JP3708772B2 - レーダ断面積計測方法及びレーダ断面積計測装置 - Google Patents
レーダ断面積計測方法及びレーダ断面積計測装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はレーダの探知対象である目標のレーダ断面積を計測する方法に関し、特に計測環境上の制約から遠方界条件が満たされない近傍領域における目標からの散乱電界の測定値を用いて遠方領域におけるレーダ断面積を推定する方法及びそれを実現するレーダ断面積計測装置に関するものである。
【０００２】
従来この種のレーダ断面積計測方法の例として、例えば１９９８年電子情報通信学会総合大会Ｂ−１−２「近傍バイスタティックＲＣＳ測定法−球面、円筒面、平面走査」に示されたものがある。ここには近傍領域において球面走査、円筒面走査、平面走査で計測した計測対象目標からの散乱界をフーリエ変換することにより遠方領域におけるレーダ断面積を推定する方法が提案されている。この文献で提案されている方法のうち、ここではまず球面走査の場合の例をとりあげて以下に説明する。
【０００３】
上記文献で定義している座標系を図９に示す。図において、推定したいバイスタティックレーダ断面積の波源方向と観測点方向の中点方向をＸ軸とし、波源方向と観測点方向がＸＹ面内に含まれるようにＹ軸及びＺ軸を取り、そのバイスタティック角を２αとする。この推定したい波源方向と観測点方向の延長線上において、原点からの距離がρとなる位置に波源（点Ｐ）及び観測点（点Ｑ）を設置する。波源及び観測点を固定として球面走査法により目標１を回転させる。このときＸＹ面内の回転角をΦ、ＸＺ面内の回転角をθとする。また波長をλ、目標１のＹ軸方向及びＺ軸方向の最大長をそれぞれｙw，ｚwとし、距離ρは数１を満たすフレネル領域にあるものと仮定する。
【０００４】
【数１】
【０００５】
球面走査により目標を（θ，Φ）だけ回転させて計測された、観測点から距離ρの位置にある目標からの散乱電界をＥS（ρ，θ，Φ）とする。波数（２π／λ）をｋとするとフレネル領域における散乱界は数２で表わすことができる。
【０００６】
【数２】
【０００７】
数２におけるＳe（ｙ，ｚ）は散乱体（目標）表面上の散乱係数をＹＺ平面内に投影したもので、等価散乱係数と呼ぶ。数２は、フレネル領域の散乱界は等価散乱係数をフレネル変換して得られることを示している。したがって数２の逆変換から数３が得られる。
【０００８】
【数３】
【０００９】
数３は、波源と観測点の間のバイスタティック角２α、及び目標と波源、観測点間の距離ρを保ったまま目標をθ方向及びΦ方向にそれぞれ微小角度範囲θw，Φwだけ回転させて散乱界ＥS（ρ，θ，Φ）を計測し、この計測データを上記角度範囲内でフレネル変換することにより計測対象目標のＹＺ面内の大きさ（ｙw，ｚw）相当の領域内の等価散乱係数が得られることを示している。
【００１０】
等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）は距離に依存しない量であるため、推定したい遠方領域におけるバイスタティック散乱界ＥS（∞，０，０）は、数３によって求められたＳe（ｙ，ｚ）を数２に適用し、さらにρ＝∞，θ＝０，Φ＝０とすることにより数４のように求めることができる。
【００１１】
【数４】
【００１２】
最後に、レーダ断面積の定義から遠方領域におけるバイスタティックレーダ断面積σの推定値は数５により求められる。
【００１３】
【数５】
【００１４】
次に平面走査の場合の例をとりあげて以下に説明する。前記文献で定義している座標系を図１０に示す。球面走査の場合と同じく推定したいバイスタティックレーダ断面積の波源方向と観測点方向の中点方向をＸ軸とし、波源方向と観測点方向がＸＹ面内に含まれるようにＹ軸及びＺ軸を取り、そのバイスタティック角を２αとする。この推定したい波源方向と観測点方向の延長線上において、原点からの距離がρとなる位置に波源（点Ｐ）及び観測点（点Ｑ）を設置する。ここで目標をＹ軸方向にｙ’、Ｚ軸方向にｚ’だけ直線的に移動させることで平面走査を行うものとする。移動量ｙ’及びｚ’を極座標パラメータを用いて表わすと数６のようになる。
【００１５】
【数６】
【００１６】
上記の目標の移動は波源Ｐ及び観測点Ｑを同時に−ｙ’及び−ｚ’だけ移動させることと等価である。
【００１７】
次に球面走査の場合と同様に、平面走査により計測された近傍バイスタティック散乱電界値を用いて遠方領域におけるバイスタティックレーダ断面積を求める。数６の変換式を適用することにより、平面走査に対応するフレネル領域の散乱界ＥS（ρ，θ，Φ）は数７で表わすことができる。
【００１８】
【数７】
【００１９】
ここにＳe（ｙ，ｚ）は球面走査の場合の数２におけるのと同義の等価散乱係数である。数２と同じく数７も、フレネル領域の散乱界は等価散乱係数をフレネル変換して得られることを示している。数７の逆変換から数８が得られる。
【００２０】
【数８】
【００２１】
数８は以下のことを示している。波源と観測点の間のバイスタティック角２α、及び目標と波源、観測点間の距離ρを保ったまま目標をｙ方向及びｚ方向にそれぞれ一定量だけ移動させると、この移動に対応して角度θ、Φが変化する。これにより生じた微小角度範囲θw，Φw内で散乱界ＥS（ρ，θ，Φ）を計測し、この計測データをフレネル変換することで計測対象目標のＹＺ面内の大きさ（ｙw，ｚw）相当の領域内の等価散乱係数が得られる。以後推定したい遠方領域におけるバイスタティック散乱界ＥS（∞，０，０）を求め、さらに遠方領域におけるバイスタティックレーダ断面積σを求める手順は球面走査の場合と同様である。
【００２２】
従来のレーダ断面積計測方法によれば、以上のようにして計測対象目標の近傍領域における２次元領域内の散乱電界を計測することにより遠方領域におけるレーダ断面積を推定することができる。この方法は波源及び観測点が近傍界に存在することにより、波源及び観測点から目標上の異なる部位に至る行路長に差異が生じることでもたらされる位相差を補償して等価散乱係数を求め、これから遠方領域におけるレーダ断面積を推定しようとするものである。
【００２３】
ここにおける等価散乱係数は、実際の計測状況において実際の波源（送信アンテナ）により照射される目標上の各部位の振幅、位相と、これにより目標から散乱される電界を実際に観測点に設置された受信アンテナで受信したときの電界の振幅、位相に対応するものである。
【００２４】
したがって、実際の計測状況においても、波源及び観測点から目標上の異なる部位に至る行路長差に基づく位相差を除けば目標上の異なる部位が全て一様に照射され、さらにこれら異なる部位からの散乱電界が平等に受信アンテナのある観測点に到達するのであれば、数２における等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）は遠方領域のバイスタティックレーダ断面積に対応したものとなるが、波源（送信アンテナ）あるいは受信アンテナとして指向性アンテナを用いた場合には、近距離において目標が照射されることあるいはこれにより生じる散乱電界を受信アンテナが受信することに対応する等価散乱係数Ｓ’e（ｙ，ｚ）は前記の状況で得られるのとは厳密には異なるものとなり、これにより推定されるレーダ断面積と遠方領域におけるレーダ断面積との間に差異が生じる。
【００２５】
この差異は目標と波源、観測点の距離ρが近いほど、また送受信アンテナの指向性が鋭いほど大きくなることは明白である。以下に簡単な例により上記に従って発生するレーダ断面積推定値と真値との差異、即ち計測誤差を導く。
【００２６】
目標を照射する送信アンテナの指向性をｆ1（θ，Φ）、目標からの散乱電界を受信する受信アンテナの電界指向性をｆ2（θ，Φ）とする。この指向性を持つ送信アンテナにより目標が非一様に照射される場合にはＹＺ面に投影された等価散乱係数として本来のＳe（ｙ，ｚ）にｆ1（θ，Φ）が乗じられたものを考えなければならない。さらに、この目標から散乱される電界を、電界指向性ｆ2（θ，Φ）を持つ受信アンテナにより受信することで得られる受信電界を考えるにあたっては、上記等価散乱係数にｆ2（θ，Φ）を乗じたものを考える必要がある。この場合のＸ軸方向の遠方散乱電界は数９で表わされる。
【００２７】
【数９】
【００２８】
数９から求められるバイスタティックレーダ断面積σ’は数１０のようになる。
【００２９】
【数１０】
【００３０】
以上より、目標が一様に照射され、さらにこの目標からの散乱電界を一様に観測することができる場合に比べて、目標上に送信アンテナの指向性に起因する振幅、位相分布が生じ、さらにこの目標からの散乱電界を受信アンテナの指向性が原因で平等に受信できない場合の相対受信電力は、遠方領域レーダ断面積の真値σに対する実際の計測で得られる等価的レーダ断面積σ’の比として数１１で表わすことができる。
【００３１】
【数１１】
【００３２】
これが目標上の電界分布に基づくレーダ断面積計測誤差であると考えてよい。ここで上記に従いレーダ断面積計測誤差を求める具体例を示す。簡略化のためにバイスタティック角２α＝０、即ち波源位置と観測点位置が共通なモノスタティック計測の場合を考える。送信アンテナの指向性ｆ1（θ，Φ）と受信アンテナの指向性ｆ2（θ，Φ）は等しいものとしｆ（θ，Φ）で表わす。また目標としてＹ軸方向に長い細長い平板を仮定しその面がＹＺ面内に含まれる姿勢を取る場合を考える。これにより目標上の散乱係数をＹＺ平面に投影して得られる等価散乱係数の分布は一様であると仮定できる。よってＳe（ｙ，ｚ）＝１と置いてもよい。以上の仮定により数１１は数１２のように簡単に書き換えられる。
【００３３】
【数１２】
【００３４】
次に送受信アンテナは目標を見込む角度範囲内で数１３で表わせるような位相一様の指向性を有するものであると仮定する。
【００３５】
【数１３】
【００３６】
ここでアンテナのＸＺ平面内電力半値幅をΘとすると、数１３のｐは数１４で表わせる。
【００３７】
【数１４】
【００３８】
ここで図１１に示すように目標１として、長さＬ＝５ｍの細長い平板を、Ｙ軸方向が長さ方向となり、さらに面の法線方向がＸ軸方向となるように配置し、これから距離ρ＝２５０ｍだけ離れた位置に置かれた送受信アンテナ２を使用して散乱電界を計測する場合を考える。その振幅指向性の最大値方向が目標の中央部（座標原点）を指向するように送受信アンテナ２を配置するものとすると、目標上のＹ座標に対応するアンテナからのＸＹ平面内見込み角Φは数１５で与えられる。
【００３９】
【数１５】
【００４０】
この見込み角Φと数１４で与えられる送受信アンテナの振幅指向性を表わすパラメータｐ、及び目標の長さＬにより目標上の振幅分布（振幅テーパ）形状が決まり、これに起因するレーダ断面積計測誤差が数１２から求められる。送受信アンテナの電力半値幅の関数として上記レーダ断面積計測誤差を計算した例を図１２に示す。図１２には目標の両端位置（ｙ＝±Ｌ／２）における中央部からの振幅低下量（エッジテーパ）も併せて示してある。例えば送受信アンテナとして電力半値幅１．５°のアンテナを用いた場合には、２５０ｍの距離にある長さ５ｍの目標上に２．２５ｄＢの振幅の振幅テーパがつき、これによるレーダ断面積計測誤差は約１．１ｄＢとなることがわかる。
【００４１】
