JP6361229B2 - Radar apparatus and control method thereof - Google Patents
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本発明は、レーダ装置及びその制御方法に関し、特に、レーダアンテナを備えたレーダ装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a radar apparatus and a control method thereof, and more particularly to a radar apparatus provided with a radar antenna and a control method thereof.
人工衛星や航空機などの飛翔体を利用したリモートセンシング分野では、地表の状態を観測するためのセンサとして、マイクロ波帯を用いた合成開口レーダ（SAR：Synthetic Aperture Radar）が使用されている。合成開口レーダを使用した地表状態の判読方法では、アンテナによって得られた受信波の振幅と位相のデータ（複素データ）から画像データを再生し、地表の状態を判読する。合成開口レーダの観測モードには、ストリップマップモードとスポットライトモードがある。 In the field of remote sensing using flying objects such as artificial satellites and aircraft, synthetic aperture radar (SAR) using a microwave band is used as a sensor for observing the surface condition. In the method of interpreting the surface state using the synthetic aperture radar, image data is reproduced from the amplitude and phase data (complex data) of the received wave obtained by the antenna, and the surface state is interpreted. Synthetic aperture radar observation modes include a strip map mode and a spotlight mode.
図２５は、ストリップマップモードによる観測方法を模式的に示している。ストリップマップモードは、飛翔体からの電波照射方向を固定して帯状に地表を観測するモードである。図２５に示すように、ストリップマップモードでは、飛翔体９００が、飛行軌道に対して略垂直方向かつ斜め下方へ電波を照射し、地表からの反射波を受信する。飛行軌道上でこれを繰り返すことで、飛行軌道に沿った広範囲の地表を観測する。なお、飛翔体の軌道方向をアジマス（ＡＺ）方向、電波の照射方向をレンジ方向、アジマス方向及びレンジ方向に直行する方向をエレベーション（ＥＬ）方向と称する。
FIG. 25 schematically shows an observation method in the strip map mode. The strip map mode is a mode in which the radio wave irradiation direction from the flying object is fixed and the ground surface is observed in a band shape. As shown in FIG. 25, in the strip map mode, the
図２６は、スポットライトモードによる観測方法を模式的に示している。スポットライトモードは、飛翔体が常に地表の基準点へ電波を照射して観測するモードである。図２６に示すように、スポットライトモードでは、飛翔体９００が、飛行軌道に対して斜め下方の基準点である観測対象９０１へ向かって電波を照射し、地表からの反射波を受信する。飛行軌道上の各地点で繰り返し同じ観測対象９０１を観測することで、特定の観測対象を高精度に観測する。
FIG. 26 schematically shows an observation method in the spotlight mode. The spotlight mode is a mode in which a flying object always observes a reference point on the ground surface by radiating radio waves. As shown in FIG. 26, in the spotlight mode, the
このような合成開口レーダの観測を行うため、関連する技術では、アンテナを２軸ジンバルにより駆動している。２軸ジンバルに関連して、特許文献１や２などが知られている。
In order to perform such a synthetic aperture radar observation, in the related technology, the antenna is driven by a two-axis gimbal.
関連する技術のような２軸ジンバルを用いることで、アンテナをアジマス方向及びエレベーション方向へ駆動できるため、ある程度、飛翔体の移動や観測モードなどに対応して観測を行うことが可能である。しかしながら、２軸ジンバルのみでは、その他の方向へはアンテナを駆動することができないため、より精度よく観測を行うことが困難であるという問題がある。 By using a biaxial gimbal as in the related art, the antenna can be driven in the azimuth direction and the elevation direction. Therefore, it is possible to perform observation to some extent corresponding to the movement of the flying object and the observation mode. However, there is a problem that it is difficult to perform observation with higher accuracy because the antenna cannot be driven in the other direction only by the biaxial gimbal.
本発明は、このような課題に鑑み、観測精度を向上することが可能なレーダ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。 In view of such problems, it is an object of the present invention to provide a radar apparatus and a control method thereof that can improve observation accuracy.
本発明に係るレーダ装置は、移動体に設けられ、観測対象との間で電波を送受信するレーダアンテナと、前記観測対象へ向かう方向または前記観測対象から遠ざかる方向である並進方向に前記レーダアンテナを駆動する並進駆動部と、前記レーダアンテナの変位に基づいて、前記レーダアンテナの前記駆動を制御する駆動制御部と、を備えるものである。 A radar apparatus according to the present invention includes a radar antenna provided on a moving body that transmits and receives radio waves to and from an observation target, and the radar antenna in a translation direction that is a direction toward the observation target or a direction away from the observation target. A translation drive unit for driving, and a drive control unit for controlling the drive of the radar antenna based on the displacement of the radar antenna.
本発明に係るレーダ装置の制御方法は、移動体に設けられ、観測対象との間で電波を送受信するレーダアンテナを備えたレーダ装置の制御方法であって、前記観測対象へ向かう方向または前記観測対象から遠ざかる方向である並進方向に前記レーダアンテナを駆動し、前記レーダアンテナの変位に基づいて、前記レーダアンテナの前記駆動を制御するものである。 A radar apparatus control method according to the present invention is a radar apparatus control method provided with a radar antenna that is provided on a moving body and transmits / receives radio waves to / from an observation target, the direction toward the observation target or the observation The radar antenna is driven in a translation direction that is a direction away from a target, and the driving of the radar antenna is controlled based on the displacement of the radar antenna.
本発明によれば、観測精度を向上することが可能なレーダ装置及びその制御方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the radar apparatus which can improve observation accuracy, and its control method can be provided.
（実施の形態の概要）
図１は、実施の形態に係るレーダ装置１０の概要例を示している。図１に示すように、実施の形態に係るレーダ装置１０は、アンテナ（レーダアンテナ）１１、並進駆動部１２、駆動制御部１３を備えている。
(Outline of the embodiment)
FIG. 1 shows a schematic example of a
アンテナ１１は、飛翔体などの移動体に設けられ、観測対象１４との間で電波を送受信する。並進駆動部１２は、観測対象１４へ向かう方向または観測対象１４から遠ざかる方向である並進方向にアンテナ１１を駆動（並進駆動）する。駆動制御部１３は、アンテナ１１の変位に基づいて、アンテナ１１の駆動を制御する。
The
また、図２は、実施の形態に係るレーダアンテナ装置２０の概要例を示している。図２に示すように、実施の形態に係るレーダアンテナ装置（アンテナ機構）２０は、アンテナ（レーダアンテナ）１１、並進駆動機構部２１、回転駆動機構部２２を備えている。
FIG. 2 shows a schematic example of the
アンテナ１１は、観測対象１４との間で電波を送受信する。並進駆動機構部２１は、観測対象１４へ向かう方向と略並行な並進方向へ並進駆動可能にアンテナ１１を支持する。並進方向には、観測対象１４へ近づく方向と、観測対象１４から遠ざかる方向が含まれる。回転駆動機構部２２は、エレベーション軸及びアジマス軸などの第１の軸２３及び第２の軸２４周りへ回転駆動可能に並進駆動機構部２１を支持する。
The
図１のようにアンテナの変位に基づいてアンテナを並進方向に制御することにより、また、図２のようにアンテナを２軸に回転させる回転駆動機構に加えて並進方向へ並進させる並進駆動機構を備えることにより、アンテナを並進方向へ駆動することができるため、より観測精度を向上することができる。 A translation drive mechanism that translates in the translation direction in addition to a rotation drive mechanism that rotates the antenna about two axes as shown in FIG. 2 by controlling the antenna in the translation direction based on the displacement of the antenna as shown in FIG. Since the antenna can be driven in the translational direction, the observation accuracy can be further improved.
