JPH07234276A

JPH07234276A - 角度検出装置及び角度検出方法及びレーダ装置

Info

Publication number: JPH07234276A
Application number: JP2560194A
Authority: JP
Inventors: Masa Mitsumoto; 雅三本; Takahiko Sugimoto; 多佳彦杉本; Takahiko Fujisaka; 貴彦藤坂; Tomomasa Kondo; 倫正近藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1994-02-23
Publication date: 1995-09-05
Anticipated expiration: 2017-12-09
Also published as: JP3353991B2

Abstract

(57)【要約】【目的】マルチパルス反射波による干渉のある状態で
短時間に目標の存在する角度を検出する角度検出装置を
得る。【構成】受信信号の和成分を生成する和信号生成手段
と、受信信号の差成分を生成する差信号生成手段と、こ
の和と差の各信号を局部発振信号とミキシングしてコヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、得られた複素数の和信号と差信号から複素除算をす
る複素除算手段と、この複素除算の結果は複素平面上で
ほぼ円を描くとし、複数の受信信号に対応する複数の上
記複素除算の結果がこの円上にあるとして円の中心値を
求める円中心演算手段と、円中心演算手段出力の円の中
心値から角度を求める角度変換手段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、飛翔体等の目標の角
度情報を検出する角度情報検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の角度情報検出装置では、いわゆる
公知のモノパルス方式を利用して、目標の存在する方位
ならびに高さ（仰角）方向の角度情報を得ている。特
に、このモノパルス方式で低仰角目標の仰角を測定する
時には、目標からの直接波の到来角と、一度地面あるい
は海面で反射した後に受信される反射波（以下、マルチ
パス反射波と記す）の到来角の差が小さく、２波が干渉
した状態で観測されるので、それをふまえた角度情報検
出方式が使用される。

【０００３】到来波が１つの時モノパルス測角方式での
和差除算信号のＳ＝Δ／Σは、次の式（１）で表され
る。Ｓ＝Ｓ₁ （ｆ，θ₀，θ）（１）ｆ：使用周波数 θ₀：主ビームの方向 θ ：到来角という実関数になり、観測時のｆとθ₀が決まれば、更
に次の式（２）で表される。Ｓ＝Ｓ₁（θ）（２）上記一般式に対して、観測時の値を観測値Ｓ_xとすれ
ば、このＳ_xより逆算してθ_xは次の式（３）で求ま
る。 θ_x＝Ｓ₁ ^-1（Ｓ_x）（３）式（３）の計算を行なうことで到来角θ_xを求めること
ができる。一般にこのＳ₁（θ) は図１９に示すように
θに対して非線形である。ところで、到来波が２つの場
合、Ｓは次の式（４）となる。Ｓ＝Ｓ₂（ｆ，θ₀，Ｓ₁（θ_t），Ｓ₁（θ_i），φ，ρ）（４） θ_t：直接波の到来角 θ_i：反射波の到来角 φ ：直接波と反射波の位相差 ρ ：直接波と反射波の振幅比即ち、複素関数になり、従来のモノパルス方式では対応
できない。また、観測される複素数のＳから実数部ある
いは絶対値を得ることで実数化してモノパルス方式を適
応した場合には、大きな誤差が生じる。

【０００４】これを改良した第２の従来例として次のも
のがある。図２０は例えば、ＳａｍｕｅｌＭ．Ｓｈｅ
ｒｍａｎ；”ＭｏｎｏｐｕｌｓｅＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓ
ａｎｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，ＡｒｔｅｃｈＨ
ｏｕｓｅに示された従来の角度情報検出装置の基本構成
図であり、説明を簡単にするために送信と受信が分かれ
ている例である。図２０で、１は送信アンテナ、２は安
定化局部発振器、３はコヒーレント発振器、４は周波数
変換手段、５はタイミング発生手段、６は受信アンテ
ナ、７は和信号生成手段、８は差信号生成手段、９はミ
キサ、１０は位相検波手段、１１はπ／２移相手段、１
２はＡ／Ｄ変換手段、１３は複素除算手段、１４は複素
角度変換手段である。図２１は仰角に対する図２０の受
信アンテナ６ａと６ｂ、和信号生成手段７、差信号発生
手段８の出力を示すものであり、１０３ａ、１０３ｂは
それぞれ図１４の受信アンテナ６ａ、６ｂの出力、１０
４は１０３ａ、１０３ｂの和である和信号生成手段７の
出力、１０５は１０３ａ、１０３ｂの差である差信号発
生手段８の出力である。また図２２は直接波とマルチパ
ス反射波が干渉している時の図２０の複素除算手段１３
の出力を示すものであり、１００ｂは目標がある一定高
度を移動する時の仰角に応じた、雑音などがない場合の
複素除算手段１３の出力が複素平面上で描く軌跡であ
り、１０１ｅ、１０１ｆ、１０１ｇは目標がある位置に
存在する時に得られる雑音などを含む複素除算手段１３
の観測値出力である。１０６ａ、１０６ｂと１０６ｃ、
１０６ｄと１０６ｅはそれぞれ観測値出力１０１ｅ、１
０１ｆ、１０１ｇから最も近い軌跡１００ｂ上の選択点
である。

【０００５】本第２の従来例の基本的な考えは以下の通
りである。反射波を考慮したマルチパルスに対し、図２
３のようなモデルに対して、従来のモノパルス方式を次
の式（５）で近似する。Ｓ＝Ｓ₁（θ）≒αθ （５）つまり、図１９の斜線部分で観測が行われることを想定
する。さらに、以下の式（６）〜（８）の仮定をおく。 θ_i＝−θ_t （６）

【０００６】

【数１】

【０００７】 ρ≒１（８）この結果、Ｓを次の入力に対応する式（９）の複素関数
で表せる。Ｓ＝Ｓ₂₁（ｆ，θ₀，θ_t）（９）そして、観測時のｆとθ₀ごとに、Ｓ＝Ｓ₂₁（θ_t）（１０）を用意して観測値として複素数Ｓ_cが得られた時には、
次式（１１）で表せるとして、その値に最も近い値Ｓ_cx
を得るθ_cxを目標仰角とする。Ｓ_c≒Ｓ_cx＝Ｓ₂₁（θ_cx）（１１）つまり、図２２に示すように、複素平面上で観測時のｆ
とθ₀ごとにあらかじめ仰角に対する複素関数Ｓ₂₁（θ
_t）の軌跡１００ｂをテーブル化して保存しておき、観
測結果の点１０１ｅに最も近い軌跡上の点１０６ａを選
び、その点における仰角を目標仰角とする。

【０００８】上記角度情報検出装置の動作を図２０に基
づいて説明する。安定化局部発振器２とコヒーレント発
振器３で生成された信号は、周波数変換手段４に入力さ
れて高周波パルスとなり、コヒーレント発振器３の位相
情報を基準としてタイミング発生手段５によって制御さ
れるタイミングで、送信アンテナ１によって捜索空間に
放射される。捜索空間のある位置に存在する目標からの
反射信号は、直接、あるいは一度地面あるいは海面で反
射した後、地面と垂直方向に並べて配置された２つの受
信アンテナ６ａと６ｂで受信される。図２１で示すよう
な２つの受信アンテナ６ａと６ｂの出力１０３ａと１０
３ｂは、その和成分１０４を出力する和信号生成手段７
と、差成分１０５を出力する差信号発生手段８に入力さ
れる。和信号生成手段７および差信号発生手段８の出力
はそれぞれ、安定化局部発振器２の出力によりミキサ９
ａと９ｂで中間周波数（ＩＦ）信号に変換される。２つ
のミキサ９ａと９ｂの出力は、コヒーレント発振器３の
出力を基準としてそれぞれ位相検波手段１０ａと１０ｃ
で同相成分の信号に、コヒーレント発振器３の出力を基
準としてπ／２移相手段１１により位相検波手段１０ｂ
と１０ｄで直交成分の信号に変換される。位相検波手段
１０ａ〜１０ｄの出力はＡ／Ｄ変換手段１２ａ〜１２ｄ
に入力されＡ／Ｄ変換されて出力される。Ａ／Ｄ変換手
段１２ａ〜１２ｄの出力は、複素除算手段１３に入力さ
れ、複素数の和信号（以下Σと記す）と複素数の差信号
（以下Δと記す）の複素除算Δ／Σを行なった結果が出
力される。

【０００９】複素角度変換手段１４は複素除算手段１３
の複素出力から目標仰角を求めて出力するが、その求め
方を図２２を用いて説明する。受信アンテナ６で形成さ
れるビームの幅、ビームノーズの方向、アンテナの高
さ、使用周波数が既知であれば、マルチパス反射波以外
の雑音等による外乱が無い状態での複素数のΔ／Σの値
は、目標の存在する仰角に応じて、複素平面上で図１６
の軌跡１００ｂを描くことがあらかじめ分かる。このと
き、ある観測値１０１ｅが得られた場合には、最も近い
選択点１０６ａに相当する仰角を目標の仰角とする。そ
こで、複素角度変換手段１４では図２２の軌跡１００ｂ
（以下、複素仰角軌跡と記す）を、あらかじめ取得して
おき、複素除算手段１３の出力から上述の手段で目標仰
角を求め出力する。

