JP2016057207A - レーダシステム、レーダ装置及び受信レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高ＰＲＦで送信波を送信する送信アンテナと、この送信波の反射波を受信する受信アンテナとを分散配置しつつ、捜索時間を短縮可能なレーダシステムを提供する。【解決手段】 レーダシステムは、第１及び第２のレーダ装置を具備する。第１のレーダ装置は、高ＰＲＦ方式でパルス信号を生成し、所定の送信スケジュールに従って形成する送信ビームによりパルス信号を送信する。第２のレーダ装置は、パルス信号の反射波を受信アンテナにより受信する。第２のレーダ装置のＤＢＦ受信器は、送信ビームと受信ビームとが、第１のレーダ装置から送信されるパルス信号の送信電力及び自装置の受信感度から求められる最大探知距離近傍において交差するように受信ビームを形成する。第２のレーダ装置の信号処理部は、反射波を受信ビームにより受信したビーム信号に基づき、最大探知距離近傍において目標を待ち受ける。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、送信波を空間へ向けて送信し、この送信波が目標で反射される反射波を受信することで、目標を探索するレーダシステム及びこのレーダシステムで用いられるレーダ装置に関する。

飛翔体を誘導するためのレーダ装置は、所定のパルス繰り返し周波数ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）に従って変調パルス信号を生成し、この変調パルス信号に基づいた送信波をアンテナから送信する。そして、レーダ装置は、送信波が目標で反射された反射波をアンテナで受信し、目標の捜索、検定及び追跡を行い、追跡した目標に飛翔体を誘導する。

従来のレーダ装置では、１台の送受信アンテナを使用して測距する場合、最大探知距離における測距を満足するようにパルス繰り返し周波数を選択する。このため、レーダ装置における目標の捜索、検定及び追跡は、必然的に低ＰＲＦ（Low Pulse Repetition Frequency）方式により行われる。しかしながら、低ＰＲＦ方式では、１方向のパルスヒット数が少ないので、強クラッタ環境下において、クラッタ抑圧処理が不十分になる。そのため、目標を正確に探知することが困難であるといった問題がある。

そこで、高ＰＲＦ（High Pulse Repetition Frequency）方式を採用することが考えられる。高ＰＲＦ方式を採用することで、１方向へのパルスヒット数を増加させることが可能となり、クラッタ抑圧能力が向上する。ただし、高ＰＲＦ方式に従って生成される変調パルスを用いて目標の捜索、検定及び追跡を行う場合、取得される観測データに周波数アンビギュイティは発生しないが、レンジアンビギュイティが発生するため、目標の距離を正確に測距することが不可能である。レーダ装置は、複数種類の高ＰＲＦを利用したマルチＰＲＦレンジング（Multiple Discrete PRF Ranging）を実施することで、このレンジアンビギュイティを相殺して目標の測距を行う。しかしながら、マルチＰＲＦレンジングでは、同一方向にＰＲＩ種別を切り替えて多数の送信波を送信しなければならず、捜索時間を長くする要因となっている。

一方、広領域、広い方位角及び広い仰角を捜索する必要性、及び、単一の送受信アンテナでの捜索が困難な機体を発見する容易性から、送信アンテナと受信アンテナとを分散配置するマルチスタティックレーダが実用化されている。マルチスタティックレーダの実用化においては、到来方向推定を利用した捜索方式等が提案されている。しかしながら、到来方向を推定するのにアンテナ利得が低下すること、到来方向を推定するのに多数のヒット数が必要となるため捜索時間を長くする要因となること、及び、計算処理の負荷が増大すること等の問題がある。

William H.Long, David H. Mooney, and William A. Skillman, "RADAR HANDBOOK Second Edition (CHAPTER17)", McGRAW-HILL, 17.1〜17.25． Sergio Sabatini, and Marco Tarantino, "Multifunction Array Radar", Artech House, pp137-138. Daniel S. Purdy "Receiver Antenna Scan Rate Requirements Needed to Implement Puse Chasing in a Bistatic Radar", IEEE TRANSACTION ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS, VOL.37, NO1 2001. Greco M. S., Stinco P., Gini F., and Farina Alfonso, "Cramer-Rao Bounds and Selection of Bistatic Channels for Multistatic Radar Systems", Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on VOL 47, NO4, 2011. Yang-Can., Ping Wei., Ting Yuan, "Observability and Performance Analysis of Bi/Multi-Static Doppler-Only Radar", IEEE TRANSACTION ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS, VOL. 46, NO4 2010.

