JPH10253752A - 回転アレイアンテナ式レーダによる測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】目標または観測装置が観測期間に移動したレン
ジ方向の移動距離を算出する。 【解決手段】複数Ｍのアレイを持つ回転アンテナ１で受
信した目標からの高周波信号を１チャンネルに合成する
高周波合成回路３と、コヒーレント受信回路４と、ベー
スバンドビデオ信号ＩおよびＱをＮ個の受信データとし
て切り出すサンプリング回路と、Ｎ個の受信データをフ
ーリエ変換してスペクトルを算出するＦＦＴ回路１３
と、スペクトルの中心周波数のずれをソフトウェアー又
は目視で読みとる。目標と観測レーダの間隔に変動が無
い時を基準周波数とし、実際のスペクトルの中心（平
均）周波数がこの基準に対して何ヘルツ動いたかを意味
している。ずれの値と回転アンテナ１の回転角速度、お
よび各アレイと回転軸Ｃとの間隔により、回転アンテナ
１と目標Ｏとの間の相対的移動距離および移動速度を算
出する移動量計算回路１４とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のアレイを持
つ回転アンテナ式のレーダによる測距装置であり、さら
に詳しくはアンテナまたは目標の移動量を測定する装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーダーは、観測者側の回転アンテナか
らパルス波を発振し、目標で反射して戻ったパルス波を
受信し、回転アンテナの回転角座標から目標の方向を検
知し、パルス波の往復時間から回転アンテナと目標との
距離を算出している。回転アンテナの設置位置が静止し
ているとき、回転アンテナから移動している目標（また
は設置位置が移動している回転アンテナから、静止して
いる目標）に電波を当てると距離変化が生じているた
め、その反射波はドップラーシフトが起こる。遠ざかる
目標の反射波は発振波より長波長に変位し、近ずく目標
では短波長に変位する。このドップラー現象を利用して
移動目標の探索を行うレーダーもある。しかし目標の移
動速度が遅い場合には、ドップラーシフトの変位量が僅
かになるため、移動目標識別が十分に出来ない場合があ
る。

【０００３】一方、ドップラー現象を利用して回転する
物体の形状を算出手法としていわゆるＩＳＡＲ(Inverse
Synthetic−Aperture Imaging Radars ：逆合成開
口レーダ)がある。ＩＳＡＲの演算手法は、具体的には
以下の手順で行われる。

【０００４】回転物体の表面に電波を照射し、コヒーレ
ント受信回路によりその反射波を所定のレンジビンにお
いてベースバンドＩ信号、Ｑ信号をアナログ−デジタル
変換してサンプリングする。サンプリングで得たＮ個の
データをフーリエ変換してスペクトルを計算する。回転
物体をｍ（ｍ：回転物体の大きさにしたがって決まる正
数）個の小区間に分割して考えた場合、各小区間から回
転軸までの距離をＬ_i(i=1,2,...,ｍ）とし回転物体の回
転速度をωとすると、ω×Ｌ_i（ｉ＝1,2,...,ｍ）だけ
の距離変化率が生じ、スペクトルがドップラー現象によ
りシフトする。これによりｍ個のドップラー周波数成分
が生じる。ｍ個の小区間に凹凸があればドップラー周波
数成分のレベル値が相違しているので、クロスレンジ方
向の形状を算出することができる。

【０００５】フーリエ変換で得られたスペクトルを周波
数軸に描くと、周波数Ｌ Hzの位置は、物体の回転軸か
らｋ・Ｌの位置に対応する。比例定数ｋは、時間軸の１
計算ステップと周波数軸の１計算ステップの関係式か
ら、以下のように計算される。

【０００６】回転軸からＬ_iだけ離れた所にある小区間
が、角速度ωで回転することにより発生するドップラー
周波数は、 ｆd(ｔ)＝{２ωＬ_icos(ωｔ)}/λ (1) である（ｔは時刻）。回転物体からの反射波を△ｔ・i
（△ｔはサンプリング間隔）の時刻で受信したとする
と、観測されるドップラー周波数データは、 ｆd[i]＝{２ωＬ_icosω△ｔ・ｉ}/λ (2) (ｉ＝0,1,2,...,Ｎ-1）となる。この場合、ベースバン
ドサンプル値データは次式で代表される。

