JP2015219057A

JP2015219057A - レーダ装置、レーダ装置の制御方法

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Publication number: JP2015219057A
Application number: JP2014101329A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　治; Osamu Sato; 治佐藤; 幸伸時枝; Yukinobu Tokieda; 菅原　博樹; Hiroki Sugawara; 博樹菅原
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-15
Also published as: JP6446739B2

Abstract

【課題】フェーズドアレイ方式のレーダ装置であって、受信アンテナが過大な受信電力を受信した場合であっても、信号処理回路への電気的な悪影響を防ぐことができるレーダ装置、レーダ装置の制御方法を提供する。
【解決手段】レーダ装置は、フェーズドアレイ方式のレーダ装置であって、受信部が受信した受信信号の受信電力の受信強度を検出する検出部と、検出部が検出した受信強度に基づいて、送信部が送信する送信信号の振幅を制御する振幅制御値を生成し、生成した振幅制御値によって送信信号の振幅を制御する振幅制御部と、振幅制御部によって振幅が制御された送信信号を送信する送信部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーダ装置、レーダ装置の制御方法に関する。

雨や雪等の気象の観測には、気象レーダが用いられている。気象レーダは、アンテナを回転させながら、電波を発射させ、雨や雪の粒に当たって反射された電波を受信することで、アンテナが設置されている所定の範囲に存在する雨になる前の雲、氷、霙、霰、雨や雪など水分を観測する。気象レーダは、発射した電波が戻ってくるまでの時間に基づいて、雨や雪までの距離を測定し、戻ってきた電波の強さから雨や雪の強さを観測する。このような気象レーダでは、例えばパラボラアンテナが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

また、近年、フェーズドアレイアンテナを用いたフェーズドアレイレーダが用いられ始めている。フェーズドアレイレーダでは、受信アンテナと送信アンテナとを有し、複数のアンテナがアレイ化されて用いられる。このようなフェーズドアレイレーダでは、例えば、仰角方向に対してアクティブフェーズアンテナによって電子走査して観測し、方位方向に対してスロットアンテナによって機械的にビームを形成しアンテナを機械的に回転させることで観測を行っている（例えば、非特許文献１参照）。

また、フェーズドアレイレーダでは、一般的に、送信アンテナから発射される送信電力が大きく（例えば５００Ｗ）、観測対象の雨や雪に反射した電波であるため受信アンテナが受信する受信電力は小さい（例えば１Ｗ）。このようなフェーズドアレイレーダでは、受信アンテナが受信する最大の受信電力は、１Ｗ程度を想定しているため、受信した信号を処理する回路部に用いられている部品の定格も、この想定される最大の受信電力に合わせたものとなっている。

特開２０１３−２２１７８７号公報

プレスリリース、日本初「フェーズドアレイ気象レーダ」を開発、独立行政法人情報通信研究機構、国立大学法人大阪大学、株式会社東芝、http://www.nict.go.jp/press/2012/08/31-1.html、2012.8.31、（2013.5.31インターネット検索）

しかしながら、このようなフェーズドアレイレーダでは、図９のように、アンテナの近くに電波を反射する障害物がある場合、受信アンテナが受信する受信電力が想定している電力の最大値より大きくなる。図９は、レーダ装置から近い距離に障害物がある場合に送信される電波と受信される電波を説明する図である。図９に示すように、送信アンテナ９０１は、例えば送信電力５００Ｗで電波を発射する。そして、受信アンテナ９０２は、障害物９１１によって反射された受信電力を受信する。このとき、障害物９１１が送信アンテナ９０１および受信アンテナ９０２から至近距離にあるため、受信電力は５００Ｗの−１０ｄＢである５０Ｗまたは−２０ｄＢである５Ｗであったとする。ここで、受信アンテナ９０２は、受信した受信電力を処理する信号処理回路を有している。
上述したように、フェーズドアレイレーダの受信アンテナ側の回路は、１Ｗ程度の受信電力に合わせた部品が用いられている。このため、障害物９１１によって反射された電波を受信アンテナ９０２が受信し、受信した受信電力を受信系に入力してしまうと、ＬＮＡや信号処理回路が飽和したり、ＬＮＡにダメージを与えてしまう場合もあるという課題があった。なお、受信系とは、受信アンテナ９０２が受信した受信信号が入力される系で有り、例えばＬＮＡ、信号処理回路を含んで構成される。また、ＬＮＡは、受信アンテナ９０２が受信した受信信号から雑音成分や外来の干渉成分を除去し、所望の信号を抽出する回路である。

上述の課題を鑑み、本発明は、フェーズドアレイ方式のレーダ装置であって、受信アンテナが過大な受信電力を受信した場合であっても、信号処理回路への電気的な悪影響を防ぐことができるレーダ装置、レーダ装置の制御方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係るレーダ装置は、フェーズドアレイ方式のレーダ装置であって、受信部が受信した受信信号の受信電力の受信強度を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記受信強度に基づいて、送信部が送信する送信信号の振幅を制御する振幅制御値を生成し、生成した前記振幅制御値によって前記送信信号の振幅を制御する振幅制御部と、前記振幅制御部によって振幅が制御された前記送信信号を送信する前記送信部と、を備える。

