JP4962036B2 - 電子走査式精測レーダ装置および目標追尾方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子走査式精測レーダ装置および目標追尾方法に関し、特に、目標の追尾を継続することができなくなるコーストの発生を防止可能な信頼性が高い電子走査式精測レーダ装置および目標追尾方法に関する。

特許文献１の特開Ｈ０４−１７８５９０号公報「電子走査式アンテナ追尾レーダ装置」などのように、複数の飛翔体を追尾したり、狭い着陸スペースに正確に飛翔体を誘導したりする目的で、精密な目標位置を追尾可能な電子走査式精測レーダ装置が開発されている。図４は、従来の実施例における電子走査式精測レーダ装置のブロック図を示し、図５は、従来の追尾走査方法における時系列データの例を示す説明図であり、処理対象の飛翔体を最大１５機までとした場合について示している。

図４のブロック図に示すように、電子走査式精測レーダ装置は、電子走査式アンテナ７、レーダ送受信機６、目標検出器５によって目標を検出し、追尾処理部１、予測位置算出部２、ビーム方向制御部３、追尾管理部４からなる追尾制御部８によって、検出した目標の追尾処理を行って、目標追尾状況をレーダ表示部９に画面表示するように構成されている。

また、図５に示すように、捜索周期３秒を、０．５秒単位の追尾１〜追尾６までの６回分の目標追尾データの更新レートを挿入し、各更新レートごとに、最大追尾機数の１５機分の目標を追尾することが可能なように、タイムスケジュールが割り当てられている。

すなわち、従来の電子走査式精測レーダ装置の目標追尾は、レーダ覆域全体を捜索する１周期内の最大追尾処理機数に対して、捜索１周期当たりに更新レート分のタイムスケジュールを割り当てて処理している。つまり、図５のような最大追尾処理機数が１５機の場合において、ＰＡＲ（Precision Approach Rader：精測進入レーダ）覆域内に３機しか進入していなかった場合、３機分のそれぞれに割り当てられている処理時間においては目標追尾の処理をしているものの、残りの１２機分の目標追尾の処理時間については、追尾処理することなしに空処理している。

また、目標追尾においては、図４の予測位置算出部２にて現在の検出結果から次走査時の予測位置を算出し、その予測位置を中心にして検出相関のための追尾ゲートを設けて、目標を検出することを繰り返している。ここで、かくのごとき追尾ゲート内に、目標追尾機以外にフォールス（目標と誤認する消え残り対象物）等が発生していた場合には、検出結果の誤差または誤検出により、次走査の予測位置が外れて、目標の追尾を継続することができなくなる事象（コースト）が発生する場合がある。
平４−１７８５９０号公報（第２−３頁）

従来の電子走査式精測レーダ装置の目標追尾方法においては、一度、目標の追尾を継続することができなくなる事象すなわちコーストが発生すると、再度、目標追尾を開始するまでにはかなりの時間がかかってしまうため、例えば、追尾目標の航空機の最終着陸進入時において、コーストが発生したような場合には、最終着陸の進入は中断され、当該航空機は再進入を行うように指令されることになる。かかる事態は、航空機の安全な運行を提供するための機材である精測レーダ装置としての信頼性を失う結果を招いてしまい、改善を図ることが急務の課題となってきている。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、追尾目標の予測位置の算出精度を向上させて、検出相関のための追尾ゲートの範囲を狭めることによって、目標追尾機以外のフォールスとの誤相関の発生を低減し、目標追尾の継続性を向上した信頼性が高い電子走査式精測レーダ装置を提供することにある。

