JP5978623B2 - 方位測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、受信対象である目標が放射した電波を検出し、その方位を特定する方位測定装置に関し、より詳しくは、移動体に搭載され、回転する指向性アンテナを有し、レーダ装置など受信対象目標の方位を特定する方位測定装置に関する。

この種の方位測定装置は航空機、ヘリコプターなどの移動体に搭載され、例えば船舶に搭載されたレーダ装置、地上に固定されたレーダ装置等の受信対象目標が放射する電波を受信し、その方位を測定するために用いられるものである。この回転する指向性アンテナにより受信する回転型アンテナ受信機を備えた方位測定装置には、受信対象である目標のアンテナのメインローブが自己である方位測定装置の方向を向いた場合にピークが発生する。

特許文献１には、このピークを方位算出の際に誤って使用してしまうことによって本来の方位と算出する方位との誤差が大きくなってしまう問題（特許文献１、図９参照）を、解決するために、不要情報除去部にて複数回転の測定信号から最小値を選択すると共に、低周波成分を抽出して方位算出用情報を作成することにより、方位測定誤差を低減する手法が提案されている。

また、受信対象目標からの直接波以外に建造物や山などによる反射波が存在する場合に、これら反射波の到来方位も直接波と同様に計測してしまい、受信対象目標の方位が正しく算出できない問題があった。これに対し特許文献２には、パルス振幅の一番大きなものを目標波、それ以外を反射波とみなして反射波を不要波として除去することにより方位誤差を低減する手法が提案されている。

また、図９には、従来の方位測定装置の構成を示すブロック図を示す。図において、回転型アンテナ受信機１は、指向性を有する回転型アンテナが一定の周期で回転を続けながら電波を受信する。受信パルス検出部２は回転型アンテナ受信機１で受信したＲＦ信号１１のレベルのうち、あらかじめ定めたレベル以上の電波強度をもつパルス信号のみを検出し、検出した受信パルス情報１２を目標パルス抽出部３に出力する。目標パルス抽出部３は、受信パルス情報１２の中から、周波数、パルス幅、パルス繰返し周波数等の諸元に基づいて、受信対象目標に相当するパルスのみを受信パルス情報１２から抽出し、その目標電波強度情報１３を不要情報除去部４に出力する。

不要情報除去部４は、目標電波強度情報１３と回転型アンテナ受信機１から出力された回転角情報１４を記録すると共に、回転型アンテナ受信機１の複数回の回転に渡って目標パルス抽出部３と回転型アンテナ受信機１から得られた目標電波強度情報１３と回転角情報１４を基づいて、目標電波強度情報１３から不要な誤差信号をを除去して方位を算出するための代表値を算出し、その方位算出用情報１６を方位算出部５に出力する。方位算出部５は、方位算出用情報１６を方位について積分し、受信対象目標の方位を算出している。

特開平７−１６７９３４号広報（第１−１０頁、第１図） 特開平４−１２５４８１号広報（第６０３−６０６頁、第１図）

このような従来の方位測定装置は、その指向性アンテナが回転しつつ、３次元レーダ装置等の受信対象目標が放射する電波を受信する確率が低い場合や、受信対象目標が電波放射を間欠作動させている場合などには、受信対象目標が自己装置の方向を指向した時の受信パルス数が減少してしまい、方位測定誤差が大きくなってしまう問題があった。また、受信する周波数帯が、例えばＬバンド以下の低周波であり、かつ移動体などに本装置を据付けるエリアが狭いため、回転型アンテナ受信機のサイズが制限される場合などには、回転型アンテナの指向性が低くなってしまう。すなわち、ビーム幅が広くなる又は、メインローブとサイドローブの差が小さくなってしまい、受信対象であるレーダ装置のアンテナビームパターンの影響が大きくなる結果、方位測定誤差が大きくなってしまう問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためのものであり、受信対象目標の方位を高い精度で測定する方位測定装置を得ることを目的としている。

