JP6292601B2

JP6292601B2 - レーダシステム、サブモジュール、レーダ処理方法

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Publication number: JP6292601B2
Application number: JP2012263463A
Authority: JP
Inventors: 伸吾西方; 裕貴内山; 浩之醍醐; 卓哉小山; 弘樹内田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: JP2014109472A; US20140152502A1; EP2738568B1; US9356347B2; EP2738568A1

Description

本発明は、レーダシステムに関し、特に分散開口処理を行いビーム合成するレーダシステムに関する。

レーダシステムの分野における現在の技術では、図1に示すように、既知の任意の位置に配置（固定）された複数のサブモジュールの振幅・位相を制御して足し合わせる、いわゆる「分散開口処理」をすることによりビーム合成するレーダシステムが考案されている。しかし、このような技術には以下の問題点がある。

まず、素子間隔を半波長以上にすると横方向でも等位相面が揃って所望方向と同等の強さのビームが出てしまうという「グレーティングローブ」（ｇｒａｔｉｎｇｌｏｂｅ）の問題がある。したがって、グレーティングローブの抑圧が必要となるが、例えばサブモジュールが偏って配置された場合のように、サブモジュールの配置によっては、振幅・位相の制御だけではグレーティングローブの抑圧性能が十分ではないことがある。

また、あるサブモジュールが別のサブモジュールの見通し（ビームの射線）を妨害している場合、合成ビームのゲインは低下することになる。

また、一部のサブモジュールが機能劣化、又は停止した場合、全体の性能（合成ビームによるレーダ性能）が大きく劣化することがある。

［公知技術］
この技術分野における公知技術として、特許文献１（特開２０１０−３２４９７号公報）にレーダ装置とその受信ビーム形成方法が開示されている。この公知技術では、任意の設置場所にアクティブフェーズアレイアンテナを分割形成して大開口アンテナの特性を実現することで、レーダの高性能化を実現する。

特開２０１０−３２４９７号公報

本発明では、自律制御が可能な移動式のサブモジュールを用いた分散開口方式のレーダシステムを提案する。

本発明に係るレーダシステムは、分散開口レーダ用のビームを照射する複数のサブモジュールを含む。複数のサブモジュールの各々は、ビームの照射部と、自律移動するための移動部と、分散開口処理のため、外部との通信に使用する通信部とを具備する。

上記のレーダシステムは、更に、各サブモジュールを指揮する指揮ユニットを含んでいても良い。指揮ユニットは、測定部と、通信部と、算出部と、指示部を具備する。測定部は、各サブモジュールを測定する。通信部は、各サブモジュールとの通信に使用する。算出部は、各サブモジュールの測定情報、各サブモジュールから受信した位置情報、各サブモジュールの稼働状況に関する情報、及び各サブモジュールの周辺の地形情報のうち、必要な情報を取得して合成ビームパターンを計算し、合成ビームパターンが所定のパターンとなる各サブモジュールの配置を算出する。指示部は、算出された各サブモジュールの配置に基づき、各サブモジュールに対して移動を指示する。

自動で最適な配置をとることができ、設置性及び抗たん性（抗堪性：攻撃等に耐えて機能を維持する能力）に優れたレーダシステムを実現できる。

従来の分散開口レーダシステムについての説明図である。本発明の第１実施形態に係るレーダシステムについての説明図である。第１実施形態に係るサブモジュールの構成例についての説明図である。第１実施形態に係る指揮ユニットの第１の構成例についての説明図である。第１実施形態に係る指揮ユニットの第２の構成例についての説明図である。本発明の第２実施形態に係るレーダシステムについての説明図である。第２実施形態に係るサブモジュールの第１の構成例についての説明図である。第２実施形態に係るサブモジュールの第２の構成例についての説明図である。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。

［レーダシステムの構成］
図２に示すように、本実施形態に係るレーダシステムは、サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ：ｎは任意）と、指揮ユニット２０を含む。

サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の各々は、分散開口レーダ用のビームを照射する。なお、サブモジュールはサブユニットと読み替えても良い。各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）は、自律制御が可能な移動式のサブモジュールである。ここでは、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の例として、自走式の車輌を想定している。また、車輌に限らず、自走ロボット（多脚ロボット等）や船舶、水陸両用車、飛行体等も考えられる。但し、実際には、これらの例に限定されない。

指揮ユニット２０は、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）を指揮する。指揮ユニット２０は、少なくとも１つ存在すれば良い。指揮ユニット２０の例として、航空機等の飛行体や、司令塔／管制塔、艦橋のような指揮所を想定している。但し、実際には、これらの例に限定されない。

［サブモジュールの構成］
図３に示すように、サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の各々は、ビーム照射部１１と、移動機構部１２と、通信部１３と、制御部１４を備える。

ビーム照射部１１は、上記の分散開口レーダ用のビームを照射するための機構である。技術的に利用可能であれば、ビームの種類は問わない。

移動機構部１２は、当該サブモジュール１０自体が移動するための機構である。移動機構部１２の例として、地上であれば、車輪や無限軌道、脚等の走行装置が考えられる。また、水上であれば、スクリュープロペラやウォータージェット推進、櫂等の推進装置が考えられる。また、空中であれば、ジェットエンジンやロケットモータ、回転翼等の推進装置が考えられる。また、これらの動力源として、エンジンやモータ、各種動力機関等の原動機が考えられる。但し、実際には、これらの例に限定されない。

通信部１３は、分散開口処理のため、外部との通信を行うための機構である。例えば、通信部１３は、他のサブモジュール１０や、指揮ユニット２０との通信に使用される。通信部１３の通信方式は、無線通信であるものとする。なお、実際には、全ての通信経路が無線でなくても良い。例えば、技術上では、付近に配置されている固定通信施設等を利用することで、通信経路の一部に有線通信を用いることも可能ではある。また、通信部１３は、必要に応じて、通信の暗号化／復号や、カプセル化／解除等を行うようにしても良い。

制御部１４は、当該サブモジュール１０自体の動作・機能を制御するための機構である。例えば、制御部１４は、上記のビーム照射部１１、移動機構部１２、及び通信部１３を制御する。制御部１４の例として、計算機や電子機器等が考えられる。図示しないが、前述の計算機や電子機器等は、プログラムに基づいて駆動し所定の処理を実行するプロセッサと、当該プログラムや各種データを記憶するメモリを備えていることが多い。なお、制御部１４は、必要に応じて、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）等を利用して当該サブモジュール１０自体の位置情報を取得しても良い。

［指揮ユニットの構成］
図４に示すように、指揮ユニット２０は、測定部２１と、通信部２２と、算出部２３と、指示部２４を備える。

測定部２１は、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）を観測・検知し、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）を測定する。例えば、測定部２１は、通信部２２を介した通信や、指揮ユニット２０に搭載された各種センサを利用して、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）を観測・検知する。なお、測定部２１は、必要に応じて搭載する機能であり、必要でなければ搭載しなくても良い。場合によっては、通信部２２が測定部２１を兼ねていても良い。すなわち、測定部２１として、通信部２２を代用しても良い。

通信部２２は、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）との通信を行うための機構である。通信部２２の通信方式は、無線通信であるものとする。なお、実際には、全ての通信経路が無線でなくても良い。例えば、技術上では、付近に配置されている固定通信施設等を利用することで、通信経路の一部に有線通信を用いることも可能ではある。また、通信部２２は、必要に応じて、通信の暗号化／復号や、カプセル化／解除等を行うようにしても良い。

算出部２３は、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の測定情報、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）から受信した位置情報、及び各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の稼働状況に関する情報のうち、必要な情報（使用する情報）を取得して合成ビームパターンを計算し、合成ビームパターンが所定のパターンとなる各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の配置を算出する。例えば、算出部２３は、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）のグレーティングローブの抑圧や見通し等を考慮し、最適位置になるように、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の配置を算出する。更に、算出部２３は、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の周辺の地形情報を別途入手して、この地形情報も考慮して各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の配置を算出するようにしても良い。なお、必要な情報（使用する情報）でなければ、取得しなくても良い。