前述の課題を解決するため、本発明による電子走査式精測レーダ装置および目標追尾方法は、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）追尾目標とする１ないし複数の飛翔体の精密な目標位置を追尾可能な電子走査式精測レーダ装置において、捜索周期内に挿入される追尾目標の更新レートを擬似的に２倍に上昇させることによって、１つの目標に対して、当該目標の位置および速度を検出するための目標追尾動作として追尾１、追尾２の２つの追尾を割り当て、前記追尾１と前記追尾２とにより検出された当該目標の最新の目標検出データに基づいて、次走査時の予測位置を算出する電子走査式精測レーダ装置。
（２）前記追尾１と前記追尾２との２つの追尾のうち、いずれかの追尾にコーストが発生し、予測位置の算出ができなくなった場合、もう一方の追尾に基づいて予測位置を算出する上記（１）の電子走査式精測レーダ装置。
（３）追尾の対象とする目標として、最終着陸進入時の目標をレーダ表示部により選択指定することにより、当該目標の予測位置の算出を距離のみとし、当該目標の高低角をグライドパス（ＧＰ）上、当該目標の方位角をコースライン（ＣＬ）上に固定して、予測位置の算出を行う動作に切り替える機能を有する電子走査式精測レーダ装置。
（４）電子走査式アンテナ、レーダ送受信機、目標検出器を含む目標検出部を、複数備え、複数の前記目標検出部それぞれを異なる場所に設置して、追尾目標の最新データとして前記目標検出部それぞれで検出された目標検出データに基づいて、予測位置の算出を行う上記（１）ないし（３）のいずれかの電子走査式精測レーダ装置。
（５）異なる算出方法を用いて予測位置を算出する処理部を複数備え、いずれの処理部を用いて、予測位置の算出を行うかを選択するモード切り替え機構を有する上記（１）ないし（４）のいずれかの電子走査式精測レーダ装置。
（６）追尾目標とする１ないし複数の飛翔体の精密な目標位置を追尾可能な目標追尾方法において、捜索周期内に挿入される追尾目標の更新レートを擬似的に２倍に上昇させることによって、１つの目標に対して、当該目標の位置および速度を検出するための目標追尾動作として追尾１、追尾２の２つの追尾を割り当て、前記追尾１と前記追尾２とにより検出された当該目標の最新の目標検出データに基づいて、次走査時の予測位置を算出する目標追尾方法。
（７）前記追尾１と前記追尾２との２つの追尾のうち、いずれかの追尾にコーストが発生し、予測位置の算出ができなくなった場合、もう一方の追尾に基づいて予測位置を算出する上記（６）の目標追尾方法。
（８）追尾の対象とする目標として、最終着陸進入時の目標をレーダ表示部により選択指定することにより、当該目標の予測位置の算出を距離のみとし、当該目標の高低角をグライドパス（ＧＰ）上、当該目標の方位角をコースライン（ＣＬ）上に固定して、予測位置の算出を行う動作に切り替える機能を有する目標追尾方法。

本発明の電子走査式精測レーダ装置および目標追尾方法によれば、以下のような効果を得ることができる。

第１の効果は、擬似的に更新レートを上昇させることによって、追尾目標の予測位置の算出精度を向上させることができることにある。

第２の効果は、擬似的に更新レートを上昇させることにより、目標追尾機の次走査までの移動距離を短くすることができ、検出相関を取るための追尾ゲート範囲を狭めることが可能となるので、追尾目標以外のフォールスとの誤相関を低減させることが可能となることにある。

以下、本発明による電子走査式精測レーダ装置および目標追尾方法の好適な実施例について添付図を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例を示す電子走査式精測レーダ装置のブロック図であり、図２は、本発明の電子走査式精測レーダ装置における追尾走査の時系列の例を示す説明図であり、図３は、本発明の電子走査式精測レーダ装置における予測位置の算出イメージを説明するための説明図である。なお、図２においては、最大処理機数として、図５に示した従来例の１５機に対して、約（１／２）の７機とした場合を例にとって示している。また、本発明においては、捜索走査の細部については、従来の目標追尾方法と変わらないため、ここでの説明は省略する。

（実施例の構成の説明）
まず、図１の電子走査式精測レーダ装置の構成について説明する。図１に示す電子走査式精測レーダ装置は、電子走査式アンテナ７と、レーダ電波を送受信するレーダ送受信機６と、受信ビデオから目標の位置や速度などを検出して目標検出データとして出力する目標検出器５と、目標の位置を追尾するとともに次走査の位置を予測し、電子走査式アンテナ７の移相器を制御する追尾制御部８と、目標追尾データの表示と最終着陸進入機を追尾目標として選択指定する機能を有するレーダ表示部９とを少なくとも含んで構成されている。

ここで、追尾制御部８は、さらに、目標の位置を追尾してレーダ表示部９に目標追尾データを出力する追尾処理部１と、従来の目標追尾方法を用いて次走査の位置の予測する予測位置算出部Ａ１０と、本発明による目標追尾方法に基づいて予測位置算出部Ｂ１１と、予測位置の算出結果から次のビーム方向を決定し、レーダ送受信機６からのシステムタイミング信号と同期を取って、電子走査式アンテナ７の移相器を制御する制御データを出力するビーム方向制御部１３と、目標追尾方法として、従来の目標追尾方法、本発明による目標追尾方法のいずれかの選択するモード切替ＳＷ１２と、目標追尾機を登録し、管理する追尾管理部４とを少なくとも含んで構成されている。ここで、ビーム方向制御部１３は、従来の図４のビーム方向制御部３の目標追尾の更新レートを擬似的に２倍のレートに上昇させた制御データを電子走査式アンテナ７の移相器へ出力する。

