JP6249462B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
以下、図を用いてこの発明の実施の形態1に係る開口面制御レーダ装置について説明する。図1は実施の形態1による開口面制御レーダ装置100(以下、「レーダ装置100」という)の構成を示している。
信号処理部10は、レーダ受信機11で信号処理された受信信号に基づいて目標を検出するとともに、アンテナ駆動制御部8とアンテナ位相制御部9とに開口面1の回転角およびビーム指向方位を設定するともに、レーダで捉えた目標と競合するクラッタレベルを、パターン算出部13で算出されるアンテナパターンを用いて算出して、回転角の妥当性を判定する。
目標を探知するために、まず、信号処理部10によってレーダのビーム指向方位が決められ、信号処理部10からアンテナ位相制御部9に対して、開口面1の回転角とビーム指向方位が指示される。
アンテナ位相制御部9においては、上記回転角と上記ビーム指向方位に基づいて複数の移相器3に設定する位相量を各々算出し、その位相量を移相器3に設定する。
一方、励振機12で生成された送信信号は、開口面1内において、素子アンテナ2、移相器3の数だけ分配され、移相器3に入力される。上記分配された送信信号は、移相器3によって適切な位相量が設定され、素子アンテナ2に送られ、素子アンテナ2から空間に放射される。
各々の移相器3において、適切な位相量が設定されることにより、各素子アンテナ2から放射された送信信号は、所望のビーム指向方位に対して合成されて、ビームを形成する。
上記送信信号が目標から反射することにより生成される受信信号は、開口面1を介して、各々の素子アンテナ2で受信され、最適な位相量が設定された各々の移相器3に入力する。
上記受信信号は、移相器3を経由することで、開口面1内で合成され、レーダ受信機11を経由して信号処理部10に送られ、信号処理部10にて目標検出の処理が行われる。
目標と競合するサイドローブクラッタの存在する方位は、式(1)、式(2)を満足する方位となる。
Ftgt:目標のドップラ周波数、
V:自機速度、
λ:レーダの周波数の波長、
PRF:送信繰り返し周波数、
EL:目標と競合するEL方向のサイドローブ方向、
AZ:目標と競合するAZ方向のサイロローブ方向
である。
開口面1の回転角をレゾルバ7によって測定し、この結果を信号処理部10に送る。信号処理部10は、上記回転角とレーダのビーム指向方位とをパターン算出部13に送る。
パターン算出部13においては、各素子アンテナ2のアンテナ利得、回転角、ビーム指向方位から、開口面1の全体のアンテナ利得を算出し、もしくは、事前に測定、算出したアンテナ利得の結果を記憶しておき、これを読み出し、アンテナパターンを信号処理部10に送出する。
このときのサイドローブクラッタのレベルが、設定された閾値より高い場合は、信号処理部10は任意の回転角をアンテナ駆動制御部8に送信して、モータ5により開口面1を任意の角度に回転させる。その回転角とビーム指向方位から再度、パターン算出部13においてアンテナパターンを算出し、その結果から再度、サイドローブクラッタのレベルを求める。これを繰り返し、サイドローブクラッタのレベルが目標のレベルに対して十分に小さくなるまで上記作業を繰り返し、最適な回転角を算出する。なお、上記の閾値は、目標のレベルに基づいて予め設定されて、信号処理部10に記憶されているものとする。
アンテナ駆動制御部8は指定された上記回転角になるようにモータ5をアンプ6経由で駆動し、開口面1を上記回転角だけ回転させる。
アンテナ位相制御部9は、上記回転角だけ開口面1が回転することを加味して、レーダのビーム指向が正しく目標に指向するように、移相器3に設定する位相量を算出し、これを移相器3に設定する。
これらの制御をレーダの一観測ごとに行うことにより、目標と競合するサイドローブを低減することが可能となる。
図2の斜視図に示すとおり、開口面1は円板形状を有しており、開口面1の開口平面1aは円形を有している。開口面1はアンテナ中心軸30を中心として回転する。アンテナ中心軸30は後述のように、開口面1をモータ5によって機械的に回転させる際の回転軸であり、アンテナ中心軸30の方向は、モータ5の回転軸の方向と一致する。図2の例では、開口の中心を開口面1の開口平面1aに対して垂直方向に横切る軸がアンテナ中心軸30となる。
開口面1の回転方向31は、符号R1で示す時計回り及び符号R2で示す反時計回りの両方が可能である。アンテナをフェーズドアレーアンテナで構成する場合は、開口面1は複数の素子アンテナ2で構成されたアレーアンテナとなる(図3参照)。
これらの素子アンテナ2を配置する方向によって、開口面1は回転方向31に対して異なる特性を有することになり、アンテナパターン等のアンテナ特性が変化する。
当該特性の1つとして、偏波面が挙げられる。すなわち、素子アンテナ2を配置する方向によって、偏波面は変化する。本実施の形態においては、開口面1が回転する構成となっているため、開口面1を回転させることにより、素子アンテナ2を配置する方向を容易に変化させることができる。
以下、開口面1の回転に伴って、偏波面が変化することについて簡単に説明する。
例えば、基準位置32が真上を向いている図3(1)の「垂直位置」の場合の偏波面が垂直偏波であるとすると、基準位置32がそこから時計回り(R1方向)に90°回転した図3(3)の「水平位置」の場合は水平偏波となり、基準位置32がそこから時計回り(R1方向)に45°回転した図3(2)の「斜め位置」の場合は、垂直偏波と水平偏波のちょうど中間となる。なお、電波の振動方向が地表に対して水平の場合を「水平偏波」と呼び、電波の振動方向が地表に対して垂直の場合を「垂直偏波」と呼ぶ。
この変化を利用するために、アンテナ中心軸30を中心として開口面1を回転させることで、目標と競合するサイドローブを低減することが可能となるという効果を得ることが可能である。
まず、信号処理部10はビーム指向方位を決定する(S101)。レゾルバ7は開口面1の回転角を測定し、信号処理部10に出力する(S102)。信号処理部10は、レーダ受信機11の処理結果に基づいて、レーダが目標を探知しているか否かを判断する(S103)。
