JP6141540B1 - レーダ装置及びビーム制御方法 - Google Patents

Abstract

目標を探索する方向を示す方向情報と、その方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得する情報取得部（８）と、情報取得部（８）により取得された方向情報及び観測精度情報から、アンテナ（１）により放射される複数のビームの配置を決定するビーム配置決定部（９）とを設け、ビーム制御部（１０）が、ビーム配置決定部（９）により決定されたビームの配置にしたがってアンテナ（１）により放射される複数のビームの方向を制御するように構成する。

Description

この発明は、アンテナから放射するビームの方向を制御するレーダ装置と、レーダ装置のアンテナから放射されるビームの方向を制御するビーム制御方法とに関するものである。

目標が存在している空間に電磁波のビームを放射した後、目標に反射されて戻ってきた電磁波を受信し、その電磁波の受信信号から目標を検出するレーダ装置がある。
このようなレーダ装置の中には、フェーズドアレイ式のレーダ装置があり、フェーズドアレイ式のレーダ装置では、複数のアンテナ素子が平面上に配置されているアレイアンテナを搭載して、そのアレイアンテナにおける送受信のビームを電子的に走査する構成が一般的である。
フェーズドアレイ式のレーダ装置では、目標の検出確率を高める上で、どちらの方向に、どれだけのビームを向けるかは非常に重要な問題である。

以下の特許文献１には、捜索データレートの向上を目的として、指定された方位監視範囲内の方位角におけるアンテナ利得の変動と、送信ビームの谷のアンテナ利得の相対変動との和を表す最大利得変動が一定になるように、複数のビームの間隔であるスタック率を調整するレーダ装置が開示されている。

特開２０１１−０９５０３８号公報

従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、捜索データレートの向上を図ることができる。しかし、目標の存在確率が低い方向には多くのビームを配置せずに、出来るだけ、目標の存在確率が高い方向に多くのビームを配置するものではないため、目標を探索する方向が、いずれかのビームの放射方向とも一致せずに、隣接している２つのビームの放射方向の中間の方向となることがよくある。目標を探索する方向が、隣接している２つのビームの放射方向の中間の方向となる場合、目標の検出確率が低下して、目標の探知距離が短くなってしまうという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、目標の検出確率を高めて、目標の探知距離を延伸することができるレーダ装置及びビーム制御方法を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、目標が存在している空間に電磁波のビームを放射した後、目標に反射されて戻ってきた電磁波を受信するアンテナと、アンテナにより受信された電磁波から目標を検出する信号処理を実施する信号処理部と、目標を探索する方向を示す方向情報と、その方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得する情報取得部と、情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から算出される目標の存在確率に基づいて、アンテナにより放射される複数のビームの配置を決定するビーム配置決定部とを設け、ビーム制御部が、ビーム配置決定部により決定されたビームの配置にしたがってアンテナにより放射される複数のビームの方向を制御するようにしたものである。
また、ビーム配置決定部が、情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から目標の存在確率を算出するとともに、複数のビームの配置候補であるビーム配置候補毎に、アンテナのアンテナパターンから目標の検出確率を算出し、ビーム配置候補毎に、当該ビーム配置候補における目標の検出確率を目標の存在確率で平均化し、複数のビーム配置候補の中から、平均化した目標の検出確率が相対的に大きいビーム配置候補を選択し、選択したビーム配置候補をアンテナにより放射される複数のビームの配置に決定するようにしたものである。

この発明によれば、目標を探索する方向を示す方向情報と、その方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得する情報取得部と、情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から算出される目標の存在確率に基づいて、アンテナにより放射される複数のビームの配置を決定するビーム配置決定部とを設け、ビーム制御部が、ビーム配置決定部により決定されたビームの配置にしたがってアンテナにより放射される複数のビームの方向を制御するように構成したので、目標の検出確率を高めて、目標の探知距離を延伸することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置におけるデジタル信号処理器４のハードウェア構成図である。 レーダ装置におけるデジタル信号処理器４がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。 レーダ装置におけるデジタル信号処理器４がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合のデジタル信号処理器４の処理手順であるビーム制御方法を示すフローチャートである。 アンテナ１により放射される複数のビームの配置を示す説明図である。 この発明の実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるレーダ装置のビーム配置決定部１２を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるレーダ装置におけるビーム配置決定部１２の処理手順を示すフローチャートである。 勾配法によるビーム配置ベクトルの探索概念を示す説明図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置におけるデジタル信号処理器４のハードウェア構成図である。
図１及び図２において、アンテナ１として、例えばフェーズドアレイアンテナなどが用いられる。アンテナ１は目標が存在している空間に電磁波のビームを放射した後、目標に反射されて戻ってきた電磁波を受信する。
この実施の形態１では、アンテナ１により送受信される電磁波がパルス信号であるものを想定するが、パルス信号に限るものではなく、例えば連続波などであってもよい。

送信部２は例えば送信機２ａ、可変利得増幅器２ｂ及び移相器２ｃなどを備えている。 送信部２の送信機２ａは空間に放射するパルス信号を生成して、そのパルス信号を出力する。
送信部２の可変利得増幅器２ｂはビーム制御部１０により設定される利得で、送信機２ａから出力されたパルス信号を増幅する。
送信部２の移相器２ｃはビーム制御部１０により設定される移相量だけ、可変利得増幅器２ｂにより増幅されたパルス信号の位相をシフトする。
受信部３は例えば受信機３ａやアナログデジタル変換器３ｂ（以下、「Ａ／Ｄ変換器」と称する）などを備えている。
受信部３の受信機３ａは送信部２から出力された参照信号を用いて、アンテナ１により受信されたパルス信号を検波する。
受信部３のＡ／Ｄ変換器３ｂは受信機３ａにより検波されたパルス信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して、そのデジタル信号をデジタル信号処理器４に出力する。

デジタル信号処理器４は信号処理部５、情報処理部６、表示処理部７、情報取得部８、ビーム配置決定部９及びビーム制御部１０を備えている。
信号処理部５は例えば図２の信号処理回路２１で実現されるものであり、受信部３から出力されたデジタル信号に対する各種の信号処理を実施する。
即ち、信号処理部５は各種の信号処理として、例えば、そのデジタル信号をパルス圧縮するパルス圧縮処理、そのデジタル信号に含まれているクラッタなどの不要信号を抑圧する不要信号抑圧処理、そのデジタル信号に含まれている目標信号を所望のＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）まで増幅する積分処理、そのデジタル信号に含まれている目標信号を検出するＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）などの目標検出処理、目標が存在している方位角や仰角などの方向を測角するＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などの測角処理、目標のドップラー速度などを算出するドップラー処理を実施することで、本レーダ装置から目標までの距離、目標が存在している方向、目標のドップラー速度、そのドップラー速度の算出精度などを算出する処理を実施する。

