JP6801320B2 - 艦船搭載レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、艦船に搭載する艦船搭載レーダ装置に関する。

艦船搭載レーダは、艦船に搭載し、対空目標及び水上目標に対し、捜索、検定、追尾等を行うレーダである。従来の艦船搭載レーダは、複数の発信器を備えており、電波干渉や電子攻撃の状況によって発信器を切換えながら、異なる周波数帯域の電波を送信する。
一方、合成開口レーダ技術は、自分又は相手の運動を利用し、目標を画像化する技術である（例えば、特許文献１参照）。特に、相手の運動を利用した逆合成開口レーダ技術は、今まで航空機や人工衛星等に搭載されており、航空機から見える艦船を画像化することで、艦船の識別を可能にしている。
なお、以下では、特許文献１等に記載される合成開口レーダ技術を用いて目標を画像化する処理のことを、合成開口レーダ画像の再生処理ということとする。

特開２０１５−１５８４５０号公報

近年、艦船等に搭載する艦船搭載レーダは多機能化が図られている。従来の艦船搭載レーダは目標の捜索、検定、追尾等を行うが、目標の画像化までは行っていない。目標の画像が得られれば、目標の識別情報などの有用な情報を得ることができる。
合成開口レーダで得られる画像の分解能は、使用する周波数帯域幅に依存する。
艦船搭載レーダは１波の周波数帯域幅が狭いため、従来の艦船搭載レーダに合成開口レーダ技術を適用した場合は、十分な分解能を得ることができないという課題があった。

また、艦船搭載レーダは常に捜索、検定、追尾等を行うため、艦船搭載レーダに合成開口レーダ技術用の送受信処理を追加した場合、レーダリソースが不足し運用に支障をきたすという課題があった。

本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、艦船搭載レーダを利用し機器変更の範囲を抑えながら、従来からある艦船搭載レーダに合成開口レーダ技術を備えた艦船搭載レーダ装置を提供することを目的とする。

この発明に係る艦船搭載レーダ装置は、艦船に搭載し、目標の捜索、検定、追尾を実行する艦船搭載レーダ装置であって、目標に向けて送信する信号の信号生成用にシンセサイザを用いた送信機を備え、前記目標から反射された反射信号を信号処理し、信号処理により得られた前記目標を追尾する信号処理機において、追尾用の信号処理の実行の際、合成開口レーダ画像の再生処理を実行するようにした。

この発明に係る艦船搭載レーダ装置によれば、従来の艦船搭載レーダで送信する１波の周波数帯域幅を広げることが可能となり、艦船搭載レーダに合成開口レーダ技術を備えた艦船搭載レーダ装置において分解能が向上する効果を奏する。
これにより、合成開口レーダによる目標画像の取得が可能となり、識別情報などの目標に関する有用な情報を取得できる。

この発明の実施の形態に係る艦船搭載レーダ装置１００の構成を示した図である。 この発明の実施の形態に係る艦船搭載レーダ装置１００における信号生成の概念図である。 従来の艦船搭載レーダ装置２００の構成を示した図である。 従来の艦船搭載レーダ装置２００における信号生成の概念図である。 この発明の実施の形態に係る艦船搭載レーダ装置１００と従来の艦船搭載レーダにおいて使用可能な周波数帯域の比較例である。 この発明の実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００のレーダリソース配分を比較した概念図である。ここで（ａ）合成開口レー技術ダを備えない従来の艦船搭載レーダ装置２００のレーダリソース配分例、（ｂ）合成開口レーダ技術用にレーダリソースを割り当てた場合のレーダリソース配分例、（ｃ）実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置のレーダリソース配分例である。 この発明の実施の形態に係る艦船搭載レーダ装置１００の動作を示すフローチャートである。

まず、従来の艦船搭載レーダ装置で合成開口レーダ技術を実現するための課題について説明した後、本発明に係る艦船搭載レーダ装置について図を参照して説明する。

図３は、従来の艦船搭載レーダ装置２００の構成を示した図である。
従来の艦船搭載レーダ装置２００は、動揺センサ１、レーダ制御機２、送信機３ｂ、送受信切換器４、アンテナ５、受信機６ｂ、信号処理機７ｂを備える。

艦船に搭載された（図示しない）航海支援装置に搭載される動揺センサ１は、艦船の揺れを周期的に検出し、動揺データ２５１としてレーダ制御機２に出力する。
レーダ制御機２は、動揺データ２５１に基づく動揺補正、タイミング生成、信号変調の機能を有し、アンテナ５から照射するビームの照射方向、照射タイミング等を算出し、送信機３ｂに出力する。
送信機３ｂは、位相同期回路（以下、ＰＬＬ（＝phase Locked loop）という）使用の送信信号発生、電力増幅の機能を有し、送信信号を発生させ電力増幅を行う。
アンテナ５は送受切替器４を経由して送信信号を受信し、アンテナ５から送信信号を送信する。
アンテナ５は目標からの反射波を受信し、送受切換器４を経由して反射波を受信機６ｂに出力する。
受信機６ｂは、信号増幅、周波数変換、Ａ/Ｄ変換、位相検波、利得制御の機能を有し、反射波を増幅、周波数変換、Ａ/Ｄ変換、位相検波、利得制御等を実施した受信信号を信号処理機７ｂに出力する。
信号処理機７ｂは、信号処理の機能を有し、受信した信号に信号処理を行い目標を検出する。

