JP6425640B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、目標に関する情報を取得するレーダ装置に関する。

目標を計測する装置として、レーダ装置およびセンサ装置がある。レーダ装置は、レーダ装置自身またはレーダ装置以外の装置が電磁波、レーザ波、または光波等を空間に放射し、目標からの反射信号を受信し、当該反射信号を信号処理することによって目標に関する情報を取得している。センサ装置は、目標自身から放射された放射信号を受信し、当該放射信号を信号処理することによって目標に関する情報を取得している。

レーダ装置は、目標が存在する方位を検出したり、目標が小さい場合にも精度よく検出するために、ビーム指向性を持つ空中線を用いる。ビーム指向性を持つ空中線には、素子アンテナを複数配列したアレーアンテナで構成されることが多い。近年のレーダ装置は、素子アンテナで生成した振幅位相信号をディジタル変換して振幅位相データにし、当該振幅位相データをビーム合成することにより、指向性を持つビームを形成するＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）方式が採用されている。

また、レーダ装置は、同時に複数の方向にビーム合成を行うマルチビームを形成することも可能であり、目標に関する情報をより短時間に得ることも可能である。

また、レーダ装置は、複数の素子アンテナに１つの受信器を対応させる構成にすることにより、複数の素子アンテナにより生成された振幅位相信号をアナログ合成してサブアレイ信号にし、複数のサブアレイ信号をディジタル変換して複数のサブアレイの振幅位相データにし、当該複数のサブアレイの振幅位相データをビーム合成するサブアレイＤＢＦ方式を採用することが現実的である。

また、サブアレイＤＢＦ方式を採用したレーダ装置では、マルチビーム形成において、サブアレイパターンの法線方向とは異なる方向にも単数のビームまたは複数のビームが形成され、グレーティングローブが発生する。グレーティングローブが発生した方向に反射物がある場合、反射物の干渉を受けてしまう。ここで、グレーティングローブレベルを抑圧するために、例えば、サブアレイを不等間隔に配列したり、サブアレイをオーバーラップさせて形成する方式が提案されている（非特許文献１を参照）。

Ｊ．Ｓ． Ｈｅｒｄ， Ｓ．Ｍ． Ｄｕｆｆｙ， ａｎｄ Ｈ． Ｓｔｅｙｓｋａｌ， "Ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｏｒ ａｎ ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ ｓｕｂａｒｒａｙ ｒａｄａｒ ａｎｔｅｎｎａ，" ＩＥＥＥ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｏｎｆ． Ｄｉｇ．， Ｂｉｇ Ｓｋｙ， ＭＴ （２００５）．

ところで、非特許文献１により提案されている方式では、１つの素子アンテナを複数の受信機に接続する構成にして、サブアレイを部分的にオーバーラップさせるので、受信系統の構成が複雑になり、装置が大型化し、コストが増大してしまう可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、サブアレイを部分的にオーバーラップさせることなく、グレーティングローブレベルを抑圧することができるレーダ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、信号を受信する素子アンテナと、素子アンテナから出力された信号の位相を変更する移相器と、移相器から出力された信号の振幅を制御する振幅制御器とにより構成される素子アンテナ系と、素子アンテナ系が複数個並列に配置されて構成されるサブアレイから出力された信号をディジタル変換するディジタル受信機と、サブアレイとディジタル受信機とが複数個並列に配置され、各ディジタル受信機から時系列で出力される信号を保持するデータ保持器と、データ保持器で保持されている信号を合成するビーム合成器とを備える。ビーム合成器は、データ保持器に保持されている複数の時系列の信号の中から励振されている素子アンテナ系の信号を特定し、特定した信号を合成する。

本発明によれば、グレーティングローブレベルを抑圧することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるレーダ装置の構成図 実施の形態１にかかるレーダ装置の動作についての説明に供する図 実施の形態１にかかるレーダ装置の効果についての説明に供する図 実施の形態２にかかるレーダ装置の構成図

以下に、本発明の実施の形態にかかるレーダ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるレーダ装置１の構成を示す図である。レーダ装置１は、信号を受信する素子アンテナ１１と、素子アンテナ１１から出力された信号の位相を変更する移相器１２と、移相器１２から出力された信号の振幅を制御する振幅制御器１３とにより構成される素子アンテナ系１４と、素子アンテナ系１４が複数個並列に配置されて構成されるサブアレイ１５から出力された信号をディジタル変換するディジタル受信機１６とを備える。また、レーダ装置１は、サブアレイ１５とディジタル受信機１６とが複数個並列に配置され、各ディジタル受信機１６から時系列で出力される信号を保持するデータ保持器１７と、データ保持器１７で保持されている信号を合成するビーム合成器１８とを備える。さらに、レーダ装置１は、移相器１２の位相の設定と、振幅制御器１３の振幅の設定を行う時系列励振移相振幅制御器１９を備える。なお、図１では、レーダ送信を行う送信機、目標信号を抽出する信号処理器、抽出結果を表示する表示器等を省略している。