【０００７】 Iチャンネル:Ｖ₁・cos(2πfd[i]△t・i) (3) Qチャンネル:Ｖ₁・sin(2πfd[i]△t・i) (4) サンプルレートをＦ_S Hzとし、△ｔ間隔でＮ個の時間軸
データをフーリエ変換した場合、周波数軸は−Ｆ_S／２
〜Ｆ_S／２ Hzとなり、周波数軸上での計算ステップは
次式となる。

【０００８】 周波数軸計算ステップ＝Ｆ_S／Ｎ (5) その他の諸元は、 全サンプル時間＝積分時間＝観測期間 ＝（１／Ｆ_S）・Ｎ[sec] （6) 回転物標のアスペクト角の変化量 ＝ω×（１／Ｆ_S）・Ｎ[deg] (7) 式(2)をＬ_iに関して解くと Ｌ_i=λfd/{2ωcos(ω△ｔ・i)｝ (8) 周波数軸上での最少計算ステップは(5)式からＦ_S/Ｎ以
上細かく計算できないため、fd[i]をＦ_S/Ｎで置きかえ
る事により、クロスレンジ分解能△Ｌ_iは次式で計算さ
れる。

【０００９】 △Ｌ_i＝(λＦ_S/Ｎ)／{2ωcos(ω△ｔ・i)} ≒(λＦ_S/Ｎ)/2ω=(λ/2ω)・(Ｆ_S/Ｎ) (9) であるから、ｋ・Ｌの比例定数は、 ｋ＝λ/２ω (10) となる。

【００１０】ＩＳＡＲを用いた従来の例では、２００ｍ
遠方に設置した物体を１deg/sec回転させ、静止したパ
ラボラアンテナで観測したとき、約３０cmのクロスレン
ジ分解能が得られている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ＩＳＡＲの技術は、回
転目標の中に複数の微少散乱体を想定し、その微少散乱
体から回転中心までの腕の長さに比例したドップラー周
波数成分を観測するため、観測データをフーリエ変換に
よって周波数軸のスペクトルに変換し、この波形から回
転目標のクロスレンジ方向の形状を算出するものであ
る。回転アンテナと静止目標から発生するドップラー周
波数成分を測定し、ＩＳＡＲの手法を用いて、静止した
個立目標から得られるスペクトルを算出してみると、目
標の形状は得られず回転アンテナの形状しか得られな
い。すなわち目標と観測装置（回転アンテナ）の相対距
離（移動量）は観測できない。

【００１２】そこで本発明は、複数のアレイを有する回
転アンテナのベースバンドＩ，Ｑから算出されるスペク
トルの中心周波数がどれだけ基準周波数に対して移動し
たかを利用して、目標または観測装置が観測期間に移動
したレンジ方向の移動距離を算出する回転アレイアンテ
ナ式レーダによる測距装置を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明の回転アンテナを用いたレーダによ
る測距装置は、実施例に対応する図１に示すように、複
数Ｍ（図示例ではＭ＝４）のアレイＡ_Mを持つ回転アン
テナ１で受信した目標Ｏ（図２参照）からの複数Ｍの高
周波信号を１チャンネルに合成する高周波合成回路３
と、前記により合成された高周波信号を周波数変換して
ベースバンドビデオ信号ＩおよびＱを取り出すコヒーレ
ント受信回路４と、ベースバンドビデオ信号ＩおよびＱ
をＮ個の受信データとして切り出すための回路５、６、
７、８、９、１０、１１、１５と、そのＮ個の受信デー
タをフーリエ変換してスペクトルを算出するフーリエ変
換（ＦＦＴ）回路１３と、そのスペクトルの中心周波数
の変位と、回転アンテナ１の回転角速度、および各アレ
イＡ_Mと回転軸Ｃとの間隔により、回転アンテナ１と目
標Ｏとの間の観測期間での相対的移動距離および観測期
間での移動速度を算出する移動量計算回路１４とを有し
ている。

