JP4519478B2 - 目標距離測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば妨害波などの電波を発射する目標までの距離を測定する目標距離測定装置に関する。

周知のように、従来の目標距離測定装置は、レーダ装置などがある。レーダ装置で目標までの距離を測定する場合、目標に向けて電波を放射し、目標によって反射した上記電波を受信して、電波の放射から受信までに要した時間を測定することで、目標までの距離を求める（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記構成による従来の目標距離測定装置では、送信装置を必要とするため、構成が複雑である。また目標に対して電波を送信する必要があるため、目標によっては測距を悟られる虞があり、目標が妨害波を放射することで測距が行えなくなるという問題があった。

これに対して従来は、複数のアンテナを分散配備して、複数の位置で目標が放射する妨害波を受信し、三角測量の原理で目標までの距離を測定するシステムがあった。
しかしながらこのようなシステムは、送信装置が不要であるものの、複数のアンテナを分散配備する必要があるため構成が複雑であった。
特開２００３−２４０８３９公報

従来の目標距離測定装置では、送信装置が必要であったり、複数のアンテナを分散配備する必要があるため、構成が複雑かつ大がかりであるという問題があった。
この発明は上記の問題を解決すべくなされたもので、１つのアンテナ装置で目標までの距離を正確に測定することが可能な目標距離測定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明は、複数のアンテナ素子を備え、目標から放射される電波を受信するアレイアンテナと、このアレイアンテナの近傍に配備される基準アンテナと、アレイアンテナにて受信した信号と、基準アンテナにて受信した信号を、それぞれ中間周波数に変換した後にＡ／Ｄ変換する変換手段と、この変換手段により前記基準アンテナにて受信した信号が変換されたデータから複素振幅を求め、その複素共役を求めるとともに、前記変換手段により前記アレイアンテナの各素子により受信した信号が変換されたデータから複素振幅を求め、この複素振幅と前記複素共役を掛け合わせた結果に基づいて、フレネル近似を用いた電波ホログラフィ法により目標のホログラフィ再生像である波源の推定強度分布を求めて、この波源の推定強度分布が最大となる座標から前記目標までの距離を求めるデータ処理手段とを具備して構成するようにした。

以上述べたように、この発明では、基準アンテナとアレイアンテナにより、目標から放射される電波を受信し、各受信信号をＡ／Ｄ変換し、そしてそのうち、基準アンテナにて受信した信号が変換されたデータからは複素振幅を求め、その複素共役を求めるとともに、一方、アレイアンテナの各素子により受信した信号が変換されたデータからは複素振幅を求め、この複素振幅と上記複素共役を掛け合わせた結果を、フレネル近似を用いた電波ホログラフィ法を適用して目標のホログラフィ再生像である波源の推定強度分布を求めて、この波源の推定強度分布が最大となる座標から目標までの距離を求めるようにしている。

したがって、この発明によれば、送信装置を用いたり、複数のアンテナを分散配備することなく、１つのアレイアンテナで目標までの距離を正確に測定することが可能な目標距離測定装置を提供できる。

以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、この目標距離測定装置は、アンテナ部１００と、受信部２００と、データ処理部３００と、入力装置４００と、指示装置５００とを備える。
アンテナ部１００は、基準アンテナ１０１と、アレイアンテナ１０２とを備え、これらのアンテナは、目標Ｔが放射する妨害波などの電波を受信し、受信部２００に出力する。アレイアンテナ１０２は、平面アレイあるいは直線アレイのいずれであってもよい。

受信部２００は、基準アンテナ１０１およびアレイアンテナ１０２にて受信されたＲＦ信号が入力され、それぞれＩＦ帯の信号に変換した後、Ａ／Ｄ変換する。この変換結果は、受信データとしてデータ処理部３００に出力される。

データ処理部３００は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）あるいはＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いて受信部２００から出力される受信データに、フレネル近似を用いた電波ホログラフィ処理を施し、これにより目標Ｔまでの距離を求めるものである。またデータ処理部３００は、上記電波ホログラフィ処理を行うために、メモリやハードディスクなど、データを蓄える記憶部を備える。