データ保持器１７は、複数のディジタル受信機１６を切り替えて、時系列の信号を取得する。

ビーム合成器１８は、データ保持器１７に保持されている複数の時系列の信号の中から励振されている素子アンテナ系１４の信号を特定し、特定した信号を合成する。

サブアレイ１５は、Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）で構成される。実施の形態１では、サブアレイ１５は、サブアレイ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの４個で構成される例を示す。なお、サブアレイ１５は、サブアレイ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの総称である。

また、サブアレイ１５を構成する素子アンテナ１１、移相器１２および振幅制御器１３は、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）で構成される。実施の形態１では、サブアレイ１５を構成する素子アンテナ１１、移相器１２および振幅制御器１３は、４個ずつで構成される例を示す。

素子アンテナ１１、移相器１２および振幅制御器１３で構成される素子アンテナ系１４は、素子アンテナ系１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉ，１４ｊ，１４ｋ，１４ｌ，１４ｍ，１４ｎ，１４ｏ，１４ｐの総称である。ディジタル受信機１６は、ディジタル受信機１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの総称である。

ここで、レーダ装置１の動作について説明する。送信装置から送信されてきた１ヒット目のレーダ波は、目標等に反射し素子アンテナ１１で受波される。

素子アンテナ１１で受波された信号は、移相器１２に入力されて、位相が変更される。移相器１２により位相が変更された信号は、振幅制御器１３に入力されて、振幅が変更される。

サブアレイ１５ａは、４個の素子アンテナ系１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄから出力された信号を合成し、ディジタル受信機１６ａに出力する。サブアレイ１５ｂは、４個の素子アンテナ系１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈから出力された信号を合成し、ディジタル受信機１６ｂに出力する。サブアレイ１５ｃは、４個の素子アンテナ系１４ｉ，１４ｊ，１４ｋ，１４ｌから出力された信号を合成し、ディジタル受信機１６ｃに出力する。サブアレイ１５ｄは、４個の素子アンテナ系１４ｍ，１４ｎ，１４ｏ，１４ｐから出力された信号を合成し、ディジタル受信機１６ｄに出力する。以下では、サブアレイ１５から出力される信号をサブアレイ信号と称する。

素子アンテナ系１４は、予め時系列励振位相振幅制御器１９により制御されている。具体的には、時系列励振位相振幅制御器１９は、所望の方向にビーム形成するため、移相器１２の位相を設定し、振幅制御器１３の振幅値を設定する。さらに、時系列励振位相振幅制御器１９は、素子アンテナ系１４の励振状態を設定する。なお、励振状態の設定の詳細については後述する。

ディジタル受信機１６に入力されたサブアレイ信号は、ディジタル変換される。以下では、ディジタル受信機１６によりディジタル変換されたデータをサブアレイデータと称する。ディジタル受信機１６でディジタル変換されたサブアレイデータは、データ保持器１７で保持される。

つぎに、時系列励振位相振幅制御器１９による素子アンテナ系１４の励振状態の設定について、図２を参照しながら説明する。図２では、ヒット毎の素子アンテナ系１４の励振状態を示している。図２中の黒点は、素子アンテナ系１４が励振状態にあることを示している。図２中の白点は、素子アンテナ系１４が励振状態にないことを示している。

１ヒット目は、全部で１６系ある素子アンテナ系１４のうち、素子アンテナ系１４ａから素子アンテナ系１４ｇまでと、素子アンテナ系１４ｊから素子アンテナ系１４ｐまでの１４個が励振状態にある。２ヒット目は、素子アンテナ系１４ｄから素子アンテナ系１４ｊまでの７個が励振状態にある。３ヒット目は、素子アンテナ系１４ｇから素子アンテナ系１４ｍまでの７個が励振状態にある。なお、４ヒット目以降は、１ヒット目から３ヒット目の励振状態が繰り返される。

このようにして、時系列励振位相振幅制御器１９は、各素子アンテナ系１４の励振状態をヒット毎に設定し、素子アンテナ系１４を制御している。

また、ビーム合成器１８は、データ保持器１７で保存されている１ヒット目から３ヒット目までの３ヒット分の時系列データを合成する。ビーム合成器１８は、３ヒット分の時系列データを合成した後、次の３ヒット分の時系列データをデータ保持器１７から取得して３ヒット分の時系列データを合成する動作を繰り返す。

