JP6291739B2 - レーダ装置及び飛翔体仰角算出方法 - Google Patents
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Description
また、目標を検出する飛翔体仰角算出方法に係る発明は、目標で反射されて到来した異なる仰角方位で同じ方向のビームを受信し、該ビームのビームノーズ角が第1ノーズ角及び該第1ノーズ角と異なる第2ノーズ角の受信信号を出力し、かつ、その際に第1ノーズ角のビームによる複数の受信信号を第1グループ受信信号、第2ノーズ角のビームによる複数の受信信号を第2グループ受信信号として出力する送受信手順と、第1グループ受信信号に含まれる受信信号に基づき同一目標からの到来波による信号の振幅データを第1振幅データとして出力すると共に、第2グループ受信信号に含まれる受信信号に基づき同一目標からの到来波による信号の振幅データを第2振幅データとして検出して出力する振幅データ検出手順と、第1振幅データに基づき目標の仰角を第1仰角として算出すると共に、第2振幅データに基づき当該目標の仰角を第2仰角として算出して、第1ノーズ角と第2ノーズ角との変化量と、第1仰角と第2仰角との変化量との比較を行って、当該比較結果に応じて第1仰角と第2仰角とのいずれか一方を目標の仰角と決定するマルチパス測角手順と、を含むことを特徴とする。
本発明の第1実施形態を説明する。図1は、本実施形態にかかるレーダ装置2Aのブロック図である。また、図6は、このレーダ装置2Aで目標の仰角を導出する手順を示した図である。
Σ={S(α)+γ・S(β)・exp(j・φ)}・k
で定義する。以下、この式を基本式と呼ぶ。ここで各記号の意味は以下のとおりである。
α:直接波の仰角(ビームノーズからのずれ)
β:間接波の仰角(ビームノーズからのずれ)
γ:直接波に対する間接波の相対振幅比
φ:直接波に対する間接波の相対位相差
S(θ):仰角θにおける空中線利得
k:目標の距離に依存する値
j:虚数
Σ1={S1(α)+γ・S1(β)・exp(j・φ)}・k … (1)
Σ2={S2(α)+γ・S2(β)・exp(j・φ)}・k … (2)
Σ3={S3(α)+γ・S3(β)・exp(j・φ)}・k … (3)
Σ4={S4(α)+γ・S4(β)・exp(j・φ)}・k … (4)
となる。ここでS1〜S4は、ビームノーズの仰角が同じであるが、ビーム幅が異なるガウス関数で近似されるビームの空中線利得である。
S1(θ)=G・exp(-a1・θ2) … (5)
S2(θ)=G・exp(-a2・θ2) … (6)
S3(θ)=G・exp(-a3・θ2) … (7)
S4(θ)=G・exp(-a4・θ2) … (8)
と書ける。ここで、Gはビームの利得を示す係数であり、4つのビームの空中線利得が同じ値になるように利得補正器34(図3を参照)が補正している。
γ・exp(j・φ)={Σ1/k-S1(α)}/S1(β) … (9)
γ・exp(j・φ)={Σ2/k-S2(α)}/S2(β) … (10)
γ・exp(j・φ)={Σ3/k-S3(α)}/S3(β) … (11)
γ・exp(j・φ)={Σ4/k-S4(α)}/S4(β) … (12)
となる。
{Σ1/k-S1(α)}/S1(β)={Σ3/k-S3(α)}/S3(β) … (13)
を得る。
{Σ1/k-S1(α)}/{Σ3/k-S3(α)}
=S1(β)/S3(β)
=exp{-(a1-a3)β2} … (14)
{Σ2/k-S2(α)}/{Σ4/k-S4(α)}
=S2(β)/S4(β)
=exp{-(a2-a4)β2} … (15)
{Σ2/k-S2(α)}/{Σ3/k-S3(α)}
=S2(β)/S3(β)
=exp{-(a2-a3)β2} … (16)
a1-a3=a2-a4=a2-a3≠0 …(17)
の関係が成立するようにa1〜a4を決めると、
{Σ1/k-S1(α)}/{Σ3/k-S3(α)}
={Σ2/k-S2(α)}/{Σ4/k-S4(α)}
={Σ2/k-S2(α)}/{Σ3/k-S3(α)} … (18)
が得られる。
(Σ1・Σ4-Σ2・Σ3)/(Σ4・S1(α)-Σ1・S4(α)-Σ3・S2(α)-Σ2・S3(α))
