JP5659832B2 - レーダ断面積の計測方法、及びレーダ断面積の計測装置 - Google Patents

Description

この発明は、レーダ断面積の測定を行う計測方法およびその計測装置に関するものである。

レーダ断面積を計測する計測目標に電波を照射し、その目標のレーダ断面積を計測する方法に関しては、既に各種の方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特許２０００−２０６２３０号公報

レーダ断面積の計測においては、例えば導体球や金属平板のようにレーダ断面積が既知である基準目標についての計測値と、レーダ断面積を計測したい計測目標の計測値との比較を行うことにより、計測目標のレーダ断面積を算出する方法が一般的である。また、レーダ断面積を計測する際には、計測目標のレーダ断面積の計測に影響を及ぼさないようなレーダ断面積の小さな支持構造を設置し、その上に基準目標を設置して、基準目標からのレーダ断面積を計測する。

しかし、例えば海面上の船のレーダ断面積を計測する場合、海上に安定して固定可能な低レーダ断面積の基準目標を設置することは困難なため、気球を空中に浮遊させて、基準目標を気球に取り付けて空中に吊下げることで、基準目標を支持している。図５は、基準目標を気球に吊り下げた状況を例示する図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図を示している。図５において、基準目標２は、ケーブル９によって気球３から吊り下げられ、ケーブル８によって地上から牽引されている。そして、レーダ断面積計測装置５０を用いることで、基準目標と計測目標である船のレーダ断面積を計測する。なお、図５の符号１０は、レーダ断面積計測装置５０の送受信アンテナ１からの等距離線を示している。

この場合、図５の等距離線１０を見てわかる通り、基準目標２と気球３が送受信アンテナ１から等距離となっており、気球３のレーダ断面積と基準目標２のレーダ断面積を分離することができない。このため、基準目標２のレーダ断面積を正しく計測することが困難となるという問題があった。また、この基準目標２の計測値を取得する際に、基準目標２と基準目標２を支持する構造（ケーブル８、９）との間で不要散乱波が発生し、この不要散乱波により、基準目標２のレーダ断面積値を計測する際の計測値が変動してしまうという問題があった。

この発明によるレーダ断面積の計測方法は、レーダ断面積の既知な基準目標を、複数の気球により送信アンテナから距離の異なる位置に懸吊するステップ、上記送信アンテナから上記基準目標に電波を照射して、上記基準目標のレーダ断面積を計測し、計測した基準目標のレーダ断面積と基準目標の既知のレーダ断面積を基にレーダ断面積の計測校正値を得るステップ、上記基準目標を除いた状態で上記送信アンテナから計測目標に電波を照射し、計測目標のレーダ断面積を計測して、計測したレーダ断面積を上記計測校正値で補正することで、計測目標のレーダ断面積を求めるステップ、を備えたものである。

この発明によれば、レーダ断面積を計測する際に、計測目標と対比するための既知のレーダ断面積を有する基準目標のレーダ反射特性のみを計測して、レーダ断面積の計測校正値を得ることができるので、計測目標のレーダ断面積を精度良く計測することが可能となる。

この発明に係る実施の形態１による、レーダ断面積の計測装置を示す図である。 この発明に係る実施の形態１による、レーダ断面積の計測フローを示す図である。 この発明に係る実施の形態１による、背景の計測状況を示す図である。 この発明に係る実施の形態１による、計測目標の計測状況を示す図 従来の基準目標のレーダ断面積の計測方法を示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１によるレーダ断面積の計測装置を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。図において、レーダ断面積の計測装置１００は、送受信アンテナ１と、送受信機４と、計算機５と、基準信号送信ユニット６と、ＧＰＳシステム７と、基準目標２と、気球３から構成される。

送受信アンテナ１は、計測目標に電波を照射する送信アンテナと、その電波が計測目標によって反射し、その反射電波を受信する受信アンテナとから構成される。基準目標２は、レーダ断面積の既知な目標であり、例えばレーダ断面積が下記の数１式より算出できる導体球のような物体である。