また、本発明の一態様に係るレーダ装置において、前記振幅制御部は、自装置の方位方向および仰角方向の少なくとも一方の方位の複数の角度毎に、前記振幅制御値を生成し、生成した前記振幅制御値を角度毎に記憶させ、記憶させた前記角度毎の前記振幅制御値によって前記送信信号の振幅を制御するようにしてもよい。

また、本発明の一態様に係るレーダ装置において、前記送信部は、前記送信信号をデジタル信号からアナログ信号に変換するＤＡ（デジタル信号−アナログ信号）変換部、前記送信信号の振幅を変更するアッテネータ、および前記送信信号の振幅を変更する可変ゲインアンプの少なくとも１つを備え、前記振幅制御部は、前記ＤＡ変換部、前記アッテネータ、および前記可変ゲインアンプのうち少なくとも１つを前記振幅制御値によって前記送信信号の振幅を制御するようにしてもよい。

また、本発明の一態様に係るレーダ装置において、前記振幅制御部は、前記送信信号を送信する期間に、前記振幅制御値によって前記送信信号の振幅を制御するようにしてもよい。

上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係るレーダ装置の制御方法は、フェーズドアレイ方式のレーダ装置の制御方法であって、検出部が、受信部が受信した受信信号の受信電力の受信強度を検出する検出手順と、振幅制御部が、前記検出手順によって検出された前記受信強度に基づいて、送信部が送信する送信信号の振幅を制御する振幅制御値を生成し、生成した前記振幅制御値によって前記送信信号の振幅を制御する振幅制御手順と、前記送信部が、前記振幅制御手順によって振幅が制御された前記送信信号を送信する送信手順と、を含む。

本発明によれば、レーダ装置は、受信アンテナが過大な受信電力を受信した場合であっても、信号処理回路への電気的な悪影響を防ぐことができる。

本実施形態に係るレーダシステムの概略構成図である。本実施形態に係るレーダシステムの設置状態の一例を説明する図である。本実施形態に係るアンテナ装置の概略構成図である。本実施形態に係る記憶部に記憶されている記憶されている振幅制御値の一例を説明する図である。本実施形態に係る振幅制御値を生成するために出力する送信電力を説明する図である。受信部であるＬＮＡに過大な入力がされた場合の動作を説明する図である。本実施形態に係る回転角度毎の振幅制御値の取得方法の一例を説明する図である。本実施形態に係る振幅制御値を用いてＤＡＣが振幅を制御しない場合と制御する場合の一例を説明する図である。レーダ装置から近い距離に障害物がある場合に送信される電波と受信される電波を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るレーダシステム１の概略構成図である。図２は、本実施形態に係るレーダシステム１の設置状態の一例を説明する図である。図１に示すように、レーダシステム１は、アンテナ装置２、信号処理・制御部３、データ送受信装置４、データ送受信装置７、信号処理・制御部８を備えている。
なお、本実施形態のレーダシステム１は、フェーズドアレイ方式のレーダ装置である。また、本実施形態のレーダシステム１は、例えば気象レーダ、船舶レーダ等である。

アンテナ装置２は、後述するように、送信部、送信アンテナ、受信部、受信アンテナ等を備えている。アンテナ装置２は、信号処理・制御部３の制御に応じて、アンテナ装置２を方位方向に機械的に回転させる。また、アンテナ装置２は、信号処理・制御部３の制御に応じて、仰角方向のビームを電子的に走査させる。アンテナ装置２は、信号処理・制御部３が出力した送信信号に基づいて、送信する送信波を生成する。アンテナ装置２は、振幅制御値に基づいて、送信アンテナによって発射する電波の送信信号の振幅を制御して、送信波を発射する。そして、アンテナ装置２は、対象物に反射した電波を受信アンテナによって受信する。アンテナ装置２は、受信した受信波に基づいて受信電力の強度を検出し、検出した強度に基づいて、アンテナ装置２の方位方向および仰角方向の角度毎に振幅制御値を生成する。また、アンテナ装置２は、受信した受信波に基づいて受信信号を生成し、生成した受信信号を、信号処理・制御部３に出力する。また、アンテナ装置２は、図２のように、例えば、信号処理・制御部３が設置されている建物の屋上に、さらにレーダ塔（鉄塔）を介して設置されている。