【００１４】この回転アレイアンテナ式レーダによる測
距装置は、回転アンテナ１の送受波方向が目標Ｏに向か
って角度θが−１５度から＋１５度の回転位置（図２参
照）にある期間に、サンプリングのための回路５、６、
７、８、９、１０、１１、１５が前記Ｎ個の受信データ
を切り出すことで好適に実施できる。

【００１５】ベースバンドビデオ信号ＩおよびＱによる
レーダの映像を表示するＰＰＩ(Plan Possition Indica
tion)表示回路１６を有していてもよい。ＰＰＩ表示回
路１６にスペクトルおよび（または）回転アンテナ１と
目標Ｏとの間の相対移動速度および相対的移動距離を表
示してもよい。

【００１６】図２、図３、図４、図５の例を参照しなが
ら、Ｍ（図示例ではＭ＝４）個のアレイを持つ回転アン
テナ１で得られるＭ種のドプラー信号に含まれるＮ個の
受信データをフーリエ変換して周波数スペクトルを得る
場合について説明する。図示例の回転アンテナ１は回転
軸Ｃを中心に対称に４個のアレイＡ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄が
並べられ、回転軸ＣからアレイＡ₂、Ａ₃までの長さは
Ｌ、Ａ₁、Ａ₄までの長さは３Ｌにしてある。回転アンテ
ナ１は反時計方向に回転角速度ωで回転しているものと
する。

【００１７】図２は回転アンテナ１と目標Ｏとの距離が
不変（回転アンテナ１は回転しながらその位置で静止、
目標Ｏは静止）の場合の各アレイの移動速度を示し、ア
レイＡ₁の移動速度Ｖ₁＝３ωＬ、アレイＡ₂の移動速度
Ｖ₂＝ωＬ、アレイＡ₃の移動速度Ｖ₃＝−ωＬ、アレイ
Ａ₄の移動速度Ｖ₄＝−３ωＬとなる。図３は回転アンテ
ナ１と目標Ｏとの距離が不変（図２の関係）の場合のフ
ーリエ変換後のスペクトルを示している。図３に示すと
おり、周波数軸上の正方向は各アレイが目標Ｏに近ずく
方向（図２の回転軸Ｃの上半分）、同じく負方向は目標
Ｏから遠ざかる方向（同じく下半分）を示している。周
波数０ Hzを中心にして対称な４種類のドプラー信号成
分がスペクトル表示される。

【００１８】図４は回転アンテナ１と目標Ｏとの距離が
離れてゆく場合（回転アンテナ１は回転しながら速度Ｖ
＝−１．５ωＬで移動、目標Ｏは静止）、各アレイのみ
かけの移動速度（合成速度）Ｕ₁、Ｕ₂、Ｕ₃、Ｕ₄を示し
ている。アレイＡ₁の合成速度Ｕ₁＝（３ωＬ−１．５ω
Ｌ）＝１．５ωＬ、アレイＡ₂の合成速度Ｕ₂＝（ωＬ−
１．５ωＬ）＝−０．５ωＬ、アレイＡ₃の合成速度Ｕ₃
＝（−ωＬ−１．５ωＬ）＝−２．５ωＬ、アレイＡ₄
の合成速度Ｕ₄＝（−ωＬ−１．５ωＬ）＝−４．５ω
Ｌとなる。図５は図４の関係のスペクトル波形を示して
いる。図５の４種類のドップラー信号成分のスペクトル
は、図２と比較し周波数軸上を負方向にシフトしてい
る。