気球３は空中を浮遊し、基準目標２を懸吊する。基準目標２は、２つ以上の複数の気球３から、低レーダ断面積の誘電体ワイヤ９によってそれぞれ吊り下げられる。図の例では、一方の気球３と基準目標２とを結ぶ誘電体ワイヤ９と、他方の気球３と基準目標２とを結ぶ誘電体ワイヤ９とのなす角度は、所定の角度（例えば鈍角）となっている。なお、気球３の個数についての制約は無く、基準目標２を、複数の気球から空中の一点に固定することができればよい。

また、気球３は、ワイヤ８によって地上に接続されている。ワイヤ８は、気球３を空中に固定するためのであり、１本のワイヤの一端は気球３に固定され、１本のワイヤの他端は地面の任意の場所に固定することが可能な、例えばフックのような係留機構を有する。また、このワイヤ８の本数についての制約は無く、気球を空中の一点に固定することができ、かつ基準目標２と等距離に存在しないような配置を得ることができれば良い。さらに、ワイヤ以外に鉄柱を使用して気球３を固定するような他の代替手段を用いてもよい。

送受信機４は、例えばベクトルネットワークアナライザのＳ２１法を用いて、計測結果を出力可能な装置である。計算機５は、送受信機４の出力を用いて、計測目標のレーダ断面積を算出するためのソフトウェアを備えている。ＧＰＳシステム７は、ＧＰＳ信号を受信し、受信時刻と自己位置を正確に計測し、その計測した時刻と位置を記録装置に保存する。ＧＰＳシステム７を用いることによって、送受信アンテナ１の位置を正確に計測することができる。

基準信号送信ユニット６は、気球３の下部に取り付けられる。基準信号送信ユニット６は、基準信号の送信出力を可変することのできる信号源と、送信アンテナと、外部制御を行うための通信機能と、ＧＰＳユニットと、記録装置を備えている。基準信号送信ユニット６は、外部制御によって、基準信号の送信開始、基準信号の送信中止、基準信号出力の大きさの可変などの各種制御を行うことが可能である。また、基準信号送信ユニット６は、そのＧＰＳユニットによってＧＰＳ信号を受信し、受信時刻と自己位置を正確に計測するとともに、その計測した時刻と位置を記録装置に保存する。基準信号送信ユニット６は、ＧＰＳユニットを有することにより、自己位置を正確に計測することができる。

図１（ａ）の側面図と、図１（ｂ）の上面図から明らかな通り、送受信アンテナ１と基準目標２の間には遮蔽物が無く、送受信アンテナ１から送信される電波を、基準目標２に確実に照射することができる。また、基準目標２と等距離となる位置には気球３のような不要物が介在しないような配置となっている。このため、基準目標２を支持する構造物の影響を受けることなく、基準目標２のみのレーダ断面積を計測することができるので、基準目標２を用いたレーダ断面積の計測精度が向上する。

図２は、実施の形態１によるレーダ断面積の計測フローを示す図である。図３は、実施の形態１による、背景計測の状況を示す図であり、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は上面図である。図４は、実施の形態１による、計測目標７の計測状況を示す図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は上面図である。以下、図１乃至４を用いて、実施の形態１によるレーダ断面積の計測方法について説明する。

まず、背景計測を行うステップＳ１について説明する。Ｓ１では、図３に示すように、空間上に基準目標２、計測目標７等を配置しない状態で、送受信アンテナ１から電波を放射し、背景によって反射した反射波を、送受信アンテナ１で受信し、レーダ断面積計測時の背景計測値を得る。