信号処理・制御部３は、送信信号を生成し、生成した送信信号をアンテナ装置２に出力する。信号処理・制御部３は、アンテナ装置２が出力した受信信号に対して、所定の信号処理を行い、信号処理した情報をデータ送受信装置４に出力する。なお、データ送受信装置４に出力される情報は、アンテナ装置２が観測したレーダ情報である。また、信号処理・制御部３は、送信ビームおよび受信ビームのビームフォーミング、送信ビームおよび受信ビームに対する仰角の電子走査を行うための位相制御等を行う。また、信号処理・制御部３は、データ送受信装置４が出力した制御情報に応じて、アンテナ装置２を、機械的に方位方向に回転させるように制御する。信号処理・制御部３は、アンテナ装置２を方位方向に機械的に回転させているとき、予め決められている方位に対する回転角度を、アンテナ装置２に出力する。また、信号処理・制御部３は、仰角方向にビームを走査させているとき、予め定められている仰角方向に対する仰角度、例えば水平方向に対する角度をアンテナ装置２に出力する。なお、回転角度は、例えば０度から３６０度までの範囲であり、仰角は０度から９０度までの範囲である。
また、信号処理・制御部３は、図２のように、建物内に設置されている。また、信号処理・制御部３は、例えば、表示装置、コンピュータ、および記憶部を含んで構成されていてもよい。

データ送受信装置４は、信号処理・制御部３が出力した情報を、ネットワーク５を介して信号処理・制御部８に送信する。なお、ネットワーク５は、無線回線である。データ送受信装置４は、ネットワーク５を介して信号処理・制御部８から受信した制御情報を、信号処理・制御部３に出力する。また、データ送受信装置４は、図２のように、例えば、信号処理・制御部３が設置されている建物の屋上に設置されている。

データ送受信装置７は、信号処理・制御部８が出力した制御情報を、ネットワーク５を介してデータ送受信装置４に送信する。データ送受信装置７は、ネットワーク５を介して受信した情報を信号処理・制御部８に出力する。また、データ送受信装置７は、図２のように、例えば、信号処理・制御部８が設置されている建物の屋上に設置されている。

信号処理・制御部８は、アンテナ装置２に対する制御情報を生成し、生成した制御情報をデータ送受信装置７に出力する。信号処理・制御部８は、データ送受信装置７が出力した情報を受け取り、受け取った情報を信号処理・制御部８が有する記憶部に記憶させ、さらに情報に対して所定の処理を行う。また、信号処理・制御部８は、図２のように、信号処理・制御部８が設置されている建物と別の建物内に設置されている。また、信号処理・制御部８は、例えば、表示装置、コンピュータ、および記憶部を含んで構成されていてもよい。

なお、上述した例では、データ送受信装置４とデータ送受信装置７とが、ネットワーク５を介して、情報および制御情報の送受信を行う例を説明したが、これに限られない。信号処理・制御部３と信号処理・制御部８とが、ネットワーク６を介して接続されている場合、信号処理・制御部３と信号処理・制御部８とは、ネットワーク６を介して情報および制御情報の送受信を行うようにしてもよい。なお、ネットワーク６は、有線回線、無線回線のいずれか一方または両方であってもよい。

次に、アンテナ装置２について、さらに説明する。
図３は、本実施形態に係るアンテナ装置２の概略構成図である。図３に示すように、アンテナ装置２は、受信アンテナ２０１（受信部）、ＬＮＡ２０２（受信部）、カプラ２０３、ＤＥＴ（検出部）２０４、コントローラ２０５（振幅制御部）、記憶部２０６、ＤＡＣ（デジタル信号−アナログ信号変換部）２０７（振幅制御部、ＤＣ変換部）、ＴＸ２０８（送信部）、および送信アンテナ２０９（送信部）を備えている。

受信アンテナ２０１は、送信アンテナ２０９によって発射された電波が対象物によって反射された電波（以下、受信波という）を受信する。受信アンテナは、受信した受信波を受信信号に変換し、変換した受信信号をＬＮＡ２０２に出力する。なお、受信アンテナ２０１は、複数のアンテナがアレイ化されているアレイアンテナである。また、受信アンテナ２０１の受信ビームは、信号処理・制御部３が送信波の位相制御を行うことによって、仰角方向に対して走査が行われる。なお、受信アンテナ２０１と送信アンテナ２０９とのアイソレーションは、例えば、約４０ｄＢ〜５０ｄＢ程度確保されているとする。

ＬＮＡ２０２は、受信部であり、受信アンテナ２０１が出力した受信信号を受信し、受信した受信信号から雑音成分や外来の干渉成分を除去し、所望の信号を抽出する。ＬＮＡ２０２は、抽出した信号を信号処理に必要な強度に増幅し、増幅した受信信号をカプラ２０３に出力する。ＬＮＡ２０２は、例えばＡＤ（アナログ信号−デジタル信号）変換部、ローノイズアンプ、フィルタ等によって構成されている。

カプラ２０３は、ＬＮＡ２０２が出力した受信信号を、例えば９９％と１％とに分離し、分離した受信信号の内、１％の受信信号をＤＥＴ２０４に出力し、残り９９％の受信信号を信号処理・制御部３に出力する。
ＤＥＴ２０４は、カプラ２０３が出力した受信信号の受信強度を検出し、検出した受信強度を示す値をコントローラ２０５に出力する。