この発明に係る方位測定装置は、指向性を有する回転型アンテナを一定周期で回転させつつ電波を受信し受信信号及び回転角情報を出力する回転型アンテナ受信機と、前記受信信号から、目標からの電波を受信したパルス信号を抽出して、目標電波強度情報を生成する目標パルス抽出手段と、前記回転型アンテナのアンテナパターンを自己アンテナパターンとして保持する自己アンテナパターンデータベースと、前記目標の送信アンテナの回転による前記受信信号の電波強度の時間に対する変動パターンを目標電波時間変動パターンとして記憶する目標電波時間変動パターン記憶部と、前記自己アンテナパターンと前記回転角情報から前記回転型アンテナの回転による前記受信信号の電波強度の時間に対する変動パターンである自己アンテナ利得時間変動パターンを作成して、前記目標電波時間変動パターン記憶部から抽出した前記目標電波時間変動パターンと前記自己アンテナ利得時間変動パターンとを加算して算出した想定合成レベル時間変動パターンと、前記目標電波強度情報とを比較照合し、前記目標電波強度情報のデータが欠けている部分を前記想定合成レベル時間変動パターンにより補間し前記目標電波強度情報の前記想定合成レベル時間変動パターンとのデータの差が大きい誤データを前記想定合成レベル時間変動パターンにより修正した修正測定合成レベル時間変動パターンを出力する合成照合部と、前記修正測定合成レベル時間変動パターンから、前記送信アンテナの回転により発生する不要な誤差信号を除去して方位算出用情報を作成し、前記方位算出用情報より前記目標の方位を算出する方位測定手段と、を備えるものである。

この発明によれば、目標電波時間変動パターン記憶部から抽出した目標電波時間変動パターンと、自己アンテナパターンデータベースから抽出した自己アンテナパターンを用いて、想定される想定合成レベル時間変動パターンを作成し、これと目標パルス抽出手段から得た目標電波強度情報とを比較照合しデータを修正する合成照合部を備えることにより、受信パルス数の減少、回転型アンテナの低い指向性など誤差が大きくなる条件下においても、方位精度が向上する。

本発明の実施の形態１に係る方位測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る目標電波強度情報１３の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る回転角情報１４の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る合成照合部６の第１処理を示すフローチャート及び各アンテナパターンイメージ図を示す。 本発明の実施の形態１に係る合成照合部６の第２処理を示すフローチャート及び各アンテナパターンイメージ図を示す。 本発明の実施の形態１に係る方位算出用情報１６の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る合成照合部６の処理を説明するイメージ図である。 この発明の実施の形態２に係る方位測定装置の構成を示すブロック図である。 従来の方位測定装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
図１には、この実施の形態１による方位測定装置の構成を示すブロック図を示す。本実施の形態は主に、従来の方位測定装置を示す図９に合成照合部６、自己アンテナパターンデータベース７、目標電波時間変動パターン蓄積部８ａを追加したものである。従来は、回転型アンテナのＮ回転分アンテナパターンを蓄積して方位算出した後、次の算出時には以前のデータを捨てていた。本実施の形態は、これを捨てずに目標の電波強度の時間変動パターンを目標電波時間変動パターン蓄積部に蓄積する。図において、回転型アンテナ受信機１、受信パルス検出部２、不要情報除去部４、方位算出部５は、従来のブロック図である図９と同様である。

目標パルス抽出手段２１は、受信パルス検出部２、及び目標パルス抽出部３を含んでいる。受信パルス検出部２は、指向性を有する回転型アンテナが一定の周期で回転を続けながら電波を受信する回転型アンテナ受信機１で受信したＲＦ信号１１のレベルのうち、あらかじめ定めたレベル以上の電波強度をもつパルス信号のみを検出し、検出した受信パルス情報１２を目標パルス抽出部３に出力する。目標パルス抽出部３は、受信パルス情報１２の中から、周波数、パルス幅、パルス繰返し周波数等の諸元に基づいて、受信対象目標に相当するパルスのみを受信パルス情報１２から抽出し、その目標電波強度情報１３を合成照合部６に出力する。

