JP4521238B2

JP4521238B2 - 測高レーダ装置とその測角処理方法

Info

Publication number: JP4521238B2
Application number: JP2004262701A
Authority: JP
Inventors: 康晴升田; 卓也和田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: JP2006078342A

Description

本発明は、仰角方向の測角値から目標を測高する測高レーダ装置とその測角処理方法に関する。

従来の測高レーダ装置では、仰角方向に連続して設定した複数のビームで目標を検出し、最も受信強度の大きいビームの測角値を目標の測高に使用する方法が一般的に採用されている。また、マルチパス対策として、受信ビームの指向中心を上方にずらして設定（オフボア）した振幅比較測角方式が利用される。この方式は、オフボアして形成された受信ビームから海面付近の低高度飛行目標を検出及び測高することで、目標測高演算の際に海面からの反射波による影響を軽減するものである。

しかしながら、上記振幅比較測角方式を利用した従来の測高レーダ装置では、オフボアした受信ビームであっても、ビーム幅等の制約から、海面からの反射波成分に影響されて下方ビームの受信強度が部分的に大きくなり、誤った測高値を算出してしまうことがあった。また、一般的に目標検出に際して真の目標が存在する位置で受信強度が仰角方向のピークとなるが、実際には真の目標が存在しない仰角でピークが発生してしまい、目標と誤検出してしまうことがあった。さらに、マルチパスの影響により受信強度分布の特性に谷ができてしまい、これにより目標要素と判定されずにクラッタと誤判定し、棄却してしまうこともあった。

尚、従来のレーダ装置のマルチパス対策として、特許文献１にその例が示されている。この文献のマルチパス対策例では、目標検出結果と方位及び仰角方向の測角結果から得られる方位角及び仰角に基づいて目標位置を特定し表示する際に、目標検出結果を用いて目標の速度成分を検出し、速度検出結果と目標検出結果を用いてフィルタ処理を行うことにより、目標からの反射成分のうち間接波（マルチパス）成分を抑圧し、仰角の再演算を行って選択的に切り換えて表示するようにしている。但し、この例は、目標捕捉・追尾用のレーダ装置に適用されるものであり、高精度な測高が要求される本発明のレーダ装置とは種類が異なる。
特開２００２−０７１７９５号公報

以上述べたように、従来の測高レーダ装置では、マルチパスによる影響で、誤った測高値を算出してしまう、真の目標が存在しない位置でも目標と誤検出してしまう、受信強度分布の谷部分で目標要素をクラッタと誤判定してしまうといった問題があった。

本発明は上記の問題を解決し、マルチパスによる測高精度の劣化を低減し、目標検出率を向上させることのできる測高レーダ装置とその測角処理方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明は、覆域内に送出した送信パルスの反射波を互いに仰角の異なる同時マルチビームで受信して目標検出を行い、各受信ビームで得られる目標信号の中から最大振幅が得られる受信ビームを特定し、当該受信ビームの目標検出信号から目標仰角を測角し、この測角値と目標検出位置から測高値を演算する測高レーダ装置において、前記複数の受信ビームから得られる目標信号の振幅レベルを比較し、想定目標に該当するパターンに一致するか否かを判断するパターン判断手段と、このパターン判断手段で一致すると判断された場合には、最大振幅レベルが得られる受信ビームについて目標仰角を測角し、一致しないと判断された場合には、前記最大振幅レベルの次に大きい振幅レベルが得られる受信ビームについて目標仰角を測角し、最大振幅レベルの次に大きい受信ビームが低仰角側にある場合には、最大振幅レベルが得られる受信ビームについて目標仰角を測角する測角ビーム選択手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、マルチパスによる測高精度の劣化を低減し、目標検出率を向上させることのできる測高レーダ装置とその測角処理方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係る測高レーダ装置の一実施形態を示すブロック図である。図１において、空中線装置１１は例えば複数のアンテナ素子をアレイ状に配列し、各素子の給電振幅・位相を任意に制御可能なアレイアンテナで構成される。そして、任意の方位・仰角方向に所定ビーム幅の送信ビーム（通常、コセカンドビーム）を形成して送信パルスを送出し、その反射波を受信する。

