JP6744157B2

JP6744157B2 - 電波誘導装置と電波誘導方法

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Publication number: JP6744157B2
Application number: JP2016134356A
Authority: JP
Inventors: 正一郎安達
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2036-07-06
Also published as: JP2018004538A

Description

本発明の実施形態は、電波誘導装置と電波誘導方法に関する。

従来の誘導飛翔体には、目標の探知・追跡を行う電波シーカと目標との近接を検出して近接起爆信号を出力する近接信管が搭載されている。電波シーカは飛翔体の進行方向頭部に取り付けられ、主に目標の方向を測角し、その方向に飛翔体を誘導制御する。また、近接信管は飛翔体の胴体中央に取り付けられ、目標との近接距離を感知して飛翔体を起爆させる。すなわち、飛翔体が直撃しない場合、飛翔体の進行方向に目標が存在しないため、飛翔体の胴体で目標までの近接距離を検出し起爆させるものであり、距離情報のみを使用するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continues Wave）方式が一般的である。

ところで、近年になって、飛翔体への実装における省スペースの観点から、電波シーカとしての探知・追跡機能と近接信管としての近接検出機能を兼ね備えたセンサ（以下、電波誘導装置）が求められている。従来、それができなかった理由は、電波シーカに送信ブラインドがあり、近接距離において電波が受信できないこと、電波シーカの取り付け位置と近接信管の取り付け位置が異なっていること、近接したことを検出させるためには電波シーカの視野を広角にする必要があることがあげられる。

ＤＢＦ（Digital Beam Forming）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.289-291(1996) 測角方式（モノパルス）、吉田、改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.260-264(1996) 合成帯域処理、Donald R.Wehner, "High Resolution Radar", Artech House, pp157-pp167

以上述べたように、従来の誘導飛翔体では、電波シーカと近接信管が別個に装備されており、実装の省スペース化の課題となっている。

本実施形態は、上記課題を鑑みてなされたもので、探知・追跡機能に加え、近接距離での送信ブラインドがなく、送受信ビームを広角化して近接検出機能を実現させることのできる電波誘導装置と電波誘導方法を提供することを目的とする。

一実施形態に係る電波誘導装置によれば、フェーズドアレイによるアンテナビームのパターンを適応制御して、目標の探知及び追跡を行う探知・追跡モードと目標との近接距離を検出する近接検出モードとを備え、前記探知・追跡モード時に送信、受信共にアンテナビームをペンシルビームとし、近接検出モード時に前記フェーズドアレイと同一面に配列される１素子による送信を行って前記ペンシルビームより広角の送信ファンビームを形成し、ＤＢＦによって前記送信ファンビームの覆域内に複数の受信ビームを形成し、前記探知・追跡モード及び前記近接検出モードは、前記探知、追跡及び近接検出において、スイッチで切り替えることで時分割方式の仮想２次元素子ＤＢＦを実施し、前記仮想２次元素子ＤＢＦは、第１の軸の一次元に配列したＭ素子のデジタル受信信号と、それと異なる第２の軸の一次元に配列したＭ素子のデジタル受信信号に対して、時分割かつ順次に素子信号の乗算Xan×Xbm（n=1〜M、m=１〜M）を実施することで、Ｍ×Ｍ素子の仮想アレイ信号を生成し、前記時分割かつ順次に素子信号に所定のウェイトを乗算して加算することにより、和ビーム（Σ）、差ビーム（ΔＡＺ、ΔＥＬ）のモノパルスビームを形成する。

