JP7412933B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、レーダ装置に関する。

サブアレイＤＢＦ方式を用いるレーダ装置では、干渉波に対処するために、サブアレイアンテナの他に補助アンテナを備え、補助アンテナで得られる信号を用いたサイドローブブランキング（Side Lobe Blanking：ＳＬＢ）処理が行われる場合がある。補助アンテナを用いる場合、レーダ装置の構成が複雑になったり、製造コストが増加したりしてしまうことがあった。また、サブアレイＤＢＦ方式を用いるレーダ装置では、クラッタなどの不要波を抑圧する目的で、各サブアレイの信号を合成するデジタル信号処理においてサイドローブを低減するウェイトが適用されている。このようなウェイトには、テイラー分布などの指向性に対応するウェイトがある。しかし、このようなウェイトを適用しても、サイドローブ方向から到来する信号を完全に除去することはできず、クラッタの影響を受けてしまう場合があった。

吉田、「改訂 レーダ技術」、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）、電子情報通信学会、ｐｐ．２８９－２９１、１９９６年 吉田、「改訂 レーダ技術」、パルス圧縮レーダ、電子情報通信学会、ｐｐ．２７５－２８０、１９９６年 吉田、「改訂 レーダ技術」、ＣＦＡＲ（定誤警報受信）処理、電子情報通信学会、ｐｐ．８７－８９、１９９６年 吉田、「改訂 レーダ技術」、テイラー分布、電子情報通信学会、ｐｐ．１３４－１３５、１９９６年 吉田、「改訂 レーダ技術」、モノパルス方式、電子情報通信学会、ｐｐ．２６０－２６４、１９９６年

本発明が解決しようとする課題は、補助アンテナを用いずに、サイドローブ方向から到来する干渉波およびクラッタ反射などの不要波による影響を抑圧できるレーダ装置を提供することである。

実施形態のレーダ装置は、アレイアンテナと、信号形成部と、検出部と、を持つ。信号形成部は、アレイアンテナの開口面を分割した４つの分割開口面それぞれに対応するサブアレイで受信される受信信号を加算して和信号を算出する。信号形成部は、４つの分割開口面のうちの２つの分割開口面のサブアレイで受信される受信信号を、重み係数を使用することにより重み付け加算して第１の加算信号を算出し、４つの分割開口面のうち２つの分割開口面を除く２つの分割開口面のサブアレイで受信される受信信号を重み付け加算して第２の加算信号を算出する。信号形成部は、第１の加算信号の算出に使用された受信信号を、第１の加算信号の算出に使用された重み係数と異なる重み係数を使用することにより重み付け加算して第３の加算信号を算出し、第２の加算信号の算出に使用された受信信号を、第２の加算信号の算出に使用された重み係数と異なる重み係数を使用することにより重み付け加算して第４の加算信号を算出する。信号形成部は、第１の加算信号と第２の加算信号との差である第１の差信号を算出し、第３の加算信号と第４の加算信号との差である第２の差信号を算出する。検出部は、第１の差信号および第２の差信号よりも和信号が大きい場合、和信号に基づいてアレイアンテナの指向方向における物体を検出し、第１の差信号および第２の差信号のいずれか又は両方よりも和信号が小さい場合、物体を検出しない。

本実施形態によるレーダ装置の構成例を示す図。 本実施形態におけるサブアレイアンテナの構成例を示す図。 本実施形態におけるＡ／Ｄ変換ユニットの構成例を示す図。 本実施形態における信号処理部の構成例を示す図である。 本実施形態におけるビーム信号形成部が形成する各ビーム信号の概要を示す図。 本実施形態におけるビーム信号形成部が算出するΣビーム信号（和信号）とΔＥＬビーム信号（差信号）との一例を示す図。 本実施形態におけるビーム信号形成部が算出するΣビーム信号（和信号）とＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号との一例を示す図。 本実施形態におけるビーム信号形成部が算出するΣビーム信号（和信号）と２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号との一例を示す図。

以下、実施形態のレーダ装置を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態によるレーダ装置１００の構成例を示す図である。レーダ装置１００は、不図示の送信アンテナから観測空間に向けて送信された信号が物体（目標）で反射した反射波を受信し、物体の位置を検出する。送信アンテナから送信される信号には、所定の符号系列を用いた符号変調や、所定の周波数範囲で周波数を一定に変化させる線形周波数変調などが施される。