レーダ断面積計測レンジ構築にあたり、上記のような目標上の振幅テーパに起因する計測誤差を抑えるためには極力指向性の広いアンテナを用いるのが望ましいことになるが、その一方では計測感度要求を満たすために必要なアンテナ利得に対する要求もあり、これを満足させるためにはアンテナの指向性をあまり広くすることはできないことがある。何故なら、指向性の広いアンテナは利得が低いからである。また屋外レンジにおける地面反射の影響、屋内レンジにおける床面反射、壁面反射の影響による計測誤差の低減も計測レンジ設計上の重要な課題となるが、この影響を少なくするためにもアンテナの指向性はあまり広くない方がよい。これらの要因を総合的に勘案していくと、アンテナの指向性に対する要求には相反する要素があり、結果的に目標上の振幅テーパの発生は避けられず、これに伴うレーダ断面積計測誤差も免れ得ないことになる。
【００４２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来のレーダ断面積計測方法では、使用するアンテナの指向性により生じる計測対象目標上の振幅テーパの影響により、目標上の異なる部位の等価散乱係数を正しく求めることができず、遠方領域のレーダ断面積を正確に予測することができないという問題点があった。
【００４３】
この発明に関わるレーダ断面積計測方法は上記のような問題点を解決するためのものであり、計測装置に使用する送信アンテナ、受信アンテナの指向性、指向方向及び目標との距離並びに目標の大きさと姿勢から、実際にアンテナが目標上に形成する振幅、位相分布を知り、これを補正項として一様分布に対応する目標上の異なる部位の等価散乱係数を求め、この値を用いることで遠方領域におけるレーダ断面積を高精度に推定することを目的とする。
【００４４】
またこの発明に係わるレーダ断面積計測装置は上記のレーダ断面積計測方法を実現することを目的とする。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ断面積計測方法は、目標に対するレーダ断面積の計測方法において、目標から近傍領域で目標を照射する送信アンテナと目標からの散乱波を受信する受信アンテナとを目標に対して走査し目標の散乱電界を計測し、得られた測定値をフレネル変換することで得られる目標上の異なる部位の第一の等価散乱係数に対し、送信アンテナの指向性と指向方向、受信アンテナの指向性と指向方向、及び目標と送受信アンテナの距離並びに目標の姿勢により決まる目標上の振幅・位相分布の補正を加えて補正された第二の等価散乱係数を求め、第二の等価散乱係数を所定の微小角度範囲でフレネル変換することにより遠方領域における散乱電界を推定し、遠方領域における散乱電界から遠方領域におけるレーダ断面積を求める。
【００４６】
また、送信アンテナと受信アンテナとを、隣接して設け、バイスタティック角を概略０に等しくし、求めるレーダ断面積をモノスタティックレーダ断面積とする。
【００４７】
また、送信アンテナと受信アンテナとが形成するバイスタティック角を所定の角度とし、求めるレーダ断面積をバイスタティックレーダ断面積とする。
【００４８】
また、送受信アンテナの走査は、目標に対して球面走査である。
【００４９】
また、送受信アンテナの走査は、目標に対して平面走査である。
【００５０】
また、この発明に係るレーダ断面積計測装置は、空間に保持された計測対象目標に対し電波照射を行う送信アンテナ、目標からの散乱波を受信する受信アンテナ、送信アンテナへの無線周波信号の供給と受信アンテナで受信された散乱波信号の受信処理を行う送受信装置、受信散乱波信号に基づいてレーダ断面積を算出する演算処理を行う信号処理装置を有するレーダ断面積計測装置において、
目標に対して、送受信アンテナを走査する走査機構と送信アンテナ、受信アンテナの指向方向を制御し、その指向角度を検知するアンテナ回転機構とを備え、
信号処理装置は、受信アンテナの受信した散乱波から目標の散乱電界を計測し、得られた測定値をフレネル変換することで得られる目標上の異なる部位の第一の等価散乱係数に対し、送信アンテナの指向性と指向方向、受信アンテナの指向性と指向方向、及び目標と送受信アンテナの距離並びに目標の姿勢により決まる目標上の振幅・位相分布の補正を加えて補正された第二の等価散乱係数を求め、第二の等価散乱係数を所定の微小角度範囲でフレネル変換することにより遠方領域における散乱電界を推定する。
【００５１】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標からの近傍領域に隣接して設置する設置機構とを有する。
【００５２】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で一定の距離を保つように、目標を中心とした円弧上を移動させる円弧移動機構とを有する。
【００５３】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標からの近傍領域に所定の角度離して設置する設置機構とを有する。
【００５４】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で一定の距離を保つように、目標を中心とした円弧上を互いに任意の角度離れるように移動させる円弧移動機構とを有する。
【００５５】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で直線移動させる直線移動機構とを有する。
【００５６】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で直線移動させる直線移動機構とを有する。
【００５７】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で任意の距離離して直線移動させる直線移動機構とを有する。
【００５８】
さらに、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で任意の距離離して直線移動させる直線移動機構とを有する。
【００５９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すレーダ断面積計測装置の構成を示す鳥かん図、図２はその構成ブロック図である。図において１は計測対象となる目標、２ａは送信アンテナ、２ｂは受信アンテナ、３は目標１を空間に保持するとともに球面走査回転を与え、さらにその回転角度を検出する走査機構としての目標回転機構、４は上記目標回転機構との間で目標回転制御信号Ｓ１と目標回転角度信号Ｓ２の授受を行う目標回転制御装置である。
【００６０】
送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂはそれぞれ送信アンテナ保持機構５ａ、受信アンテナ保持機構５ｂを介して目標位置を中心とする半径ρの円弧を形成する走査機構としてのレール６の上に保持される。ここで送信アンテナ２ａあるいは受信アンテナ２ｂは目標１からのフレネル領域にあるものとする。
【００６１】
送信アンテナ保持機構５ａ、受信アンテナ保持機構５ｂは、その上に保持された送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂが上記レール６が形成する円弧に沿ってそれぞれ独立に回転移動できるように、その下部に備えられた送信アンテナ回転機構７ａと受信アンテナ回転機構７ｂにより制御される。
【００６２】
送信アンテナ回転機構７ａ、受信アンテナ回転機構７ｂはさらに両アンテナのレール６上の回転角度を検出する機能を有する。８は上記両アンテナ回転機構７ａ、７ｂとの間でアンテナ回転制御信号Ｓ３、アンテナ回転角度信号Ｓ４の授受を行うアンテナ回転制御装置である。また送信アンテナ保持機構５ａ、受信アンテナ保持機構５ｂの上部にはそれぞれ送信アンテナ指向角回転機構９ａ、受信アンテナ指向角回転機構９ｂが備わっている。
【００６３】
これらはアンテナ指向角制御装置１０からのアンテナ指向角制御信号Ｓ５に従い送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂを任意の向きに指向させるとともに、その指向角を検出する働きも有する。ここで検出されたアンテナ指向角度はアンテナ指向角度信号Ｓ６として指向角制御装置１０に送出される。１１は送信アンテナ２ａに送信ＲＦ信号Ｓ７を供給するとともに、目標からの散乱電界信号Ｓ８を受信する送受信装置である。また１２は信号処理装置であり上記の各部位の制御のための目標制御信号Ｓ９、アンテナ制御信号Ｓ１０、送受信装置制御信号Ｓ１１の送出と、それぞれデジタル信号化された目標回転角度信号Ｓ２、アンテナ回転角度信号Ｓ４、アンテナ指向角度信号Ｓ６及び散乱電界信号Ｓ８の受信、並びに上記各種情報をもとにした以下のレーダ断面積計測方法によるレーダ断面積算出処理を実行する。この発明の実施の形態１により実現できるレーダ断面積計測方法の詳細は以下のとおりである。
【００６４】
目標１は球面走査回転できる目標回転機構３上に保持されており、送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂは目標１から距離ρだけ離れた円弧状のレール６の上にそれぞれ送信アンテナ保持機構５ａ、受信アンテナ保持機構５ｂを介して保持されているので、この構成により目標と波源、観測点とを任意のバイスタティック角２α、任意のアスペクト角（θ，Φ）に配置するよう信号処理装置１２から制御することが可能である。また上記角度は目標回転機構３、送信アンテナ回転機構７ａ及び受信アンテナ回転機構７ｂによって検出でき、角度情報は目標回転角度信号Ｓ２、アンテナ回転角度信号Ｓ４として信号処理装置１２に送出される。また送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂは送信アンテナ指向角回転機構９ａ、受信アンテナ指向角回転機構９ｂの働きにより信号処理装置１２からその指向方向を制御することが可能であるとともに、その指向角の検知も可能である。検知された指向角情報はアンテナ指向角度信号Ｓ６として信号処理装置１２に送出される。
【００６５】
目標１と送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂとの関係がバイスタティック角２α、アスペクト角（θ，Φ）にあるときに送受信装置１１により計測される目標からの散乱電界ＥS’（θ，Φ）は、実際の送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂを使用した場合にもたらされる等価散乱係数Ｓe’（ｙ，ｚ）を波源及び観測点までの行路差に基づく位相差を考慮に入れて積分（フレネル変換）することによって得られる散乱界である。上記等価散乱係数Ｓe’（ｙ，ｚ）は、実際の送信アンテナ２ａの指向性形状と指向方向によって決まるｆ1（θ，Φ）及び実際の受信アンテナ２ｂの指向性形状と指向方向によって決まるｆ2（θ，Φ）を本来の一様分布、平等受信時の等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）に乗じて得られるものである。角度（θ，Φ）の関数としてのｆ1（θ，Φ）、ｆ2（θ，Φ）は投影平面上の位置座標（ｙ，ｚ）の関数としてのｆ1（ｙ，ｚ）、ｆ2（ｙ，ｚ）に置き換えることができるから、上記の概念は数１６で表わせる。