情報処理部６は例えば図２の情報処理回路２２で実現されるものであり、信号処理部５により検出された１つ以上の目標信号を、過去に検出された１つ以上の目標信号との相関処理等を実施して、信号処理部５により検出された１つ以上の目標信号を、空間に存在している１つ以上の目標と対応付けるとともに、空間に存在している１つ以上の目標の追尾航跡と対応付ける処理を実施する。
表示処理部７は例えば図２の表示処理回路２３で実現されるものであり、例えば、情報処理部６により対応付けられた各目標の目標信号、信号処理部５により算出された目標までの距離、目標を探索する方向、目標のドップラー速度、そのドップラー速度の算出精度などをディスプレイ１１に表示する処理を実施する。

情報取得部８は例えば図２の情報取得処理回路２４で実現されるものであり、例えば、ネットワークで繋がっている他のセンサから、目標を探索する方向を示す方向情報と、その方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得する処理を実施する。
この実施の形態１では、目標を探索する方向として、目標を探索する方位角を示す方向情報を取得する例を説明するが、目標を探索する仰角を示す方向情報を取得するものであってもよい。
他のセンサとしては、レーダセンサ、ＥＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｕｐｐｏｒｔ）センサ、ＥＯ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ）センサやＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）センサなどが考えられる。

ビーム配置決定部９は例えば図２の配置決定処理回路２５で実現されるものであり、情報取得部８により取得された方向情報及び観測精度情報と、ビーム制御部１０から出力されたビーム情報とから、アンテナ１により放射される複数のビームの配置を決定し、複数のビームの配置を示すビーム配置情報をビーム制御部１０に出力する処理を実施する。
ビーム制御部１０は例えば図２のビーム制御処理回路２６で実現されるものであり、ビーム配置決定部９から出力されたビーム配置情報が示す複数のビームの配置にしたがって例えばアンテナ１の励振係数を制御することで、アンテナ１により放射される複数のビームの方向を制御する処理を実施する。
また、ビーム制御部１０はアンテナ１のアンテナパターンに対応するビーム情報として、例えば、アンテナ１により送受信されるパルス信号のビームの中心方位Ｓ_０や当該ビームの半値幅Ｂなどを記憶しており、そのビーム情報をビーム配置決定部９に出力する処理を実施する。
ディスプレイ１１は例えば液晶ディスプレイなどの表示装置である。

図１では、レーダ装置におけるデジタル信号処理器４の構成要素である信号処理部５、情報処理部６、表示処理部７、情報取得部８、ビーム配置決定部９及びビーム制御部１０のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェア、即ち、信号処理回路２１、情報処理回路２２、表示処理回路２３、情報取得処理回路２４、配置決定処理回路２５及びビーム制御処理回路２６で実現されるものを想定している。
ここで、信号処理回路２１、情報処理回路２２、表示処理回路２３、情報取得処理回路２４、配置決定処理回路２５及びビーム制御処理回路２６は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。

ただし、レーダ装置におけるデジタル信号処理器４の構成要素が専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、デジタル信号処理器４がソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などが該当する。
また、コンピュータのメモリは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒy）などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などが該当する。

図３はレーダ装置におけるデジタル信号処理器４がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
レーダ装置におけるデジタル信号処理器４がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合、信号処理部５、情報処理部６、表示処理部７、情報取得部８、ビーム配置決定部９及びビーム制御部１０の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムをメモリ５１に格納し、コンピュータのプロセッサ５２がメモリ５１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図４はレーダ装置におけるデジタル信号処理器４がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合のデジタル信号処理器４の処理手順であるビーム制御方法を示すフローチャートである。

また、図２ではレーダ装置におけるデジタル信号処理器４の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアで実現される例を示し、図３では、レーダ装置におけるデジタル信号処理器４がソフトウェアやファームウェアなどで実現される例を示しているが、デジタル信号処理器４における一部の構成要素が専用のハードウェアで実現され、残りの構成要素がソフトウェアやファームウェアなどで実現されるものであってもよい。
例えば、表示処理部７及び情報取得部８を専用のハードウェアで実現し、信号処理部５、情報処理部６、ビーム配置決定部９及びビーム制御部１０をソフトウェアやファームウェアなどで実現することが可能である。ただし、専用のハードウェアとソフトウェア等の組み合わせは任意である。

次に動作について説明する。
この実施の形態１では、図１のレーダ装置が目標を検出する前に、例えば、ＥＳセンサなどの他のセンサが、目標を検出しているものとする。
ＥＳセンサなどは、一般的に、目標が存在している方向等の観測精度は低いが、遠くに存在している目標を検出することが可能であるという特徴を有している。

送信部２の送信機２ａは、パルス信号を生成して、そのパルス信号を可変利得増幅器２ｂに出力するとともに、そのパルス信号を参照信号として受信部３に出力する。
送信部２の可変利得増幅器２ｂは、後述するビーム制御部１０により利得が設定され、その設定された利得で、送信機２ａにより生成されたパルス信号を増幅する。
移相器２ｃは、後述するビーム制御部１０により移相量が設定され、その設定された移相量だけ、可変利得増幅器２ｂにより増幅されたパルス信号の位相をシフトし、位相シフト後のパルス信号をアンテナ１に出力する。
ここでは、可変利得増幅器２ｂがパルス信号を増幅してから、移相器２ｃがパルス信号の位相をシフトする例を示しているが、移相器２ｃがパルス信号の位相をシフトしてから、可変利得増幅器２ｂがパルス信号を増幅するようにしてもよい。
例えば、アンテナ１がフェーズドアレイアンテナであり、そのフェーズドアレイアンテナが複数のサブアレイから構成されている場合、そのサブアレイ分のパルス信号が送信部２から出力される。