レーダ装置１００は、フェーズドアレイアンテナ１と、信号変換部２と、クロック発生器３と、走査制御器４と、信号処理部５とを備える。フェーズドアレイアンテナ１は、複数のサブアレイアンテナ１１を備える。レーダ装置１００では、信号処理部５が、フェーズドアレイアンテナ１で受信した信号から得られるデジタルＩＱ信号に基づいて複数のＳＬＢ判定用の信号を算出し、算出したＳＬＢ判定用の信号を用いてＳＬＢ処理を行う。フェーズドアレイアンテナ１で受信した信号から複数のＳＬＢ判定用の信号を得ることにより、レーダ装置１００は、補助アンテナを用いずともＳＬＢ処理を行うことができる。

各サブアレイアンテナ１１は、観測空間に指向方向を向けた受信により得られる受信ＲＦ信号を、信号変換部２へ供給する。クロック発生器３は、信号変換部２及び走査制御器４へ基準クロック信号を供給する。信号変換部２及び走査制御器４は、基準クロック信号に同期して動作する。走査制御器４は、フェーズドアレイアンテナ１の指向方向を観測方向に向けるための位相制御信号をフェーズドアレイアンテナ１へ供給する。

信号変換部２は、クロック発生器３から供給される基準クロック信号に同期して、各サブアレイアンテナ１１から供給される受信ＲＦ信号をデジタルＩＱ信号に変換する。信号変換部２は、フェーズドアレイアンテナ１が備えるサブアレイアンテナ１１それぞれに対応するＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換ユニット２１と、Ｐ／Ｓ(Parallel/Serial)変換回路２２とを備える。Ａ／Ｄ変換ユニット２１は、受信ＲＦ信号を直接サンプリングしてダウンコンバートし、ダウンコンバートした信号に対する直交検波によりデジタルＩＱ信号を得る。Ａ／Ｄ変換ユニット２１は、デジタルＩＱ信号をＰ／Ｓ変換回路２２へ供給する。Ｐ／Ｓ変換回路２２は、各Ａ／Ｄ変換ユニット２１から供給されるデジタルＩＱ信号をシリアル信号に変換し、シリアル信号を信号処理部５へ伝送する。

信号処理部５は、シリアル信号として伝送される各デジタルＩＱ信号を用いて、観測空間に向けたフェーズドアレイアンテナ１のサイドローブ方向から到来する干渉波およびクラッタ反射波などの不要波による影響を抑える処理を行う。また、信号処理部５は、不要波の影響を抑えつつ、各デジタルＩＱ信号に含まれる反射波の成分に基づいて観測空間における物体の位置を検出する。信号処理部５は、例えば、汎用コンピュータを用いて構成されてもよい。

図２は、本実施形態におけるサブアレイアンテナ１１の構成例を示す図である。フェーズドアレイアンテナ１が備える複数のサブアレイアンテナ１１は、同じ構成を有する。サブアレイアンテナ１１は、複数のアンテナ素子１０１と、アンテナ素子１０１ごとに設けられた増幅器１０２及び移相器１０３と、合成回路１０４と、増幅器１０５と、アナログフィルタ１０６とを備える。アンテナ素子１０１で受信された受信信号は、増幅器１０２に供給される。増幅器１０２は、受信信号を増幅して移相器１０３へ供給する。移相器１０３は、走査制御器４から供給される位相制御信号が示す移相量で、受信信号の位相を変化させる。位相制御信号が示す移相量は、フェーズドアレイアンテナ１の指向方向に応じて定められる。移相器１０３は、位相を変化させた受信信号を合成回路１０４へ供給する。

合成回路１０４は、各移相器１０３から供給される受信信号を加算合成するアナログ回路であり、合成により得られた合成信号を増幅器１０５へ供給する。合成回路１０４における加算合成では、各受信信号に対して異なる重み付けを行わずに加算を行う。または、各受信信号に対して一様の重み係数を用いた重み付け加算を行ってもよい。増幅器１０５は、合成信号を増幅してアナログフィルタ１０６へ供給する。アナログフィルタ１０６は、観測空間に向けて送信された信号の周波数近傍の所定の周波数帯域の信号を透過して、受信ＲＦ信号として信号変換部２へ供給する。なお、アナログフィルタ１０６として、ハイパスフィルタやバンドパスフィルタを用いてもよい。