上記のように、関連する合成開口レーダ装置ではアンテナを２軸ジンバルにより駆動していた。関連する技術では、機体動揺の小さい大型航空機にレーダ装置を搭載することを目的としていたため、２軸ジンバルによる回転制御を用いてアンテナを駆動するだけで観測画像の生成が可能であった。しかしながら、小型航空機やヘリコプターにレーダ装置を搭載すると、図３に示すように飛行経路に対して、機体の振動及び動揺が大きいため、アンテナも同様に大きく振動及び動揺する。そうすると、アンテナ面が大きく動揺し波長位相ずれが発生するため、観測精度が低下し、観測結果として表示する観測画像が劣化するという問題がある。 As described above, in the related synthetic aperture radar apparatus, the antenna is driven by the biaxial gimbal. The related technology was intended to mount a radar device on a large aircraft with small airframe fluctuations, so that it was possible to generate an observation image simply by driving the antenna using rotation control by a two-axis gimbal. However, when a radar device is mounted on a small aircraft or helicopter, the vibration and shaking of the airframe are large with respect to the flight path as shown in FIG. Then, since the antenna surface is greatly shaken and a wavelength phase shift occurs, there is a problem that observation accuracy is lowered and an observation image displayed as an observation result is deteriorated.
そこで、以下の実施の形態では、機体動揺が大きい機体に搭載した場合でも、観測精度の低下を抑え、良好な観測画像を取得することが可能な合成開口レーダ装置を提供することを目的とする。図４に示すように、実施の形態では、飛行軌道（目標経路）に対してアンテナ面を並進方向へ駆動することで、目標経路に対する誤差を圧縮し、アンテナ面変動を抑えることができる。 Therefore, in the following embodiments, it is an object to provide a synthetic aperture radar apparatus capable of suppressing a decrease in observation accuracy and acquiring a good observation image even when mounted on an airframe with large airframe fluctuation. . As shown in FIG. 4, in the embodiment, by driving the antenna surface in the translational direction with respect to the flight path (target path), the error with respect to the target path can be compressed and the antenna surface fluctuation can be suppressed.
（実施の形態１）
以下、図面を参照して実施の形態１について説明する。図５は、本実施の形態に係る飛翔体１を模式的に示している。本実施の形態に係る飛翔体１は、例えば小型航空機やヘリコプターなどの移動体であり、レーダ装置１００を搭載している。
(Embodiment 1)
The first embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 schematically shows the flying
レーダ装置１００は、合成開口レーダであり、主に、アンテナを含むアンテナ部１０１、アンテナが送受信する電波を信号処理する信号処理部１０２を備える。例えば、アンテナ部１０１は、飛翔体１の機体下部に設置されて、アンテナから機体下方の地表へ向けて電波を照射する。信号処理部１０２は、飛翔体１の機体内部に設置されて、アンテナを介して観測した観測画像をリアルタイムで表示する。
The
図６は、本実施の形態に係るレーダ装置１００の機能ブロックを示している。図６に示すように、本実施の形態に係るレーダ装置１００は、送信部１１０、受信部１１１、画像処理部１１２、サーキュレータ１１３、制御部１２０、アンテナ２０１、アンテナ駆動機構２０２、アンテナセンサ１０３、機体センサ１０４を備えている。例えば、アンテナ部１０１には、アンテナ２０１、アンテナ駆動機構２０２、アンテナセンサ１０３が含まれ、信号処理部１０２には、送信部１１０、受信部１１１、画像処理部１１２、サーキュレータ１１３、制御部１２０、機体センサ１０４が含まれる。
FIG. 6 shows functional blocks of the
送信部１１０は、合成開口レーダで観測を行うための送信信号を生成する。サーキュレータ１１３は、送信部１１０が生成した送信信号をアンテナ２０１から送信し、アンテナ２０１が受信した受信信号を受信部１１１へ出力する。
The
アンテナ駆動機構２０２は、制御部１２０の制御に応じて最適な方向や位置となるようにアンテナ２０１を駆動する。アンテナ２０１は、送信波（送信信号）を観測対象へ送信し、観測対象から反射した受信波（受信信号）を受信する。
The
アンテナセンサ１０３は、アンテナ駆動機構２０２の駆動に応じて変位したアンテナ２０１の変位量や、アンテナ２０１の振動などを検出する。機体センサ１０４は、飛翔体１の機体の姿勢（ロール、ピッチ、ヨーの変位）や振動などを検出する。アンテナセンサ１０３及び機体センサ１０４は、例えば、姿勢センサ、ＧＰＳ（Global Positioning System）、速度センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、レゾルバ、変位センサ、レートセンサなどである。
The
受信部１１１は、アンテナ２０１が受信した受信信号に対して信号処理を行い、画像処理部１１２が処理可能な信号を生成する。画像処理部１１２は、受信部１１１が処理した受信信号に対して画像処理を行い、観測対象の検出、観測画像の生成及び表示を行う。
The
制御部（駆動制御部）１２０は、レーダ装置の各部を制御する制御部であり、アンテナセンサ１０３及び機体センサ１０４の検出結果や、画像処理部１１２の観測結果に基づいて、アンテナ駆動機構２０２などを制御する。制御部１２０は、観測モードに応じた制御として、ストリップマップモードの場合、飛行方向に対して一定の角度で電波を照射するように、アンテナ駆動機構２０２を制御し、スポットライトモードの場合、常に観測対象に対して電波を照射するように、アンテナ駆動機構２０２を制御する。本実施の形態では、制御部１２０は、飛翔体１の移動や観測モードに応じたアンテナ２０１の変位に基づいて、アンテナ２０１の並進方向の駆動を制御する。制御部１２０は、飛翔体１の移動や回転等に応じたアンテナ２０１の並進方向の変位量が低減（補正）するように、アンテナ２０１の駆動量を制御する。
The control unit (drive control unit) 120 is a control unit that controls each unit of the radar apparatus. Based on the detection results of the
次に、本実施の形態に係るアンテナ部１０１の構成について説明する。図７〜図１１は、アンテナ部１０１の外観構成を示しており、図７及び図８はその斜視図、図９はその平面図、図１０及び図１１はその側面図である。図１２〜図１５は、アンテナ部１０１の並進機構部２３０の外観構成を示しており、図１２はその斜視図、図１３はその平面図、図１４及び図１５はその側面図である。各図において、飛翔体の進行方向に対し電波の照射方向を垂直とした場合、Ｘ方向がアジマス（ＡＺ）方向であり、Ｙ方向がレンジ方向であり、Ｚ方向がエレベーション（ＥＬ）方向となる。
Next, the configuration of the
図７〜図１１に示すように、アンテナ部１０１は、主に、アンテナ２０１、ジンバルベース部２１０、ジンバル支持部２２０、並進機構部２３０を有している。アンテナ２０１は、例えばＸ方向に平板状に延びるレーダアンテナである。アンテナ２０１は、平板表面（Ｙ方向負側）から法線方向へ電波を送信し、さらに、平板表面で電波を受信する。なお、アンテナ２０１は、観測対象へ向けてマイクロ波などの電波を送信及び受信できれば、平板形状に限らず、その他の形状でもよい。