【００１９】上記のように図２、図３、図４、図５に示
したことを数式で記述すると以下のとおりである。アン
テナの指向方向が目標の方向と一致するときの角度θ＝
０°とする。θ＝±１５°の範囲にある期間内に、所定
のレンジビンによる所定の間隔でベースバンドビデオ受
信をアナログ−デジタル変換してＮ個（Ｎはフーリエ変
換計算点数）の受信データを取り出し、（Ｎ個のデータ
を取り出す期間を「観測期間」と呼ぶ）Ｎ個のデータを
フーリエ変換してスペクトルを算出する。±１５°アン
テナが回転する事によるアンテナ指向性による受信レベ
ルの低下は約３ｄＢ程度とする。回転アンテナ１のＭ個
（図示例ではＭ＝４）のアレイと回転軸Ｃまでの距離を
Ｌ_i（ｉ＝1,2,...,Ｍ）とし、目標Ｏが静止し、アンテ
ナ１が静止しながら回転している場合（図２）、 Ｖ_L[i]＝ω×Ｌ_l (11) ｉ＝1,2,...ＭというＭ種類の移動速度ができ、 ｆ_d[ｉ]＝２Ｖ_L[ｉ]/λ （λ:波長） (12) ｉ＝0,1,2,...Ｎ−１というＮ個のベースバンドＩ,Ｑ信
号が採取でき、アンテナ１の回転軸Ｃに対しての左右対
称性から周波数０ Hzを中心として分布する（図３）。

【００２０】目標Ｏまたは／およびアンテナ１が相対速
度Ｖで移動する場合（図４）、同様な観測期間でＮ個の
データを取り出し、スペクトルを算出したとすると、 ｆ_d[ｉ]＝２（Ｖ_L[ｉ] ＋Ｖ）/λ (13) のベースバンドＩ,Ｑ信号が採取でき、これをフーリエ
変換するとスペクトルが現れる。この場合スペクトルの
幅は（図３）と同じであるが、 ｆ_S＝２Ｖ/λ (14) だけ周波数軸上を移動する（図５）。これにより回転ア
ンテナ１または／および目標Ｏがスラントレンジ方向に
移動した距離を算出することができる。

【００２１】フーリエ変換は、ベースバンドＩ,Ｑ信号
のサンプル点数（受信データの総数）Ｎを一定（Ｎ＝12
8、256、512、...）とした場合、次のとおりである。ド
ップラー周波数ｆ_dと相対速度Ｖ_Lとの関係は、 ｆ_d＝２Ｖ_L/λ (16) となる。周波数分解能△ｆ_dは、Ｖ_Lの微少変化量△Ｖ_L
という変数を仮定すると、 △ｆ_d＝２△Ｖ_L/λ (17) とかける。回転アンテナ１の一つのアレイの速度につい
て周波数分解能の△ｆ_dは、 △ｆ_d＝２△Ｌω/λ (18) で置き換えられる。したがって観測（計算）可能な最少
の移動量△Ｌを小さくするには、△ｆ_d を小さくするこ
とにより実現できる。一方フーリエ変換をする際、周波
数軸の最大値をＦ_Sとすると△ｆ_dは、 △ｆ_d＝Ｆ_S/Ｎ (19) の関係がある。またサンプル間隔を△ｔとするとき、△
ｔと最大周波数Ｆ_Sとの間には、 Ｆ_S＝１/△ｔ (20) の関係があるため、 △ｆ_d＝１/（△ｔＮ) (21) が成立する。したがって、フーリエ変換の計算点数を一
定とした場合、△ｆ_dを小さくするためには、観測期間
でのアンテナの位置が目標の方向からθ＝±１０度から
θ＝±１７度以内の範囲で△ｔをできるだけ大きくすれ
ばよく、このように△ｔの値を大きくすることにより、
目標Ｏまたはアンテナ１の移動距離の測定分解能を良く
することができる。周波数軸の波形がメートル単位に依
存するので、△ｔ,ω,Ｆ_Sを調整することにより、観測
可能なドップラー周波数の範囲を自由に変えることがで
きる。