コントローラ２０５には、ＤＥＴ２０４が出力した受信強度を示す値と、信号処理・制御部３が出力した回転角度および仰角度とを受け取る。アンテナ装置２は、運用を開始する前に、後述するように、所定の送信電力の送信信号を送信アンテナ２０９から送信し、回転角度および仰角度毎に受信アンテナによって受信波を受信する。そして、コントローラ２０５は、このように運用を開始する前に、回転角度および仰角度毎に取得された受信波に基づいて検出された受信強度を示す値に基づいて、ＤＡＣ２０７の振幅レベルを制御する振幅制御値を生成する。コントローラ２０５は、このようにして生成した振幅制御値を回転角度および仰角度に関連付けて記憶部２０６に記憶させる。なお、振幅制御値は、例えば０〜１の範囲の値である。振幅制御値が１の場合、振幅を変更しないことを示し、振幅制御値が０に近づくほど、振幅を小さくすることを示している。
コントローラ２０５は、アンテナ装置２の運用を開始した後、信号処理・制御部３が出力した回転角度および仰角度に対応する振幅制御値を記憶部２０６から読み出し、読み出した振幅制御値をＤＡＣ２０７に出力する。

記憶部２０６には、回転角度および仰角度毎に振幅制御値が関連付けて記憶されている。
ＤＡＣ２０７は、信号処理・制御部３が出力した送信信号を、デジタル信号からアナログ信号に変換する。また、ＤＡＣ２０７は、変換の際、コントローラ２０５が出力した振幅制御値に応じて、送信信号の振幅を変更する。

ＴＸ２０８は、送信部であり、ＤＡＣ２０７が出力した送信信号を増幅して送信電力を生成し、生成した送信電力を送信アンテナ２０９に供給する。
送信アンテナ２０９は、ＴＸ２０８から供給された送信電力を発射する。なお、送信アンテナ２０９は、複数のアンテナがアレイ化されている。また、送信アンテナ２０９の送信ビームは、信号処理・制御部３が送信波の位相制御を行うことによって、仰角方向に対して走査が行われる。

図４は、本実施形態に係る記憶部２０６に記憶されている記憶されている振幅制御値の一例を説明する図である。図４に示すように、記憶部２０６には、回転角度および仰角度毎に振幅制御値が関連付けて記憶されている。図４において、行方向は仰角度であり、列方向は、回転角度（方位）である。図４の示した例は、回転角度および仰角度が、それぞれ１０度間隔の例である。例えば、仰角度が０度と、回転角度が２０度と、振幅制御値がｇ_{（０，２０）}とが関連付けられて記憶されている。なお、図４に示した例は一例であり、回転角度の間隔、および仰角度の間隔は、他の角度、例えば５度であってもよい。

次に、図４に示したような回転角度毎の振幅制御値の取得方法の一例を説明する。
図５は、本実施形態に係る振幅制御値を生成するために出力する送信電力を説明する図である。図５において、横軸は方位、縦軸は送信電力である。
図５において、波形４０１は、送信電力の電力値が、例えば１Ｗの送信電力の波形を示し、波形４０２は、送信電力の電力値が、例えば１０Ｗの送信電力の波形を示し、波形４０３は、送信電力の電力値が、例えば１００Ｗの送信電力の波形を示している。信号処理・制御部３は、振幅制御値を生成するために送信電力を送信アンテナ２０９から発射するとき、このような送信波が障害物で反射され、受信アンテナ２０１が受信した場合に、ＬＮＡ２０２に入力される受信電力がＬＮＡ２０２の最大定格以下になるように送信電力を決定する。

図６は、受信部であるＬＮＡ２０２に過大な入力がされた場合の動作を説明する図である。図６において、横軸はＬＮＡ２０２への入力電力、縦軸はＬＮＡ２０２からの出力電圧である。図６において、入力電力がＩＮＰ４の電力値は、ＬＮＡ２０２にパルス信号を入力した場合の最大定格であり、入力電力がＩＮＰ３の電力値は、ＬＮＡ２０２に連続信号を入力した場合の最大定格である。
図６に示すように、入力電力が０〜ＩＮＰ１の範囲では、出力電力が０〜ＯＰＴＰ１まで直線的に増加していく線形利得領域である。一方、入力電力がＩＮＰ１以上の範囲は、出力電力が線形に増加しない非線形領域（飽和領域ともいう）である。例えば、入力電力がＩＮＰ２のとき、ＬＮＡ２０２が飽和していない場合の出力電力はＯＵＴＰ３である。しかしながら、入力電力がＩＮＰＴ２のとき、ＬＮＡ２０２は飽和領域であるため、実際の出力電力は、ＯＵＴＰ２である。この出力電力ＯＵＴＰ２は、ＯＵＴＰ３に対して、約１ｄＢ（デシベル）下がった、すなわち１ｄＢ分圧縮されたことを示している。
このような非線形領域でＬＮＡ２０２を用いた場合、ＬＮＡ２０２から出力される信号に歪みが生じる。歪みが発生すると、信号処理で行われるパルス圧縮の誤差を生じ、この誤差によって復調信号に乱れが生じる。
このため、コントローラ２０５が、このようなＬＮＡ２０２の線形利得領域を記憶部２０６に予め記憶させておく。そして、コントローラ２０５は、振幅制御値を生成する際、記憶部２０６に記憶されている線形利得領域で動作するように振幅制御値を生成するようにしてもよい。これにより、本実施形態のアンテナ装置２では、線形利得領域で動作させることができるため、復調時の復調信号の乱れを低減する効果も得られる。