レーダが目標を探知している場合、信号処理部10は、回転角とビーム指向方位をパターン算出部13へ送出する(S104)。パターン算出部13は、回転角とビーム指向方位とに基づいて、アンテナパターンを算出し、信号処理部10へ送出する(S105)。信号処理部10は、当該アンテナパターンに基づいて、サイドローブレベルを算出し(S106)、クラッタが許容できるか否か判定する(S107)。
S107においてクラッタが許容できない場合は、信号処理部10は開口面1の回転角を変更し、再度S104に戻る。
S107においてクラッタが許容できる場合は、S113に移る。
一方、S103でレーダが目標を探知していない場合、背景のクラッタ観測が可能か否かを判定し(S109)、クラッタ観測ができない場合はS104に移る。クラッタ観測が可能である場合は、信号処理部10はクラッタレベルを実測する(S110)。次に、クラッタが許容できるレベルであるか否かを判定し(S111)、許容できる場合は、S113に移る。一方、許容できない場合、信号処理部10は、開口面1の回転角を変更し(S112)、S110に戻る。
S113においては、信号処理部10は、設定する回転角をアンテナ駆動制御部8に出力し、開口面1を回転させる(S113)。
次に、信号処理部10は、回転角とビーム指向方位を、アンテナ位相制御部9に設定し移相器3に移相を設定する(S114)。
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態2について説明する。
図6は実施の形態2によるレーダ装置を示している。図6において、レーダ装置は開口面1、素子アンテナ2、移相器3、ギア4、モータ5、アンプ6、レゾルバ7、アンテナ駆動制御部8、アンテナ位相制御部9、信号処理部10、レーダ受信機11、励振機12、パターン算出部13、広帯域受信機14から構成される。開口面1の構成、動作については、図2、図3に示すとおりであり、実施の形態1と同様のものである。その他、実施の形態1で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一番号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態においては、信号処理部10が、上記の実施の形態1で示した動作の他に、広帯域受信機14から、妨害信号等の到来方位、および、受信電力が入力され、当該受信電力から、妨害信号等がレーダの動作に影響を与えるものであるか否かを判定するとともに、影響を与えると判定した場合には、パターン算出部13で算出される妨害信号等のアンテナ利得から、開口面1の回転角の妥当性を判定する。
妨害信号等の影響がある場合は、信号処理部10は、妨害信号等の電力を低減するために、この妨害信号等の到来方位に相当するアンテナ利得を低減させる。
妨害信号等の到来方位におけるアンテナ利得は、開口面1の回転角と信号処理部10が設定するビーム指向方位とから、パターン算出部13で算出することが可能である。当該方位のアンテナ利得が高い場合は、信号処理部10は、開口面1を任意に回転させて、その回転角とビーム指向方位の情報から、再度、パターン算出部13においてアンテナパターンを算出させるとともに、その結果から再度当該方位におけるアンテナ利得を算出させる(S204〜S206)。
これを繰り返し、当該方位のアンテナ利得が十分に小さくなり、妨害信号等がレーダ動作に影響を与えなくなるまで上記作業を繰り返し、最適な回転角を算出する(S207、S208)。
S209以降のフローは、実施の形態1のS113以降のフローと同様に、開口面1の回転角、移相器3の位相量を制御し、妨害信号等の影響を低減したレーダ動作を可能とする。
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態3について説明する。
図9は実施の形態3によるレーダ装置を示している。図9において、レーダ装置は開口面1、素子アンテナ2、移相器3、ギア4、モータ5、アンプ6、レゾルバ7、アンテナ駆動制御部8、アンテナ位相制御部9、信号処理部10、レーダ受信機11、励振機12、広帯域受信機14、反射方向算出部15から構成される。開口面1の構成、動作については、図2、図3に示すとおりであり、実施の形態1と同様である。その他、実施の形態2で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一番号を付して、その説明を省略する。
妨害信号等の影響がある場合、信号処理部10は、広帯域受信機14から入力された妨害信号等の到来方位と周波数を反射方向算出部15に送出する(S304)。
反射方向算出部15は、妨害信号等の開口面1による反射方向を、当該妨害信号等の到来方位と周波数、および、素子アンテナ2の配置情報を基に算出し(S305)、算出した反射方向を信号処理部10に出力する。
反射方向算出部15における上記反射方向の算出は、素子アンテナ2の配置状況を基に行う。あるいは、上記の反射方向は、事前に計算した結果を記憶し、これを読み出すことでも可能である。
信号処理部10は、妨害信号等の反射方向が妨害信号等の到来方向と重なるか判定し(S306)、方位が重なる場合はブラッグローブと判定する。ブラッグローブとは、図10(b)に示すように、到来電波の到来方位と、電波が反射する反射方向とが、一致する現象をいう。ブラッグローブは、(1)到来する電波の周波数、(2)到来電波とアンテナ開口面の角度、(3)アンテナ素子の間隔、の3つの条件が、ブラッグローブ条件になったときに発生する。ブラッグローブの場合は、相手に対する自己の反射断面積が大きくなるため、これを低減すべく、到来方向と反射方向とが重ならないように開口面1の回転角を制御する必要がある。ここで、図10を用いて、ブラッグローブについて詳細に説明する。図10(a)は、通常の電波が到来する場合を示し、図10(b)は、ブラッグローブの場合を示している。図10(a),(b)において、符号40が入射波、符号41が入射波40の入射角θと同じ角度で反射する反射波、符号42が入射波40の入射方位に反射する反射波を示している。このとき、開口平面1aに入射角θで入射波40が入射したとすると、通常は、図10(a)に示すように、入射角θと同じ角度θで反射波41が反射し、入射波40の入射方位に反射する反射波42は殆どない。従って、反射波41の電力は大きく、反射波42の電力は小さい。一方、到来する入射波40の周波数、方位、開口面1のアンテナ素子2の間隔が、ブラッグローブ条件を満足すると、図10(b)に示すように、入射波40の入射方位に反射波42が反射する。このとき、通常の反射方位に反射する反射波41は殆どないため、その電力は小さい。一方、入射波40の入射方位に反射する反射波42の電力は大きい。