ここで、レーダ装置１の効果について、サブアレイＤＢＦ方式を採用した従来構成と比較して説明する。従来構成の場合、図３（ａ）に示すように、グレーティングローブは、サブアレイパターンのメインローブ内に発生する。よって、グレーティングローブのレベルは、最大でメインローブと同等のレベルになる可能性がある。つまり、グレーティングローブとマルチビームパターンのメインローブとのレベル差が０ｄＢになる可能性がある。

一方、実施の形態１にかかるレーダ装置１は、図３（ｂ）に示すように、グレーティングローブは、サブアレイパターンのサイドローブ内に発生する。よって、グレーティングローブのレベルは、最大でサイドローブと同等のレベルになる。グレーティングローブとマルチビームパターンのメインローブとのレベル差は、一様励振振幅分布の方形開口アレーアンテナであれば、最大でも約−１３ｄＢになる。なお、図３（ａ），（ｂ）のＡは、マルチビームパターンを示す。図３（ａ），（ｂ）のＢは、シングルビームパターンを示す。図３（ａ），（ｂ）のＣは、サブアレイパターンのメインローブを示す。図３（ａ），（ｂ）のＤは、グレーティングローブを示す。図３（ａ），（ｂ）のＥは、サブアレイパターンのサイドローブを示す。

よって、レーダ装置１は、時系列励振位相振幅制御器１９によりサブアレイ１５ごとの素子アンテナ系１４を励振し、ヒット方向にビーム合成することにより、グレーティングローブレベルを従来構成よりも抑圧することができる。

また、レーダ装置１は、時系列（ヒットごと）にサブアレイ１５の振幅および位相を変化させ、受信後にヒット方向にビーム合成を行うことで、従来のオーバーラップサブアレイ方式を採用したレーダ装置と同等の効果を得ることができる。また、レーダ装置１は、ある時間では１つのサブアレイに１種類の位相振幅情報を持った受信信号があればよく、１種類の受信系統があればよいため、ハードウェア規模を増大させず、かつコストも増大させずにグレーティングローブレベルを抑圧することができる。

また、オーバーラップサブアレイ方式を採用した装置では、１つの素子アンテナ系から出力される信号が複数のディジタル受信機に入力されるように構成されるが、実施の形態１にかかるレーダ装置１は、複数の素子アンテナ系１４から出力される信号を１つのディジタル受信機１６に入力されるように構成することができる。

よって、レーダ装置１は、オーバーラップサブアレイ方式を採用した装置よりも小型にすることができる。

なお、実施の形態１では、３ヒット分の時系列データを合成すると説明したが、３ヒットに限らず、２ヒットの時系列データを合成、または４ヒット以上の時系列データを合成する構成でもよい。また、実施の形態１では、１次元のサブアレイ１５の構成は１次元で説明したが、２次元に拡張しても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
つぎに、実施の形態２にかかるレーダ装置の構成について説明する。図４は、実施の形態２にかかるレーダ装置２の構成を示す図である。なお、レーダ装置２は、サブアレイを備えず、また、素子アンテナ系とディジタル受信機との接続構成が異なるだけであり、他の構成要素は実施の形態１にかかるレーダ装置１と同一である。よって、レーダ装置１と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明する。

レーダ装置２は、信号を受信する素子アンテナ１１と、素子アンテナ１１から出力された信号の位相を変更する移相器１２と、移相器１２から出力された信号の振幅を制御する振幅制御器１３とにより構成される素子アンテナ系１４と、素子アンテナ系１４から出力された信号をディジタル変換するディジタル受信機１６とを備える。また、レーダ装置２は、素子アンテナ系１４とディジタル受信機１６とが複数個並列に配置され、各ディジタル受信機１６から時系列で出力される信号を保持するデータ保持器１７と、データ保持器１７で保持されている信号を合成するビーム合成器１８とを備える。なお、図４では、レーダ送信を行う送信機、目標信号を抽出する信号処理器、抽出結果を表示する表示器等を省略している。