図３は、本実施形態におけるＡ／Ｄ変換ユニット２１の構成例を示す図である。信号変換部２が備える複数のＡ／Ｄ変換ユニット２１は、同じ構成を有する。Ａ／Ｄ変換ユニットは、ＰＬＬ回路２１１と、Ａ／Ｄ変換器２１２と、直交検波器２１３とを備える。ＰＬＬ回路２１１は、クロック発生器３から供給される基準クロック信号を用いて、受信ＲＦ信号のサンプリングに用いられるＡ／Ｄ変換クロック信号を生成し、Ａ／Ｄ変換器２１２へ供給する。また、ＰＬＬ回路２１１は、基準クロック信号を用いて、直交検波器２１３において直交検波に用いられる動作クロック信号を生成し、直交検波器２１３に供給する。Ａ／Ｄ変換クロック信号と動作クロック信号とは同期しており、Ａ／Ｄ変換器２１２と直交検波器２１３とは同期して動作する。

Ａ／Ｄ変換器２１２は、受信ＲＦ信号を直接サンプリングしてデジタル信号に変換するデジタルダウンコンバートを行う。Ａ／Ｄ変換器２１２は、デジタルダウンコンバートにより得られたデジタル信号を直交検波器２１３へ供給する。直交検波器２１３は、供給されるデジタル信号に対して直交検波を行い、同相成分と直交成分とを含むデジタルＩＱ信号を得る。直交検波器２１３は、デジタルＩＱ信号をＰ／Ｓ変換回路２２へ供給する。なお、直交検波器２１３は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの汎用デバイスを用いて構成してもよい。

図４は、本実施形態における信号処理部５の構成例を示す図である。信号処理部５は、通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）５１と、ビーム信号形成部５２と、パルス圧縮部５３と、ノイズスレッショルド処理部５４と、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Ratio）処理部５５と、ＳＬＢ処理部５６と、測距部５７と、測角部５８とを備える。信号処理部５として汎用コンピュータが用いられる場合、ハードディスクやＳＳＤ（Solid State Drive）などの記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）が実行することにより、ＣＰＵがビーム信号形成部５２、パルス圧縮部５３、ノイズスレッショルド処理部５４、ＣＦＡＲ処理部５５、ＳＬＢ処理部５６、測距部５７及び測角部５８として動作する。

通信Ｉ／Ｆ５１は、信号変換部２からシリアル信号として伝送されるデジタルＩＱ信号を受信し、デジタルＩＱ信号をバッファする。ビーム信号形成部５２は、送信アンテナから観測空間に向けて信号が送信される間隔で、通信Ｉ／Ｆ５１にバッファされるデジタルＩＱ信号を用いて複数のビーム信号を形成する。ビーム信号形成部５２が形成するビーム信号には、Σビーム信号と、ΔＥＬビーム信号と、ΔＡＺビーム信号と、ＳＬＢ用ΔＥＬ１ビーム信号と、ＳＬＢ用ΔＥＬ２ビーム信号とが含まれる。ビーム信号形成部５２は、形成した各ビーム信号をパルス圧縮部５３へ供給する。

図５は、本実施形態におけるビーム信号形成部５２が形成する各ビーム信号の概要を示す図である。図５に示す例では、フェーズドアレイアンテナ１の開口面を４つに分割した分割開口面それぞれに含まれるサブアレイアンテナ１１を、サブアレイＡ～Ｄとしている。ビーム信号形成部５２は、サブアレイＡ～Ｄごとに含まれるサブアレイアンテナ１１のデジタルＩＱ信号を加算合成し、各サブアレイＡ～Ｄの合成信号を算出する。ビーム信号形成部５２は、各サブアレイＡ～Ｄの合成信号を加算してΣビーム信号（和信号）を算出する。

