JP5697536B2 - 測角装置 - Google Patents
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Description
このように、3次元分散配置のアレーアンテナを用いた測角装置において、仰角θあるいは方位角φの独立なモノパルス測角を実現することが課題であった。
図4は、この発明の実施の形態1による測角装置を示す構成図である。
図4に示す測角装置は3次元アレーアンテナ1、合成部5,6、除算部7、測角部8を備えている。
3次元アレーアンテナ1は、アンテナ素子2で構成される領域とアンテナ素子3から構成される領域からなり、境界4でモノパルス測角のための2領域に分割される。また、3次元アレーアンテナ1は、仰角θを独立に測角するためのアンテナ配置となっている。尚、この配置条件については後述する。合成部5は、2領域の差信号Δを生成する手段であり、合成部6は2領域の和信号Σを生成する手段である。また、これら合成部5,6で合成手段が構成されている。除算部7は、差信号Δを和信号Σで除算する手段であり、測角部8は、除算部7における除算結果に基づいて仰角θのモノパルス測角を行う手段である。また、これら除算部7及び測角部8によって測角手段が構成されている。
3次元アレーアンテナ1におけるアレーアンテナ配置は、図4中の破線枠内に示すアンテナ配置条件を満たす必要がある。すなわち、任意の1種類の線形アレーアンテナである基本配置9と任意の3次元アンテナ配置10の空間的な畳み込みとして、3次元アレーアンテナ1が構成されるという条件である。
・基本配置9は、アンテナ素子2とアンテナ素子3の両方によって構成されなければならない。
・測角対象が仰角θの場合、基本配置9は鉛直方向の線形アレーアンテナである。
・測角対象が方位角φの場合、基本配置9は水平方向の線形アレーアンテナである。
図4中の破線枠内に記載の任意の3次元アンテナ配置10のアレーファクタをaarb(θ,φ)、基準配置9のアレーファクタをapri(θ)とする。また、基準配置9のアンテナ素子2で構成される領域のアレーファクタをapri1(θ)、アンテナ素子3で構成される領域のアレーファクタをapri2(θ)とする。図4記載の3次元アレーアンテナ1は仰角θを測角対象としているため、基準配置9は鉛直方向の線形アレーアンテナとなっており、そのためアレーファクタapri(θ)は仰角θに対してのみの関数となっている。このときアレーファクタapri(θ)は以下のように記述できる。
a1(θ,φ)=apri1(θ)・aarb(θ,φ) (2)
a2(θ,φ)=apri2(θ)・aarb(θ,φ) (3)
このとき、前述の図3と同様に、3次元アレーアンテナ1のアンテナ素子2とアンテナ素子3の2領域の信号から作成したΔ/Σを図5に示す。図5では、図3と同様に3種類の方位角φ(φ=−1°,0°,1°)についてのΔ/Σ曲線が示されている。図3とは異なり、図5では三つのΔ/Σ曲線が一致していることが確認できる。図5から、実施の形態1の3次元アレーアンテナ1を用いることで、方位角φの影響を受けずに仰角θのモノパルス測角を行えることがわかる。
実施の形態2は、測角装置をMIMOレーダ技術に適用した例である。
送信アレーアンテナを構成する複数の送信アンテナ素子や複数の送信サブアレーから、それぞれ異なる直交する信号を送信し、受信側でそれらの信号を分離し、仮想的により開口の広いアレーアンテナを構成するMIMOレーダ技術がある(例えば、文献として、J.Li and P.Stoica,MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING,Wiley,2009.参照)。このとき、MIMOレーダにおける仮想アレーアンテナは送信アレーアンテナ配置と受信アレーアンテナ配置の畳み込みと見なすことができる。
このとき、仮想アレーアンテナ11は、MIMOレーダ技術により、図6記載の受信アレーアンテナ1aと送信アレーアンテナ13の畳み込みとして構成される。
・基本配置9aはアンテナ素子2aとアンテナ素子3aの両方によって構成されなければならない。
・測角対象が仰角θの場合、基本配置9aは鉛直方向の線形アレーアンテナである。
・測角対象が方位角φの場合、基本配置9aは水平方向の線形アレーアンテナである。