素子アンテナ系１４ａから出力された信号は、ディジタル受信機１６ａに入力される。ディジタル受信機１６ａは、素子アンテナ系１４ａから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｂから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｂに入力される。ディジタル受信機１６ｂは、素子アンテナ系１４ｂから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｃから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｃに入力される。ディジタル受信機１６ｃは、素子アンテナ系１４ｃから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｄから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｄに入力される。ディジタル受信機１６ｄは、素子アンテナ系１４ｄから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｅから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｅに入力される。ディジタル受信機１６ｅは、素子アンテナ系１４ｅから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｆから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｆに入力される。ディジタル受信機１６ｆは、素子アンテナ系１４ｆから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｇから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｇに入力される。ディジタル受信機１６ｇは、素子アンテナ系１４ｇから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｈから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｈに入力される。ディジタル受信機１６ｈは、素子アンテナ系１４ｈから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｉから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｉに入力される。ディジタル受信機１６ｉは、素子アンテナ系１４ｉから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｊから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｊに入力される。ディジタル受信機１６ｊは、素子アンテナ系１４ｊから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｋから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｋに入力される。ディジタル受信機１６ｋは、素子アンテナ系１４ｋから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｌから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｌに入力される。ディジタル受信機１６ｌは、素子アンテナ系１４ｌから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｍから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｍに入力される。ディジタル受信機１６ｍは、素子アンテナ系１４ｍから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｎから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｎに入力される。ディジタル受信機１６ｎは、素子アンテナ系１４ｎから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｏから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｏに入力される。ディジタル受信機１６ｏは、素子アンテナ系１４ｏから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。素子アンテナ系１４ｐから出力された信号は、ディジタル受信機１６ｐに入力される。ディジタル受信機１６ｐは、素子アンテナ系１４ｐから出力された信号をディジタル変換し、データ保持器１７に出力する。

データ保持器１７は、複数のディジタル受信機１６を切り替えて、時系列の信号を取得する。

ビーム合成器１８は、データ保持器１７に保持されている複数の時系列の信号の中から励振されている素子アンテナ系１４の信号を特定し、特定した信号を合成する。

素子アンテナ系１４は、素子アンテナ系１４ａから素子アンテナ系１４ｐの１６個の素子アンテナ系の総称である。ディジタル受信機１６は、ディジタル受信機１６ａからディジタル受信機１６ｐの１６個のディジタル受信機の総称である。

実施の形態２にかかるレーダ装置２は、ビーム合成器１８で合成するヒット数に制限を設けておらず、時系列励振位相振幅制御器１９により素子アンテナ系１４ａから素子アンテナ系１４ｐを一つずつ励振し、ヒット方向にビーム合成することにより、グレーティングローブレベルを抑圧することができる。また、レーダ装置２は、フルＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）方式を実現している。フルＤＢＦ方式とは、サブアレイを形成しない素子アンテナにディジタル受信機が１対１で接続されるＤＢＦ方式をいう。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ レーダ装置、１１ 素子アンテナ、１２ 移相器、１３ 振幅制御器、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉ，１４ｊ，１４ｋ，１４ｌ，１４ｍ，１４ｎ，１４ｏ，１４ｐ 素子アンテナ系、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ サブアレイ、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈ，１６ｉ，１６ｊ，１６ｋ，１６ｌ，１６ｍ，１６ｎ，１６ｏ，１６ｐ ディジタル受信機、１７ データ保持器、１８ ビーム合成器、１９ 時系列励振移相振幅制御器。

Claims (4)

1. 信号を受信する素子アンテナと、前記素子アンテナから出力された信号の位相を変更する移相器と、前記移相器から出力された信号の振幅を制御する振幅制御器とにより構成される素子アンテナ系と、
   前記素子アンテナ系が複数個並列に配置されて構成されるサブアレイから出力された信号をディジタル変換するディジタル受信機と、
   前記サブアレイと前記ディジタル受信機とが複数個並列に配置され、各ディジタル受信機から時系列で出力される信号を保持するデータ保持器と、
   前記データ保持器で保持されている信号を合成するビーム合成器とを備え、
   前記ビーム合成器は、前記データ保持器に保持されている複数の時系列の信号の中から励振されている素子アンテナ系の信号を特定し、特定した信号を合成することを特徴とするレーダ装置。
2. 信号を受信する素子アンテナと、前記素子アンテナから出力された信号の位相を変更する移相器と、前記移相器から出力された信号の振幅を制御する振幅制御器とにより構成される素子アンテナ系と、
   前記素子アンテナ系から出力された信号をディジタル変換するディジタル受信機と、
   前記素子アンテナ系と前記ディジタル受信機とが複数個並列に配置され、各ディジタル受信機から時系列で出力される信号を保持するデータ保持器と、
   前記データ保持器で保持されている信号を合成するビーム合成器とを備え、
   前記ビーム合成器は、前記データ保持器に保持されている複数の時系列の信号の中から励振されている素子アンテナ系の信号を特定し、特定した信号を合成することを特徴とするレーダ装置。
3. 前記データ保持器は、複数の前記ディジタル受信機を切り替えて、時系列の信号を取得することを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
4. 前記移相器の位相の設定と、前記振幅制御器の振幅の設定を行う時系列励振移相振幅制御器を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。

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