実施形態に係る電波誘導装置の探知／追跡モード、近接検出モードそれぞれのビーム形成の様子を示す概念図。第１の実施形態に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図。第１の実施形態に係る電波誘導装置の送受信モジュールの構成を示すブロック図。第１の実施形態に係る電波誘導装置のアナログ給電回路の構成を示すブロック図。第１の実施形態に係る電波誘導装置の近接検出モード時のアンテナ素子配列とスイッチ切替タイミングを示す図。第１の実施形態に係る電波誘導装置の合成帯域処理と送信周波数と受信データ並び替えの概要を示す図。第２の実施形態に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態に係る電波誘導装置の探知・追跡モード時のアンテナ素子配列とスイッチ切替タイミングを示す図。第３の実施形態に係る電波誘導装置のアンテナ素子配列と仮想アレイとの関係を説明するための図。第３の実施形態に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図。第３の実施形態に係る電波誘導装置の探知・追跡モード時のアンテナ素子配列とスイッチ切替タイミングを示す図。第３の実施形態に係る電波誘導装置の近接検出モード時のアンテナ素子配列とスイッチ切替タイミングを示す図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る電波誘導装置は、探知／追跡モードと近接検出モードを有する。図１（ａ）、（ｂ）にそれぞれ探知／追跡モード、近接検出モードのビーム形成の様子を示す。すなわち、探知／追跡モードでは、送信ビーム及び受信ビームを共にペンシルビームにして、飛翔体の頭部から進行方向に向けて送出して、進行方向に存在する目標を捕捉／追跡する。近接検出モードでは、送信ビームをファンビーム、受信ビームをマルチビームで形成し、送信ファンビームの覆域で広範囲に受信マルチビームを形成して、近接して進行方向から外れた目標を的確に捕捉可能としている。

図２は、第１の実施形態に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図である。この電波誘導装置は、図２に示すように、アンテナ部１１、送信系統１２、受信系統１３、信号処理部（ＣＰＵまたはＧＰＵ）１４及び制御系統１５で構成され、上記探知／追跡モード、近接検出モードを備える。

上記アンテナ部１１は、フェーズドアレイを構成するＮ×Ｍ個の素子アンテナ１１１１１〜１１１ＮＭと、素子アンテナ毎の送受信モジュール１１２１１〜１１２ＮＭと、近接用送信素子１１３とを備える。近接用送信素子１１３は、上記フェーズドアレイと同じ配列面に形成される１素子であり、上記素子アンテナ１１１ｉ（ｉは１１〜ＮＭ）のいずれかを共用してもよい。素子アンテナ１１１ｉに対する送受信モジュール１１２ｉは、図３に示すように、送信信号の位相をビーム形成に合わせて制御する送信用移相器Ａ１と、送信信号を電力増幅する送信アンプＡ２と、素子アンテナ１１１ｉに送信信号を送り、素子アンテナ１１１ｉの受信信号を取り出すサーキュレータＡ３と、受信信号を低雑音で増幅する受信アンプＡ４と、受信信号の位相をビーム形成に合わせて制御する受信用移相器Ａ５とを備える。

上記送信系統１２は、Ｄ／Ａ変換器１２１と、送信器１２２と、近接送信スイッチ１２３と、アナログ分配器１２４とを備える。

送信系統１２において、探知／追跡モードでは、Ｄ／Ａ変換器１１１から出力されるＩＦ（中間波周波数）帯の送信信号を送信器１１２によりＲＦ（送信周波数）帯の送信信号に変換し、アナログ分配器１２４にてアンテナ部１１の送受信モジュール１１２ｉに給電し、各送受信モジュール１１２ｉでの送信用移相器Ａ１の位相制御により、任意の方向に送信ペンシルビームを形成し、送信波を出力する。

送信系統１２において、近接検出モードでは、近接送信スイッチ１２３により、アンテナ部１１の送受信モジュールを経由しない近接用送信素子１１３に送信信号を送り、当該素子からファンビームによる電波を放射する。また、時分割ＤＢＦビーム形成毎にＤ／Ａ変換器１２１から出力する送信信号の周波数をステップさせることによりマルチパルスで広帯域化する。

上記受信系統１３は、スイッチ素子１３１１１〜１３１ＮＭと、アナログ給電回路（和／方位差／仰角差を演算）１３２と、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）スイッチ１３３と、和／素子、方位差、仰角差それぞれに対応する受信器１３４１〜１３４３と、Ａ／Ｄ変換器１３５１〜１３５３とを備える。

受信系統１３において、探知／追跡モード時では、素子スイッチ１３１ｉをアナログ給電回路１３２側に切り替えて、送受信モジュール１１２ｉから出力される受信信号をアナログ給電回路１３２に送る。アナログ給電回路１３２は、各素子出力の和信号（和ビーム）と、方位差信号及び仰角差信号（差ビーム）を生成する。和信号はＤＢＦスイッチ１３３を介して受信器１３４１に送られ、方位差信号、仰角差信号はそれぞれ受信器１３４２，１３４３に送られ、それぞれＩＦ帯に周波数変換された後、Ａ／Ｄ変換器１３５１〜１３５３によってデジタル信号に変換されて信号処理部１４に送られる。この場合、ビーム形成はアナログ給電回路１３２にて行われる。