As shown in FIGS. 7 to 11, the
並進機構部（並進駆動機構部）２３０は、アンテナ２０１の略中央部を支持し、アンテナ２０１を一軸の並進方向に向かって前後に変位（移動）させる。並進方向は、Ｙ方向、つまり、アンテナ２０１の電波照射方向（法線方向）である。並進方向において、並進機構部２３０から見てアンテナ２０１側（観測対象により近い側）を前側（Ｙ方向負側）、反対側（観測対象からより遠い側）を後側（Ｙ方向正側）とも言う。
The translation mechanism (translation drive mechanism) 230 supports the substantially central portion of the
ジンバル支持部２２０及びジンバルベース部２１０は、アンテナ２０１を２軸（第１の軸及び第２の軸）方向に回動させる２軸ジンバル機構部（回転駆動機構部）２０３を構成する。第１の軸または第２の軸は、エレベーション軸またはアジマス軸である。２軸ジンバル機構部２０３に並進機構部２３０を組み込むことで、アンテナ部１０１を小型化することができる。
The
ジンバル支持部（エレベーション回転支持部）２２０は、エレベーション軸２２１で並進機構部２３０を支持し、エレベーション軸２２１を回転軸として、並進機構部２３０（及びアンテナ２０１）をＺ方向（エレベーション方向）へ変位させる。ジンバル支持部２２０は、並進機構部２３０をＸ方向両端で支持する支持アーム部２２２及び２２３と、支持アーム部２２２及び２２３を連結するアーム連結部２２４を有している。例えば、支持アーム部２２２及び２２３は、Ｚ方向に延びており、アーム状に延びる先端部（Ｚ方向正側）近傍で並進機構部２３０を支持し、アーム状の根元部（Ｚ方向負側）近傍でアーム連結部２２４により連結される。アーム連結部２２４は、ジンバルベース部２１０と同様の形状であり、例えば円板形状である。
The gimbal support part (elevation rotation support part) 220 supports the
例えば、支持アーム部２２２及び２２３は、一方にエレベーション用モータ（不図示）を内蔵しており、供給されるエレベーション駆動電圧に応じてエレベーション用モータを回転動作させることで、並進機構部２３０（及びアンテナ２０１）をエレベーション軸２２１周りに回転変位させる。例えば、エレベーション用モータはブラシレスモータである。また、支持アーム部２２２及び２２３のもう一方には、エレベーション用モータによる駆動回転角度を検出するセンサであるレゾルバ（不図示）を内蔵している。
For example, the
ジンバルベース部（アジマス回転支持部）２１０は、アジマス軸２１１でジンバル支持部２２０を支持し、アジマス軸２１１を回転軸として、ジンバル支持部２２０（並進機構部２３０及びアンテナ２０１）をＸ方向（アジマス方向）へ変位させる。ジンバルベース部２１０は、例えば円板形状であり、円板表面側（Ｚ方向正側）でジンバル支持部２２０のアーム連結部２２４を支持し、円盤裏面側（Ｚ方向負側）で飛翔体１の機体に固定される。ジンバルベース部２１０の外周部には、複数の連結穴（連結固定部）２１２が形成されており、複数の連結穴２１２を介してネジなどの連結部材を用いることで、ジンバルベース部２１０を飛翔体１の機体に連結固定する。
The gimbal base portion (azimuth rotation support portion) 210 supports the
例えば、ジンバルベース部２１０は、アジマス用モータ（不図示）を内蔵しており、供給されるアジマス駆動電圧に応じてアジマス用モータを回転動作させることで、ジンバル支持部２２０（並進機構部２３０及びアンテナ２０１）をアジマス軸２１１周りに回転変位させる。例えば、アジマス用モータはブラシレスモータである。また、ジンバルベース部２１０は、アジマス用モータによる駆動回転角度を検出するセンサであるレゾルバ（不図示）を内蔵している。
For example, the
図１２〜図１５に示すように、並進機構部２３０は、フレームの概略構成として、主に、並進フレーム２３１、軸受フレーム２３２、延伸フレーム２３３を有している。
As shown in FIGS. 12 to 15, the
並進フレーム２３１は、アンテナ２０１の平板裏面（Ｙ方向正側）の略中央部を支持し、並進方向に移動可能なフレームである。並進フレーム２３１は、アンテナ２０１の二か所にそれぞれ一端が固定されてＹ方向に延びる並進側面フレーム２３１ａ及び２３１ｂと、並進側面フレーム２３１ａ及び２３１ｂのＺ方向両端部近傍をそれぞれ連結する並進平面フレーム２３１ｃ及び２３１ｄを有する。並進側面フレーム２３１ａ及び２３１ｂは、アンテナ２０１の略中央部を支持することで、アンテナ２０１をバランスよく支持できる。なお、並進平面フレーム２３１ｃ及び２３１ｄによりアンテナ２０１を支持してもよい。並進側面フレーム２３１ａ及び２３１ｂ、並進平面フレーム２３１ｃ及び２３１ｄに、複数の開口部を形成することで、所望の重量や強度を得ることができる。
The
軸受フレーム２３２は、エレベーション軸を受けてエレベーション方向に回転可能であり、並進フレーム２３１を並進可能に支持するフレームである。軸受フレーム２３２は、並進側面フレーム２３１ａ及び２３１ｂより外側（Ｘ方向両側）で、並進側面フレーム２３１ａ及び２３１ｂと略並行に設けられた軸受側面フレーム２３２ａ及び２３２ｂと、並進平面フレーム２３１ｃ及び２３１ｄより外側（Ｚ方向両側）で並進平面フレーム２３１ｃ及び２３１ｄと略並行に設けられた軸受平面フレーム２３２ｃ及び２３２ｄを有する。
The
軸受側面フレーム２３２ａ及び２３２ｂは、略中央にエレベーション軸を受ける軸受穴２３４を有する。すなわち、軸受穴２３４がジンバル支持部２２０から支持され、軸受穴２３４を中心として、並進機構部２３０及びアンテナ２０１がエレベーション方向へ回転する。
The
軸受平面フレーム２３２ｃ及び２３２ｄは、軸受側面フレーム２３２ａ及び２３２ｂのＺ方向両端部をそれぞれ連結する。軸受平面フレーム２３２ｃ及び２３２ｄと並進平面フレーム２３１ｃ及び２３１ｄとの間に、それぞれ並進用モータ２３５ａ及び２３５ｂが配置されている。例えば、並進用モータ２３５ａ及び２３５ｂは、リニアモータの一例であるボイスコイルモータである。軸受平面フレーム２３２ｃ及び２３２ｄは、並進用モータ２３５ａ及び２３５ｂを介して並進平面フレーム２３１ｃ及び２３１ｄを並進可能に支持していると言える。供給される並進駆動電圧（ＶＣＭ印加電圧）に応じて並進用モータ２３５ａ及び２３５ｂをリニア駆動することで、並進フレーム２３１（及びアンテナ２０１）をＹ方向（並進方向）に変位させる。
The bearing plane frames 232c and 232d connect the Z direction both ends of the
軸受フレーム２３２の後ろ側（Ｙ方向正側）に、軸受平面フレーム２３２ｃ近傍から軸受平面フレーム２３２ｄ近傍まで延びる板バネ（変位抑制部）２３６が設けられている。板バネ２３６は、一端（Ｚ方向正側の固定端）が軸受平面フレーム２３２ｄに固定され、他端（Ｚ方向負側）が軸受平面フレーム２３２ｃの近傍で、並進フレーム２３１と摺動可能に接する（摺接する）。
A leaf spring (displacement suppressing portion) 236 extending from the vicinity of the bearing
例えば、並進平面フレーム２３１ｃの端部に挟持部２３６ａが設けられており、挟持部２３６ａが、板バネ２３６の他端を摺動可能に挟み込んでいる。並進フレーム２３１が所定範囲よりも後ろ（Ｙ方向正側）に移動する場合、並進平面フレーム２３１ｃの端部が板バネ２３６の他端を押圧するため、逆方向（Ｙ方向負側）に板バネ２３６の弾性力が作用する。板バネ２３６の弾性力により並進フレーム２３１の移動を抑えることで、並進フレーム２３１が所定範囲を超えて移動することを防いでいる。また、逆方向（前側）に並進フレーム２３１が移動した場合も同様に、板バネ２３６が並進フレーム２３１の変位を所定範囲に抑えている。
For example, the clamping
軸受フレーム２３２と並進フレーム２３１の間に並進検出センサ２３７が配置されている。例えば、並進検出センサ２３７は、並進平面フレーム２３１ｃ近傍と軸受側面フレーム２３２ｂとの間に配置されている。なお、並進検出センサ２３７は、アンテナ２０１の並進方向の変位を検出できれば、任意の場所に設けてもよい。
A
並進検出センサ２３７は、例えば、差動変圧器（ＬＶＤＴ）である。差動変圧器とすることで、航空機などの飛翔体における環境条件（耐熱、耐震、防水）の下でも、精度よくアンテナ２０１の変位を検出できる。並進検出センサ２３７は、円筒状に延びるセンサ本体２３７ａと、センサ本体２３７ａから出入可能に延びるプローブ２３７ｂを有している。軸受フレーム２３２の内部にセンサ本体２３７ａを固定し、プローブ２３７ｂの先端をアンテナ２０１の裏面（Ｙ方向正側）に固定する。アンテナ２０１の並進方向の移動に応じて、プローブ２３７ｂがセンサ本体２３７ａから出入されることにより、アンテナ２０１の変位量を検出する。