アンテナ１は、送信部２から出力されたパルス信号を目標が存在している空間に放射した後、目標に反射されて戻ってきた当該パルス信号を受信する。
アンテナ１がフェーズドアレイアンテナであり、そのフェーズドアレイアンテナが複数のサブアレイから構成されている場合、複数のサブアレイからパルス信号が空間に放射される。
可変利得増幅器２ｂ及び移相器２ｃによってパルス信号の振幅及び位相が調整されることで、複数のサブアレイの励振係数が調整され、その励振係数に対応する位置にパルス信号のビームが配置される。
受信部３の受信機３ａは、送信部２から出力された参照信号を用いて、アンテナ１により受信されたパルス信号を検波する。
即ち、受信部３の受信機３ａは、アンテナ１が複数のサブアレイから構成されている場合、複数のサブアレイにより受信されたパルス信号をそれぞれ検波する。
受信部３のＡ／Ｄ変換器３ｂは、受信機３ａにより検波されたパルス信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して、そのデジタル信号をデジタル信号処理器４に出力する。

デジタル信号処理器４の信号処理部５は、受信部３からデジタル信号を受けると、そのデジタル信号に対する各種の信号処理を実施する。
即ち、信号処理部５は、各種の信号処理として、例えば、そのデジタル信号をパルス圧縮するパルス圧縮処理、そのデジタル信号に含まれているクラッタなどの不要信号を抑圧する不要信号抑圧処理、そのデジタル信号に含まれている目標信号を所望のＳＮまで増幅する積分処理、そのデジタル信号に含まれている目標信号を検出するＣＦＡＲなどの目標検出処理、目標が存在している方位角や仰角などの方向を測角するＭＵＳＩＣなどの測角処理、目標のドップラー速度などを算出するドップラー処理を実施することで、本レーダ装置から目標までの距離、目標が存在している方向、目標のドップラー速度、そのドップラー速度の算出精度などを算出する。
アンテナ１のビーム配置が適正な位置に配置されている場合、遠くに存在している目標を検出することが可能であるが、アンテナ１のビーム配置が適正な位置に配置されていない段階では、目標を探索する方向によっては、遠くに存在している目標を検出することができないことがある。
この実施の形態１では、後述するビーム配置決定部９によってアンテナ１のビーム配置が適正な位置に決定される。

デジタル信号処理器４の情報処理部６は、信号処理部５が１つ以上の目標信号を検出すると、１つ以上の目標信号を、過去に検出された１つ以上の目標信号との相関処理等を実施して、その１つ以上の目標信号が、空間に存在しているどの目標に係る目標信号であるかを特定する。
また、その１つ以上の目標信号が、空間に存在しているどの目標の追尾航跡に係る目標信号であるかを特定する。
表示処理部７は、信号処理部５により目標が検出された場合、例えば、情報処理部６により対応付けられた各目標の目標信号、信号処理部５により算出された目標までの距離、目標が存在している方向、目標のドップラー速度、そのドップラー速度の算出精度などをディスプレイ１１に表示する。

デジタル信号処理器４の情報取得部８は、例えば、ネットワークで繋がっている他のセンサから、目標を探索する方向を示す方向情報と、その方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得し、その方向情報と観測精度情報をビーム配置決定部９に出力する（図４のステップＳＴ１）。
この方向情報が示す方向は、他のセンサにより観測された目標が存在している方向であり、情報取得部８は、目標を探索する方向を示す方向情報として、他のセンサにより観測された目標が存在している方向を示す方向情報を取得する。
この実施の形態１では、目標を探索する方向として、目標を探索する方位角αを示す方向情報を取得して、目標を探索する方位角αの観測精度βを示す観測精度情報を取得するものとするが、目標を探索する仰角を示す方向情報と、目標を探索する仰角の観測精度を示す観測精度情報とを取得するものであってもよい。

デジタル信号処理器４のビーム配置決定部９は、情報取得部８から方向情報及び観測精度情報を受けると、その方向情報及び観測精度情報と、ビーム制御部１０から出力されたビーム情報とから、アンテナ１により放射される複数のビームの配置を決定し、複数のビームの配置を示すビーム配置情報をビーム制御部１０に出力する。
ここでは、ビーム配置決定部９が、ビーム制御部１０からビーム情報を受けるものとしているが、ビーム情報はアンテナ１のアンテナパターンに関する情報であるため、ビーム制御部１０からアンテナ１のアンテナパターンを受けるようにしてもよい。
また、ビーム配置決定部９が、事前に、ビーム情報又はアンテナ１のアンテナパターンを記憶しておくようにしてもよい。
以下、ビーム配置決定部９による複数のビームの配置決定処理を具体的に説明する。

まず、ビーム配置決定部９は、複数のビームの配置候補であるビーム配置候補ＵをＮ個生成する（図４のステップＳＴ２）。
即ち、ビーム配置決定部９は、Ｎ個のビーム配置候補Ｕとして、Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎを生成する。
ここで、Ｎは２以上の整数であり、各ビーム配置候補Ｕ＝｛Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎ｝は、下記の式（１）に示すように、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個のビームの配置を示す配置ベクトル、即ち、Ｍ個のビームの中心方位を示すベクトルで表される。
Ｕ＝｛ｕ_１，ｕ_２，・・・，ｕ_Ｍ｝ （１）
Ｎ個のビーム配置候補Ｕの生成処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、事前に決められている方位監視範囲の中で、Ｍ個のビームの間隔が均一になるように、Ｍ個のビームが配置されるのではなく、或る方位では他の方位と比べて、多くのビームが配置されるようなビーム配置候補Ｕを生成する。ただし、Ｎ個のビーム配置候補Ｕでは、多くのビームが配置される上記の或る方位が異なっている。
図５の例では、詳細は後述するが、事前に決められている方位監視範囲の中央付近の方位が、他の方位と比べて、多くのビームが配置されている。

次に、ビーム配置決定部９は、情報取得部８から方向情報及び観測精度情報を受けると、その方向情報が示す方位角αと、その観測精度情報が示す方位角αの観測精度βとから、目標の存在確率Ｐ（ｘ）を算出する（ステップＳＴ３）。
目標の存在確率Ｐ（ｘ）は、方位角αを中心とする標準偏差が観測精度βの正規分布であり、目標が存在していると仮定した方位角ｘでの目標の存在確率を示すものである。
目標の存在確率Ｐ（ｘ）は、下記の式（２）のように表すことができる。

また、ビーム配置決定部９は、ビーム配置候補Ｕ毎に、ビーム制御部１０から出力されたビーム情報が示すビームの中心方位Ｓ_０のＳＮ及びビームの半値幅Ｂを用いて、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）を算出する（ステップＳＴ４）。ＳＮは、既に記述している通り、“Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ”の略であり、信号対雑音比を示すものである。
即ち、ビーム配置決定部９は、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎのそれぞれについて、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ_１），Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ_２），・・・，Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ_Ｎ）を算出する。
以下、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）の算出方法を説明する。

