JP2630571B2 - レーダ装置 - Google Patents

レーダ装置

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JP2630571B2
JP2630571B2 JP6260901A JP26090194A JP2630571B2 JP 2630571 B2 JP2630571 B2 JP 2630571B2 JP 6260901 A JP6260901 A JP 6260901A JP 26090194 A JP26090194 A JP 26090194A JP 2630571 B2 JP2630571 B2 JP 2630571B2
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譲治 桜井
正信 谷島
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、等価的にビーム幅を
狭くして高分解能を得るようにしたレーダ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般にレーダ装置においては、送受切換
部を介して単一のアンテナで送受信を行うようになって
おり、その方位方向の分解能は、アンテナから観測対象
に向けて照射される電波のビーム幅に関係し、高い分解
能(小さい物体を識別する能力)を得るためには、狭い
ビーム幅が必要となる。そして、狭いビーム幅を形成す
るには、大開口のアンテナが必要となることは良く知ら
れている。しかし、レーダシステムの一部として用いる
アンテナの大きさには、宇宙機等の飛翔体に搭載される
ものでは勿論のこと、地上設置のものでも限度がある。
また観測する物体(対象物)の性質や周波数の有効利用
による観点から、送信周波数にも制限がある。このよう
な制約から、一般にアンテナのビーム幅は、これらの2
つのパラメータにより決定されるので、自由度は少な
く、ある程度のところで妥協しているのが現状である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特に宇宙機
等に搭載されるレーダ装置においては、アンテナの大き
さは出来るだけ小型化し且つビーム幅を小さくして高い
分解能をもつことが要望されているが、上記の制約下に
おいては、対象物に対して高い分解能を得ようとする
と、必然的に大開口のアンテナが必要となり、したがっ
て高い分解能の実現は極めて困難であるという問題点が
あった。
【0004】本発明は、従来のレーダ装置における上記
問題点を解消するためになされたもので、比較的小さな
アンテナを用いながら実質的にビーム幅を狭くして高分
解能が得られるようにしたレーダ装置を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、地上設置用又は宇宙機等の飛翔
体に搭載されるレーダ装置において、送受兼用アンテナ
としてフェーズドアレイアンテナを備え、送信時のビー
ムパターンとして、各アンテナ素子に対する給電位相を
調整して形成した2つの送信ビームのビーム軸を相反す
る方向にオフセットすると共に一方の送信ビームの位相
を反転して送信差ビームパターンを形成し、且つ受信時
のビームパターンとして、各アンテナ素子に対する給電
位相を調整して形成した2つの受信ビームのビーム軸を
相反する方向にオフセットすると共に一方の受信ビーム
の位相を反転し受信差ビームパターンを形成し、更に前
記送信差ビームパターンと前記受信差ビームパターンの
各ビーム軸方向を異ならせて、観測対象領域において前
記両差ビームパターンが一部のみ互いに重なり合うよう
に構成し、等価的に狭いビーム幅を形成するものであ
る。
【0006】このように、送信時のビームパターンとし
て、各アンテナ素子に対する給電位相を調整して形成し
た2つの送信ビームのビーム軸を相反する方向にオフセ
ットすると共に一方の送信ビームの位相を反転して送信
差ビームパターンを形成し、且つ受信時のビームパター
ンとして、各アンテナ素子に対する給電位相を調整して
形成した2つの受信ビームのビーム軸を相反する方向に
オフセットすると共に一方の受信ビームの位相を反転し
