JP7000185B2 - レーダ装置および誘導装置 - Google Patents
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Description
以下、実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下、各図において、同じ構成要素には同じ符号が付される。
図1Aは、ドローン1の例示的な上面図である。図1Bは、図1Aに示されたドローン1の例示的な側面図である。図1A,図1Bに示されるように、ドローン1は、その本体10に取り付けられた飛行用の4個のロータと、着地用の4本の着地用の脚とを備える。また、ドローン1は、本体10に取り付けられ、図1A,図1Bに矢印で示す方向(前方)を撮影するカメラ16と、それぞれロータを1つずつ駆動する4個のモータ14a~14dと、本体10に着脱可能な入出力装置100とをさらに備える。
図2は、図1A,1Bに示されたドローン1を誘導する第1のレーダ誘導装置2の構成を示す図である。また、レーダ誘導装置2は、ドローン1の本体10の中に収容される。図2に示されるように、第1のレーダ誘導装置2は、図1A,図1Bに示されたフェーズドアレイアンテナ20を含む。このフェーズドアレイアンテナ20は、レーダによる探索のための電波信号を送信および受信するために用いられ、スタック状に配列されたアンテナ素子200-1~200-nを備える。
なお、図3に示されるように、コンピュータ18は、CPU、DSPおよびこれらの周辺回路を含む演算処理回路180と、ROMおよびRAMなどを含むメモリ182と、本体10の各構成要素との間で信号の入出力を行うI/O回路184と、フラッシュメモリなどを含む記録回路186とを備える。つまり、コンピュータ18は、記録回路186などを介してメモリ182にロードされ、ドローン1およびレーダ誘導装置2の各構成要素との間で信号を入出力して制御するプログラムを実行する一般的なコンピュータとして必要とされる構成要素を備える。
図4は、図2に示された第1の送信回路22の構成を示す図である。図4に示されるように、送信回路22は、制御回路210の制御に従って、エコー対策のために、パルス変調された第1の送信信号(TS1)の各パルスをM符号により0°と180°(0-π)との間で位相変調する位相変調回路(φ)220を備える。また、送信回路22は、それぞれGaN高電子移動度FETまたはデプレッションMOS FET(不図示)を電力増幅素子として含む電力増幅回路(BFA,MPA,HPA)222,224,226を備える。電力増幅回路222,224,226は、制御回路210の制御に従って、電源回路216から供給される送信用電力を用いて、位相変調された送信信号を増幅する
図5は、図2に示された送受信回路24の構成を示す図である。図5に示されるように、送受信回路(TRX)24は、分配/合成回路204から入力された送信回路を増幅する第2の送信回路(TX2)26と、アンテナ素子200から入力された受信信号を増幅する第1の受信回路28(RX1)とを備える。また、送受信回路24は、送信回路26および受信回路28に接続されたサーキュレータ242と、これに接続されたバンドパスフィルタ(BPF)240とを備える。
図8は、図2に示された信号処理回路34の構成を示す図である。図8に示されるように、信号処理回路(SP;Signal Processing)34は、送信回路22からの分配信号(CO)と、受信回路30からの受信信号(RS2)とが入力される距離検出回路(DSD;DiStance Detector)340を備える。また、信号処理回路34は、受信信号(RS2)が入力される信号強度検出回路(SSD;Signal Strength Detector)342を備える。
図9は、図1A,図1Bに示されたドローン1の飛行経路を例示する図である。図1A,図1Bに示されたドローン1は、図2に示されるように、港湾のふ頭側から、ふ頭に接岸した船舶の艦橋に対して煙突と反対側(前方)の甲板上を目的位置として飛行する。なお、ふ頭には、ドローン1の障害物として鉄塔が存在する。以下、説明の明確化および具体化のために、図9に示されたドローン1の飛行経路が適宜、参照される。