また、ビーム信号形成部５２は、サブアレイＡ～Ｄごとに含まれるサブアレイアンテナ１１のデジタルＩＱ信号にウェイト（重み係数）を乗じて加算合成し、各サブアレイＡ～Ｄの重み付け合成信号を算出する。ウェイトは少なくとも３つ予め定められており、そのうち１つは各サブアレイアンテナ１１のデジタルＩＱ信号に対して一様のウェイトである。一様のウェイトは、例えば「１」である。他のウェイトとして、例えば、テイラー分布の指向性に対応するウェイトや、ベイリス分布やチェビシェフ分布の指向性に対応するウェイトを用いてもよい。また、フェーズドアレイアンテナ１のメインローブにおいて、重み付け加算により得られる信号の振幅（利得）が、Σビーム信号の振幅（利得）より小さくなる他の重み係数を用いてもよい。

一様のウェイトが用いられる場合、ビーム信号形成部５２は、サブアレイＡ及びサブアレイＢの重み付け合成信号の和から、サブアレイＣ及びサブアレイＤの重み付け合成信号の和を減算してΔＡＺビーム信号（差信号）を算出する。すなわち、ビーム信号形成部５２は、フェーズドアレイアンテナ１の開口面を縦方向に分割した右側及び左側の分割開口面間で重み付け合成信号の差を算出する。また、ビーム信号形成部５２は、サブアレイＡ及びサブアレイＣの重み付け合成信号の和から、サブアレイＢ及びサブアレイＤの重み付け合成信号の和を減算してΔＥＬビーム信号（差信号）を算出する。すなわち、ビーム信号形成部５２は、フェーズドアレイアンテナ１の開口面を横方向に分割した上側及び下側の開口分割面間で重み付け合成信号の差を算出する。

なお、ウェイト用いた演算を行わずに、ビーム信号形成部５２は、サブアレイＡ及びサブアレイＢの合成信号の和から、サブアレイＣ及びサブアレイＤの合成信号の和を減算してΔＡＺビーム信号を算出してもよい。また、ビーム信号形成部５２は、サブアレイＡ及びサブアレイＣの合成信号の和から、サブアレイＢ及びサブアレイＤの合成信号の和を減算してΔＥＬビーム信号を算出してもよい。

一様のウェイト以外のウェイトが用いられる場合、ビーム信号形成部５２は、サブアレイＡ及びサブアレイＢの重み付け合成信号の和から、サブアレイＣ及びサブアレイＤの重み付け合成信号の和を減算してＳＬＢ用ΔＡＺビーム信号を算出する。また、ビーム信号形成部５２は、サブアレイＡ及びサブアレイＣの重み付け合成信号の和から、サブアレイＢ及びサブアレイＤの重み付け合成信号の和を減算してＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を算出する。すなわち、ビーム信号形成部５２は、フェーズドアレイアンテナ１の開口面を横方向に分割した上側及び下側の開口分割面間で重み付け合成信号の差を算出する。ＳＬＢ用ΔＡＺビーム信号及びＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号が、ＳＬＢ判定用の信号として用いられる。

以上のように、ビーム信号形成部５２は、ΔＡＺビーム信号、ΔＥＬビーム信号を算出するとともに、ＳＬＢ用ΔＡＺビーム信号とＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号とをウェイトごとに同時に算出する。ビーム信号形成部５２は、送信アンテナからの送信間隔ごとに、すなわちフェーズドアレイアンテナ１による受信ごとに、複数のビーム信号を同時に形成する。

ここで、ビーム信号形成部５２が行う重み付け加算合成を説明する。説明を簡単にするため、各分割開口面に含まれるサブアレイアンテナ１１の数を「５」として、サブアレイＡ～Ｄそれぞれに含まれるサブアレイアンテナ１１のデジタルＩＱ信号を式（１－１）～（１－４）のように表す。
Ａ＝［ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５］ …（１－１）
Ｂ＝［ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５］ …（１－２）
Ｃ＝［ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５］ …（１－３）
Ｄ＝［ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５］ …（１－４）

また、ウェイトＷ＝［ｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４，ｗ５］で表すと、重み付け合成信号は、式（２－１）～（２－４）のように表される。
Ａ×Ｗ＝Σａｉ×ｗｉ，（ｉ＝１，２，…，５） …（２－１）
Ｂ×Ｗ＝Σｂｉ×ｗｉ，（ｉ＝１，２，…，５） …（２－２）
Ｃ×Ｗ＝Σｃｉ×ｗｉ，（ｉ＝１，２，…，５） …（２－３）
Ｄ×Ｗ＝Σｄｉ×ｗｉ，（ｉ＝１，２，…，５） …（２－４）