この実施の形態１では、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）として、アンテナ１から２つのビームが放射されたとき、１つ以上の目標信号が検出された場合に、目標が検出されたものとみなす「２中１検出」と呼ばれるビーム間相関方式の検出確率を算出する例を説明する。
ビーム配置決定部９は、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）として、２中１検出の検出確率を算出する場合、下記の式（３）のように目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）を算出する。

式（３）において、Ｐ_ｃは目標の失検出確率、Ｘは平均ＳＮ、ｙは検出閾値である。
ｕ_ｒは目標が存在していると仮定した方位角ｘから最も近いビーム方位、ｕ_ｓは目標が存在していると仮定した方位角ｘから２番目に近いビーム方位である。
ＳＮ（ｘ，ｕ_ｉ）はビームの中心方位がｕ_ｉであるときの方位角ｘの方向のＳＮである。

ここで、ＳＮ（ｘ，ｕ_ｉ）は、ビームの中心方位ｕ_ｉから離れるほどＳＮが低下するため、アンテナ１によりビームが送受信される際のアンテナパターンにしたがって算出される。
即ち、ＳＮ（ｘ，ｕ_ｉ）は、下記の式（４）に示すように、アンテナ１によりビームが送受信される際のアンテナパターンに対応するビーム情報が示すビームの中心方位における基準ＳＮ及びビームの半値幅Ｂから算出される。

式（４）において、ｉはビーム番号、ｕ_ｉはビームの中心方位、Ｓ_０はビームの中心方位（ｘ＝ｕ_ｉ）における基準ＳＮである。
ここでは、ビーム配置決定部９が、ビーム制御部１０から出力されたアンテナパターンに対応するビーム情報を用いて、ＳＮ（ｘ，ｕ_ｉ）を算出することを想定しているが、式（４）は、指数関数を用いたアンテナパターンの近似式であるため、ビーム制御部１０から式（４）に示すＳＮ（ｘ，ｕ_ｉ）がビーム配置決定部９に与えられるようにしてもよい。

式（３）における目標の失検出確率Ｐ_ｃは、例えば、下記の式（５）に示すように、スワーリングケース０の場合の振幅検波後の検出確率として算出することができる。

式（５）において、Ｉ_０は第一種変形ベッセル関数である。
ここでは、スワーリングケース０の場合の振幅検波後の検出確率として算出するものを示しているが、スワーリングケース０の場合に限るものではなく、想定する目標に応じて検出確率を計算するものとする。

また、式（３）における検出閾値ｙは、下記の式（６）のように算出することができる。

式（６）において、Ｐｆａは所望の誤警報確率である。

ここでは、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）を、「２中１検出」と呼ばれるビーム間相関方式の検出確率として算出する例を示したが、これはあくまでも一例であり、例えば、下記の非特許文献１に開示されている「４中１検出」と呼ばれるビーム間相関方式の検出確率や、「４中Ｎ検出」と呼ばれるビーム間相関方式の検出確率として算出するものであってもよい。
なお、「４中１検出」は、アンテナ１から４つのビームが放射されたとき、１つ以上の目標信号が検出された場合に、目標が検出されたものとみなすものであり、「４中Ｎ検出」は、アンテナ１から４つのビームが放射されたとき、Ｎ以上の目標信号が検出された場合に、目標が検出されたものとみなすものである。Ｎは１以上の整数であり、非特許文献１にはＮ＝１〜４の例が開示されている。
［非特許文献１］松田庄司, 橋口浩之, 深尾昌一郎, “マルチビーム・レーダにおける目標検出方式とビーム配列方法に関する考察,” 電子情報通信学会論文誌B, J87-B, 1094-1105, 2004.

ビーム配置決定部９は、目標の存在確率Ｐ（ｘ）と、ビーム配置候補Ｕ毎の目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）とを算出すると、下記の式（７）に示すように、目標の存在確率Ｐ（ｘ）と、ビーム配置候補Ｕ毎の目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）とを用いて、各ビーム配置候補Ｕの評価関数Ｌ（Ｕ）を算出する（ステップＳＴ５）。
即ち、ビーム配置決定部９は、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎの評価関数Ｌ（Ｕ_１），Ｌ（Ｕ_２），・・・，Ｌ（Ｕ_Ｎ）を算出する。

式（７）において、Ｅ_Ｐ（ｘ）［Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）］は目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）を目標の存在確率Ｐ（ｘ）で平均化することを示している。

ビーム配置決定部９は、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎの評価関数Ｌ（Ｕ_１），Ｌ（Ｕ_２），・・・，Ｌ（Ｕ_Ｎ）を算出すると、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎの評価関数Ｌ（Ｕ_１），Ｌ（Ｕ_２），・・・，Ｌ（Ｕ_Ｎ）の関数値を比較することで、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎの中から、関数値が相対的に大きいビーム配置候補Ｕ_ｊを選択する。例えば、スタック率の異なるビーム配置候補Ｕ_１〜Ｕ_Ｎを用意して、関数値の大きくなるビーム配置候補を選択することで、検出確率が大きいスタック率を探索することができる。
即ち、ビーム配置決定部９は、下記の式（８）に示すように、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎの中から、評価関数Ｌ（Ｕ_１）の関数値が最大のビーム配置候補Ｕ_ｊを選択する（ステップＳＴ６）。

ビーム配置決定部９は、その選択したビーム配置候補Ｕ_ｊをアンテナ１により放射される複数のビームの配置に決定し、その決定した複数のビームの配置を示すビーム配置情報をビーム制御部１０に出力する（ステップＳＴ７）。

ビーム制御部１０は、ビーム配置決定部９からビーム配置情報を受けると、そのビーム配置情報が示す複数のビームの配置にしたがって送信部２を制御することで、アンテナ１により放射される複数のビームの方向を制御する（ステップＳＴ８）。
即ち、ビーム制御部１０は、アンテナ１により放射される複数のビームの配置が、そのビーム配置情報が示す複数のビームの配置と一致するように、送信部２の可変利得増幅器２ｂにおける利得及び送信部２の移相器２ｃにおける移相量を設定することで、アンテナ１の励振係数を制御して、アンテナ１により放射される複数のビームの方向を制御する。

