JP3759458B2 - レーダシステム及びターゲット検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ターゲットの位置を特定するレーダシステム及びターゲット検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は例えば特開2000−230975公報に示された従来のレーダシステムを示す構成図であり、図において、1はターゲット2に向けて電波を放射するとともに、自己位置を示す位置データを情報センタ4に送信する送信局、2は検出対象であるターゲット、3はターゲット2の反射波を受信するとともに、情報センタ4から位置データを受信して、ターゲットの位置を特定する受信局、4は送信局1から送信された位置データを受信し、その位置データを受信局3に送信する情報センタである。
【0003】
11は送信局1が使用する高安定度の時計、12はアンテナ13からターゲット2に向けて電波を放射させるレーダ送信部、13は送信局1のアンテナ、14は送信局1の位置を検知する自己位置検知部、15は自己位置検知部14により検知された自己位置を示す位置データを情報センタ4に送信するデータ送信部である。
【0004】
21は受信局3が使用する高安定度の時計、22は受信局3のアンテナ、23はターゲット2の反射波を受信するレーダ受信部、24は受信局3の位置を検知する自己位置検知部、25は情報センタ4から位置データを受信するデータ受信部、26は受信局3に対する送信局1の相対位置とレーダ受信部23により受信された反射波の受信方位等からターゲット2の位置を特定する目標位置算定部である。
【0005】
次に動作について説明する。
送信局1及び受信局3は相互に同期が取られている高安定度の時計11,21をそれぞれ使用し、受信局3は送信局1から放射される電波の発射時刻を認識している。
【0006】
送信局1のレーダ送信部12は、アンテナ13からターゲット2に向けて電波を放射させ、データ送信部15は、自己位置検知部14により検知された自己位置を示す位置データを情報センタ4に送信する。
なお、情報センタ4は、送信局1から送信された位置データを受信し、その位置データを受信局3に送信する。
【0007】
受信局3のレーダ受信部23は、送信局1から放射された電波のうち、ターゲット2に反射された電波を受信し、データ受信部25は、情報センタ4から位置データを受信する。
そして、受信局3の目標位置算定部26は、データ受信部25により受信された位置データと自己位置検知部24の検出結果から受信局3に対する送信局1の相対位置を認識し、その相対位置と反射波の受信方位と電波の伝送時間(送信局1における電波の発射時刻と、受信局3における反射波の受信時刻との時間差)からターゲット2の位置を特定する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダシステムは以上のように構成されているので、送信局1及び受信局3が使用する高安定度の時計11,21の同期が取られていれば、ターゲット2の位置を特定することができるが、何らかの同期機構によって高安定度の時計11,21の同期を確立する必要があり、システム構成が複雑になるなどの課題があった。
【0009】
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、送信局と受信局間の同期を確立する同期機構を設けることなく、ターゲットの位置を特定することができるレーダシステム及びターゲット検出方法を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダシステムは、受信局に対する送信局の相対位置が不明な場合、位置特定手段が直接波及び間接波の受信方位と測定手段により測定された受信時刻差と受信局における信号遅延時刻とから受信局に対する送信局の相対位置を特定するようにしたものである。
【0012】
この発明に係るレーダシステムは、複数の受信局が存在する場合、各受信局により受信された間接波間の同期を図り、同期確立後の各間接波をノンコヒーレント積分し、その積分結果が所定の閾値より大きい場合、その積分結果を受信局により受信された間接波として測定手段及び位置特定手段に出力する間接波検出手段を設けたものである。
【0013】
この発明に係るレーダシステムは、送信局及び受信局の位置と周囲の地形に応じて、送信局及び受信局の覆域を決定して、送信局及び受信局の方位を制御する制御手段を設けたものである。
【0014】