The
軸受フレーム２３２にはカウンターウェイト２３８が配置されている。例えば、カウンターウェイト２３８は、軸受平面フレーム２３２ｃに固定されている。カウンターウェイト２３８は、軸受側面フレーム２３２ａ近傍から軸受側面フレーム２３２ｂ近傍まで平板状に延びている。
A
カウンターウェイト２３８の重さ及び位置により、並進機構部２３０及びアンテナ２０１の重心の位置を調整する。例えば、カウンターウェイト２３８を、軸受穴２３４（エレベーション軸）の近傍に配置しエレベーション軸上に重心が位置するようにすることで、エレベーション軸周りでバランスよく回転可能とする。
The position of the center of gravity of the
軸受フレーム２３２から後ろ側（Ｙ軸方向正側）に向かって延びるように延伸フレーム２３３が設けられている。延伸フレーム２３３は、一端が軸受平面フレーム２３２ｄの端部に固定され、他端にアンテナ姿勢センサ２３９が取り付けられている。アンテナ姿勢センサ２３９は、ジャイロセンサなどであり、アンテナ２０１のアジマス方向及びエレベーション方向の姿勢や変位量を検出する。延伸フレーム２３３の先端部にアンテナ姿勢センサ２３９を配置することで、効率よくアンテナ２０１の姿勢や変位量を検出する。
An
次に、本実施の形態に係るアンテナを駆動制御するための構成について説明する。図１６は、図６のブロックのうち、主に制御部１２０の機能ブロックを示している。なお、アンテナ駆動機構２０２は、図７等の２軸ジンバル機構部２０３、並進機構部２３０を含み、アンテナセンサ１０３は、図１２等の並進検出センサ２３７、アンテナ姿勢センサ２３９を含む。
Next, a configuration for driving and controlling the antenna according to the present embodiment will be described. FIG. 16 mainly shows functional blocks of the
図１６に示すように、制御部１２０は、例えば、センサ処理部１３０、制御演算部１４０、ドライバ部１５０を備えている。なお、センサ処理部１３０、制御演算部１４０、ドライバ部１５０の一部は、制御部１２０の内部に限らず、別のブロックとしてもよい。
As illustrated in FIG. 16, the
センサ処理部１３０及び制御演算部１４０は、２軸ジンバル機構部２０３、並進機構部２３０を駆動するための駆動信号（駆動指令値）を生成する制御部を構成するとも言える。センサ処理部１３０は、アンテナセンサ１０３、機体センサ１０４が検出した検出信号を処理する。センサ処理部１３０は、ノイズ除去部１３１、連成制御演算部１３２を備えている。ノイズ除去部１３１は、アンテナセンサ１０３、機体センサ１０４が検出した検出信号からノイズを除去する。例えば、ノイズ除去部１３１は、ローパスフィルタなどである。
It can be said that the
連成制御演算部１３２は、アンテナセンサ１０３、機体センサ１０４の検出信号に基づき、２軸ジンバル機構部２０３と並進機構部２３０を駆動に必要な座標変換や目標値の演算を行う。目標値の演算は、２軸ジンバル制御と並進制御をそれぞれ単独の動作をするのではなく、両者を連成して（対応させて）制御することが好ましい。特に並進制御については、２軸ジンバルの姿勢（ＡＺ方向及びＥＬ方向の姿勢）を演算に取り込みながら目標値を生成する。
The coupled
連成制御演算部１３２は、観測モード、機体の姿勢や移動量、アンテナの姿勢や変位量などに基づき目標値を決定する。連成制御演算部１３２は、ＡＺ（アジマス）制御パラメータとして、ＡＺ目標角度、ＡＺ角度、ＡＺ角速度を生成し、ＥＬ（エレベーション）制御パラメータとして、ＥＬ目標角度、ＥＬ角度、ＥＬ角速度を生成し、並進制御パラメータとして、並進目標値、並進制御量を生成する。
The coupled
制御演算部１４０は、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御器や位相進み遅れ制御器、最適制御器などにより、各目標値に追従する制御を行う。制御演算部１４０は、ＡＺ制御部１４１、ＥＬ制御部１４２、並進制御部１４３を備えている。
The
ＡＺ（アジマス）制御部１４１は、入力されるＡＺ目標角度、ＡＺ角度、ＡＺ角速度に基づいて、アンテナ２０１がＡＺ目標角度まで移動するように、アンテナ２０１をアジマス方向に駆動するためのＡＺ駆動指令値を生成する。ＥＬ（エレベーション）制御部１４２は、入力されるＥＬ目標角度、ＥＬ角度、ＥＬ角速度に基づいて、アンテナ２０１がＥＬ目標角度まで移動するように、アンテナ２０１をエレベーション方向に駆動するためのＥＬ駆動指令値を生成する。並進制御部１４３は、入力される並進目標値、並進制御量に基づいて、アンテナ２０１が並進目標値まで移動するように、アンテナ２０１を並進方向に駆動するための並進駆動指令値を生成する。
The AZ (azimuth) control unit 141 is an AZ drive command for driving the
ドライバ部１５０は、アンテナ駆動機構２０２を駆動する駆動信号を生成する。ドライバ部１５０は、モータドライバ１５１、ＶＣＭドライバ１５２を備えている。モータドライバ１５１は、２軸ジンバル機構部２０３を駆動するための駆動部である。モータドライバ１５１は、入力されるＡＺ駆動指令値に基づいてＡＺ駆動電圧を生成し、生成したＡＺ駆動電圧を２軸ジンバル機構部２０３（ジンバルベース部２１０のアジマス用モータ）へ供給する。モータドライバ１５１は、入力されるＥＬ駆動指令値に基づいてＥＬ駆動電圧を生成し、生成したＥＬ駆動電圧を２軸ジンバル機構部２０３（ジンバル支持部２２０のエレベーション用モータ）へ供給する。
The
ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）ドライバ１５２は、並進機構部２３０を駆動するための駆動部である。ＶＣＭドライバ１５２は、入力される並進駆動指令値に基づいて、並進方向にアンテナ２０１を駆動するＶＣＭ印加電圧を生成し、ＶＣＭ印加電圧を並進機構部２３０（ボイスコイルモータである並進用モータ２３５ａ及び２３５ｂ）へ供給する。
The VCM (voice coil motor)
次に、本実施の形態に係るアンテナの駆動制御動作の例について説明する。なお、以下の制御動作は、制御部１２０のうちセンサ処理部１３０と制御演算部１４０のいずれかまたは両方で行われてもよい。図１７及び図１８を用いて、スポットライトモード時における、アンテナがアジマス方向に変位した場合の動作について説明する。スポットライトモード時、飛翔体１の移動に応じてアンテナの並進方向の位置が変位するため、このアンテナの変位量を低減するように制御する。すなわち、アジマス軸（第１の回転軸）周りの回転に応じた変位を補正する。なお、アンテナがアジマス方向及びエレベーション方向に変位した場合、アジマス方向及びエレベーション方向の回転による変位量に基づいてアンテナを並進制御する。すなわち、アジマス軸（第１の軸）周りの回転及びエレベーション軸（第２の軸）周りの回転に応じた変位を補正してもよい。
Next, an example of the antenna drive control operation according to the present embodiment will be described. The following control operation may be performed by one or both of the
図１７に示すように、高度一定かつ機体の向きと座標系が一致する直線飛行を想定すると、スポットライトモードの場合、飛行軌道上のｔ１１、ｔ１２、ｔ１３におけるアジマス方向の制御として、それぞれ電波の照射方向が観測対象３０へ向かうようにアンテナ２０１の角度を制御する。
As shown in FIG. 17, assuming a straight flight in which the altitude is constant and the direction of the aircraft and the coordinate system coincide, in the spotlight mode, the control of the azimuth direction at t11, t12, and t13 on the flight trajectory is performed respectively. The angle of the