ΔＥＬビーム信号及びＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号は、式（３）で表される。
ΔＥＬ＝（（Ａ×Ｗ）＋（Ｃ×Ｗ））＋（（Ｂ×Ｗ）＋（Ｄ×Ｗ）） …（３）

ここで、ビーム信号形成部５２が算出する各ビーム信号の一例を図６から図８に示す。図６から図８において、横軸はフェーズドアレイアンテナ１の指向方向に対する角度差を示し、縦軸は信号の振幅を規格化した場合の振幅又は利得を示す。以下、Σビーム信号のサイドローブの角度範囲を「サイドローブ範囲」という。図６は、本実施形態におけるビーム信号形成部５２が算出するΣビーム信号（和信号）とΔＥＬビーム信号（差信号）との一例を示す図である。なお、図６に示す例では、ΔＥＬビームを算出する際に用いる一様のウェイトとして「１」が用いられている。本実施形態のレーダ装置１００は、フェーズドアレイアンテナ１で受信した信号がサイドローブ範囲に含まれる信号であるか否かを判定し、ＳＬＢ処理を行う。

図７は、本実施形態におけるビーム信号形成部５２が算出するΣビーム信号（和信号）とＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号との一例を示す図である。図７に示す例では、ＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を算出する際に用いるウェイトとして、テイラー分布の指向性に対応するウェイトが用いられている。図７に示すように、サイドローブ範囲のほとんどにおいて、ＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅がΣビーム信号の振幅より大きくなっている。すなわち、ＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅とΣビーム信号の振幅とを比較することにより、受信した信号がサイドローブ範囲における信号であるか否かの判定ができる。しかし、ＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅がほぼゼロになるヌル点近傍では、ＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅とΣビーム信号の振幅との大小関係が入れ替わるため、サイドローブ範囲の判定が正しく行えない。

図８は、本実施形態におけるビーム信号形成部５２が算出するΣビーム信号（和信号）と２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号との一例を示す図である。図８に示す例では、ＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を算出する際に用いるウェイトとして、２つのウェイトが用いられている。１つ目のウェイトは、テイラー分布の指向性に対応するウェイトである。２つ目のウェイトは、サブアレイＡ～Ｄに含まれるサブアレイアンテナ１１から予め定めた２つのサブアレイアンテナ１１を選択し、選択したサブアレイアンテナ１１のデジタルＩＱ信号を加算合成するウェイトである。例えば、ウェイトＷ＝［ｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４，ｗ５］の要素のうち任意の２つの値を「１」とし、他の値を「０」とする。このようにして算出される２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号のヌル点は、サイドローブ範囲において異なる角度に表れる。このような２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅とΣビーム信号の振幅とを比較することにより、サイドローブ範囲の判定を正しく行うことができる。

なお、図８に示したウェイトの組み合わせは、一例であり、他の組み合わせを用いてもよい。他の組み合わせを選択する際に満たすべき条件は、以下の条件である。１つ目の条件は、フェーズドアレイアンテナ１のメインローブにおいて、各ＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅（又は利得）がΣビーム信号の振幅（又は利得）より小さい値を有することである。２つ目の条件は、サイドローブ範囲においていずれかのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅がΣビーム信号の振幅より大きい値を有することである。３つ目の条件は、ＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号それぞれのヌル点がサイドローブ範囲において一致しないことである。

上記の条件を満たすウェイトとして、ベイリス分布又はチェビシェフ分布の指向性に対応するウェイトと、サブアレイＡ～Ｄに含まれるサブアレイアンテナ１１のうちｎ個のサブアレイアンテナ１１のデジタルＩＱ信号を加算合成（ｎ合成）するウェイトとを組み合わせて用いてもよい。「ｎ」は、サブアレイＡ～Ｄに含まれるサブアレイアンテナ１１の数より小さい値であって、Σビーム信号のサイドローブにおいて重み付け合成信号の振幅がΣビーム信号の振幅よりも大きくなる値である。このような「ｎ」は、レーダ装置１００を用いた実測値や、シミュレーションの結果に基づいて定めてもよい。また、上記の条件を満たす場合には、テイラー分布の指向性に対応するウェイトと、ベイリス分布又はチェビシェフ分布の指向性に対応するウェイトとを組み合わせてもよい。