【００６６】
【数１６】
【００６７】
したがって、これらのアンテナを用いて実際に計測された散乱電界ＥS’（θ，Φ）から、アンテナの指向性に依存しない本来の一様照射、平等受信に対応する等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）を求めるには、数１７、数１８に従って数１６の逆フレネル変換を行えばよい。
【００６８】
【数１７】
【００６９】
【数１８】
【００７０】
数１７、数１８の積分範囲ΦW，θWは角度Φ及びθを中心とする２次元の微小角度範囲であり、実行上はθ及びΦの連続回転により取得されたこの範囲内複数点の（θ，Φ）に対応する散乱電界値を用いて数値積分すればよい。最終的に推定したい遠方領域の散乱界は数１８でρ＝∞、θ＝０、Φ＝０として数４により求めることができる。そして最後にレーダ断面積の定義から数５を用いて遠方バイスタティックレーダ断面積を得ることができる。
【００７１】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２を示すレーダ断面積計測装置の構成を示す鳥かん図、図４はその構成ブロック図である。図において符号１、２ａ、２ｂ、３、４、６、９ａ、９ｂ、１０、１１、１２は図１あるいは図２におけるのと同様のものでありその機能も同様である。
【００７２】
送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂはいずれも送受信アンテナ保持機構５を介して走査機構としてのレール６の上に保持される。送受信アンテナ保持機構５は、その上に保持された送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂが上記レール６が形成する円弧に沿って回転移動できるように、送受信アンテナ回転機構７により制御される。アンテナ回転制御装置８は上記送受信アンテナ回転機構７との間でアンテナ回転制御信号Ｓ３、アンテナ回転角度信号Ｓ４の授受を行う。また送受信アンテナ保持機構５には送信アンテナ指向角回転機構９ａ、受信アンテナ指向角回転機構９ｂが備わっており、これらはアンテナ指向角制御装置１０からのアンテナ指向角制御信号Ｓ５によって制御されるとともに、指向角制御装置１０にアンテナ指向角度信号Ｓ６を送出する。
【００７３】
取得された散乱電界の計測値から遠方領域でのレーダ断面積を求める方法、手順は実施の形態１と同等であるが、ここでは送信アンテナ２ａと受信アンテナ２ｂが共通の送受信アンテナ保持機構５上にα≒０で近接配置されているので、算出されるレーダ断面積はバイスタティックレーダ断面積ではなくモノスタティックレーダ断面積である。実施の形態１の説明における数１６に対してモノスタティック形態に対応するα＝０を適用すると数１９が成り立つ。
【００７４】
【数１９】
【００７５】
同様に実施の形態１の説明における数１７、数１８に対してもモノスタティック形態に対応するα＝０を適用すると数２０、数２１が成り立つ。
【００７６】
【数２０】
【００７７】
【数２１】
【００７８】
ここまで求まればあとは実施の形態１におけるのと同様数４、数５を用いることによって遠方領域のモノスタティックレーダ断面積を推定することができる。
【００７９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３を示すレーダ断面積計測装置の構成を示す鳥かん図、図６はその構成ブロック図である。図において図１、図２、図３あるいは図４と同一の符号を付した部位は図１、図２、図３あるいは図４におけるのと同様のものであり同様の機能を有する。
【００８０】
送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂはそれぞれ送信アンテナ昇降機構１３ａ、受信アンテナ昇降機構１３ｂを介して走査機構としての直線状のレール１４の上に保持される。送信アンテナ昇降機構１３ａ、受信アンテナ昇降機構１３ｂはそれぞれのアンテナ２ａ、２ｂを昇降させる働きとともに両アンテナの高さを検出する機能を有する。
【００８１】
１５は上記両アンテナ昇降機構１３ａ、１３ｂとの間でアンテナ昇降制御信号Ｓ１２、アンテナ高さ信号Ｓ１３の授受を行うアンテナ昇降制御装置である。レール１４上の送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂの直線移動は、送信アンテナ走行機構１６ａと受信アンテナ走行機構１６ｂにより制御される。
【００８２】
送信アンテナ走行機構１６ａ、受信アンテナ走行機構１６ｂはさらに両アンテナのレール１４上の位置を検出する機能を有する。１７は上記両アンテナ走行機構１６ａ、１６ｂとの間でアンテナ走行制御信号Ｓ１４、アンテナ位置信号Ｓ１５の授受を行うアンテナ走行制御装置である。
【００８３】
また送信アンテナ昇降機構１３ａ、受信アンテナ昇降機構１３ｂには実施の形態１、実施の形態２におけるものと同様の働きをする送信アンテナ指向角回転機構９ａ、受信アンテナ指向角回転機構９ｂが備わっている。
【００８４】
信号処理装置１２は上記の各部位の制御のための目標制御信号Ｓ９、アンテナ制御信号Ｓ１０、送受信装置制御信号Ｓ１１の送出と、それぞれデジタル信号化された目標回転角度信号Ｓ２、アンテナ回転角度信号Ｓ４、アンテナ指向角度信号Ｓ６、アンテナ高さ信号Ｓ１３、アンテナ位置信号Ｓ１５及び散乱電界信号Ｓ８の受信、並びに上記各種情報をもとにした以下のレーダ断面積計測方法によるレーダ断面積算出処理を実行する。この発明の実施の形態３により実現できるレーダ断面積計測方法の詳細は以下のとおりである。
【００８５】
目標１は球面走査回転できる目標回転機構３上に保持されており、送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂは直線状のレール１４の上を移動できるとともにその高さの調整も可能となっているので、この構成により目標と波源、観測点とを任意のバイスタティック角２α、任意のアスペクト角（θ，Φ）に初期設定したのち、このアスペクト角を中心とする微小角度範囲内を平面走査法により走査することが可能である。この制御は全て信号処理装置１２から行うことが可能である。
【００８６】
したがって信号処理装置１２では上記走査によって計測される目標１からの散乱電界信号Ｓ８、目標回転角度信号Ｓ２、アンテナ高さ信号Ｓ１３、アンテナ位置信号Ｓ１５、アンテナ指向角度信号Ｓ６等の情報を使用して、以下の手順により遠方領域でのレーダ断面積σを算出することができる。
【００８７】
実施の形態１におけるのと同じく、ここで計測される目標からの散乱電界ＥS’（θ，Φ）は、実際の送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂの指向性形状と指向方向によって決まるｆ1（θ，Φ）及び実際の受信アンテナ２ｂの指向性形状と指向方向によって決まるｆ2（θ，Φ）を本来の一様分布、平等受信時の等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）に乗じて得られる等価散乱係数Ｓe’（ｙ，ｚ）をフレネル変換することで得られるものである。平面走査に対応する散乱電界の式である数７に上記の概念を適用すると数２２となる。これは球面走査法を使用した実施の形態１の説明における数１６に相当するものである。
【００８８】
【数２２】
【００８９】
実際に計測された散乱電界ＥS’（θ，Φ）から等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）を求めるには、実施の形態１における数１４の代わりに数２３を用いてフレネル変換を行えばよい。
【００９０】
【数２３】
【００９１】
数２３の積分範囲ΦW，θWは２次元の微小角度範囲であり、実行上は目標回転機構３により設定された角度（θ，Φ）を中心として、送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂの昇降により実現される角度θの変化と、レール１４上を送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂが直線的に移動することにより実現される角度Φの変化から決まるものである。あとは実施の形態１あるいは実施の形態２におけるのと同じく、取得されたこの範囲内複数点の（θ，Φ）に対応する散乱電界値を数値積分して数４から遠方領域の散乱界を求め、最後にレーダ断面積の定義から数５を用いて遠方バイスタティックレーダ断面積の推定値を得ることができる。
【００９２】
実施の形態４．
尚上記実施の形態３では送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂを別々の架に設置することでそれぞれ別々にその位置、高さを変えることができるようにした例を示したが、図７に示すように、これらを共通の架に設置し、送受共用のアンテナ昇降機構１３、アンテナ走行機構１６を用いて２次元の微小角度範囲ΦW，θWを走査できるようにしてもよい。この場合の計測はモノスタティックレーダ断面積計測となり、実施の形態３においては数２３が用いられた等価散乱係数を求める式として数２４を適用すればよい。
【００９３】
【数２４】
【００９４】
これから遠方領域のモノスタティック散乱界、遠方モノスタティックレーダ断面積を推定する手順は他の実施の形態におけるのと同様である。
【００９５】
実施の形態５．
また上記実施の形態３では目標１を俯仰角回転が可能な目標回転機構３に搭載し、これにより目標と波源、観測点とを任意のアスペクト角（θ，Φ）に初期設定する方式としたが、図８に示すように、目標１を固定の目標支持架台１８の上に搭載するようにしてもよい。この場合はアンテナ昇降機構１３ａ、１３ｂによる送受信アンテナ２ａ、２ｂの上下動、アンテナ走行機構１６ａ、１６ｂによる送受信アンテナ２ａ、２ｂの位置移動によってのみアスペクト角の設定がなされることとなるため、この形態は比較的狭い角度範囲のバイスタティックレーダ断面積を計測するのに適した形態ということになる。散乱電界の計測値から等価散乱係数、バイスタティックレーダ断面積を推定するアルゴリズムは実施の形態３に適用されるものと共通である。
【００９６】
【発明の効果】
この発明に係るレーダ断面積計測方法は、目標のレーダ断面積の計測方法において、目標から近傍領域で目標を照射する送信アンテナと目標からの散乱波を受信する受信アンテナとを目標に対して走査し目標の散乱電界を計測し、得られた測定値をフレネル変換することで得られる目標上の異なる部位の第一の等価散乱係数に対し、送信アンテナの指向性と指向方向、受信アンテナの指向性と指向方向、及び目標と送受信アンテナの距離並びに目標の姿勢により決まる目標上の振幅・位相分布の補正を加えて補正された第二の等価散乱係数を求め、第二の等価散乱係数を所定の微小角度範囲でフレネル変換することにより遠方領域における散乱電界を推定し、遠方領域における散乱電界から遠方領域におけるレーダ断面積を求める。そのため、使用するアンテナの指向性により生じる計測対象目標上の振幅テーパに影響されず、目標上の異なる部位の等価散乱係数を正しく求めることができ、近傍領域における散乱電界の測定値を用いて、遠方領域のレーダ断面積を正確に予測することがでる。
【００９７】
