JP5047109B2

JP5047109B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP5047109B2
Application number: JP2008255620A
Authority: JP
Inventors: 卓也和田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010085283A

Description

本発明は、レーダ装置に係り、特に、レーダ反射波のマルチパス等による影響を低減して、目標の高度情報を安定して取得するレーダ装置に関する。

従来より、目標の高度情報を取得するレーダ装置では、受信ビームを仰角方向に走査したり、あるいは仰角方向に受信用のマルチビームを形成し、これらビームでレーダ反射波からその仰角方向の角度情報を取得し、さらにこれを元にして高度情報を得ている。低仰角の目標からのレーダ反射波は、いわゆるマルチパスの影響を受けることが多い。すなわち、目標からの直接反射波に加え、例えば海面や地表面等に反射して別の経路を伝搬した信号が混入して受信されるため、角度情報としての測角値を取得する際に誤差を生じることになる。特に、目標の高度が低い場合、あるいは距離が長い場合には影響を受けやすい。しかも、その影響は固定的なものではなく、伝搬経路上の気象条件等によっても短時間の中で大きく変化し、その予測は困難なことが多い。

このような、目標の高度情報に対するマルチパスの影響に対処し得る事例が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示された事例では、目標方位に対して指向仰角の異なる複数の受信ビームを同時形成し、これらの受信ビームから高度情報を含む対象目標の概略的な位置情報を算出した後、その結果に基づき選択した測角方式を用いて測角演算処理を行ない、高度情報を取得している。また、受信ビームの低サイドローブ化や、複数の異なる送信周波数を用いた結果を統計的に処理する手法等も提案されている。
特開２００１−２７２４６４号公報（第６ページ、図３）

目標の角度情報取得の際にマルチパスの影響を受けた場合、その測定結果は真値を中心にしてランダムにばらつくことが知られている。また、受信ビームの指向角のわずかな変化に対しても敏感である。このため、仰角方向に受信用のマルチビームを形成して目標の角度情報を取得する場合、例えば、それぞれのビームでの測定結果に平均化処理等を施すことによってマルチパスによる影響を軽減することが考えられる。

しかしながら、マルチパスの影響は必ずしも固定的ではなく、目標との相対的な位置変化や観測時間経過に伴って予測困難に変化していく。そして、その影響は、マルチビームでのそれぞれの観測結果に不規則に現れるため、それぞれの測定結果のばらつきが大きくなって、角度情報の精度を劣化させる要因となっていた。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、マルチパス等の影響が絶えず変化する中で、目標の高度情報を安定して取得するレーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレーダ装置は、複数のアンテナ素子を配列し、レーダ送信パルスの反射波を受信する空中線部と、同一の目標に対していずれでも測角が可能な範囲でビーム指向方向の異なる複数の受信ビームを同時に形成するとともに、前記空中線部からの受信信号をこれら各受信ビームで受信したビーム出力を得るマルチビーム形成手段と、このマルチビーム形成手段からのビーム出力毎に検出した前記目標に対する測角データを取得する測角手段と、前記ビーム出力毎に取得した目標の測角データから前記目標の高度情報を算出する測高手段と、二次レーダによる前記目標の高度情報を受けとってこれを前記測高手段からの目標の高度情報と比較するとともに、比較結果に応じて前記マルチビーム形成手段における複数の受信ビームの指向方向を制御するビーム制御手段と
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、マルチパス等による影響が絶えず変化する環境下においても、目標の高度情報を安定して取得することができるレーダ装置を得ることができる。