以上のように、従来のレーダ装置では、クラッタ抑圧能力を向上させ、かつ、レンジアンビギュイティを相殺するため、高ＰＲＦを利用したマルチＰＲＦレンジングを実施している。しかしながら、マルチＰＲＦレンジングは、捜索時間を長くする要因となっている。

また、広領域、広い方位角及び広い仰角を捜索する必要性等から、マルチスタティックレーダが実用化されている。しかしながら、マルチスタティックレーダは、受信アンテナのレンジ方向の全てに送信波入れる（パルスチェイシング）ということを行う必要があり、捜索に時間がかかる等の問題がある。

そこで、目的は、高ＰＲＦで送信波を送信する送信アンテナと、この送信波の反射波を受信する受信アンテナとを分散配置しつつ、捜索時間を短縮可能なレーダシステム及びこのシステムで用いられるレーダ装置を提供することにある。

実施形態によれば、レーダシステムは、第１及び第２のレーダ装置を具備する。第１のレーダ装置は、レンジアンビギュイティが発生する高ＰＲＦ方式でパルス信号を送信する。第２のレーダ装置は、前記パルス信号が反射された反射波を受信する。前記第１のレーダ装置は、送信アンテナ及び送信ビーム走査器を備える。送信アンテナは、前記パルス信号を送信する。送信ビーム走査器は、予め設定される送信スケジュールに従った方位角及び仰角へ前記パルス信号を送信する送信ビームを形成するように、前記送信アンテナのビーム指向方向を制御する。第２のレーダ装置は、受信アンテナ、ＤＢＦ受信器及び信号処理部を備える。受信アンテナは、前記反射波を受信する。ＤＢＦ受信器は、前記送信ビームと受信ビームとが、前記第１のレーダ装置から送信される前記パルス信号の送信電力及び自装置の受信感度から求められる最大探知距離近傍において交差するように前記受信ビームを形成する。信号処理部は、前記反射波を前記受信ビームにより受信したビーム信号に基づき、前記最大探知距離近傍において目標を待ち受ける。

第１の実施形態に係るレーダシステムの機能構成を示すブロック図である。 図１に示される第１のレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。 図１に示される第１のレーダ装置が形成する送信ファンビームと、第２のレーダ装置が形成する仰角１次元ＤＢＦビームとの関係を示す図である。 図３に示される送信ファンビームと仰角１次元ＤＢＦビームとの交点を維持することで形成する走査範囲を示す図である。 図１に示される第２のレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る第１のレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。 図６に示される第１のレーダ装置が形成する送信ファンビームと、第２のレーダ装置が形成する２次元ＤＢＦビームとの関係を示す図である。 第２の実施形態に係る第２のレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るレーダシステムの機能構成の例を示すブロック図である。図１に示されるレーダシステムは、第１のレーダ装置１０及び第２のレーダ装置２０−１〜２０−３を具備する。第１のレーダ装置は、送信波を送信する。送信波は目標で反射され、反射波となる。第１のレーダ装置１０及び第２のレーダ装置２０−１〜２０−３は、反射波を受信する。

図２は、図１に示される第１のレーダ装置１０の機能構成の例を示すブロック図である。図２に示される第１のレーダ装置１０は、送信発生器１１、走査制御器１２、アレーアンテナ１３、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）受信器１４及び信号処理部１５を備える。

送信発生器１１は、予め設定された変調方式によって変調された変調パルス信号を、予め設定された高い繰り返し周波数（以下では、高ＰＲＦと称する）で生成する。高ＰＲＦとは、周波数アンビギュイティは発生しないが、レンジアンビギュイティは発生するＰＲＦのことを指す。送信発生器１１は、生成したベースバンドの変調パルス信号を、直交変調、及び、デジタル−アナログ変換したのち、送信周波数に周波数変換し、送信信号としてアレーアンテナ１３へ送信する。

走査制御器１２は、記録部１２１に記録されるビームスケジュールに基づき、送信アンテナ面についての第１の移相信号と、受信アンテナ面についての第２の移相信号とを作成する。走査制御器１２は、アレーアンテナ１３に対し、第１及び第２の移相信号を送信する。これにより、走査制御器１２は、アレーアンテナ１３のパターンを走査する。

ビームスケジュールは、第１のレーダ装置１０及び第２のレーダ装置２０−１〜２０−３の設置位置、送信信号の送信電力、並びに、第１のレーダ装置１０及び第２のレーダ装置２０−１〜２０−３の受信感度に基づいて作成される。なお、第１及び第２のレーダ装置１０，２０−１〜２０−３の設置位置は、ＧＰＳ又はＩＮＳ等により特定される。

具体的には、送信信号の送信電力、並びに、第１のレーダ装置１０及び第２のレーダ装置２０−１〜２０−３の受信感度から、最大探知距離が求められる。最大探知距離は、例えば、検出確率ＰＤが０．５となる距離、又は、累積探知確率ＰＣが０．５となる距離等である。そして、図３に示されるように、最大探知距離において、送信信号のファンビームと、反射波を受信するための仰角１次元ＤＢＦビームとが交差し、かつ、図４に示されるように、送信ファンビームと受信ビームとの交差が方位角における所望の範囲で維持されるように、送信信号をいずれの方位角及び仰角へ送信するかのスケジュール、並びに、反射パルスをいずれの方位角及び仰角から捜索するかのスケジュールが決定される。なお、仰角一次元ＤＢＦビームとは、仰角面に同時に形成する複数本のビームである。記録部１２１は、送信信号をファンビームにより送信するスケジュール、及び、反射パルスを仰角一次元ＤＢＦビームにより捜索するスケジュールをビームスケジュールとして記録する。なお、所望の捜索範囲（例えば、方位方向±４５°の範囲）における捜索にかかる時間は目標の最大速度に応じて決定される。例えば、目標の最大速度が２０００ｍ／秒である場合、捜索時間は１秒と設定され得る。また、目標の最大速度が２０００ｍ／秒であり、捜索時間が１秒である場合、受信ビームの待ち受け幅は最大探知距離から２０００ｍとなる。