ブラッグローブと判定された場合は、信号処理部10において、開口面1を任意に回転させて(S307)、その回転角、ビーム指向方位、妨害信号等の到来方位、周波数の情報を反射方向算出部15に出力する。反射方向算出部15は妨害信号等の反射方向を算出し、ブラッグローブとなるかの判定を信号処理部10にて再度行う(S306)。
妨害信号等がブラッグローブとならなくなるまで上記作業を繰り返し、最適な回転角を算出する。
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態4について説明する。
図12は実施の形態4によるレーダ装置を示している。図12において、レーダ装置は開口面1、素子アンテナ2、移相器3、ギア4、モータ5、アンプ6、レゾルバ7、アンテナ駆動制御部8、アンテナ位相制御部9、信号処理部10、レーダ受信機11、励振機12、SAR(合成開口レーダ:Synthetic Aperture Radar)画像表示部16、回転角設定部17から構成される。開口面1の構成、動きについては、図2、3に示すとおりであり、実施の形態1と同様である。その他、実施の形態1で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一番号を付して、その説明を省略する。
また、回転角設定部17は、オペレータからの入力に基づいて、開口面1を回転させるための回転角を設定する。具体的には、オペレータが、SAR画像表示部16に表示された画像データが良くないと判断した場合に、オペレータは、最適な画像データが得られるように、回転角設定部17に対し、開口面1を回転させるための回転角を入力する。これにより、信号処理部10は、入力された回転角度に基づいて、モータ5により、開口面1を回転させる。なお、オペレータの回転角設定部17への入力操作としては、例えば、回転角設定部17に数値を入力するためのキーボードやテンキーといった入力装置を設けておき、回転角を数値で入力するようにしてもよい。この場合には、入力された値が、正のときは時計回り(図2のR1方向)とし、負のときは反時計回り(図2のR2方向)というように、予め回転方向を決めておくこととする。あるいは、回転角設定部17に回転レバーを設けておき、オペレータが、SAR画像表示部16に表示された画像データを見ながら、回転レバーを操作することにより、当該回転レバーの回転量に応じた角度だけ、信号処理部10が開口面1を回転させるようにしてもよい。
表示された画像データが良くない場合、オペレータは最適な画像データが得られるように回転角設定部17により回転角を設定する(S404)。合成開口レーダの主要なパラメータとして偏波が挙げられるが、ここで、レーダの開口面1の回転角と電波の偏波方向について図3の例で説明する。本実施の形態では、開口面1を回転するにしたがい、その偏波方向も変化するが、例えば、図3の(1)垂直位置の(a)正面図(垂直)、(b)側面図(垂直)に示すように基準位置が設定されているときに、開口面1から送受信される電波の偏波が垂直偏波である場合を考える。
開口面1を図3の(3)水平位置の(a)正面図(水平)、(b)側面図(水平)に示すように基準位置を設定すると、開口面1から送受信される電波の偏波は水平偏波となる。その中間状態である(2)斜め方向の(a)正面図(斜め)、(b)側面図(斜め)の状態に開口面1を回転させると、開口面1から送受信される電波の偏波は斜めの偏波状態とすることができる。
信号処理部10は、回転角設定部17で設定された回転角を入力し、アンテナ駆動制御部8に出力する。また、信号処理部10は、入力した回転角とビーム指向方位をアンテナ位相制御部9に出力することで、開口面1の回転角と移相器3の位相量を制御する。
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態5について説明する。
図14は実施の形態5によるレーダ装置の構成を示した図である。
図14において、レーダ装置は、開口面18、素子アンテナ2、移相器3、ギア4、モータ5、アンプ6、レゾルバ7、アンテナ駆動制御部8、アンテナ位相制御部9、信号処理部10、レーダ受信機11、励振機12から構成される。
図示しないが、実施の形態1〜4において説明したパターン算出部13、広帯域受信機14、反射方向算出部15、SAR画像表示部16、回転角設定部17も、適宜、レーダ装置の構成に含む。
なお、図14において、実施の形態1〜4で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一番号を付して、その説明を省略する。
なお、図14では、開口面18を円柱形状から構成しているが、その場合に限らず、開口面18を、実施の形態1〜4の開口面1と同様に円板形状に構成してもよい。但し、その場合においても、開口面18を、アンテナ中心軸30に直交する軸33に対して、チルト角34をもって設置する。
このように本実施の形態では、開口面18がチルト角34をもって設置されているため、開口面18を回転させることによって、本レーダ装置のアンテナの覆域を、電子走査と機械駆動を併用することで、式(3)に示すだけ拡大することが可能となる。
開口面18は、前述の通り実施の形態1〜4で説明した開口面1とは異なり、アンテナ中心軸30に対してチルト角34だけ傾斜して設置されている。