（実施例の動作の説明）
図１に示す本発明の電子走査式精測レーダ装置の捜索走査においては、ビーム方向制御部１３が、レーダ送受信機６からのシステムタイミング信号に合わせて従来の２倍のレートで順次制御データを電子走査式アンテナ７の移相器へ送信して、ビーム放射方向を制御する。同時に、レーダ送受信機６はシステムタイミング信号に合わせてレーダ信号の送信を行い、目標から反射されたレーダ信号（ビデオ信号）は、電子走査式アンテナ７を経由して、レーダ送受信機６によって受信された受信ビデオとして目標検出器５に入力される。目標検出器５において、入力された受信ビデオから目標の位置が検出され、デジタルデータ（目標検出データ）として追尾制御部８の追尾処理部１に出力される。

追尾制御部８の追尾処理部１において、目標検出器５から入力されてきた目標検出データは、追尾管理部４に登録済みの目標検出データとの相関が得られなかった場合には、新規目標追尾として、追尾管理部４に登録される。

ここで、次回の捜索走査で、追尾処理部１において、追尾管理部４に既に登録された目標検出データと相関のある目標が再び得られた場合であって、モード切替ＳＷ１２の設定が従来の目標追尾方法を用いた予測位置の算出を行うように指定されていた場合には、更新レートを０．５秒周期とした従来の目標追尾方法を適用して、予測位置算出部Ａ１０において、次走査の位置を予測計算して、次走査の追尾のために、追尾管理部４に予測位置を登録するとともに、ビーム方向制御部３に対して計算結果の予測位置を出力する。

また、次回の捜索走査で、追尾処理部１において、追尾管理部４に既に登録された目標検出データと相関のある目標が再び得られた場合であって、モード切替ＳＷ１２の設定が本発明による目標追尾方法であった場合は、本発明の目標追尾方法を適用して、擬似的に更新レートを従来の２倍の０．２５秒周期として、目標追尾機１機に対して、０．５秒当たり、従来の目標追尾方法と同様な処理を２回繰り返す。

つまり、追尾管理部４への登録は、図２に示すように、擬似的に従来の更新レートの２倍のレートとなり、次走査の位置の算出は、予測位置算出部Ｂ１１において、図３に示すように、追尾目標１機に対する２つの追尾(追尾１−１、追尾１−２)について、互いに、相手の最新位置・速度を利用して予測位置の算出を行い、次走査の追尾のために、追尾管理部４に予測位置を登録するとともに、ビーム方向制御部３に対して計算結果の予測位置を出力する。

さらに説明すれば次の通りである。図２に示すように、捜索周期３秒に対して０．５秒ごとの追尾１〜追尾６までの６回分を挿入して割り当てている更新レートを、さらに０．２５秒ごとのサブ更新レートに２分割して、最大追尾機数７機それぞれの同一目標について、各サブ更新レート当たり１回ずつ、すなわち、更新レート当たり２回ずつ目標位置の検出動作を繰り返す。例えば、目標の或る１つの航空機に対して、０．５秒の各更新レート当たり、サブ更新レートごとに、追尾１−１、追尾１−２と２回目標位置の検出を行う。

しかる後、０．５秒の更新レート当たり２回の追尾目標の検出結果に基づいて、次回の走査時の予測位置を予測位置算出部Ｂ１１において算出する。すなわち、図３に示すように、従来の予測方法の場合は、例えば、時間（Ｍ＋１）における予測位置の算出の際に、０．５秒前の前回の更新レート時のおける目標の位置「Ｔ１−１」に基づいて算出されて、破線に示すような誤った予測結果になる可能性があった。しかし、本発明による予測方法の場合は、０．５秒前の目標の位置「Ｔ１−１」と０．２５秒前の目標の位置「Ｔ１−２」との２つのデータに基づいて算出されるので、実線で示すように、次の予測位置をより誤差を少なく予測することができる。

言い換えると、本発明における目標追尾方法の場合、更新レートが従来の場合に比し擬似的に２倍になっていることから、目標追尾機の移動距離は、従来の場合の（１／２）となり、検出相関するための追尾ゲート範囲を、従来に比べて狭めることができる。