図７は、本実施形態に係る回転角度毎の振幅制御値の取得方法の一例を説明する図である。図７（ａ）は、アンテナ装置２を上空からみたとき、アンテナ装置２の近傍にある障害物を説明する図である。図７（ａ）では、紙面に対して水平方向をｘ軸方向、紙面に対して垂直方向をｙ軸方向とする。図７（ａ）では、方位方向を、ｘ軸を基準とする、ｘ軸とｙ軸とのなす角で表している。また、アンテナ装置２の中心を原点とする。
図７（ａ）に示すように、障害物３０１は、方位がθ１〜θ２の範囲、距離がｒ１の位置にある。また、障害物３０２は、方位がθ３〜θ４の範囲、距離がｒ２の位置にある。ここで、距離ｒ２は、距離ｒ１より長い。さらに、障害物３０３は、方位がθ５〜θ６の範囲、距離がｒ３の位置にある。ここで、距離ｒ３は、距離ｒ１およびｒ２より長い。

図７（ｂ）は、ＤＡＣ２０７に対して振幅を変更せずに、全ての方位に対して同じ振幅レベルの送信電力を送信アンテナ２０９から送信させ、このとき受信アンテナ２０１が、各方位で受信にした受信電力を示す図である。図７（ｂ）において、横軸は方位、縦軸は受信電力のレベルである。また、符号３１１が示す波形は、障害物３０１に反射した受信電力を示し、符号３１２が示す波形は、障害物３０２に反射した受信電力を示し、符号３１３が示す波形は、障害物３０３に反射した受信電力を示している。
方位がθ１〜θ２の範囲において、受信電力の最大値は、Ｒｐ１である。また、方位がθ３〜θ４の範囲において、受信電力の最大値は、Ｒｐ２である。さらに、方位がθ５〜θ６の範囲において、受信電力の最大値は、Ｒｐ３である。

このように、障害物３０１による受信電力の最大値Ｒｐ１は、障害物３０１までの距離ｒ１が他の障害物３０２および３０３までの距離より短いため、他の障害物３０２および３０３による受信電力の最大値Ｒｐ２およびＲｐ３より大きい。そして、障害物３０２による受信電力の最大値Ｒｐ２は、障害物３０２までの距離ｒ２が、障害物３０１の距離ｒ１より長く、障害物３０３までの距離ｒ３より短いため、障害物３０１による受信電力の最大値Ｒｐ１より小さく、障害物３０３による受信電力の最大値Ｒｐ３より大きい。さらに、障害物３０３による受信電力の最大値Ｒｐ３は、障害物３０３までの距離ｒ３が他の障害物３０１および３０２までの距離より長いため、他の障害物３０１および３０２による受信電力の最大値Ｒｐ１およびＲｐ２より小さい。

図７（ｃ）は、方位毎にコントローラ２０５が生成する振幅制御値を説明する図である。図７（ｃ）において、横軸は方位、縦軸は振幅制御値である。
方位が０度〜θ１の範囲、θ２〜θ３の範囲、θ４〜θ５の範囲、およびθ６〜３６０度の範囲には障害物３０１〜３０３による受信電力がＤＥＴ２０４によって検出されない。このため、これらの方位の範囲において、コントローラ２０５は、振幅制御値として１．０を生成する。

方位がθ１〜θ２の範囲において、図７（ｂ）に示したように受信電力の最大値がＲｐ１を有する。このため、コントローラ２０５は、この受信電力の最大値Ｒｐ１に基づいて、振幅制御値として０．２を生成する。
方位がθ３〜θ４の範囲において、図７（ｂ）に示したように受信電力の最大値がＲｐ２を有する。このため、コントローラ２０５は、この受信電力の最大値Ｒｐ２に基づいて、振幅制御値として０．５を生成する。
方位がθ５〜θ６の範囲において、図７（ｂ）に示したように受信電力の最大値がＲｐ３を有する。このため、コントローラ２０５は、この受信電力の最大値Ｒｐ３に基づいて、振幅制御値として０．７を生成する。
なお、コントローラ２０５は、受信電力の最大値ではなく、受信電力の波形３１１の平均値に基づいて振幅制御値を生成するようにしてもよい。