図15は、開口面18を90°ごとに回転させた4つの場合(A)〜(D)における開口面18を、同じ方向から見た図を示したものである。図15において、(A)が開口面18の基準位置32を0°方向とした場合、(B)が開口面18の基準位置32を90°方向とした場合、(C)が開口面18の基準位置32を180°方向とした場合、開口面18の基準位置32を270°方向(または−90°方向)とした場合を示している。また、図15において、R1は時計回り、R2は反時計回りを示している。また、(a)は、時計回り(R1方向)に90°回転することを示し、(b)は反時計回り(R2方向)に90°回転することを示す。また、符号35は、開口面18の開口平面18aに平行な軸を示している。従って、軸33と軸35との間の角度が、チルト角34となる。
このように開口面18がアンテナ中心軸30を中心に機械的に回転することで、開口面18が指向する方位を回転角に応じて連続的に変化させることができる。
このように、モータ5により開口面18を機械的に回転させることと、移相器3によりビーム指向方位を電子走査することを併用することにより、電子走査のみを行う場合に比べて円錐形状に覆域が拡大する。
図17において、基準位置を0°方向とした場合、開口面18の覆域50は、上方向に対して、最大で式(3)で示すだけ拡大する。
これは、上方向に対してチルト角34だけオフセットした状態で、電子走査によるビーム走査が可能となるためである。例としてチルト角(η)を30°、電子走査時の最大覆域(ψmax)を60°とすると、もともと上方向には60°の覆域しかなかったものが、図17に示すように、90°の覆域に拡大する。
基準位置を図15(B)の90°方向とした場合、開口面18の覆域50は、右方向に対して最大で式(3)に示すだけ拡大する。上方向と同様に、右方向に対してチルト角34だけオフセットした状態で、電子走査によるビーム走査が可能となるためである。
例としてチルト角(η)を30°、電子走査時の最大覆域(ψmax)を60°とすると、もともと右方向には60°の覆域しかなかったものが、図18に示すように、90°の覆域に拡大する。
基準位置を図15(D)の270°方向とした場合、開口面18の覆域50は、左方向に対して最大で式(3)に示すだけ拡大する。右方向と同様に、左方向に対してチルト角34だけオフセットした状態で、電子走査によるビーム走査が可能となるためである。
例としてチルト角(η)を30°、電子走査時の最大覆域(ψmax)を60°とすると、もともと左方向には60°の覆域しかなかったものが、図19に示すように、90°の覆域に拡大する。
図20において、基準位置を180°方向とした場合、開口面18の覆域50は、下方向に対して、最大で式(3)で示すだけ拡大する。上方向と同様に、下方向に対してチルト角だけオフセットした状態で、電子走査によるビーム走査が可能となるためである。
例としてチルト角(η)を30°、電子走査時の最大覆域(ψmax)を60°とすると、もともと下方向には60°の覆域しかなかったものが、図20に示すように、90°の覆域に拡大する。
図21に示される従来の回転式のアンテナの場合は、開口面200がアンテナ回転軸201を中心として回転方向(AZ方向)202に回転する。このとき、回転方向(AZ方向)202についての覆域の拡大は可能であるが、回転方向202以外については覆域の拡大ができない。また、回転方向202に開口面200が回転するため、回転できるだけの点線で示すスペース203を確保する必要がある。
一方、本発明に係るレーダ装置で図16〜図20で説明したものであれば、開口面18は回転軸を中心として回転するだけであるため、あたかも開口面18が裏から押されたような動きをするだけであり、搭載スペースを確保しなくても、回転させることが可能となる。
特に、開口面18が円形の場合は、何ら搭載スペースが大型化することはない。このように、開口面18のように電子走査と機械駆動を併用することにより、搭載スペースを確保せずとも、機械駆動が可能なあらゆる方位に対して、開口面の覆域を拡大することが可能となる。
さらに、本実施の形態においては、上述したとおり、時空間フィルタを適用することが可能となるため、メインビームクラッタと競合する低速移動目標の検出が可能となる。
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態6について説明する。
図22は実施の形態6によるレーダ装置の構成を示した図である。本実施の形態に係るレーダ装置は、実施の形態5の構成に加えて、開口面19、第二のギア20、第二のモータ21、第二のアンプ22、第二のレゾルバ23、第二のアンテナ駆動制御部24、中継筐体25から構成される。第二のモータ21、第二のアンプ22、第二のレゾルバ23、及び、第二のアンテナ駆動制御部24は、中継筐体25内に設けられている。
図14と図22とを比較すると分かるように、本実施の形態においては、実施の形態5の開口面18の代わりに、図22に示すように、開口平面19aを有する開口面部としての開口面19と、開口面19を支持する支持部としての中継筐体25とが、設けられている。従って、本実施の形態においては、「開口面」が開口面19と中継筐体25とから構成されているといえる。
本実施の形態においては、信号処理部10は、任意の回転角を、アンテナ駆動制御部24に送信し、アンプ22およびモータ21を介して、開口面19を任意の角度に回転させる。また、レゾルバ23は、開口面19の回転角を検出して、信号処理部10に送信する。
本実施の形態においては、第一のアンテナ中心軸30を中心としてモータ5および第一のギア4により中継筐体25を回転させるとともに、第二のアンテナ中心軸36を中心としてモータ21および第二のギア20により開口面19を回転させる。図22において、符号31は、第一のアンテナ中心軸30の回転方向を示し、符号37は、第二のアンテナ中心軸36の回転方向を示す。
このように、本実施の形態に係るレーダ装置は、2軸で開口面19を回転するため、実施の形態5で説明した第一のギア4で不足する回転角を第二のギア20で補足できる構造としている。
なお、実施の形態1〜4で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一番号を付して、その説明を省略する。