ここで、図５はアンテナ１により放射される複数のビームの配置を示す説明図である。
アンテナ１により放射される複数のビームの配置が、ビーム配置情報が示す複数のビームの配置と一致するように、ビーム制御部１０がアンテナ１により放射される複数のビームの方向を制御することで、図５に示すように、目標の存在確率Ｐ（ｘ）が低い方位角ｘ＝ｘ_２には多くのビームが配置されず、目標の存在確率Ｐ（ｘ）が高い方位角ｘ＝ｘ_１に多くのビームが配置されるようになる。
これにより、目標を探索する方向が、いずれかのビームの放射方向と一致する確率が高まるため、信号処理部５での目標の検出確率が向上する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、目標を探索する方向を示す方向情報と、その方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得する情報取得部８と、情報取得部８により取得された方向情報及び観測精度情報から、アンテナ１により放射される複数のビームの配置を決定するビーム配置決定部９とを設け、ビーム制御部１０が、ビーム配置決定部９により決定されたビームの配置にしたがってアンテナ１により放射される複数のビームの方向を制御するように構成したので、目標の検出確率を高めて、目標の探知距離を延伸することができる効果を奏する。

この実施の形態１では、ビーム配置決定部９が、情報取得部８から出力された方向情報及び観測精度情報から、アンテナ１により放射される複数のビームの配置を決定するものを示したが、情報取得部８から出力された方向情報が示す方位角αの精度は一般的に低いため、その方位角αの精度を高める処理を実施し、精度が高い方位角αを用いて、複数のビームの配置を決定するようにしてもよい。
具体的には、ビーム配置決定部９は、情報取得部８から方向情報を受けると、その方向情報を蓄積する。
そして、ビーム配置決定部９は、蓄積している時系列の方向情報を用いて、目標を探索する方位角αを追尾する追尾処理を実施することで、その方位角αの誤差を低減する。方位角αを追尾する追尾処理としては、例えば、カルマンフィルタを用いる追尾処理が考えられる。この追尾処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
ビーム配置決定部９は、追尾処理後の方位角αを示す方向情報と、追尾処理後の方位角αの観測精度βを示す観測精度情報から、アンテナ１により放射される複数のビームの配置を決定する。

また、この実施の形態１では、ビーム配置決定部９が、情報取得部８から出力された方向情報が示す方位角αと、情報取得部８から出力された観測精度情報が示す方位角αの観測精度βとから、目標の存在確率Ｐ（ｘ）を算出するものを示したが、目標を探索する方位角αを追尾する追尾処理を実施した場合、目標の存在確率Ｐ（ｘ）として、その追尾処理を実施することで得られる方位角αの平滑誤差分布や予測誤差分布などの追尾誤差分布を用いるようにしてもよい。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、ビーム配置決定部９が、ビーム配置候補Ｕ毎に、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）を算出し、その目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）を用いて、アンテナ１により放射される複数のビームの配置を決定するものを示したが、この実施の形態２では、ビーム配置決定部９が、ビーム配置候補Ｕ毎に、アンテナ１の利得を算出し、そのアンテナ１の利得を用いて、アンテナ１により放射される複数のビームの配置を決定するものを説明する。
レーダ装置の構成図は、上記実施の形態１と同様に図１である。
具体的には、以下の通りである。

ビーム配置決定部９は、ビーム配置候補Ｕ毎のアンテナ１の利得として、アンテナ１により放射されるＭ個のビームの中で、目標が存在していると仮定した方位角ｘから、放射方向が最も近いビームのＳＮを算出する。方位角ｘから放射方向が最も近いビームのＳＮであるＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ）は、下記の式（９）のように表される。
ビームのＳＮは、アンテナ１の利得と正比例する関係があるので、ビームのＳＮを算出することは、アンテナ１の利得を算出することに対応する。

ビーム配置決定部９は、目標の存在確率Ｐ（Ｘ）を上記実施の形態１と同様に算出し、下記の式（１０）に示すように、目標の存在確率Ｐ（ｘ）と、方位角ｘから放射方向が最も近いビームのＳＮであるＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ）とを用いて、各ビーム配置候補Ｕの評価関数Ｌ（Ｕ）を算出する。
即ち、ビーム配置決定部９は、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎの評価関数Ｌ（Ｕ_１），Ｌ（Ｕ_２），・・・，Ｌ（Ｕ_Ｎ）を算出する。

式（１０）において、Ｅ_Ｐ（ｘ）［ｌｏｇ（ＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ））］は方位角ｘから放射方向が最も近いビームのＳＮ、即ち、アンテナ１の利得を目標の存在確率Ｐ（ｘ）で平均化することを示している。

ビーム配置決定部９は、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎの評価関数Ｌ（Ｕ_１），Ｌ（Ｕ_２），・・・，Ｌ（Ｕ_Ｎ）を算出すると、上記実施の形態１と同様に、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎの評価関数Ｌ（Ｕ_１），Ｌ（Ｕ_２），・・・，Ｌ（Ｕ_Ｎ）の関数値を比較することで、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎの中から、関数値が相対的に大きいビーム配置候補Ｕ_ｊを選択する。
即ち、ビーム配置決定部９は、上記の式（８）に示すように、Ｎ個のビーム配置候補Ｕ_１，Ｕ_２，・・・，Ｕ_Ｎの中から、評価関数Ｌ（Ｕ_１）の関数値が最大のビーム配置候補Ｕ_ｊを選択する。
ビーム配置決定部９は、その選択したビーム配置候補Ｕ_ｊをアンテナ１により放射される複数のビームの配置に決定し、その決定した複数のビームの配置を示すビーム配置情報をビーム制御部１０に出力する。

以上で明らかなように、ビーム配置決定部９が、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）の代わりに、アンテナ１の利得を用いても、上記実施の形態１と同様に、適正なビーム配置候補Ｕ_ｊを選択することができるため、目標の検出確率を高めて、目標の探知距離を延伸することができる効果を奏する。

なお、上記実施の形態１では、ビーム配置決定部９が、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）を使用し、この実施の形態２では、アンテナ１の利得を使用して、ビーム配置候補Ｕ_ｊを選択するものを示しているが、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ）やアンテナ１の利得以外の指標を用いて、ビーム配置候補Ｕ_ｊを選択するようにしてもよい。例えば、目標の最大探知距離などを示す指標を用いることができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、アンテナ１により放射されるビームの本数がＭ個で固定されている例を示したが、ビームリソースを削減するために、アンテナ１により放射されるビームの本数を可変するようにしてもよい。

図６はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図であり、図６において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ビーム配置決定部１２は例えば図２の配置決定処理回路２５で実現されるものであり、図１のビーム配置決定部９と同様に、情報取得部８により取得された方向情報及び観測精度情報と、ビーム制御部１０から出力されたビーム情報とから、アンテナ１により放射される複数のビームの配置を決定し、複数のビームの配置を示すビーム配置情報をビーム制御部１０に出力する処理を実施する。
ただし、ビーム配置決定部１２は、アンテナ１により放射される複数のビームの配置を決定する処理手順が、図１のビーム配置決定部９と異なっている。