図２には、目標パルス抽出部３から得られる目標電波強度情報１３の一例について、縦軸を受信電波強度、横軸を時間としてグラフ化した図を示す。この目標電波強度情報１３は、自己の回転型アンテナ受信機１だけでなく受信対象目標もそれぞれ回転していることから、双方のアンテナパターンが互いの方向を向いた時の差の時間的なデータとなる。この図は、回転型アンテナ受信機１（自己）の回転周期と受信対象目標の回転周期とが一致している場合の例である。図２に示すピークは、回転型アンテナ受信機１がある一定周期で回転することにより、回転型アンテナのメインローブが受信対象目標の方向を向いた時であり、受信電波強度が大きくなっているビーク箇所が回転の時間に応じて、定期間隔に現れている。図３には、回転型アンテナ受信機１から得られる回転角情報１４の一例について、縦軸を回転角、横軸を時間としてグラフ化した図を示す。

方位測定手段２２は、不要情報除去部４、及び方位算出部５を含んでいる。不要情報除去部４は、回転型アンテナ受信機１の複数回の回転に渡って合成照合部６が出力した修正測定合成レベル時間変動パターン１５及び回転角情報１４に基づき、不要な誤差信号を除去して方位を算出するための代表値を算出し、その方位算出用情報１６を方位算出部５に出力する。方位算出部５は、方位算出用情報１６を方位について積分し、受信対象目標の方位を算出している。

ここで、不要情報除去部４は特許文献１での最小値計算回路やメジアン計算機や加算機などと同様の処理をするものである。その目的は方位算出時に誤った方位を算出することを除くためであり、特許文献１における図２のピークＢのような、受信対象目標のアンテナ回転による電力ピークを除くための処理である。

図４には、合成照合部６の第１の比較照合処理を示すフローチャート及び各ステップにおけるアンテナパターンイメージ図を示す。ステップＳ１にて合成照合部６は、目標パルス抽出部３からの目標電波強度情報１３を得る。図（ａ）には、目標パルス抽出部３から受信した目標電波強度情報１３のイメージを示す。ステップＳ２では、自己アンテナパターンデータベース７が保持している、一定の周波数毎の方位測定アンテナパターンより、該当周波数の自己アンテナパターンを取り出し、回転角情報１４に基づき、自己アンテナ利得時間変動パターンを作成する。図（ｂ）には、作成したこの自己アンテナ利得時間変動パターンのイメージを示す。

ステップＳ３では、目標電波強度情報１３から自己アンテナ利得時間変動パターンを減算し、目標電波時間変動パターンを作成する。図（ｃ）には、作成したこの目標電波時間変動パターンのイメージを示す。ステップＳ４では、作成した結果の目標電波時間変動パターンを目標電波時間変動パターン蓄積部８ａに出力する。目標電波時間変動パターン蓄積部８ａは、得られた目標電波時間変動パターンデータを蓄積、記憶していく。

図５には、上記の合成照合部６の第２の比較照合処理を示すフローチャート及び各ステップにおけるアンテナパターンイメージ図を示す。ステップＳ５では、目標電波時間変動パターン蓄積部８ａから受信対象目標の電波強度の時間変動パターンを抽出する。図（ａ）には抽出した受信対象目標の目標電波時間変動パターンのイメージを示す。ステップＳ６では、受信対象目標の電波強度の時間変動パターンと、自己アンテナパターンデータベース７から作成した本装置の自己アンテナ利得時間変動パターンを加算し想定される想定合成レベル時間変動パターン６１を作成する。図（ｂ）には、回転角情報１４と自己アンテナパターンデータベース７から作成した自己のアンテナ利得時間変動パターンのイメージを示す。