以下に、本発明に係るレーダ装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。

図１は、本発明に係るレーダ装置の一実施例の構成を示すブロック図である。図１に例示したように、このレーダ装置は、空中線部１１、マルチビーム形成部１２、目標検出部１３、測角処理部１４、測角データ判定部１５、測角測高変換部１６、及びビーム制御部１７から構成されている。空中線部１１は、所定の形状に配列された複数のアンテナ素子（図示せず）から成り、レーダ送信パルスの反射波を受信する。マルチビーム形成部１２は、後述するビーム制御部１７からの制御に基づいて、ＤＢＦ（ＤｉｇｉｔａｌＢｅａｍＦｏｒｍｉｎｇ）等の手法を用いて指向方向の異なる複数の受信ビームを形成し、空中線部１１からの受信信号をこれら複数の受信ビームで受信したビーム出力を得る。形成される複数のビームは、同一の目標に対していずれでも測角が可能な範囲でビーム指向方向が互いに異なるものであり、その一例をモデル化して図２に示す。図２に示した事例では、互いに指向方向がわずかに異なる４本の受信ビーム１〜４を形成し手いる。そして、それぞれの受信ビームは、同一の目標に対して測角が可能であり、さらに、それぞれの受信ビームでの測角範囲の重複範囲の一部を、これら４本の受信ビームによる有効測角範囲としている。また、本実施例においては、形成するそれぞれのビームパターンは、後段での測角方式に対応させて、振幅比較測角用、またはモノパルス測角用のビームパターンのいずれも形成可能としている。

目標検出部１３は、マルチビーム形成部１２からの複数のビーム出力のそれぞれから目標を検出し、その結果を測角処理部１４に送出する。測角処理部１４は、複数のビーム出力毎に検出された目標に対して測角処理を行なって各受信ビーム毎の測角データを取得する。本実施例においては、測角処理方式としては、振幅比較方式、またはモノパルス方式のいずれかを適用して取得するものとしている。測角データ判定部１５は、各受信ビーム毎の測角データが、あらかじめ設定された有効測角範囲内にあるか否かを判定し、範囲外の測角データについては棄却するとともに、範囲内のものについては後段の測角測高変換部１６に送出する。上記の判定の際の有効測角範囲については、形成される受信ビームに対応してあらかじめ設定されるが、その設定にあたっての一例を、前出の図２を参照して説明する。

図２において、形成された４本の受信ビーム１〜４は、いずれも２°程度をカバーできる測角ビームとして互いに指向仰角をわずかに変え、例えば、受信ビーム１は−０．５°〜１．５°、受信ビーム２は−０．３°〜１．７°、受信ビーム３は０．０°〜２．０°、受信ビーム４は０．４°〜２．４°を指向しているものとする。また、これらの各受信ビームに対しては、それぞれに有効な測角範囲として、例えば、受信ビーム１は−０．３°〜１．０°、受信ビーム２は−０．２°〜１．２°、受信ビーム３は０．０°〜１．２°、受信ビーム４は０．６°〜２．０°の範囲があらかじめ設定されているものとする。このような場合には、これら４本の受信ビームのそれぞれの測角範囲の重複部分である、例えば０．６°〜１．０°が、これら４本の受信ビーム１〜４による有効測角範囲として設定される。

測角測高変換部１６は、測角データ判定部１５から有効測角範囲にあると判定された測角データを受けとり、例えば目標の距離情報に基づき、それぞれを測高データに変換するとともに、変換後の測高データに対して平均処理を行い、その結果を目標の高度情報として出力する。ビーム制御部１７は、マルチビーム形成部１２で形成する複数の受信ビームを制御する。また、測角測高変換部１６から目標の高度情報と、同一の目標に対して二次レーダにより取得した高度情報とを比較し、その差の標準偏差を算出するとともに、その算出結果が所定のしきい値を超えた場合には、マルチパスによる影響が変化しているものとし、マルチビーム形成部１２で形成する複数の受信ビームの指向方向を変化させるように制御する。本実施例においては、形成する複数の受信ビームのうちのいずれか１本の指向方向を上または下のいずれかの方向に変化させている。また、２本以上を同時に変化させることも可能としている。