【００１０】更に第３の従来例がある。特開平５−１９
６７２５では、図２４のようなモデルに対して、従来の
モノパルス方式の式（５）で扱える範囲を想定し、式
（１２）〜式（１４）と近似する。

【００１１】

【数２】

【００１２】こうすると式（４）は次のように表せる。Ｓ＝Ｓ₂₂（ｆ，ｈ_t，ｈ_a，Ｒ，ρ）（１５）この式（１５）で、Ｓ₂₂の実数部分Ｒ_e（Ｓ₂₂）と、Ｓ
の偏角ａｒｇ（Ｓ₂₂）について次の式が成立することを
利用して、ｈ_tを求める。

【００１３】

【数３】

【００１４】つまり、複素平面上の仰角に対する複素関
数の軌跡を直接使うのではなく、その複素関数の偏角を
ある変数（時間や周波数）で微分した値と複素関数の実
数部の値で目標高度を求める。この方法によれば、観測
結果が図１６の点１０１ｆのような場合であっても、点
１０７ａから点１０７ｂへの偏角の微分値と、点１０７
ｃから点１０７ｄへの偏角の微分値は異なるので、あい
まいさなく目標高度を求めることができる。

【００１５】さらにΔ／Σの複素除算のｘ、ｙ値を他の
手段で直接求める第４の実施例もある。これは、Ｓｙｍ
ｏｎｄｓとＳｍｉｔｈが提案した方法で、Ｒａｄａｒ−
Ｐｒｅｓｅｎｔ＆ＦｕｔｕｒｅＩＥＥ１９７３のＭ
ＵＬＴＩ−ＦＲＥＱＵＥＮＣＹＣＯＭＰＬＥＸ−ＡＮＧ
ＬＥＴＲＡＣＫＩＮＧＯＦＬＯＷ−ＬＥＶＥＬＴ
ＡＲＧＥＴＳで示されたものである。この方法によれ
ば、従来のモノパルス方式を式（５）近似できる範囲
で、Ｓ＝Ｓ₁（θ）＝θ （１８）となるように振幅制御を行なう手段を設ける。その上
で、式（４）の実数部ｘと虚数部ｙを、ｘ＝Ｒ_e（Ｓ₂）＝Ｓ₂ｒ₁（ｆ，θ₀，θ_t，θ_i，φ，ρ）（１９）ｙ＝Ｉ_m（Ｓ₂）＝Ｓ₂ｉ₁（ｆ，θ₀，θ_t，θ_i，φ，ρ）（２０）として、φに注目すると、（ｘ−Ｃ₁）²＋ｙ² ＝ｒ₁ ²（ｃｏｓ²φ＋ｓｉｎ²φ）＝ｒ₁ ² （２１）となり、これはｘ−ｙ平面における中心（Ｃ₁，０）、
半径ｒ₁の円の形式である。このとき、中心ｘ座標
Ｃ₁、半径ｒ₁はそれぞれ次のような関数である。Ｃ₁＝Ｃ₁（ｆ，θ₀，θ_t，θ_i，ρ）（２２）ｒ₁＝ｒ₁（ｆ，θ₀，θ_t，θ_i，ρ）（２３）このＣ₁とｒ₁についてρを消去すると、Ｃ₁ ²−ｒ₁ ²＋θ_t・θ_i ＝Ｃ₁（θ_t＋θ_i）（２４）という式を得る。ここで、図２４のようなモデルを想定
し、式（２４）でθ_tとθ_iについて式（１２）、（１
３）と同様な近似を行なうと次式が得られるので、Ｃ₁
とｒ₁が決まればｈ_tを求めることができる。このＣ₁
とｒ₁は、φが式（２６）のような関数であることから
式（２６）が成立する。

【００１６】

【数４】

【００１７】異なる複数の周波数によりφを変えた式
（２１）における複数のｘとｙから求めることができ
る。ここでは、最小自乗法を用いて求めている。即ち、
複素平面の半径と中心を求め、この２つの値から目標ま
での高度または角度を求めるものである。更に、この従
来例は式（１８）の振幅制御が必要である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】レーダでは、通常、観
測領域よりもアンテナビームの立体角は小さいため、観
測領域全体を観測するためには、主ビームは様々な方向
を向く必要がある。そのため第２の従来例の角度情報検
出装置では、主ビーム毎に複素仰角軌跡を用意する必要
があるという問題点や、図２２の観測値１０１ｆや１０
１ｇの場合、複素仰角軌跡上ではそれぞれ１０６ｂか１
０６ｃ、１０６ｄか１０６ｅが得らるのであいまいさが
有る。特に遠距離の目標に対してはそのあいまいさのた
め、目標の仰角から計算される目標高度が大きく変化す
るという課題があった。更に、第３及び第４の従来例で
は、扱える距離の範囲を限定し、また反射面を平面と仮
定しているので、距離が遠くなった場合に確度が低下す
るという課題があった。更に、第３の従来例は微分値か
ら軌跡を求めるものであり、複雑な演算を必要とする。
第４の従来例では、複素円の半径と中心の両方を求め、
高度を求める演算が必要で、演算時間がかかり、また振
幅制御手段も必要であるという課題があった。

【００１９】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、複素仰角軌跡から実数軸上のＳを
求め、これから迎角を求めるようにした。即ち、マルチ
パス反射波による干渉のある状態で、距離の如何にかか
わらず、正確に目標の存在する角度を検出する角度情報
検出装置を得ることを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る角度検出
装置は、受信信号の和成分を生成する和信号生成手段
と、受信信号の差成分を生成する差信号生成手段と、こ
の和と差の各信号を局部発振信号とミキシングしてコヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、得られた複素数の和信号と差信号から複素除算をす
る複素除算手段と、この複素除算の結果は複素平面上で
ほぼ円を描くとし、複数の受信信号に対応する複数の上
記複素除算の結果がこの円上にあるとして円の中心値を
求める円中心演算手段と、円中心演算手段出力の円の中
心値から角度を求める角度変換手段とを備えた。

【００２１】この発明に係る角度検出装置は、周波数可
変発振器を持って異なる送信周波数で目標に電波を送信
する送信手段と、この送信手段出力の送信信号の反射波
である受信信号の和成分を生成する和信号生成手段と、
受信信号の差成分を生成する差信号生成手段と、これら
和と差各信号を局部発振信号とミキシングしてコヒーレ
ント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得て、得
られた複素数の和信号と差信号から複素除算をする複素
除算手段と、この複素除算の結果は複素平面上でほぼ円
を描くとし、異なる送信周波数対応の複数の受信信号に
対応する複数の上記複素除算の結果がこの円上にあると
して円の中心値を求める円中心演算手段と、この円中心
演算手段出力の円の中心値から角度を求める角度変換手
段とを備えた。

【００２２】また更に、円中心演算手段を第１の円中心
演算手段とし、また時間的に異なる時刻の受信信号によ
る複素除算結果に基づく複素平面上の円中心を求める第
２の円中心演算手段と、この第１の円中心演算手段出力
と第２の円中心演算手段出力とを比較して前回観測値か
らの変化の連続性が得られる出力を選択する入力値選択
手段とを備え、該入力値選択手段の出力を角度変換手段
に与えるようにした。

【００２３】また更に、円中心演算手段を第１の円中心
演算手段とし、また発振周波数が第１の円中心演算手段
のための送信信号とは異なる送信信号に対応する受信信
号による複素除算結果に基づいて複素平面上の円中心を
求める第２の円中心演算手段と、第１の円中心演算手段
出力と第２の円中心演算手段出力とを比較して前回観測
値からの変化の連続性が得られる出力を選択する入力値
選択手段とを備え、この入力値選択手段の出力を角度変
換手段に与えるようにした。

【００２４】更にまた、受信信号の和と差の各信号をコ
ヒーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、更に複数の受信信号対応でコヒーレント積分して複
数の複素数の和信号と差信号を得る第１から第ｎのコヒ
ーレント積分手段と、また複素除算手段は、上記第１か
ら第ｎのコヒーレント積分手段出力に対応して、上記各
積分手段で得られた複素数の和信号と差信号から複素除
算をする第１から第ｎの各複素除算手段とし、円中心演
算手段は、上記各複素除算の結果は複素平面上でほぼ円
を描くとし複数の受信信号に対応する複数の上記複素除
算の結果が円上にあるとして円の中心値を求める対応す
る第１から第ｎの円中心演算手段とし、更に角度演算手
段は、対応して上記各円中心演算手段出力の円の中心値
から角度を求める第１から第ｎの角度変換手段とした。