受信差ビームパターンを形成し、更に前記送信差ビーム
パターンと前記受信差ビームパターンの各ビーム軸方向
を異ならせて、観測対象領域において前記両差ビームパ
ターンが一部のみ互いに重なり合うように構成すること
により、重なり合う狭い領域に照射された送信ビームの
反射ビームのみを受信ビームとして受信することにな
り、したがって実質的に狭いビーム幅の大開口のアンテ
ナで電波を照射したと同等の効果が得られる。この場
合、電力的な損失は大きくなるが、これは送信電力を増
加させることで容易に対応させることができる。なお、
フェーズドアレイアンテナを送受兼用アンテナとして用
い、給電位相を調整して、単一の送信ビームと受信ビー
ムを形成し、それらのビーム軸方向を異ならせ、送信ビ
ームパターンと受信ビームパターンの一部のみが互いに
重なり合うように構成した場合も、等価的にビーム幅を
狭くすることが可能であるが、本発明のように送信差ビ
ームパターンと受信差ビームパターンを形成して、それ
らのビームパターンの一部が重なり合うように構成した
場合、差ビームの傾斜部分を重ね合わせて形成した合成
ビームパターンの交点は、送受信ビームパターンを重ね
合わせて形成した合成ビームパターンの交点よりも高い
所にできるため、利得の低下量を改善することができ
る。
【0007】
【実施例】次に実施例について説明する。図1の(A)
は、本発明に係るレーダ装置を、月周回観測衛星に搭載
する月地下探査レーダシステムに適用した実施例の概念
図で、図1の(B)は、図1の(A)の○印部分の詳細
図である。図2は、図1に示した実施例の横方向からみ
た概略図で、図3は、同じく図1に示した実施例の上方
向からみた月面上のビームパターンの拡がり状態を示す
概念図である。図において、1は月周回観測衛星で、月
面2上70〜100 kmの高度で月を周回するようになってお
り、該衛星1には送受信装置3、フェーズドアレイアン
テナ4等からなるレーダ装置5が搭載されている。6は
フェーズドアレイアンテナ4における各アンテナ素子へ
の給電位相を調整して形成された送信差ビームである。
すなわち、この送信差ビーム6はフェーズドアレイアン
テナ4の各アンテナ素子の位相を調整して2つの送信ビ
ームを形成し、そして各送信ビームのビーム軸を相反す
る方向にオフセットすると共に一方の送信ビームの位相
を反転することにより形成される。なお、送信ビームの
位相の反転とは、一方の送信ビームの位相を他方の送信
ビームの位相に対して180 °ずらすことである。7は同
じく送信差ビームと時間的にずらして形成された受信差
ビームである。すなわち、この受信差ビーム7はフェー
ズドアレイアンテナ4の各アンテナ素子の位相を調整し
て2つの受信ビームを形成し、そして各受信ビームのビ
ーム軸を相反する方向にオフセットすると共に一方の受
信ビームの位相を反転することにより形成される。
【0008】8,9は前記送信差ビーム6及び受信差ビ
ーム7の各ビーム軸であり、これらの各ビーム軸8,9
は、更に、月面2に対する垂直軸10に関して、それぞれ
オフセット角θt ,θr で、垂直軸10から反対方向に偏
倚し、月面2上において各差ビームパターンの一部が互
いに重なるように、フェーズドアレイアンテナ4の各ア
ンテナ素子の位相が調整されている。なお、図1におい
て、2−1,2−2,2−3は月面2の第1表面,第2
表面,第3表面を示しており、また衛星1に付した矢印
は衛星1の進行方向を示している。
【0009】このように構成されたレーダ装置5のフェ
ーズドアレイアンテナ4から、図2に示すように送信差
ビーム6がビーム幅βで月面2に向けて放射されると、
月面2において、図3に示す円形領域11が送信差ビーム
で照射されることになる。これに対してフェーズドアレ
イアンテナ4で時間的にずらして形成された受信差ビー
ム7のビーム幅は同様にβであり、月面2上の受信差ビ
ームパターンによる領域12は、送信差ビーム6のビーム
パターンによる領域11と一部互いに重なり合う重なり部
分13をもつ領域となる。
【0010】このように、フェーズドアレイアンテナ4
による送信差ビームパターンと受信差ビームパターンの
一部分のみが、観測対象領域である月面2上において互