本実施形態では、ビーム信号形成部５２は、図８に示したテイラー分布の指向性に対応するウェイトを用いた重み付け合成信号の差を、ＳＬＢ用ΔＥＬ１ビーム信号としてＳＬＢ処理部５６へ供給し、ｎ合成のウェイトを用いた重み付け合成信号の差をＳＬＢ用ΔＥＬ２ビーム信号としてＳＬＢ処理部５６へ供給する。すなわち、ビーム信号形成部５２が、Σビーム信号、ΔＥＬビーム信号、ΔＡＺビーム信号、ＳＬＢ用ΔＥＬ１ビーム信号及びＳＬＢ用ΔＥＬ２ビーム信号をパルス圧縮部５３へ供給する場合について説明する。

図４に戻り、信号処理部５の構成の説明を続ける。パルス圧縮部５３は、ビーム信号形成部５２により形成されたΣビーム信号、ΔＥＬビーム信号、ΔＡＺビーム信号、ＳＬＢ用ΔＥＬ１ビーム信号及びＳＬＢ用ΔＥＬ２ビーム信号を受け付ける。以下、ＳＬＢ用ΔＥＬ１ビーム信号及びＳＬＢ用ΔＥＬ２ビーム信号を、「２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号」という。パルス圧縮部５３は、送信された信号に対して用いられた符号変調又は線形周波数変調に対応した相関値の算出（パルス圧縮処理）を、受け付けた各ビーム信号に対して行う。パルス圧縮部５３は、パルス圧縮処理が施されたΣビーム信号をノイズスレッショルド処理部５４へ供給する。パルス圧縮部５３は、パルス圧縮処理が施された２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号をＳＬＢ処理部５６へ供給する。パルス圧縮部５３は、パルス圧縮処理が施されたΔＥＬビーム信号及びΔＡＺビーム信号を測角部５８へ供給する。

ノイズスレッショルド処理部５４は、パルス圧縮部５３から供給されるΣビーム信号に含まれるフェーズドアレイアンテナ１におけるノイズなどを除去する。ノイズの除去は、受信ごとに計測される雑音信号の振幅に基づいてしきい値が設定され、しきい値以下の信号を除去することにより行われる。ノイズスレッショルド処理部５４は、ノイズが除去されたΣビーム信号をＣＦＡＲ処理部５５へ供給する。ＣＦＡＲ処理部５５は、供給されたΣビーム信号に対するＣＦＡＲ処理により、Σビーム信号に物体で反射した反射波の成分の有無、すなわち物体の有無を判定する。ＣＦＡＲ処理部５５は、物体があると判定した場合、Σビーム信号をＳＬＢ処理部５６へ供給する。ＣＦＡＲ処理部５５は、物体がないと判定した場合、Σビーム信号を出力せずに棄却する。

ＳＬＢ処理部５６は、ＣＦＡＲ処理部５５から供給されるΣビーム信号と、パルス圧縮部５３から供給される２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号とを受け付ける。ＳＬＢ処理部５６は、Σビーム信号の振幅と、２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅それぞれとを比較する。Σビーム信号の振幅が２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅それぞれより大きい場合、ＳＬＢ処理部５６は、Σビーム信号をΣビーム信号のメインローブ方向から到来した信号と判定し、Σビーム信号を測距部５７及び測角部５８へ供給する。一方、Σビーム信号の振幅が２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅のいずれか又は両方より小さい場合、ＳＬＢ処理部５６は、Σビーム信号をΣビーム信号のサイドローブ方向から到来した信号と判定し、Σビーム信号を棄却する。このように、ＳＬＢ処理部５６は、Σビーム信号を棄却するか否かを判定してΣビーム信号を棄却する処理（ＳＬＢ処理）に、２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を判定時のしきい値として用いる。

測距部５７は、ＳＬＢ処理部５６から供給されるΣビーム信号と、送信アンテナから送信された信号とに基づいて、物体までの距離を算出する。測距部５７は、算出した距離を外部の装置へ出力したり、信号処理部５に備えられるメモリなどの記憶部へ距離を記憶させたりする。測角部５８は、測角方式としてモノパルス方式を用いて、ＳＬＢ処理部５６から供給されるΣビーム信号と、パルス圧縮部５３から供給されるΔＥＬビーム信号及びΔＡＺビーム信号とに基づいて、反射波の到来方向を特定する。測角部５８は、到来方向として、方位角（ＡＺ測角値）と仰角（ＥＬ測角値）とを特定する。測角部５８は、特定した方位角及び仰角を外部の装置へ出力したり、信号処理部５に備えられるメモリなどの記憶部へ方位角及び仰角を記憶させたりする。