アレーアンテナ１３は、分配器１３１、送信用横空電回路１３２−１〜１３２−ｍ及び受信用横空電回路１３３−１〜１３３−ｎを備える。

分配器１３１は、縦電力分配器１３１１及び位相制御信号分配器１３１２である。縦電力分配器１３１１は、送信発生器１１で生成される送信信号を送信用横空電回路１３２−１〜１３２−ｍに分配する。位相制御信号分配器１３１２は、走査制御器１２で生成される第１の移相信号を送信用横空電回路１３２−１〜１３２−ｍに分配する。また、位相制御信号分配器１３１２は、走査制御器１２で生成される第２の移相信号を受信用横空電回路１３３−１〜１３３−ｎに分配する。

送信用横空電回路１３２−１〜１３２−ｍはそれぞれ、図２に示されるように、横電力分配器、移相器、アンプ及びアンテナ素子を備える。移相器は、第１の移相信号に従い、横電力分配器から供給される送信信号の位相を変化させる。移相が変化された送信信号は、アンプを介して、アンテナ素子から空間へ送信される。

受信用横空電回路１３３−１〜１３３−ｎはそれぞれ、図２に示すように、横電力合成器、移相器、アンプ及びアンテナ素子を備える。移相器は、第２の移相信号に従い、アンテナ素子で受信される反射波の移相を変化させる。これにより、受信ビームが方位角方向に走査される。受信用横空電回路１３３−１〜１３３−ｎはそれぞれ、移相を変化させた反射波を、横電力合成器で合成し、合成した信号を受信信号としてＤＢＦ受信器１４へ出力する。

ＤＢＦ受信器１４は、受け取った受信信号を中間周波数帯域の信号に周波数変換し、アナログ−デジタル変換したのち、直交検波してベースバンド信号に変換する。ＤＢＦ受信器１４は、受信用横空電回路１３３−１〜１３３−ｎそれぞれに由来する各ベースバンド信号に所定のビームウェイトを重畳する。ＤＢＦ受信器１４は、重畳結果に対して受信用横空電回路１３３−１〜１３３−ｎ毎に１次元ＦＦＴを行うことで畳み込みを行い、仰角１次元ＤＢＦビームを形成する。ＤＢＦ受信器１４は、形成した受信ビームによって受信される信号であるビーム信号を信号処理部１５へ出力する。

信号処理部１５は、パルスドップラフィルタを用いてビーム信号からクラッタ成分を除去する。なお、信号処理部１５は、高性能クラッタ抑圧フィルタを用いてビーム信号からクラッタ成分を除去するようにしても構わない。信号処理部１５は、クラッタ成分を除去したビーム信号を参照し、目標を検出する。このとき、信号処理部１５は、反射波が到来した方向、かつ、最大探知距離近傍に目標が存在すると判断する。

図５は、図１に示される第２のレーダ装置２０−１〜２０−３の機能構成の例を示すブロック図である。なお、第２のレーダ装置２０−１〜２０−３の構成はそれぞれ同様であるため、以下では、第２のレーダ装置２０として説明する。図５に示される第２のレーダ装置２０は、走査制御器２１、アレーアンテナ２２、ＤＢＦ受信器２３及び信号処理部２４を備える。

走査制御器２１は、記録部２１１に記録されるビームスケジュールに基づき、第３の移相信号を作成する。走査制御器２１は、アレーアンテナ２２に対し、第３の移相信号を送信する。

ビームスケジュールは、上述のように、第１のレーダ装置１０及び第２のレーダ装置２０−１〜２０−３の設置位置、送信信号の送信電力、並びに、第１のレーダ装置１０及び第２のレーダ装置２０−１〜２０−３の受信感度に基づいて作成される。すなわち、ビームスケジュールには、図３に示されるように、最大探知距離において、送信信号のファンビームと、反射波を受信するための仰角１次元ＤＢＦビームとが交差し、かつ、図４に示されるように、送信ファンビームと受信ビームとの交差が方位角における所望の範囲で維持されるように、反射パルスを捜索する方位角及び仰角が記載される。

走査制御器２１は、第１のレーダ装置１０の走査制御器１２と例えば以下のように同期する。すなわち、走査制御器２１は、第１のレーダ装置１０から送信されるタイミング信号に従って走査制御器１２と同期する。このとき、タイミング信号は、例えば、ＬＡＮ回線、無線ＬＡＮ回線、携帯電話回線又はその他専用回線等の伝送媒体を介して伝送される。また、第１及び第２のレーダ装置１０，２０ともに、クロック回路を備えるようにしても構わない。このとき、走査制御器２１は、このクロック回路に従い、走査制御器１２と同期する。

アレーアンテナ２２は、分配器２２１及び受信用横空電回路２２２−１〜２２２−ｏを備える。

分配器２２１は、位相制御信号分配器２２１１である。位相制御信号分配器２２１１は、走査制御器２１で生成される第３の移相信号を受信用横空電回路２２２−１〜２２２−ｏに分配する。