また、送信アンテナと受信アンテナとを、隣接して設け、バイスタティック角を概略０に等しくし、求めるレーダ断面積をモノスタティックレーダ断面積とする。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界のモノスタティックレーダ断面積推定結果が得られる。
【００９８】
また、送信アンテナと受信アンテナとが形成するバイスタティック角を所定の角度とし、求めるレーダ断面積をバイスタティックレーダ断面積とする。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界のバイスタティックレーダ断面積推定結果が得られる。
【００９９】
また、送受信アンテナの走査は、目標に対して球面走査である。そのため、球面走査により、レーダ断面積を予測することがでる。
【０１００】
また、送受信アンテナの走査は、目標に対して平面走査である。そのため、平面走査により、レーダ断面積を予測することがでる。
【０１０１】
また、この発明に係るレーダ断面積計測装置は、空間に保持された計測対象目標に対し電波照射を行う送信アンテナ、目標からの散乱波を受信する受信アンテナ、送信アンテナへの無線周波信号の供給と受信アンテナで受信された散乱波信号の受信処理を行う送受信装置、受信散乱波信号に基づいてレーダ断面積を算出する演算処理を行う信号処理装置を有するレーダ断面積計測装置において、
目標に対して、送受信アンテナを走査する走査機構と送信アンテナ、受信アンテナの指向方向を制御し、その指向角度を検知するアンテナ回転機構とを備え、
信号処理装置は、受信アンテナの受信した散乱波から目標の散乱電界を計測し、得られた測定値をフレネル変換することで得られる目標上の異なる部位の第一の等価散乱係数に対し、送信アンテナの指向性と指向方向、受信アンテナの指向性と指向方向、及び目標と送受信アンテナの距離並びに目標の姿勢により決まる目標上の振幅・位相分布の補正を加えて補正された第二の等価散乱係数を求め、第二の等価散乱係数を所定の微小角度範囲でフレネル変換することにより遠方領域における散乱電界を推定する。
そのため、計測装置に使用する送信アンテナ、受信アンテナの指向性、指向方向及び目標との距離並びに目標の大きさと姿勢から、実際にアンテナが目標上に形成する振幅、位相分布を知り、これを補正項として一様分布に対応する目標上の異なる部位の等価散乱係数を求め、この値を用いることで遠方領域におけるレーダ断面積を高精度に予測することができる。
【０１０２】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標からの近傍領域に隣接して設置する設置機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界モノスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよい。
【０１０３】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で一定の距離を保つように、目標を中心とした円弧上を移動させる円弧移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界モノスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよいという効果があり、さらに本計測系は目標の回転を必要としないので、大型で質量の重い目標のレーダ断面積計測にも適する。
【０１０４】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標からの近傍領域に所定の角度離して設置する設置機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界バイスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよい。
【０１０５】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で一定の距離を保つように、目標を中心とした円弧上を互いに任意の角度離れるように移動させる円弧移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界バイスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよいという効果があり、さらに本計測系は目標の回転を必要としないので、大型で質量の重い目標のレーダ断面積計測にも適する。
【０１０６】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で直線移動させる直線移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界モノスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよいという効果があり、さらに本計測系は目標の回転を必要としないので、大型で質量の重い目標のレーダ断面積計測にも適する。
【０１０７】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で直線移動させる直線移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界モノスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよい。
【０１０８】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で任意の距離離して直線移動させる直線移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界バイスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよいという効果があり、さらに本計測系は目標の回転を必要としないので、大型で質量の重い目標のレーダ断面積計測にも適する。
【０１０９】
さらに、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で任意の距離離して直線移動させる直線移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界バイスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１のレーダ断面積計測装置を示す鳥かん図である。
【図２】 この発明の実施の形態１のレーダ断面積計測装置を示すブロック図である。
【図３】 この発明の実施の形態２のレーダ断面積計測装置を示す鳥かん図である。
【図４】 の発明の実施の形態２のレーダ断面積計測装置を示すブロック図である。
【図５】 この発明の実施の形態３のレーダ断面積計測装置を示す鳥かん図である。
【図６】 この発明の実施の形態３のレーダ断面積計測装置を示すブロック図である。
【図７】 この発明の実施の形態４のレーダ断面積計測装置を示す鳥かん図である。
【図８】 この発明の実施の形態５のレーダ断面積計測装置を示す鳥かん図である。
【図９】 球面走査座標系と座標パラメータの定義を示す図である。
【図１０】 平面走査座標系と座標パラメータの定義を示す図である。
【図１１】 送受信アンテナの電力半値幅に対するレーダ断面積計測誤差を計算する例の計算条件パラメータを示す図である。
【図１２】 送受信アンテナの電力半値幅に対するレーダ断面積計測誤差の計算例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 目標、２ 送受信アンテナ、２ａ 送信アンテナ、２ｂ 受信アンテナ、３ 目標回転機構（走査機構）、４ 目標回転制御装置、５ アンテナ保持機構、５ａ 送信アンテナ保持機構（走査機構）、５ｂ 受信アンテナ保持機構（走査機構）、６ レール（走査機構）、７ アンテナ回転機構、７ａ 送信アンテナ回転機構（走査機構）、７ｂ 受信アンテナ回転機構（走査機構）、８ アンテナ回転制御装置、９ａ 送信アンテナ指向角回転機構（走査機構）、９ｂ 受信アンテナ指向角回転機構（走査機構）、１３ａ 送信アンテナ昇降機構（走査機構）、１３ｂ 受信アンテナ昇降機構（走査機構）、１４ レール（走査機構）、１６ａ 送信アンテナ走行機構（走査機構）、１６ｂ 受信アンテナ走行機構（走査機構）。
【発明の属する技術分野】
この発明はレーダの探知対象である目標のレーダ断面積を計測する方法に関し、特に計測環境上の制約から遠方界条件が満たされない近傍領域における目標からの散乱電界の測定値を用いて遠方領域におけるレーダ断面積を推定する方法及びそれを実現するレーダ断面積計測装置に関するものである。
【０００２】
従来この種のレーダ断面積計測方法の例として、例えば１９９８年電子情報通信学会総合大会Ｂ−１−２「近傍バイスタティックＲＣＳ測定法−球面、円筒面、平面走査」に示されたものがある。ここには近傍領域において球面走査、円筒面走査、平面走査で計測した計測対象目標からの散乱界をフーリエ変換することにより遠方領域におけるレーダ断面積を推定する方法が提案されている。この文献で提案されている方法のうち、ここではまず球面走査の場合の例をとりあげて以下に説明する。
【０００３】
上記文献で定義している座標系を図９に示す。図において、推定したいバイスタティックレーダ断面積の波源方向と観測点方向の中点方向をＸ軸とし、波源方向と観測点方向がＸＹ面内に含まれるようにＹ軸及びＺ軸を取り、そのバイスタティック角を２αとする。この推定したい波源方向と観測点方向の延長線上において、原点からの距離がρとなる位置に波源（点Ｐ）及び観測点（点Ｑ）を設置する。波源及び観測点を固定として球面走査法により目標１を回転させる。このときＸＹ面内の回転角をΦ、ＸＺ面内の回転角をθとする。また波長をλ、目標１のＹ軸方向及びＺ軸方向の最大長をそれぞれｙw，ｚwとし、距離ρは数１を満たすフレネル領域にあるものと仮定する。
【０００４】
【数１】
球面走査により目標を（θ，Φ）だけ回転させて計測された、観測点から距離ρの位置にある目標からの散乱電界をＥS（ρ，θ，Φ）とする。波数（２π／λ）をｋとするとフレネル領域における散乱界は数２で表わすことができる。
【０００６】
【数２】
数２におけるＳe（ｙ，ｚ）は散乱体（目標）表面上の散乱係数をＹＺ平面内に投影したもので、等価散乱係数と呼ぶ。数２は、フレネル領域の散乱界は等価散乱係数をフレネル変換して得られることを示している。したがって数２の逆変換から数３が得られる。
【０００８】
【数３】
数３は、波源と観測点の間のバイスタティック角２α、及び目標と波源、観測点間の距離ρを保ったまま目標をθ方向及びΦ方向にそれぞれ微小角度範囲θw，Φwだけ回転させて散乱界ＥS（ρ，θ，Φ）を計測し、この計測データを上記角度範囲内でフレネル変換することにより計測対象目標のＹＺ面内の大きさ（ｙw，ｚw）相当の領域内の等価散乱係数が得られることを示している。
【００１０】
等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）は距離に依存しない量であるため、推定したい遠方領域におけるバイスタティック散乱界ＥS（∞，０，０）は、数３によって求められたＳe（ｙ，ｚ）を数２に適用し、さらにρ＝∞，θ＝０，Φ＝０とすることにより数４のように求めることができる。