レーダ誘導装置2には、図9に例示されるようにドローン1を誘導して飛行させるために、フェーズドアレイアンテナ20によって受信される目的位置からの反射波(反射信号)のパターン(反射パターン)と、障害物の反射パターンとが予め設定される。レーダ誘導装置2は、フェーズドアレイアンテナ20により受信された目的位置、障害物およびその他の物体の反射信号から反射パターンを生成する。
以下、図2~図8に示されたレーダ誘導装置2の各構成要素の動作を説明する。図10(A)~(F)は、図2に示されたレーダ誘導装置2における各信号のタイミングを示す図である。
以下、レーダ誘導装置2の全体的な動作を説明する。図11は、図1A,図1B~図8に示されたレーダ誘導装置2の全体的な動作を示すフローチャートである。ステップS100において、ドローン1が、図9に示された出発位置にあるときに、ドローン1のユーザは、レーダ誘導装置2の制御回路210に、入出力装置100を介して、障害物としての鉄塔、および、目標位置としての船舶およびその艦橋の反射パターンを設定する。
以下、実施の形態にかかるレーダ誘導装置2により達成される技術的効果を説明する。
以下、図2~図8に示されたレーダ誘導装置2の変形例を説明する。
[第1の変形例]
まず、第1の変形例を説明する。図13は、図2~図8に示されたレーダ誘導装置2における各信号のタイミングの変形例を示す図である。図13(A)は、図10(C)に示されたパルス幅0.1μsの送信信号TS1を示し、図13(B)は、図10(B)に示された近接検出信号VDの論理値を示し、図13(C)は、第1の変形例において、電源回路216から供給される電力電圧の波形を示す。
図14は、フェーズドアレイアンテナ20が受信専用とされ、図2に示された第1のレーダ誘導装置2に置換され得る第2のレーダ誘導装置3の構成を示す図である。フェーズドアレイアンテナ20が受信のみに使用されるときには、第1のレーダ誘導装置2の代わりに、図14に示される第2のレーダ誘導装置3が用いられ得る。なお、レーダ誘導装置においては、図2,図4に示された送受信回路24の代わりに、これからサーキュレータ242および送信回路26が除かれた送受信回路40が用いられる。
図15は、図2に示された第1のレーダ誘導装置2のアンテナ素子202が省略され、第1のフェーズドアレイアンテナ20と置換され得る第3のレーダ誘導装置4の構成を示す図である。図15に示されるように、フェーズドアレイアンテナ20が送受および受信の両方に使用されるときには、第1のレーダ誘導装置2の代わりに、図15に示された第3のレーダ誘導装置4が用いられ得る。
なお、以上、ドローン1が、停止している船舶の艦橋前方の甲板を目的位置とする場合について説明されたが、ドローン1の目的位置は、航行中の船舶の甲板であってもよい。また、レーダ誘導装置2においては、Kuバンドの電波信号がレーダによる探索に用いられるが、レーダ誘導装置2において用いられる電波信号は、用途に応じて、マイクロ波(一般に300MHz以上)より短い波長の電波信号であればよい。
10 本体
12 バッテリ
14 モータ
16 カメラ
18 コンピュータ
2,3,4 レーダ誘導装置
20 フェーズドアレイアンテナ
200,202 アンテナ素子
204 分配/合成回路
206 発振回路(OSC)
208 パルス変調回路(PM)
210 制御回路(CONT)
212 指向性制御回路(DC)
214 誘導装置(G)
216 電源回路(PS)
22,26 送信回路(TX1)
220 位相変調回路(φ)
222,224,226 電力増幅回路(BPA,MPA,HPA)
228,232,280 高周波スイッチ(SPDT,SPST)
230 方向性結合器(CP)
24 送受信回路(TRX)
240 バンドパスフィルタ(BPF)
242 サーキュレータ(CIR)
260 移相回路(PSH)
28,30 受信回路(RX2)
282,284 低雑音増幅回路(LNA)
300 ミクサ(MIX)
32 近接検出回路(VD)
320 リミッタ回路(LIM)