【００２２】上記フーリエ変換の結果得られたドップラ
ー周波数からこの観測期間での回転アンテナ１と目標Ｏ
との間のスラントレンジ方向の相対的移動距離は、周波
数軸のＦ[Hz]がクロスレンジ軸では回転軸ＣからＦ×ｋ
（ｋは式(10)参照）の位置に対応することから、周波数
軸上のＭ個のドップラー信号成分に対応するスペクトル
の平均的な位置[Ｈｚ]に比例定数Ｋ＝λ／２ωを掛ける
ことにより算出できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面によ
り詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明を適用する回転アレイアンテ
ナ式レーダによる測距装置の一実施例のブロック図であ
る。同図に示すように、装置は回転アンテナ部１０１と
観測部１０２からなる。回転アンテナ部１０１の各部は
アンテナペディスタルの中に配置され、観測部１０２は
地上または船上など人がレーダー映像を観測する所に配
置される。両者の間はスリップリング１００₁、１０
０₂、１００₃、１００₄、１００₅によって電気的に結合
されている。

【００２５】回転アンテナ部１０１には、回転アンテナ
１、位相調整回路２、高周波（ＲＦ）合成回路３、レー
ダコヒーレント受信回路４と、アナログ−デジタル変換
回路（Ａ／Ｄ）５、アナログ−デジタル変換回路（Ａ／
Ｄ）６、パラレル−シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）７、パ
ラレル−シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）８、タイミング信
号発生回路９を有している。回転アンテナ１は４個のホ
ーンからなるアレイアンテナＡ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄を一つ
の棒状のレドーム内のアンテナ設置枠に並べて固定して
アレイアンテナを構成し、この棒状のアンテナ設置枠が
回転するようになっている。観測期間において、アンテ
ナがθ＝−１５°から＋１５°まで回転する期間は、受
信レベルが３ｄＢ以上違わないことが望ましい。

【００２６】位相調整回路２は、各アレイＡ₁,Ａ₂,Ａ₃,
Ａ₄からコヒーレント受信回路４までの物理的な長さの
違いにより生じる４チャンネル間の位相の違いをなくす
るようにするもので、マイクロストリップ回路等により
構成される。高周波合成回路３は４（＝Ｍ、アレイ
Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄の数）：１の合成するもので、送信
の場合は分配回路となる。

【００２７】コヒーレント受信回路４は送受切換回路、
増幅回路、ミキサー回路、クライストロン発振器で構成
される送受信回路で、毎スイープの送信波の立ち上がり
点をレンジビンカウントクロックに同期させて行うこと
により、コヒーレント性を持ったベースバンドビデオ信
号のＩチャネルとＱチャネルの信号を出力するものであ
る。尚、送信専用回路と受信専用回路によりコヒーレン
ト受信回路４を構成することも可能である。スラントレ
ンジ方向のドップラー周波数成分がほぼ一定とみなせる
範囲、すなわち回転アンテナ１の送受波方向が目標Ｏに
向かって±１５°以内の回転位置（図２参照）にある期
間に、Ｎ個のサンプリングパルスに同期して、Ｎ個のベ
ースバンドＩ，Ｑ信号がアナログ−デジタル変換回路
５、６によって取り込まれ、アナログ−デジタル変換さ
れる。サンプリングパルスは、所定のレンジ位置で最低
１スイープに１回、タイミング発生回路９から出力され
る。ここで、１スイープの期間はレーダの送信パルスが
送信されてから次の送信パルスが送信されるまでに相当
する。

【００２８】アナログ−デジタル変換回路５はＩチャネ
ル信号をアナログ−デジタル変換し、アナログ−デジタ
ル変換回路６はＱチャネル信号をアナログ−デジタル変
換して、各々ｎビット（ｎは１６ビット程度とする）パ
ラレルディジタル信号にするものである。パラレル−シ
リアル変換回路７はアナログ−デジタル変換回路５のパ
ラレルディジタル出力信号をシリアルディジタル信号に
変換し、パラレル−シリアル変換回路８はアナログ−デ
ジタル変換回路６のパラレルディジタル出力信号をシリ
アルディジタル信号に変換するものである。

【００２９】タイミング信号発生回路９はレーダコヒー
レント受信回路４のレンジビンカウントクロックをカウ
ントするカウンターである。目標Ｏからの最もつよい反
射波が特定のレンジビンに於いて得られるならば、その
レンジビンをカウントするレンジカウンターのカウント
値を記憶し、次のスイープでもそのレンジビンでのエコ
ーを受信できるようにするものである。タイミング信号
発生回路９から、レンジビン指定信号にしたがって出力
されるタイミング信号に同期して毎回のスイープにおい
て（１スイープ期間で１回以上）サンプリング（Ａ／Ｄ
変換）が実行される。