入力装置４００は、キーボードやマウスなどを備えたものであり、オペレータから種々のパラメータの入力や、指示を受け付けるものである。
指示装置５００は、ディスプレイなどの表示装置であって、データ処理部３００の処理によって得られた情報を視覚的に表示するものである。

次に、上記構成の目標距離測定装置の動作について説明する。
目標Ｔから放射された妨害波は、基準アンテナ１０１とアレイアンテナ１０２とでそれぞれ受信される。各アンテナにて受信された妨害波は、ＲＦ信号として受信部２００に出力される。

そして各アンテナで得られたＲＦ信号は、受信部２００にてそれぞれＩＦ帯の信号に変換された後、Ａ／Ｄ変換され、受信データとしてデータ処理部３００に出力される。データ処理部３００に入力された受信データは、データ処理部３００が内蔵するハードディスクに蓄積される。

データ処理部３００は、ハードディスクに蓄積した受信データを用いて、図２に示すような演算処理を実施する。またこの演算処理では、図３に示すようなパラメータが用いられる。すなわち、アンテナ部１００から目標Ｔまでの距離をｚ、アンテナ部１００と目標Ｔを結ぶｚ軸に直交する軸をｘ軸とする。そして基準アンテナ１０１のｘ座標をξrefとし、アレイアンテナ１０２の各素子のｘ座標をξ１，ξ２，…，ξＮとする。

まずステップ２ａにおいてデータ処理部３００は、ハードディスクに蓄積した受信データのうち、基準アンテナ１０１による受信データをフーリエ変換し、その複素共役を求め、ステップ２ｂに移行する。この求めた結果は、ハードディスクに記録される。

ステップ２ｂにおいてデータ処理部３００は、ハードディスクに蓄積した受信データのうち、アレイアンテナ１０２の各素子による受信データをフーリエ変換し、ステップ２ｃに移行する。この求めた結果は、ハードディスクに記録される。

ステップ２ｃにおいてデータ処理部３００は、ステップ２ａの演算結果とステップ２ｂの演算結果とを、妨害波の周波数範囲で掛け合わせて足しこんだｕ（ξｎ）を求め、ステップ２ｄに移行する。

ステップ２ｄにおいてデータ処理部３００は、フレネル近似を用いた下式にステップ２ｃの演算結果を代入し、目標Ｔのホログラフィ再生像ｇ（ｘ，ｚ）を求め、ステップ２ｅに移行する。

ステップ２ｅにおいてデータ処理部３００は、ホログラフィ再生像ｇ（ｘ，ｚ）が最大となる（ｘ，ｚ）の組み合わせを求め、これを目標Ｔの位置として特定する。この特定結果、すなわち目標の座標は、ハードディスクに記録されるとともに、指示装置５００に出力されて視覚的に表示される。

以上のように、上記構成の目標距離測定装置では、複数のアンテナを用いて目標Ｔから放射される電波を受信し、この受信結果に基づいて、フレネル近似を用いたホログラフィ再生像を求め、この値が最大となる位置を特定するようにしている。

したがって、上記構成の目標距離測定装置によれば、送信装置を用いたり、複数のアンテナを分散配備することなく、１つのアレイアンテナで目標までの距離を正確に測定することができる。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

その一例として例えば、上記実施の形態では、アレイアンテナ１０２を用いるようにしたが、これに代わって例えば、１つのアンテナを機械的に移動させて、目標との相対的な位置を可変して受信を行う走査型のアンテナを用いて、アレイアンテナ１０２と同様に複数の受信信号を得るようにしてもよい。複数の受信信号をその受信位置に応じて図２に示した処理を施すことにより、目標までの距離を正確に測定することができる。
その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を施しても同様に実施可能であることはいうまでもない。

この発明に係わる目標距離測定装置の一実施形態の構成を示す回路ブロック図。 図１に示した目標距離測定装置のデータ処理部の処理を説明するためのフローチャート。 図２で示した処理で用いるパラメータを説明するための図。