以上の説明から分かるように、中継筐体25はチルト角34をもって設置されている。従って、その中継筐体25に設けられた開口面19も、チルト角34をもって設置されていることになる。そのため、開口面19は、先述の実施の形態5と同様に、第一のギア4を回転させることによって、アンテナの覆域を式(3)に示すだけ拡大することが可能となる。覆域が拡大する動作については図16〜図20と同様である。
このように、本実施の形態においては、たとえ、ギア20を固定させて開口面19を回転させなかったとしても、中継筐体25部分の回転だけで、開口面19の開口位置が変化するため、アンテナの覆域が変化し、上記の実施の形態5と同様の効果が得られる。
上述の実施の形態1〜4、7、8の開口面1と本実施の形態の開口面19とを比較すると分かるように、開口面19は、チルト角34を考慮しなければ、実施の形態1〜4、7、8の開口面1と同じ構成である。すなわち、開口面19は、実施の形態1〜4の開口面1をチルト角34をもって設置したものと同じ構成となる。従って、開口面19は、実施の形態1〜4の開口面1と同じ動作を行うことができる。すなわち、開口面19を第二のアンテナ中心軸36を中心として回転させることで、偏波面を変化させるとともに、不要波が到来する方位をサイドローブのナル方向に制御することで、不要波からの影響を低減させ、目標を精度よく、探知することができる。
従って、本実施の形態においては、上記の実施の形態5の効果に加えて、さらに、実施の形態1〜4、7、8と同様の効果も得られる。
信号処理部10は、主に拡大したい覆域に相当する回転角をアンテナ駆動制御部8に設定し、実施の形態1〜4に示す効果を得るために必要な開口面19に対する回転角をアンテナ駆動制御部24に設定し、アンテナ駆動制御部8及びアンテナ駆動制御部24に設定した回転角を加味して、アンテナ位相制御部9に対してビーム指向方位を設定する。上記のように、覆域拡大と開口面の最適制御の二つの効果を二軸を用いて実現できるため、実施の形態5に比べて、最適な制御が可能となる。中継筐体25は、ギア4およびギア20を保持するための構造物である。
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態7について説明する。
本実施の形態に係るレーダ装置の構成は、図1に示した構成と同じであるため、ここでは、図1を参照することとする。すなわち、本実施の形態に係るレーダ装置は、図1に示すように、開口面1、素子アンテナ2、移相器3、ギア4、モータ5、アンプ6、レゾルバ7、アンテナ駆動制御部8、アンテナ位相制御部9、信号処理部10、レーダ受信機11、励振機12、及び、パターン算出部13から構成される。これらの構成および動作は、実施の形態1と同様である。その他、実施の形態1で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一番号を付して、その説明を省略する。
具体的には、図26の目標1のように、遠距離の目標もしくはレーダ反射断面積の小さな目標に対しては、感度の高い開口平面に直交する方位を目標に指向する(符号E参照)。すなわち、開口面1の開口平面と目標方向とが90°に近くなるような回転角を算出し、アンテナ駆動制御部8を制御し、感度を向上させることで、目標の探知を容易にすることが可能である。
一方、図26の目標2のように、近距離の目標もしくはレーダ反射断面積が大きな目標に対しては、感度の低い広角方向を指向する(符号F参照)。
このようにすることで、全体として、効率的に開口面1を制御することが可能である。なお、目標の距離、目標の反射断面積、パターン算出部13から得られる目標の存在する方位におけるアンテナ利得に基づいて、信号処理部10において、各々の目標からの受信電力を式(4)を用いて比較し、最適な回転角を制御することが有効である。
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態8について説明する。
本実施の形態に係るレーダ装置の構成は、図1に示した構成と同じであるため、ここでは、図1を参照することとする。すなわち、本実施の形態に係るレーダ装置は、図1に示すように、開口面1、素子アンテナ2、移相器3、ギア4、モータ5、アンプ6、レゾルバ7、アンテナ駆動制御部8、アンテナ位相制御部9、信号処理部10、レーダ受信機11、励振機12、及び、パターン算出部13から構成される。これらの構成および動作は、実施の形態1と同様である。その他、実施の形態1で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一番号を付して、その説明を省略する。
ロータリジョイント60は、図23に示すように、ギア4に嵌合されている。このように、ロータリジョイント60の嵌合機能により配線61,62の接続を実現する(Point1参照)。ロータリジョイント60内の一方の配線61は、信号処理部10等の回転しない構成品へ配線し、他方の配線62は開口面1,18側に配線する(Point2,3参照)。こうして、実施の形態1〜5では、ロータリジョイント60を用いることで、1軸構造で回転を実現している(Point4参照)。
このようにアンテナ開口面を開口面の軸方向に円筒状に駆動させる構造とすることで、図21に示す従来の構造のように、回転部に開口部の荷重が全て加わることがなく、機械的な負荷を軽減することが可能であり、故障率の増大を抑えることができる。
なお、2軸構造で開口面の回転を実現するため、第一のギア4で不足する回転角を2軸目の第二のギアで補うことができる。
また、1軸目の第一のギアでは覆域を拡大し可能な範囲で開口面の回転角を最適にすることができる。
Claims (19)
- 送信信号として電波を送信し当該電波が目標にあたって反射した反射波を受信信号として受信する素子アンテナと、上記送信信号の位相を設定するための移相器と、を有するとともに、中心軸を中心として回転可能に設けられた開口面と、
上記素子アンテナが受信した上記受信信号に基づいて上記目標を検出するとともに、上記目標の検出において不要となる不要波が存在する場合に、当該不要波の影響を抑圧するように上記開口面の回転角および上記送信信号のビーム指向方位を決定する信号処理部と、
上記信号処理部から入力される上記回転角および上記ビーム指向方向に基づいて上記送信信号の位相量を決定し、当該位相量を各上記移相器に設定するアンテナ位相制御部と、