apriTx(θ)=apri1Tx(θ)+apri2Tx(θ) (5)
このとき、送信アレーアンテナ13は、基本配置9aと任意の3次元アンテナ配置12の畳み込みとして構成され、MIMOレーダの仮想アレーアンテナ11は、送信アレーアンテナ13と受信アレーアンテナ1aの畳み込みとして構成される。前述のように、アンテナ配置が空間での畳み込みで表現できる場合、アレーファクタはそれらのアンテナ配置のアレーファクタの積となる。よって、送信アレーアンテナ13の任意の3次元アンテナ配置12のアレーファクタをaarbTx(θ,φ)、受信アレーアンテナ1aのアレーファクタをaRx(θ,φ)とすると、仮想アレーアンテナ11のアンテナ素子2aからなる領域のアレーファクタaMIMO1(θ,φ)とアンテナ素子3aからなる領域のアレーファクタaMIMO2(θ,φ)は以下の様に表すことができる。
aMIMO2(θ,φ)=apri2Tx(θ)・aarbTx(θ,φ)・aRx(θ,φ) (7)
このとき、仰角θのモノパルス測角の評価関数Δ/Σは、式(6)と式(7)から以下のように記述することができる。
その場合、図6における送信アレーアンテナ13の基本配置9aを構成するアンテナ素子2aおよびアンテナ素子3aを、実施の形態1の場合と同様にサブアレーに置き換えればよい。
上記実施の形態1および実施の形態2に係る測角装置により、所望の到来角を独立に測角することができる。しかし、仰角θおよび方位角φの両方が測角対象である場合は、アンテナ素子配置の物理的な制約などから、両角度の独立な測角のためのアンテナ配置条件を満たすことが難しい場合がある。そのため、仰角θあるいは方位角φのどちらか一方のみ独立に測角できるといった状況が起こる。
Claims (10)
- 任意の二つのグループのアンテナ素子で構成された1種類の鉛直方向の線形アレーアンテナ配置と、任意の3次元アレーアンテナ配置の空間的な畳み込みとして構成される3次元受信アレーアンテナと、
前記3次元受信アレーアンテナにおいて、鉛直方向の線形アレーアンテナの二つのアンテナ素子グループに対応するようにアンテナ素子を二つの領域に分割し、これら二つの領域の受信信号について差信号Δと和信号Σを生成する合成手段と、
前記差信号Δと和信号Σを用いて仰角θのモノパルス測角を行う測角手段を備えたことを特徴とする測角装置。 - 任意の二つのグループのアンテナ素子で構成された1種類の水平方向の線形アレーアンテナ配置と、任意の3次元アレーアンテナ配置の空間的な畳み込みとして構成される3次元受信アレーアンテナと、
前記3次元受信アレーアンテナにおいて、水平方向の線形アレーアンテナの二つのアンテナ素子グループに対応するようにアンテナ素子を二つの領域に分割し、これら二つの領域の受信信号について差信号Δと和信号Σを生成する合成手段と、
前記差信号Δと和信号Σを用いて方位角φのモノパルス測角を行う測角手段を備えたことを特徴とする測角装置。 - 任意の二つのグループのアンテナ素子で構成された1種類の鉛直方向の線形アレーアンテナ配置と、任意の二つのグループのアンテナ素子で構成された1種類の水平方向の線形アレーアンテナ配置と、任意の3次元アレーアンテナ配置の空間的な畳み込みとして構成される3次元受信アレーアンテナと、
前記3次元受信アレーアンテナにおいて、鉛直方向の線形アレーアンテナの二つのアンテナ素子グループに対応するようにアンテナ素子を二つの領域に分割し、それら二つの領域の受信信号について差信号Δと和信号Σを生成する第1の合成手段と、
前記第1の合成手段で生成された差信号Δと和信号Σを用いて仰角θのモノパルス測角を行う第1の測角手段と、
前記3次元受信アレーアンテナにおいて、水平方向の線形アレーアンテナの二つのアンテナ素子グループに対応するようにアンテナ素子を二つの領域に分割し、それら二つの領域の受信信号について差信号Δと和信号Σを生成する第2の合成手段と、
前記第2の合成手段で生成された差信号Δと和信号Σを用いて方位角φのモノパルス測角を行う第2の測角手段とを備えたことを特徴とする測角装置。 - 任意の二つのグループのアンテナ素子で構成された1種類の鉛直方向の線形アレーアンテナ配置と、任意の3次元アレーアンテナ配置の空間的な畳み込みとして構成され、前記アンテナ素子からそれぞれ直交する信号を送信する機能を持つ3次元送信アレーアンテナと、