受信用横空電回路２２２−１〜２２２−ｏはそれぞれ、図５に示すように、横電力合成器、移相器、アンプ及びアンテナ素子を備える。移相器は、第３の移相信号に従い、アンテナ素子で受信される反射波の移相を変化させる。これにより、受信ビームが方位角方向に走査される。受信用横空電回路２２２−１〜２２２−ｏはそれぞれ、移相を変化させた反射波を、横電力合成器で合成し、合成した信号を受信信号としてＤＢＦ受信器２３へ出力する。

ＤＢＦ受信器２３は、受け取った受信信号を中間周波数帯域の信号に周波数変換し、アナログ−デジタル変換したのち、直交検波してベースバンド信号に変換する。ＤＢＦ受信器２３は、受信用横空電回路２２２−１〜２２２−ｏそれぞれに由来する各ベースバンド信号に所定のビームウェイトを重畳する。なお、第１のレーダ装置１０のサイドローブから送信される送信信号は、第２のレーダ装置２０へ直接入射され得る。そこで、ビームウェイトは、アレーアンテナに指定方向への指向性を持たせるためのウェイトと、サイドローブから送信される直接波方向の受信感度を抑圧するためのウェイトとを考慮して予め設定される。ＤＢＦ受信器２３は、重畳結果に対して受信用横空電回路２２２−１〜２２２−ｏ毎に１次元ＦＦＴを行うことで畳み込みを行い、仰角１次元ＤＢＦビームを形成する。ＤＢＦ受信器２３は、形成した受信ビームによって受信される信号を表すビーム信号を信号処理部２４へ出力する。

信号処理部２４は、パルスドップラフィルタを用いてビーム信号からクラッタ成分を除去する。なお、信号処理部２４は、高性能クラッタ抑圧フィルタを用いてビーム信号からクラッタ成分を除去するようにしても構わない。信号処理部２４は、クラッタ成分を除去したビーム信号を参照し、目標を検出する。このとき、信号処理部２４は、反射波が到来した方向、かつ、最大探知距離近傍に目標が存在すると判断する。

以上のように、第１の実施形態に係るレーダシステムでは、第１のレーダ装置１０及び第２のレーダ装置２０−１〜２０−３の設置位置、並びに、第１のレーダ装置１０及び第２のレーダ装置２０−１〜２０−３の最大探知距離に基づき、ビームスケジュールを作成する。そして、第１及び第２のレーダ装置１０，２０−１〜２０−３は、このビームスケジュールに従ってアレーアンテナを電子走査するようにしている。これにより、図３及び図４に示されるように、送信信号のファンビームと、反射波を受信するための仰角１次元ＤＢＦビームとは、最大探知距離において交差し、かつ、この交差が捜索範囲において維持されることになる。反射パルスは最大探知距離近傍の領域で発生することになるため、信号処理部１５，２４は、レンジアンビギュイティが発生する高ＰＲＦ方式を用いて送信信号を送信する場合であっても、マルチＰＲＦレンジングを実施せずに、目標が存在する方位角、仰角及び距離を把握することが可能となる。

したがって、第１の実施形態に係るレーダシステムによれば、高ＰＲＦで送信波を送信する送信アンテナと、この送信波の反射波を受信する受信アンテナとを分散配置しつつ、捜索時間を短縮することができる。

なお、第１の実施形態では、図３及び図４に示されるように、最大探知距離において、送信ビームと受信ビームとが交差し、かつ、送信ビームと受信ビームとの交差が捜索範囲で維持されるようにビームスケジュールが予め作成される場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。第１の実施形態では、最大探知距離において、送信ビームと受信ビームとが交差し、かつ、送信ビームと受信ビームとの交差が捜索範囲で維持されればよい。すなわち、第１のレーダ装置１０がいずれの方向へ電子走査を実施するのかを表す電子走査信号を、第１のレーダ装置１０の走査制御器１２が、第２のレーダ装置２０−１〜２０−３へ送信する。そして、第２のレーダ装置２０−１〜２０−３の走査制御器２１は、電子走査信号に従って電子走査するようにしても構わない。このとき、電子走査信号は、例えば、ＬＡＮ回線、無線ＬＡＮ回線、携帯電話回線又はその他専用回線等の伝送媒体を介して伝送される。

第２のレーダ装置２０の走査制御器２１は、第１のレーダ装置１０の設置位置と第２のレーダ装置２０の設置位置とを参照し、電子走査信号により通知される走査方向に受信ビームを形成するように、方位角を決定する。走査制御器２１は、決定した方位角へアンテナパターンを向けるように、移相信号を生成する。

また、第１の実施形態では、走査制御器１２，２１は、受信用横空電回路１３３，２２２に対して移相制御することで、方位角方向にアレーアンテナ１３，２２の受信ビームを振る。また、ＤＢＦ受信器１４，２３は、仰角１次元ＤＢＦビームを形成するようにしている。しかしながら、これに制限されない。例えば、アレーアンテナ１３，２２は、走査制御器１２，２１により仰角方向に走査され、かつ、ＤＢＦ受信器１４，２３は、方位角１次元ＤＢＦビームを形成するようにしても構わない。