【００２５】更にまた、受信信号の和と差の各信号をコ
ヒーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、更に複数の受信信号対応でコヒーレント積分して複
数の複素数の和信号と差信号を得る第１から第ｎのコヒ
ーレント積分手段と、また複素除算手段は、上記第１か
ら第ｎのコヒーレント積分手段出力に対応して、上記各
積分手段で得られた複素数の和信号と差信号から複素除
算をする第１から第ｎの各複素除算手段とし、円中心演
算手段は、上記各複素除算の結果は複素平面上でほぼ円
を描くとし複数の受信信号に対応する複数の上記複素除
算の結果が円上にあるとして円の中心値を求める対応す
る第１１から第ｎ１の円中心演算手段とし、時間的に異
なる時刻または周波数の異なる受信信号による同様な複
素除算結果に基づく複素平面上の円中心を求める第１２
から第ｎ２の円中心演算手段と、また入力選択手段は、
上記第１１と上記第１２の円中心演算手段出力とを比較
して前回観測値からの変化の連続性が得られる出力を選
択する第１の入力値選択手段から、上記第ｎ１と上記第
ｎ２の円中心演算手段出力とを比較して同様構成動作で
選択する第ｎの入力選択手段までとし、更に角度変換手
段として、上記第１から第ｎの入力選択手段に対応して
円の中心値から角度を求める第１から第ｎの角度変換手
段を備えた。

【００２６】また更に、受信信号の和、差各信号をコヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得て
コヒーレント積分するコヒーレント積分手段と、このコ
ヒーレント積分手段の出力から目標速度を求める目標速
度検出手段と、この目標速度検出手段が算出した目標の
速度から観測時間の間隔を定めるタイミング制御手段を
備え、この制御手段で定められたタイミングで受信信号
の観測をするようにした。

【００２７】また更に、受信信号の和、差各信号をコヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得て
コヒーレント積分するコヒーレント積分手段と、このコ
ヒーレント積分手段の出力から目標速度を求める目標速
度検出手段と、この目標速度検出手段が算出した目標の
速度から送信周波数の使用周波数間隔を定める周波数設
定手段を備え、この設定周波数数間隔で送信信号の発信
周波数を変えて観測をするようにした。

【００２８】また更に、和信号生成手段、差信号生成手
段、複素除算手段、円中心演算手段と角度変換手段を各
複数組備え、各々異なる方向に対する角度を求めるよう
にした。

【００２９】また更に、周波数可変送信手段、和信号生
成手段、差信号生成手段、複素除算手段、円中心演算手
段と角度変換手段を各複数組備え、発振周波数を変えて
各々異なる方向に対する角度を求めるようにした。

【００３０】この発明に係る角度検出方法は、受信信号
にマルチパス反射波がないとして、受信信号の差信号と
受信信号の和信号の除算値を到来角に対する関数形とし
て計算、記憶するステップと、実際の受信信号から差信
号と和信号を求め、得られた差・和信号から更に複素除
算するステップと、上記実受信信号の複素除算をして虚
数値と実数値を得る演算を複数回繰り返すステップと、
上記複数回の複素除算結果の虚数値と実数値から各点を
通る円の中心を求めるステップと、上記得られた円の中
心の値から上記関数形を参照して到来角を求めるステッ
プとを備えた。

【００３１】この発明に係るレーダ装置は、レーダ用の
送信電波を発射する送信アンテナと、この送信電波に対
応する受信波を受信する複数の受信アンテナと、上記受
信信号の和成分を生成する和信号生成手段と、差成分を
生成する差信号生成手段と、この和と差の各信号を局部
発振信号とミキシングしコヒーレント発振信号で位相検
波して各直交位相成分を得て、得られた複素数の和信号
と差信号から複素除算をする複素除算手段と、この複素
除算の結果は複素平面上で円を描くとして、異なる送信
周波数対応の複数の受信信号に対応する複数の上記複素
除算の結果から円の中心値を求める第１の演算手段と、
この第１の演算手段出力の円の中心値から角度を求める
角度変換手段と、得られた角度を表示する表示手段を備
えた。

【００３２】

【作用】この発明の角度検出装置は、受信信号の和信号
と差信号の複素除算結果が少なくとも３回出され、これ
らの値から複素円の中心値が得られる。更に、この複素
平面上の実軸上の円の中心値から角度が直接得られる。

【００３３】この発明の角度検出装置は、送信側で発振
周波数が少なくとも３回変えられ、対応して得られる受
信信号の和信号と差信号の複素除算結果が得られて、こ
れらの値から複素円の中心値が得られる。更に、この複
素平面上の実軸上の円の中心値から角度が直接得られ
る。

【００３４】また、受信信号の和信号と差信号の複素除
算結果が３回以上の演算を１組として、複数組算出さ
れ、これら各組の値の連続性から複素円の中心値が得ら
れる。更に、この複素平面上の実軸上の円の中心値から
角度が直接得られる。

【００３５】また、送信側で発振周波数が３回以上変え
られて１組として、更に複数組変えられ、対応して得ら
れる受信信号の和信号と差信号の複素除算結果が得られ
て、これら各組の値の連続性から複素円の中心値が得ら
れる。更に、この複素平面上の実軸上の円の中心値から
角度が直接得られる。

【００３６】また、コヒーレント積分手段単位で、異な
るドップラ周波数の目標毎の受信信号の和信号と差信号
の複素除算結果が少なくとも３回出され、これらの値か
ら複素円の中心値が得られる。更に、この複素平面上の
実軸上の円の中心値から各目標の角度がそれぞれ直接得
られる。

【００３７】また、コヒーレント積分手段単位で、異な
るドップラ周波数の目標毎の受信信号の和信号と差信号
の複素除算結果が３回以上の演算を１組として、複数組
算出され、これら各組の値の連続性から複素円の中心値
が得られる。更に、この複素平面上の実軸上の円の中心
値から各目標の角度がそれぞれ直接得られる。

【００３８】また、目標の速度信号が得られ、この速度
を基に受信のタイミングが定められて、受信信号の和信
号と差信号の複素除算結果が少なくとも３回出され、こ
れらの値から複素円の中心値が得られる。更に、この複
素平面上の実軸上の円の中心値から各目標の角度がそれ
ぞれ直接得られる。

【００３９】また、目標の速度信号が得られ、この速度
を基に送信の発振周波数が定められて、対応して受信信
号の和信号と差信号の複素除算結果が少なくとも３回出
され、これらの値から複素円の中心値が得られる。更
に、この複素平面上の実軸上の円の中心値から各目標の
角度がそれぞれ直接得られる。

【００４０】また、複数組の角度検出装置が設けられ、
受信時刻をずらしてそれぞれ異なる平面に対する目標と
の角度が得られる。

【００４１】また、複数組の角度検出装置が設けられ、
発振周波数が変えられて、対応する受信信号からそれぞ
れ異なる平面に対する目標との角度が得られる。

【００４２】この発明の角度検出方法は、受信信号の差
と和の信号が得られ、更にそれらの複素除算が得られ、
複素平面上の中心値が得られ、マルチパスがないとした
場合の関数形から角度が得られる。

【００４３】この発明のレーダ装置は、送信電波が送信
アンテナから出され、目標からの反射波が受信アンテナ
から受信され、複素平面上の円の中心値が得られて、角
度が求まり、表示装置に目標が表示される。

【００４４】

【実施例】実施例１．本発明の基本的な考え方を説明す
る。まずモノパルスでの式（２）が成立しているものと
する。そして、式（４）の実数部ｘと虚数部ｙを式（２
７）、（２８）で表す。ｘ＝Ｒ_e（Ｓ₂）＝Ｓ₂ｒ₂（ｆ，θ₀，Ｓ₁（θ_t），Ｓ₁（θ_i），φ，ρ）（２７）ｙ＝Ｉ_m（Ｓ₂）＝Ｓ₂ｉ₂（ｆ，θ₀，Ｓ₁（θ_t），Ｓ₁（θ_i），φ，ρ）（２８）いま、φに注目すると式（２９）が得られる。ｘ²＋（ｙ−Ｃ₂）² ＝ｒ₂ ²（ｃｏｓ²φ＋ｓｉｎ²φ）＝ｒ₂ ² （２９）これはｘ−ｙ平面の中心（０，Ｃ₂）、半径ｒ₂の円の
形式である。このとき、中心ｙ座標Ｃ₂と半径ｒ₂はそ
れぞれ次のような関数である。Ｃ₂＝Ｃ₂（ｆ，θ₀，Ｓ₁（θ_t），Ｓ₁（θ_i），ρ）（３０）ｒ₂＝ｒ₂（ｆ，θ₀，Ｓ₁（θ_t），Ｓ₁（θ_i），ρ）（３１）ここで、Ｓ₁（θ）＝ｄ（θ）／Ｓ（θ）（３２）Ｓ（θ）：θにおけるΣ成分ｄ（θ）：θにおけるΔ成分とすると、Ｃ₂は式（３３）で表せる。ρの値が小さい
と仮定すれば、Ｃ₂は式（３４）となる。