=(Σ2・Σ3-Σ2・Σ4)/(Σ3・S1(α)-Σ2・S3(α)-Σ4・S2(α)-Σ2・S4(α)) … (19)
となる。
A・S1(α)+B・S2(α)+C・S3(α)+D・S4(α)≡G・F(α)=0 … (20)
となる。ここで
A=Σ2・Σ3・Σ4-Σ2・Σ4 2 … (21)
B=-Σ1・Σ3・Σ4+Σ1・Σ4 2 … (22)
C=Σ2 2・Σ4-Σ1・Σ2・Σ4 … (23)
D=Σ1・Σ2・Σ3-Σ2 2・Σ3 … (24)
F(θ)=A・exp(-a1・θ2)+B・exp(-a2・θ2)+
C・exp(-a3・θ2)+D・exp(-a4・θ2) … (25)
である。
ケース1:φ1-φ2=α2-α1 … (26)
ケース2:φ1-φ2=α1-α2 … (27)
ケース3:φ1-φ2=α1+α2 … (28)
次に、本発明の第2実施形態を説明する。なお、第1実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用い説明を適宜省略する。
次に、本発明の第3実施形態を説明する。なお、上述した各実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用い説明を適宜省略する。
次に、本発明の第4実施形態を説明する。なお、上述した各実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用い説明を適宜省略する。
<付記1>
目標を検出するレーダ装置であって、
目標で反射されて到来した異なる仰角方位で同じ方向のビームを受信し、該ビームのビームノーズ角が第1ノーズ角及び該第1ノーズ角と異なる第2ノーズ角の受信信号を出力し、かつ、その際に前記第1ノーズ角のビームによる複数の受信信号を第1グループ受信信号、前記第2ノーズ角のビームによる複数の受信信号を第2グループ受信信号として出力するDBF空中線と、
前記第1グループ受信信号に含まれる前記受信信号に基づき同一目標からの前記到来波による信号の振幅データを第1振幅データとして出力すると共に、前記第2グループ受信信号に含まれる前記受信信号に基づき同一目標からの前記到来波による信号の振幅データを第2振幅データとして検出して出力する処理ユニットと、
前記第1振幅データに基づき前記目標の仰角を第1仰角として算出すると共に、前記第2振幅データに基づき当該目標の仰角を第2仰角として算出して、前記第1ノーズ角と前記第2ノーズ角との変化量と、前記第1仰角と第2仰角との変化量との比較を行って、当該比較結果に応じて前記第1仰角と第2仰角とのいずれか一方を前記目標の仰角と決定するマルチパス測角処理器と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
<付記2>
付記1に記載のレーダ装置であって、
前記処理ユニットは、
前記第1グループ受信信号に含まれる前記受信信号から前記第1振幅データを検出する第1処理ユニットと、
前記第1処理ユニットと同じ構成で、かつ、前記第2グループ受信信号に含まれる前記受信信号から前記第2振幅データを検出する第2処理ユニットと、を備えることを特徴とするレーダ装置。
<付記3>
付記1に記載のレーダ装置であって、
前記処理ユニットは、
前記第2グループ受信信号を一時記憶する記憶部と、
前記DBF空中線からの前記第1グループ受信信号を受信して、当該第1グループ受信信号から前記第1振幅データを検出すると共に、前記記憶部に記憶されている前記第2グループ受信信号を取込んで、当該第2グループ受信信号から前記第2振幅データを検出する第1処理ユニットと、を備えることを特徴とするレーダ装置。
<付記4>
付記3に記載のレーダ装置であって、
前記第1処理ユニットは、4つの振幅データ検出部を含み、かつ、そのうちの1つの前記振幅データ検出部が、前記目標からの前記到来波による信号を特定する目標信号特定指令を他の前記振幅データ検出部に出力して、前記第1振幅データ及び第2振幅データを検出することを特徴とするレーダ装置。
<付記5>
付記2に記載のレーダ装置であって、
前記第2処理ユニットは、4つの振幅データ検出部を含み、かつ、そのうちの1つの前記振幅データ検出部が、前記目標からの前記到来波による信号を特定する目標信号特定指令を他の前記振幅データ検出部に出力して、前記第1振幅データ及び第2振幅データを検出することを特徴とするレーダ装置。