図４は、従来の艦船搭載レーダ装置２００における信号生成の概念図であり、送信機３ｂの中で信号生成を行っている。
従来の艦船搭載レーダ装置２００は、発信器を複数（＃１〜＃Ｎ）用意し、接続を切換えることで生成する信号の周波数を変えている。１波で送信できる周波数幅は１つの発信器が持つ周波数帯域幅に制限されるため、従来の艦船搭載レーダ装置２００の送信周波数帯域幅は狭い帯域幅であった。

このように、従来の艦船搭載レーダ装置２００では、動揺センサ１、レーダ制御機２、送信機３ｂ、送受切換器４、アンテナ５、受信機６ｂ、信号処理機７ｂによる動作の繰り返しにより、目標の捜索、検定、検索した目標の追尾を行っていたが、目標の画像の取得は予定していなかった。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００の構成を示した図である。
実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００は、動揺センサ１と、レーダ制御機２と、送信機３と、送受切換器４と、アンテナ５と、受信機６と、信号処理機７を備える。
ここで送信機３は、後述のようにシンセサイザ１０を備える。
周波数帯域幅の広いシンセサイザ１０を用いることにより合成開口レーダ技術による所望の分解能をもつ画像の取得を可能としている。
このように、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００では、従来の艦船搭載レーダ装置２００と異なり、目標の画像を取得できる点を特徴とする。

次に、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００の動作を、図１、図２、図５、図６、図７を参照して説明する。
図５は、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００と従来の艦船搭載レーダ装置２００において使用可能な周波数帯域を比較した例である。
図６は、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００のレーダリソース配分の概念図である。
図７は、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００の動作を示すフローチャートである。

艦船搭載レーダ装置１００の動作は、図７に示す通り、ビーム制御（Ｓ１）、信号生成（Ｓ２）、送信（Ｓ３）、受信（Ｓ４）、信号処理（Ｓ５）からなる。
ビーム制御（Ｓ１）：
艦船に搭載された（図示しない）航海支援装置に搭載される動揺センサ１は、艦船の揺れを周期的に検出し、動揺データ２５１として、レーダ制御機２と信号処理機７に出力する。
レーダ制御機２は、動揺データ２５１に基づく動揺補正、タイミング生成、信号変調の機能を有し、アンテナ５から照射するビームの照射方向、照射タイミング等を算出し、送信機３ｂに出力する。

信号生成（Ｓ２）：
送信機３は、送信信号発生、電力増幅の機能を有し、送信信号を発生させ電力増幅を行う。
ここで、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００では、信号生成にシンセサイザ１０を用いる。
図２は、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００の信号作成の概念図であり、シンセサイザ１０により信号を生成する。図４で説明した従来の艦船搭載レーダ装置２００に搭載する各発信器が備えている周波数帯域のすべてを生成できるシンセサイザに変更することで、接続を切換えることなく、従来の艦船搭載レーダ装置２００が備えていた周波数帯を送信することが可能となる。また、１波で送信できる周波数幅は、従来の艦船搭載レーダ装置２００と比較して広げることができる。

図５は、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００で使用可能な周波数帯域と従来の艦船搭載レーダで使用可能な周波数帯域の比較例である。
図５で、例えば、従来の艦船搭載レーダは周波数の異なる発信器をｎ個備える場合、使用可能な周波数帯域は、周波数帯域ｆ１、周波数帯域ｆ２、・・・、周波数帯域ｆｎである。このとき、使用可能な周波数帯域幅はＦ２となる。
一方、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００で使用可能な周波数帯域は周波数帯域ｆｘであり、このとき、使用可能な周波数帯域幅はＦ１である。

このように実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００では、従来の艦船搭載レーダ装置２００より使用可能な周波数帯域幅が広いシンセサイザ１０を、送信機３に搭載する。

送信（Ｓ３）：
アンテナ５は送受切替器４を経由して送信機３から送信信号を受信し、アンテナ５から送信信号を送信する。この際、Ｓ１（ビーム制御）で算出した送信方向に送信する。

受信（Ｓ４）：
アンテナ５は、目標からの反射信号を受信する。受信機６は送受切換器４を経て反射信号を受信する。

信号処理（Ｓ５）：
信号処理機７は、受信信号の信号処理を行う。この時、信号処理において、対空監視と合成開口処理を行う。なお、このとき、信号処理機７は増加した送信帯域幅に合わせて、Ａ／Ｄサンプリング周波数を高く設定する必要がある。
また、実施形態１に係る艦船搭載レーダ１００の機能系統は、合成開口処理のため、動揺補償をする必要がある。そこで、実施の形態１では、図１に示すように、動揺センサ１は信号処理機７に対して動揺データ２５１を送信する。