【００４５】

【数５】

【００４６】得られたＳ₁（θ_t）より、通常のモノパ
ルスと同じ方法でθ_tが得られる。つまり、中心が決ま
ればθ_tが求められる。この中心は、第４の従来例と同
様にφが式（２６）で表される関数であることから、目
標が動いている場合には、ある一定間隔で複数回観測す
ることで目標との距離が変化してφが変化した状態の式
（２９）における複数のｘとｙから求めることができ
る。次に、本発明で重要な観測された複数のΔ／Σの実
数部と虚数部より、円の中心を求める方法を示す。い
ま、観測の結果得られる複素観測値ｘ_n＋ｊｙ_nについ
てｘ_n ²＋（ｙ_n−Ｃ）²＝ｒ² （３５）が成立するなら２点（ｘ₁，ｙ₁），（ｘ₂，ｙ₂）よ
り、

【００４７】

【数６】

【００４８】上記よりＣが求められる。しかし、観測時
にｙ₁≒ｙ₂となる場合がありうるため、式（３６）で
求めた値が極端な値をとる可能性がある。そこで、複数
点（ｘ_n，ｙ_n）｛ｎ＝１〜ｍ，ｍ≧３｝より、組合せ
可能なすべての２点について、式（３６）よりＣ_n｛ｎ
＝１〜ｍ，ｍ≧３｝を求める。次にＣ_n｛ｎ＝１〜ｍ，
ｍ≧３｝をソートし真中の値をＣとする。この処理によ
り、分母が０に近いために表れる極端な値をとる可能性
は小さくなる。３点の場合について数値シミュレーショ
ンを行なった。条件は図３に示す値であり、図４のよう
なモデルを仮定している。即ち、反射面は球面であって
よい。比較のため、同じ条件で｜Δ／Σ｜の値を利用し
た通常のモノパルス方式による結果とともに図５に示
す。図５で、実線１２２は上述の処理による結果、点線
１２３は｜Δ／Σ｜を利用した通常のモノパルス方式に
よる結果、一点鎖線１２４は真値である。実線では真の
高度に近い高度が安定して得られている。対象とした距
離範囲での誤差をｒｍｓ値で求めると、｜Δ／Σ｜を利
用する方法と比較して約１／５の誤差である。

【００４９】以下、この発明の実施例の回路構成を図に
基づいて説明する。図１は本発明の一実施例である角度
情報検出装置の構成図である。図１において新規な部分
は１５の第１の入力値保存手段、１６の第１の円中心演
算手段、１７の角度変換手段である。その他の構成要素
は上記従来例の図１４で示したものと同等である。また
図２は直接波とマルチパス反射波が干渉している時の図
１の複素除算手段１３の出力を示すものであり、１００
ａは遠距離の目標がある一定高度を移動する時の仰角に
応じた、雑音などがない場合の複素除算手段１３の出力
による複素仰角軌跡１０１ａ〜１０１ｄは目標がある位
置に存在する時に得られる雑音などを含む複素除算手段
１３の観測値出力、１０２は１００ａを円とした時のそ
の円の中心である。本発明で重要な円中心演算手段は、
図２の中心１０２を求めるものである。

【００５０】この動作を図に基づいて説明する。図１に
おいて、複素除算手段１３の出力までは従来と同様であ
る。即ち、安定化局部発振器２とコヒーレント発振器３
で生成された信号は、周波数変換手段４に入力されて高
周波パルスとなり、コヒーレント発振器３の位相情報を
基準としてタイミング発生手段５によって制御されるタ
イミングで、送信アンテナ１によって捜索空間に放射さ
れる。捜索空間のある位置に存在する目標からの反射信
号は、直接、あるいは一度地面あるいは海面で反射した
後、地面と垂直方向に並べて配置された２つの受信アン
テナ６ａと６ｂで受信される。２つの受信アンテナ６ａ
と６ｂの出力は、その和成分を出力する和信号生成手段
７と、差成分を出力する差信号発生手段８に入力され
る。和信号生成手段７および差信号発生手段８の出力は
それぞれ、安定化局部発振器２の出力によりミキサ９ａ
と９ｂでＩＦ信号に変換される。２つのミキサ９ａと９
ｂの出力は、コヒーレント発振器３の出力を基準として
それぞれ位相検波手段１０ａと１０ｃで同相成分の信号
に、コヒーレント発振器３の出力を基準としてπ／２移
相手段１１により位相検波手段１０ｂと１０ｄで直交成
分の信号に変換される。位相検波手段１０ａ〜１０ｄの
出力はＡ／Ｄ変換手段１２ａ〜１２ｄに入力されＡ／Ｄ
変換されて出力される。Ａ／Ｄ変換手段１２ａ〜１２ｄ
の出力は、複素除算手段１３に入力され、複素数のΣと
複素数のΔの複素除算Δ／Σを行なった結果が出力され
る。

【００５１】ここで、本発明で着目した複素仰角軌跡の
性質を利用した、目標仰角の求め方を図２を用いて説明
する。複素除算手段１３の出力は上記従来例と同様に、
受信アンテナ６で形成されるビームの幅、主ビームの方
向、アンテナの高さ、使用周波数等により、複素平面上
で複素仰角軌跡を描く。特に、目標が遠距離で同一高度
を移動している場合の仰角の変化による複素仰角軌跡は
図２の１００ａのように円を描く。この円の形状は受信
アンテナ６で形成されるビームの幅、主ビームの方向、
アンテナの高さ、使用周波数等により異なるが、その中
心は純虚数となりマルチパス反射波による干渉がない場
合の目標仰角に対応するという性質があり、本発明では
この性質を利用する。目標が一定高度を一定速度で移動
している時に、１回の観測によりこの円上の点が１点得
られるとすると、ある時間間隔の複数回の観測により図
２で示すような円上の点１０１ａ〜１０１ｄがいくつか
得られる。それら複数の円上の点をたとえば３点利用す
ることで、円の中心１０２を求めることができる。い
ま、４つの複素観測値ｘ₁＋ｊｙ₁、ｘ₂＋ｊｙ₂、ｘ
₃＋ｊｙ₃、ｘ₄＋ｊｙ₄が得られ、実数部の値を０と
した場合、複素平面上の円中心の虚数部の値ｙ_cは次の
式で求められ、従来例で述べたようなあいまいさはな
い。

【００５２】

【数７】

【００５３】次に他の重要な要素である角度変換手段の
説明する。角度変換手段はあらかじめマルチパス反射波
による干渉がない場合の、目標仰角θに応じたΔ／Σの
値を次の式（３８）のような形で求めておく。テーブル
形式で記憶しておいてもよい。 Δ／Σ＝ｆ（θ）（３８）式（３７）で得られた円中心の値と、式（３８）の逆関
数を用いて目標の仰角を得ることができる。

【００５４】

【数８】

【００５５】図１では、例えばサンプルホールド回路で
構成される第１の入力値保存手段１５では複素除算手段
１３の出力である複素数が４つ入力されるまで観測値を
保存した後、同時にこれら４つを出力する。第１の円中
心演算手段１６では、第１の入力値保存手段１５の出力
である４つの観測値を式（３７）に入れ、円の中心を求
めてその値を出力する。角度変換手段１７ではあらかじ
め得ておいた式（３９）の関係式を参照して、上記出力
により目標仰角を求め出力する。第４の従来例と比べて
も厳密に計算できて遠距離でも正確に角度が求まり、演
算が簡単で振幅制御が不要である。

【００５６】実施例２．本実施例は、送信側の発振周波
数を変え、等価的に複素平面上で異なる座標値を求めて
円中心値を求めるようにしている。こうして目標が低速
である場合でもその角度を求めることが可能となる。以
下、この発明の他の実施例を図について説明する。図６
がその構成図で、図において新規な部分は、１８の第１
の周波数制御手段、１９の周波数可変安定化局部発振器
である。その他の構成要素は上記実施例１の図１で示し
たものと同等である。

【００５７】次に動作について説明する。本発明では複
素除算手段１３の出力値が描く複素平面上の円は、目標
の移動によって距離が変わる場合だけでなく、目標の移
動によらず発振周波数を変えた時にも描かれることを利
用する。第１の周波数制御手段１８は、第１の円中心値
演算手段１６で演算に必要とする入力数分だけ、異なる
周波数を定め、周波数可変安定化局部発振器１９が発振
するように周波数可変安定化局部発振器１９とタイミン
グ発生手段５に制御信号を出力する。周波数可変安定化
局部発振器１９は第１の周波数制御手段１８で制御され
る複数の周波数を発振する。

【００５８】例えば上記実施例１と同様に４つの観測値
から式（３７）により円の中心を求める場合、第１の周
波数制御手段１８により周波数可変安定化局部発振器１
９は異なる４つの周波数ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃、ｆ₄で発振
する。各周波数で複素除算手段１３は対応した４つの除
算値を出力し、上記実施例１と同様にして目標がそれほ
ど移動していなくても、目標仰角を得る。