<付記6>
付記1乃至5のいずれか1項に記載のレーダ装置であって、
前記DBF空中線が受波した前記到来波が前記目標から直接到来したとして、前記処理ユニットからの前記振幅データに基づき前記目標の仰角を算出する振幅比較測角処理器と、
前記マルチパス測角処理器から出力される前記仰角と、前記振幅比較測角処理器から出力される前記仰角とのいずれか一方を選択して出力する選択器と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
<付記7>
付記6に記載のレーダ装置であって、
前記振幅比較測角処理器からの前記仰角を取込んで前記目標の高度を算出する追尾処理器と、
前記追尾処理器により算出された前記高度を平滑化し、当該平滑化前後の変化量が予め設定された閾値より大きい場合にはマルチパスが存在すると判断して前記マルチパス測角処理器からの前記仰角が出力されるように前記選択器に指示し、該平滑化前後の変化量が前記閾値より小さい場合には前記到来波にマルチパスが存在しないと判断して前記振幅比較測角処理器からの前記仰角が出力されるように前記選択器に指示するマルチパス測角処理制御器と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
<付記8>
目標を検出する飛翔体仰角算出方法であって、
目標で反射されて到来した異なる仰角方位で同じ方向のビームを受信し、該ビームのビームノーズ角が第1ノーズ角及び該第1ノーズ角と異なる第2ノーズ角の受信信号を出力し、かつ、その際に前記第1ノーズ角のビームによる複数の受信信号を第1グループ受信信号、前記第2ノーズ角のビームによる複数の受信信号を第2グループ受信信号として出力する送受信手順と、
前記第1グループ受信信号に含まれる前記受信信号に基づき同一目標からの前記到来波による信号の振幅データを第1振幅データとして出力すると共に、前記第2グループ受信信号に含まれる前記受信信号に基づき同一目標からの前記到来波による信号の振幅データを第2振幅データとして検出して出力する振幅データ検出手順と、
前記第1振幅データに基づき前記目標の仰角を第1仰角として算出すると共に、前記第2振幅データに基づき当該目標の仰角を第2仰角として算出して、前記第1ノーズ角と前記第2ノーズ角との変化量と、前記第1仰角と第2仰角との変化量との比較を行って、当該比較結果に応じて前記第1仰角と第2仰角とのいずれか一方を前記目標の仰角と決定するマルチパス測角手順と、を含むことを特徴とする飛翔体仰角算出方法。
<付記9>
付記8に記載の飛翔体仰角算出方法であって、
前記振幅データ検出手順は、
前記第1グループ受信信号に含まれる前記受信信号から前記第1振幅データを検出する第1振幅データ検出手順と、
前記第1振幅データ検出手順と同じ手順で、かつ、前記第2グループ受信信号に含まれる前記受信信号から前記第2振幅データを検出する第2振幅データ検出手順と、を含むことを特徴とする飛翔体仰角算出方法。
<付記10>
付記8に記載の飛翔体仰角算出方法であって、
前記振幅データ検出手順は、
前記第2グループ受信信号を一時記憶する記憶手順と、
前記送受信手順からの前記第1グループ受信信号を受信して、当該第1グループ受信信号から前記第1振幅データを検出すると共に、前記記憶手順に記憶されている前記第2グループ受信信号を取込んで、当該第2グループ受信信号から前記第2振幅データを検出する第1振幅データ検出手順と、を含むことを特徴とする飛翔体仰角算出方法。
<付記11>
付記8乃至10のいずれか1項に記載の飛翔体仰角算出方法であって、
前記送受信手順が受波した前記到来波が前記目標から直接到来したとして、前記振幅データ検出手順からの前記振幅データに基づき前記目標の仰角を算出する振幅比較測角手順と、
前記マルチパス測角手順から出力される前記仰角と、前記振幅比較測角手順から出力される前記仰角とのいずれか一方を選択して出力する選択手順と、を含むことを特徴とする飛翔体仰角算出方法。
<付記12>
付記11に記載の飛翔体仰角算出方法であって、
前記振幅比較測角手順からの前記仰角を取込んで前記目標の高度を算出する追尾処理手順と、
