JP5450936B2 - 目標高度計測方法、目標高度計測方式及びレーダ装置 - Google Patents
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Description
R1:目標距離
R2:速度成分
R3:加速度成分
本発明の目的は、上述した問題点を解決するものであり、距離と方位を計測できる二次元レーダを用いて、レーダの直上を通過しない目標であっても高度情報を算出できる目標高度計測方法、目標高度計測方式及びレーダ装置を提供することにある。
[構成の説明]
図1は本発明の第1の実施の形態1のレーダ装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態1のレーダ装置は、電波照射ビームを空間に放出する空中線部101、空中線部の方向を制御する駆動制御部102、送信波の生成と受信波の受信を行う送受信部103、送信した時刻と受信した時刻の差分より目標の距離を計測し出力する距離計測器104、ビーム送信角度と、受信信号の振幅等から目標信号の方位角を計測し出力する方位角計測器105、目標距離計測器104と方位角計測器105からの出力信号を一定時間分(同一遅延時間)遅延させる複数の遅延器106−1、106−2、106−3、106−4、距離計測器104の出力信号及び方位角計測器105の出力信号をそれぞれ遅延器106−1、106−2及び遅延器106−3、106−4を通過させ、距離計測器104の出力信号と方位角計測器105の出力信号とそれぞれの遅延器の出力信号を入力信号として目標の高度を算出する推定高度算出器107より構成される。
本発明の第1の実施の形態1の動作について図1を用いて説明する。送受信部103では、送信波を空中線部101に出力し、目標からの反射波を空中線部101から入力し、距離計測器104へ出力する。駆動制御部102は空中線の方向を制御する。距離計測器104は送信波を送信した時刻と目標からの反射波が得られた時刻との差分に基づき距離を算出して出力する。ビーム送信角度と受信信号の振幅等から方位角計測器105により目標の方位角を算出し、出力する。遅延器106−1、106−2、106−3、106−4は距離計測器104と方位角計測器105の出力信号を一定時間遅延させて出力する。推定高度算出器107は、距離計測器104と方位角計測器105の出力信号をそれぞれ0,1,2回遅延器を通過させた合計6つの信号を入力信号として高度を推定する。
同図に示すように、3次元空間の原点oに本実施の形態のレーダ装置の空中線部が設置され、計測対象の飛翔体等の目標が等高度で等速直線運動を行っているものとする。二次元レーダでは1スキャン分の計測値として、時刻T、距離R、方位角θが取得可能であるが、1スキャン分のこれらの計測値から高度を算出することはできないため、本実施の形態では同図に示す目標の位置A1,A2,A3の3スキャン分の計測値を使用する。
スキャンによる目標の計測時刻tは等間隔(目標の計測は同一データレート)とし、t=T1,T2,T3(T2−T1=T3−T2)において、距離計測器104により計測された目標の距離Rは、R=R1,R2,R3とし、方位角計測器105により計測された目標の方位角θは、θ=θ1,θ2,θ3とする。
R1 2=x1 2+y1 2+z0 2 ・・・(2)
R2 2=x2 2+y2 2+z0 2 ・・・(3)
R3 2=x3 2+y3 2+z0 2 ・・・(4)
となり、方位角θとx,y軸の値の関係は、
tanθ1=y1/x1 ・・・(5)
tanθ2=y2/x2 ・・・(6)
tanθ3=y3/x3 ・・・(7)
となる。
x2−x1=x3−x2 ・・・(8)
y2−y1=y3−y2 ・・・(9)
が成り立つ。
x1 2=(R1 2−z0 2)/k1 ・・・(10)
x2 2=(R2 2−z0 2)/k2 ・・・(11)
x3 2=(R3 2−z0 2)/k3 ・・・(12)
となる。ここで、
k1=1+tan2θ1 ・・・(13)
k2=1+tan2θ2 ・・・(14)