また、第１の実施形態では、送信発生器１１、走査制御器１２，２１、ＤＢＦ受信器１４，２３及び信号処理部１５，２４はそれぞれ独立した回路により構成される場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、送信発生器１１、走査制御器１２，２１、ＤＢＦ受信器１４，２３及び信号処理部１５，２４は、１又はそれ以上のプロセッサにより実行される機能であっても構わない。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１のレーダ装置３０及び第２のレーダ装置４０−１〜４０−３を具備するレーダシステムについて説明する。第２の実施形態において、第１のレーダ装置３０及び第２のレーダ装置４０は、反射波を受信し、受信した反射波に対して２次元ＤＢＦ処理を実施する。なお、２次元ＤＢＦ処理とは、方位角面及び仰角面に同時複数本のビームを形成する処理をいう。

図６は、第２の実施形態に係る第１のレーダ装置３０の機能構成の例を示すブロック図である。図６に示される第１のレーダ装置３０は、送信発生器３１、走査制御器３２、アレーアンテナ３３、ＤＢＦ受信器３４及び信号処理部３５を備える。

送信発生器３１は、予め設定された変調方式によって変調された変調パルス信号を、高ＰＲＦで生成する。送信発生器３１は、生成したベースバンドの変調パルス信号を、直交変調、及び、デジタル−アナログ変換したのち、送信周波数に周波数変換し、送信信号としてアレーアンテナ３３へ送信する。また、送信発生器３１は、ＳＴＡＬＯ信号を生成し、生成したＳＴＡＬＯ信号をアレーアンテナ３３へ送信する。

走査制御器３２は、記録部３２１に記録されるビームスケジュールに基づき、移相信号を作成する。走査制御器３２は、アレーアンテナ３３に対し、移相信号を送信する。また、走査制御器３２は、記録部３２１に記録されるビームスケジュールに基づき、第１の走査制御信号を作成する。走査制御器３２は、ＤＢＦ受信器３４に対し、第１の走査制御信号を送信する。

ビームスケジュールは、第１のレーダ装置３０及び第２のレーダ装置４０の設置位置、送信信号の送信電力、並びに、第１のレーダ装置３０及び第２のレーダ装置４０の受信感度に基づいて作成される。

具体的には、送信信号の送信電力、並びに、第１のレーダ装置３０及び第２のレーダ装置４０の受信感度から、最大探知距離が求められる。また、第１のレーダ装置３０及び第２のレーダ装置４０が形成する、反射波を受信するための２次元ＤＢＦビームの範囲を決定する。そして、図７に示されるように、最大探知距離において、送信信号のファンビームと、２次元ＤＢＦビームとが交差するように、送信信号をいずれの方位角及び仰角へ送信するかのスケジュールが決定される。記録部３２１は、送信信号をファンビームにより送信するスケジュールをビームスケジュールとして記録する。なお、所望の捜索範囲（例えば、方位方向±４５°の範囲）における捜索にかかる時間は目標の最大速度に応じて決定される。例えば、目標の最大速度が２０００ｍ／秒である場合、捜索時間は１秒と設定され得る。また、目標の最大速度が２０００ｍ／秒であり、捜索時間が１秒である場合、受信ビームの待ち受け幅は最大探知距離から２０００ｍとなる。

アレーアンテナ３３は、分配器３３１、送信用横空電回路１３２−１〜１３２−ｍ、ＳＴＡＬＯ分配器３３２及び受信用横空電回路３３３−１〜３３３−ｎを備える。

分配器３３１は、縦電力分配器３３１１及び位相制御信号分配器３３１２である。縦電力分配器３３１１は、送信発生器３１で生成される送信信号を送信用横空電回路１３２−１〜１３２−ｍに分配する。位相制御信号分配器３３１２は、走査制御器３２で生成される移相信号を送信用横空電回路１３２−１〜１３２−ｍに分配する。

ＳＴＡＬＯ分配器３３２は、送信発生器３１で生成されるＳＴＡＬＯ信号を受信用横空電回路３３３−１〜３３３−ｎに分配する。

受信用横空電回路３３３−１〜３３３−ｎはそれぞれ、図６に示すように、バス、アナログ−デジタル変換器、ミキサ、アンプ及びアンテナ素子を備える。ミキサは、アンテナ素子で受信される反射波をＳＴＡＬＯ分配器３３２で分配されたＳＴＡＬＯ信号と合成することで、反射波の周波数をデジタル変換可能な程度な周波数、例えば、中間周波数帯又はベースバンド帯まで低下させる。アナログ−デジタル変換器は、合成された信号をデジタル信号へ変換し、デジタル信号をバスを介してデジタルバス信号としてＤＢＦ受信器３４へ出力する。

ＤＢＦ受信器３４は、受け取ったデジタルバス信号に第１の走査制御信号に従ったビームウェイトを重畳する。ＤＢＦ受信器３４は、重畳結果に対して受信用横空電回路３３３−１〜３３３−ｎ毎に２次元ＦＦＴを行うことで畳み込みを行い、２次元ＤＢＦビームを形成する。ＤＢＦ受信器３４は、形成した受信ビームによって受信される信号であるビーム信号を信号処理部３５へ出力する。