【００３０】観測部１０２には、シリアル−パラレル変
換回路１０、シリアル−パラレル変換回路１１、バッフ
ァメモリ１２、フーリエ変換回路１３、移動量計算回路
１４、タイミング信号発生回路１５、ＰＰＩ(Plan Poss
ition Indication)表示器１６、スペクトル形状表示回
路１７とを有している。

【００３１】シリアル−パラレル変換回路１０は回転ア
ンテナ部１０１から送られた、シリアル化べースバンド
Ｉチャネル信号をもとのパラレル信号に変換し、シリア
ル−パラレル変換回路１１はＱチャネルの信号をパラレ
ル信号に変換するものである。バッファメモリ１２は、
Ｎ×２以上の配列数を持つ記憶回路であり、Ｎ個（Ｎ＝
128, 256, 512...）のベースバンドＩチャネルパラレル
信号およびＱチャネルパラレル信号を蓄積し、Ｎ個の受
信データを揃える。バッファメモリ１２にはタイミング
信号発生回路１５から（目標から±１５°の範囲）にあ
る事を示す方位指定信号がでた時点からＮスイープ期
間、Ｉチャネルパラレル信号およびＱチャネルパラレル
信号が蓄積される。

【００３２】フーリエ変換回路１３はバッファメモリ１
２に蓄積されたＩチャネルパラレル信号およびＱチャネ
ルパラレル信号をフーリエ変換して周波数軸に変換する
ための演算と、そのＮ個の演算結果の絶対値を計算して
スペクトル波形データに変換する演算を行う。このスペ
クトルは、スペクトル形状表示回路１７に表示されるよ
うになっている。なおフーリエ変換、スペクトルの算出
は、市販のＩＣ回路が使用でき、また専用のハードウェ
アや、汎用の小型計算機に組み込まれたソフトウェア処
理で実施することもできる。

【００３３】移動量計算回路１４は、アレイアンテナの
個数Ｍ個（ここではＭ＝４）の極大値をとる周波数を取
り出して、目標と観測レーダ装置の相対的な移動量の計
算をする。その計算ステップは以下の(1)〜(4)とおりで
ある。(1)Ｍ個の周波数の平均周波数ｆm [Hz]を算出す
る。式(10)で計算されたように周波数軸の１ステップは
λ／２ωに対応するので、(2)この平均周波数ｆm[Hz]に
λ／２ωを掛けて、回転軸からの腕の長さに相当するも
のを算出する。(3)これにレーダの回転角速度ωを掛け
て、レンジ方向の移動速度を算出する。(4)これに観測
期間を掛ける。目標または観測装置がレンジ方向に観測
期間中どれだけ移動したか計算される。

【００３４】一例として図４のように、回転アンテナ１
のアレイＡ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄（Ｍ＝４個）を搭載した船
舶が静止目標Ｏから一定の速度−１．５ωＬで離れてい
く場合について移動距離を計算する。ωは回転アンテナ
１の回転角速度で既知の変数である。Ｌは回転アンテナ
１の基準の長さ（アレイ素子間隔）である。計算しやす
くするため、船舶の移動速度を−１．５ωＬの一定とし
た。アレイＡ₁の相対的な移動速度Ｕ₁＝１．５ωＬ、ア
レイＡ₂の相対的な移動速度Ｕ₂＝−０．５ωＬ、アレイ
Ａ₃の相対的移動速度Ｕ₃＝−２．５ωＬ、アレイＡ₄の
相対的移動速度Ｕ₄＝−４．５ωＬとなる。これらの速
度により４種類のドップラー周波数を発生する。