k3=1+tan2θ3 ・・・(15)
である。
4x2 2=x1 2+2x1x3+x3 2 ・・・(16)
(9)式を同様に変形すると、
4y2 2=y1 2+2y1y3+y3 2 ・・・(17)
4x2 2tan2θ2=x1 2tan2θ1+2x1x3tanθ1tanθ3+x3 2tan2θ3 ・・・(18)
となり、
(18)式へ(16)式の2x1x3(=4x2 2−x1 2−x3 2)を代入して整理すると、
x1 2h1+x2 2h2+x3 2h3=0 ・・・(19)
ここで、
h1=tan2θ1−tanθ1tanθ3 ・・・(20)
h2=4tanθ1tanθ3−4tan2θ2 ・・・(21)
h3=tan2θ3−tanθ1tanθ3 ・・・(22)
となる。
(k2k3h1+k3k1h2+k1k2h3)z0 2=k2k3h1R1 2+k3k1h2R2 2+k1k2h3R3 2
となり、同式から目標の高度z0の計算式は次式(23)のようになり、同式のk1,k2,k3,h1,h2,h3は(13)〜(15)式と(20)〜(22)式により方位角θに基づいて算出可能である。
次に、本発明の第2の実施の形態として、セクタスキャンを行うレーダのようにデータレートが一定ではないレーダ装置について以下説明する。
まず、時間補正係数算出器110は比例値Cを、
C=(T3−T2)/(T2−T1) ・・・(24)
として、推定高度算出器107’へ出力する。高度を算出する計算式は、前述の式(8)、(9)に代えて以下の式に変更して計算される。
C(y2−y1)=y3−y2 ・・・(9)’
z0={(k2k3h1’R1 2+k3k1h2’R2 2+k1k2h3’R3 2)/(k2k3h1’+k3k1h2’+k1k2h3’)}1/2 ・・・(25)
但し、
k1=1+tan2θ1
k2=1+tan2θ2
k3=1+tan2θ3
h1’=C2(tan2θ1−tanθ1tanθ3)
h2’=(1+C)2(tanθ1tanθ3−tan2θ2)
h3’=tan2θ3−tanθ1tanθ3
となる。
第2の実施の形態として、データレートが一定でない二次元レーダを使用する例として説明したが、レーダの計測方式の違い、スキャン特性、目標の移動速度等によりデータレートが変化しうる二次元レーダに適用して好適である。また、第2の実施の形態は、データレートが一定の場合はC=1となり高度の算出式は第1の実施の形態と同様となるからデータレートが一定の場合にも適用可能である。
102 駆動制御部
103 送受信部
104 距離計測器
105 方位角計測器
106−1〜106−4、106’−1〜106’−6 遅延器
107、107’ 推定高度算出器
108 目標検出時間測定器
109 遅延時間制御器
110 時間補正係数算出器
Claims (8)
- 目標までの距離を計測する距離計測器と目標の方位角を計測して出力する方位角計測器とを備える二次元レーダにより目標の高度を計測する目標高度計測方法であって、3位置で計測した距離及び方位角の出力タイミングを一致させ、タイミングが一致した3位置で計測した距離及び方位角によりほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を計測することを特徴とする目標高度計測方法。
- 前記3位置で計測した距離及び方位角をそれぞれ距離R1,R2,R3及び方位角θ1,θ2,θ3とし、
z0={(k2k3h1R1 2+k3k1h2R2 2+k1k2h3R3 2)/(k2k3h1+k3k1h2+k1k2h3)}1/2
但し、
k1=1+tan2θ1
k2=1+tan2θ2
k3=1+tan2θ3
h1=tan2θ1−tanθ1tanθ3
h2=4tanθ1tanθ3−4tan2θ2
h3=tan2θ3−tanθ1tanθ3
により目標の高度z0を算出することを特徴とする請求項1記載の目標高度計測方法。 - 3位置の計測時刻により計測の時間間隔を算出し、該時間間隔に基づいて距離、方位角及び計測時刻の出力タイミングを一致させ、前記時間間隔の変化による時間補正を行って高度を算出することを特徴とする請求項1記載の目標高度計測方法。