ｔ１１において、制御部１２０は、飛翔体１の位置と観測対象３０の位置から、飛行軌道の垂直方向に対し観測対象３０への角度がθ１と求まるため、アジマス軸２１１を中心としてアンテナ２０１が（例えば飛行軌道の垂直方向から）このθ１の角度となるように２軸ジンバル機構部２０３を回転制御する。ｔ１２において、制御部１２０は、飛翔体１の位置と観測対象３０の位置から、飛行軌道の垂直方向に観測対象３０が位置することが求まるため、アンテナ２０１が（例えばθ１から）飛行軌道の垂直方向となるように２軸ジンバル機構部２０３を回転制御する。ｔ１３において、制御部１２０は、飛翔体１の位置と観測対象３０の位置から、飛行軌道の垂直方向に対し観測対象３０への角度がθ２と求まるため、アンテナ２０１（例えば飛行軌道の垂直方向から）がこのθ２の角度となるように２軸ジンバル機構部２０３を回転制御する。
At t11, the
このとき、本実施の形態では、図１８に示すように、さらにアンテナ２０１を並進方向に制御する。制御部１２０は、観測モードに応じたアンテナの変位量に応じて並進制御し、また、アジマス方向の回転に応じたアンテナの変位量に応じて並進制御する。すなわち、アジマス制御により、アンテナ姿勢角が観測対象に向かうようにＡＺ目標角度を制御し、さらに、並進制御により、このＡＺ目標角度に基づいて、アジマス方向の回転に伴う並進補正量を決定する。例えば、並進方向の原点位置をＡ０とすると、Ａ０より前（Ｙ方向負側）のＡ１から、Ａ０より後ろ（Ｙ方向正側）Ａ２までを並進機構部２３０での並進補正量とする。
At this time, in this embodiment, as shown in FIG. 18, the
ｔ１１において、アジマス制御によりアンテナ２０１を飛行軌道の垂直方向からθ１の角度に回転させる場合、並進制御を行わないと、アンテナ２０１はＢ１１の位置となる。そうすると、飛行軌道の直線よりも後ろ側（Ｙ方向正側）となり、観測対象との距離が長くなるため、観測精度に影響する。そこで、アンテナ２０１が飛行軌道の直線上となるように、すなわち、回転前後（変位前後）で並進方向の位置が同じになるように、変位前の位置へ向かって（変位した方向とは逆方向へ）アンテナ２０１を並進方向へ駆動する。制御部１２０は、アジマス軸２１１から飛行軌道の直線（もしくはアンテナの位置）までの直線Ｌ（回転半径）の長さとアジマス制御のθ１（回転角度）とから、θ１の回転による飛行軌道の直線（回転前の位置）までの差分（例えばＡ２−Ａ１）が求まるため、これを並進補正量としてアンテナ２０１を並進方向の前のＢ１２まで駆動するように並進機構部２３０を制御する。ここで、並進補正量ｄＹは、例えば、回転半径Ｌと回転角度θ１を用いて、次の式（１）により算出する。
ｄＹ＝Ｌ・（１−ｃｏｓ（θ１））／ｃｏｓ（θ１）・・・（１）
At t11, when the
dY = L · (1−cos (θ1)) / cos (θ1) (1)
ｔ１２において、アジマス制御によりアンテナ２０１をθ１の角度から飛行軌道の垂直方向に回転させる場合、並進制御を行わないと、アンテナはＢ１３の位置となる。制御部１２０は、直線Ｌの長さとアジマス制御のθ１とから並進補正量を求め、アンテナ２０１を並進方向の後ろのＢ１４まで駆動するように並進機構部２３０を制御する。このときの並進補正量ｄＹは、ｔ１１と同様に、例えば、上記の式（１）により算出する。
At t12, when the
ｔ１３においてもｔ１１と同様に、アジマス制御によりアンテナ２０１を飛行軌道の垂直方向からθ２の角度に回転させる場合、並進制御を行わないと、アンテナはＢ１５の位置となる。制御部１２０は、直線Ｌの長さとアジマス制御のθ２とから並進補正量を求め、アンテナ２０１を並進方向の前のＢ１６まで駆動するように並進機構部２３０を制御する。ここで、並進補正量ｄＹは、例えば、回転半径Ｌと回転角度θ２を用いて、次の式（２）により算出する。
ｄＹ＝Ｌ・（１−ｃｏｓ（θ２））／ｃｏｓ（θ２）・・・（２）
At t13, as in t11, when the
dY = L · (1−cos (θ2)) / cos (θ2) (2)
次に、図１９を用いて、ストリップマップモード時における、レンジ方向に機体が動揺した場合の動作について説明する。ストリップマップモードでは、飛行軌道に対して常に垂直方向へ電波を照射するため、アンテナをアジマス方向に制御する必要はない。そのため、ここでは並進駆動制御のみを行う例について説明する。この例では、飛翔体１の移動（揺れ）に応じてアンテナの並進方向の位置が変位するため、このアンテナの変位量を低減するように制御する。また、この移動に応じたアンテナの変位量と、アンテナのアジマス軸やエレベーション軸周りの回転に応じた変位量とに基づいて、アンテナの駆動量を制御してもよい。
Next, with reference to FIG. 19, the operation when the aircraft fluctuates in the range direction in the strip map mode will be described. In the strip map mode, radio waves are always radiated in the direction perpendicular to the flight trajectory, so there is no need to control the antenna in the azimuth direction. Therefore, an example in which only translation drive control is performed will be described here. In this example, since the position of the antenna in the translation direction is displaced according to the movement (swing) of the flying
図１９に示すように、ｔ２１で飛翔体１が飛行軌道上に位置し、ｔ２２及びｔ２３で飛翔体１がレンジ方向に動揺し飛行軌道からずれたとする。ｔ２２において、飛翔体１が飛行軌道よりも進行方向右側（Ｙ方向正側）へずれた場合、並進制御を行わないと、アンテナ２０１はＢ２１の位置となる。そうすると、図１８と同様に観測精度に影響するため、アンテナ２０１が飛行軌道の直線上となるように、すなわち、飛翔体の並進方向への移動に応じて、移動前後（変位前後）で並進方向の位置が同じになるように、変位前の位置へ向かってアンテナ２０１を並進方向へ駆動する。制御部１２０は、ｔ２２のときの飛翔体１の位置（実軌道）から、飛行軌道（目標軌道）の直線（移動前の位置）とアンテナの位置との差分が求まるため、これを並進補正量としてアンテナ２０１を並進方向の前のＢ２２まで駆動するように並進機構部２３０を制御する。すなわち、飛翔体１の目標軌道（移動を予定している軌道）と飛翔体１の実軌道（実際に移動している軌道）との差分に応じて、アンテナ２０１の変位量及び駆動量（並進補正量）を算出する。ここで、並進補正量は、例えば、機体センサ１０４またはアンテナセンサ１０３である速度センサにより検出されたｙ軸方向の速度ｖ(t)を、ｔ２１からｔ２２までの時間積分することにより算出する。あるいは、並進補正量は、機体センサ１０４またはアンテナセンサ１０３である加速度センサにより検出されたｙ軸方向の角速度ａ(t)を、ｔ２１からｔ２２までの二重時間積分することにより算出してもよい。
As shown in FIG. 19, it is assumed that the flying
ｔ２３においてもｔ２２と同様に、飛翔体１が飛行軌道よりも進行方向左側（Ｙ方向負側）へずれた場合、並進制御を行わないと、アンテナ２０１はＢ２３の位置となる。制御部１２０は、ｔ２３のときの飛翔体１の位置から並進補正量を求め、アンテナ２０１を並進方向の後ろのＢ２４まで駆動するように並進機構部２３０を制御する。ここで、並進補正量は、例えば、機体センサ１０４やアンテナセンサ１０３である速度センサにより検出されたｙ軸方向の速度ｖ(t)を、ｔ２２からｔ２３までの時間積分することにより算出する。あるいは、並進補正量は、機体センサ１０４またはアンテナセンサ１０３である加速度センサにより検出されたｙ軸方向の角速度ａ(t)をｔ２１からｔ２２までの二重時間積分することにより算出してもよい。
Also at t23, similarly to t22, when the flying
次に、図２０及び図２１を用いて、エレベーション方向に機体が動揺した場合の動作について説明する。ここでは、並進駆動制御のみを行う例について説明する。この例では、飛翔体１の回転（揺れ）に応じてアンテナの並進方向の位置が変位するため、このアンテナの変位量を低減するように制御する。すなわち、エレベーション軸（第１または第２の回転軸）周りの回転に応じた変位を補正する。
Next, using FIG. 20 and FIG. 21, the operation when the aircraft is shaken in the elevation direction will be described. Here, an example in which only translation drive control is performed will be described. In this example, since the position of the antenna in the translation direction is displaced according to the rotation (swing) of the flying