指示部２４は、算出された各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の配置に基づき、通信部２２を介して、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）に対して移動を指示する。

なお、測定部２１、算出部２３及び指示部２４の例として、前述の制御部１４と同様に、計算機や電子機器等が考えられる。但し、実際には、これらの例に限定されない。

［実施例１］
実施例１として、指揮ユニット２０が航空機等の飛行体である場合が考えられる。

この場合、図５に示すように、指揮ユニット２０は、上記の構成に加えて、更に、飛行部２５と、散布部２６を備える。

飛行部２５は、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の展開地点付近の上空を航行するための機構である。飛行部２５の例として、航空機に使用される翼と動力機関や、飛行船に使用される推進装置等が考えられる。なお、実際には、指揮ユニット２０は、展開地点付近の上空に滞在、或いは上空を通過可能であれば良く、人工衛星等を利用する場合も考えられる。

散布部２６は、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）を上空から散布するための機構である。なお、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）を上空から散布する必要がなければ、散布部２６はなくても良い。

［実施例２］
実施例２として、指揮ユニット２０が司令塔／管制塔、艦橋のような指揮所である場合が考えられる。

この場合、指揮ユニット２０は、広域に展開された各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）を観測・検知できる程度の高さの建造物・構造体であると好適である。

＜第２実施形態＞
以下に、本発明の第２実施形態について説明する。

本実施形態では、指揮ユニットを使用せず、複数のサブモジュールのみで分散開口式のレーダシステムを実現する。

［レーダシステムの構成］
図６に示すように、本実施形態に係るレーダシステムは、サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）を含む。

［サブモジュールの構成］
図７に示すように、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）は、第１実施形態の構成に加えて、更に、位置決定部１５と、監視部１６と、自己位置調整部１７を備える。

位置決定部１５は、他のサブモジュールとの通信、他のサブモジュールの測位、及び自己位置の評価のうち少なくとも１つを行い、自己位置を決定する。このとき、位置決定部１５は、通信可能な領域に所在する他のサブモジュールとの通信情報、又は測位可能な他のサブモジュールの位置や自己位置に基づき、自己位置を決定する。

監視部１６は、サブモジュール間で、互いの稼働状況を監視（ｍｏｎｉｔｏｒ）し、機能劣化・停止したサブモジュールを検出する。例えば、監視部１６は、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）に搭載された各種センサや、通信部１３を介した通信を利用して、互いの稼働状況を監視する。

自己位置調整部１７は、自律分散制御により自己位置を調整する。このとき、自己位置調整部１７は、互いの稼働状況や位置に基づき、グレーティングローブの抑圧や見通し等を考慮した位置に移動するために移動機構部１２を駆動する。

［実施例３］
実施例３として、複数のサブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）のうち少なくとも１つを、絶対位置の基準となる基準モジュールとして決定（選定）する場合が考えられる。

この場合、図８に示すように、各サブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）は、上記の構成に加えて、更に、基準決定部１８と、再配置位置決定部１９を備える。

基準決定部１８は、複数のサブモジュール１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）の中から、機能劣化・停止したサブモジュールを除いて、基準モジュールを決定する。基準モジュールは、単数でも複数でも良い。

再配置位置決定部１９は、決定された基準モジュールに対する自己の再配置位置を決定する。例えば、再配置位置決定部１９は、決定された基準モジュールの稼働状況や位置に基づき、相対的に最適な位置を決定する。この場合、自己位置調整部１７は、決定された位置に自動的に移動するために移動機構部１２を駆動する。