この発明に係るレーダシステムは、送信局として、ターゲットに向けて質問信号を放射する2次レーダを用いるようにしたものである。
【0015】
この発明に係るレーダシステムは、送信局及び受信局がアレイアンテナを用いる場合、送信局のアレイアンテナを構成する複数の素子アンテナをエレベーション方向に並べ、受信局のアレイアンテナを構成する複数の素子アンテナをアジマス方向に並べるようにしたものである。
【0017】
この発明に係るターゲット検出方法は、受信局に対する送信局の相対位置が不明な場合、直接波及び間接波の受信方位と受信時刻差と受信局における信号遅延時刻とから受信局に対する送信局の相対位置を特定するようにしたものである。
【0018】
この発明に係るターゲット検出方法は、複数の受信局が存在する場合、各受信局により受信された間接波間の同期を図り、同期確立後の各間接波をノンコヒーレント積分し、その積分結果が所定の閾値より大きい場合、その積分結果を受信局により受信された間接波として使用するようにしたものである。
【0019】
この発明に係るターゲット検出方法は、送信局及び受信局の位置と周囲の地形に応じて、送信局及び受信局の覆域を決定して、送信局及び受信局の方位を制御するようにしたものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるレーダシステムを示す構成図であり、図において、31は電波を放射する送信局、32は検出対象であるターゲット、33,34は送信局31から放射された電波の直接波を受信するとともに、そのターゲット32に反射された間接波を受信する受信局、35は例えば受信局33により受信された直接波と間接波の受信時刻差を測定する測定手段と、受信局33に対する送信局31の相対位置と直接波及び間接波の受信方位と測定手段により測定された受信時刻差とからターゲット32の位置を特定する位置特定手段とを有するターゲット検出部である。
図2はこの発明の実施の形態1によるターゲット検出方法を示すフローチャートである。
【0021】
次に動作について説明する。
まず、送信局31が電波を放射すると(ステップST1)、その電波は直接波として受信局33,34に到達する一方、ターゲット32に反射されて間接波として受信局33,34に到達する。
【0022】
受信局33,34では、受信マルチビームが形成され、送信局31からの直接波と、ターゲット32からの間接波を受信する(ステップST2)。
ターゲット検出部35は、例えば、受信局33が直接波と間接波を受信すると、受信局33により受信された直接波と間接波の受信時刻差を測定する(ステップST3)。
ここで、受信局33における直接波の受信時刻と、間接波の受信時刻との受信時刻差をτi,jとすると、式(1)が成立する
qi+qj=c・τi,j+pi,j (1)
ただし、qiは送信局31からターゲット32に向かうベクトルのノルム(距離)、qjは受信局33からターゲット32に向かうベクトルのノルム(距離)、cは光速度、pi,jは送信局31から受信局33に向かうベクトルのノルム(距離)である。
【0023】
そして、ターゲット検出部35は、受信局33に対する送信局31の相対位置と、直接波及び間接波の受信方位と、受信時刻差τi,jとからターゲット32の位置を特定する(ステップST4)。
即ち、式(1)は、式(2)のように変形することができるので、qiについて解くと、式(3)を導くことができる。
【数1】
ただし、θjはpi,jとqjのなす角である。
【0024】
式(3)において、送信局31及び受信局33の位置が既知である場合、右辺のpi,jは既知であり、また、受信局33において直接波及び間接波の受信方位が判明するので、右辺のθjは既知である。したがって、右辺のパラメータは全て既知であるため式(3)を解くことができ、受信局33からターゲット32までの距離qjが得られる。ターゲット32の位置は、受信局33からターゲット32までの距離qjと間接波の受信方位から一義的に特定される。
なお、ターゲット検出部35は、受信局34により受信された直接波と間接波からも同様にして、ターゲット32の位置を特定することができる。
【0025】
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、受信局33に対する送信局31の相対位置と、直接波及び間接波の受信方位と、直接波と間接波の受信時刻差とからターゲット32の位置を特定するように構成したので、特に送信局31と受信局33間の同期を確立する同期機構を設けることなく、ターゲット32の位置を特定することができる効果を奏する。
【0026】
実施の形態2.