レーダ装置１００において、ビーム信号形成部５２が、フェーズドアレイアンテナ１で受信された信号から、ＳＬＢ処理に用いるＳＬＢ判定用の信号を算出することにより、補助アンテナを用いずにサイドローブ方向から到来する不要波を棄却して、不要波の影響を抑圧できる。また、レーダ装置１００は、補助アンテナを必要としないので、構成を複雑にせずに、また製造コストの増加を抑制できる。

また、レーダ装置１００において、ビーム信号形成部５２が複数のＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を算出し、ＳＬＢ処理部５６が複数のＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号をＳＬＢ処理に用いることにより、到来方向がサイドローブ範囲に含まれるか否かの判定を精度よく行うことができる。また、レーダ装置１００は、複数のＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を用いてＳＬＢ処理を行うことにより、シークラッタやグランドクラッタなどの不要波の影響を抑えた物体の検知を行うことができる。

また、レーダ装置１００のサブアレイアンテナ１１では、重み付けを用いない一様の加算合成によりアナログの受信ＲＦ信号を生成する。フェーズドアレイアンテナ１に備えられる多数のサブアレイアンテナ１１を簡易な構成とすることにより、レーダ装置１００の製造コストを抑え、メンテナンス性を向上させることができる。

また、レーダ装置１００において、測角に用いるΔＥＬビーム信号を算出する際にウェイトを用いることにより、ビーム信号形成部５２における演算処理を複雑にせずに、複数のＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を算出することができる。

また、レーダ装置１００において、信号処理部５として汎用コンピュータを用いる場合には、信号処理部５が有する機能をソフトウェアで実装すればよく、複数のＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の算出に用いるウェイトをレーダ装置１００の運用時の状況に応じて容易に変更することができる。また、ソフトウェアで実装することにより、同時に算出するＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の数を容易に変更できる。また、信号処理部５として専用の回路又は装置を用いる必要がないため、レーダ装置１００の製造コストを抑えることができる。

また、レーダ装置１００において、Ａ／Ｄ変換ユニット２１において受信ＲＦ信号を直接サンプリングしてデジタル信号へ変換することにより、受信ＲＦ信号をベースバンドの信号に変換する周波数変換器が不要となり、デジタルＩＱ信号へのノイズなどの不要な信号の混入を抑えることができる。また、周波数変換器が不要となることにより、レーダ装置１００の製造コストを抑えることができる。

なお、本実施形態では、ビーム信号形成部５２が２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を算出し、ＳＬＢ処理部５６が２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号をサイドローブ範囲の判定に用いる動作を説明したが、これに限定されない。例えば、ビーム信号形成部５２が３つ以上のＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を算出し、ＳＬＢ処理部５６が３つ以上のＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号をサイドローブ範囲の判定に用いてもよい。この場合、ＳＬＢ処理部５６は、Σビーム信号の振幅がすべてのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅より大きい場合、メインローブ方向から到来した反射波の信号が含まれると判定する。一方、ＳＬＢ処理部５６は、Σビーム信号の振幅が少なくとも一つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号の振幅より小さい場合、サイドローブ方向から到来した反射波の信号が含まれると判定し、Σビーム信号を棄却する。

また、本実施形態では、２つのＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を用いて仰角（Elevation）方向におけるサイドローブ範囲の判定を行う動作を説明したが、ＳＬＢ処理部５６は、２つのＳＬＢ用ΔＡＺビーム信号を用いて方位角（Azimuth）方向におけるサイドローブ範囲について判定してＳＬＢ処理を行ってもよい。

また、本実施形態では、ＳＬＢ処理部５６をＣＦＡＲ処理部５５と測距部５７との間に設ける構成について説明したが、ＳＬＢ処理部５６は、パルス圧縮部５３とノイズスレッショルド処理部５４との間、又は、ノイズスレッショルド処理部５４とＣＦＡＲ処理部５５との間に設けてもよい。