なお、上記の位置決定部１５、監視部１６、自己位置調整部１７、基準決定部１８、及び再配置位置決定部１９は、プログラム制御により制御部１４を利用して実現しても良い。

＜各実施形態の関係＞
なお、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。

＜備考＞
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。

１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）… サブモジュール
１１… ビーム照射部
１２… 移動機構部
１３… 通信部
１４… 制御部
１５… 位置決定部
１６… 監視部
１７… 自己位置調整部
１８… 基準決定部
１９… 再配置位置決定部
２０… 指揮ユニット
２１… 測定部
２２… 通信部
２３… 算出部
２４… 指示部
２５… 飛行部
２６… 散布部

Claims

分散開口レーダ用のビームを照射する複数のサブモジュールと、
前記複数のサブモジュールの各々を指揮する指揮ユニットと
を含み、
前記複数のサブモジュールの各々は、
前記ビームの照射手段と、
自律移動するための移動手段と、
分散開口処理のため、外部との通信に使用する通信手段と、
他のサブモジュールの稼働状況を監視し、機能劣化・停止した他のサブモジュールを検出する監視手段と、
監視結果に基づき、自律分散制御により自己位置を調整する自己位置調整手段と
を具備し、
前記指揮ユニットは、
前記各サブモジュールとの通信に使用する通信手段と、
前記各サブモジュールの周辺の地形情報を取得して合成ビームパターンを計算し、前記合成ビームパターンが所定のパターンとなる前記各サブモジュールの配置を算出する算出手段と、
算出された前記各サブモジュールの配置に基づき、前記各サブモジュールに対して移動を指示する指示手段と
を具備する
レーダシステム。
請求項１に記載のレーダシステムであって、
前記指揮ユニットの前記算出手段は、前記各サブモジュールから受信した位置情報又は前記各サブモジュールの稼働状況に関する情報と、前記各サブモジュールの周辺の地形情報とを取得して合成ビームパターンを計算し、前記合成ビームパターンが所定のパターンとなる前記各サブモジュールの配置を算出する
レーダシステム。
請求項２に記載のレーダシステムであって、
前記指揮ユニットは、前記各サブモジュールを測定する測定手段を更に具備し、
前記算出手段は、前記各サブモジュールの測定情報、前記各サブモジュールから受信した位置情報、及び前記各サブモジュールの稼働状況に関する情報のうち、少なくとも１つの情報と、前記各サブモジュールの周辺の地形情報とを取得して合成ビームパターンを計算し、前記合成ビームパターンが所定のパターンとなる前記各サブモジュールの配置を算出する
レーダシステム。
請求項２又は３に記載のレーダシステムであって、
前記指揮ユニットは、
前記各サブモジュールの展開地点付近の上空を航行するための飛行手段と、
前記各サブモジュールを上空から散布するための散布手段と
を更に具備する
レーダシステム。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーダシステムであって、
前記各サブモジュールは、
他のサブモジュールとの通信、他のサブモジュールの測位、及び自己位置の評価のうち少なくとも１つを行い、自己位置を決定する位置決定手段を更に具備する
レーダシステム。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーダシステムであって、
前記各サブモジュールは、
前記複数のサブモジュールの中から基準モジュールを決定する基準決定手段と、
前記基準モジュールに対する自己の再配置位置を決定する再配置位置決定手段と
を更に具備する
レーダシステム。
分散開口レーダ用のビームを照射する複数のサブモジュールの各々と、前記各サブモジュールを指揮する指揮ユニットとにより実施されるレーダ処理方法であって、
前記各サブモジュールが、前記ビームを照射することと、
前記各サブモジュールが、自律移動することと、
前記各サブモジュールが、分散開口処理のため、外部と通信することと、
前記各サブモジュールが、他のサブモジュールの稼働状況を監視し、機能劣化・停止した他のサブモジュールを検出する監視手段と、
前記各サブモジュールが、監視結果に基づき、自律分散制御により自己位置を調整することと、
前記指揮ユニットが、前記各サブモジュールの周辺の地形情報を取得して合成ビームパターンを計算し、前記合成ビームパターンが所定のパターンとなる前記各サブモジュールの配置を算出することと、
前記指揮ユニットが、算出された前記各サブモジュールの配置に基づき、前記各サブモジュールに対して移動を指示すること
を含む
レーダ処理方法。