上記実施の形態1では、送信局31及び受信局33の位置が既知であることを前提にして、ターゲット32の位置を特定するものについて示したが、受信局33に対する送信局31の相対位置が不明な場合、直接波及び間接波の受信方位と、直接波と間接波の受信時刻差と、受信局33における信号遅延時刻(送信局31における電波の発射時刻と、受信局33における直接波の受信時刻との時間差)とから、受信局33に対する送信局31の相対位置を特定するようにする。
【0027】
具体的には、受信局33に対する送信局31の相対位置が不明な場合でも、送信局31と受信局33の同期が取られており、かつ、送信局31における電波の発射時刻が判明していれば、受信局33における信号遅延時刻Tjを認識することができる。
受信局33における信号遅延時刻Tjを式(4)に代入すれば、受信局33から送信局31までの距離pi,jが得られる。受信局33に対する送信局31の相対位置は、受信局33から送信局31までの距離pi,jと直接波の受信方位から一義的に特定される。
【数2】
【0028】
以上から明らかなように、送信局31と受信局33の同期が取られており、かつ、送信局31における電波の発射時刻が判明していれば、受信局33に対する送信局31の相対位置を特定することができるので、ターゲット32の位置を特定することができる。
【0029】
実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、ターゲット検出部35が受信局33により受信された直接波と間接波、または、受信局34により受信された直接波と間接波から、ターゲット32の位置を特定するものについて示したが、複数の受信局が存在する場合、複数の受信局により受信された全ての直接波と間接波を用いて、ターゲット32の位置を特定するようにしてもよい。
【0030】
図3はこの発明の実施の形態3によるレーダシステムのターゲット検出部35の一部を示す構成図であり、図において、411〜41nは各受信局により受信された間接波間の同期を図るため、当該受信局により受信された間接波を遅延させる遅延回路、42は遅延回路411〜41nから出力された各間接波をノンコヒーレント積分するNCINT回路、43はNCINT回路42の積分結果が所定の閾値より大きい場合、その積分結果を受信局により受信された間接波として出力する検出回路である。
なお、遅延回路411〜41n、NCINT回路42及び検出回路43から間接波検出手段が構成されている。
【0031】
次に動作について説明する。
ターゲット検出部35は、ターゲット32が遠方に存在する場合や、ターゲット32が小さい場合、個々の受信局からの間接波のS/Nが低下して、ターゲット32の検出精度が劣化するので、複数の受信局が存在する場合には、複数の受信局により受信された全ての間接波を使用する。
【0032】
具体的には、ターゲット検出部35の遅延回路411〜41nは、各受信局により受信された間接波間の同期を図るため、下記に示すように、間接波の遅延時間δTjを計算して、間接波を遅延させる。
【数3】
なお、式(5)のTjは、式(3)の距離qjを光速度cで除算することにより得られ、式(6)のTmaxは、式(5)のTjの中で最大のものである。
【0033】
ターゲット検出部35のNCINT回路42は、遅延回路411〜41nが間接波を遅延させると、S/Nを改善するため、遅延処理後の各間接波をノンコヒーレント積分する。
ターゲット検出部35の検出回路43は、NCINT回路42の積分結果が所定の閾値より大きい場合、その積分結果を受信局により受信された間接波として出力する。
ターゲット検出部35は、以下、検出回路43により検出された間接波を利用して、上記実施の形態1と同様の処理を行うことにより、ターゲット32の位置を特定する。
【0034】
以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、1つの受信局では検出が困難であるような低S/Nの間接波であっても、確実にターゲット32の位置を特定することができる効果を奏する。
【0035】
実施の形態4.