このアナログ給電回路１３２は、図４に示すように、縦Ｍ素子×横Ｎ素子を開口Ａ〜Ｄに分割し、各素子入力をＭ×２個の横Ｎ／２合成回路１３２１ｉ，１３２２ｉと４個の縦Ｍ／２合成回路１３２３１〜１３２３４により開口合成信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしてラットレース回路１３２４に送り、このラットレース回路１３２４により、開口合成信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから和信号（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、仰角差信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）、方位差信号（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）を生成する。

受信系統１３において、近接検出モードでは、素子スイッチ１３１ｉをＤＢＦスイッチ１３３側に切り替えて、送受信モジュール１１２ｉから出力される受信信号をＤＢＦスイッチ１３３に送る。ＤＢＦスイッチ１３３は、順次、素子信号を１，２，…，Ｋ（Ｋ＝Ｎ×Ｍ）と切り替えて出力する。順次切り替わった素子信号は、受信器１３４１、Ａ／Ｄ変換器１３５１を経由して信号処理部１４に送られる。

上記信号処理部１４は、受信系統１３で得られた探知／追跡モード時の和信号、方位差信号、仰角差信号、近接検出モード時の素子信号列をそれぞれＩ／Ｑ検波してその検波信号をメモリし、メモリした信号から複数のアンテナパターンを算出する。そして、それぞれのパターン算出結果に基づいて起動／捜索／追跡／近接検出の指示を制御系統１５に送る。

上記制御系統１５は、タイミング発生回路１５１と、スイッチ制御回路１５２と、移送制御回路１５３とを備える。タイミング発生回路１５１は、信号処理部１４からの起動／捜索／追跡／近接検出の指示に従って、アンテナ部１１、送信系統１２、受信系統１３を起動し、各モードの処理動作に応じたタイミング信号をアンテナ部１１、送信系統１２、受信系統１３、さらにはスイッチ制御回路１５２及び移送制御回路１５３に送る。スイッチ制御回路１５２は、送信系統１２の近接・送信スイッチ１２３、受信系統の素子スイッチ１３１ｉを探知／追跡モード、近接検出モードに従って切替制御する。移送制御回路１５３は、探知／追跡モード、近接検出モードに従って送受信モジュール１１２ｉの送信用移相器Ａ１、受信用移相器Ａ５の移送量を制御する。

上記構成による電波誘導装置において、以下にその処理動作を説明する。

まず、アンテナ開口素子と時分割ＤＢＦのスイッチ制御時間とサンプリングについて、図５を参照して説明する。図５において、（ａ）はＭ行Ｎ列のアンテナ素子とそれぞれのライン出力のパルス番号を示しており、（ｂ）はパルス繰り返し周期ＰＲＩ、送信パルス幅τ、受信時間ｔ_ｒ、サンプリング期間ｔ_ＳＰ、スイッチ切替時間ｔ_ＳＷを示している。この場合、パルス繰り返し周期ＰＲＩは、
ＰＲＩ＝τ＋Ｔｒ＋Ｔ_ＳＰ＋ｔ_ＳＷ
で示される。近接検出モード時のため、スイッチ切替時間は送信パルス前（事前）に行う。１ＰＲＩのレンジ数をＪ、全パルス数をＫとして、サンプリングする信号列を表すと以下の様になる。

例えば、上記のレンジ１（１列）について説明する。開口のアンテナ素子数（縦Ｍ行×横Ｎ列）でサンプリング信号を並べ直すと、レンジ行列Ｘ_ＮＭは以下の式となる。

ここで、次式の様に、上記レンジ行列Ｘ_ＮＭにビーム指向ウェイトＷ_ｐｍｎを乗算してアンテナビームの開口電圧Ｙ（ＡＺｐ，ＥＬｐ）を求めることでビーム形成する。

このとき、ビーム形成ウェイトＷ_ｐｎｍをＬ種別に持ち、同時に演算することにより、アンテナビームをＬ種同時に形成することができる。同様な処理を２，３，…，Ｋレンジのデータについて行うことにより、全レンジについてビームを形成することができる。