【００１１】
【数４】
最後に、レーダ断面積の定義から遠方領域におけるバイスタティックレーダ断面積σの推定値は数５により求められる。
【００１３】
【数５】
次に平面走査の場合の例をとりあげて以下に説明する。前記文献で定義している座標系を図１０に示す。球面走査の場合と同じく推定したいバイスタティックレーダ断面積の波源方向と観測点方向の中点方向をＸ軸とし、波源方向と観測点方向がＸＹ面内に含まれるようにＹ軸及びＺ軸を取り、そのバイスタティック角を２αとする。この推定したい波源方向と観測点方向の延長線上において、原点からの距離がρとなる位置に波源（点Ｐ）及び観測点（点Ｑ）を設置する。ここで目標をＹ軸方向にｙ’、Ｚ軸方向にｚ’だけ直線的に移動させることで平面走査を行うものとする。移動量ｙ’及びｚ’を極座標パラメータを用いて表わすと数６のようになる。
【００１５】
【数６】
上記の目標の移動は波源Ｐ及び観測点Ｑを同時に−ｙ’及び−ｚ’だけ移動させることと等価である。
【００１７】
次に球面走査の場合と同様に、平面走査により計測された近傍バイスタティック散乱電界値を用いて遠方領域におけるバイスタティックレーダ断面積を求める。数６の変換式を適用することにより、平面走査に対応するフレネル領域の散乱界ＥS（ρ，θ，Φ）は数７で表わすことができる。
【００１８】
【数７】
ここにＳe（ｙ，ｚ）は球面走査の場合の数２におけるのと同義の等価散乱係数である。数２と同じく数７も、フレネル領域の散乱界は等価散乱係数をフレネル変換して得られることを示している。数７の逆変換から数８が得られる。
【００２０】
【数８】
数８は以下のことを示している。波源と観測点の間のバイスタティック角２α、及び目標と波源、観測点間の距離ρを保ったまま目標をｙ方向及びｚ方向にそれぞれ一定量だけ移動させると、この移動に対応して角度θ、Φが変化する。これにより生じた微小角度範囲θw，Φw内で散乱界ＥS（ρ，θ，Φ）を計測し、この計測データをフレネル変換することで計測対象目標のＹＺ面内の大きさ（ｙw，ｚw）相当の領域内の等価散乱係数が得られる。以後推定したい遠方領域におけるバイスタティック散乱界ＥS（∞，０，０）を求め、さらに遠方領域におけるバイスタティックレーダ断面積σを求める手順は球面走査の場合と同様である。
【００２２】
従来のレーダ断面積計測方法によれば、以上のようにして計測対象目標の近傍領域における２次元領域内の散乱電界を計測することにより遠方領域におけるレーダ断面積を推定することができる。この方法は波源及び観測点が近傍界に存在することにより、波源及び観測点から目標上の異なる部位に至る行路長に差異が生じることでもたらされる位相差を補償して等価散乱係数を求め、これから遠方領域におけるレーダ断面積を推定しようとするものである。
【００２３】
ここにおける等価散乱係数は、実際の計測状況において実際の波源（送信アンテナ）により照射される目標上の各部位の振幅、位相と、これにより目標から散乱される電界を実際に観測点に設置された受信アンテナで受信したときの電界の振幅、位相に対応するものである。
【００２４】
したがって、実際の計測状況においても、波源及び観測点から目標上の異なる部位に至る行路長差に基づく位相差を除けば目標上の異なる部位が全て一様に照射され、さらにこれら異なる部位からの散乱電界が平等に受信アンテナのある観測点に到達するのであれば、数２における等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）は遠方領域のバイスタティックレーダ断面積に対応したものとなるが、波源（送信アンテナ）あるいは受信アンテナとして指向性アンテナを用いた場合には、近距離において目標が照射されることあるいはこれにより生じる散乱電界を受信アンテナが受信することに対応する等価散乱係数Ｓ’e（ｙ，ｚ）は前記の状況で得られるのとは厳密には異なるものとなり、これにより推定されるレーダ断面積と遠方領域におけるレーダ断面積との間に差異が生じる。
【００２５】
この差異は目標と波源、観測点の距離ρが近いほど、また送受信アンテナの指向性が鋭いほど大きくなることは明白である。以下に簡単な例により上記に従って発生するレーダ断面積推定値と真値との差異、即ち計測誤差を導く。
【００２６】
目標を照射する送信アンテナの指向性をｆ1（θ，Φ）、目標からの散乱電界を受信する受信アンテナの電界指向性をｆ2（θ，Φ）とする。この指向性を持つ送信アンテナにより目標が非一様に照射される場合にはＹＺ面に投影された等価散乱係数として本来のＳe（ｙ，ｚ）にｆ1（θ，Φ）が乗じられたものを考えなければならない。さらに、この目標から散乱される電界を、電界指向性ｆ2（θ，Φ）を持つ受信アンテナにより受信することで得られる受信電界を考えるにあたっては、上記等価散乱係数にｆ2（θ，Φ）を乗じたものを考える必要がある。この場合のＸ軸方向の遠方散乱電界は数９で表わされる。
【００２７】
【数９】
数９から求められるバイスタティックレーダ断面積σ’は数１０のようになる。
【００２９】
【数１０】
以上より、目標が一様に照射され、さらにこの目標からの散乱電界を一様に観測することができる場合に比べて、目標上に送信アンテナの指向性に起因する振幅、位相分布が生じ、さらにこの目標からの散乱電界を受信アンテナの指向性が原因で平等に受信できない場合の相対受信電力は、遠方領域レーダ断面積の真値σに対する実際の計測で得られる等価的レーダ断面積σ’の比として数１１で表わすことができる。
【００３１】
【数１１】
これが目標上の電界分布に基づくレーダ断面積計測誤差であると考えてよい。ここで上記に従いレーダ断面積計測誤差を求める具体例を示す。簡略化のためにバイスタティック角２α＝０、即ち波源位置と観測点位置が共通なモノスタティック計測の場合を考える。送信アンテナの指向性ｆ1（θ，Φ）と受信アンテナの指向性ｆ2（θ，Φ）は等しいものとしｆ（θ，Φ）で表わす。また目標としてＹ軸方向に長い細長い平板を仮定しその面がＹＺ面内に含まれる姿勢を取る場合を考える。これにより目標上の散乱係数をＹＺ平面に投影して得られる等価散乱係数の分布は一様であると仮定できる。よってＳe（ｙ，ｚ）＝１と置いてもよい。以上の仮定により数１１は数１２のように簡単に書き換えられる。
【００３３】
【数１２】
次に送受信アンテナは目標を見込む角度範囲内で数１３で表わせるような位相一様の指向性を有するものであると仮定する。
【００３５】
【数１３】
ここでアンテナのＸＺ平面内電力半値幅をΘとすると、数１３のｐは数１４で表わせる。
【００３７】
【数１４】
ここで図１１に示すように目標１として、長さＬ＝５ｍの細長い平板を、Ｙ軸方向が長さ方向となり、さらに面の法線方向がＸ軸方向となるように配置し、これから距離ρ＝２５０ｍだけ離れた位置に置かれた送受信アンテナ２を使用して散乱電界を計測する場合を考える。その振幅指向性の最大値方向が目標の中央部（座標原点）を指向するように送受信アンテナ２を配置するものとすると、目標上のＹ座標に対応するアンテナからのＸＹ平面内見込み角Φは数１５で与えられる。
【００３９】
【数１５】
この見込み角Φと数１４で与えられる送受信アンテナの振幅指向性を表わすパラメータｐ、及び目標の長さＬにより目標上の振幅分布（振幅テーパ）形状が決まり、これに起因するレーダ断面積計測誤差が数１２から求められる。送受信アンテナの電力半値幅の関数として上記レーダ断面積計測誤差を計算した例を図１２に示す。図１２には目標の両端位置（ｙ＝±Ｌ／２）における中央部からの振幅低下量（エッジテーパ）も併せて示してある。例えば送受信アンテナとして電力半値幅１．５°のアンテナを用いた場合には、２５０ｍの距離にある長さ５ｍの目標上に２．２５ｄＢの振幅の振幅テーパがつき、これによるレーダ断面積計測誤差は約１．１ｄＢとなることがわかる。
【００４１】
レーダ断面積計測レンジ構築にあたり、上記のような目標上の振幅テーパに起因する計測誤差を抑えるためには極力指向性の広いアンテナを用いるのが望ましいことになるが、その一方では計測感度要求を満たすために必要なアンテナ利得に対する要求もあり、これを満足させるためにはアンテナの指向性をあまり広くすることはできないことがある。何故なら、指向性の広いアンテナは利得が低いからである。また屋外レンジにおける地面反射の影響、屋内レンジにおける床面反射、壁面反射の影響による計測誤差の低減も計測レンジ設計上の重要な課題となるが、この影響を少なくするためにもアンテナの指向性はあまり広くない方がよい。これらの要因を総合的に勘案していくと、アンテナの指向性に対する要求には相反する要素があり、結果的に目標上の振幅テーパの発生は避けられず、これに伴うレーダ断面積計測誤差も免れ得ないことになる。
【００４２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来のレーダ断面積計測方法では、使用するアンテナの指向性により生じる計測対象目標上の振幅テーパの影響により、目標上の異なる部位の等価散乱係数を正しく求めることができず、遠方領域のレーダ断面積を正確に予測することができないという問題点があった。
【００４３】
この発明に関わるレーダ断面積計測方法は上記のような問題点を解決するためのものであり、計測装置に使用する送信アンテナ、受信アンテナの指向性、指向方向及び目標との距離並びに目標の大きさと姿勢から、実際にアンテナが目標上に形成する振幅、位相分布を知り、これを補正項として一様分布に対応する目標上の異なる部位の等価散乱係数を求め、この値を用いることで遠方領域におけるレーダ断面積を高精度に推定することを目的とする。
【００４４】
またこの発明に係わるレーダ断面積計測装置は上記のレーダ断面積計測方法を実現することを目的とする。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ断面積計測方法は、目標に対するレーダ断面積の計測方法において、目標から近傍領域で目標を照射する送信アンテナと目標からの散乱波を受信する受信アンテナとを目標に対して走査し目標の散乱電界を計測し、得られた測定値をフレネル変換することで得られる目標上の異なる部位の第一の等価散乱係数に対し、送信アンテナの指向性と指向方向、受信アンテナの指向性と指向方向、及び目標と送受信アンテナの距離並びに目標の姿勢により決まる目標上の振幅・位相分布の補正を加えて補正された第二の等価散乱係数を求め、第二の等価散乱係数を所定の微小角度範囲でフレネル変換することにより遠方領域における散乱電界を推定し、遠方領域における散乱電界から遠方領域におけるレーダ断面積を求める。
【００４６】
また、送信アンテナと受信アンテナとを、隣接して設け、バイスタティック角を概略０に等しくし、求めるレーダ断面積をモノスタティックレーダ断面積とする。
【００４７】
また、送信アンテナと受信アンテナとが形成するバイスタティック角を所定の角度とし、求めるレーダ断面積をバイスタティックレーダ断面積とする。
【００４８】
また、送受信アンテナの走査は、目標に対して球面走査である。
【００４９】
また、送受信アンテナの走査は、目標に対して平面走査である。
【００５０】