次に、基準信号の計測を行うステップＳ２について説明する。図１において、Ｓ２では、基準信号送信ユニット６から、所望の大きさの出力で信号を放射し、それを送受信アンテナ１で受信する。このとき、送受信アンテナ１からは信号を出力せず、送受信アンテナ１は基準信号送信ユニット６からの送信信号のみを受信する。このとき、基準信号送信ユニット６に備えたＧＰＳユニットで得られた基準信号送信ユニット６の位置情報（位置座標）と、ＧＰＳシステム７で得られた送受信アンテナ１の位置情報（位置座標）とから、基準信号送信ユニット６と送受信アンテナ１の間の距離Ｒを算出する。また、このとき、送受信アンテナ１での受信電力の理論値は、基準信号送信ユニット６の送信電力をＰ、アンテナゲインをＧ、送受信アンテナ１の有効開口面積をＡとすると、下記の数２式で表現される。

この受信電力の理論値と、実際に送受信アンテナ１で計測した計測値とを比較し、一致した場合には、計測系は正しく動作しているため、計測を次のステップに進める。また、一致しない場合には、気球３の位置や高さを変更することにより、基準信号送信ユニット６の位置を変え、再度背景計測値の取得からやり直す。

次に、基準目標の計測を行うステップＳ３について説明する。図１において、Ｓ３では、基準目標２の計測値を取得する。基準目標２の計測時には、基準信号送信ユニット６からは信号を出さず、送受信アンテナ１から電波を放射し、基準目標２によって反射した反射波を送受信アンテナ１で受信し、基準目標２の計測値を得る。

次に、計算機５により、基準目標２の計測値から、背景計測値を、振幅及び位相を考慮したベクトルで減算する。この減算により得られた生データＸから、図１の形態で設置される基準目標２について、理論式１より算出したレーダ断面積を減算し、レーダ断面積計測用補正値Ｙ（計測校正値）を算出する。これら算出式は、例えば次の数３式のように表現される。

次に、計測目標７のレーダ断面積の計測を行うステップＳ４について説明する。Ｓ４にて、図４に示すように、基準目標２及び気球３が除かれた状況で、計測目標７のレーダ断面積計測値を取得する。このとき、計測目標７は、基準目標２が存在していた位置を通過したときに、レーダ断面積の計測値を得る。

最後に、ステップＳ５にて、計算機５により、計測目標７のレーダ断面積計測値からレーダ断面積計測用補正値Ｙ（計測校正値）を減算することにより、次の数４式に示すように計測目標７のレーダ断面積Ｚを得る。

以上説明した通り、実施の形態１によるレーダ断面積計測方法は、レーダ断面積の既知な基準目標を、複数の気球により送信アンテナから距離の異なる位置に懸吊するステップと、上記送信アンテナから上記基準目標に電波を照射して、上記基準目標のレーダ断面積を計測し、計測した基準目標のレーダ断面積と基準目標の既知のレーダ断面積を基にレーダ断面積の計測校正値を得るステップと、上記基準目標を除いた状態で上記送信アンテナから計測目標に電波を照射し、計測目標のレーダ断面積を計測して、計測したレーダ断面積を上記計測校正値で補正することで、計測目標のレーダ断面積を求めるステップと、を備えたものである。

また、実施の形態１によるレーダ断面積計測装置は、電波を照射する送信アンテナと、上記送信アンテナから照射した電波が目標で反射した反射電波を受信する受信アンテナと、上記受信アンテナの位置を計測するＧＰＳシステムと、レーダ断面積の既知な基準目標と、上記基準目標を、上記送信アンテナからの距離の異なる位置からそれぞれ懸吊する複数の気球と、上記気球に取り付けられ、自己位置を計測するＧＰＳユニット及び基準信号を送信する送信アンテナを有した基準信号送信ユニットと、上記基準信号送信ユニットで計測した自己位置と上記ＧＰＳシステムで計測した受信アンテナの位置、及び上記基準信号送信ユニットからの基準信号を受信した上記受信アンテナの受信信号に基づいて上記気球の位置を調整した後、上記送信アンテナから上記基準目標に電波を照射して上記基準目標のレーダ断面積を計測し、計測した基準目標のレーダ断面積と基準目標の既知のレーダ断面積を基にレーダ断面積の計測校正値を得てから、上記基準目標を除いた状態で上記送信アンテナから計測目標に電波を照射し、計測目標のレーダ断面積を計測して、計測したレーダ断面積を上記計測校正値で補正する処理を行う計算機と、を備えたことを特徴とする。