【００５９】実施例３．本実施例では、複数の受信信号
の組、つまり目標の位置情報が雑音等で不正確になる場
合でも、複数の組、つまり位置情報の連続性からより正
確な角度を得ようとする。複数組の角度計算が必要で、
時間はかかるが信頼性が向上する。以下、この発明の他
の実施例を図について説明する。図７はその構成図であ
り、図において新規な部分は、２０の第２の入力値保存
手段、２１の第２の円中心演算手段、２２の第１の入力
値選択手段である。その他の構成要素は上記実施例１の
図１で示したものと同等である。本実施例で重要な要素
は、第２の円中心演算手段２１である。第２の円中心演
算手段２１は複数組の演算結果である円中心値を記憶し
ている。

【００６０】次に動作について説明する。上記実施例１
と同様な動作が行われた場合、複素除算手段１３出力ま
では同様である。第２の入力値保存手段２０は第１の入
力値保存手段１５とは異なる数だけ複素除算手段１３の
出力を保存した後同時に出力する。第２の円中心演算手
段２１は第２の入力値保存手段２０の出力を入力し第１
の円中心演算手段１６とは異なる手段を用いて、複素平
面上の円中心を求め出力する。

【００６１】例えば、上記実施例１と同様に目標が同一
高度を一定速度で移動している時に、第１の入力値保存
手段１５では、複素除算手段１３からある時間間隔で出
力される複素数が４つ入力されるまで観測値を保存した
後、同時に４つ出力する。第１の円中心演算手段１６で
は、第１の入力値保存手段１５の出力である４つの観測
値を式（３７）にあてはめ、円の中心を求めその値を出
力する。一方、第２の入力値保存手段２０では、複素除
算手段１３からある時間間隔で出力される複素数が１６
個入力されるまで観測値を保存した後、同時に１６個出
力する。第２の円中心演算手段２１では、第２の入力値
保存手段２０の出力である１６個の観測値から最小二乗
法を用いて円中心を求め出力する。次に第１の入力値選
択手段２２の動作を図８のフローチャートに基づいて説
明する。ＳＴ１では第１の演算手段１６の出力を４つ
（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）と第２の演算手段２１の出
力を１つ（Ｌ１）入力する。ＳＴ２ではＳ１、Ｓ２、Ｓ
３、Ｓ４の分散σを求める。この分散σの大きさは１６
個の観測値を得る間の目標の動きによる高度変化の大き
さを示し、高度変化が大きければその値は大きく、高度
変化が小さければその値は小さくなる。ＳＴ３ではσを
あらかじめ定めた値Ｔと比べ小さければＳＴ４へ、大き
ければＳＴ５へ進む。ＳＴ４ではＬ１を出力し、ＳＴ５
ではＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を順に出力する。これによ
り、目標の動きに合わせた精度の結果が得られる。角度
変換手段１７では他の実施例と同様、第１の入力値選択
手段２２の入力から目標仰角を求め出力する。

【００６２】実施例４．本実施例は、実施例２と実施例
３の組合せといえる。即ち、送信側の発振周波数を複数
組順次変え、各組毎の結果と、全部の平均とを比較して
変化が少なければ平均をとり、変化があれば各組の変化
を出力とする。以下、この発明の他の実施例を図につい
て説明する。図９において新規な部分は、２３の第２０
の入力値選択手段である。１８の周波数制御手段、１９
の周波数可変安定化局部発振器は上記実施例２の図６で
示したものと同等で、その他の構成要素は上記実施例３
の図７で示したものと同等である。

【００６３】次に動作について説明する。第２０の入力
値選択手段２３は第１の入力値保存手段１５と第２の入
力値保存手段２０で保存する入力数を参照し大きい方の
数を出力する。第１の周波数制御手段１８は第２０の入
力値選択手段２３の出力を入力し、それと同数の異なる
周波数で周波数可変安定化局部発振器１９が発振するよ
うに周波数可変安定化局部発振器１９とタイミング発生
手段５に制御信号を出力する。周波数可変安定化局部発
振器１９は第１の周波数制御手段１８で制御される複数
の周波数を発振する。例えば上記実施例３と同様に円の
中心を求める場合、第１の入力値保存手段１５では４
つ、第２の入力値保存手段２０では１６個の入力値を保
存するので、第２の入力値選択手段２３は“１６”を出
力する。第１の周波数制御手段１８はタイミング発生手
段５のタイミングと、異なる１６個の周波数ｆ１、ｆ
２、…ｆ１５、ｆ１６で周波数可変安定化局部発振器１
９が発振するように制御信号を出力する。複素除算手段
１３は各周波数で１つ出力し、上記実施例３と同様にし
て目標仰角を出力する。

【００６４】実施例５．本実施例は複数の目標に対して
その速度が異なることを利用し、複数のコヒーレント積
分手段を用意して分離し、それぞれの目標に対する角度
情報を求めるようにしたものである。以下、この発明の
他の実施例を図について説明する。図７において新規な
部分は、２４ａの第１３の入力値保存手段から２４ｂの
第ｎ３の入力保存手段、２５ａの第１のコヒーレント積
分手段から２５ｂの第ｎのコヒーレント積分手段であ
る。また、複素演算手段も１３ａの第１の複素演算手段
から１３ｂの第ｎの複素演算手段に、第１の入力値保存
手段も１５ａの第１の入力値保存手段から１５ｂの第ｎ
の入力値保存手段に、円中心演算手段も１６ａの第１の
円中心演算手段から１６ｂの第ｎの円中心演算手段に、
角度変換手段も１７ａの第１の角度変換手段から１７ｂ
の第ｎ角度変換手段にと、ｎ組の角度検出装置を用意す
る。その他の構成要素は上記実施例３の図５で示したも
のと同等である。

【００６５】次に動作について説明する。上記実施例３
と同様な動作が行われた場合、Ａ／Ｄ変換手段１２出力
までは同様である。第３の入力値保存手段２４ａ、２４
ｂではＡ／Ｄ変換手段１２の出力を各組毎に複数保存し
た後同時に出力する。例えば、Ａ／Ｄ変換手段１２ａ〜
１２ｄの出力が６４個入力されるまで観測値を保存した
後同時に６４個出力する。コヒーレント積分手段２５
ａ、２５ｂでは第１３、ｎ３の入力値保存手段２４ａ、
２４ｂの出力を受けて、ＤＦＴやＦＦＴを利用して、目
標のドップラ周波数成分毎に弁別して積分を行なうコヒ
ーレント積分を行なった結果を出力する。これにより、
空間的に近接していても、速度の異なる複数目標を分離
できる。コヒーレント積分手段２５ａ、２５ｂの各出力
は上記実施例３と同様にそれぞれ複素除算手段１３ａ、
１３ｂに入力され、ドップラ周波数の異なる目標毎に仰
角が出力される。

【００６６】上記実施例では、速度分離後の円中心演算
手段を第１から第ｎの各組毎に１個としたが、実施例
３、４で述べたように、または次の実施例６のように、
第１から第ｎの各組毎に２個としてもよい。

【００６７】実施例６．本実施例は、実施例５の複数の
コヒーレント積分を用いて複数目標に対処することと、
実施例２の発信周波数を変えることと、実施例３、４の
複数の円中心演算手段を用いることを併用したものであ
る。以下、この発明の他の実施例を図について説明す
る。図１１において新規な部分は、２６の第２の周波数
制御手段である。１９の周波数可変安定化局部発振器、
２３の第２０の入力値選択手段は上記実施例４の図９で
示したものと同等で、その他の構成要素は実施例４の図
９と上記実施例５の図１０で示したものと同等である。
また図１２は観測数と使用周波数の関係を示したもので
ある。

【００６８】次に動作について説明する。第２０の入力
値選択手段２３は第１の入力値保存手段１５と第２の入
力値保存手段２０で保存する入力数を参照し大きい方の
数を出力する。第２の周波数制御手段２６は第２の入力
値選択手段２３の出力Ｍとコヒーレント積分手段２５の
積分数Ｎを入力し、図１２に示すように始めのＮ個は周
波数ｆ１で、次のＮ個は周波数ｆ２で、（Ｍー１）Ｎ＋
１〜ＭＮ個は周波数ｆＭで、周波数可変安定化局部発振
器１９が発振するように周波数可変安定化局部発振器１
９とタイミング発生手段５に制御信号を出力する。周波
数可変安定化局部発振器１９は第２の周波数制御手段２
６で制御される複数の周波数を発振する。