また、この発明に係るレーダ断面積計測装置は、空間に保持された計測対象目標に対し電波照射を行う送信アンテナ、目標からの散乱波を受信する受信アンテナ、送信アンテナへの無線周波信号の供給と受信アンテナで受信された散乱波信号の受信処理を行う送受信装置、受信散乱波信号に基づいてレーダ断面積を算出する演算処理を行う信号処理装置を有するレーダ断面積計測装置において、
目標に対して、送受信アンテナを走査する走査機構と送信アンテナ、受信アンテナの指向方向を制御し、その指向角度を検知するアンテナ回転機構とを備え、
信号処理装置は、受信アンテナの受信した散乱波から目標の散乱電界を計測し、得られた測定値をフレネル変換することで得られる目標上の異なる部位の第一の等価散乱係数に対し、送信アンテナの指向性と指向方向、受信アンテナの指向性と指向方向、及び目標と送受信アンテナの距離並びに目標の姿勢により決まる目標上の振幅・位相分布の補正を加えて補正された第二の等価散乱係数を求め、第二の等価散乱係数を所定の微小角度範囲でフレネル変換することにより遠方領域における散乱電界を推定する。
【００５１】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標からの近傍領域に隣接して設置する設置機構とを有する。
【００５２】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で一定の距離を保つように、目標を中心とした円弧上を移動させる円弧移動機構とを有する。
【００５３】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標からの近傍領域に所定の角度離して設置する設置機構とを有する。
【００５４】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で一定の距離を保つように、目標を中心とした円弧上を互いに任意の角度離れるように移動させる円弧移動機構とを有する。
【００５５】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で直線移動させる直線移動機構とを有する。
【００５６】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で直線移動させる直線移動機構とを有する。
【００５７】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で任意の距離離して直線移動させる直線移動機構とを有する。
【００５８】
さらに、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で任意の距離離して直線移動させる直線移動機構とを有する。
【００５９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すレーダ断面積計測装置の構成を示す鳥かん図、図２はその構成ブロック図である。図において１は計測対象となる目標、２ａは送信アンテナ、２ｂは受信アンテナ、３は目標１を空間に保持するとともに球面走査回転を与え、さらにその回転角度を検出する走査機構としての目標回転機構、４は上記目標回転機構との間で目標回転制御信号Ｓ１と目標回転角度信号Ｓ２の授受を行う目標回転制御装置である。
【００６０】
送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂはそれぞれ送信アンテナ保持機構５ａ、受信アンテナ保持機構５ｂを介して目標位置を中心とする半径ρの円弧を形成する走査機構としてのレール６の上に保持される。ここで送信アンテナ２ａあるいは受信アンテナ２ｂは目標１からのフレネル領域にあるものとする。
【００６１】
送信アンテナ保持機構５ａ、受信アンテナ保持機構５ｂは、その上に保持された送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂが上記レール６が形成する円弧に沿ってそれぞれ独立に回転移動できるように、その下部に備えられた送信アンテナ回転機構７ａと受信アンテナ回転機構７ｂにより制御される。
【００６２】
送信アンテナ回転機構７ａ、受信アンテナ回転機構７ｂはさらに両アンテナのレール６上の回転角度を検出する機能を有する。８は上記両アンテナ回転機構７ａ、７ｂとの間でアンテナ回転制御信号Ｓ３、アンテナ回転角度信号Ｓ４の授受を行うアンテナ回転制御装置である。また送信アンテナ保持機構５ａ、受信アンテナ保持機構５ｂの上部にはそれぞれ送信アンテナ指向角回転機構９ａ、受信アンテナ指向角回転機構９ｂが備わっている。
【００６３】
これらはアンテナ指向角制御装置１０からのアンテナ指向角制御信号Ｓ５に従い送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂを任意の向きに指向させるとともに、その指向角を検出する働きも有する。ここで検出されたアンテナ指向角度はアンテナ指向角度信号Ｓ６として指向角制御装置１０に送出される。１１は送信アンテナ２ａに送信ＲＦ信号Ｓ７を供給するとともに、目標からの散乱電界信号Ｓ８を受信する送受信装置である。また１２は信号処理装置であり上記の各部位の制御のための目標制御信号Ｓ９、アンテナ制御信号Ｓ１０、送受信装置制御信号Ｓ１１の送出と、それぞれデジタル信号化された目標回転角度信号Ｓ２、アンテナ回転角度信号Ｓ４、アンテナ指向角度信号Ｓ６及び散乱電界信号Ｓ８の受信、並びに上記各種情報をもとにした以下のレーダ断面積計測方法によるレーダ断面積算出処理を実行する。この発明の実施の形態１により実現できるレーダ断面積計測方法の詳細は以下のとおりである。
【００６４】
目標１は球面走査回転できる目標回転機構３上に保持されており、送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂは目標１から距離ρだけ離れた円弧状のレール６の上にそれぞれ送信アンテナ保持機構５ａ、受信アンテナ保持機構５ｂを介して保持されているので、この構成により目標と波源、観測点とを任意のバイスタティック角２α、任意のアスペクト角（θ，Φ）に配置するよう信号処理装置１２から制御することが可能である。また上記角度は目標回転機構３、送信アンテナ回転機構７ａ及び受信アンテナ回転機構７ｂによって検出でき、角度情報は目標回転角度信号Ｓ２、アンテナ回転角度信号Ｓ４として信号処理装置１２に送出される。また送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂは送信アンテナ指向角回転機構９ａ、受信アンテナ指向角回転機構９ｂの働きにより信号処理装置１２からその指向方向を制御することが可能であるとともに、その指向角の検知も可能である。検知された指向角情報はアンテナ指向角度信号Ｓ６として信号処理装置１２に送出される。
【００６５】
目標１と送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂとの関係がバイスタティック角２α、アスペクト角（θ，Φ）にあるときに送受信装置１１により計測される目標からの散乱電界ＥS’（θ，Φ）は、実際の送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂを使用した場合にもたらされる等価散乱係数Ｓe’（ｙ，ｚ）を波源及び観測点までの行路差に基づく位相差を考慮に入れて積分（フレネル変換）することによって得られる散乱界である。上記等価散乱係数Ｓe’（ｙ，ｚ）は、実際の送信アンテナ２ａの指向性形状と指向方向によって決まるｆ1（θ，Φ）及び実際の受信アンテナ２ｂの指向性形状と指向方向によって決まるｆ2（θ，Φ）を本来の一様分布、平等受信時の等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）に乗じて得られるものである。角度（θ，Φ）の関数としてのｆ1（θ，Φ）、ｆ2（θ，Φ）は投影平面上の位置座標（ｙ，ｚ）の関数としてのｆ1（ｙ，ｚ）、ｆ2（ｙ，ｚ）に置き換えることができるから、上記の概念は数１６で表わせる。
【００６６】
【数１６】
したがって、これらのアンテナを用いて実際に計測された散乱電界ＥS’（θ，Φ）から、アンテナの指向性に依存しない本来の一様照射、平等受信に対応する等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）を求めるには、数１７、数１８に従って数１６の逆フレネル変換を行えばよい。
【００６８】
【数１７】
【数１８】
数１７、数１８の積分範囲ΦW，θWは角度Φ及びθを中心とする２次元の微小角度範囲であり、実行上はθ及びΦの連続回転により取得されたこの範囲内複数点の（θ，Φ）に対応する散乱電界値を用いて数値積分すればよい。最終的に推定したい遠方領域の散乱界は数１８でρ＝∞、θ＝０、Φ＝０として数４により求めることができる。そして最後にレーダ断面積の定義から数５を用いて遠方バイスタティックレーダ断面積を得ることができる。
【００７１】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２を示すレーダ断面積計測装置の構成を示す鳥かん図、図４はその構成ブロック図である。図において符号１、２ａ、２ｂ、３、４、６、９ａ、９ｂ、１０、１１、１２は図１あるいは図２におけるのと同様のものでありその機能も同様である。
【００７２】
送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂはいずれも送受信アンテナ保持機構５を介して走査機構としてのレール６の上に保持される。送受信アンテナ保持機構５は、その上に保持された送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂが上記レール６が形成する円弧に沿って回転移動できるように、送受信アンテナ回転機構７により制御される。アンテナ回転制御装置８は上記送受信アンテナ回転機構７との間でアンテナ回転制御信号Ｓ３、アンテナ回転角度信号Ｓ４の授受を行う。また送受信アンテナ保持機構５には送信アンテナ指向角回転機構９ａ、受信アンテナ指向角回転機構９ｂが備わっており、これらはアンテナ指向角制御装置１０からのアンテナ指向角制御信号Ｓ５によって制御されるとともに、指向角制御装置１０にアンテナ指向角度信号Ｓ６を送出する。
【００７３】
取得された散乱電界の計測値から遠方領域でのレーダ断面積を求める方法、手順は実施の形態１と同等であるが、ここでは送信アンテナ２ａと受信アンテナ２ｂが共通の送受信アンテナ保持機構５上にα≒０で近接配置されているので、算出されるレーダ断面積はバイスタティックレーダ断面積ではなくモノスタティックレーダ断面積である。実施の形態１の説明における数１６に対してモノスタティック形態に対応するα＝０を適用すると数１９が成り立つ。
【００７４】
【数１９】
同様に実施の形態１の説明における数１７、数１８に対してもモノスタティック形態に対応するα＝０を適用すると数２０、数２１が成り立つ。
【００７６】
【数２０】
【数２１】
ここまで求まればあとは実施の形態１におけるのと同様数４、数５を用いることによって遠方領域のモノスタティックレーダ断面積を推定することができる。