図4はこの発明の実施の形態4によるレーダシステムのタイムマネージメント制御器を示す構成図であり、図において、51は送信局31及び受信局33,34の位置と周囲の地形に応じて、送信局31及び受信局33,34の覆域を決定して、送信局31及び受信局33,34の方位を制御するタイムマネージメント制御器(制御手段)、52は送信局31及び受信局33,34の位置を蓄積する配置データベース、53は周囲の地形データを蓄積する地形データベース、54は配置データベース52及び地形データベース53を参照して、送信局31及び受信局33,34の最適な覆域を決定する覆域割当計算機、55は覆域割当計算機54により決定された最適な覆域に応じて、送信局31及び受信局33,34の方位を制御するためのタイムマネージメントを作成するタイムマネージメントジェネレータ、56はタイムマネージメントジェネレータ55により作成されたタイムマネージメントを格納するタイムマネージメントデータベースである。
【0036】
次に動作について説明する。
上記実施の形態1〜3では、特に言及していないが、レーダシステムが常に同一のエリアを観測するのではなく、観測エリアを適宜変更する場合には、次のようにして、送信局31及び受信局33,34の方位を制御すればよい。
【0037】
即ち、覆域割当計算機54が配置データベース52及び地形データベース53を参照して、送信局31及び受信局33,34の最適な覆域を決定し、タイムマネージメントジェネレータが覆域割当計算機54により決定された最適な覆域に応じて、送信局31及び受信局33,34の方位を制御するためのタイムマネージメントを作成してタイムマネージメントデータベース56に格納する。
【0038】
そして、送信局31及び受信局33,34は、タイムマネージメントデータベース56に格納されているタイムマネージメントにしたがって方位を設定する。これにより、この実施の形態4によれば、システムの目的に応じて観測エリアを適宜変更することができる。
【0039】
実施の形態5.
上記実施の形態1〜4では、送信局31が電波を放射するものについて示したが、図5に示すように、システム外の2次レーダ装置61がターゲット32に向けて質問信号を放射し、受信局33,34がターゲット32に反射された質問信号を間接波として受信して、ターゲット32の位置を特定するようにしてもよく、上記実施の形態1〜4と同様の効果を奏する。
また、送信局31が不要になるため、システムの省電力化を図ることができるとともに、自ら電波を放射しないことから秘匿性が向上する効果がある。
【0040】
実施の形態6.
上記実施の形態1〜5では、特に言及していないが、図6に示すように、送信局31及び受信局33,34がアレイアンテナを用いる場合、送信局31の送信アレイアンテナ71を構成する複数の素子アンテナ72をエレベーション方向に並べ、受信局33,34の受信アレイアンテナ81を構成する複数の素子アンテナ82をアジマス方向に並べるようにしてもよい。
ただし、図において、73は送信モジュール、74は分配器、83は受信モジュール、84はA/D変換器、85はDBF装置である。
【0041】
この実施の形態6では、送信アレイアンテナ71は、素子アンテナ72がエレベーション方向に並んでいるので、図7に示すように、送信ビーム91は、エレベーション方向は細く、アジマス方向は元の素子アンテナ72のパターンのままとなる。このため、素子アンテナ72のアジマス方向のパターンのビーム幅を所望のビーム幅にすれば、送信ビーム91の形状は、アジマス方向に平たいものとなり、アジマス方向に広角に電波が放射される。
【0042】
逆に、受信アレイアンテナ81は、素子アンテナ82がアジマス方向に並んでいるので、図7に示すように、受信ビーム92は、アジマス方向は細く、エレベーション方向は元の素子アンテナ82のパターンのままとなる。これにより、受信ビーム92の形状は、エレベーション方向に平たいものとなる。ただし、受信ビームは、A/D変換器84によりデジタル化された後、DBF装置85で形成されるので、同時にマルチビームが形成される。
【0043】
以上により、送信と受信を合わせて考えれば、ペンシルビームをあるエレベーションに並べたのと同等の覆域エリアが同時に得られることになる。
一般に捜索レーダシステムにおいては、捜索ボリュームとしてエレベーション方向は少なく、アジマス方向は多いので、このように同時にアジマス方向を捜索することにより、ターゲットの検出間隔を短くすることができ、ターゲットの追尾処理などが有利になる。