また、フェーズドアレイアンテナ１の指向方向の変更は、走査制御器４による移相器１０３の制御だけでなく、フェーズドアレイアンテナ１を回転又は移動させる機械装置を用いて行ってもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、フェーズドアレイアンテナ１の開口面を分割した分割開口面それぞれに対応するサブアレイＡ～Ｄで受信されるデジタルＩＱ信号（受信信号）を加算してΣビーム信号（和信号）を算出し、分割開口面ごとのサブアレイＡ～ＤのデジタルＩＱ信号を重み付け加算した重み付け合成信号を異なるウェイト（重み係数）ごとに算出し、分割開口面ごとにデジタルＩＱ信号を重み付け加算した重み付け合成信号間の差としてＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号を異なるウェイトごとに算出するビーム信号形成部５２（信号形成部）と、異なるウェイトごとに算出されたＳＬＢ用ΔＥＬビーム信号それぞれよりΣビーム信号が大きい場合、Σビーム信号に基づいてフェーズドアレイアンテナ１の指向方向における物体を検出するＣＦＡＲ処理部５５、測距部５７及び測角部５８（検出部）とを持つことにより、補助アンテナを備えずとも反射波の到来方向がサイドローブ範囲にふくまれるか否かを判定でき、サイドローブ方向から到来する干渉波やクラッタ反射波などの不要波による影響を抑圧できる。

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同様に、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ものである。

１…フェーズドアレイアンテナ（アレイアンテナ）、２…信号変換部、３…クロック発生器、４…走査制御器、５…信号処理部、１１…サブアレイアンテナ、２１…Ａ／Ｄ変換ユニット、２２…Ｐ／Ｓ変換回路、５２…ビーム信号形成部（信号形成部）、５３…パルス圧縮部、５４…ノイズスレッショルド処理部、５５…ＣＦＡＲ処理部（検出部）、５６…ＳＬＢ処理部、５７…測距部（検出部）、５８…測角部（検出部）、１００…レーダ装置、１０１…アンテナ素子、１０２…増幅器、１０３…移相器、１０４…合成回路、１０５…増幅器、１０６…アナログフィルタ、２１１…ＰＬＬ回路、２１２…Ａ／Ｄ変換器、２１３…直交検波器

Claims (4)

1. アレイアンテナと、
   前記アレイアンテナの開口面を分割した４つの分割開口面それぞれに対応するサブアレイで受信される受信信号を加算して和信号を算出し、前記４つの分割開口面のうちの２つの分割開口面の前記サブアレイで受信される受信信号を、重み係数を使用することにより重み付け加算して第１の加算信号を算出し、前記４つの分割開口面のうち前記２つの分割開口面を除く２つの分割開口面の前記サブアレイで受信される前記受信信号を重み付け加算して第２の加算信号を算出し、前記第１の加算信号の算出に使用された前記受信信号を、前記第１の加算信号の算出に使用された前記重み係数と異なる重み係数を使用することにより重み付け加算して第３の加算信号を算出し、前記第２の加算信号の算出に使用された前記受信信号を、前記第２の加算信号の算出に使用された前記重み係数と異なる重み係数を使用することにより重み付け加算して第４の加算信号を算出し、前記第１の加算信号と前記第２の加算信号との差である第１の差信号を算出し、前記第３の加算信号と前記第４の加算信号との差である第２の差信号を算出する信号形成部と、
   前記第１の差信号および前記第２の差信号よりも前記和信号が大きい場合、前記和信号に基づいて前記アレイアンテナの指向方向における物体を検出し、前記第１の差信号および前記第２の差信号のいずれか又は両方よりも前記和信号が小さい場合、前記物体を検出しない検出部と、
   を備えるレーダ装置。
2. 前記信号形成部は、前記第１の差信号および前記第２の差信号を、前記アレイアンテナによる受信ごとに同時に算出する、
   請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記サブアレイそれぞれは、複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられた移相器と、前記移相器それぞれの出力を加算合成することにより前記受信信号を生成するアナログ回路とを備える、
   請求項１又は請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記重み係数は、前記アレイアンテナのサイドローブの任意の角度において、前記第１の差信号および前記第２の差信号のいずれかの振幅が、前記和信号の振幅より大きくなる値を有する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーダ装置。

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