いに重なるように構成されているため、受信差ビーム7
は重なり部分13からの反射ビームのみを受信することに
なり、したがってフェーズドアレイアンテナ4は送信差
ビームパターンと受信差ビームパターンの重なり部分に
対応する狭い等価ビーム幅ωをもつ合成送受信ビーム15
を形成していると等価になり、分解能を向上させること
が可能となる。
【0011】この実施例において、送信差ビーム幅β及
び受信差ビーム幅βを20度とし、各ビーム軸を垂直軸に
対してそれぞれ反対方向に 4.5度程度ずらすことによ
り、等価ビーム幅ωを2度程度にすることができる。
【0012】図4は、2つ(第1及び第2)の送信ビー
ムの各ビーム軸を相反する方向にオフセット角Wt
4.7°傾けて送出した場合の各送信ビームパターンと、
各送信ビームの差ビームのビーム軸を垂直軸からオフセ
ット角θt = 1.4°傾けた場合の送信差ビームパターン
の計算例を示す図であり、は第1の送信ビームパター
ン、は第2の送信ビームパターン、は送信差ビーム
パターンを示している。図5は2つ(第1及び第2)の
受信ビームの各ビーム軸を相反する方向に オフセット
角Wr = 4.7°傾けた場合の各受信ビームパターンと、
各受信ビームの差ビームのビーム軸を垂直軸からオフセ
ット角θr = 1.4°傾けた場合の受信差ビームパターン
の計算例を示す図であり、は第1の受信ビームパター
ン、は第2の受信ビームパターン、は受信差ビーム
パターンを示している。図6は、送信差ビームパターン
と受信差ビームパターンとを重ね合わせて形成した
等価ビーム幅ω= 1.9°の合成ビームパターンの計算
例を示している。
【0013】また上記実施例のレーダ装置においては、
月面の表土の厚さを高分解能で計測することができる。
すなわち、月面表土の厚さを計測するためには、一般に
アンテナで形成される送信ビームが月面2の第1表面2
−1から反射して戻って来る反射ビームと、第2表面2
−2から反射して戻って来る反射ビームとを受信機にお
いて物理的に区別できなければならない。上記実施例
は、送信差ビームパターン6と受信差ビームパターン7
とを部分的に重ね合わせ狭い等価的なビーム幅ωを有す
る合成ビームパターン15を形成するようにしているもの
であるので、上記物理的区別を、フェーズドアレイアン
テナ4からこの合成ビームパターン15が形成されている
ものとして説明すると、図2において、合成ビームパタ
ーン15の端部(フェーズドアレイアンテナから最も距離
が長い部分)と月面の第1表面2−1との1つの交点A
からの反射ビームが、受信機に到達し終わった後に、フ
ェーズドアレイアンテナから月面2に下ろした垂直軸10
と第2表面2−2との交点B(フェーズドアレイアンテ
ナと第2表面との最も距離が短い部分)からの反射ビー
ムが届くようにして、両者を区別する必要がある。
【0014】月面2の第1表面2−1のA点からの反射
ビームのパワーの方が第2表面2−2のB点からの反射
ビームのパワーよりも大きいため、A点とB点から反射
ビームを明確に区別するためには、パルス幅を無視した
場合、フェーズドアレイアンテナ位置をOとすると、次
式(1)が成立すればよいことがわかる。 OAの長さ<OBの長さ ・・・・・・・(1)
【0015】上記(1)式が成立すれば、第1層の厚さ
HB(深さ分解能)を計測することが可能となるが、こ
の深さ分解能を向上させるためには、OAの長さを短
く、すなわちAHの長さを短くすればよいことになる。
なお、H点はフェーズドアレイアンテナ4から月面2に
下ろした垂直軸10と第1表面2−1との交点である。A
Hの長さを短くするためには、一般的には非常に狭いビ
ーム幅を形成する大開口アンテナを必要とするが、本発
明においては、上記のように単一のフェーズドアレイア
ンテナ4を用いて等価的に狭いビーム幅ωの合成送受信
ビームを形成するようにしているので、AHの長さを短
くして、OAの長さを短くでき、したがって短いHBの
距離も計測可能となり、深さ分解能を向上させることが
できる。
【0016】パルス幅τ(s)を考慮すると、(1)式
は次式(2)のように表される。 OAの長さ<OBの長さ−cτ/2 ・・・・・(2) ここで、cは光速である。(2)式からもわかるよう