上記信号処理部から入力される上記回転角に基づいて、上記開口面を回転させる回転角を設定するアンテナ駆動制御部と、
上記信号処理部から入力される上記開口面の回転角及び上記ビーム指向方位に基づいてアンテナパターンを算出するパターン算出部と
を備え、
上記信号処理部は、上記素子アンテナで受信された上記受信信号から上記目標を検出するとともに、上記送信信号のビーム指向方位と上記開口面の回転角を決定して、上記アンテナ駆動制御部に上記開口面の上記回転角を設定し、上記アンテナ位相制御部に上記開口面の回転角及び上記送信信号のビーム指向方位を設定するとともに、上記目標と競合するクラッタレベルを上記パターン算出部で算出された上記アンテナパターンに基づいて算出し、算出したクラッタレベルが予め設定された閾値よりも高い場合には、上記開口面の回転角及び上記ビーム指向方位を変更して、上記パターン算出部に再度上記アンテナパターンを算出させて、当該アンテナパターンに基づいてクラッタレベルを再度算出し、算出したクラッタレベルが上記閾値未満になるまで、上記開口面の回転角及び上記ビーム指向方位を変更することを繰り返すことで、最適な上記開口面の回転角及び上記ビーム指向方位を決定し、前記アンテナ駆動制御部に上記最適な回転角を入力することで、上記開口面を回転させる
レーダ装置。 - 送信信号として電波を送信し当該電波が目標にあたって反射した反射波を受信信号として受信する素子アンテナと、上記送信信号の位相を設定するための移相器と、を有するとともに、中心軸を中心として回転可能に設けられた開口面と、
上記素子アンテナが受信した上記受信信号に基づいて上記目標を検出するとともに、上記目標の検出において不要となる不要波が存在する場合に、当該不要波の影響を抑圧するように上記開口面の回転角および上記送信信号のビーム指向方位を決定する信号処理部と、
上記信号処理部から入力される上記回転角および上記ビーム指向方向に基づいて上記送信信号の位相量を決定し、当該位相量を各上記移相器に設定するアンテナ位相制御部と、
上記信号処理部から入力される上記回転角に基づいて、上記開口面を回転させる回転角を設定するアンテナ駆動制御部と
を備え、
上記開口面は、上記素子アンテナにより送受信される上記電波の放射および受信を行う開口平面を有し、
上記開口平面は、上記中心軸に対して傾斜して設けられ、
上記開口面は、
上記開口平面が設けられた開口面部と、
上記開口面部を支持する支持部と
から構成され、
上記支持部は、上記中心軸を中心として回転し、
上記開口面部は、上記中心軸とは異なる方向に設定された第二の中心軸を中心として回転し、
上記支持部の回転方向と上記開口面部の回転方向とが逆向きになるように、上記支持部と上記開口面部とは互いに連動して回転することで、偏波方向は固定のまま、前記開口面に対する垂直方向の向きを変更させる
レーダ装置。 - 上記不要波は、クラッタ、妨害信号、および、ブラッグローブのうちの少なくともいずれか1つを含む
請求項1または2に記載のレーダ装置。 - 上記開口面は、上記素子アンテナにより送受信される上記電波の放射および受信を行う開口平面を有し、
上記信号処理部は、上記開口面の開口平面と、検知した上記目標の方位とが、互いに直交しないように、上記開口面の上記回転角を決定する
請求項1から3までのいずれか1項に記載のレーダ装置。 - 上記開口面は、上記素子アンテナにより送受信される上記電波の放射および受信を行う開口平面を有し、
上記開口平面は、上記中心軸に対して垂直な方向に設けられている
請求項1から4までのいずれか1項に記載のレーダ装置。 - 送信信号として電波を送信し当該電波が目標にあたって反射した反射波を受信信号として受信する素子アンテナと、上記送信信号の位相を設定するための移相器と、を有するとともに、中心軸を中心として回転可能に設けられた開口面と、
上記素子アンテナが受信した上記受信信号に基づいて上記目標を検出するとともに、上記目標の検出において不要となる不要波が存在する場合に、当該不要波の影響を抑圧するように上記開口面の回転角および上記送信信号のビーム指向方位を決定する信号処理部と、
上記信号処理部から入力される上記回転角および上記ビーム指向方向に基づいて上記送信信号の位相量を決定し、当該位相量を各上記移相器に設定するアンテナ位相制御部と、
上記信号処理部から入力される上記回転角に基づいて、上記開口面を回転させる回転角を設定するアンテナ駆動制御部と
を備え、
上記開口面は、上記素子アンテナにより送受信される上記電波の放射および受信を行う開口平面を有し、
上記開口平面は、上記中心軸に対して傾斜して設けられている
レーダ装置。 - 上記開口面は、
上記開口平面が設けられた開口面部と、
上記開口面部を支持する支持部と
から構成され、
上記支持部は、上記中心軸を中心として回転し、
上記開口面部は、上記中心軸とは異なる方向に設定された第二の中心軸を中心として回転する
請求項6に記載のレーダ装置。 - 送信信号として電波を送信し当該電波が目標にあたって反射した反射波を受信信号として受信する素子アンテナと、上記送信信号の位相を設定するための移相器と、を有するとともに、中心軸を中心として回転可能に設けられた開口面と、
上記素子アンテナが受信した上記受信信号に基づいて上記目標を検出するとともに、上記目標の検出において不要となる不要波が存在する場合に、当該不要波の影響を抑圧するように上記開口面の回転角および上記送信信号のビーム指向方位を決定する信号処理部と、
上記信号処理部から入力される上記回転角および上記ビーム指向方向に基づいて上記送信信号の位相量を決定し、当該位相量を各上記移相器に設定するアンテナ位相制御部と、
上記信号処理部から入力される上記回転角に基づいて、上記開口面を回転させる回転角を設定するアンテナ駆動制御部と、
妨害信号を受信して、上記妨害信号の受信電力および到来方位とを検出する広帯域受信機と、
上記信号処理部から設定される上記開口面の回転角及び上記ビーム指向方位からアンテナパターンを算出するとともに、上記妨害信号の上記到来方位における上記アンテナ利得を算出するパターン算出部と
を備え、