【００６９】例えば上記実施例５と同様な動作が行なわ
れた場合、まず第２の周波数制御手段２６により周波数
可変安定化局部発振器１９は周波数ｆ１で発振し、第１
３、ｎ３の入力値保存手段２４ａ、２４ｂではＡ／Ｄ変
換手段１２の出力が６４個入力されるまで観測値を保存
した後同時に６４個出力する。コヒーレント積分手段２
５ａ、２５ｂでは第１３、ｎ３の入力値保存手段２４
ａ、２４ｂの出力を受けてコヒーレント積分を行なった
結果を出力する。コヒーレント積分手段２５ａ、２５ｂ
の各出力は上記実施例５と同様に第１、第ｎの複素除算
手段１３ａ、１３ｂに入力される。第１１の入力値保存
手段１５ａ、第１１の円中心演算手段１６ａと、第１２
の入力値保存手段２０ａ、第１２の円中心演算手段２１
ａの各演算と、第１の入力値選択手段２２ａ、第１の角
度変換手段１７ａの選択と角度変換動作は実施例３、４
で述べたと同様の動作をする。この後、第２の周波数制
御手段２６により周波数可変安定化局部発振器１９は１
５個の異なる周波数ｆ２〜ｆ１６で発振して同様な動作
を繰り返し、ドップラ周波数の異なる目標毎に仰角が出
力される。

【００７０】上記実施例では、コヒーレント積分した後
の円中心演算手段を第１から第ｎの各組毎に２個設けた
が、実施例５で示したように各組で１個としてもよい。

【００７１】実施例７．本実施例は、目標の速度を検出
してその速度に適合する受信間隔になるようタイミング
を制御して、角度検出のためのサンプル間隔を定める例
を示す。即ち、目標速度を検出して発信側のタイミング
を制御するループ系を構成する。以下、この発明の他の
実施例を図について説明する。図１０において新規な部
分は、２７の目標速度検出手段、２８のタイミング制御
手段である。その他の構成要素は上記実施例６の図１１
で示したものと同等である。

【００７２】次に動作について説明する。上記実施例６
と同様な動作が行われた場合、コヒーレント積分手段２
５の出力には各ドップラ周波数成分の大きさに応じた信
号があらわれる。目標速度検出手段２７はこれらを入力
し、例えば最大の大きさを持つドップラ周波数を目標の
ドップラ周波数として、次の式（４０）より目標速度に
換算した結果を出力する。

【００７３】ｖ＝ｆｄ・λ／２（４０）ここで、ｖ：速度ｆｄ：ドップラ周波数 λ ：使用波長タイミング制御手段２８は、目標速度検出手段２７の出
力である目標の速度を入力し、その速度に応じた観測時
間間隔を決定してタイミング発生手段５を制御する。

【００７４】本実施例では、コヒーレント積分手段を複
数組用いて複数目標に対して適用する例を説明した。し
かし、タイミング制御に関してはコヒーレント積分手段
は１つであってよく、速度検出ができればよい。

【００７５】実施例８．本実施例は、目標の速度を検出
するためにタイミングを待つのではなく、送信側の発信
周波数を変えて目標速度に適合する周波数間隔でサンプ
リングしようとするものである。以下、この発明の他の
実施例を図について説明する。図１４において新規な部
分は、２９の周波数設定手段、３０の第３の周波数制御
手段である。また、１９の周波数可変安定化局部発振器
は上記実施例６の図１１で示したものと同等で、その他
の構成要素は上記実施例７の図１３で示したものと同等
である。

【００７６】次に動作について説明する。まず第３の周
波数制御手段３０によりある周波数ｆ１で発振するよう
制御された周波数可変安定化局部発振器１９とコヒーレ
ント発振器３で生成された信号により、コヒーレント積
分手段２５の出力には各ドップラ周波数成分の大きさに
応じた信号があらわれる。目標速度検出手段２７はこれ
らを入力し、例えば最大の大きさのドップラ周波数成分
を目標のドップラ周波数として、式（４０）より目標速
度に換算した結果を出力する。周波数設定手段２９は目
標速度検出手段２７の出力である目標の速度を入力し、
その速度に応じた使用周波数間隔ｄｆを決定し、第３の
周波数制御手段３０に入力する。第３の周波数制御手段
３０はこのほかに、第１１、ｎ１の入力値保存手段１５
ａ、１５ｂと第１２、ｎ２の入力値保存手段２０ａ、２
０ｂで保存する入力数を参照し、大きい方の数を出力す
る第２０の入力値選択手段出力２３と、第１３の入力値
保存手段２４ａで保存する入力数を参照する。そして以
後の観測で、周波数間隔ｄｆで上記実施例６の図１２と
同様な観測数と周波数の関係で発振するように、周波数
可変安定化局部発振器１９を制御する。

【００７７】実施例９．本実施例は、異なる測定面、例
えば水平面と垂直面に角度検出装置を備え、組合せて立
体的に角度を求めようとするものである。構成としては
同じ機能を持つ構成要素を、受信アンテナの受信方向面
を水平、垂直に設置するものである。以下、この発明の
他の実施例を図について説明する。図１５において構成
要素は上記実施例１の図１で示したものと同等である。

【００７８】次に動作について説明する。上記実施例１
と同様な動作が行われた場合、図１５において、送信ア
ンテナ１の出力までは実施例１と同様である。捜索空間
のある位置に存在する目標からの反射信号は、直接、あ
るいは一度地面または海面で反射した後、地面と垂直方
向に並べて配置された受信アンテナ６ａと６ｂで受信さ
れる。また同様に、目標からの反射信号は、直接、ある
いは一度山の斜面や受信アンテナ６ｃと６ｄよりも高さ
のある構造物で反射した後、地面と水平方向に並べて配
置された受信アンテナ６ｃと６ｄで受信される。２つの
受信アンテナ６ａと６ｂの出力は、上記実施例１と同様
にある時間間隔で複数得られ、角度変換手段１７ａは移
動する目標の仰角を出力する。同様にして、２つの受信
アンテナ６ｃと６ｄの出力では、上記実施例１と同様に
ある時間間隔で複数得られ、角度変換手段１７ｂは移動
する目標の方位角を出力する。

【００７９】実施例１０．本実施例は、実施例２と実施
例９を組合せたものである。以下、この発明の他の実施
例を図について説明する。図１６において、構成要素は
上記実施例２の図６と、実施例９の図１５で示したもの
と同等である。

【００８０】次に動作について説明する。上記実施例２
と同様な動作が行われた場合、図１６において、送信ア
ンテナ１の出力までは実施例２と同様である。捜索空間
のある位置に存在する目標からの反射信号は、直接、あ
るいは一度地面または海面で反射した後、地面と垂直方
向に並べて配置された受信アンテナ６ａと６ｂで受信さ
れる。また同様に、目標からの反射信号は、直接、ある
いは一度山の斜面や受信アンテナ６ｃと６ｄよりも高さ
のある構造物で反射した後、地面と水平方向に並べて配
置された受信アンテナ６ｃと６ｄで受信される。２つの
受信アンテナ６ａと６ｂの出力は、上記実施例２と同様
に第１の周波数制御手段１８と周波数可変安定化局部発
振器１９により使用する周波数を変えて複数得られ、第
１の角度変換手段１７ａは目標の仰角を出力する。同様
にして、２つの受信アンテナ６ｃと６ｄの出力では、上
記実施例２と同様に第１の周波数制御手段１８と周波数
可変安定化局部発振器１９により使用する周波数を変え
て複数得られ、第２の角度変換手段１７ｂは目標の方位
角を出力する。

【００８１】実施例１１．Ａ／Ｄ変換後の受信信号に対
して、汎用の計算機で角度を求めることも可能である。
その構成は、例えば図１で、各複素成分のＡ／Ｄ変換手
段１２ａ〜１２ｄの出力を共通の計算機に接続する。図
１７は、その場合の計算機の演算方法の１例を示したフ
ローチャート図である。この角度検出方法の動作を説明
する。角度変換に対応するステップとして、予め円の中
心値から角度θを求めるための逆関数を記憶しておく。
つまりステップＳＴ１で円の中心ｙに対してｙ＝ｆ
（θ）を計算し、記憶する。受信信号があると、ステッ
プＳＴ２でデータ取り込みのためリセットし、ステップ
ＳＴ１４で、４つのＡ／Ｄ出力から最初のデータを取り
込んでΔ／Σの複素演算をする。例えば３点で円の中心
を求めるなら、ｎ＝３であり、ステップＳＴ１５でｉが
３になるまで複素演算を続ける。ｎが３になると、ステ
ップＳＴ１６でｘ₁ 、ｙ₁ 等を求め、ステップＳＴ１７
で式（３７）に基づいてｙ_c を演算する。最後にステッ
プＳＴ１８でステップ１１での計算に基づき、または記
憶していたテーブルを参照して角度θ_c を出力する。

【００８２】実施例１２．本発明の角度検出装置を用い
たレーダ装置を説明する。図１８は本発明に係るレーダ
装置の構成図である。図において、１は送信アンテナ、
６ａと６ｂは受信アンテナ、３１は表示装置であり、そ
の間の各要素は実施例１の図１で示した角度検出装置の
各要素である。このレーダ装置の動作は以下のようにな
る。送信アンテナ１から放射された送信信号は、目標に
あたって反射して返ってきて受信アンテナ６ａ、６ｂか
ら受信される。角度検出装置で検出された角度信号が表
示装置３１に入り、表示画面に現れる。表示画面に与え
る代わりに、他の制御装置に与えるようにしてもよい。