前記追尾処理手順により算出された前記高度を平滑化し、当該平滑化前後の変化量が予め設定された閾値より大きい場合にはマルチパスが存在すると判断して前記マルチパス測角手順からの前記仰角が出力されるように前記選択手順に指示し、該平滑化前後の変化量が前記閾値より小さい場合には前記到来波にマルチパスが存在しないと判断して前記振幅比較測角手順からの前記仰角が出力されるように前記選択手順に指示するマルチパス測角処理制御手順と、を含むことを特徴とする飛翔体仰角算出方法。
3 ビーム制御器
4 励振信号発生器
5 DBF空中線
6 分配器
7 ウェイト発生器
8 処理ユニット
8a 第1処理ユニット
8b 第2処理ユニット
8c 記憶部
9 マルチパス測角処理器
11 振幅比較測角処理器
12 選択器
14 追尾処理器
15 マルチパス測角処理制御器
20(20a〜20n) アンテナユニット
21 素子アンテナ
22 送受信切替器
23 低雑音増幅器
24 A/D変換器
25 電力増幅器
26 位相制御器
31(31a〜31d) 振幅データ抽出部
33 DBF処理器
34 利得補正器
35 不要信号処理器
36 目標検出処理器
Claims (12)
- 目標を検出するレーダ装置であって、
目標で反射されて到来した異なる仰角方位で同じ方向のビームを受信し、該ビームのビームノーズ角が第1ノーズ角及び該第1ノーズ角と異なる第2ノーズ角の受信信号を出力し、かつ、その際に前記第1ノーズ角のビームによる複数の受信信号を第1グループ受信信号、前記第2ノーズ角のビームによる複数の受信信号を第2グループ受信信号として出力するDBF空中線と、
前記第1グループ受信信号に含まれる前記受信信号に基づき同一目標からの前記ビームによる信号の振幅データを第1振幅データとして出力すると共に、前記第2グループ受信信号に含まれる前記受信信号に基づき同一目標からの前記ビームによる信号の振幅データを第2振幅データとして検出して出力する処理ユニットと、
前記第1振幅データに基づき前記目標の仰角を第1仰角として算出すると共に、前記第2振幅データに基づき当該目標の仰角を第2仰角として算出して、前記第1ノーズ角と前記第2ノーズ角との変化量と、前記第1仰角と第2仰角との変化量との比較を行って、当該比較結果に応じて前記第1仰角と第2仰角と前記第1ノーズ角と前記第2ノーズ角から前記目標の仰角を決定するマルチパス測角処理器と、を備えることを特徴とするレーダ装置。 - 請求項1に記載のレーダ装置であって、
前記処理ユニットは、
前記第1グループ受信信号に含まれる前記受信信号から前記第1振幅データを検出する第1処理ユニットと、
前記第1処理ユニットと同じ構成で、かつ、前記第2グループ受信信号に含まれる前記受信信号から前記第2振幅データを検出する第2処理ユニットと、を備えることを特徴とするレーダ装置。 - 請求項1に記載のレーダ装置であって、
前記処理ユニットは、
前記第2グループ受信信号を一時記憶する記憶部と、
前記DBF空中線からの前記第1グループ受信信号を受信して、当該第1グループ受信信号から前記第1振幅データを検出すると共に、前記記憶部に記憶されている前記第2グループ受信信号を取込んで、当該第2グループ受信信号から前記第2振幅データを検出する第1処理ユニットと、を備えることを特徴とするレーダ装置。 - 請求項3に記載のレーダ装置であって、
前記第1処理ユニットは、4つの振幅データ検出部を含み、かつ、そのうちの1つの前記振幅データ検出部が、前記目標からの前記ビームによる信号を特定する目標信号特定指令を他の前記振幅データ検出部に出力して、前記第1振幅データ及び第2振幅データを検出することを特徴とするレーダ装置。 - 請求項2に記載のレーダ装置であって、
前記第2処理ユニットは、4つの振幅データ検出部を含み、かつ、そのうちの1つの前記振幅データ検出部が、前記目標からの前記ビームによる信号を特定する目標信号特定指令を他の前記振幅データ検出部に出力して、前記第1振幅データ及び第2振幅データを検出することを特徴とするレーダ装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレーダ装置であって、
前記DBF空中線が受波した前記ビームが前記目標から直接到来したとして、前記処理ユニットからの前記振幅データに基づき前記目標の仰角を算出するモノパルス測角処理器と、
