、図8において、地面1の上方には、測定用アンテナ装置2と、支持回転機構3とが配置され、支持回転機構3の上には、被測定物4が取付けられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a radar cross-sectional area measurement system using a measurement antenna device that transmits a test radio wave to a measurement object placed outdoors and receives a reflected wave is well known.
FIG. 8 is a side sectional view schematically showing a general radar sectional area measurement system for measuring a radar sectional area (RCS) outdoors. In FIG. The
支持回転機構3は、被測定物4を支持するとともに、被測定物4を所望の向きに回転させる。
測定用アンテナ装置2は、支持回転機構3により被測定物4が所望方向に回転位置決めされた後、被測定物4に向けて試験電波5a(実線矢印参照)を送信して、被測定物4からの反射波5b(1点鎖線矢印参照)を受信する。
The
The
測定用アンテナ装置2は、あらかじめ別途に、RCSが既知の校正器(たとえば、導体球など)を同様に測定しておき、被測定物4を設置したときの受信電力と、校正器を設置したときの受信電力とを比較することにより、被測定物4のRCSを計測する。
The antenna apparatus for
被測定物4のRCSを計測する場合には、当然ながら、被測定物4からの反射波5bのみを受信する必要がある。
試験電波5aおよび反射波5bの伝搬経路5は、図8内の実線矢印および1点鎖線矢印で示す通りである。以下、試験電波5aが被測定物4で直接反射されて受信される反射波5bを直接波成分と呼ぶ。
When measuring the RCS of the device under
The propagation path 5 of the
しかし、実際には、測定用アンテナ装置2に受信される信号には、反射波5b(直接波成分)のみでなく、被測定物4と周辺エリアの地面10との間の伝搬経路6での多重反射波6a、6b(多重反射波成分)に起因した多重反射波6c(破線矢印参照)が含まれている。
However, in actuality, the signal received by the
なお、多重反射波6aは、実際には1回反射波であるが、計測対象とは異なる成分なので、計測対象の反射波5bと区別するために、以下、多重反射波と総称するものとする。
多重反射波6cは、測定用アンテナ装置2→被測定物4→被測定物4の周辺エリアの地面10→被測定物4→測定用アンテナ装置2、という経路を伝搬して受信される。
In addition, although the multiple
The multiple
このとき、被測定物4と地面10との距離が、被測定物4の大きさに比べて十分大きい場合には、測定用アンテナ装置2への反射波5b(直接波成分)と多重反射波6c(多重反射波成分)との到達時刻差が大きくなり、時間軸上で両者は明確に分離される。
At this time, if the distance between the
上記性質を利用すれば、多重反射波6c(多重反射波成分)を除去または抑圧して、反射波5b(直接波成分)のみを抽出することができる。
しかし、被測定物4と地面10との距離が、被測定物4の大きさに比べて小さい場合には、上記方法を用いて直接波成分のみを抽出することが困難になるので、他の手段を用いて多重反射波成分を除去または抑圧しなければならない。
If the above property is used, it is possible to extract only the
However, when the distance between the
そこで、従来から、電波吸収体を用いて多重反射波成分を抑圧する技術が提案されている(たとえば、非特許文献1参照)。
図9は多重反射波成分を抑圧可能にした従来のレーダ断面積計測システムを概略的に示す側断面図であり、上記非特許文献1に記載の技術を示している。
Therefore, conventionally, a technique for suppressing multiple reflected wave components using a radio wave absorber has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).
FIG. 9 is a side cross-sectional view schematically showing a conventional radar cross-sectional area measurement system capable of suppressing multiple reflected wave components, and shows the technique described in
図9において、被測定物4および支持回転機構3の周辺エリアの地面10の表面には、被測定物4の地面10への投影エリアを含むように、電波吸収体7が配置されている。
図9のように、電波吸収体7を配置することにより、被測定物4で反射されて地面10に入射する多重反射波6aの大部分が、電波吸収体7で熱損となって消散されるので、多重反射波6b(点線矢印参照)を大幅に抑圧することが可能となる。
In FIG. 9, the
As shown in FIG. 9, by arranging the radio wave absorber 7, most of the multiple
従来のレーダ断面積計測システムは、非特許文献1に記載の技術(図9)ように、多重反射波6bを抑圧するために、電波吸収体7を被測定物4の周辺エリアの地面10上に配置しているので、被測定物4が大きくて地面10への投影エリアが非常に広くなる場合には、非常に多くの電波吸収体7が必要になり、コストアップを招くという課題があった。
特に、屋外で電波吸収体7を常に配置した場合には、非常に高い耐候性が要求されることから、電波吸収体7の価格が非常に高価となり、さらにコストアップを招くという課題があった。
In the conventional radar cross-sectional area measurement system, as in the technique described in Non-Patent Document 1 (FIG. 9), the
In particular, when the radio wave absorber 7 is always arranged outdoors, a very high weather resistance is required, so that there is a problem that the price of the radio wave absorber 7 becomes very expensive and further increases the cost. .