図２０のｔ３１からｔ３２のように、飛翔体１が動揺しエレベーション方向に傾いたとする。飛翔体１は機体の回転中心Ｏを中心として回転して傾き、ｔ３２において、アンテナ２０１は飛翔体１と同様に傾く。そうすると、アンテナ２０１はＢ３１の位置で傾くため、制御部１２０は、エレベーション軸２２１周りにアンテナ２０１を回転させて、Ｂ３２となるようにアンテナ２０１の傾きを補正する。このとき、並進制御を行わないと、アンテナ２０１はＢ３２の位置のままとなる。そうすると、エレベーション方向（Ｚ方向）で見たときに、アンテナが前側（Ｙ方向負側）となり、観測対象との距離が短くなるため、観測精度に影響する。そこで、アンテナ２０１がエレベーション方向から見て直線上となるように、すなわち、飛翔体の傾き（回転）に応じて、飛翔体の傾きの前後（変位前後）で並進方向の位置が同じになるように、変位前の位置へ向かってアンテナ２０１を並進方向へ駆動する。図２１に示すように、制御部１２０は、ｔ３２のときの飛翔体１の傾き（回転角度）と回転中心Ｏからアンテナもしくは機体（回転半径）により、エレベーション方向の位置の差分が求まるため、これを並進補正量としてアンテナ２０１を並進方向の後ろのＢ３３まで駆動するように並進機構部２３０を制御する。ここで、ｔ３１からｔ３２までのアンテナ２０１の移動距離は、機体センサ１０４やアンテナセンサ１０３である速度センサにより検出されたｙ軸方向（ＥＬ方向）の速度ｖ(t)の時間積分により求まるため、回転半径Ｒは、この速度ｖ(t)の時間積分と、機体センサ１０４である姿勢センサにより検出された機体姿勢角度変化Θとを用いて、次の式（３）により算出する。
Ｒ＝∫v(t)dt／Θ・・・（３）
この回転半径Ｒと、アンテナセンサ１０３である姿勢センサにより検出されたアンテナ姿勢角度変化Φを用いて、並進補正量ｄＹは、次の式（４）により算出する。
ｄＹ＝Ｒ・Θ・atan(Φ)＝∫v(t)dt・atan（Φ）・・・（４）
Assume that the flying
R = ∫v (t) dt / Θ (3)
Using this rotation radius R and the antenna posture angle change Φ detected by the posture sensor which is the
dY = R · Θ · atan (Φ) = ∫v (t) dt · atan (Φ) (4)
以上のように、本実施の形態では、アンテナ面を駆動する並進機構を２軸ジンバル機構に設け、観測モードや機体動揺に対して並進機構単独ではなく２軸ジンバルと連成・協調する並進機構目標値と２軸ジンバル目標値を与えて駆動することにより、目標経路に対する誤差を圧縮し、アンテナ面変動を抑える。これにより、アンテナの並進方向の変動を抑えることができるため、観測精度を向上することができ、観測画像の劣化を抑えることができる。 As described above, in this embodiment, the translation mechanism that drives the antenna surface is provided in the biaxial gimbal mechanism, and the translation mechanism that couples and cooperates with the biaxial gimbal instead of the translation mechanism alone with respect to the observation mode and the body motion. By driving by giving a target value and a biaxial gimbal target value, an error with respect to the target path is compressed and antenna surface fluctuation is suppressed. Thereby, since the fluctuation | variation of the translation direction of an antenna can be suppressed, observation accuracy can be improved and degradation of an observation image can be suppressed.
関連する技術のようにアンテナを２軸ジンバルのみで制御する場合、機体動揺の大きい小型航空機やヘリコプターにレーダ装置では、アンテナから出力する波長３ｃｍ程度の電波に対して、アンテナ面が大きく動揺し波長位相ずれが発生するため、観測精度が低下し、観測結果として表示する観測画像が劣化する。例えば、２軸ジンバルのみではアンテナ面変動を波長３ｃｍの１０％である０．３ｃｍに抑えることが困難であった。 When the antenna is controlled only by a 2-axis gimbal as in the related technology, the radar surface of a small aircraft or helicopter with a large airframe shake is greatly shaken by the antenna surface with respect to a radio wave of about 3 cm wavelength output from the antenna. Since the phase shift occurs, the observation accuracy is lowered, and the observation image displayed as the observation result is deteriorated. For example, with only a biaxial gimbal, it was difficult to suppress the antenna surface fluctuation to 0.3 cm, which is 10% of the wavelength of 3 cm.
本実施の形態では、小型機やヘリコプターの機体動揺に対して、２軸ジンバルのアジマス制御及びエレベーション制御によりアンテナ指向方向を±０．３度以下に制御しつつ、アンテナ面位置が回転により直線飛行経路に対してオフセットするため、オフセットしたアンテナ面位置を並進機構により駆動する。アンテナ面位置の駆動量は２軸ジンバルの姿勢に依存するため、２軸ジンバルの目標値と並進機構の目標値を連成して計算し、制御演算する。これにより、直線飛行経路に対してアンテナ面位置を波長３ｃｍの１０％程度である０．３ｃｍの誤差に抑えることができるため、飛翔体上で鮮明な観測画像を取得し、地表などの観測をリアルタイムに行うことができる。 In this embodiment, the antenna surface position is linearly controlled by rotation while controlling the antenna directivity direction to ± 0.3 degrees or less by azimuth control and elevation control of a two-axis gimbal with respect to the fluctuation of a small aircraft or helicopter. In order to offset the flight path, the offset antenna surface position is driven by a translation mechanism. Since the driving amount of the antenna surface position depends on the attitude of the biaxial gimbal, the target value of the biaxial gimbal and the target value of the translation mechanism are calculated and controlled. As a result, the antenna surface position with respect to the straight flight path can be suppressed to an error of 0.3 cm, which is about 10% of the wavelength of 3 cm. Therefore, a clear observation image is acquired on the flying object, and the surface of the earth is observed. Can be done in real time.