【００７９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３を示すレーダ断面積計測装置の構成を示す鳥かん図、図６はその構成ブロック図である。図において図１、図２、図３あるいは図４と同一の符号を付した部位は図１、図２、図３あるいは図４におけるのと同様のものであり同様の機能を有する。
【００８０】
送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂはそれぞれ送信アンテナ昇降機構１３ａ、受信アンテナ昇降機構１３ｂを介して走査機構としての直線状のレール１４の上に保持される。送信アンテナ昇降機構１３ａ、受信アンテナ昇降機構１３ｂはそれぞれのアンテナ２ａ、２ｂを昇降させる働きとともに両アンテナの高さを検出する機能を有する。
【００８１】
１５は上記両アンテナ昇降機構１３ａ、１３ｂとの間でアンテナ昇降制御信号Ｓ１２、アンテナ高さ信号Ｓ１３の授受を行うアンテナ昇降制御装置である。レール１４上の送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂの直線移動は、送信アンテナ走行機構１６ａと受信アンテナ走行機構１６ｂにより制御される。
【００８２】
送信アンテナ走行機構１６ａ、受信アンテナ走行機構１６ｂはさらに両アンテナのレール１４上の位置を検出する機能を有する。１７は上記両アンテナ走行機構１６ａ、１６ｂとの間でアンテナ走行制御信号Ｓ１４、アンテナ位置信号Ｓ１５の授受を行うアンテナ走行制御装置である。
【００８３】
また送信アンテナ昇降機構１３ａ、受信アンテナ昇降機構１３ｂには実施の形態１、実施の形態２におけるものと同様の働きをする送信アンテナ指向角回転機構９ａ、受信アンテナ指向角回転機構９ｂが備わっている。
【００８４】
信号処理装置１２は上記の各部位の制御のための目標制御信号Ｓ９、アンテナ制御信号Ｓ１０、送受信装置制御信号Ｓ１１の送出と、それぞれデジタル信号化された目標回転角度信号Ｓ２、アンテナ回転角度信号Ｓ４、アンテナ指向角度信号Ｓ６、アンテナ高さ信号Ｓ１３、アンテナ位置信号Ｓ１５及び散乱電界信号Ｓ８の受信、並びに上記各種情報をもとにした以下のレーダ断面積計測方法によるレーダ断面積算出処理を実行する。この発明の実施の形態３により実現できるレーダ断面積計測方法の詳細は以下のとおりである。
【００８５】
目標１は球面走査回転できる目標回転機構３上に保持されており、送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂは直線状のレール１４の上を移動できるとともにその高さの調整も可能となっているので、この構成により目標と波源、観測点とを任意のバイスタティック角２α、任意のアスペクト角（θ，Φ）に初期設定したのち、このアスペクト角を中心とする微小角度範囲内を平面走査法により走査することが可能である。この制御は全て信号処理装置１２から行うことが可能である。
【００８６】
したがって信号処理装置１２では上記走査によって計測される目標１からの散乱電界信号Ｓ８、目標回転角度信号Ｓ２、アンテナ高さ信号Ｓ１３、アンテナ位置信号Ｓ１５、アンテナ指向角度信号Ｓ６等の情報を使用して、以下の手順により遠方領域でのレーダ断面積σを算出することができる。
【００８７】
実施の形態１におけるのと同じく、ここで計測される目標からの散乱電界ＥS’（θ，Φ）は、実際の送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂの指向性形状と指向方向によって決まるｆ1（θ，Φ）及び実際の受信アンテナ２ｂの指向性形状と指向方向によって決まるｆ2（θ，Φ）を本来の一様分布、平等受信時の等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）に乗じて得られる等価散乱係数Ｓe’（ｙ，ｚ）をフレネル変換することで得られるものである。平面走査に対応する散乱電界の式である数７に上記の概念を適用すると数２２となる。これは球面走査法を使用した実施の形態１の説明における数１６に相当するものである。
【００８８】
【数２２】
実際に計測された散乱電界ＥS’（θ，Φ）から等価散乱係数Ｓe（ｙ，ｚ）を求めるには、実施の形態１における数１４の代わりに数２３を用いてフレネル変換を行えばよい。
【００９０】
【数２３】
数２３の積分範囲ΦW，θWは２次元の微小角度範囲であり、実行上は目標回転機構３により設定された角度（θ，Φ）を中心として、送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂの昇降により実現される角度θの変化と、レール１４上を送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂが直線的に移動することにより実現される角度Φの変化から決まるものである。あとは実施の形態１あるいは実施の形態２におけるのと同じく、取得されたこの範囲内複数点の（θ，Φ）に対応する散乱電界値を数値積分して数４から遠方領域の散乱界を求め、最後にレーダ断面積の定義から数５を用いて遠方バイスタティックレーダ断面積の推定値を得ることができる。
【００９２】
実施の形態４．
尚上記実施の形態３では送信アンテナ２ａ、受信アンテナ２ｂを別々の架に設置することでそれぞれ別々にその位置、高さを変えることができるようにした例を示したが、図７に示すように、これらを共通の架に設置し、送受共用のアンテナ昇降機構１３、アンテナ走行機構１６を用いて２次元の微小角度範囲ΦW，θWを走査できるようにしてもよい。この場合の計測はモノスタティックレーダ断面積計測となり、実施の形態３においては数２３が用いられた等価散乱係数を求める式として数２４を適用すればよい。
【００９３】
【数２４】
これから遠方領域のモノスタティック散乱界、遠方モノスタティックレーダ断面積を推定する手順は他の実施の形態におけるのと同様である。
【００９５】
実施の形態５．
また上記実施の形態３では目標１を俯仰角回転が可能な目標回転機構３に搭載し、これにより目標と波源、観測点とを任意のアスペクト角（θ，Φ）に初期設定する方式としたが、図８に示すように、目標１を固定の目標支持架台１８の上に搭載するようにしてもよい。この場合はアンテナ昇降機構１３ａ、１３ｂによる送受信アンテナ２ａ、２ｂの上下動、アンテナ走行機構１６ａ、１６ｂによる送受信アンテナ２ａ、２ｂの位置移動によってのみアスペクト角の設定がなされることとなるため、この形態は比較的狭い角度範囲のバイスタティックレーダ断面積を計測するのに適した形態ということになる。散乱電界の計測値から等価散乱係数、バイスタティックレーダ断面積を推定するアルゴリズムは実施の形態３に適用されるものと共通である。
【００９６】
【発明の効果】
この発明に係るレーダ断面積計測方法は、目標のレーダ断面積の計測方法において、目標から近傍領域で目標を照射する送信アンテナと目標からの散乱波を受信する受信アンテナとを目標に対して走査し目標の散乱電界を計測し、得られた測定値をフレネル変換することで得られる目標上の異なる部位の第一の等価散乱係数に対し、送信アンテナの指向性と指向方向、受信アンテナの指向性と指向方向、及び目標と送受信アンテナの距離並びに目標の姿勢により決まる目標上の振幅・位相分布の補正を加えて補正された第二の等価散乱係数を求め、第二の等価散乱係数を所定の微小角度範囲でフレネル変換することにより遠方領域における散乱電界を推定し、遠方領域における散乱電界から遠方領域におけるレーダ断面積を求める。そのため、使用するアンテナの指向性により生じる計測対象目標上の振幅テーパに影響されず、目標上の異なる部位の等価散乱係数を正しく求めることができ、近傍領域における散乱電界の測定値を用いて、遠方領域のレーダ断面積を正確に予測することがでる。
【００９７】
また、送信アンテナと受信アンテナとを、隣接して設け、バイスタティック角を概略０に等しくし、求めるレーダ断面積をモノスタティックレーダ断面積とする。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界のモノスタティックレーダ断面積推定結果が得られる。
【００９８】
また、送信アンテナと受信アンテナとが形成するバイスタティック角を所定の角度とし、求めるレーダ断面積をバイスタティックレーダ断面積とする。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界のバイスタティックレーダ断面積推定結果が得られる。
【００９９】
また、送受信アンテナの走査は、目標に対して球面走査である。そのため、球面走査により、レーダ断面積を予測することがでる。
【０１００】
また、送受信アンテナの走査は、目標に対して平面走査である。そのため、平面走査により、レーダ断面積を予測することがでる。
【０１０１】
また、この発明に係るレーダ断面積計測装置は、空間に保持された計測対象目標に対し電波照射を行う送信アンテナ、目標からの散乱波を受信する受信アンテナ、送信アンテナへの無線周波信号の供給と受信アンテナで受信された散乱波信号の受信処理を行う送受信装置、受信散乱波信号に基づいてレーダ断面積を算出する演算処理を行う信号処理装置を有するレーダ断面積計測装置において、
目標に対して、送受信アンテナを走査する走査機構と送信アンテナ、受信アンテナの指向方向を制御し、その指向角度を検知するアンテナ回転機構とを備え、
信号処理装置は、受信アンテナの受信した散乱波から目標の散乱電界を計測し、得られた測定値をフレネル変換することで得られる目標上の異なる部位の第一の等価散乱係数に対し、送信アンテナの指向性と指向方向、受信アンテナの指向性と指向方向、及び目標と送受信アンテナの距離並びに目標の姿勢により決まる目標上の振幅・位相分布の補正を加えて補正された第二の等価散乱係数を求め、第二の等価散乱係数を所定の微小角度範囲でフレネル変換することにより遠方領域における散乱電界を推定する。
そのため、計測装置に使用する送信アンテナ、受信アンテナの指向性、指向方向及び目標との距離並びに目標の大きさと姿勢から、実際にアンテナが目標上に形成する振幅、位相分布を知り、これを補正項として一様分布に対応する目標上の異なる部位の等価散乱係数を求め、この値を用いることで遠方領域におけるレーダ断面積を高精度に予測することができる。
【０１０２】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標からの近傍領域に隣接して設置する設置機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界モノスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよい。
【０１０３】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で一定の距離を保つように、目標を中心とした円弧上を移動させる円弧移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界モノスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよいという効果があり、さらに本計測系は目標の回転を必要としないので、大型で質量の重い目標のレーダ断面積計測にも適する。