次に、モノパル測角のためのΣ、ΔＡＺ，ΔＥＬを形成する手法について説明する。アナログでの形成を図４で示した通りに行う。すなわち、先に（２）式から、仮想開口を４分割して形成したＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開口電圧を計算し、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄとなる演算結果が和ビーム、（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）とした演算結果が仰角差ビーム、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）とした演算結果が方位差ビームとなる。和ビームと差ビームから、位相モノパルスの誤差電圧εを次式から求め、この誤差電圧εに基づいて測角する。

すなわち、上記誤算電圧εと角度（ＡＺ、ＥＬ）を予めテーブル化しておき、観測した誤差電圧εによりテーブルを引用して、角度（ＡＺ、ＥＬ）を出力すればよい。

次に、合成帯域処理を行うための送信波周波数とサンプル時間とデータの並べ替えについて、図６を参照して説明する。

先ず、図６（ａ）に示すように、送信周波数をｆ１とし、各レンジデータ（１レンジからＪレンジ）をＫ素子分サンプルし、各レンジのデータをＫ素子に並び替えてビーム形成を行う。次に、送信周波数をｆ２とし、各レンジデータ（１レンジからＪレンジ）をＫ素子分サンプルし、各レンジのデータをＫ素子に並び替えてビーム形成を行う。同様に、周波数ステップ毎に上記の処理を繰り返す。最後に、送信周波数をｆｓとし、各レンジデータ（１レンジからＪレンジ）をＫ素子分サンプルし、各レンジのデータをＫ素子に並び替えてビーム形成を行う。ビーム形成を行ったｆ１、ｆ２、…、ｆｓの結果から、図６（ｂ）に示すようにレンジ１〜Ｊの合成帯域処理を行い、高分解能化する。

以上のように、本実施形態の構成によれば、目標探知、目標追跡、近接検知に対し、アンテナパターンを適応可変することにより、それぞれの場面で目的を達成することができる。すなわち、目標探知、目標追跡においては、送信、受信共にアンテナビームを１本のペンシルビームとすることで、送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力を最大とすることができる。一方、近接検知においては、フェーズドアレイの中の素子アンテナ１素子による送信を行うことで、送信ファンビームを形成し、受信ビームではＤＢＦによる複数ビーム形成を行うことで広角範囲の目標検知が可能となる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、図３、図７、図８を参照して説明する。なお、第１の実施形態に対して、探知、追跡及び近接検出の全てについて、時分割でフルＤＢＦ形成を行う場合を説明する。

図７は、第２の実施形態に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図であり、上記のビーム形状の切り替えを行うためのハード系統を示している。この電波誘導装置は、第１の実施形態と同様に、アンテナ部１１、送信系統１２、受信系統１３、信号処理部（ＣＰＵまたはＧＰＵ）１４及び制御系統１５で構成され、上記探知／追跡モード、近接検出モードを備える。

アンテナ部１１は、第１の実施形態と同様に、フェーズドアレイの素子アンテナ１１１ｉ毎に送受信モジュール１１２ｉを備える。上記送受信モジュール１１２ｉは、図３に示したように、送信用移相器Ａ１、送信アンプＡ２、サーキュレータＡ３、受信アンプＡ４、受信用移相器Ａ５で構成される。

上記送信系統１２において、探知／追跡モードでは、Ｄ／Ａ変換器１１１から出力されるＩＦ（中間波周波数）帯の送信信号を送信器１１２によりＲＦ（送信周波数）帯の送信信号に変換し、アナログ分配器１２４にてアンテナ部１１の送受信モジュール１１２ｉに給電し、各送受信モジュール１１２ｉでの送信用移相器Ａ１の位相制御により、任意の方向に送信ペンシルビームを形成し、送信波を出力する。

上記送信系統１２は、Ｄ／Ａ変換器１２１と、送信器１２２と、近接送信スイッチ１２３と、アナログ分配器１２４とを備える。送信系統１２において、近接検出モードでは、近接送信スイッチ１２３により、アンテナ部１１の送受信モジュールを経由しない近接用送信素子１１３に送信信号を送り、当該素子からファンビームによる電波を放射する。また、時分割ＤＢＦビームの形成毎にＤ／Ａ変換器１１１から出力される送信信号の周波数をステップさせることにより、マルチパルスで広帯域化する。