また、送受信のアンテナを分割することにより、同等の探知性能を得るためにも、送信電力は比較的低く押さえて、受信アンテナの利得を高くとることにより、小電力型のネットワーク・レーダ装置を構成することができる。
なお、この実施の形態6では、送信局と受信局が別構成のものついて示しているが、送信局と受信局が一体型であってもよく、同様の効果を奏することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、受信局に対する送信局の相対位置と直接波及び間接波の受信方位と測定手段により測定された受信時刻差とからターゲットの位置を特定する位置特定手段を設けるように構成したので、特に送信局と受信局間の同期を確立する同期機構を設けることなく、ターゲットの位置を特定することができる効果がある。
また、受信局に対する送信局の相対位置が不明な場合、位置特定手段が直接波及び間接波の受信方位と測定手段により測定された受信時刻差と受信局における信号遅延時刻とから受信局に対する送信局の相対位置を特定するように構成したので、受信局に対する送信局の相対位置が不明な場合でも、ターゲットの位置を特定することができる効果がある。
【0046】
この発明によれば、複数の受信局が存在する場合、各受信局により受信された間接波間の同期を図り、同期確立後の各間接波をノンコヒーレント積分し、その積分結果が所定の閾値より大きい場合、その積分結果を受信局により受信された間接波として測定手段及び位置特定手段に出力する間接波検出手段を設けるように構成したので、1つの受信局では検出が困難であるような低S/Nの間接波であっても、確実にターゲットの位置を特定することができる効果がある。
【0047】
この発明によれば、送信局及び受信局の位置と周囲の地形に応じて、送信局及び受信局の覆域を決定して、送信局及び受信局の方位を制御する制御手段を設けるように構成したので、システムの目的に応じて観測エリアを適宜変更することができる効果がある。
【0048】
この発明によれば、送信局として、ターゲットに向けて質問信号を放射する2次レーダを用いるように構成したので、システムの省電力化を図ることができるとともに、秘匿性を高めることができる効果がある。
【0049】
この発明によれば、送信局及び受信局がアレイアンテナを用いる場合、送信局のアレイアンテナを構成する複数の素子アンテナをエレベーション方向に並べ、受信局のアレイアンテナを構成する複数の素子アンテナをアジマス方向に並べるように構成したので、ターゲットの検出間隔を短くすることができる効果がある。
【0050】
この発明によれば、受信局に対する送信局の相対位置と直接波及び間接波の受信方位と受信時刻差とからターゲットの位置を特定するように構成したので、特に送信局と受信局間の同期を確立する同期機構を設けることなく、ターゲットの位置を特定することができる効果がある。
また、受信局に対する送信局の相対位置が不明な場合、直接波及び間接波の受信方位と受信時刻差と受信局における信号遅延時刻とから受信局に対する送信局の相対位置を特定するように構成したので、受信局に対する送信局の相対位置が不明な場合でも、ターゲットの位置を特定することができる効果がある。
【0052】
この発明によれば、複数の受信局が存在する場合、各受信局により受信された間接波間の同期を図り、同期確立後の各間接波をノンコヒーレント積分し、その積分結果が所定の閾値より大きい場合、その積分結果を受信局により受信された間接波として使用するように構成したので、1つの受信局では検出が困難であるような低S/Nの間接波であっても、確実にターゲットの位置を特定することができる効果がある。
【0053】
この発明によれば、送信局及び受信局の位置と周囲の地形に応じて、送信局及び受信局の覆域を決定して、送信局及び受信局の方位を制御するように構成したので、システムの目的に応じて観測エリアを適宜変更することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるレーダシステムを示す構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1によるターゲット検出方法を示すフローチャートである。
【図3】 この発明の実施の形態3によるレーダシステムのターゲット検出部の一部を示す構成図である。