図６では、レーダ装置におけるデジタル信号処理器４の構成要素である信号処理部５、情報処理部６、表示処理部７、情報取得部８、ビーム配置決定部１２及びビーム制御部１０のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェア、即ち、信号処理回路２１、情報処理回路２２、表示処理回路２３、情報取得処理回路２４、配置決定処理回路２５及びビーム制御処理回路２６で実現されるものを想定している。
ただし、レーダ装置におけるデジタル信号処理器４の構成要素が専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、デジタル信号処理器４がソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
レーダ装置におけるデジタル信号処理器４がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合、信号処理部５、情報処理部６、表示処理部７、情報取得部８、ビーム配置決定部１２及びビーム制御部１０の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを図３に示すメモリ５１に格納し、コンピュータのプロセッサ５２がメモリ５１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

図７はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置のビーム配置決定部１２を示す構成図である。
図７において、ビーム配置決定処理部３１はビーム配置初期化部３２と評価値探索部３３を備えており、情報取得部８により取得された方向情報及び観測精度情報を用いて、アンテナ１により放射されるビームの本数を増やしながら、増やした本数でのビームの配置を決定する処理を実施する。
ビーム配置初期化部３２はアンテナ１により放射されるビームの本数をｉ本に設定し、本数がｉ本でのビームの配置を初期設定する処理を実施する。
また、ビーム配置初期化部３２は比較部３４からビーム本数の増加指令を受けると、ビームの本数を例えばｉ本から（ｉ＋１）本に増加し、本数が（ｉ＋１）本でのビームの配置を初期設定する処理を実施する。

評価値探索部３３はビーム配置初期化部３２により決定されたビームの配置を評価する評価関数Ｌ（Ｕ）の関数値を算出して、その関数値の勾配が反転する関数値に対応するビームの配置を比較部３４に出力する処理を実施する。
比較部３４は評価値探索部３３から出力されたビームの配置でのアンテナ１の利得が基準値より大きい場合、評価値探索部３３から出力されたビームの配置をアンテナ１により放射される複数のビームの配置に決定する処理を実施する。
また、比較部３４は評価値探索部３３から出力されたビームの配置でのアンテナ１の利得が基準値以下である場合、ビーム本数の増加指令をビーム配置初期化部３２に出力する処理を実施する。

次に動作について説明する。
ビーム配置決定部１２以外は、上記実施の形態１，２と同様であるため、ここでは、ビーム配置決定部１２の処理内容を説明する。
図８はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置におけるビーム配置決定部１２の処理手順を示すフローチャートである。

ビーム配置決定部１２のビーム配置初期化部３２は、アンテナ１により放射されるビームの本数をｉ本に初期設定し、ｉ本のビームの中心方位を並べて、本数がｉ本でのビームの配置を初期設定する。初期段階では、例えば、ｉ＝１であるものとする。
なお、ｉ＝１のときのビームの中心方位は、例えば、情報取得部８により取得された方向情報が示す方位角αに設定する。また、ｉ≧２のときの複数のビームの中心方位は、例えば、方位角αが中心となるように、複数のビームの中心方位を等間隔に設定する。
ビーム配置初期化部３２は、本数がｉ本でのビームの配置を初期設定すると、ビーム配置を示すｉ次元の配置ベクトルＵ_０を評価値探索部３３に出力する。

評価値探索部３３は、ビーム配置を示すｉ次元の配置ベクトルＵ_０を受けると、ｉ次元の配置ベクトルＵ_０を初期値とする最適化手法を実施することで、ｉ本のビームの最適な配置を示す配置ベクトルＵ_ｂを探索する（図８のステップＳＴ１１）。
最適化手法としては、例えば、最急降下法や準ニュートン法などが考えられる。
最適化手法を実施することで、ｉ本のビームの最適な配置を決定する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、例えば、評価値探索部３３は、ｉ本のビームの最適な配置を探索する際、当該配置を評価する評価関数Ｌ（Ｕ）の関数値を算出して、その関数値の勾配が反転する関数値に対応するビームの配置を探索する。
ここで、配置を評価する評価関数Ｌ（Ｕ）としては、例えば、上記の式（７）や式（１０）で算出される評価関数を用いることができる。

図９は勾配法によるビーム配置ベクトルの探索概念を示す説明図である。
配置を評価する評価関数Ｌ（Ｕ）の関数値の勾配が反転するとき、評価関数Ｌ（Ｕ）の微分値ｄＬ／ｄＵが０になるため、評価関数Ｌ（Ｕ）の関数値が最大になる。
図９では、縦軸を−Ｌ（Ｕ）で表記しているため、評価関数Ｌ（Ｕ）の関数値の勾配が反転するとき、−Ｌ（Ｕ）の関数値が最小になることを示している。
評価関数Ｌ（Ｕ）の関数値が最大になるときのｉ本のビームの配置ベクトルＵが最適な配置を示す配置ベクトルＵ_ｂとなる。
図９では、配置ベクトルの初期値がＵ_０＝［−０．７，０．７］であり、配置ベクトルＵ_０＝［−０．７，０．７］から探索を開始して、配置ベクトルＵ_ｂ＝［−１，１］のときに、評価関数Ｌ（Ｕ）の関数値が最大になる例を示している。
なお、Ｕ_ｂ＝［ａ，ｂ］におけるａ，ｂは、ビームが配置される位置を示すパラメータである。

評価値探索部３３は、ｉ本のビームの最適な配置を示す配置ベクトルＵ_ｂを探索すると、その配置ベクトルＵ_ｂを比較部３４に出力するとともに、その配置ベクトルＵ_ｂでのアンテナ１の利得として、ＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ_ｂ）を比較部３４に出力する。
ＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ_ｂ）は、配置ベクトルＵ_ｂにおいて、目標が存在していると仮定した方位角ｘから、放射方向が最も近いビームのＳＮであり、上記の式（９）で算出することができる。