上記受信系統１３は、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）スイッチ１３３と、受信器１３４と、Ａ／Ｄ変換器１３５とを備える。受信系統１３において、探知／追跡モード、近接検出モードでは、いずれも送受信モジュール１１２ｉから出力される受信信号をＤＢＦスイッチ１３３に送る。このＤＢＦスイッチ１３３は、素子信号を１，２，…，Ｋ（Ｋ＝Ｎ×Ｍ）と順に切り替えて受信器１３４に送る。受信器１３４の受信出力はＡ／Ｄ変換器１３５にてデジタル信号に変換された後、信号処理部１４に供給される。

上記信号処理部１４及び制御系統１５は、いずれも第１の実施形態と同様であるので、ここでは重複する説明を省略する。
上記構成による電波誘導装置において、以下にその処理動作を説明する。

まず、探知／追跡モード時のアンテナ開口素子と時分割ＤＢＦのスイッチ制御時間とサンプリングについて、図８を参照して説明する。図８において、（ａ）はＭ行Ｎ列のアンテナ素子とそれぞれのライン出力のパルス番号を示しており、（ｂ）はパルス繰り返し周期ＰＲＩ、送信パルス幅τ、受信時間ｔ_ｒ、サンプリング期間ｔ_ＳＰ、スイッチ切替時間ｔ_ＳＷを示している。この場合、パルス繰り返し周期ＰＲＩは
ＰＲＩ＝τ＋Ｔｒ＋Ｔ_ＳＰ＋ｔ_ＳＷ
となる。スイッチ切り替えは送信パルス後とする。

近接検出モード時のアンテナ開口素子と時分割ＤＢＦのスイッチ制御時間とサンプリング時間は、図５の説明と同じである。スイッチ切替は事前（送信パルス前）に行う。また、メモリする信号の説明は、探知／追跡、近接検出の各モードにおいて第１の実施形態の説明と同じである。近接検出モード時のビーム形成は、信号処理部１４において、Ｌ本（複数ビーム）の和信号、仰角差信号、方位差信号を形成する。近接検出モード時の合成帯域処理についても第１の実施形態と同じで、Ｋ（＝Ｎ素子×Ｍ素子）パルスでビーム形成毎に、送信周波数をステップさせ、ビーム毎、レンジ毎に信号処理部１４にて合成帯域処理を行い高分解能化する。

したがって、上記構成による電波誘導装置によれば、目標探知、目標追跡においては、送信、受信共にアンテナビームを１本のペンシルビームとして、送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力を最大とすることができ、近接検知においては、フェーズドアレイの中の素子アンテナ１素子による送信を行って送信ファンビームを形成し、受信ビームではＤＢＦによる複数ビーム形成を行うことで広角範囲の目標検知が可能となる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、図３、図９〜図１２を参照して説明する。

第３の実施形態は、第２の実施形態に対して、アンテナ部１１の素子をＡ軸とＢ軸に沿って十字型に配列し、仮想アレイとして演算するものである。

図９（ａ）は、本実施形態に係るアンテナ部１１における縦Ｍ素子（Ａ軸）と横Ｍ素子（Ｂ軸）の十字型のアレイ配列を示し、図９（ｂ）は、縦Ｍ素子（Ａ軸）と横Ｍ素子（Ｂ軸）の受信信号から仮想的な素子配置の補間信号を計算したときの仮想アレイを示す。図９に示すように、Ａ軸、Ｂ軸の各素子からのデータを時分割に取り出してメモリさせ、各軸の素子同士の出力を乗算することにより、全面Ｍ×Ｍ素子配列した場合と同じビームを形成することができる。また、このとき複数のビーム形成ウェイトを使用することで、複数本のビーム形成が可能となる。

図１０は、第３の実施形態に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図であり、上記のビーム形状の切り替えを行うためのハード系統を示している。図１０において、アンテナ部１１及び受信系統１３をそれぞれＡ系統（１１Ａ，１３Ａ）、Ｂ系統（１１Ｂ，１３Ｂ）に分割される。それぞれの構成は、図７に示した第２の実施形態と同様であり、フェーズドアレイの素子アンテナ１１１ｉ毎に送受信モジュール１１２ｉを具備する。送受信モジュール１１２は、図３に示した系統（送信用移相器Ａ１、送信アンプＡ２、サーキュレータＡ３、受信アンプＡ４、受信用移相器Ａ５）を示す。