符号の説明

１００…アンテナ部、１０１…基準アンテナ、１０２…アレイアンテナ、２００…受信部、３００…データ処理部、４００…入力装置、５００…指示装置。

Claims (4)

1. 複数のアンテナ素子を備え、目標から放射される電波を受信するアレイアンテナと、
   このアレイアンテナの近傍に配備される基準アンテナと、
   前記アレイアンテナにて受信した信号と、前記基準アンテナにて受信した信号を、それぞれ中間周波数に変換した後にＡ／Ｄ変換する変換手段と、
   この変換手段により前記基準アンテナにて受信した信号が変換されたデータから複素振幅を求め、その複素共役を求めるとともに、前記変換手段により前記アレイアンテナの各素子により受信した信号が変換されたデータから複素振幅を求め、この複素振幅と前記複素共役を掛け合わせた結果に基づいて、フレネル近似を用いた電波ホログラフィ法により前記目標のホログラフィ再生像である波源の推定強度分布を求めて、この波源の推定強度分布が最大となる座標から前記目標までの距離を求めるデータ処理手段とを具備することを特徴とする目標距離測定装置。
2. 前記データ処理手段は、
   前記変換手段によって得られるデータのうち、前記基準アンテナの受信信号に基づくデータをフーリエ変換して、その複素共役を求める第１の演算手段と、
   前記変換手段によって得られるデータのうち、前記アレイアンテナの各素子による受信信号に基づくデータをフーリエ変換する第２の演算手段と、
   前記第１の演算手段の演算結果と前記第２の演算手段の演算結果とを、前記目標から放射される電波の周波数範囲で掛け合わせて足しこむことで、当該電波の受信面における複素振幅の平均化された値を求める第３の演算手段と、
   この第３の演算手段の演算結果をフレネル近似して、前記目標のホログラフィ再生像を求める第４の演算手段と、
   この第４の演算手段で求めたホログラフィ再生像である波源の推定強度分布が最大となる座標を、前記目標の位置として検出して、前記目標までの距離を求める第５の演算手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の目標距離測定装置。
3. 目標までの相対的な受信位置を可変可能な走査型アンテナと、
   この走査型アンテナの近傍に配備される基準アンテナと、
   前記走査型アンテナにて受信位置を可変して受信した複数の信号と、前記基準アンテナにて受信した信号を、それぞれ中間周波数に変換した後にＡ／Ｄ変換する変換手段と、
   この変換手段により前記基準アンテナにて受信した信号が変換されたデータから複素振幅を求め、その複素共役を求めるとともに、前記変換手段により前記走査型アンテナにて複数の位置で受信した信号が変換されたデータから複素振幅を求め、この複素振幅と前記複素共役を掛け合わせた結果に基づいて、フレネル近似を用いた電波ホログラフィ法により前記目標のホログラフィ再生像である波源の推定強度分布を求めて、この波源の推定強度分布が最大となる座標から前記目標までの距離を求めるデータ処理手段とを具備することを特徴とする目標距離測定装置。
4. 前記データ処理手段は、
   前記変換手段によって得られるデータのうち、前記基準アンテナの受信信号に基づくデータをフーリエ変換して、その複素共役を求める第１の演算手段と、
   前記変換手段によって得られるデータのうち、前記走査型アンテナにより複数の位置で受信した受信信号に基づくデータをフーリエ変換する第２の演算手段と、
   前記第１の演算手段の演算結果と前記第２の演算手段の演算結果とを、前記目標から放射される電波の周波数範囲で掛け合わせて足しこむことで、当該電波の受信面における複素振幅の平均化された値を求める第３の演算手段と、
   この第３の演算手段の演算結果をフレネル近似して、前記目標のホログラフィ再生像を求める第４の演算手段と、
   この第４の演算手段で求めたホログラフィ再生像である波源の推定強度分布が最大となる座標を、前記目標の位置として検出して、前記目標までの距離を求める第５の演算手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載の目標距離測定装置。

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