（実施の形態２）
以下、図面を参照して実施の形態２について説明する。本実施の形態では、実施の形態１に加えて、機体の動揺補正を行う。図２２は、本実施の形態に係るレーダ装置１００のうち、主に制御部１２０の機能ブロックを示している。なお、他の構成については、実施の形態１と同様である。
(Embodiment 2)
The second embodiment will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, in addition to the first embodiment, the fluctuation of the body is corrected. FIG. 22 mainly shows functional blocks of the
図２２では、実施の形態１の図１６に加えて、制御演算部１４０に動揺補正制御部１４４を備え、ドライバ部１５０に動揺補正ドライバ１５３を備え、アンテナ駆動機構２０２に動揺補正機構部２０４を備えている。本実施の形態では、連成制御演算部１３２は、機体センサ１０４が検出した機体の動揺に基づき、動揺補正目標値、動揺補正制御量を生成する。
In FIG. 22, in addition to FIG. 16 of the first embodiment, the
動揺補正制御部１４４は、入力される動揺補正目標値、動揺補正制御量に基づいて、アンテナ２０１を動揺補正するための動揺補正指令値を生成する。動揺補正ドライバ１５３は、入力される動揺補正指令値に基づいて、アンテナを動揺補正する動揺補正駆動電圧を生成し、動揺補正電圧を動揺補正機構部２０４へ供給する。
The shake
次に、図２３及び図２４を用いて、エレベーション方向に機体が動揺した場合の動作について説明する。図２３のｔ４１からｔ４２のように、飛翔体１が動揺しエレベーション方向に傾いたとする。飛翔体１は機体の回転中心Ｏを中心として回転して傾き、ｔ４２において、アンテナ２０１は飛翔体１と同様に傾く。このとき、動揺制御を行わないと、アンテナ２０１はＢ４１の位置となる。そうすると、アンテナ２０１が機体と同様に傾いているため、観測対象に対し精度よく電波を照射できない。そこで、本実施の形態では、アンテナ２０１の傾きの変動を抑えるように、動揺補正を行う。制御部１２０は、ｔ４２のときの飛翔体１の傾きから、動揺補正に必要な傾きが求まるため、これを動揺補正量としてアンテナ２０１をエレベーション方向にＢ４２まで回転するように、動揺補正機構部２０４を制御する。なお、動揺補正機構部２０４により、例えば、アンテナ２０１の略中央を中心として、アンテナ２０１を回転させて傾きを補正する。
Next, using FIG. 23 and FIG. 24, the operation when the body is shaken in the elevation direction will be described. Assume that the flying
さらに、図２４に示すように、実施の形態１と同様にアンテナ２０１を並進方向に制御する。すなわち、動揺補正制御により動揺補正目標を制御し、さらに、並進制御により、この動揺補正目標に基づいて並進補正量を決定する。この例では、動揺補正に応じたアンテナの変位量が低減するように制御する。また、この動揺補正に応じたアンテナの変位量と、実施の形態１のような移動に応じたアンテナの変位量とに基づいて、アンテナの駆動量を制御してもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 24, the
ｔ４２において、動揺補正制御によりアンテナ２０１の位置をＢ４１１からＢ４２とすると、エレベーション方向（Ｚ方向）で見たときに、アンテナが前側（Ｙ方向負側）となるため、観測精度に影響する。そこで、実施の形態１と同様に、アンテナ２０１がエレベーション方向から見て直線上となるように、アンテナ２０１を並進方向へ駆動する。制御部１２０は、ｔ４２のときの飛翔体１の傾きと動揺補正量から、エレベーション方向の位置の差分が求まるため、これを並進補正量としてアンテナ２０１を並進方向の後ろのＢ４３へ駆動するように並進機構部２３０を制御する。ここで、ｔ４１からｔ４２までのアンテナ２０１の移動距離は、機体センサ１０４やアンテナセンサ１０３である速度センサにより検出されたｙ軸方向（ＥＬ方向）の速度ｖ(t)の時間積分により求まるため、回転半径Ｒは、この速度ｖ(t)の時間積分と、機体センサである姿勢センサにより検出された機体姿勢角度変化Θとを用いて、次の式（５）により算出する。
Ｒ＝∫v(t)dt／Θ・・・（５）
この回転半径Ｒと、アンテナセンサ１０３である姿勢センサにより検出されたアンテナ姿勢角度変化Φを用いて、並進移動量Ｙは、次の式（６）により算出する。
ｄＹ＝Ｒ・Θ・atan(Φ)＝∫v(t)dt・atan（Φ）・・・（６）
At t42, if the position of the
R = ∫v (t) dt / Θ (5)
Using this rotation radius R and the antenna attitude angle change Φ detected by the attitude sensor which is the
dY = R · Θ · atan (Φ) = ∫v (t) dt · atan (Φ) (6)
以上のように、実施の形態１に加えて動揺補正を行うことにより、飛翔体の様々な動揺に対応することができるため、小型機やヘリコプターなどの大きい動揺を補正することができる。このため、さらに観測精度を向上することができ、より鮮明な観測画像を取得することができる。 As described above, by performing shake correction in addition to the first embodiment, it is possible to cope with various shakes of the flying object, and thus it is possible to correct large shakes such as small aircraft and helicopters. For this reason, the observation accuracy can be further improved, and a clearer observation image can be acquired.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施の形態の適用は合成開口レーダ装置に限らない。小型航空機やへりに搭載する観測装置において、基準面の位置を一定に保つ必要のあるシステムに共通で使用可能である。例えば、捜索レーダなどに適用してもよい。 For example, the application of the above embodiment is not limited to the synthetic aperture radar device. It can be used in common with systems that need to keep the position of the reference plane constant in observation devices mounted on small aircraft and edges. For example, you may apply to search radar etc.
上述の実施形態における各構成は、ハードウェア又はソフトウェア、もしくはその両方によって構成され、１つのハードウェア又はソフトウェアから構成してもよいし、複数のハードウェア又はソフトウェアから構成してもよい。レーダ装置の各機能（各処理）を、ＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータにより実現してもよい。例えば、記憶装置（記憶媒体）に実施形態における制御方法を行うための制御プログラムを格納し、各機能を、記憶装置に格納された制御プログラムをＣＰＵで実行することにより実現してもよい。 Each configuration in the above-described embodiment is configured by hardware and / or software, and may be configured by one piece of hardware or software, or may be configured by a plurality of pieces of hardware or software. Each function (each process) of the radar apparatus may be realized by a computer having a CPU, a memory, and the like. For example, a control program for performing the control method according to the embodiment may be stored in a storage device (storage medium), and each function may be realized by executing a control program stored in the storage device with a CPU.
１ 飛翔体
１０ レーダ装置
１１ アンテナ
１２ 並進駆動部
１３ 駆動制御部
１４ 観測対象
２０ レーダアンテナ装置
２１ 並進駆動機構部
２２ 回転駆動機構部
２３ 第１の軸
２４ 第２の軸
３０ 観測対象
１００ レーダ装置
１０１ アンテナ部
１０２ 信号処理部
１０３ アンテナセンサ
１０４ 機体センサ
１１０ 送信部
１１１ 受信部
１１２ 画像処理部
１１３ サーキュレータ
１２０ 制御部
１３０ センサ処理部
１３１ ノイズ除去部
１３２ 連成制御演算部
１４０ 制御演算部
１４１ ＡＺ制御部
１４２ ＥＬ制御部
１４３ 並進制御部
１４４ 動揺補正制御部
１５０ ドライバ部
１５１ モータドライバ
１５２ ＶＣＭドライバ
１５３ 動揺補正ドライバ
２０１ アンテナ
２０２ アンテナ駆動機構
２０３ ２軸ジンバル機構部
２０４ 動揺補正機構部
２１０ ジンバルベース部
２１１ アジマス軸
２１２ 連結穴
２２０ ジンバル支持部
２２１ エレベーション軸
２２２、２２３ 支持アーム部
２２４ アーム連結部
２３０ 並進機構部
２３１ 並進フレーム
２３１ａ、２３１ｂ 並進側面フレーム
２３１ｃ、２３１ｄ 並進平面フレーム
２３２ 軸受フレーム
２３２ａ、２３２ｂ 軸受側面フレーム
２３２ｃ、２３２ｄ 軸受平面フレーム
２３３ 延伸フレーム
２３４ 軸受穴
２３５ａ、２３５ｂ 並進用モータ
２３６ 板バネ
２３６ａ 挟持部
２３７ 並進検出センサ
２３７ａ センサ本体
２３７ｂ プローブ
２３８ カウンターウェイト
２３９ アンテナ姿勢センサ
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記観測対象へ向かう方向または前記観測対象から遠ざかる方向である並進方向に前記レーダアンテナを駆動する並進駆動部と、
前記レーダアンテナの変位に基づいて、前記レーダアンテナの前記駆動を制御する駆動制御部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記移動体の目標軌道と前記移動体の実軌道との差分に応じて、前記レーダアンテナの駆動量を算出する、
レーダ装置。 A radar antenna which is provided on a moving body and transmits and receives radio waves to and from an observation target;
A translation drive unit that drives the radar antenna in a translation direction that is a direction toward the observation target or a direction away from the observation target;
A drive control unit for controlling the driving of the radar antenna based on the displacement of the radar antenna;
Equipped with a,
The drive control unit calculates a driving amount of the radar antenna according to a difference between a target trajectory of the moving object and an actual trajectory of the moving object;
Radar device.
前記観測対象へ向かう方向または前記観測対象から遠ざかる方向である並進方向に前記レーダアンテナを駆動する並進駆動部と、
前記レーダアンテナの変位に基づいて、前記レーダアンテナの前記駆動を制御する駆動制御部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記移動体の回転に応じた前記レーダアンテナの前記並進方向の変位量が低減するように、前記レーダアンテナの駆動量を制御する、
レーダ装置。 A radar antenna which is provided on a moving body and transmits and receives radio waves to and from an observation target;
A translation drive unit that drives the radar antenna in a translation direction that is a direction toward the observation target or a direction away from the observation target;
A drive control unit for controlling the driving of the radar antenna based on the displacement of the radar antenna;
With
The drive control unit controls a drive amount of the radar antenna so that a displacement amount of the radar antenna in the translation direction according to rotation of the moving body is reduced;
Radar device.
請求項２に記載のレーダ装置。 The drive control unit calculates a displacement amount of the radar antenna in the translation direction according to a rotation angle and a rotation radius of the moving body.