ステップＳ７では、この想定される想定合成レベル時間変動パターン６１と目標パルス抽出部３から得た目標電波強度情報１３及び回転型アンテナ受信機１からの回転角情報１４から得た測定合成レベル時間変動パターン６２とを比較照合することにより、データが欠けている部分を補完すると共に、データの差が大きい誤データの修正を行い、その修正測定合成レベル時間変動パターン１５を不要情報除去部４に出力する。図（ｃ）には、この想定される合成レベル時間変動パターンに欠けている部分を補完するイメージを示す。

方位測定手段２２は、不要情報除去部４、及び方位算出部５を含んでいる。不要情報除去部４は、回転型アンテナ受信機１の複数回の回転に渡って合成照合部６が出力した修正測定合成レベル時間変動パターン１５及び回転角情報１４に基づき、不要な誤差信号を除去して方位を算出するための代表値を算出し、その方位算出用情報１６を方位算出部５に出力する。方位算出部５は、方位算出用情報１６を方位について積分し、受信対象目標の方位を算出している。

ここで、不要情報除去部４は特許文献１での最小値計算回路やメジアン計算機や加算機などと同様の処理をするものである。その目的は方位算出時に誤った方位を算出するのをなくすためであり、特許文献１における図２のピークＢのような、受信対象目標のアンテナ回転により、そのメインローブが回転型アンテナ受信機１の方向を向いた場合に生じる電力ピークを除くための処理である。

図６には、方位算出用情報１６の一例について、縦軸を受信電波強度、横軸を回転角情報１４としてグラフ化した図を示す。方位算出部５では、この方位算出用情報１６をもとに、受信対象目標の方位を決定する。この図の例では、電波強度が最も高くなる角度が、目標の方位となる。

図７には、図５におけるステップＳ７、つまり「想定合成レベル時間変動パターン６１と照合し、測定合成レベル時間変動パターン６２のデータが欠けている部分を補完する」ステップを更に説明するイメージ図を示す。図において、◆点は目標パルス抽出部３からの目標電波強度情報１３及び回転角情報１４を合成して得た測定合成レベル時間変動パターン６２、△点は想定される電波強度情報すなわち想定合成レベル時間変動パターン６１である。この両者が一致していると確認する方法は、例えば、対象のメインローブ受信時間から前後のヌル点までの位置、１ｓｔサイドローブ、２ｎｄサイドローブまでの時間が一致していること、その他のヌル点の時間が一致していることにより行なう。一致性を確認し一致していると判断すると、空白箇所を補完したり誤差の大きいデータを修正する。

本実施の形態によれば、目標電波時間変動パターン蓄積部８ａから得た目標の電波強度の時間変動パターンと、自己アンテナパターンデータベース７から得た自己アンテナパターンを用いて想定される想定合成レベル時間変動パターンを作成し、これと目標パルス抽出部３及び回転型アンテナ受信機１から得た目標電波強度情報１３等とを比較照合しデータを修正する合成照合部を備えることにより、受信パルス数の減少、指向性の低い回転型アンテナなど誤差が大きくなる条件下であっても、方位精度が向上する。また、移動体などに本装置を据付けるエリアが狭く制限されているために、回転型アンテナが小型となる場合であっても、方位精度が劣化しないという効果を奏する。

実施の形態２．
図８は実施の形態２による方位測定装置の構成を示すブロック図である。図において、回転型アンテナ受信機１、受信パルス検出部２、目標パルス抽出部３、不要情報除去部４、方位算出部５、合成照合部６、自己アンテナパターンデータベース７は図１と同様である。目標電波時間変動パターンデータベース８ｂは、受信対象目標の電波強度の時間変動パターンを蓄積してゆくのではなく、予めデータベースとして保持している。