前記マルチパス測角処理器から出力される前記仰角と、前記モノパルス測角処理器から出力される前記仰角とのいずれか一方を選択して出力する選択器と、を備えることを特徴とするレーダ装置。 - 請求項6に記載のレーダ装置であって、
前記モノパルス測角処理器からの前記仰角を取込んで前記目標の高度を算出する追尾処理器と、
前記追尾処理器により算出された前記高度を平滑化し、当該平滑化前後の変化量が予め設定された閾値より大きい場合にはマルチパスが存在すると判断して前記マルチパス測角処理器からの前記仰角が出力されるように前記選択器に指示し、該平滑化前後の変化量が前記閾値より小さい場合には前記ビームにマルチパスが存在しないと判断して前記モノパルス測角処理器からの前記仰角が出力されるように前記選択器に指示するマルチパス測角処理制御器と、を備えることを特徴とするレーダ装置。 - 目標を検出する飛翔体仰角算出方法であって、
目標で反射されて到来した異なる仰角方位で同じ方向のビームを受信し、該ビームのビームノーズ角が第1ノーズ角及び該第1ノーズ角と異なる第2ノーズ角の受信信号を出力し、かつ、その際に前記第1ノーズ角のビームによる複数の受信信号を第1グループ受信信号、前記第2ノーズ角のビームによる複数の受信信号を第2グループ受信信号として出力する送受信手順と、
前記第1グループ受信信号に含まれる前記受信信号に基づき同一目標からの前記ビームによる信号の振幅データを第1振幅データとして出力すると共に、前記第2グループ受信信号に含まれる前記受信信号に基づき同一目標からの前記ビームによる信号の振幅データを第2振幅データとして検出して出力する振幅データ検出手順と、
前記第1振幅データに基づき前記目標の仰角を第1仰角として算出すると共に、前記第2振幅データに基づき当該目標の仰角を第2仰角として算出して、前記第1ノーズ角と前記第2ノーズ角との変化量と、前記第1仰角と第2仰角との変化量との比較を行って、当該比較結果に応じて前記第1仰角と第2仰角と前記第1ノーズ角と前記第2ノーズ角から前記目標の仰角を決定するマルチパス測角手順と、を含むことを特徴とする飛翔体仰角算出方法。 - 請求項8に記載の飛翔体仰角算出方法であって、
前記振幅データ検出手順は、
前記第1グループ受信信号に含まれる前記受信信号から前記第1振幅データを検出する第1振幅データ検出手順と、
前記第1振幅データ検出手順と同じ手順で、かつ、前記第2グループ受信信号に含まれる前記受信信号から前記第2振幅データを検出する第2振幅データ検出手順と、を含むことを特徴とする飛翔体仰角算出方法。 - 請求項8に記載の飛翔体仰角算出方法であって、
前記振幅データ検出手順は、
前記第2グループ受信信号を一時記憶する記憶手順と、
前記送受信手順からの前記第1グループ受信信号を受信して、当該第1グループ受信信号から前記第1振幅データを検出すると共に、前記記憶手順に記憶されている前記第2グループ受信信号を取込んで、当該第2グループ受信信号から前記第2振幅データを検出する第1振幅データ検出手順と、を含むことを特徴とする飛翔体仰角算出方法。 - 請求項8乃至10のいずれか1項に記載の飛翔体仰角算出方法であって、
前記送受信手順が受波した前記ビームが前記目標から直接到来したとして、前記振幅データ検出手順からの前記振幅データに基づき前記目標の仰角を算出するモノパルス測角手順と、
前記マルチパス測角手順から出力される前記仰角と、前記モノパルス測角手順から出力される前記仰角とのいずれか一方を選択して出力する選択手順と、を含むことを特徴とする飛翔体仰角算出方法。 - 請求項11に記載の飛翔体仰角算出方法であって、
前記モノパルス測角手順からの前記仰角を取込んで前記目標の高度を算出する追尾処理手順と、
前記追尾処理手順により算出された前記高度を平滑化し、当該平滑化前後の変化量が予め設定された閾値より大きい場合にはマルチパスが存在すると判断して前記マルチパス測角手順からの前記仰角が出力されるように前記選択手順に指示し、該平滑化前後の変化量が前記閾値より小さい場合には前記ビームにマルチパスが存在しないと判断して前記モノパルス測角手順からの前記仰角が出力されるように前記選択手順に指示するマルチパス測角処理制御手順と、を含むことを特徴とする飛翔体仰角算出方法。
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