【００３５】スペクトル形状表示回路１７では、図５に
示すように、１．５ｆ、−０．５ｆ、−１．５ｆ、−
４．５ｆに極大値が現れる。ここでこのままではスペク
トルだけしか得られていないが、相対的な移動量は以下
により計算できる。計算ステップ(1)に従ってスペクト
ルの平均収束数を計算すると（1.5ｆ-0.5ｆ-2.5ｆ-4.5
ｆ）/4＝−1.5ｆになり、計算ステップ(2)に従って周波
数軸から距離軸に変換すると、−1.5ｆ｛λ/(２ω)｝
[メートル]となる。計算ステップ(3)より移動速度＝−
1.5ｆ（λ/２）が得られる。計算ステップ(4)により、
観測期間における相対移動量＝−1.5ｆ（λ/２）Ｔが得
られる。観測期間Ｔおよび受信波の波長λは既知のパラ
メータであり、スペクトル形状表示回路１７からｆの値
は読みとれるから、スラントレンジ方向の相対移動量は
計算された。回転アンテナ１のアレイ数にかかわらず計
算できる。また、スペクトルの形にＭ個の極大値が現れ
ない場合でもこの方法で計算可能である。

【００３６】タイミング信号発生回路１５は、シリアル
−パラレル変換回路１０、１１の変換を行う同期クロッ
クとＰＰＩ表示回路１６の同期クロックを作成するタイ
ミング信号を発生する回路である。ＰＰＩ表示回路１６
は全方位方向のビデオ検波受信信号をＰＰＩ表示するも
のである。レーダ表示器１６のレンジビンはオペレータ
により設定され、そのレンジビン指定信号は前記したタ
イミング信号発生回路９に転送される。タイミング信号
発生回路９では、指定されたレンジビンになったとき、
サンプリングを行う。スペクトル形状表示回路１７は、
フーリエ変換回路１３から出力されるスペクトルデータ
を周波数軸に表示する回路で、目標Ｏのレンジ、方位
角、移動距離の情報も表示される。

【００３７】上記実施例の回転アレイアンテナ式レーダ
による測距装置は、おもに船、人、車両等の比較的低速
度移動する僅かな動きを検出することに利用できる。実
施にあたっては、予め測定するレンジとその方位角の範
囲を定めておくこともできる。回転アンテナを有する一
般の船舶レーダ装置の指示機と同様な操作で、回転アン
テナ１の回転角速度をωとし、サンプル間隔を△ｔと
し、φを観測したい目標の存在する方向とするとき観測
期間（通常は１０秒間程度）の間に、φ＝θ−ω×Ｎ×
△ｔ×180／（２π）度からθ＋ω×Ｎ×△ｔ×180／
（２π）度まで変動する。この変動はアンテナ正面を０
°とするとき−１５°から＋１５°程度が好ましいこと
がシミュレーションで確かめられている。またフーリエ
変換の際、ハミング、ハニング等のウィンドウ関数を使
用する方が良いシミュレーション結果となった。回転ア
ンテナ１のアレイの配列数Ｍと配列間隔Ｌは製作時間に
おいて適宜に選択する。

【００３８】尚、本発明の回転式アレイアンテナを用い
たレーダでは、複数のアレイを有する回転アンテナ１と
して、例えばパラポラアンテナ、ホーンアンテナ、パッ
チアレイアンテナ等、それぞれＭ個を所定の間隔で配置
したアンテナが使用できる。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の回
転アレイアンテナ式レーダによる測距装置によれば、本
来のレーダ機能により全アジマス方向の目標探索ができ
ることは勿論、観測期間における観測レーダ装置と目標
間の距離の変化量（目標またはレーダの移動量）を知る
ことができる。

【００４０】計測にあたっては、ビデオベースバンドの
Ｉ信号、Ｑ信号のサンプル値データ（Ｎ個）をフーリエ
変換する操作により高周波成分（ベースバンド以外）は
除去され、Ｓ／Ｎの優れた信号を検出することができ
る。したがって目標が静止していてドップラーが検出で
きない場合、距離が遠い場合のように、ドップラーシフ
トの変位量が僅かしか得られなかったり、受信信号のＳ
／Ｎが悪い状況でもアンテナから目標までのレンジの測
距と目標又はアンテナの観測期間における移動距離の測
定が可能になる。遠方にある船、人、車両等の孤立目標
の僅かな動きの移動速度、移動量の検出に適している。