に、深さ分解能を上げるには、ビーム幅を狭くするだけ
でなく、パルス幅τも短くすることが必要である。従来
の通常のレーダにおいてはビーム幅で定まる方位分解能
と、パルス幅で定まる距離分解能とは独立しているが、
本発明に係るレーダ装置においては、距離分解能に対応
する深さ分解能は、上記(2)式の条件を満たすHBの
最小値で表され、(2)式は方位分解能を表すAHの項
が関与しているため、通常のレーダとは異なり、深さ分
解能(距離分解)は方位分解能と関連をもっていること
がわかる。
【0017】なお、上記実施例では、月周回観測衛星に
搭載した月地下探査レーダに本発明を適用したものを示
したが、本発明はこれに限らず、地上用、宇宙機搭載
用、移動体用のレーダなど広範囲に亘って適用できるも
のである
【0018】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば単一のフェーズドアレイアンテナを用い
て、等価的に狭いビーム幅の合成送受信ビームを形成す
るように構成したので、小型のアンテナで等価的にビー
ム幅を狭くすることができ、宇宙機等への搭載を容易に
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーダ装置の一実施例を示す概念
図である。
【図2】図1に示した実施例を横方向からみた概略図で
ある。
【図3】図1に示した実施例の月面上におけるビームパ
ターンの広がり状態を示す図である。
【図4】各送信ビームパターンと送信差ビームパターン
の計算例を示す図である。
【図5】各受信ビームパターンと受信差ビームパターン
の計算例を示す図である。
【図6】各差ビームパターンと合成ビームパターンの計
算例を示す図である。
【符号の説明】
1 月周回観測衛星 2 月面 3 送受信装置 4 フェーズドアレイアンテナ 5 レーダ装置 6 送信差ビーム 7 受信差ビーム 8 送信差ビーム軸 9 受信差ビーム軸 10 垂直軸 15 合成ビームパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−29138(JP,A) 特開 昭52−40993(JP,A) 特開 平4−262286(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地上設置用又は宇宙機等の飛翔体に搭載
    されるレーダ装置において、送受兼用アンテナとしてフ
    ェーズドアレイアンテナを備え、送信時のビームパター
    ンとして、各アンテナ素子に対する給電位相を調整して
    形成した2つの送信ビームのビーム軸を相反する方向に
    オフセットすると共に一方の送信ビームの位相を反転し
    て送信差ビームパターンを形成し、且つ受信時のビーム
    パターンとして、各アンテナ素子に対する給電位相を調
    整して形成した2つの受信ビームのビーム軸を相反する
    方向にオフセットすると共に一方の受信ビームの位相を
    反転し受信差ビームパターンを形成し、更に前記送信差
    ビームパターンと前記受信差ビームパターンの各ビーム
    軸方向を異ならせて、観測対象領域において前記両差ビ
    ームパターンが一部のみ互いに重なり合うように構成
    し、等価的に狭いビーム幅を形成するようにしたことを
    特徴とするレーダ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5229138A (en) * 1975-09-01 1977-03-04 Mitsubishi Electric Corp Antenna system
JPS5240993A (en) * 1975-09-26 1977-03-30 Mitsubishi Electric Corp Beam width compression equipment
JP2730296B2 (ja) * 1991-01-23 1998-03-25 三菱電機株式会社 グランドマッピングレーダ信号処理方法とその装置

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