任意の3次元受信アレーアンテナと、
前記3次元受信アレーアンテナで受信した信号を前記送信信号ごとに分離する信号分離手段と、
分離後の受信信号を、前記鉛直方向の線形アレーアンテナ配置における二つのグループに対応するように二つのグループに分割し、これら二つのグループの受信信号について差信号Δと和信号Σを生成する合成手段と、
前記合成手段で生成された差信号Δと和信号Σを用いて仰角θのモノパルス測角を行う測角手段とを備えたことを特徴とする測角装置。 - 任意の二つのグループのアンテナ素子で構成された1種類の水平方向の線形アレーアンテナ配置と、任意の3次元アレーアンテナ配置の空間的な畳み込みとして構成され、前記アンテナ素子からそれぞれ直交する信号を送信する機能を持つ3次元送信アレーアンテナと、
任意の3次元受信アレーアンテナと、
前記3次元受信アレーアンテナで受信した信号を前記送信信号ごとに分離する信号分離手段と、
分離後の受信信号を、前記水平方向の線形アレーアンテナ配置における二つのグループに対応するように二つのグループに分割し、これら二つのグループの受信信号について差信号Δと和信号Σを生成する合成手段と、
前記合成手段で生成された差信号Δと和信号Σを用いて方位角φのモノパルス測角を行う測角手段とを備えたことを特徴とする測角装置。 - 任意の二つのグループのアンテナ素子で構成された1種類の鉛直方向の線形アレーアンテナ配置と、任意の二つのグループのアンテナ素子で構成された1種類の水平方向の線形アレーアンテナ配置と、任意の3次元アレーアンテナ配置の空間的な畳み込みとして構成され、前記アンテナ素子からそれぞれ直交する信号を送信する機能を持つ3次元送信アレーアンテナと、
任意の3次元受信アレーアンテナと、
前記3次元アレーアンテナで受信した信号を前記送信信号ごとに分離する信号分離手段と、
分離後の受信信号を、前記鉛直方向の線形アレーアンテナ配置における二つのグループに対応するように二つのグループに分割し、これら二つのグループの受信信号について差信号Δと和信号Σを生成する第1の合成手段と、
前記第1の合成手段で生成された差信号Δと和信号Σを用いて仰角θのモノパルス測角を行う第1の測角手段と、
分離後の受信信号を、前記水平方向の線形アレーアンテナ配置における二つのグループに対応するように二つのグループに分割し、これら二つのグループの受信信号について差信号Δと和信号Σを生成する第2の合成手段と、
前記第2の合成手段で生成された差信号Δと和信号Σを用いて方位角φのモノパルス測角を行う第2の測角手段とを備えたことを特徴とする測角装置。 - 送信アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子がそれぞれ直交する信号を送信し、信号分離手段によって、受信後の信号を前記送信信号ごとに分離するMIMOレーダとしての機能を有することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の測角装置。
- 仰角θのモノパルス測角結果を参照し方位角φの測角のための2次元のΔφ/Σのデータから仰角θの測角結果に対応するΔφ/Σ1次元データを切り出すデータ切り出し部と、
前記Δφ/Σ1次元データと、方位角φの測角のための差信号Δφと、和信号Σとを用い、方位角φのモノパルス測角を行う方位角φモノパルス測角部とを備えたことを特徴とする請求項1または請求項4に記載の測角装置。 - 方位角φのモノパルス測角結果を参照し仰角θの測角のための2次元のΔθ/Σのデータから方位角φの測角結果に対応するΔθ/Σ1次元データを切り出すデータ切り出し部と、
前記Δθ/Σ1次元データと、仰角θの測角のための差信号Δθと、和信号Σとを用い、仰角θのモノパルス測角を行う仰角θモノパルス測角部とを備えたことを特徴とする請求項2または請求項5に記載の測角装置。 - 線形アレーアンテナ配置において、構成するアンテナ素子を任意のサブアレーアンテナに置き換えたことを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項記載の測角装置。
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