信号処理部３５は、パルスドップラフィルタを用いてビーム信号からクラッタ成分を除去する。なお、信号処理部３５は、高性能クラッタ抑圧フィルタを用いてビーム信号からクラッタ成分を除去するようにしても構わない。信号処理部３５は、クラッタ成分を除去したビーム信号を参照し、目標を検出する。このとき、信号処理部３５は、反射波が到来した方向、かつ、最大探知距離近傍に目標が存在すると判断する。

図８は、第２の実施形態に係る第２のレーダ装置４０の機能構成の例を示すブロック図である。図８に示される第２のレーダ装置４０は、走査制御器４２、アレーアンテナ４３、ＤＢＦ受信器４４及び信号処理部４５を備える。

走査制御器４２は、記録部４２１に記録されるビームスケジュールに基づき、第２の走査制御信号を作成する。走査制御器４２は、ＤＢＦ受信器４４に対し、第２の走査制御信号を送信する。

ビームスケジュールは、第１のレーダ装置３０及び第２のレーダ装置４０の設置位置、送信信号の送信電力、並びに、第１のレーダ装置３０及び第２のレーダ装置４０の受信感度に基づいて作成される。すなわち、ビームスケジュールには、図７に示されるように、最大探知距離において、送信信号のファンビームと、方位角面及び仰角面に同時に形成される複数本の受信ビームとが交差するように、反射パルスを捜索する方位角及び仰角が記載される。

走査制御器４２は、第１のレーダ装置３０の走査制御器３２と例えば以下のように同期する。すなわち、走査制御器４２は、第１のレーダ装置３０から送信されるタイミング信号に従って走査制御器３２と同期する。このとき、タイミング信号は、例えば、ＬＡＮ回線、無線ＬＡＮ回線、携帯電話回線又はその他専用回線等の伝送媒体を介して伝送される。また、第１及び第２のレーダ装置３０，４０ともに、クロック回路を備えるようにしても構わない。このとき、走査制御器４２は、このクロック回路に従い、走査制御器３２と同期する。

アレーアンテナ４３は、ＳＴＡＬＯ分配器４３１及び受信用横空電回路４３２−１〜４３２−ｎを備える。

ＳＴＡＬＯ分配器４３１は、ＤＢＦ受信器４４から送信されるＳＴＡＬＯ信号を受信用横空電回路４３２−１〜４３２−ｎに分配する。

受信用横空電回路４３２−１〜４３２−ｎはそれぞれ、図８に示すように、バス、アナログ−デジタル変換器、ミキサ、アンプ及びアンテナ素子を備える。ミキサは、アンテナ素子で受信される反射波をＳＴＡＬＯ分配器４３１で分配されたＳＴＡＬＯ信号と合成することで、反射波の周波数をデジタル変換可能な程度な周波数、例えば、中間周波数帯又はベースバンド帯まで低下させる。アナログ−デジタル変換器は、合成された信号をデジタル信号へ変換し、デジタル信号をバスを介してデジタルバス信号としてＤＢＦ受信器４４へ出力する。

ＤＢＦ受信器４４は、ＳＴＡＬＯ信号を生成し、生成したＳＴＡＬＯ信号をアレーアンテナ４３へ送信する。また、ＤＢＦ受信器４４は、受け取ったデジタルバス信号に、所定のビームウェイトを重畳する。なお、ビームウェイトは、第２の走査制御信号に従ったウェイトと、サイドローブから送信される直接波方向の受信感度を抑圧するためのウェイトとを考慮して設定される。ＤＢＦ受信器４４は、重畳結果に対して受信用横空電回路４３２−１〜４３２−ｎ毎に２次元ＦＦＴを行うことで畳み込みを行い、２次元ＤＢＦビームを形成する。ＤＢＦ受信器４４は、形成した受信ビームによって受信される信号であるビーム信号を信号処理部４５へ出力する。

信号処理部４５は、パルスドップラフィルタを用いてビーム信号からクラッタ成分を除去する。なお、信号処理部４５は、高性能クラッタ抑圧フィルタを用いてビーム信号からクラッタ成分を除去するようにしても構わない。信号処理部４５は、クラッタ成分を除去したビーム信号を参照し、目標を検出する。このとき、信号処理部４５は、反射波が到来した方向、かつ、最大探知距離近傍に目標が存在すると判断する。

以上のように、第２の実施形態に係るレーダシステムでは、第１のレーダ装置３０及び第２のレーダ装置４０−１〜４０−３の設置位置、並びに、第１のレーダ装置３０及び第２のレーダ装置４０−１〜４０−３の最大探知距離に基づき、ビームスケジュールを作成する。そして、第１及び第２のレーダ装置３０，４０−１〜４０−３は、このビームスケジュールに従ってアレーアンテナを電子走査するようにしている。これにより、図７に示されるように、送信信号のファンビームと、反射波を受信するための２次元ＤＢＦビームとは、最大探知距離において交差することになる。反射パルスは最大探知距離近傍の領域で発生することになるため、信号処理部３５，４５は、レンジアンビギュイティが発生する高ＰＲＦ方式を用いて送信信号を送信する場合であっても、マルチＰＲＦレンジングを実施せずに、目標が存在する方位角、仰角及び距離を把握することが可能となる。