ここで、コントローラ２０５による振幅制御値の生成例を説明する。
例えば、運用の開始前に、送信アンテナ２０９から送信する送信電力が１Ｗの場合、障害物がアンテナ装置２の周辺に存在せず、雨等の粒で反射した受信波の受信電力の最大値がＲｐＳであるとする。コントローラ２０５は、この受信電力の最大値ＲｐＳを、記憶部２０６に予め記憶させておく。この受信電力の最大値ＲｐＳは、実測値であっても、理論値であってもよい。そして、ＤＥＴ２０４が検出した受信強度を示す値がＲｐ１（図７（ｂ））であった場合、コントローラ２０５は、記憶部２０６に記憶されている受信電力の最大値ＲｐＳを読み出し、読み出した受信電力の最大値ＲｐＳを、入力された受信強度を示す値Ｒｐ１で割ることで、振幅制御値を生成する。
一例として、受信電力の最大値ＲｐＳが０．１Ｗである場合、受信強度を示す値Ｒｐ１が０．１Ｗのとき、振幅制御値は１．０である。また、障害物があり、受信強度を示す値Ｒｐ１が０．５Ｗのとき、振幅制御値は約０．２である。

なお、上述した例では、コントローラ２０５が、受信電力の最大値ＲｐＳを用いて、振幅制御値を算出する例を説明したが、これに限られない。例えば、記憶部２０６に予め強度を示す値に対応する振幅制御値を記憶させておき、振幅制御値の生成の際、この値を読み出すことで、コントローラ２０５は、振幅制御値を生成するようにしてもよい。

このように生成された振幅制御値によって、ＤＡＣ２０７が出力する送信電力の振幅が変更される。一例として、信号処理・制御部３が出力した送信信号を、５００Ｗの送信電力で送信アンテナ２０９から発射する場合を、以下に説明する。なお、障害物３０１〜３０３が、図７（ａ）で説明した方位と距離にあり、図７（ｃ）で説明した振幅制御値が、記憶部２０６にすでに記憶されているとして説明する。
図８は、本実施形態に係る振幅制御値を用いてＤＡＣ２０７が振幅を制御しない場合と制御する場合の一例を説明する図である。図８において、横軸は方位、縦軸は受信電力である。

方位が０度〜θ１の範囲、θ２〜θ３の範囲、θ４〜θ５の範囲、およびθ６〜３６０度の範囲において、振幅制御値が１．０のため、ＤＡＣ２０７は、振幅の制御を行わない。この結果、送信電力は５００Ｗ（＝５００Ｗ×１．０）である。
方位がθ１〜θ２の範囲において、従来のようにＤＡＣ２０７が振幅の制御を行わない場合は、波形３１１に示す図のように、送信電力の最大値は５００Ｗ（＝Ｒｐ１）である。一方、本実施形態では、振幅制御値が０．２のため、ＤＡＣ２０７は、振幅の制御を行う。この結果、送信電力は１００Ｗ（＝５００Ｗ×０．２）である。このため、方位がθ１〜θ２の範囲において、受信アンテナ２０１が受信する受信電力は、図８の波形３２１に示す図ように、受信電力の最大値がＲｐ１からＲｐ１×０．２に下がる。

方位がθ３〜θ４の範囲において、従来のようにＤＡＣ２０７が振幅の制御を行わない場合は、波形３１２に示す図のように、送信電力の最大値はＲｐ２である。一方、本実施形態では、ＤＡＣ２０７が振幅の制御を行うため、受信アンテナ２０１が受信する受信電力は、図８の波形３２２に示す図ように、受信電力の最大値がＲｐ２からＲｐ２×０．５に下がる。
方位がθ５〜θ６の範囲において、従来のようにＤＡＣ２０７が振幅の制御を行わない場合は、波形３１３に示す図のように、送信電力の最大値はＲｐ３である。一方、本実施形態では、ＤＡＣ２０７が振幅の制御を行うため、図８の波形３２３に示す図ように、受信電力の最大値がＲｐ３からＲｐ３×０．７に下がる。
このように、本実施形態のアンテナ装置２は、例えば方位方向毎に生成した振幅制御値に応じて、コントローラ２０５が生成した振幅制御値に応じてＤＡＣ２０７が送信信号の振幅を制御するので、受信部であるＬＮＡ２０２に過大な受信電力が入力されることを防ぐことができる。なお、上述した例では、送信信号の振幅をＤＡＣ２０７が、振幅制御値に応じて振幅を制御する例を説明したが、コントローラ２０５が、ＤＡＣ２０７を制御することで、送信信号の振幅を制御するようにしてもよい。

以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置２は、フェーズドアレイ方式のレーダ装置であって、受信部（受信アンテナ２０１、ＬＮＡ２０２）が受信した受信信号の受信電力の受信強度を検出する検出部（カプラ２０３、ＤＥＴ２０４）と、検出部（カプラ２０３、ＤＥＴ２０４）が検出した受信強度に基づいて、送信部（ＴＸ２０８、送信アンテナ２０９）が送信する送信信号の振幅を制御する振幅制御値を生成し、生成した振幅制御値によって送信信号の振幅を制御する振幅制御部（コントローラ２０５、ＤＡＣ２０７）と、振幅制御部（コントローラ２０５、ＤＡＣ２０７）によって振幅が制御された送信信号を送信する送信部（ＴＸ２０８、送信アンテナ２０９）と、を備える。
また、本実施形態に係るアンテナ装置２において、振幅制御部（コントローラ２０５、ＤＡＣ２０７）は、自装置の方位方向および仰角方向の少なくとも一方の方位の複数の角度毎に、振幅制御値を生成し、生成した振幅制御値を角度毎に記憶させ、記憶させた角度毎の振幅制御値によって送信信号の振幅を制御する。