比較部３４は、評価値探索部３３から配置ベクトルＵ_ｂ及びＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ_ｂ）を受けると、そのＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ_ｂ）と事前に設定されている基準値ＳＮ_ｂａｓｅとを比較し、そのＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ_ｂ）が基準値ＳＮ_ｂａｓｅより大きい場合（図８のステップＳＴ１２：ＹＥＳの場合）、その配置ベクトルＵ_ｂが示すビームの配置をアンテナ１により放射される複数のビームの配置に決定し、複数のビームの配置を示すビーム配置情報をビーム制御部１０に出力する。
比較部３４は、そのＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ_ｂ）が基準値ＳＮ_ｂａｓｅ以下である場合（ステップＳＴ１２：ＮＯの場合）、ビーム本数の増加指令をビーム配置初期化部３２に出力する。
ただし、比較部３４は、現在のビームの本数が、既に、予め設定されている最大本数Ｌに到達している場合には、本レーダ装置が有するビームリソースの範囲内で、複数のビームの配置を決定することができないため、ビーム本数の増加指令をビーム配置初期化部３２に出力せずに、処理を終了するようにしてもよい。

ここでは、評価値探索部３３が、配置ベクトルＵ_ｂでのＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ_ｂ）を比較部３４に出力し、比較部３４が、そのＳＮ_ｍａｘ（ｘ，Ｕ_ｂ）と基準値ＳＮ_ｂａｓｅを比較する例を示しているが、評価値探索部３３が、配置ベクトルＵ_ｂでの目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ_ｂ）を比較部３４に出力し、比較部３４が、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ_ｂ）と事前に設定されている基準値Ｐ_{ｄｂａｓｅ}を比較するようにしてもよい。基準値Ｐ_{ｄｂａｓｅ}としては、所望の検出確率の最低値などが考えられる。
比較部３４は、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ_ｂ）と基準値Ｐ_ｂａｓｅを比較する場合、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ_ｂ）が基準値Ｐ_ｂａｓｅより大きい場合、その配置ベクトルＵ_ｂが示すビームの配置をアンテナ１により放射される複数のビームの配置に決定し、複数のビームの配置を示すビーム配置情報をビーム制御部１０に出力する。
比較部３４は、目標の検出確率Ｐ_ｄ（ｘ，Ｕ_ｂ）が基準値Ｐ_ｂａｓｅ以下である場合、ビーム本数の増加指令をビーム配置初期化部３２に出力する。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、ビーム配置決定部１２が、情報取得部８により取得された方向情報及び観測精度情報を用いて、アンテナ１により放射されるビームの本数を増やしながら、増やした本数でのビームの配置を決定するビーム配置決定処理部３１と、ビーム配置決定処理部３１により決定されたビームの配置での目標の検出確率又はアンテナ１の利得が基準値より大きくなると、ビーム配置決定処理部３１により決定されたビームの配置をアンテナ１により放射される複数のビームの配置に決定する比較部３４とを備えるように構成したので、上記実施の形態１と同様に、目標の検出確率を高めて、目標の探知距離を延伸することができるほか、ビームリソースを削減することができる効果を奏する。
また、上記実施の形態１のように、ビーム配置候補Ｕ毎に、評価関数Ｌ（Ｕ）を算出する必要がないため、上記実施の形態１よりも計算負荷を低減することができる効果も奏する。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、目標の検出確率を高めて、目標の探知距離を延伸するレーダ装置及びビーム制御方法に適している。

１ アンテナ、２ 送信部、２ａ 送信機、２ｂ 可変利得増幅器、２ｃ 移相器、３ 受信部、３ａ 受信機、３ｂ Ａ／Ｄ変換器、４ デジタル信号処理器、５ 信号処理部、６ 情報処理部、７ 表示処理部、８ 情報取得部、９ ビーム配置決定部、１０ ビーム制御部、１１ ディスプレイ、１２ ビーム配置決定部、２１ 信号処理回路、２２ 情報処理回路、２３ 表示処理回路、２４ 情報取得処理回路、２５ 配置決定処理回路、２６ ビーム制御処理回路、３１ ビーム配置決定処理部、３２ ビーム配置初期化部、３３ 評価値探索部、３４ 比較部、５１ メモリ、５２ プロセッサ。

Claims (9)