【図4】 この発明の実施の形態4によるレーダシステムのタイムマネージメント制御器を示す構成図である。
【図5】 この発明の実施の形態5によるレーダシステムを示す構成図である。
【図6】 送信局及び受信局の内部を示す構成図である。
【図7】 送信ビーム及び受信ビームを示す説明図である。
【図8】 従来のレーダシステムを示す構成図である。
【符号の説明】
31 送信局、32 ターゲット、33,34 受信局、35 ターゲット検出部(測定手段、位置特定手段)、411〜41n 遅延回路(間接波検出手段)、42 NCINT回路(間接波検出手段)、43 検出回路(間接波検出手段)、51 タイムマネージメント制御器(制御手段)、52 配置データベース、53 地形データベース、54 覆域割当計算機、55 タイムマネージメントジェネレータ、56 タイムマネージメントデータベース、61 2次レーダ装置、71 送信アレイアンテナ、72 素子アンテナ、73 送信モジュール、74 分配器、81 受信アレイアンテナ、82 素子アンテナ、83 受信モジュール、84 A/D変換器、85 DBF装置、91 送信ビーム、92 受信ビーム。
Claims (8)
- 電波を放射する送信局と、上記送信局から放射された電波の直接波を受信するとともに、ターゲットに反射された間接波を受信する受信局と、上記受信局により受信された直接波と間接波の受信時刻差を測定する測定手段と、上記受信局に対する上記送信局の相対位置と上記直接波及び間接波の受信方位と上記測定手段により測定された受信時刻差とから当該ターゲットの位置を特定する位置特定手段とを備えたレーダシステムにおいて、上記位置特定手段は、上記受信局に対する上記送信局の相対位置が不明な場合、直接波及び間接波の受信方位と上記測定手段により測定された受信時刻差と上記受信局における信号遅延時刻とから上記受信局に対する上記送信局の相対位置を特定することを特徴とするレーダシステム。
- 複数の受信局が存在する場合、各受信局により受信された間接波間の同期を図り、同期確立後の各間接波をノンコヒーレント積分し、その積分結果が所定の閾値より大きい場合、その積分結果を受信局により受信された間接波として測定手段及び位置特定手段に出力する間接波検出手段を設けたことを特徴とする請求項1記載のレーダシステム。
- 送信局及び受信局の位置と周囲の地形に応じて、上記送信局及び受信局の覆域を決定して、上記送信局及び受信局の方位を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項1記載のレーダシステム。
- 送信局として、ターゲットに向けて質問信号を放射する2次レーダを用いることを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のレーダシステム。
- 送信局及び受信局がアレイアンテナを用いる場合、上記送信局のアレイアンテナを構成する複数の素子アンテナをエレベーション方向に並べ、上記受信局のアレイアンテナを構成する複数の素子アンテナをアジマス方向に並べることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のレーダシステム。
- 受信局が送信局から放射された電波の直接波を受信するとともに、ターゲットに反射された間接波を受信すると、その直接波と間接波の受信時刻差を測定し、上記受信局に対する上記送信局の相対位置と上記直接波及び間接波の受信方位と上記受信時刻差とから当該ターゲットの位置を特定するターゲット検出方法において、上記受信局に対する上記送信局の相対位置が不明な場合、直接波及び間接波の受信方位と受信時刻差と上記受信局における信号遅延時刻とから上記受信局に対する上記送信局の相対位置を特定することを特徴とするターゲット検出方法。
- 複数の受信局が存在する場合、各受信局により受信された間接波間の同期を図り、同期確立後の各間接波をノンコヒーレント積分し、その積分結果が所定の閾値より大きい場合、その積分結果を受信局により受信された間接波として使用することを特徴とする請求項6記載のターゲット検出方法。
- 送信局及び受信局の位置と周囲の地形に応じて、上記送信局及び受信局の覆域を決定して、上記送信局及び受信局の方位を制御することを特徴とする請求項6記載のターゲット検出方法。
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