また、低価格で一般的な屋内用の(耐候性の低い)電波吸収体7を用いて、好天の計測時のみに電波吸収体7を地面10上に配置する方法も考えられるが、計測の都度、電波吸収体7を搬出、配置および収納するための多大な労力が必要なうえ、膨大な量の電波吸収体7を収納するための設備を建設する必要もあり、結局、コストアップを回避することができないという課題があった。
In addition, a method of arranging the radio wave absorber 7 on the
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電波吸収体を用いずに、被測定物と地面との間の多重反射を抑圧することのできるレーダ断面積計測システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a radar cross-sectional area measurement system capable of suppressing multiple reflections between an object to be measured and the ground without using a radio wave absorber. The purpose is to obtain.
この発明に係るレーダ断面積計測システムは、地上に配置された被測定物と、被測定物に向けて試験電波を送信するとともに、被測定物からの反射波を受信して被測定物のレーダ断面積を計測する測定用アンテナ装置と、被測定物を地面の上方に支持して回転させるための支持回転機構とを備えたレーダ断面積計測システムであって、被測定物が配置された周辺エリアの地面の法線方向は、被測定物から周辺エリアの地面に対する投影方向とは異なるように設定されたものである。 A radar cross-sectional area measurement system according to the present invention transmits a test wave to a device to be measured placed on the ground and the device to be measured, and receives a reflected wave from the device to be measured to detect the radar of the device to be measured. A radar cross-sectional area measurement system including a measurement antenna device for measuring a cross-sectional area and a support rotation mechanism for supporting and rotating the object to be measured above the ground. The normal direction of the ground of the area is set to be different from the projection direction from the object to be measured to the ground of the peripheral area.
この発明によれば、単に被測定物および支持回転機構の周辺エリアの地面形状を異ならせるという簡単で安価な構成を用いることにより、被測定物と地面との間の多重反射を抑圧することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress multiple reflections between the object to be measured and the ground by using a simple and inexpensive configuration in which the shape of the ground in the peripheral area of the object to be measured and the support rotation mechanism is simply changed. it can.
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1を示すxz面断面図および上面図であり、上側がxz面断面図、下側がz方向からみた上面図である。
1A and 1B are an xz plane sectional view and a top
図1において、この発明の実施の形態1に係るレーダ断面積計測システムは、地面1上に配置された測定用アンテナ装置2と、周辺エリアの地面10上に配置された支持回転機構3および被測定物4と、支持回転機構3を水平に設置するためのスペーサ8と、を備えている。
In FIG. 1, a radar cross-sectional area measurement system according to
図1においては、被測定物4の中心を基準として、測定用アンテナ装置2に対する水平方向をx軸、地面1の表面に対する法線方向をz軸、zx面に対して垂直方向をy軸とする。
測定用アンテナ装置2は、被測定物4のRCSを計測するために、−x方向に試験電波5aを送信するとともに、試験電波5aの反射波5bを受信する。
支持回転機構3は、被測定物4を支持するとともに、z軸を中心に被測定物4を回転させて位置決めする。
In FIG. 1, the horizontal direction with respect to the
The
The
被測定物4および支持回転機構3の周辺エリアの地面10は、平坦な面形状からなるものの、y方向には一様な形状であり、−x方向に対しては傾斜している。
すなわち、被測定物4の周辺エリアの地面10の法線方向は、被測定物4から周辺エリアの地面10に対する投影方向とは異なるように設定されている。
The
That is, the normal direction of the
特に、図1においては、周辺エリアの地面10の法線方向は、周辺エリア以外の地面1(測定用アンテナ装置2との間の地面1)の法線方向とは異なっている。
具体的には、被測定物4および支持回転機構3の周辺エリアの地面10は、支持回転機構3の周辺エリア以外の領域(地面1)に対して、−x方向に下降傾斜している。
なお、傾斜させる地面10の範囲は、様々な角度に回転させた被測定物4の地面10への投影エリアを含む領域と同等の範囲またはそれよりも広く設定することが望ましい。