次に、前出の図１及び図２、ならびに図３及び図４のフローチャートを参照して、上述のように構成された本実施例のレーダ装置の動作について説明する。図３は、図１に例示した本発明に係るレーダ装置の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、このレーダ装置が動作を開始すると、空中線部１１の各アンテナ素子においてレーダ送信パルスの反射波が受信され、マルチビーム形成部１２に送出される（ＳＴ３０１）。マルチビーム形成部１２では、ビーム制御部１７からの制御に基づきＤＢＦ等の手法を用いて指向仰角の異なる複数の受信ビームが形成されており、空中線部１１からの受信信号はこれらの受信ビームで受信されたものとして、その受信結果を各受信ビーム毎に得ている。取得された各受信ビーム毎のビーム出力は、目標検出部１３に送られる（ＳＴ３０２）。次いで、目標検出部１３では、マルチビーム形成部１２からのそれぞれのビーム出力に対して目標の検出処理を行う。そして、目標が検出された場合には、例えば、その距離情報の合致するものを同一の目標として、それぞれのビーム出力毎に測角処理部１４において測角処理を行い、その測角データを取得する。測角処理部１４における測角処理の手法としては、振幅比較方式、またはモノパルス測角方式のいずれも適用できるものとし、マルチビーム形成部１２で形成される測角ビームとしての受信ビームも、これらの測角方式に対応した形状のものが形成される（ＳＴ３０３）。

次いで、測角データ判定部１５において、測角処理部１４にて取得されたそれぞれの測角データが、あらかじめ設定された有効測角範囲内にあるか否かが判定される。有効測角範囲は、上述したように、複数の受信ビームのそれぞれについての有効な測角範囲の重複した部分に該当する。この判定により、マルチパス等の影響を受けているとされる受信ビームによる測角データを棄却して、影響の少ないとされる測角データを抽出している。抽出された目標の測角データは、測角測高変換部１６に送出される（ＳＴ３０４）。次いで、測角測高変換部１６では、これら目標の測角データのそれぞれを測高データに変換する。変換にあたっては、これら測角データが目標の仰角方向の角度情報に相当することから、例えば、これと目標までの距離情報等とを用いた演算処理により算出することができる。さらに測角測高変換部１６では、それぞれの測角データを測高データに変換後、これらの平均を算出し、対象目標の高度情報としている。そして、算出された高度情報は後段に出力されるとともに、ビーム制御部１７にも送出される（ＳＴ３０５）。

一方、ビーム制御部１７には、この測高測角変換部１６から送られてくる目標の高度情報とともに、二次レーダによるこの目標の高度情報が送られてきており、ビーム制御部１７は、これらを比較した結果に応じて、マルチビーム形成部１２で形成する複数の受信ビームの指向方向を制御する。本実施例においては、測高測角変換部１６からの目標の高度情報と二次レーダからの高度情報との差の標準偏差を算出し、この値を所定のしきい値と比較している（ＳＴ３０６）。そして、しきい値を越えた場合には、測高測角変換部１６で取得した目標の高度情報はバラツキが大きく不安定であり、マルチパス等の影響を多く受けているものと判断し、受信ビームの指向方向制御に移る（ＳＴ３０７のＹ）。

マルチパス等の影響はビーム指向角のわずかな変化に対しても敏感であることから、本実施例では、受信ビームの指向方向を次のように制御している。すなわち、１回の制御機会に対して、複数の受信ビームのうちのいずれか１つ受信ビームの指向方向をわずかに変化させる。具体例として、前出の図２の事例においては、第１回目の制御機会では、例えば受信ビーム１の指向仰角を０．０５°上方へ変化させて、有効測角範囲はそのままとする。動作継続後再びＳＴ３０８の動作ステップが実行される第２回目の制御機会では、第１回目と異なる、例えば受信ビーム２の指向仰角を０．０５°上方へ変化させる。さらに、次の制御機会ではこれらと異なる受信ビームの指向仰角を制御するようにして動作を継続する。図４は、図３のフローチャートに基づいて、このようにして繰り返される受信ビームの指向方向に対する制御機会の流れを説明するためのフローチャートの一例である。また、１つの受信ビームだけではなく、複数の受信ビームを同時に同一方向に同一角度変化させ、有効測角範囲も再設定するように制御することも可能である（ＳＴ３０８）。そして、この後は、動作終了が指示されるまで、上記した動作ステップを継続する（ＳＴ３０９）。