この空中線装置１１の受信信号は、検出用ビーム形成回路１２に送られる。この検出用ビーム形成回路１２は、目標検出用に、仰角方向にマルチビームを形成してビーム毎に受信信号を得る。各検出用ビームの受信信号は目標検出回路１３に入力される。この目標検出回路１３は、各検出用ビームの受信信号それぞれについて目標要素を検出するもので、その検出結果は測角／測高演算回路１４に送られる。

一方、空中線装置１１の受信信号は測角用ビーム形成回路１５にも送られる。この測角用ビーム形成回路１５は、上記検出用及び測角用ビームのうちマルチパスの影響を受けやすい低仰角側では、指向中心を所定角度だけ仰角方向にずらした（オフボアした）マルチビームを形成してビーム毎に受信信号を得る。各測角用ビームの受信信号は測角／測高演算回路１４に送られる。

この測角／測高演算回路１４は、目標検出回路１３で得られた目標要素それぞれについて測角用ビーム形成回路１５で形成される測角用ビームにより目標仰角を測角し、その測角結果と目標要素の距離から測高値を換算するもので、ここで得られた測高演算結果は相関追尾回路１６に送られ、検出目標の相関追尾がなされて表示器１７に表示される。

ここで、上記相関追尾回路１６では、仰角方向の振幅パターンから目標検出レンジ付近のマルチパスの有無を判断する。そして、マルチパスの存在が確認された場合には、測角／測高演算回路１４において、マルチパスの影響を受けていると推定される１または複数の下端ビームに基づく測角を取り止め、他の測角用ビームを用いて目標仰角を測角する。

上記構成において、以下、図２を参照してその処理動作を説明する。

いま、空中線装置１１によって、所定の方位に送信パルスを図２（ａ）に示すようなコセカンドビームで送出し、図２（ｂ）に示すように互いに仰角の異なる第１乃至第３の検出用ビーム＃１〜＃３と、それぞれの検出用ビームに対応する第１乃至第３の測角用ビーム＃１′〜＃３′でそれぞれ送信パルスの反射信号を受信した場合を想定する。

目標検出回路１３において、検出用ビーム＃１〜＃３からそれぞれ目標信号の振幅成分が図３（ａ）に示すように仰角方向に下から小、大、中の順で得られたとする。このパターンは、想定目標のパターンに一致する場合であり、目標が検出用ビーム＃２の仰角付近に存在していると考えられる。この場合、測角／測高演算回路１４では、下端ビーム＃１の振幅成分が小さいため、マルチパスは小さいと判断し、３本の検出用ビーム＃１〜＃３で得られる同一目標成分について最大振幅が得られる測角用ビーム＃２′で測角処理し、目標位置を特定して、その位置での測高値を算出する。

これに対し、目標検出回路１３において、検出用ビーム＃１〜＃３からそれぞれ目標信号の振幅成分が図３（ｂ）に示すように仰角方向に下から大、小、中の順に得られたとする。このとき、下端のビーム＃１の振幅成分が最大となり、その上のビーム＃２の振幅成分が最小となることは想定目標では矛盾が生じており、下端ビーム＃１はマルチパスによって振幅が乱されていると推定することができる。

すなわち、この場合のパターンは、想定目標のパターンに一致しない場合を示しており、目標がビーム＃１，＃３のどちらの仰角付近に存在するか特定することができない。そこで、このようなパターンで目標信号成分が検出される場合には、マルチパスにより振幅変動が生じたと推定される下端ビーム＃１のビーム受信信号は含めずに、他の受信強度が最大（振幅成分最大）のビーム＃３について測角処理し、目標位置を特定して、その位置での測高値を算出する。

尚、検出用ビーム＃１〜＃３からそれぞれ目標信号の振幅成分が仰角方向に下から中、小、大の順に得られた場合も、目標がビーム＃１，＃３のどちらの仰角付近に存在するか特定することができない。