この構成により、本実施形態のアンテナ装置２は、送信信号の振幅を制御することで、障害物によって生じる過大な受信電力の電力値を下げることができる。これにより、アンテナ装置２は、ＬＮＡ２０２に入力される障害物によって生じる過大な受信電力の電力値を下げることができる。この結果、本実施形態のアンテナ装置２では、ＬＮＡ２０２に過大な受信電力が入力されることを防ぐことができ、過大な受信電力によってＬＮＡ２０２が飽和したり、ＬＮＡ２０２にダメージを与えるなどの電気的な悪影響ことを防ぐことができる。

一方、従来は、送信アンテナ２０９と受信アンテナ２０１との間にアイソレーション壁を設けてアイソレーションを高めていた。または、従来は、受信アンテナ２０１に過大な受信電力が入力されないように、送信電力を下げていた。この場合、受信電力が下がってしまうため、レーダの探知能力が低下していた。あるいは、過大な受信電力が入力されても回路が飽和したり、回路にダメージが加わらないように、例えば、ＬＮＡ２０２に耐電力の大きい部品を用いていた。このように、耐電力の大きい部品をローノイズアンプ等に用いた場合、一般的に、耐電力の小さい部品よりＮＦ（ノイズ指数）が悪化するという問題があった。さらに、耐電力の大きい部品をローノイズアンプ等に用いた場合、耐電力の小さい部品よりアンテナ装置２のコストがアップしてしまうという問題もあった。

本実施形態のアンテナ装置２によれば、ＬＮＡ２０２に耐電力の大きな部品を用いなくても済むため、コストアップを防ぐことができ、また、ＮＦが悪化しない。さらに、受信アンテナ２０１に過大な受信電力が入力されると想定される方位方向および仰角方向に対してのみ、送信信号の振幅を下げるように制御するため、探知したい物体に向けての送信電力を下げる必要がないため、探知能力が低下しない。

なお、本実施形態では、コントローラ２０５は、運用を開始する前に予め記憶部２０６に記憶させた情報に基づいて、振幅制御値を生成する例を説明したが、これに限られない。
障害物は、人、車両、船舶等の一時的なものである場合もあり、または、記憶部２０６に記憶させた後に、新たに建設された建築物の場合もある。例えば、コントローラ２０５は、運用を開始する前に測定したＤＥＴ２０４が出力した受信強度を示す値を、記憶部２０６に記憶させておいてもよい。そして、信号処理・制御部３は、所定の期間毎、例えば１月に一回、運用を開始する前と同様に、低い送信電力を送信するようにアンテナ装置２を制御する。そして、コントローラ２０５は、取得した受信強度を示す値が、記憶部２０６に記憶されている値と所定の値以上、変化していると判別された場合、記憶部２０６に記憶されている情報を書き換えて更新するようにしてもよい。この場合、例えば、コントローラ２０５は、方位方向に数回、アンテナ装置２が回転させられたとき、同じ方位方向の受信強度を示す値を複数回、取得するようにしてもよい。これにより、コントローラ２０５は、人や車等によって受信強度を示す値が一時的に変化したのか、新たに建築された建築物や周囲にある樹が成長したことによって受信強度を示す値が変化したのかを判別するようにしてもよい。
あるいは、コントローラ２０５は、ＤＥＴ２０４が出力した受信強度を示す値を用いて、リアルタイムに送信信号の振幅を制御するようにしてもよい。このように、リアルタイムで制御する場合、信号処理・制御部３が行う方位方向へのアンテナ装置２の回転制御は、例えば１度単位等、細かいことが望ましい。

なお、本実施形態では、アンテナ装置２が、信号処理・制御部３によって位相を制御されることで、仰角方向に走査される例を説明したが、これに限られない。信号処理・制御部３は、仰角方向も、機械的に角度を制御するようにしてもよい。
また、本実施形態では、アンテナ装置２を方位方向および仰角方向に回転、またはビームを走査させる場合を例に説明したが、探査する目的や対象物によって、方位方向または仰角方向のどちらか一方のみにアンテナ装置２を回転、またはビームを走査するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、受信電力の大きさを検出するカプラ２０３を、ＬＮＡ２０２とコントローラ２０５との間に挿入した例を説明したが、これに限られない。カプラ２０３の挿入位置は、例えばＬＮＡ２０２が、例えばＡＤ（アナログ信号−デジタル信号）変換部、ローノイズアンプ、フィルタ等を含んで構成されている場合、これらの回路間であってもよい。また、カプラ２０３は、ＬＭＡ２０２の後段に設けられていればよいが、カプラ２０３の前段で電力が飽和していないことが好ましい。