【００８３】

【発明の効果】この発明の角度検出装置、角度検出方法
及びレーダ装置は、以上述べたように構成されているの
で、以下に述べる効果がある。

【００８４】複素除算手段、円中心演算手段と角度変換
手段を備えており、少ない演算で正確な目標角度が得ら
れる。

【００８５】周波数可変発振器がある送信手段、受信波
の複素除算手段、円中心演算手段と角度変換手段を備え
ており、少ない演算で正確な目標角度が得られる。

【００８６】複素除算手段、第１と第２の円中心演算手
段と角度変換手段を備えており、少ない演算で信号の連
続性に基づいてより正確な目標角度が得られる。

【００８７】周波数可変発振器がある送信手段、受信波
の複素除算手段、第１と第２の円中心演算手段と角度変
換手段を備えており、少ない演算で信号の連続性に基づ
いてより正確な目標角度が得られる。

【００８８】複数のコヒーレント積分手段、複素除算手
段、円中心演算手段と角度変換手段を備えており、複数
の目標の各速度を検出して、目標毎に少ない演算で正確
な目標角度が得られる。

【００８９】複数のコヒーレント積分手段、複素除算手
段、第１と第２の円中心演算手段と角度変換手段を備え
ており、複数の目標の各速度を検出して、少ない演算で
信号の連続性に基づいてより正確な目標角度が得られ
る。

【００９０】速度検出手段、タイミング制御手段、複素
除算手段、円中心演算手段と角度変換手段を備えてお
り、複数の目標の各速度を検出して適切な受信タイミン
グが得られ、目標毎に少ない演算で正確な目標角度が得
られる。

【００９１】速度検出手段、周波数設定手段、複素除算
手段、円中心演算手段と角度変換手段を備えており、複
数の目標の各速度を検出して適切な送信側の発振周波数
が得られ、これを基に目標毎に少ない演算で正確な目標
角度が得られる。

【００９２】複数の角度検出装置を備えており、複数の
平面を組み合わせて３次元での目標に対する角度が得ら
れる。

【００９３】複数の角度検出装置を備えており、送信側
の発振周波数を変えて複数の平面を組み合わせた３次元
での目標に対する角度が得られる。

【００９４】演算ステップに基づいて、複素円の中心値
が求まり、更に演算で正確な目標角度が得られる。

【００９５】レーダ装置には複素除算手段、円中心演算
手段と角度変換手段を備えており、少ない演算で正確な
目標角度が表示できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１での角度情報検出装置の構
成図である。

【図２】実施例１の複素除算手段の出力を示す図であ
る。

【図３】実施例１での数値シミュレーション例を示す図
である。

【図４】実施例１での目標と角度検出装置の関係のモデ
ル化図である。

【図５】数値シミュレーション結果と従来方法の結果を
示す図である。

【図６】この発明の実施例２での角度情報検出装置の構
成図である。

【図７】この発明の実施例３での角度情報検出装置の構
成図である。

【図８】実施例３の第１の入力値選択手段の動作を示す
フローチャート図である。

【図９】この発明の実施例４での角度情報検出装置の構
成図である。

【図１０】この発明の実施例５での角度情報検出装置の
構成図である。

【図１１】この発明の実施例６での角度情報検出装置の
構成図である。

【図１２】実施例６の観測数と使用周波数の関係を示す
図である。

【図１３】この発明の実施例７での角度情報検出装置の
構成図である。

【図１４】この発明の実施例８での角度情報検出装置の
構成図である。

【図１５】この発明の実施例９での角度情報検出装置の
構成図である。

【図１６】この発明の実施例１０での角度情報検出装置
の構成図である。

【図１７】実施例１１の方法の動作フローチャート図で
ある。

【図１８】実施例１２のレーダ装置の構成図である。

【図１９】Ｓ₁とθの関係を示す図である。

【図２０】従来の角度情報検出装置の基本構成図であ
る。

【図２１】角度情報検出装置の目標仰角に対する２つの
受信アンテナビームとその和および差の成分を示す図で
ある。

【図２２】従来の角度情報検出装置の複素除算手段の出
力を示す図である。

【図２３】従来の反射波のモデルを示す図である。

【図２４】従来の反射波のモデルを示す図である。

【符号の説明】

１送信アンテナ２安定化局部発振器３コヒーレント発振器４周波数変換手段５タイミング発生手段６ａ，６ｂ受信アンテナ７和信号生成手段８差信号生成手段９ミキサ１０位相検波手段１１ π／２移相手段１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄＡ／Ｄ変換手段１３複素除算手段１３ａ第１の複素除算手段１３ｂ第ｎの複素除算手段（第２の複素除算手段）１４複素角度変換手段１５第１の入力値保存手段１５ａ第１１の入力値保存手段（第１の入力値保存手
段）１５ｂ第ｎ１の入力値保存手段（第２の入力値保存手
段）１６第１の円中心演算手段１６ａ第１１の円中心演算手段（第１の円中心演算手
段）１６ｂ第ｎ１の円中心演算手段（第２の円中心演算手
段）１７角度変換手段１７ａ第１の角度変換手段１７ｂ第ｎの角度変換手段１８第１の周波数制御手段１９周波数可変安定化局部発振器２０ａ第１２の入力値保存手段２０ｂ第ｎ２の入力値保存手段２１ａ第１２の円中心演算手段２１ｂ第ｎ２の円中心演算手段２２，２２ａ第１の入力値選択手段２２ｂ第ｎの入力値選択手段２３第２０の入力値選択手段２４ａ第１３の入力値保存手段２４ｂ第ｎ３の入力値保存手段２５ａ第１のコヒーレント積分手段２５ｂ第ｎのコヒーレント積分手段２６第２の周波数制御手段２７目標速度検出手段２８タイミング制御手段２９周波数設定手段３０第３の周波数制御手段３１表示装置１００ａ複素仰角軌跡１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ観測値１０２円中心１０３ａ，１０３ｂアンテナビーム１０４和成分信号１０５差成分信号１０８単一波源の到来角に対するモノパルス方式のΔ
／Σ １０９ Δ／Σが線形近似可能な範囲１１０ｃ直接波の行路１１１ｃ反射波の行路１１２ｃ反射面１１３ｃ主ビームの方向１１４ｃ直接波の到来角１１５ｃ反射波の到来角１１６ｃアンテナ高１１７ｃ目標高度１１８ｃ基準線１１９ｃアンテナ１２０ｂ目標ＳＴ１１和差除算値と角度の関係を計算、記憶するス
テップＳＴ１４和差除算結果からＸＹ座標値を求めるステッ
プＳＴ１５必要回数演算を繰返すステップＳＴ１７ＸＹ座標値から円の中心を求めるステップＳＴ１８円中心値から目標までの角度を求めるステッ
プ