【００４１】従来のＩＳＡＲは回転する目標の形状を算
出するものであるが、本発明の測距装置は、目標が回転
する、しないにかかわらず、反射波が受信できる状況で
あれば移動距離が測距できる。スペクトル分布が表示さ
れるので、波形の振幅値（ピーク値とノイズレベル）か
ら、受信信号レベルを知ることができ、目標の形状を判
断することもできる。本発明の装置は、遠方にある目標
の動きを観測したり、自船が孤立目標に対して何ｍ動い
たか等を測定でき、自船又は遠方の人、車などが動いた
距離を測定するのに適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する回転アレイアンテナ式レーダ
による測距装置の実施例の回路ブロックである。

【図２】本発明を適用する回転アンテナ１と目標Ｏとの
距離が不変の場合の各アレイの移動速度を示してある。

【図３】回転アンテナ１と目標Ｏとの距離が不変の場合
のフーリエ変換後のスペクトルを示してある。

【図４】回転アンテナ１と目標Ｏとの距離が離れてゆく
場合の各アレイの相対速度および各アレイの合成速度を
示してある。

【図５】回転アンテナ１と目標Ｏとの距離が離れてゆく
場合のフーリエ変換後のスペクトルを示してある。

【符号の説明】

１は回転アンテナ、２は位相調整回路、３は高周波（Ｒ
Ｆ）合成回路、４はコヒーレント受信回路、５はアナロ
グ−デジタル変換回路、６はアナログ−デジタル変換回
路、７はパラレル−シリアル変換回路、８はパラレル−
シリアル変換回路、９はタイミング信号発生回路、１０
はシリアル−パラレル変換回路変換回路、１１はシリア
ル−パラレル変換回路、１２はバッファメモリ、１３は
フーリエ変換回路、１４は移動量計算回路、１５はタイ
ミング信号発生回路、１６はＰＰＩ表示器、１７はスペ
クトル表示回路、Ｏは目標、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄はアン
テナアレイ、１０１は回転アンテナ部、１０２は観測
部、１００₁、１００₂、１００₃、１００₄、１００₅は
スリップリング。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数Ｍのアレイを持つ回転アンテナで受信
   した目標からの複数Ｍの高周波信号を１チャンネルに合
   成する高周波合成回路と、 前記により合成された高周波信号を周波数変換してベー
   スバンドビデオ信号を取り出すコヒーレント受信回路
   と、 該ベースバンドビデオ信号をＮ個の受信データとして切
   り出すサンプリング回路と、 そのＮ個の受信データをフーリエ変換してＭ個の周波数
   のスペクトルを算出するフーリエ変換回路と、 該スペクトルの変位によりＭ個のドップラー周波数を算
   出し、算出された各ドップラー周波数、該回転アンテナ
   の回転角速度、および各ドップラー周波数に対応するア
   レイと回転軸との長さにより、該回転アンテナと目標と
   の間の相対移動速度または／および距離を算出する移動
   量計算回路とを、有する回転アレイアンテナ式レーダに
   よる測距装置。
2. 【請求項２】該回転アンテナの送受波方向が該目標に向
   かってほぼ−１５度から＋１５度の回転位置にある期間
   に、該サンプリング回路が前記Ｎ個の受信データを切り
   出すことを特徴とする請求項１に記載の回転アレイアン
   テナ式レーダによる測距装置。
3. 【請求項３】前記ベースバンドビデオ信号およびそのス
   ペクトルによるレーダの映像を表示するレーダ表示器を
   有することを特徴とする請求項１に記載の回転アレイア
   ンテナ式レーダによる測距装置。
4. 【請求項４】前記レーダー表示器にスペクトルおよび／
   または該回転アンテナと目標との間の相対移動速度およ
   び距離を表示することを特徴とする請求項３に記載の回
   転アレイアンテナ式レーダによる測距装置。