次に動作を説明する。実施の形態２では、目標の電波強度の時間変動パターンを予めデータベースとして保持している目標電波時間変動パターンデータベース８ｂを備えている。合成照合部で目標電波時間変動パターンを照合する場合には、該当する目標電波時間変動パターンを目標電波時間変動パターンデータベース８ｂから検索し、選択して使用する。データベースを作成する際には、周波数、パルス幅、パルス繰返し周波数等の諸元情報から受信した電波発信源の識別を行なった後に、識別した結果を受けて、その識別内容とこのアンテナパターンデータをリンクさせて保持しておいても可である。その他の作動は実施の形態１と同じである。

以上のように、目標電波時間変動パターンを蓄積してゆくのではなく、予めデータベースとして保持することにより、受信対象目標の電波の時間変動パターンを蓄積して把握する時間を省略できる。特に受信対象目標が、一度既に受信したことのある目標である場合には、実施の形態１と比較して短時間に受信対象目標を把握し、方位測定精度を向上できる効果を奏する。

１ 回転型アンテナ受信機
２ 受信パルス検出部（目標パルス抽出手段）
３ 目標パルス抽出部（目標パルス抽出手段）
４ 不要情報除去部（方位測定手段）
５ 方位算出部（方位測定手段）
６ 合成照合部
７ 自己アンテナパターンデータベース
８ａ 目標電波時間変動パターン蓄積部（目標電波時間変動パターン記憶部）
８ｂ 目標電波時間変動パターンデータベース（目標電波時間変動パターン記憶部）
１１ ＲＦ信号
１２ 受信パルス情報
１３ 目標電波強度情報
１４ 回転角情報
１５ 修正測定合成レベル時間変動パターン
１６ 方位算出用情報
１７ 方位情報
２１ 目標パルス抽出手段
２２ 方位測定手段
６１ 想定合成レベル時間変動パターン
６２ 測定合成レベル時間変動パターン

Claims (3)

1. 指向性を有する回転型アンテナを一定周期で回転させつつ電波を受信し受信信号及び回転角情報を出力する回転型アンテナ受信機と、
   前記受信信号から、目標からの電波を受信したパルス信号を抽出して、目標電波強度情報を生成する目標パルス抽出手段と、
   前記回転型アンテナのアンテナパターンを自己アンテナパターンとして保持する自己アンテナパターンデータベースと、
   前記目標の送信アンテナの回転による前記受信信号の電波強度の時間に対する変動パターンを目標電波時間変動パターンとして記憶する目標電波時間変動パターン記憶部と、
   前記自己アンテナパターンと前記回転角情報から前記回転型アンテナの回転による前記受信信号の電波強度の時間に対する変動パターンである自己アンテナ利得時間変動パターンを作成して、前記目標電波時間変動パターン記憶部から抽出した前記目標電波時間変動パターンと前記自己アンテナ利得時間変動パターンとを加算して算出した想定合成レベル時間変動パターンと、前記目標電波強度情報とを比較照合し、前記目標電波強度情報のデータが欠けている部分を前記想定合成レベル時間変動パターンにより補間し前記目標電波強度情報の前記想定合成レベル時間変動パターンとのデータの差が大きい誤データを前記想定合成レベル時間変動パターンにより修正した修正測定合成レベル時間変動パターンを出力する合成照合部と、
   前記修正測定合成レベル時間変動パターンから、前記送信アンテナの回転により発生する不要な誤差信号を除去して方位算出用情報を作成し、前記方位算出用情報より前記目標の方位を算出する方位測定手段と、
   を備えたことを特徴とする方位測定装置。
2. 前記合成照合部は、
   前記自己アンテナ利得時間変動パターンを前記目標電波強度情報から差引いて前記目標電波時間変動パターンを算出すると共に、
   前記目標電波時間変動パターン記憶部は、前記合成照合部が算出した前記目標電波時間変動パターンを蓄積する
   ことを特徴とする請求項１に記載の方位測定装置。
3. 前記目標電波時間変動パターン記憶部は、
   前記目標電波時間変動パターンを予め目標電波時間変動パターンデータベースに保持していることを特徴とする請求項１に記載の方位測定装置。

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