次に、レーダリソースの配分について説明する。図６は、レーダリソース配分例について示した図である。
図６で（ａ）は合成開口レーダ技術を備えない従来の艦船搭載レーダ装置２００のレーダリソース配分例、（ｂ）は合成開口レーダ技術用にレーダリソースを割り当てた場合のレーダリソース配分例、（ｃ）は実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置のレーダリソース配分例である。

前述の通り、艦船搭載レーダ装置では捜索、検定、追尾等の各々にレーダリソースを配分して、捜索用途、検定用途、追尾用途として、上記のビーム制御（Ｓ１）、信号生成（Ｓ２）、送信（Ｓ３）、受信（Ｓ４）、信号処理（Ｓ５）の動作を繰り返し実行している。

合成開口レーダ技術を備えない従来の艦船搭載レーダ装置２００の場合（図６（ａ））、限られた時間を捜索、検定、追尾、その他処理に割り当てている。

ここで、合成開口レーダ画像の再生処理用のビームを新たに追加した場合（図６（ｂ））、捜索、検定、追尾、合成開口処理、その他処理となって合成開口レーダ技術用のリソースが増加し、捜索、検定、追尾、その他処理に割り当てられるリソースが減少してしまう。
その結果、目標の捜索周期の長期化、捜索覆域の減少、追尾目標のロスト等の問題が発生する。

そこで、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ１００では、図６（ｃ）に示すように追尾に割り当てられるレーダリソースを合成開口レーダ画像の再生処理に利用することとする。

つまり、レーダリソースが目標の捜索に割り当てられている場合、信号処理（Ｓ５）において、従来の捜索処理を実行する。
また、レーダリソースが目標の検定に割り当てられている場合、信号処理（Ｓ５）において、従来の検定処理を実行する。
そして、レーダリソースが目標の追尾割り当てられている場合、信号処理（Ｓ５）において、追尾ビームを用いて合成開口レーダによる処理を実行する。
これにより、従来通り、目標の追尾を実行しつつ、追尾ビームを用いて合成開口レーダによる処理を実行することにより、目標の画像を取得できる。

このように、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置１００では、追尾ビームを合成開口レーダ画像の再生処理として利用することで、目標の画像を取得することが可能である。
このようにすることで、レーダリソースの増加を抑えつつ、目標の画像を得ることができる。

図１、図３の比較から分かるように、この発明の実施の形態１に係る艦船搭載レーダ１００では、従来の艦船搭載レーダ装置２００と同じ構成で実現できる。

この結果、図６（ｂ）に示した合成開口レーダ用のビームを新たに追加した場合より、レーダリソース配分を抑えて合成開口レーダ技術を備えることができる。

このように、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ装置によれば、従来の艦船搭載レーダで送信する１波の周波数帯域幅を広げることが可能となり、艦船搭載レーダに合成開口レーダ技術を備えた艦船搭載レーダ装置において分解能が向上する効果を奏する。

また、追尾ビームの受信データを合成開口レーダ画像の再生処理に使用することで、レーダリソースの増加を抑えつつ、艦船搭載レーダに合成開口機能を追加することができるという効果を奏する。
これにより、実施の形態１に係る艦船搭載レーダ１００では、目標の画像化が可能となり、目標の識別性能が向上するという効果を奏する。

１ 動揺センサ、２ レーダ制御機、３、３ｂ 送信機、４ 送受切換器、５ アンテナ、６、６ｂ 受信機、７、７ｂ 信号処理機、１０ シンセサイザ、２０ 信号生成部、１００ 従来の艦船搭載レーダ装置、２００ 艦船搭載レーダ装置、２５１。

Claims (3)

1. 艦船に搭載し、目標の捜索、検定、追尾を実行する艦船搭載レーダ装置であって、
   目標に向けて送信する信号の信号生成用にシンセサイザを用いた送信機を備え、
   前記目標から反射された反射信号を信号処理し、信号処理により得られた前記目標を追尾する信号処理機において、
   追尾用の信号処理の実行の際、合成開口レーダ画像の再生処理を実行することを特徴とする艦船搭載レーダ装置。
2. 艦船の動揺を検出する動揺センサと、
   前記動揺センサが出力する動揺データに基づき、前記目標に向けて送信する信号の送信方向を制御するレーダ制御機とを備え、
   前記信号処理機は、前記動揺データを用いて前記合成開口レーダ画像の再生処理を実行することを特徴とする請求項１記載の艦船搭載レーダ装置。
3. 前記目標の捜索用の信号処理と、前記目標の検定用の信号処理において、前記合成開口レーダ画像の再生処理を実行しないことを特徴とする請求項１、２いずれか記載の艦船搭載レーダ装置。

Images