かくのごとく目標の追尾が開始されると、目標追尾データは、更新レートごとに、レーダ表示部９に、出力されて表示される。なお、レーダ表示部９に表示された目標追尾データは、追尾１−１（または追尾１−２）の検出結果であることから、一方の追尾１−１（または追尾１−２）がコーストした場合であっても、もう一方の追尾１−２(または追尾１−１)の検出結果に、自動的に、切り替わり、目標の追尾を継続させることができる。

さらに、本発明の目標追尾方法においては、レーダ表示部９に表示されている追尾目標の中から、最終着陸進入する追尾目標を選択することにより、当該追尾目標の予測位置の算出は、距離のみとし、該追尾目標の高低角はグライドパス(ＧＰ：Ｇｌｉｄｅ Ｐａｔｈ)上に、該追尾目標の方位角はコースライン（ＣＬ：Ｃｏｕｒｓｅ Ｌｉｎｅ）上に固定するという進入目標選択機能を有する。この進入目標選択機能は、検出結果が、グライドパス(ＧＰ)とコースライン（ＣＬ）とからの差になることから、飛行試験時および機材調整時に有効である。

以上に説明したように、本実施例の電子走査式精測レーダ装置においては、目標追尾の更新レートを擬似的に２倍に上昇させることにより、予測位置の算出精度を向上させ、検出相関するための追尾ゲートを狭めて、フォールスによる誤検出を低減させることが可能となる。

つまり、例えば最大追尾機数１５機としている従来の電子走査式精測レーダ装置に対して、最大追尾機数を例えば７機と半減させることにより、従来技術の目標追尾方法においては、目標追尾に割り当てられた処理時間内で、空処理されていた処理時間を、本実施例においては有効活用し、検出された目標１機に対して更新レートが擬似的に２倍となるように、２つの追尾(追尾１−１、追尾１−２)を割り当てるようにしている。かかる擬似的更新レートの２倍化により、目標追尾機の次走査における移動距離が、従来の目標追尾方法の場合の（１／２）に減少させることになり、検出相関するための追尾ゲートの範囲は、方位角、高低角及び距離それぞれについて、従来の目標追尾方法の（１／２）に縮小することができる。したがって、追尾ゲート内でのフォールス検出率を（１／８）に低減させることができる。

また、最終着陸進入時の目標追尾機にあっては、グライドパス(ＧＰ)上およびコースライン（ＣＬ）上で進入してくることから、最終着陸進入機を追尾目標として選択した場合には、前述したように、次走査の予測位置の高低角をグライドパス(ＧＰ)上に、方位角をコースライン（ＣＬ）上に固定し、距離方向のみを算出することによって、目標追尾の継続性を向上させることができる。

さらに説明すれば、次の点に本発明の特徴があり、その特徴により本発明特有の作用効果を生み出すことができる。本発明に係る電子走査式精測レーダ装置は、航空機の着陸誘導装置として利用される精測レーダ装置に適用されるものであり、目標追尾において、更新レートが擬似的に従来の２倍となるように設定することによって、目標１機に対して２つの追尾(追尾１−１、追尾１−２)を割り当てる。２つの追尾１−１と追尾１−２とが、互いに、相手側の最新位置・速度を予測位置の算出として利用することにより、予測位置の算出精度を向上させ、もって、目標追尾の継続性を改善することができる。

さらに、更新レートが擬似的に２倍になることから、目標の移動距離も半減するので、目標の検出相関を取るための追尾ゲートを小さくすることができ、フォールスとの誤相関も改善することができる。

なお、本発明の目標追尾方法においては、擬似的に更新レートを上昇させているものであり、目標追尾データの出力そのものは従来のデータから変更していないので、２つの追尾(追尾１−１、追尾１−２)のうち、例えば、追尾１−１がコーストとした場合、自動的に、もう一方の追尾１−２を出力して表示することができ、目標追尾を継続させることができる。

（他の実施例）
前述の実施例においては、電子走査式アンテナ７、レーダ送受信機６、目標検出器５からなる目標検出部を１式として構成しているが、電子走査式アンテナ７、レーダ送受信機６、目標検出器５を複数（例えば２式）備え、異なる場所にそれぞれ設置して、複数の目標検出部それぞれで検出した各目標検出データを、目標追尾処理に使用することにしても良い。かかる複数の目標検出データを用いることによって、予測位置の予測精度をさらに向上させることができる。