【０１０４】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標からの近傍領域に所定の角度離して設置する設置機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界バイスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよい。
【０１０５】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で一定の距離を保つように、目標を中心とした円弧上を互いに任意の角度離れるように移動させる円弧移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界バイスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよいという効果があり、さらに本計測系は目標の回転を必要としないので、大型で質量の重い目標のレーダ断面積計測にも適する。
【０１０６】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で直線移動させる直線移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界モノスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよいという効果があり、さらに本計測系は目標の回転を必要としないので、大型で質量の重い目標のレーダ断面積計測にも適する。
【０１０７】
また、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、隣接した送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で直線移動させる直線移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界モノスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよい。
【０１０８】
また、走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で任意の距離離して直線移動させる直線移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界バイスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよいという効果があり、さらに本計測系は目標の回転を必要としないので、大型で質量の重い目標のレーダ断面積計測にも適する。
【０１０９】
さらに、走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で任意の距離離して直線移動させる直線移動機構とを有する。そのため、送受信アンテナの指向性により生じる目標上の振幅分布の影響を除外した、近傍界散乱特性計測値を使用しての高精度の遠方界バイスタティックレーダ断面積推定結果が得られるレーダ断面積計測方法が、操作の容易な自動計測系により実現できる。そして、本計測系はその原理上近傍領域での計測を許容するので、通常の遠方領域での計測よりもより小規模なものでよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１のレーダ断面積計測装置を示す鳥かん図である。
【図２】 この発明の実施の形態１のレーダ断面積計測装置を示すブロック図である。
【図３】 この発明の実施の形態２のレーダ断面積計測装置を示す鳥かん図である。
【図４】 の発明の実施の形態２のレーダ断面積計測装置を示すブロック図である。
【図５】 この発明の実施の形態３のレーダ断面積計測装置を示す鳥かん図である。
【図６】 この発明の実施の形態３のレーダ断面積計測装置を示すブロック図である。
【図７】 この発明の実施の形態４のレーダ断面積計測装置を示す鳥かん図である。
【図８】 この発明の実施の形態５のレーダ断面積計測装置を示す鳥かん図である。
【図９】 球面走査座標系と座標パラメータの定義を示す図である。
【図１０】 平面走査座標系と座標パラメータの定義を示す図である。
【図１１】 送受信アンテナの電力半値幅に対するレーダ断面積計測誤差を計算する例の計算条件パラメータを示す図である。
【図１２】 送受信アンテナの電力半値幅に対するレーダ断面積計測誤差の計算例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 目標、２ 送受信アンテナ、２ａ 送信アンテナ、２ｂ 受信アンテナ、３ 目標回転機構（走査機構）、４ 目標回転制御装置、５ アンテナ保持機構、５ａ 送信アンテナ保持機構（走査機構）、５ｂ 受信アンテナ保持機構（走査機構）、６ レール（走査機構）、７ アンテナ回転機構、７ａ 送信アンテナ回転機構（走査機構）、７ｂ 受信アンテナ回転機構（走査機構）、８ アンテナ回転制御装置、９ａ 送信アンテナ指向角回転機構（走査機構）、９ｂ 受信アンテナ指向角回転機構（走査機構）、１３ａ 送信アンテナ昇降機構（走査機構）、１３ｂ 受信アンテナ昇降機構（走査機構）、１４ レール（走査機構）、１６ａ 送信アンテナ走行機構（走査機構）、１６ｂ 受信アンテナ走行機構（走査機構）。
Claims (14)
- 目標に対するレーダ断面積の計測方法において、
目標から近傍領域で目標を照射する送信アンテナと目標からの散乱波を受信する受信アンテナとを目標に対して走査し目標の散乱電界を計測し、
得られた測定値をフレネル変換することで得られる目標上の異なる部位の第一の等価散乱係数に対し、上記送信アンテナの指向性と指向方向、上記受信アンテナの指向性と指向方向、及び目標と上記送受信アンテナの距離並びに目標の姿勢により決まる目標上の振幅・位相分布の補正を加えて補正された第二の等価散乱係数を求め、
上記第二の等価散乱係数を所定の微小角度範囲でフレネル変換することにより遠方領域における散乱電界を推定し、
上記遠方領域における散乱電界から遠方領域におけるレーダ断面積を求める
ことを特徴とするレーダ断面積計測方法。 - 上記送信アンテナと上記受信アンテナとを、隣接して設け、バイスタティック角を概略０に等しくし、上記求めるレーダ断面積をモノスタティックレーダ断面積とする
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ断面積計測方法。 - 上記送信アンテナと上記受信アンテナとが形成するバイスタティック角を所定の角度とし、上記求めるレーダ断面積をバイスタティックレーダ断面積とする
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ断面積計測方法。 - 上記送受信アンテナの走査は、上記目標に対して球面走査である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のレーダ断面積計測方法。 - 上記送受信アンテナの走査は、上記目標に対して平面走査である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の記載のレーダ断面積計測方法。 - 空間に保持された計測対象目標に対し電波照射を行う送信アンテナ、
上記目標からの散乱波を受信する受信アンテナ、
上記送信アンテナへの無線周波信号の供給と上記受信アンテナで受信された散乱波信号の受信処理を行う送受信装置、
上記受信散乱波信号に基づいてレーダ断面積を算出する演算処理を行う信号処理装置を有するレーダ断面積計測装置において、
上記目標に対して、上記送受信アンテナを走査する走査機構と
送信アンテナ、受信アンテナの指向方向を制御し、その指向角度を検知するアンテナ回転機構とを備え、
上記信号処理装置は、上記受信アンテナの受信した散乱波から目標の散乱電界を計測し、
得られた測定値をフレネル変換することで得られる目標上の異なる部位の第一の等価散乱係数に対し、上記送信アンテナの指向性と指向方向、上記受信アンテナの指向性と指向方向、及び目標と上記送受信アンテナの距離並びに目標の姿勢により決まる目標上の振幅・位相分布の補正を加えて補正された第二の等価散乱係数を求め、
上記第二の等価散乱係数を所定の微小角度範囲でフレネル変換することにより遠方領域における散乱電界を推定する
ことを特徴とするレーダ断面積計測装置。 - 上記走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、
上記送信アンテナ及び受信アンテナを、目標からの近傍領域に隣接して設置する設置機構とを有する
ことを特徴とする請求項６記載のレーダ断面積計測装置。 - 上記走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、
隣接した上記送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で一定の距離を保つように、目標を中心とした円弧上を移動させる円弧移動機構とを有する
ことを特徴とする請求項６記載のレーダ断面積計測装置。 - 上記走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、
上記送信アンテナ及び受信アンテナを、目標からの近傍領域に所定の角度離して設置する設置機構とを有する
ことを特徴とする請求項６記載のレーダ断面積計測装置。 - 上記走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、
上記送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で一定の距離を保つように、目標を中心とした円弧上を互いに任意の角度離れるように移動させる円弧移動機構とを有する
ことを特徴とする請求項６記載のレーダ断面積計測装置。 - 上記走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、
隣接した上記送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で直線移動させる直線移動機構とを有する
ことを特徴とする請求項６記載のレーダ断面積計測装置。 - 上記走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、
隣接した上記送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で直線移動させる直線移動機構とを有する
ことを特徴とする請求項６記載のレーダ断面積計測装置。 - 上記走査機構は、目標を支持する目標支持機構と、
上記送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で任意の距離離して直線移動させる直線移動機構とを有する
ことを特徴とする請求項６記載のレーダ断面積計測装置。 - 上記走査機構は、目標を支点中心に３次元に回転させる目標回転機構と、
上記送信アンテナ及び受信アンテナを、目標に対して近傍領域で任意の距離離して直線移動させる直線移動機構とを有する
ことを特徴とする請求項６記載のレーダ断面積計測装置。
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