1. 目標が存在している空間に電磁波のビームを放射した後、前記目標に反射されて戻ってきた前記電磁波を受信するアンテナと、
   前記アンテナにより受信された電磁波から前記目標を検出する信号処理を実施する信号処理部と、
   前記目標を探索する方向を示す方向情報と、前記方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得する情報取得部と、
   前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から算出される前記目標の存在確率に基づいて、前記アンテナにより放射される複数のビームの配置を決定するビーム配置決定部と、
   前記ビーム配置決定部により決定されたビームの配置にしたがって前記アンテナにより放射される複数のビームの方向を制御するビーム制御部とを備え、
   前記ビーム配置決定部は、
   前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から前記目標の存在確率を算出するとともに、複数のビームの配置候補であるビーム配置候補毎に、前記アンテナのアンテナパターンから前記目標の検出確率を算出し、
   前記ビーム配置候補毎に、当該ビーム配置候補における前記目標の検出確率を前記目標の存在確率で平均化し、複数のビーム配置候補の中から、前記平均化した目標の検出確率が相対的に大きいビーム配置候補を選択し、前記選択したビーム配置候補を前記アンテナにより放射される複数のビームの配置に決定することを特徴とするレーダ装置。
2. 前記ビーム配置決定部は、前記情報取得部により取得された時系列の方向情報を用いて、前記目標を探索する方向を追尾する追尾処理を実施し、前記追尾処理後の方向を示す方向情報と、前記追尾処理後の方向の観測精度を示す観測精度情報とから、前記目標の存在確率を算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 前記ビーム配置決定部は、前記情報取得部により取得された時系列の方向情報を用いて、前記目標を探索する方向を追尾する追尾処理を実施し、前記目標の存在確率として、前記追尾処理後の方向の誤差分布を用いることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
4. 前記ビーム配置決定部は、前記目標の検出確率として、前記アンテナから複数のビームが放射された際に、１以上又はＮ（Ｎは２以上の整数）以上の目標信号が検出された場合に前記目標が検出されたものとみなすビーム間相関方式の検出確率を算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
5. 目標が存在している空間に電磁波のビームを放射した後、前記目標に反射されて戻ってきた前記電磁波を受信するアンテナと、
   前記アンテナにより受信された電磁波から前記目標を検出する信号処理を実施する信号処理部と、
   前記目標を探索する方向を示す方向情報と、前記方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得する情報取得部と、
   前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から算出される前記目標の存在確率に基づいて、前記アンテナにより放射される複数のビームの配置を決定するビーム配置決定部と、
   前記ビーム配置決定部により決定されたビームの配置にしたがって前記アンテナにより放射される複数のビームの方向を制御するビーム制御部とを備え、
   前記ビーム配置決定部は、
   前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から前記目標の存在確率を算出するとともに、複数のビームの配置候補であるビーム配置候補毎に、前記アンテナのアンテナパターンから前記アンテナの利得を算出し、
   前記ビーム配置候補毎に、当該ビーム配置候補における前記アンテナの利得を前記目標の存在確率で平均化し、複数のビーム配置候補の中から、前記平均化したアンテナの利得が相対的に大きいビーム配置候補を選択し、前記選択したビーム配置候補を前記アンテナにより放射されるビームの配置に決定することを特徴とするレーダ装置。
6. 目標が存在している空間に電磁波のビームを放射した後、前記目標に反射されて戻ってきた前記電磁波を受信するアンテナと、
   前記アンテナにより受信された電磁波から前記目標を検出する信号処理を実施する信号処理部と、
   前記目標を探索する方向を示す方向情報と、前記方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得する情報取得部と、
   前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から算出される前記目標の存在確率に基づいて、前記アンテナにより放射される複数のビームの配置を決定するビーム配置決定部と、
   前記ビーム配置決定部により決定されたビームの配置にしたがって前記アンテナにより放射される複数のビームの方向を制御するビーム制御部とを備え、
   前記ビーム配置決定部は、
   前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報を用いて、前記アンテナにより放射されるビームの本数を増やしながら、増やした本数でのビームの配置を決定するビーム配置決定処理部と、
   前記ビーム配置決定処理部により決定されたビームの配置での前記目標の検出確率又は前記アンテナの利得が基準値より大きくなると、前記ビーム配置決定処理部により決定されたビームの配置を前記アンテナにより放射される複数のビームの配置に決定する比較部とを備え、
   前記ビーム配置決定処理部は、増やした本数でのビームの配置を評価する評価関数の関数値を算出して、前記関数値の勾配を算出し、前記勾配の符号が反転する関数値に対応するビームの配置を前記比較部に出力し、
   前記比較部は、前記ビーム配置決定処理部から出力されたビームの配置での前記目標の検出確率又は前記アンテナの利得が基準値より大きくなると、前記ビーム配置決定処理部から出力されたビームの配置を前記アンテナにより放射される複数のビームの配置に決定することを特徴とするレーダ装置。
7. アンテナから目標が存在している空間に電磁波のビームが放射した後、前記目標に反射されて戻ってきた前記電磁波が前記アンテナによって受信されると、
   信号処理部が、前記アンテナにより受信された電磁波から前記目標を検出する信号処理を実施し、
   情報取得部が、前記目標を探索する方向を示す方向情報と、前記方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得し、
   ビーム配置決定部が、前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から算出される前記目標の存在確率に基づいて、前記アンテナにより放射される複数のビームの配置を決定し、
   ビーム制御部が、前記ビーム配置決定部により決定されたビームの配置にしたがって前記アンテナにより放射される複数のビームの方向を制御するビーム制御方法であって、
   前記ビーム配置決定部が、
   前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から前記目標の存在確率を算出するとともに、複数のビームの配置候補であるビーム配置候補毎に、前記アンテナのアンテナパターンから前記目標の検出確率を算出し、前記ビーム配置候補毎に、当該ビーム配置候補における前記目標の検出確率を前記目標の存在確率で平均化し、複数のビーム配置候補の中から、前記平均化した目標の検出確率が相対的に大きいビーム配置候補を選択し、前記選択したビーム配置候補を前記アンテナにより放射される複数のビームの配置に決定することを特徴とするビーム制御方法。
8. アンテナから目標が存在している空間に電磁波のビームが放射した後、前記目標に反射されて戻ってきた前記電磁波が前記アンテナによって受信されると、
   信号処理部が、前記アンテナにより受信された電磁波から前記目標を検出する信号処理を実施し、
   情報取得部が、前記目標を探索する方向を示す方向情報と、前記方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得し、
   ビーム配置決定部が、前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から算出される前記目標の存在確率に基づいて、前記アンテナにより放射される複数のビームの配置を決定し、
   ビーム制御部が、前記ビーム配置決定部により決定されたビームの配置にしたがって前記アンテナにより放射される複数のビームの方向を制御するビーム制御方法であって、
   前記ビーム配置決定部が、
   前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から前記目標の存在確率を算出するとともに、複数のビームの配置候補であるビーム配置候補毎に、前記アンテナのアンテナパターンから前記アンテナの利得を算出し、前記ビーム配置候補毎に、当該ビーム配置候補における前記アンテナの利得を前記目標の存在確率で平均化し、複数のビーム配置候補の中から、前記平均化したアンテナの利得が相対的に大きいビーム配置候補を選択し、前記選択したビーム配置候補を前記アンテナにより放射されるビームの配置に決定することを特徴とするビーム制御方法。
9. アンテナから目標が存在している空間に電磁波のビームが放射した後、前記目標に反射されて戻ってきた前記電磁波が前記アンテナによって受信されると、
   信号処理部が、前記アンテナにより受信された電磁波から前記目標を検出する信号処理を実施し、
   情報取得部が、前記目標を探索する方向を示す方向情報と、前記方向の観測精度を示す観測精度情報とを取得し、
   ビーム配置決定部が、前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報から算出される前記目標の存在確率に基づいて、前記アンテナにより放射される複数のビームの配置を決定し、
   ビーム制御部が、前記ビーム配置決定部により決定されたビームの配置にしたがって前記アンテナにより放射される複数のビームの方向を制御するビーム制御方法であって、
   前記ビーム配置決定部が、
   前記情報取得部により取得された方向情報及び観測精度情報を用いて、前記アンテナにより放射されるビームの本数を増やしながら、増やした本数でのビームの配置を決定するビーム配置決定処理を実施し、前記ビーム配置決定処理によって決定したビームの配置での前記目標の検出確率又は前記アンテナの利得が基準値より大きくなると、前記ビーム配置決定処理によって決定したビームの配置を前記アンテナにより放射される複数のビームの配置に決定する比較処理を実施し、
   前記ビーム配置決定処理では、増やした本数でのビームの配置を評価する評価関数の関数値を算出して、前記関数値の勾配を算出し、前記勾配の符号が反転する関数値に対応するビームの配置を出力し、
   前記比較処理では、前記ビーム配置決定処理によって出力したビームの配置での前記目標の検出確率又は前記アンテナの利得が基準値より大きくなると、前記ビーム配置決定処理によって出力したビームの配置を前記アンテナにより放射される複数のビームの配置に決定することを特徴とするビーム制御方法。

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