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【手続補正書】

【提出日】平成６年６月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】つまり、複素平面上の仰角に対する複素関
数の軌跡を直接使うのではなく、その複素関数の偏角を
ある変数（時間や周波数）で微分した値と複素関数の実
数部の値で目標高度を求める。この方法によれば、観測
結果が図２２の点１０１ｆのような場合であっても、点
１０７ａから点１０７ｂへの偏角の微分値と、点１０７
ｃから点１０７ｄへの偏角の微分値は異なるので、あい
まいさなく目標高度を求めることができる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、複素仰角軌跡から虚数軸上のＳを
求め、これから迎角を求めるようにした。即ち、マルチ
パス反射波による干渉のある状態で、距離の如何にかか
わらず、正確に目標の存在する角度を検出する角度情報
検出装置を得ることを目的とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】以下、この発明の実施例の回路構成を図に
基づいて説明する。図１は本発明の一実施例である角度
情報検出装置の構成図である。図１において新規な部分
は１５の第１の入力値保存手段、１６の第１の円中心演
算手段、１７の角度変換手段である。その他の構成要素
は上記従来例の図２０で示したものと同等である。また
図２は直接波とマルチパス反射波が干渉している時の図
１の複素除算手段１３の出力を示すものであり、１００
ａは遠距離の目標がある一定高度を移動する時の仰角に
応じた、雑音などがない場合の複素除算手段１３の出力
による複素仰角軌跡１０１ａ〜１０１ｄは目標がある位
置に存在する時に得られる雑音などを含む複素除算手段
１３の観測値出力、１０２は１００ａを円とした時のそ
の円の中心である。本発明で重要な円中心演算手段は、
図２の中心１０２を求めるものである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６４】実施例５．本実施例は複数の目標に対して
その速度が異なることを利用し、複数のコヒーレント積
分手段を用意して分離し、それぞれの目標に対する角度
情報を求めるようにしたものである。以下、この発明の
他の実施例を図について説明する。図１０において新規
な部分は、２４ａの第１３の入力値保存手段から２４ｂ
の第ｎ３の入力保存手段、２５ａの第１のコヒーレント
積分手段から２５ｂの第ｎのコヒーレント積分手段であ
る。また、複素演算手段も１３ａの第１の複素演算手段
から１３ｂの第ｎの複素演算手段に、第１の入力値保存
手段も１５ａの第１の入力値保存手段から１５ｂの第ｎ
の入力値保存手段に、円中心演算手段も１６ａの第１の
円中心演算手段から１６ｂの第ｎの円中心演算手段に、
角度変換手段も１７ａの第１の角度変換手段から１７ｂ
の第ｎ角度変換手段にと、ｎ組の角度検出装置を用意す
る。その他の構成要素は上記実施例３の図５で示したも
のと同等である。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７１】実施例７．本実施例は、目標の速度を検出
してその速度に適合する受信間隔になるようタイミング
を制御して、角度検出のためのサンプル間隔を定める例
を示す。即ち、目標速度を検出して発信側のタイミング
を制御するループ系を構成する。以下、この発明の他の
実施例を図について説明する。図１３において新規な部
分は、２７の目標速度検出手段、２８のタイミング制御
手段である。その他の構成要素は上記実施例６の図１１
で示したものと同等である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤倫正鎌倉市大船五丁目１番１号三菱電機株式会社電子システム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受信信号の和成分を生成する和信号生成
手段と、受信信号の差成分を生成する差信号生成手段と、上記和、差各信号を局部発振信号とミキシングし、コヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、得られた複素数の和信号と差信号から複素除算をす
る複素除算手段と、上記複素除算の結果は複素平面上でほぼ円を描くとし、
複数の受信信号に対応する複数の上記複素除算の結果が
該円上にあるとして、該円の中心値を求める円中心演算
手段と、上記円中心演算手段出力の円の中心値から角度を求める
角度変換手段とを備えた角度検出装置。
【請求項２】周波数可変発振器を有し、異なる送信周
波数で目標に電波を送信する送信手段と、上記送信手段出力の送信信号の反射波である受信信号
の、和成分を生成する和信号生成手段と、受信信号の差成分を生成する差信号生成手段と、上記和、差各信号を局部発振信号とミキシングし、コヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、得られた複素数の和信号と差信号から複素除算をす
る複素除算手段と、上記複素除算の結果は複素平面上でほぼ円を描くとし、
異なる送信周波数対応の複数の受信信号に対応する複数
の上記複素除算の結果が該円上にあるとして、該円の中
心値を求める円中心演算手段と、上記円中心演算手段出力の円の中心値から角度を求める
角度変換手段とを備えた角度検出装置。
【請求項３】更に円中心演算手段を第１の円中心演算
手段とし、また時間的に異なる時刻の受信信号による複
素除算結果に基づく複素平面上の円中心を求める第２の
円中心演算手段と、上記第１の円中心演算手段出力と上記第２の円中心演算
手段出力とを比較して前回観測値からの変化の連続性が
得られる出力を選択する入力値選択手段とを備え、該入
力値選択手段の出力を角度変換手段に与えることを特徴
とする請求項１記載の角度検出装置。
【請求項４】更に円中心演算手段を第１の円中心演算
手段とし、また発振周波数が第１の円中心演算手段のた
めの送信信号とは異なる送信信号に対応する受信信号に
よる複素除算結果に基づいて、複素平面上の円中心を求
める第２の円中心演算手段と、上記第１の円中心演算手段出力と上記第２の円中心演算
手段出力とを比較して前回観測値からの変化の連続性が
得られる出力を選択する入力値選択手段とを備え、該入
力値選択手段の出力を角度変換手段に与えることを特徴
とする請求項２記載の角度検出装置。
【請求項５】更にまた受信信号の和、差各信号をコヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、更に複数の受信信号対応でコヒーレント積分して複
数の複素数の和信号と差信号を得る第１から第ｎのコヒ
ーレント積分手段と、また複素除算手段は、上記第１から第ｎのコヒーレント
積分手段出力に対応して、上記各積分手段で得られた複
素数の和信号と差信号から複素除算をする第１から第ｎ
の各複素除算手段とし、円中心演算手段は、上記各複素除算の結果は複素平面上
でほぼ円を描くとし複数の受信信号に対応する複数の上
記複素除算の結果が該円上にあるとして該円の中心値を
求める対応する第１から第ｎの円中心演算手段とし、更に角度演算手段は、対応して上記各円中心演算手段出
力の円の中心値から角度を求める第１から第ｎの角度変
換手段とを備えたことを特徴とする請求項１または請求
項２記載の角度検出装置。
【請求項６】更にまた受信信号の和、差各信号をコヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、更に複数の受信信号対応でコヒーレント積分して複
数の複素数の和信号と差信号を得る第１から第ｎのコヒ
ーレント積分手段と、また複素除算手段は、上記第１から第ｎのコヒーレント
積分手段出力に対応して、上記各積分手段で得られた複
素数の和信号と差信号から複素除算をする第１から第ｎ
の各複素除算手段とし、円中心演算手段は、上記各複素除算の結果は複素平面上
でほぼ円を描くとし複数の受信信号に対応する複数の上
記複素除算の結果が該円上にあるとして該円の中心値を
求める対応する第１１から第ｎ１の円中心演算手段と
し、時間的に異なる時刻または周波数の異なる受信信号によ
る同様な複素除算結果に基づく複素平面上の円中心を求
める第１２から第ｎ２の円中心演算手段と、また入力選択手段は、上記第１１と上記第１２の円中心
演算手段出力とを比較して前回観測値からの変化の連続
性が得られる出力を選択する第１の入力値選択手段か
ら、上記第ｎ１と上記第ｎ２の円中心演算手段出力とを
比較して同様構成動作で選択する第ｎの入力選択手段ま
でとし、更に角度変換手段として、上記第１から第ｎの入力選択
手段に対応して円の中心値から角度を求める第１から第
ｎの角度変換手段を備えたことを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の角度検出装置。
【請求項７】更にまた受信信号の和、差各信号をコヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、受信信号対応でコヒーレント積分して複素数の和信
号と差信号を得るコヒーレント積分手段と、コヒーレント積分手段の出力から目標速度を求める目標
速度検出手段と、上記目標速度検出手段が算出した目標の速度から観測時
間の間隔を定めるタイミング制御手段を備え、該タイミ
ングで受信信号の観測をするようにしたことを特徴とす
る請求項１記載の角度検出装置。
【請求項８】更にまた受信信号の和、差各信号をコヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、受信信号対応でコヒーレント積分して複素数の和信
号と差信号を得るコヒーレント積分手段と、コヒーレント積分手段の出力から目標速度を求める目標
速度検出手段と、上記目標速度検出手段が算出した目標の速度から送信周
波数の使用周波数間隔を定める周波数設定手段を備え、
該設定周波数数間隔で送信信号の発信周波数を変え、観
測をするようにしたことを特徴とする請求項２記載の角
度検出装置。
【請求項９】更に、和信号生成手段、差信号生成手
段、複素除算手段、円中心演算手段と角度変換手段を各
複数組備え、各々異なる方向に対する角度を求めるよう
にしたことを特徴とする請求項１記載の角度検出装置。
【請求項１０】更に、送信手段、和信号生成手段、差
信号生成手段、複素除算手段、円中心演算手段と角度変
換手段を各複数組備え、各々異なる方向に対する角度を
求めるようにしたことを特徴とする請求項２記載の角度
検出装置。
【請求項１１】受信信号にマルチパス反射波がないと
して、受信信号の差信号と、受信信号の和信号の除算値
を到来角に対する関数形として計算、記憶するステップ
と、実際の受信信号から差信号と和信号を求め、得られた差
・和信号から更に複素除算するステップと、上記実受信信号の複素除算をして虚数値と実数値を得る
演算を複数回繰り返すステップと、上記複数回の複素除算結果の虚数値と実数値から各点を
通る円の中心を求めるステップと、上記得られた円の中心の値から上記関数形を参照して到
来角を求めるステップとを備えた角度検出方法。
【請求項１２】レーダ用の送信電波を発射する送信ア
ンテナと、上記送信電波に対応する受信波を受信する複数の受信ア
ンテナと、上記受信信号の和成分を生成する和信号生成手段と、差
成分を生成する差信号生成手段と、上記和、差各信号を局部発振信号とミキシングし、コヒ
ーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得
て、得られた複素数の和信号と差信号から複素除算をす
る複素除算手段と、上記複素除算の結果は複素平面上で円を描くとして、異
なる送信周波数対応の複数の受信信号に対応する複数の
上記複素除算の結果から、該円の中心値を求める第１の
演算手段と、上記第１の演算手段出力の円の中心値から角度を求める
角度変換手段と、上記得られた角度を表示する表示手段を備えたレーダ装
置。