すなわち、本発明の着想は、仰角方向に連続した複数のビームで目標を検出する場合、マルチパスの影響を受けた下側ビームの受信感度が最大となっている場合でも、他のビームでは正しい測角結果を出力している事象が多く得られることが確認できた点にある。そこで、本発明では、仰角方向に受信強度分布に谷ができた目標要素をクラッタとして棄却するのではなく、下側ビーム以外で受信強度が最大となったビームの測角値を採用するものである。これにより、マルチパスの影響を受けた場合でも、クラッタの誤判定による検出率の低下を招くことなく測高精度の劣化を低減することが可能となる。

したがって、上記構成による測高レーダ装置では、マルチパス環境下においても、測高精度のばらつきを低減することができ、しかも低仰角側のビームの担当仰角に実際に目標がある場合には、上方ビームでの受信強度が下方ビームに対して常に弱くなり、受信強度分布が谷型にはならず、従来通り目標を検出することが可能である。

尚、上記実施形態では、マルチビーム数を３としたが、本発明はこれに限定されるものではない。また、マルチビームは必ずしも同時に形成しなくても、時分割で走査して形成するようにしてもよい。

また、本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の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係る測高レーダ装置の一実施形態を示すブロック構成図。図１の構成による測高レーダ装置の処理動作を説明するためのビーム形成パターンを示す図。図１の構成による測高レーダ装置における目標判定のため処理動作を説明するための図。

符号の説明

１１…空中線装置、１２…検出用ビーム形成回路、１３…目標検出回路、１４…測角／測高演算回路、１５…測角用ビーム形成回路、１６…相関追尾回路、１７…表示器。

Claims

覆域内に送出した送信パルスの反射波を仰角方向に連続した複数のビームで受信して目標検出を行い、各受信ビームで得られる目標信号の中から最大振幅が得られる受信ビームを特定し、当該受信ビームの目標検出信号から目標仰角を測角し、この測角値と目標検出位置から測高値を演算する測高レーダ装置において、
前記複数の受信ビームから得られる目標信号の振幅レベルを比較し、仰角方向の受信強度分布が谷型のパターンか否かを判断するパターン判断手段と、
このパターン判断手段で谷型のパターンでないと判断された場合には、最大振幅レベルが得られる受信ビームを選択して目標仰角を測角し、谷型のパターンであると判断された場合には、前記谷となった仰角より高い仰角のうち最大振幅レベルが得られる受信ビームを選択して目標仰角を測角する測角ビーム選択手段とを具備することを特徴とする測高レーダ装置。
前記パターン判断手段は、前記最大振幅レベルが得られる受信ビームに隣接する高仰角側ビームの目標信号の振幅レベルより高い振幅レベルが得られる高仰角側ビームがあるとき、想定目標に該当するパターンに一致するか否かによりクラッタ判定をすることを特徴とする請求項１記載の測高レーダ装置。
覆域内に送出した送信パルスの反射波を仰角方向に連続した複数のビームで受信して目標検出を行い、各受信ビームで得られる目標信号の中から最大振幅が得られる受信ビームを特定し、当該受信ビームの目標検出信号から目標仰角を測角し、この測角値と目標検出位置から測高値を演算する測高レーダ装置に用いられ、
前記複数の受信ビームから得られる目標信号の振幅レベルを比較し、仰角方向の受信強度分布が谷型のパターンか否かを判断し、谷型のパターンでないと判断された場合には、最大振幅レベルが得られる受信ビームを選択して目標仰角を測角し、谷型のパターンであると判断された場合には、前記谷となった仰角より高い仰角のうち最大振幅レベルが得られる受信ビームを選択して目標仰角を測角することを特徴とする測高レーダ装置の測角処理方法。
前記最大振幅レベルの次に大きい振幅レベルが得られる受信ビームが、最大振幅レベルが得られる受信ビームよりも低仰角側にある時、最大振幅レベルが得られる受信ビームについて目標仰角を測角することを特徴とする請求項３記載の測高レーダ装置の測角処理方法。