322 ビデオアンプ(VA)
324 ドップラーフィルタ(DF)
326 積分回路(∫)
328 検波回路(DET)
330 レベル判定回路(LD)
34 信号処理回路(SP)
340 距離検出回路(DSD)
342 信号強度検出回路(SSD)
344 方向検出回路(DRD)
346 パターン生成回路(PG)
348 比較回路(CMP)
Claims (8)
- パルス変調されて送信されたレーダの送信信号を反射する物体までの距離を検出する距離検出装置と、
検出された前記距離が、予め決められた距離よりも長いときには、予め決められた第1のパルス幅の送信信号を生成し、検出された前記距離が、前記予め決められた距離よりも短いときには、前記第1のパルス幅より短い予め決められた第2のパルス幅の送信信号を生成する送信信号生成装置と、
生成された前記第1のパルス幅の送信信号と、生成された前記第2のパルス幅の送信信号とを電力増幅する電力増幅回路と、
前記第1のパルス幅の送信信号が送信されるときには、前記第1のパルス幅の送信信号が送信されている間だけ前記電力増幅回路に電力を供給し、前記第2のパルス幅の送信信号が送信されるときには、前記第2のパルス幅の送信信号を包含する期間、前記電力増幅回路に電力を供給する電源回路と、
を備えるレーダ装置。 - 前記第2のパルス幅の送信信号を包含する期間は、前記第2のパルス幅の送信信号の立ち上がりに先立って、前記電力増幅回路が前記第2のパルス幅の送信信号を安定に増幅するために必要とされる期間を含む
請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記第2のパルス幅の送信信号を包含する期間は、前記第2のパルス幅の送信信号の立ち上がりに先立って、前記電力増幅回路が前記第2のパルス幅の送信信号を安定に増幅するための電力を供給するために必要とされる期間を含む
請求項1または2に記載のレーダ装置。 - 前記第2のパルス幅は、前記第1のパルス幅の1/10以下である
請求項1~3のいずれかに記載のレーダ装置。 - 前記電源回路は、前記第2のパルス幅の送信信号が送信されるときには、前記電力増幅回路に連続した電力を供給する
請求項1~4のいずれかに記載のレーダ装置。 - 前記電力増幅回路が、前記第1のパルス幅の送信信号を電力増幅する期間において、前記電力増幅回路に含まれる増幅素子に予め決められた第1の電流が流れるように制御し、前記電力増幅回路が、前記第2のパルス幅の送信信号を電力増幅する期間において、前記電力増幅回路に含まれる増幅素子に、前記第1の電流よりも少ない、予め決められた第2の電流が流れるように制御する増幅制御回路
をさらに備える請求項1~5のいずれかに記載のレーダ装置。 - 前記増幅制御回路は、前記電力増幅回路を制御して、前記第2のパルス幅の送信信号の送信電力を、前記第1のパルス幅の送信信号の送信電力よりも低くする
請求項6に記載のレーダ装置。 - 目的位置に移動する移動体に搭載されたレーダ装置と、
前記レーダ装置による前記目的位置の探索の結果に基づいて、前記移動体を前記目的位置に誘導する移動体誘導装置と、
を備える誘導装置であって、
前記レーダ装置は、
パルス変調されて送信されたレーダの送信信号を反射する物体までの距離を検出する距離検出装置と、
検出された前記距離が、予め決められた距離よりも長いときには、予め決められた第1のパルス幅の送信信号を生成し、検出された前記距離が、前記予め決められた距離よりも短いときには、前記第1のパルス幅より短い予め決められた第2のパルス幅の送信信号を生成する送信信号生成装置と、
生成された前記第1のパルス幅の送信信号と、生成された前記第2のパルス幅の送信信号とを電力増幅する電力増幅回路と、
前記第1のパルス幅の送信信号が送信されるときには、前記第1のパルス幅の送信信号が送信されている期間だけ前記電力増幅回路に電力を供給し、前記第2のパルス幅の送信信号が送信されるときには、前記第2のパルス幅の送信信号を包含する期間、前記電力増幅回路に電力を供給する電源回路と、
を備える誘導装置。
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