In particular, in FIG. 1, the normal direction of the
Specifically, the
It is desirable that the range of the
上記構成により、測定用アンテナ装置2から送信された試験電波5a(実線矢印)のうち、被測定物4で下方に反射されて地面10に入射する多重反射波6a(破線矢印)は、傾斜した地面10により、スネルの法則にしたがって図中左斜め上方に反射されて、被測定物4に入射しない多重反射波6b(破線矢印)となる。
With the above configuration, among the
この結果、被測定物4と地面10との間に生じる多重反射波6a、6bは、従来システムのように周辺エリアの地面10が他の地面1と同一平面に位置する場合(または、他の地面1と平行な場合)に比べて、大幅に低減されることになり、多重反射波成分に起因したRCS計測誤差を大幅に抑圧することが可能になる。
As a result, the multiple reflected
以下、図2および図3を参照しながら、この発明の実施の形態1の効果を確かめるための電磁界シミュレーション結果について説明する。
図2はこの発明の実施の形態1のシミュレーション解析構成を示す説明図であり、計測対象となる反射波5b(直接波成分)と、ノイズに相当する多重反射波6c(多重反射波成分)とに注目して、問題を簡単化した解析モデルを示している。
Hereinafter, an electromagnetic field simulation result for confirming the effect of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a simulation analysis configuration according to the first embodiment of the present invention. The reflected
図2において、測定用アンテナ装置2は、被測定物4から非常に離れた遠い位置に配置され、被測定物4の下方の周辺エリアには、図1と同様の平面状に傾斜した地面10が配置されている。
なお、この場合、被測定物4は、飛行機のような形状を有する導体としている。
In FIG. 2, the
In this case, the
試験電波5aの直接波成分である反射波5b(1回反射成分)の伝搬経路は、測定用アンテナ装置2→被測定物4→測定用アンテナ装置2であり、多重反射波6c(3回反射成分)の伝搬経路は、測定用アンテナ装置2→被測定物4→地面10→被測定物4→測定用アンテナ装置2となる。
The propagation path of the reflected
図3は図2の解析モデルを用いたRCS解析結果(この発明の実施の形態1の効果)を示す説明図であり、横軸は被測定物4から見た測定用アンテナ装置2の測定角度(被測定物4の回転角度(0°〜360°)、縦軸はRCS値(受信レベルに対応)である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an RCS analysis result (effect of the first embodiment of the present invention) using the analysis model of FIG. 2, and the horizontal axis indicates the measurement angle of the
図3においては、周辺エリアの地面10の傾斜角θをパラメータとして、θ=0°、θ=10°、θ=20°に設定した場合での、計測対象となる1回反射成分(反射波5b)のRCS(破線)と、ノイズとなる3回反射成分(多重反射波6c)のRCS(実線)とを示している。
すなわち、1回反射成分(反射波5b)がRCSの真値であり、3回反射成分(多重反射波6c)が被測定物4と地面10との間の多重反射に起因した誤差となる。
In FIG. 3, the single reflection component (reflected wave) to be measured when θ = 0 °, θ = 10 °, and θ = 20 ° are set with the inclination angle θ of the
That is, the one-time reflected component (reflected
図3の解析結果から明らかなように、地面10が水平(傾斜角θ=0°)の従来システムに比べて、傾斜角θを大きく(θ=10°、θ=20°へと)設定することにより、3回反射成分(多重反射波6c)のRCS値が低下していく傾向を確認することができる。
この理由は、傾斜角θが増加するにつれて、周辺エリアの地面10での多重反射波6bが被測定物4に再び入射する量の割合が減少するからである。
As is apparent from the analysis result of FIG. 3, the inclination angle θ is set larger (θ = 10 °, θ = 20 °) than the conventional system in which the
The reason for this is that as the inclination angle θ increases, the ratio of the amount of the multiple reflected
また、図3から明らかなように、図2の解析モデルの場合には、地面10の傾斜角θを20°程度に設定した場合での3回反射成分のRCS値が、ほぼすべての測定角度において、傾斜角θ=0°の3回反射成分のRCS値よりも低くなっていることを確認することができる。
この結果、地面10の傾斜角θを適切(20°程度)に選定することにより、被測定物4と地面10との間の多重反射に起因したRCS計測誤差を低減可能なことが分かる。
As apparent from FIG. 3, in the case of the analysis model of FIG. 2, the RCS values of the three-time reflection component when the inclination angle θ of the
As a result, it can be seen that the RCS measurement error caused by the multiple reflection between the