- 前記3位置で計測した距離、方位角及び計測時刻をそれぞれ距距離R1,R2,R3、方位角θ1,θ2,θ3、及び計測時刻T1,T2,T3及び時間補正係数をCとし、
z0={(k2k3h1’R1 2+k3k1h2’R2 2+k1k2h3’R3 2)/(k2k3h1’+k3k1h2’+k1k2h3’)}1/2
但し、
k1=1+tan2θ1
k2=1+tan2θ2
k3=1+tan2θ3
h1’=C2(tan2θ1−tanθ1tanθ3)
h2’=(1+C)2(tanθ1tanθ3−tan2θ2)
h3’=tan2θ3−tanθ1tanθ3
C=(T3−T2)/(T2−T1)
により目標の高度z0を算出することを特徴とする請求項3記載の目標高度計測方法。 - 空中線部と、空中線の駆動制御部と、空中線に対する送受信を行う送受信部と、送受信部からの出力を受けて距離計測を行う距離計測器と、送受信部と駆動制御部とからの出力を受けて方位角を計測する方位角計測器とを具備する二次元レーダと、前記二次元レーダにより計測した目標の少なくとも移動する3位置の距離及び方位角に基づいてほぼ等高度等速直線運動する目標の高度を算出する推定高度算出器とを備え、
前記3位置で計測したそれぞれの距離及び方位角の出力タイミングを一致させて前記推定高度算出器に出力することを特徴とするレーダ装置。 - 前記3位置で計測した距離及び方位角をそれぞれ距離R1,R2,R3及び方位角θ1,θ2,θ3とし、前記推定高度算出器は、
z0={(k2k3h1R1 2+k3k1h2R2 2+k1k2h3R3 2)/(k2k3h1+k3k1h2+k1k2h3)}1/2
但し、
k1=1+tan2θ1
k2=1+tan2θ2
k3=1+tan2θ3
h1=tan2θ1−tanθ1tanθ3
h2=4tanθ1tanθ3−4tan2θ2
h3=tan2θ3−tanθ1tanθ3
により目標の高度z0を算出することを特徴とする請求項5記載のレーダ装置。 - 前記3位置の計測時刻を計測する目標検出時刻測定器と、距離、方位角及び計測時刻の出力タイミングを一致させる遅延器と、前記計測時刻により時間補正係数を算出する時間補正係数算出器とを備え、前記推定高度算出器は、前記時間補正係数、距離、方位角及び計測時刻に基づいて目標の高度を算出することを特徴とする請求項5記載のレーダ装置。
- 前記3位置で計測した距離、方位角及び計測時刻をそれぞれ距離R1,R2,R3、方位角θ1,θ2,θ3、計測時刻T1,T2,T3、及び時間補正係数をCとし、前記推定高度算出器は、
z0={(k2k3h1’R1 2+k3k1h2’R2 2+k1k2h3’R3 2)/(k2k3h1’+k3k1h2’+k1k2h3’)}1/2
但し、
k1=1+tan2θ1
k2=1+tan2θ2
k3=1+tan2θ3
h1’=C2(tan2θ1−tanθ1tanθ3)
h2’=(1+C)2(tanθ1tanθ3−tan2θ2)
h3’=tan2θ3−tanθ1tanθ3
C=(T3−T2)/(T2−T1)
により目標の高度z0を算出することを特徴とする請求項7記載のレーダ装置。
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JP2007179692A JP5450936B2 (ja) | 2007-07-09 | 2007-07-09 | 目標高度計測方法、目標高度計測方式及びレーダ装置 |
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JP2009014655A JP2009014655A (ja) | 2009-01-22 |
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Family Applications (1)
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