なお、本実施形態では、送信波がパルス信号である場合、コントローラ２０５およびＤＡＣ２０７は、送信中に合わせて、その時刻に送信信号の振幅を制御するようにしてもよい。
また、本実施形態では、コントローラ２０５が生成した振幅制御値に応じて、ＤＡＣ２０７が振幅を制御することで、送信電力を制限する例を説明したが、これに限られない。例えば、コントローラ２０５は、ＤＡＣ２０７に入力される送信信号、または出力する送信信号のデータに対して、信号レベルを変更するようにしてもよい。あるいは、ＤＡＣ２０７とＴＸ２０８との間に、アッテネータまたはＶＧＡ（可変ゲインアンプ）を設け、コントローラ２０５は、アッテネータの減衰量またはＶＧＡの増幅量を制御することで、送信電力の振幅を制御するようにしてもよい。なお、このように、アッテネータまたはＶＧＡを制御する場合かつ送信波がパルス信号の場合、コントローラ２０５は、送信を行っている時間のみ、これらの制御を行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、アンテナ装置２が、図３に示したように同一の装置である例を説明したが、これに限られない。送信部と受信部とが、別の装置であってもよい。例えば、送信部が、ＤＡＣ２０７、ＴＸ２０８、および送信アンテナ２０９を備える用にしてもよい。そして、受信部が、受信アンテナ２０１、ＬＮＡ２０２、およびカプラ２０３を備えるようにしてもよい。そして、ＤＥＴ２０４、コントローラ２０５、および記憶部２０６は、送信部または受信部の一方が備えるようにしてもよい。あるいは、ＤＥＴ２０４、コントローラ２０５、および記憶部２０６は、受信部および送信部とは、独立して設けられていてもよい。このように、送信部と受信部とが分離したシステムにおいて、受信波および送信波は、異なる周波数であってもよい。

また、本実施形態では、フェーズドアレイを用いたレーダを例に説明したが、これに限られない。送受信別にパラボラアンテナを有するレーダにも、本発明を適用することができる。例えば、ＦＭ−ＣＷ（周波数変調連続波）レーダや送信信号パルスの期間が長い場合、送信中に受信したデータを用いて信号処理を行う必要があるため、このようなレーダに本発明を適用することで、本発明と同様の効果を得ることができる。

なお、アンテナ装置２の一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１…レーダシステム、２…アンテナ装置、３…信号処理・制御部、４…データ送受信装置、５、６…ネットワーク、７…データ送受信装置、８…信号処理・制御部、２０１…受信アンテナ、２０２…ＬＮＡ、２０３…カプラ、２０４…ＤＥＴ、２０５…コントローラ、２０６…記憶部、２０７…ＤＡＣ、２０８…ＴＸ、２０９…送信アンテナ

Claims

フェーズドアレイ方式のレーダ装置であって、
受信部が受信した受信信号の受信電力の受信強度を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記受信強度に基づいて、送信部が送信する送信信号の振幅を制御する振幅制御値を生成し、生成した前記振幅制御値によって前記送信信号の振幅を制御する振幅制御部と、
前記振幅制御部によって振幅が制御された前記送信信号を送信する前記送信部と、
を備えるレーダ装置。
前記振幅制御部は、
自装置の方位方向および仰角方向の少なくとも一方の方位の複数の角度毎に、前記振幅制御値を生成し、生成した前記振幅制御値を角度毎に記憶させ、
記憶させた前記角度毎の前記振幅制御値によって前記送信信号の振幅を制御する請求項１に記載のレーダ装置。
前記送信部は、
前記送信信号をデジタル信号からアナログ信号に変換するＤＡ（デジタル信号−アナログ信号）変換部、前記送信信号の振幅を変更するアッテネータ、および前記送信信号の振幅を変更する可変ゲインアンプの少なくとも１つを備え、
前記振幅制御部は、
前記ＤＡ変換部、前記アッテネータ、および前記可変ゲインアンプのうち少なくとも１つを前記振幅制御値によって前記送信信号の振幅を制御する請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のレーダ装置。
前記振幅制御部は、
前記送信信号を送信する期間に、前記振幅制御値によって前記送信信号の振幅を制御する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
フェーズドアレイ方式のレーダ装置の制御方法であって、
検出部が、受信部が受信した受信信号の受信電力の受信強度を検出する検出手順と、
振幅制御部が、前記検出手順によって検出された前記受信強度に基づいて、送信部が送信する送信信号の振幅を制御する振幅制御値を生成し、生成した前記振幅制御値によって前記送信信号の振幅を制御する振幅制御手順と、
前記送信部が、前記振幅制御手順によって振幅が制御された前記送信信号を送信する送信手順と、
を含むレーダ装置の制御方法。