上記信号処理部は、上記素子アンテナで受信された上記受信信号から上記目標を検出するとともに、上記送信信号のビーム指向方位と上記開口面の回転角を決定して、上記アンテナ駆動制御部に上記開口面の上記回転角を設定し、上記アンテナ位相制御部に上記開口面の回転角及び上記送信信号のビーム指向方位を設定するとともに、上記広帯域受信機で検出された上記妨害信号の受信電力から上記妨害信号が上記目標検出に影響があるか否かを判定し、影響があると判定した場合に、上記妨害信号の到来方位におけるアンテナ利得に基づいて上記開口面の回転角の妥当性を判定する
レーダ装置。 - 送信信号として電波を送信し当該電波が目標にあたって反射した反射波を受信信号として受信する素子アンテナと、上記送信信号の位相を設定するための移相器と、を有するとともに、中心軸を中心として回転可能に設けられた開口面と、
上記素子アンテナが受信した上記受信信号に基づいて上記目標を検出するとともに、上記目標の検出において不要となる不要波が存在する場合に、当該不要波の影響を抑圧するように上記開口面の回転角および上記送信信号のビーム指向方位を決定する信号処理部と、
上記信号処理部から入力される上記回転角および上記ビーム指向方向に基づいて上記送信信号の位相量を決定し、当該位相量を各上記移相器に設定するアンテナ位相制御部と、
上記信号処理部から入力される上記回転角に基づいて、上記開口面を回転させる回転角を設定するアンテナ駆動制御部と、
妨害信号を受信して、上記妨害信号の受信電力、到来方位、および、周波数を検出する広帯域受信機と、
上記妨害信号の到来方位および周波数と上記素子アンテナの配置情報とを基に、上記広帯域受信機で受信した上記妨害信号の上記開口面における反射方向を算出する反射方向算出部と
を備え、
上記信号処理部は、上記レーダ受信機で信号処理された上記受信信号から上記目標を検出するとともに、上記送信信号のビーム指向方位と上記開口面の回転角を決定して、上記アンテナ駆動制御部に上記開口面の上記回転角を設定し、上記アンテナ位相制御部に上記開口面の回転角及び上記送信信号のビーム指向方位を設定し、上記広帯域受信機で検出された上記妨害信号の受信電力から上記妨害信号が上記目標検出に影響があるか否かを判定し、影響があると判定した場合に、上記反射方向算出部で算出された上記反射方向が上記広帯域受信機で受信した上記妨害信号の到来方位と重なるかを判定することでブラッグローブであるかを判定し上記開口面の回転角の妥当性を判定する
レーダ装置。 - 外部からの入力に基づいて上記開口面の回転角を設定する回転角設定部と、
上記信号処理部から送られる上記画像データを表示するSAR画像表示部と
をさらに備え、
上記信号処理部は、上記レーダ受信機で信号処理された上記受信信号をもとに合成開口レーダ(SAR)の処理を行って画像データを生成するとともに、当該受信信号から上記目標の検知を行い、上記回転角制御部により設定された上記開口面の上記回転角に基づいて、上記アンテナ駆動制御部に上記開口面の上記回転角を設定するとともに、上記送信信号のビーム指向方位を決定して、上記アンテナ位相制御部に上記開口面の回転角及び上記送信信号のビーム指向方位を設定する
請求項1から7までのいずれか1項に記載のレーダ装置。 - 送信信号として電波を送信して当該電波が目標にあたって反射した反射波を受信信号として受信する素子アンテナと、上記送信信号の位相を設定するための移相器と、を含む開口面と、
上記移相器に適切な位相を設定して上記送信信号のビームを形成するための位相量を、ビーム指向方位と上記開口面の回転角をもとに演算して、当該位相量を上記移相器に設定するアンテナ位相制御部と、
上記開口面を回転させるギアと、
上記ギアを駆動して上記開口面を回転させるモータと、
上記モータを駆動するアンプと、
上記アンプに対して上記開口面の回転角を設定するアンテナ駆動制御部と、
上記素子アンテナから送信するための送信信号を生成する励振機と、
上記素子アンテナで受信された上記受信信号を信号処理するレーダ受信機と、
上記レーダ受信機で信号処理された上記受信信号から上記目標を検出するとともに、上記送信信号のビーム指向方位と上記開口面の回転角を決定して、上記アンテナ駆動制御部に上記開口面の上記回転角を設定し、上記アンテナ位相制御部に上記開口面の回転角及び上記送信信号のビーム指向方位を設定するとともに、上記目標と競合するクラッタレベルをアンテナパターンに基づいて算出する信号処理部と、
上記信号処理部から入力される上記開口面の回転角及び上記ビーム指向方位に基づいて上記アンテナパターンを算出するパターン算出部と、
を備え、
上記信号処理部は、上記パターン算出部で算出された上記アンテナパターンに基づいて算出した上記クラッタレベルが、予め設定された閾値よりも高い場合には、上記開口面の回転角及び上記ビーム指向方位を変更して、上記パターン算出部に再度上記アンテナパターンを算出させて、当該アンテナパターンに基づいてクラッタレベルを再度算出し、算出したクラッタレベルが上記閾値未満になるまで、上記開口面の回転角及び上記ビーム指向方位を変更することを繰り返すことで、最適な上記開口面の回転角及び上記ビーム指向方位を決定し、前記アンテナ駆動制御部に上記最適な回転角を入力することで、上記開口面を回転させる
レーダ装置。 - 送信信号として電波を送信して当該電波が目標にあたって反射した反射波を受信信号として受信する素子アンテナと、上記送信信号の位相を設定するための移相器と、を含む開口面と、
上記移相器に適切な位相を設定して上記送信信号のビームを形成するための位相量を、ビーム指向方位と上記開口面の回転角をもとに演算して、当該位相量を上記移相器に設定するアンテナ位相制御部と、
上記開口面を回転させるギアと、
上記ギアを駆動して上記開口面を回転させるモータと、
上記モータを駆動するアンプと、
上記アンプに対して上記開口面の回転角を設定するアンテナ駆動制御部と、
上記素子アンテナから送信するための送信信号を生成する励振機と、
上記素子アンテナで受信された上記受信信号を信号処理するレーダ受信機と、
妨害信号を受信して、上記妨害信号の受信電力および到来方位とを検出する広帯域受信機と、