このように、レーダ断面積を計測する際に、計測目標と対比するための既知のレーダ断面積を有する基準目標のレーダ反射特性のみを計測して、レーダ断面積の計測校正値を得ることができるので、計測目標のレーダ断面積を精度良く計測することが可能となる。

実施の形態１によるレーダ断面積計測方法は、車輌、船舶、航空機等、一般的な計測目標のレーダ断面積計測にも使用可能であり、汎用性が高い。

１ 送受信アンテナ、 ２ 基準目標、 ３ 気球、 ４ 送受信機、 ５ 計算機、 ６ 基準信号送信ユニット、 ７ ＧＰＳシステム、 ８ ワイヤ、 ９ ワイヤ。

Claims (3)

1. レーダ断面積の既知な基準目標を複数の気球により懸吊し、当該基準目標と送信アンテナの距離と、当該それぞれの気球と送信アンテナの距離とが異なる位置に当該基準目標を配置するステップ、
   上記送信アンテナから上記基準目標に電波を照射して、上記基準目標のレーダ断面積を計測し、計測した基準目標のレーダ断面積と基準目標の既知のレーダ断面積を基にレーダ断面積の計測校正値を得るステップ、
   上記基準目標を除いた状態で上記送信アンテナから計測目標に電波を照射し、計測目標のレーダ断面積を計測して、計測したレーダ断面積を上記計測校正値で補正することで、計測目標のレーダ断面積を求めるステップ、
   を備えたレーダ断面積の計測方法。
2. 電波を照射する送信アンテナと、
   上記送信アンテナから照射した電波が目標で反射した反射電波を受信する受信アンテナと、
   レーダ断面積の既知な基準目標と、
   上記基準目標を懸吊する複数の気球と、
   上記送信アンテナから上記基準目標に電波を照射して上記基準目標のレーダ断面積を計測し、計測した基準目標のレーダ断面積と基準目標の既知のレーダ断面積を基にレーダ断面積の計測校正値を得た後、上記基準目標を除いた状態で上記送信アンテナから計測目標に電波を照射し、計測目標のレーダ断面積を計測して、計測したレーダ断面積を上記計測校正値で補正する処理を行う計算機と、
   を備え、
   上記基準目標と上記送信アンテナの距離と、上記それぞれの気球と上記送信アンテナとの距離が異なるように、上記気球をそれぞれ異なる位置に配置したレーダ断面積計測装置。
3. 電波を照射する送信アンテナと、
   上記送信アンテナから照射した電波が目標で反射した反射電波を受信する受信アンテナと、
   上記受信アンテナの位置を計測するＧＰＳシステムと、
   レーダ断面積の既知な基準目標と、
   上記基準目標を懸吊する複数の気球と、
   上記気球に取り付けられ、自己位置を計測するＧＰＳユニット及び基準信号を送信する送信アンテナを有した基準信号送信ユニットと、
   上記基準信号送信ユニットで計測した自己位置と上記ＧＰＳシステムで計測した受信アンテナの位置、及び上記基準信号送信ユニットからの基準信号を受信した上記受信アンテナの受信信号に基づいて上記気球の位置を調整した後、上記送信アンテナから上記基準目標に電波を照射して上記基準目標のレーダ断面積を計測し、計測した基準目標のレーダ断面積と基準目標の既知のレーダ断面積を基にレーダ断面積の計測校正値を得てから、上記基準目標を除いた状態で上記送信アンテナから計測目標に電波を照射し、計測目標のレーダ断面積を計測して、計測したレーダ断面積を上記計測校正値で補正する処理を行う計算機と、
   を備え、
   上記基準目標と上記送信アンテナの距離と、上記それぞれの気球と上記送信アンテナとの距離が異なるように、上記気球をそれぞれ異なる位置に配置したレーダ断面積計測装置。

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