なお、上記検討結果から、被測定物4の周辺エリアの地面10は、図1の構成(−x方向に傾斜)に限らず、多重反射波6cの抑圧効果を得るという観点に鑑みれば、どの方向に傾斜してもよいことが分かる。
From the above examination results, the
ただし、周辺エリアの地面10の下降傾斜方向を、ほぼ+x方向(測定用アンテナ装置2の方向)い設定した場合には、傾斜角θによっては、被測定物4ではなく地面10そのものによる反射波が測定用アンテナ装置2で受信されてしまう可能性があるので注意が必要である。
However, when the descending inclination direction of the
たとえば図4のように、被測定物4の周辺エリアの地面10は、−y方向(測定用アンテナ装置2と被測定物とを結ぶ直線x軸に直交する方向)に傾斜していてもよい。
図4はこの発明の実施の形態1に係るレーダ断面積計測システム他の構成例を示すyz面断面図であり、前述(図1参照)と同様のものについては、前述と同一符号が付されている。
図4の構成においても、多重反射波6bは、−y方向(図中左斜め上方)に反射されるので、前述と同様に、多重反射波6cの抑圧効果を奏することができる。
For example, as shown in FIG. 4, the
4 is a yz-plane cross-sectional view showing another configuration example of the radar cross-sectional area measurement system according to
In the configuration of FIG. 4 as well, the multiple reflected
以上のように、この発明の実施の形態1(図1〜図4)に係るレーダ断面積計測システムは、地上(地面10の上)に配置された被測定物4と、被測定物4に向けて試験電波5aを送信するとともに、被測定物4からの反射波5bを受信して被測定物4のRCS(レーダ断面積)を計測する測定用アンテナ装置2と、被測定物4を地面10の上方に支持して回転させるための支持回転機構3とを備えている。
As described above, the radar cross-sectional area measurement system according to the first embodiment (FIGS. 1 to 4) of the present invention includes the
被測定物4が配置された周辺エリアの地面10の法線方向は、被測定物4から周辺エリアの地面10に対する投影方向とは異なるように設定されている。また、この場合、周辺エリアの地面10の形状は、傾斜平面である。
さらに、周辺エリアの地面10において、法線方向が他の地面1の法線方向とは異なる範囲は、被測定物4が回転したときの被測定物4からの投影エリアを含む。
The normal direction of the
Furthermore, in the
このように、単に被測定物4および支持回転機構3の周辺エリアの地面10の形状を異ならせるという簡単で安価な構成を用いることにより、電波吸収体を用いずに、被測定物4と地面10との間の多重反射を抑圧することができる。
In this way, by using a simple and inexpensive configuration in which the shape of the
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1(図1〜図4)では、被測定物4の周辺エリアの地面10を傾斜した平面に設定したが、地面10の形状は平面に限定されるものではなく、図5のように、曲面形状としてもよい。
In the first embodiment (FIGS. 1 to 4), the
図5はこの発明の実施の形態2に係るレーダ断面積計測システムを示すxz面断面図および上面図であり、前述(図1参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
FIG. 5 is an xz plane sectional view and a top view showing a radar sectional area measuring system according to
図5において、被測定物4の周辺エリアの地面10の形状は、曲面(たとえば、パラボラ面)となっている。
すなわち、地面10の形状は、被測定物4の位置から逸脱した紙面左斜め上方付近に、焦点(または、焦線)Fを有するパラボラ面相当の形状となっている。
In FIG. 5, the shape of the
In other words, the shape of the
地面10のパラボラ面が焦点Fを有する場合には、地面10の形状は、xz面内においても、yz面内においても、いずれも一様ではない3次元的な放物面となる。
一方、地面10のパラボラ面が焦線Fを有する場合には、地面10の形状は、y方向に一様なシリンドリカルパラボラ面となる。
When the parabolic surface of the
On the other hand, when the parabolic surface of the
以上のように、この発明の実施の形態2(図5)に係るレーダ断面積計測システムにおいて、周辺エリアの地面10の形状は、曲面形状となっており、具体的には、放物面の一部、または柱状放物面の一部からなっている。
これにより、前述(図1〜図4)のように地面10が傾斜平面である場合に比べて、多重反射波6bの伝搬経路を確実に被測定物4から逸脱させることが可能となる。
したがって、被測定物4と地面10との間の多重反射波6bが被測定物4に再び入射する量をさらに確実に低減することができる。
As described above, in the radar cross-sectional area measurement system according to Embodiment 2 (FIG. 5) of the present invention, the shape of the
As a result, as compared with the case where the
Therefore, it is possible to further reliably reduce the amount of the multiple reflected
実施の形態3.