上記レーダ受信機で信号処理された上記受信信号から上記目標を検出するとともに、上記送信信号のビーム指向方位と上記開口面の回転角を決定して、上記アンテナ駆動制御部に上記開口面の上記回転角を設定し、上記アンテナ位相制御部に上記開口面の回転角及び上記送信信号のビーム指向方位を設定するとともに、上記広帯域受信機で検出された上記妨害信号の受信電力から上記妨害信号が上記目標検出に影響があるか否かを判定し、影響があると判定した場合に、上記妨害信号の到来方位におけるアンテナ利得に基づいて上記開口面の回転角の妥当性を判定する信号処理部と、
上記信号処理部から設定される上記開口面の回転角及び上記ビーム指向方位から上記アンテナパターンを算出するとともに、上記妨害信号の上記到来方位における上記アンテナ利得を算出するパターン算出部と、
を備えたレーダ装置。 - 送信信号として電波を送信して当該電波が目標にあたって反射した反射波を受信信号として受信する素子アンテナと、上記送信信号の位相を設定するための移相器と、を含む開口面と、
上記移相器に適切な位相を設定して上記送信信号のビームを形成するための位相量を、ビーム指向方位と上記開口面の回転角をもとに演算して、当該位相量を上記移相器に設定するアンテナ位相制御部と、
上記開口面を回転させるギアと、
上記ギアを駆動して上記開口面を回転させるためのモータと、
上記モータを駆動するアンプと、
上記アンプに対して上記開口面の回転角を設定するアンテナ駆動制御部と、
上記素子アンテナから送信するための送信信号を生成する励振機と、
上記素子アンテナで受信された上記受信信号を信号処理するレーダ受信機と、
妨害信号を受信して、上記妨害信号の受信電力、到来方位、および、周波数を検出する広帯域受信機と、
上記妨害信号の到来方位および周波数と上記素子アンテナの配置情報とを基に、上記広帯域受信機で受信した上記妨害信号の上記開口面における反射方向を算出する反射方向算出部と、
上記レーダ受信機で信号処理された上記受信信号から上記目標を検出するとともに、上記送信信号のビーム指向方位と上記開口面の回転角を決定して、上記アンテナ駆動制御部に上記開口面の上記回転角を設定し、上記アンテナ位相制御部に上記開口面の回転角及び上記送信信号のビーム指向方位を設定し、上記広帯域受信機で検出された上記妨害信号の受信電力から上記妨害信号が上記目標検出に影響があるか否かを判定し、影響があると判定した場合に、上記反射方向算出部で算出された上記反射方向が上記広帯域受信機で受信した上記妨害信号の到来方位と重なるかを判定することでブラッグローブであるかを判定し上記開口面の回転角の妥当性を判定する信号処理部と、
を備えたレーダ装置。 - 送信信号として電波を送信し当該電波が目標にあたって反射した反射波を受信信号として受信する素子アンテナと、上記送信信号の位相を設定するための移相器と、を有するとともに、中心軸を中心として、偏波方向は固定のまま、開口面に対する垂直方向の向きを調整可能に設けられた開口面と、
上記素子アンテナが受信した上記受信信号に基づいて上記目標を検出するとともに、上記目標の検出において不要となる不要波が存在する場合に、当該不要波の影響を抑圧するように上記開口面に対する垂直方向の向きおよび上記送信信号のビーム指向方位を決定する信号処理部と、
上記信号処理部から入力される上記開口面に対する垂直方向の向きおよび上記ビーム指向方向に基づいて上記送信信号の位相量を決定し、当該位相量を各上記移相器に設定するアンテナ位相制御部と、
上記信号処理部から入力される上記開口面に対する垂直方向の向きに基づいて、上記開口面に対する垂直方向の向きを設定するアンテナ駆動制御部と
を備えたレーダ装置。 - 上記信号処理部から入力される上記開口面に対する垂直方向の向き及び上記ビーム指向方位に基づいてアンテナパターンを算出するパターン算出部
をさらに備え、
上記信号処理部は、上記素子アンテナで受信された上記受信信号から上記目標を検出するとともに、上記送信信号のビーム指向方位と上記開口面に対する垂直方向の向きを決定して、上記アンテナ駆動制御部に上記開口面に対する垂直方向の向きを設定し、上記アンテナ位相制御部に上記開口面に対する垂直方向の向き及び上記送信信号のビーム指向方位を設定するとともに、上記目標と競合するクラッタレベルを上記パターン算出部で算出された上記アンテナパターンに基づいて算出することで、上記開口面に対する垂直方向の向きの妥当性を判定する
請求項14に記載のレーダ装置。 - 妨害信号を受信して、上記妨害信号の受信電力および到来方位とを検出する広帯域受信機と、
上記信号処理部から設定される上記開口面に対する垂直方向の向き及び上記ビーム指向方位からアンテナパターンを算出するとともに、上記妨害信号の上記到来方位における上記アンテナ利得を算出するパターン算出部と
をさらに備え、
上記信号処理部は、上記素子アンテナで受信された上記受信信号から上記目標を検出するとともに、上記送信信号のビーム指向方位と上記開口面に対する垂直方向の向きを決定して、上記アンテナ駆動制御部に上記開口面に対する垂直方向の向きを設定し、上記アンテナ位相制御部に上記開口面に対する垂直方向の向き及び上記送信信号のビーム指向方位を設定するとともに、上記広帯域受信機で検出された上記妨害信号の受信電力から上記妨害信号が上記目標検出に影響があるか否かを判定し、影響があると判定した場合に、上記妨害信号の到来方位におけるアンテナ利得に基づいて上記開口面に対する垂直方向の向きの妥当性を判定する
請求項14または15に記載のレーダ装置。 - 上記開口面は、上記素子アンテナにより送受信される上記電波の放射および受信を行う開口平面を有し、
上記開口平面は、上記中心軸に対して傾斜して設けられている
請求項14から16までのいずれか1項に記載のレーダ装置。 - 上記開口面は、
上記開口平面が設けられた開口面部と、
上記開口面部を支持する支持部と
から構成され、
上記支持部は、上記中心軸を中心として回転し、
上記開口面部は、上記中心軸とは異なる方向に設定された第二の中心軸を中心として回転する
請求項17に記載のレーダ装置。 - 上記支持部の回転方向と上記開口面部の回転方向とが逆向きになるように、上記支持部と上記開口面部とは互いに連動して回転する
請求項18に記載のレーダ装置。
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