The radar apparatus according to claim 2 .
前記観測対象へ向かう方向または前記観測対象から遠ざかる方向である並進方向に前記レーダアンテナを駆動する並進駆動部と、
前記レーダアンテナの変位に基づいて、前記レーダアンテナの前記駆動を制御する駆動制御部と、
前記並進方向と交差する第１の軸周りに前記レーダアンテナを回転駆動する第１の回転駆動部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記レーダアンテナの変位量と、前記レーダアンテナの前記第１の軸周りの回転に応じた前記レーダアンテナの前記並進方向の変位量と、に基づいて、前記移動体の移動に応じた前記レーダアンテナの変位量が低減するように、前記レーダアンテナの駆動量を制御する、
レーダ装置。 A radar antenna which is provided on a moving body and transmits and receives radio waves to and from an observation target;
A translation drive unit that drives the radar antenna in a translation direction that is a direction toward the observation target or a direction away from the observation target;
A drive control unit for controlling the driving of the radar antenna based on the displacement of the radar antenna;
A first rotation driving unit that rotationally drives the radar antenna around a first axis that intersects the translation direction ;
With
The drive control unit moves the moving body based on the displacement amount of the radar antenna and the displacement amount of the radar antenna in the translation direction according to the rotation of the radar antenna around the first axis. Controlling the amount of driving of the radar antenna so that the amount of displacement of the radar antenna is reduced according to
Radar device.
請求項４に記載のレーダ装置。 The drive control unit calculates a displacement amount of the radar antenna in the translation direction according to a rotation angle and a rotation radius of the radar antenna that rotate around the first axis;
The radar device according to claim 4 .
請求項４または５に記載のレーダ装置。 The first axis is an azimuth axis for rotating the radar antenna in the azimuth direction, or an elevation axis for rotating the radar antenna in the elevation direction.
The radar apparatus according to claim 4 or 5 .
前記駆動制御部は、前記レーダアンテナの変位量と、前記レーダアンテナの前記第１及び第２の軸周りの回転に応じた前記レーダアンテナの前記並進方向の変位量と、に基づいて、前記レーダアンテナの前記並進方向の駆動量を制御する、
請求項４乃至６のいずれか一項に記載のレーダ装置。 A second rotation drive unit that rotationally drives the radar antenna around a second axis that intersects the translation direction and the first axis;
The drive control unit is configured to change the radar antenna based on the displacement amount of the radar antenna and the displacement amount of the radar antenna in the translation direction according to the rotation of the radar antenna around the first and second axes. Controlling the translation amount of the antenna in the translation direction ;
The radar device according to any one of claims 4 to 6 .
請求項７に記載のレーダ装置。 The drive control unit is configured to control the radar according to a rotation angle and a rotation radius at which the radar antenna rotates about the first axis, and a rotation angle and a rotation radius at which the radar antenna rotates about the second axis. Calculating the amount of displacement of the antenna in the translation direction;
The radar device according to claim 7 .
前記観測対象へ向かう方向または前記観測対象から遠ざかる方向である並進方向に前記レーダアンテナを駆動する並進駆動部と、
前記レーダアンテナの変位に基づいて、前記レーダアンテナの前記駆動を制御する駆動制御部と、
前記移動体の動揺に基づいて前記レーダアンテナの変位を動揺補正する動揺補正部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記レーダアンテナの変位量と、前記動揺補正に応じた前記レーダアンテナの変位量と、に基づいて、前記移動体の移動に応じた前記レーダアンテナの変位量が低減するように、前記レーダアンテナの駆動量を制御する、
レーダ装置。 A radar antenna which is provided on a moving body and transmits and receives radio waves to and from an observation target;
A translation drive unit that drives the radar antenna in a translation direction that is a direction toward the observation target or a direction away from the observation target;
A drive control unit for controlling the driving of the radar antenna based on the displacement of the radar antenna;
A shake correction unit that shakes and corrects the displacement of the radar antenna based on the shake of the moving body ;
With
The drive control unit reduces the displacement amount of the radar antenna according to the movement of the moving body based on the displacement amount of the radar antenna and the displacement amount of the radar antenna according to the shake correction. to, to control the driving amount of the radar antenna,
Radar device.
前記観測対象へ向かう方向または前記観測対象から遠ざかる方向である並進方向に前記レーダアンテナを駆動し、 Driving the radar antenna in a translation direction that is a direction toward the observation target or a direction away from the observation target;
前記レーダアンテナの変位に基づいて、前記レーダアンテナの前記駆動を制御する駆動制御を行い、 Based on the displacement of the radar antenna, drive control to control the drive of the radar antenna,
前記駆動制御に際し、前記移動体の目標軌道と前記移動体の実軌道との差分に応じて、前記レーダアンテナの駆動量を算出する、 In the drive control, according to the difference between the target trajectory of the movable body and the actual trajectory of the movable body, the driving amount of the radar antenna is calculated.
レーダ装置の制御方法。 Control method of radar device.
前記観測対象へ向かう方向または前記観測対象から遠ざかる方向である並進方向に前記レーダアンテナを駆動し、 Driving the radar antenna in a translation direction that is a direction toward the observation target or a direction away from the observation target;
前記レーダアンテナの変位に基づいて、前記レーダアンテナの前記駆動を制御する駆動制御を行い、 Based on the displacement of the radar antenna, drive control to control the drive of the radar antenna,
前記駆動制御に際し、前記移動体の回転に応じた前記レーダアンテナの前記並進方向の変位量が低減するように、前記レーダアンテナの駆動量を制御する、 In the driving control, the driving amount of the radar antenna is controlled so that the amount of displacement of the radar antenna in the translation direction according to the rotation of the moving body is reduced.
レーダ装置の制御方法。 Control method of radar device.
前記観測対象へ向かう方向または前記観測対象から遠ざかる方向である並進方向に前記レーダアンテナを駆動し、 Driving the radar antenna in a translation direction that is a direction toward the observation target or a direction away from the observation target;
前記レーダアンテナの変位に基づいて、前記レーダアンテナの前記駆動を制御する駆動制御を行い、 Based on the displacement of the radar antenna, drive control to control the drive of the radar antenna,
前記並進方向と交差する第１の軸周りに前記レーダアンテナを回転駆動し、 Rotationally driving the radar antenna about a first axis intersecting the translation direction;
前記駆動制御に際し、前記レーダアンテナの変位量と、前記レーダアンテナの前記第１の軸周りの回転に応じた前記レーダアンテナの前記並進方向の変位量と、に基づいて、前記移動体の移動に応じた前記レーダアンテナの変位量が低減するように、前記レーダアンテナの駆動量を制御する、 In the drive control, the moving body is moved based on the displacement amount of the radar antenna and the displacement amount of the radar antenna in the translation direction according to the rotation of the radar antenna around the first axis. The amount of displacement of the corresponding radar antenna is reduced, and the amount of driving of the radar antenna is controlled.
レーダ装置の制御方法。 Control method of radar device.
前記観測対象へ向かう方向または前記観測対象から遠ざかる方向である並進方向に前記レーダアンテナを駆動し、
前記レーダアンテナの変位に基づいて、前記レーダアンテナの前記駆動を制御する駆動制御を行い、
前記移動体の動揺に基づいて前記レーダアンテナの変位を動揺補正し、
前記駆動制御に際し、前記レーダアンテナの変位量と、前記動揺補正に応じた前記レーダアンテナの変位量と、に基づいて、前記移動体の移動に応じた前記レーダアンテナの変位量が低減するように、前記レーダアンテナの駆動量を制御する、
レーダ装置の制御方法。 A method for controlling a radar apparatus provided with a radar antenna that is provided on a moving body and transmits and receives radio waves to and from an observation target,
Driving the radar antenna in a translation direction that is a direction toward the observation target or a direction away from the observation target;
Based on the displacement of the radar antenna, drive control to control the drive of the radar antenna ,
Based on the shaking of the moving body, the displacement of the radar antenna is corrected for shaking,
In the drive control, the amount of displacement of the radar antenna according to the movement of the moving body is reduced based on the amount of displacement of the radar antenna and the amount of displacement of the radar antenna according to the shake correction. , Controlling the driving amount of the radar antenna,
Control method of radar device.
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