以上説明したように、本実施例においては、仰角方向に対して測角ビームとしての複数の受信ビームを同時に形成し、これら受信ビームのそれぞれで取得した目標に対する測角データの中から有効測角範囲のデータを用いて目標の高度情報を算出するとともに、二次レーダからの同一目標に対する高度情報を受けとってこの算出結果と比較している。そして、両者の差の標準偏差があらかじめ設定された所定のしきい値を越えた場合には、複数の受信ビームの指向方向を変化させるように制御している。これにより、目標との相対的な位置関係や観測時関経過に伴って不規則に現れるレーダ反射波に対するマルチパスの影響を軽減することができ、マルチパス等の影響が絶えず変化する環境下においても、目標の高度情報を安定して取得することができる。

なお、本発明は、上記した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、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明に係るレーダ装置の一実施例の構成を示すブロック図。形成される複数のビーム、及びこれらビームによる有効測角範囲を説明するための概念図。図１に例示したレーダ装置の動作を説明するためのフローチャート。受信ビームの指向方向の制御機会の流れを説明するためのフローチャート。

符号の説明

１１空中線部
１２マルチビーム形成部
１３目標検出部
１４測角処理部
１５測角データ判定部
１６測角測高変換部
１７ビーム制御部

Claims

複数のアンテナ素子を配列し、レーダ送信パルスの反射波を受信する空中線部と、
同一の目標に対していずれでも測角が可能な範囲でビーム指向方向の異なる複数の受信ビームを同時に形成するとともに、前記空中線部からの受信信号をこれら各受信ビームで受信したビーム出力を得るマルチビーム形成手段と、
このマルチビーム形成手段からのビーム出力毎に検出した前記目標に対する測角データを取得する測角手段と、
前記ビーム出力毎に取得した目標の測角データから前記目標の高度情報を算出する測高手段と、
二次レーダによる前記目標の高度情報を受けとってこれを前記測高手段からの目標の高度情報と比較するとともに、比較結果に応じて前記マルチビーム形成手段における複数の受信ビームの指向方向を制御するビーム制御手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
前記ビーム制御手段は、所定期間内における二次レーダによる前記目標の高度情報に対する前記測高手段からの高度情報の差の標準偏差を算出し、この算出結果があらかじめ設定された所定のしきい値を超えた場合に、前記マルチビーム形成手段による複数の受信ビームのうちのいずれか１つの指向方向を、前記目標に対し継続して測角が可能な範囲で変化させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
前記ビーム制御手段は、所定期間内における二次レーダによる前記目標の高度情報に対する前記測高手段からの高度情報の差の標準偏差を算出し、この算出結果があらかじめ設定された所定のしきい値を超えた場合に、前記マルチビーム形成手段による複数の受信ビームのうち２つ以上の指向方向を、前記目標に対し継続していずれでも測角可能な範囲で同一方向に同一角度変化させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
前記測高手段は、前記測角手段から受けとった各ビーム出力毎に取得した目標の測角データの中で、形成する前記受信ビームに対応してあらかじめ設定された測角範囲内にある測角データを抽出してそれ以外を棄却するとともに、これら抽出した測角データを目標の測高データに変換しそれらの平均処理結果に基づき前記目標の高度情報を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
前記測角手段は、振幅比較方式、またはモノパルス方式により測角データを取得し、前記マルチビーム形成手段は、これらの方式に対応した前記受信ビームを形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のレーダ装置。