上記構成において、探知／追跡モード時の送信は、Ｄ／Ａ変換器１２１から出力されたＩＦ（中間波周波数）信号を送信器１２２によりＲＦ（送信周波数）信号とし、アナログ分配器１２４にて各素子に給電する。各素子の送信用移相器Ａ１により任意の方向に送信ペンシルビームを形成し送信波を出力する。

近接検出モード時の送信は、近接送信スイッチ１２３により送受信モジュールを経由しないで近接用の送信素子１１３から電波を放射する。また、時分割ＤＢＦビーム形成毎にＤ／Ａ変換器１２１から出力する送信信号の周波数をステップさせることによりマルチパルスで高帯域化する。探知／追跡、近接検出それぞれの受信は、Ａ軸、Ｂ軸の各送受信モジュール出力信号をＤＢＦスイッチ１３３により同時に順次切り替えて、２つの受信器１３４（Ａ，Ｂ）に入力する。２つの受信器１３４（Ａ，Ｂ）の出力は２つのＡ／Ｄ変換器１３５（Ａ，Ｂ）にてデジタル信号とした後に信号処理部１４に送られる。

ここで、探知／追跡モード時のアンテナ開口素子とＤＢＦスイッチ１３３の時分割スイッチ制御時間とサンプリングとの関係について、図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は、アンテナ素子数が縦Ｍ素子（Ａ軸）と横Ｍ素子（Ｂ軸）を十字型に形成した時分割処理パネル、図１１（ｂ）はＡ軸とＢ軸で同時に１素子毎にサンプリングする時分割サンプルの様子を示している。

図１１に示すように、縦軸（Ａ軸）と横軸（Ｂ軸）の時分割サンプルは同時に行われる。パルス繰り返し周期をＰＲＩ、送信パルス幅をτ、受信時間をｔ_ｒ、サンプリング期間をｔ_ＳＰ、スイッチ切替時間をｔ_ＳＷとすると、
ＰＲＩ＝τ＋Ｔｒ＋Ｔ_ＳＰ＋ｔ_ＳＷ
で示される。スイッチ切替時間は送信パルス後とする。

近接検出モード時のアンテナ開口素子とＤＢＦスイッチ１３３の時分割スイッチ制御時間とサンプリングとの関係について図１２を参照して説明する。近接検出モード時のスイッチ切替時間は、送信パルス前（事前）に行う。

１ＰＲＩのレンジ数をＪ、全パルス数をＭとしてサンプリングする信号列を表すと、Ａ軸とＢ軸でそれぞれ以下の様になる。

Ａ軸について

Ｂ軸について

まず、アレイの位相中心に入力される信号Xinとして、２軸の信号XaとXbは、例えば上記のレンジ１についてサンプルした信号列を示すと次式となる。

次に信号処理部は以下の仮想アレイ演算により全素子信号を計算する。

ここで、ＡＺはＡＺa（Ａ軸アレイからみたＡＺ軸の観測角）、ＡＺb（B軸アレイからみたＡＺ軸の観測角を示す。同様にＥＬはＥＬa（Ａ軸アレイからみたＥＬ軸の観測角）、ＥＬb（Ｂ軸アレイからみたＥＬ軸の観測角）を示す。

また、Ｘ_ＭＭは受信素子信号を示す。次に（２）式の右辺の行列の各成分にビーム指向ウェイトＷ_ｐｎｍを乗算することにより、ビーム形成を行う。

また、Ｗ_ｐｎｍを複数種類持つことで、形成ビームを複数形成することができる。

次に、モノパル測角のためのΣ、ΔＡＺ，ΔＥＬを形成する手法については、アナログでの形成を図４で示した通り、仮想開口を４分割してＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開口電圧を（３）式から先に計算し、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄとなる演算をしたものが和ビーム、（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）としたものが仰角差ビーム、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）としたものが方位差ビームとなる。和ビームと差ビームから次のように測角する。

この誤算電圧εと角度（ＡＺ、ＥＬ）を予めテーブル化しておき、観測した誤差電圧εによりテーブルを引用して、角度（ＡＺ、ＥＬ）を出力すればよい。この場合の合成帯域処理とデータサンプル及びデータ並び替えについては第１の実施形態の説明と同じとなるので、ここではその説明を省略する。