以上、本発明の好適実施例の構成を説明した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。

本発明の一実施例を示す電子走査式精測レーダ装置のブロック図である。 本発明の電子走査式精測レーダ装置における追尾走査の時系列の例を示す説明図である。 本発明の電子走査式精測レーダ装置における予測位置の算出イメージを説明するための説明図である。 従来の実施例における電子走査式精測レーダ装置のブロック構成を示すブロック図である。 従来の追尾走査方法における時系列データの例を示す説明図である。

符号の説明

１ 追尾処理部
２ 予測位置算出部
３ ビーム方向制御部
４ 追尾管理部
５ 目標検出器
６ レーダ送受信機
７ 電子走査式アンテナ
８ 追尾制御部
９ レーダ表示部
１０ 予測位置算出部Ａ
１１ 予測位置算出部Ｂ
１２ モード切替ＳＷ
１３ ビーム方向制御部

Claims (3)

1. レーダ電波を送受信するレーダ送受信機で受信されたレーダ電波に基づいて目標の位置を検出する目標検出手段と、
   第１の更新レートで第１の追尾数の目標を追尾する第１目標追尾方法又は前記第１の更新レートの２倍の更新レートで前記第１の追尾数より少ない第２の追尾数の目標を追尾する第２目標追尾方法を用いて目標の追尾を前記目標検出手段で検出された前記目標の位置に基づいて行う追尾処理手段と、
   前記追尾処理手段における目標追尾方法を前記第１目標追尾方法又は前記第２目標追尾方法に切り替える切り替え手段と、
   前記追尾処理手段が追尾する前記目標の位置を目標検出データとして管理する追尾管理手段と、
   前記切り替え手段が前記第１目標追尾方法を選択している場合に、前記追尾管理手段で管理される最新の目標検出データに基づいて目標の予測位置を算出し、前記切り替え手段が前記第２目標追尾方法を選択している場合に、前記追尾管理手段で管理される前記最新の目標検出データ又は前記最新の目標検出データより一つ前の目標検出データに基づいて前記目標の予測位置を算出する予測位置算出手段と、
   前記算出された予測位置に基づいて前記レーダ電波のビーム放射方向を制御するビーム方向制御手段と、
   を具備し、
   前記予測位置算出手段は、前記切り替え手段が前記第２目標追尾方法を選択している場合において、前記最新の目標検出データに基づいて前記目標の予測位置を算出した場合にコーストが発生した場合は、前記最新の目標検出データ以前の目標検出データに基づいて前記目標の予測位置を算出する、
   電子操作式精測レーダ装置。
2. レーダ電波を送受信するレーダ送受信機で受信されたレーダ電波に基づいて目標の位置を検出する前記目標検出手段を複数具備し、
   複数の前記目標検出手段はそれぞれ異なる場所に設置され、
   前記予測位置算出手段は、追尾目標の最新データとして複数の前記目標検出手段それぞれで検出された目標の位置に基づいて、予測位置の算出を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子走査式精測レーダ装置。
3. レーダ電波を送受信するレーダ送受信機で受信されたレーダ電波に基づいて目標の位置を検出する目標検出ステップと、
   第１の更新レートで第１の追尾数の目標を追尾する第１目標追尾方法又は前記第１の更新レートの２倍の更新レートで前記第１の追尾数より少ない第２の追尾数の目標を追尾する第２目標追尾方法を用いて目標の追尾を前記検出された目標の位置に基づいて行う追尾処理ステップと、
   前記追尾処理ステップで追尾する前記目標の位置を目標検出データとして管理する追尾管理ステップと、
   前記追尾処理ステップにおける目標追尾方法を前記第１目標追尾方法又は前記第２目標追尾方法に切り替える切り替えステップと、
   前記切り替えステップにおける切り替えにより前記第１目標追尾方法が選択されている場合に、前記追尾管理ステップで管理される最新の目標検出データに基づいて目標の予測位置を算出し、前記切り替えステップにおける切り替えにより前記第２目標追尾方法が選択されている場合に、前記追尾管理ステップで管理される前記最新の目標検出データ又は前記最新の目標検出データより一つ前の目標検出データに基づいて前記目標の予測位置を算出する予測位置算出ステップと、
   前記算出された予測位置に基づいて前記レーダ電波のビーム放射方向を制御するビーム方向制御ステップと、
   を有し、
   前記予測位置算出ステップにおいては、前記切り替えステップにおける切り替えにより前記第２目標追尾方法が選択されている場合において、前記最新の目標検出データに基づいて前記目標の予測位置を算出した場合にコーストが発生した場合は、前記最新の目標検出データ以前の目標検出データに基づいて前記目標の予測位置を算出する、
   目標追尾方法。

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