なお、上記実施の形態1、2(図1〜図5)では、被測定物4の周辺エリアの傾斜平面または曲面からなる地面10を、他の地面1の垂直位置よりも下方側に形成したが、これらの構成に限定されることはなく、たとえば図6、図7のように、周辺エリアの地面10を他の地面1の垂直位置よりも上方に形成してもよい。
In the first and second embodiments (FIGS. 1 to 5), the
図6はこの発明の実施の形態3に係るレーダ断面積計測システムを示すxz面断面図および上面図であり、図7はこの発明の実施の形態3に係るレーダ断面積計測システムの他の構成例を示すxz面断面図および上面図である。
FIG. 6 is an xz plane sectional view and a top view showing a radar sectional area measuring system according to
図6、図7において、被測定物4および支持回転機構3の周辺エリアの地面10は、z軸に関して回転対称な円錐側面形状を有し、他の領域の地面1の垂直位置よりも上方に形成されている。
また、図7において、被測定物4および支持回転機構3は、周辺エリアの地面10の中央に形成された凹部10aに収納されている。
6 and 7, the
In FIG. 7, the
図6、図7のように周辺エリアの地面10を形成した場合においても、前述と同様に、被測定物4と地面10との間の多重反射を抑圧する効果が得られる。
また、前述の実施の形態1、2に比べて、周辺エリアの地面10の実質的な構成量が軽減されるので、安価に地面10を形成することが可能となる。
Even when the
In addition, since the substantial amount of configuration of the
なお、図6、図7においては、地面10の形状を、z軸に関して回転対称な円錐側面形状としたが、所望の多重反射抑圧効果が得られれば、他の曲面形状や平面であってよい。
また、上記実施の形態1〜3(図1〜図7)において、測定用アンテナ装置2は、送信用および受信用に1つずつ、合計2つのアンテナ構成(準モノスタティック)であってもよく、送受信を兼用する1つのアンテナ構成(完全モノスタティック)であってもよい。
6 and 7, the shape of the
In the first to third embodiments (FIGS. 1 to 7), the
たとえば、測定用アンテナ装置2として、2つのアンテナ構成からなる準モノスタティックを適用した場合においても、被測定物4からみた送信アンテナと受信アンテナとの間の離角が小さければ、完全モノスタティックとほぼ同一の測定結果が得られる。
For example, even when a quasi-monostatic consisting of two antenna configurations is applied as the
さらに、上記実施の形態1〜3において、地面10上に支持回転機構3を直接設置する場合を例にとって説明したが、被測定物4の周辺エリアの地面10の表面形状(法線方向)のみが他の面と異なってさえいれば、何らかの構造物が介在されていてもよい。
Furthermore, in the first to third embodiments, the case where the
1 地面、2 測定用アンテナ装置、3 支持回転機構、4 被測定物、5a 試験電波、5b 反射波、6a、6b、6c 多重反射波、10 地面、θ 傾斜角。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記被測定物に向けて試験電波を送信するとともに、前記被測定物からの反射波を受信して前記被測定物のレーダ断面積を計測する測定用アンテナ装置と、
前記被測定物を地面の上方に支持して回転させるための支持回転機構と
を備えたレーダ断面積計測システムであって、
前記被測定物が配置された周辺エリアの地面の法線方向は、前記被測定物から前記周辺エリアの地面に対する投影方向とは異なるように設定されたことを特徴とするレーダ断面積計測システム。 An object to be measured placed on the ground;
A measurement antenna device that transmits a test radio wave toward the object to be measured, receives a reflected wave from the object to be measured, and measures a radar cross-sectional area of the object to be measured;
A radar cross-sectional area measurement system comprising: a support rotation mechanism for supporting and rotating the object to be measured above the ground;
A radar cross-sectional area measurement system, wherein a normal direction of a ground surface in a peripheral area where the measurement object is arranged is set to be different from a projection direction from the measurement object to the ground surface in the peripheral area.
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