以上のように、本実施形態に係る電波誘導装置によっても、目標探知、目標追跡においては、送信、受信共にアンテナビームを１本のペンシルビームとして、送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力を最大とすることができ、近接検知においては、フェーズドアレイの中の素子アンテナ１素子による送信を行って送信ファンビームを形成し、受信ビームではＤＢＦによる複数ビーム形成を行うことで広角範囲の目標検知が可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…アンテナ部、１１１１１〜１１１ＮＭ…素子アンテナ、１１２１１〜１１２ＮＭ…送受信モジュール、Ａ１…送信用移相器、Ａ２…送信アンプ、Ａ３…サーキュレータ、Ａ４…受信アンプ、Ａ５…受信用移相器、１１３…近接用送信素子、１２…送信系統、１２１…Ｄ／Ａ変換器、１２２…送信器、１２３…近接送信スイッチ、１２４…アナログ分配器、１３…受信系統、１３１１１〜１３１ＮＭ…スイッチ素子、１３２…アナログ給電回路（和／方位差／仰角差演算）、１３３…ＤＢＦスイッチ、１３４，１３４１〜１３４３…、１３５，１３５１〜１３５３…Ａ／Ｄ変換器、１４…信号処理部（ＣＰＵまたはＧＰＵ）、１５…制御系統、１５１…タイミング発生回路、１５２…スイッチ制御回路、１５３…移送制御回路。

Claims

フェーズドアレイによるアンテナビームのパターンを適応制御して、目標の探知及び追跡を行う探知・追跡手段と目標との近接距離を検出する近接検出手段とを備え、
前記探知・追跡手段は、送信、受信共にアンテナビームをペンシルビームとし、
近接検出手段は、前記フェーズドアレイと同一面に配列される１素子による送信を行って前記ペンシルビームより広角の送信ファンビームを形成し、ＤＢＦ（デジタル・ビーム・フォーミング）によって前記送信ファンビームの覆域内に複数の受信ビームを形成し、
前記探知・追跡手段及び前記近接検出手段は、前記探知、追跡及び近接検出において、スイッチで切り替えることで時分割方式の仮想２次元素子ＤＢＦを実施し、
前記仮想２次元素子ＤＢＦは、第１の軸の一次元に配列したＭ素子のデジタル受信信号と、それと異なる第２の軸の一次元に配列したＭ素子のデジタル受信信号に対して、時分割かつ順次に素子信号の乗算Xan×Xbm（n=1〜M、m=１〜M）を実施することで、Ｍ×Ｍ素子の仮想アレイ信号を生成し、前記時分割かつ順次に素子信号に所定のウェイトを乗算して加算することにより、和ビーム（Σ）、差ビーム（ΔＡＺ、ΔＥＬ）のモノパルスビームを形成する電波誘導装置。
前記近接検出手段は、近接検出時に前記ＤＢＦ出力から距離情報、測角情報を取得する請求項１記載の電波誘導装置。
前記近接検出手段は、近接検出時にパルス毎に周波数をステップさせて合成帯域処理する請求項１記載の電波誘導装置。
フェーズドアレイによるアンテナビームのパターンを適応制御して、目標の探知及び追跡を行う探知・追跡モードと目標との近接距離を検出する近接検出モードとを備え、
前記探知・追跡モードでは、送信、受信共にアンテナビームをペンシルビームとし、
近接検出モードでは、前記フェーズドアレイと同一面に配列される１素子による送信を行って前記ペンシルビームより広角の送信ファンビームを形成し、ＤＢＦ（デジタル・ビーム・フォーミング）によって前記送信ファンビームの覆域内に複数の受信ビームを形成し、
前記探知・追跡モード及び前記近接検出モードは、前記探知、追跡及び近接検出において、スイッチで切り替えることで時分割方式の仮想２次元素子ＤＢＦを実施し、
前記仮想２次元素子ＤＢＦは、第１の軸の一次元に配列したＭ素子のデジタル受信信号と、それと異なる第２の軸の一次元に配列したＭ素子のデジタル受信信号に対して、時分割かつ順次に素子信号の乗算Xan×Xbm（n=1〜M、m=１〜M）を実施することで、Ｍ×Ｍ素子の仮想アレイ信号を生成し、前記時分割かつ順次に素子信号に所定のウェイトを乗算して加算することにより、和ビーム（Σ）、差ビーム（ΔＡＺ、ΔＥＬ）のモノパルスビームを形成する電波誘導方法。