したがって、第２の実施形態に係るレーダシステムによれば、高ＰＲＦで送信波を送信する送信アンテナと、この送信波の反射波を受信する受信アンテナとを分散配置しつつ、捜索時間を短縮することができる。

なお、第２の実施形態では、送信発生器３１、信号発生器４１、走査制御器３２，４２、ＤＢＦ受信器３４，４４及び信号処理部３５，４５はそれぞれ独立した回路により構成される場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、送信発生器３１、信号発生器４１、走査制御器３２，４２、ＤＢＦ受信器３４，４４及び信号処理部３５，４５は、１又はそれ以上のプロセッサにより実行される機能であっても構わない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０，３０…第１のレーダ装置、１１，３１…送信発生器、１２，２１，３２，４２…走査制御器、１２１，２１１，３２１，４２１…記録部、１３，２２，３３，４３…アレーアンテナ、１３１，２２１，３３１，４３１…分配器、１３１１，３３１１…縦電力分配器、１３１２，２２１１，３３１２…位相制御信号分配器、１３２−１〜１３２−ｍ…送信用横空電回路、１３３，１３３−１〜１３３−ｎ，２２２，２２２−１〜２２２−ｏ，３３３−１〜３３３−ｎ，４３２−１〜４３２−ｎ…受信用横空電回路、１４，２３，３４，４４…ＤＢＦ受信器、１５，２４，３５，４５…信号処理部、２０，２０−１〜２０−３，４０，４０−１〜４０−３…第２のレーダ装置、３３２…ＳＴＡＬＯ分配器

Claims (17)

1. レンジアンビギュイティが発生する高ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）方式でパルス信号を送信する第１のレーダ装置と、
   前記パルス信号が反射された反射波を受信する第２のレーダ装置と
   を具備し、
   前記第１のレーダ装置は、
   前記パルス信号を送信する送信アンテナと、
   予め設定される送信スケジュールに従った方位角及び仰角へ前記パルス信号を送信する送信ビームを形成するように、前記送信アンテナのビーム指向方向を制御する送信ビーム走査器と
   を備え、
   前記第２のレーダ装置は、
   前記反射波を受信する受信アンテナと、
   前記送信ビームと受信ビームとが、前記第１のレーダ装置から送信される前記パルス信号の送信電力及び自装置の受信感度から求められる最大探知距離近傍において交差するように前記受信ビームを形成するＤＢＦ（Digital Beam Forming）受信器と、
   前記反射波を前記受信ビームにより受信したビーム信号に基づき、前記最大探知距離近傍において目標を待ち受ける信号処理部と
   を備えるレーダシステム。
2. 前記第２のレーダ装置は、
   前記最大探知距離近傍において、前記送信ビームと、前記反射波を受信するための受信ビームとが交差し、かつ、前記送信ビームと前記受信ビームとの交差が所望の範囲で維持されるように、前記受信ビームを方位角方向又は仰角方向に走査する受信ビーム走査器をさらに備え、
   前記ＤＢＦ受信器は、前記受信ビームの走査方向に対して垂直の方向に複数の受信ビームを形成する請求項１記載のレーダシステム。
3. 前記受信ビーム走査器は、受信スケジュールに基づいて前記受信アンテナを走査し、
   前記受信スケジュールは、前記送信スケジュールを参照し、前記送信ビームと、前記受信ビームとが交差し、かつ、前記送信ビームと前記受信ビームとの交差が所望の範囲で維持されるように作成される請求項２記載のレーダシステム。
4. 前記送信ビーム走査器は、前記第１のレーダ装置における電子走査の方向を表す電子走査信号を前記受信ビーム走査器へ送信し、
   前記受信ビーム走査器は、前記第１のレーダ装置の第１の設置位置及び前記第２のレーダ装置の第２の設置位置を予め取得し、前記電子走査信号、前記第１及び第２の設置位置に基づき、前記受信ビームの走査方向を決定する請求項２記載のレーダシステム。
5. 前記第２のレーダ装置は、前記送信ビームと前記最大探知距離近傍において交差する２次元ＤＢＦビームを前記受信ビームとして形成するように前記ＤＢＦ受信器を制御する受信ビーム走査器をさらに備え、
   前記ＤＢＦ受信器は、前記受信ビーム走査器による制御に従い、前記２次元ＤＢＦビームを形成する請求項１記載のレーダシステム。
6. 前記受信ビーム走査器は、受信スケジュールに基づいて前記ＤＢＦ受信器を制御し、
   前記受信スケジュールは、前記送信スケジュールを参照し、前記送信ビームと前記最大探知距離近傍において交差する２次元ＤＢＦビームを形成するように作成される請求項５記載のレーダシステム。
7. 前記送信ビーム走査器は、前記第１のレーダ装置における電子走査の方向を表す電子走査信号を前記受信ビーム走査器へ送信し、
   前記受信ビーム走査器は、前記第１のレーダ装置の第１の設置位置及び前記第２のレーダ装置の第２の設置位置を予め取得し、前記電子走査信号、前記第１及び第２の設置位置に基づき、前記２次元ＤＢＦビームを形成する方向を決定する請求項５記載のレーダシステム。
8. レンジアンビギュイティが発生する高ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）方式でパルス信号を生成する送信発生器と、
   前記パルス信号を送信する送信アンテナと、
   予め設定される送信スケジュールに従った方位角及び仰角へ前記パルス信号を送信する送信ビームを形成するように、前記送信アンテナのビーム指向方向を制御する走査制御器と
   前記パルス信号が反射された反射波を受信する受信アンテナと、
   前記送信ビームと受信ビームとが、前記パルス信号の送信電力及び自装置の受信感度から求められる最大探知距離近傍において交差するように前記受信ビームを形成するＤＢＦ（Digital Beam Forming）受信器と、
   前記反射波を前記受信ビームにより受信したビーム信号に基づき、前記最大探知距離近傍において目標を待ち受ける信号処理部と
   を具備するレーダ装置。
9. 前記走査制御器は、前記最大探知距離近傍において、前記送信ビームと、前記反射波を受信するための受信ビームとが交差し、かつ、前記送信ビームと前記受信ビームとの交差が所望の範囲で維持されるように、前記受信ビームを方位角方向又は仰角方向に走査し、
   前記ＤＢＦ受信器は、前記受信ビームの走査方向に対して垂直の方向に複数の受信ビームを形成する請求項８記載のレーダ装置。
10. 前記走査制御器は、前記送信ビームと前記最大探知距離近傍において交差する２次元ＤＢＦビームを前記受信ビームとして形成するように前記ＤＢＦ受信器を制御し、
    前記ＤＢＦ受信器は、前記走査制御器による制御に従い、前記２次元ＤＢＦビームを形成する請求項８記載のレーダ装置。
11. 送信レーダ装置からレンジアンビギュイティが発生する高ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）方式で送信されるパルス信号に由来する反射波を受信する受信レーダ装置において、
    前記反射波を受信する受信アンテナと、
    前記パルス信号を送信する送信ビームと受信ビームとが、前記送信レーダ装置から送信される前記パルス信号の送信電力及び自装置の受信感度から求められる最大探知距離近傍において交差するように前記受信ビームを形成するＤＢＦ（Digital Beam Forming）受信器と、
    前記反射波を前記受信ビームにより受信したビーム信号に基づき、前記最大探知距離近傍において目標を待ち受ける信号処理部と
    を具備する受信レーダ装置。
12. 前記最大探知距離近傍において、前記送信ビームと、前記反射波を受信するための受信ビームとが交差し、かつ、前記送信ビームと前記受信ビームとの交差が所望の範囲で維持されるように、前記受信ビームを方位角方向又は仰角方向に走査する受信ビーム走査器をさらに具備し、
    前記ＤＢＦ受信器は、前記受信ビームの走査方向に対して垂直の方向に複数の受信ビームを形成する請求項１１記載の受信レーダ装置。
13. 前記受信ビーム走査器は、受信スケジュールに基づいて前記受信アンテナを走査し、
    前記受信スケジュールは、前記送信レーダ装置が前記パルス信号を送信する送信スケジュールを参照し、前記送信ビームと、前記受信ビームとが交差し、かつ、前記送信ビームと前記受信ビームとの交差が所望の範囲で維持されるように作成される請求項１２記載の受信レーダ装置。
14. 前記受信ビーム走査器は、前記送信レーダ装置の第１の設置位置及び前記受信レーダ装置の第２の設置位置を予め取得し、前記送信レーダ装置における電子走査の方向を表す電子走査信号を前記送信レーダ装置から受信し、前記電子走査信号、前記第１及び第２の設置位置に基づき、前記受信ビームの走査方向を決定する請求項１２記載の受信レーダ装置。
15. 前記送信ビームと前記最大探知距離近傍において交差する２次元ＤＢＦビームを前記受信ビームとして形成するように前記ＤＢＦ受信器を制御する受信ビーム走査器をさらに具備し、
    前記ＤＢＦ受信器は、前記受信ビーム走査器による制御に従い、前記２次元ＤＢＦビームを形成する請求項１１記載の受信レーダ装置。
16. 前記受信ビーム走査器は、受信スケジュールに基づいて前記ＤＢＦ受信器を制御し、
    前記受信スケジュールは、前記送信レーダ装置が前記パルス信号を送信する送信スケジュールを参照し、前記送信ビームと前記最大探知距離近傍において交差する２次元ＤＢＦビームを形成するように作成される請求項１５記載の受信レーダ装置。
17. 前記受信ビーム走査器は、前記送信レーダ装置の第１の設置位置及び自装置の第２の設置位置を予め取得し、前記送信レーダ装置における電子走査の方向を表す電子走査信号を前記送信レーダ装置から受信し、前記電子走査信号、前記第１及び第２の設置位置に基づき、前記２次元ＤＢＦビームを形成する方向を決定する請求項１５記載の受信レーダ装置。