(57)【要約】【課題】  移動可能な表面波レーダ装置を提供すること。【解決手段】  実施形態によれば、表面波レーダ装置は、レーダ波を送信する送信アンテナと、アレイ配列される複数のアクティブアンテナを備える受信アンテナ部と、信号処理部とを具備する。アクティブアンテナの各々は、円筒状の本体と、本体の長手方向に直交して設けられるキャパシタハットと、アクティブアンテナの共振周波数を可変するコイルとを備える。信号処理部は、信号検出部と、測角処理部とを備える。信号検出部は、アクティブアンテナの各々のアンテナ出力から、レーダ波のエコーの到来波数情報を算出する。測角処理部は、アクティブアンテナの各々のアンテナ出力から、到来波数情報に基づく測角処理を行う。【選択図】  図１
2020115093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ波を送信する送信アンテナと、
アレイ配列される複数のアクティブアンテナを備える受信アンテナ部と、
信号処理部とを具備し、
前記アクティブアンテナの各々は、
円筒状の本体と、
前記本体の長手方向に直交して設けられるキャパシタハットと、
前記アクティブアンテナの共振周波数を可変するコイルとを備え、
前記信号処理部は、
前記アクティブアンテナの各々のアンテナ出力から、前記レーダ波のエコーの到来波数情報を算出する信号検出部と、
前記アクティブアンテナの各々のアンテナ出力から、前記到来波数情報に基づく測角処理を行う測角処理部とを備える、表面波レーダ装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記アクティブアンテナの各々のアンテナ出力に基づくデジタル演算により、複数の受信ビームを形成するビーム形成部をさらに備え、
前記信号検出部は、前記複数の受信ビームに基づき前記到来波数情報を算出する、請求項１に記載の表面波レーダ装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、仮想アレイ演算処理により前記受信アンテナ部の開口を拡大する仮想アレイ処理部をさらに備え、
前記測角処理部は、前記拡大された開口に基づくアンテナ出力の各々から、目標の測角情報を算出する、請求項１に記載の表面波レーダ装置。
【請求項４】
前記レーダ波のキャリア周波数を切り替える切替手段をさらに具備する、請求項１に記載の表面波レーダ装置。
【請求項５】
前記キャリア周波数に応じて前記複数のアクティブアンテナの配列間隔を物理的に可変するアクチュエータを備える、請求項４に記載の表面波レーダ装置。
【請求項６】
前記アクティブアンテナの各々は、前記キャリア周波数に応じて前記コイルのコイル長を可変する切替スイッチを備える、請求項４に記載の表面波レーダ装置。
【請求項７】
前記アクティブアンテナの各々は、前記本体、前記キャパシタハット、および前記コイルを格納するレドームを備える、請求項１に記載の表面波レーダ装置。
【請求項８】
前記アクティブアンテナの各々は、前記円筒状の本体の内部に配置され、前記エコーを捕捉して前記アンテナ出力を出力する受信回路を備える、請求項１に記載の表面波レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、表面波レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面波レーダ装置は、例えば海洋船舶を監視するために用いられ、対象海域の海沿いに設置して使用される。その性質上、短波帯での送受信が主であることから、アンテナのサイズが大きくなりがちである。既存の装置では半波長アンテナの原理に基づく八木アンテナが使用されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】吉田  孝  監修  「改訂レーダ技術」  電子情報通信学会、平成８年１０月１日（初版）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上述べたように、短波帯を利用する従来の表面波レーダ装置はアンテナのサイズが大きく、現場に固定的に据え付けて利用せざるを得ない。角度分解能を上げるためには、アンテナ開口を確保するための広大な敷地面積を要し、その面でも制約が大きい。さらに、使用周波数帯域が比較的混み合っていることから、運用周波数が固定化され、他レーダ波や通信波と干渉する虞れもある。これらの課題を解決し、より、機動性に富む表面波レーダ装置が要望されている。  
そこで、目的は、移動可能な表面波レーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、表面波レーダ装置は、レーダ波を送信する送信アンテナと、アレイ配列される複数のアクティブアンテナを備える受信アンテナ部と、信号処理部とを具備する。アクティブアンテナの各々は、円筒状の本体と、本体の長手方向に直交して設けられるキャパシタハットと、アクティブアンテナの共振周波数を可変するコイルとを備える。信号処理部は、信号検出部と、測角処理部とを備える。信号検出部は、アクティブアンテナの各々のアンテナ出力から、レーダ波のエコーの到来波数情報を算出する。測角処理部は、アクティブアンテナの各々のアンテナ出力から、到来波数情報に基づく測角処理を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態に係わる表面波レーダ装置の一例を示す上面図である。
【図２】図２は、受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４の一例を示す外観図である。
【図３】図３は、受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４にレドーム２１２を被せた状態を示す図である。
【図４】図４は、図１に示される設置ラダーの一例を示す図である。
【図５】図５は、受信アクティブアンテナの等価回路の一例を示す図である。
【図６】図６は、受信アクティブアンテナ回路の実装形態の一例を示す図である。
【図７】図７は、ＦＰＧＡ回路の一例を示す図である。
【図８】図８は、ＮＣＯ回路の一例を示す図である。
【図９】図９は、同期回路４０４の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、図１に示される送信アンテナ１６の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、送信機の一例を示す機能ブロック図である。
【図１２】図１２は、レーダ動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図１３】図１３は、実施形態に係わる信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。
【図１４】図１４は、仮想アレイ処理部１２０６による矩形配列演算とアダプティブ処理部１２０７による到来方向推定演算について説明するための図である。
【図１５】図１５は、仮想アレイ処理部１２０６による矩形配列演算とアダプティブ処理部１２０７による到来方向推定演算について説明するための図である。
【図１６】図１６は、仮想アレイ処理部１２０６による矩形配列演算とアダプティブ処理部１２０７による到来方向推定演算について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、実施形態に係わる表面波レーダ装置の一例を示す上面図である。この実施形態では、トラック等の車両に送信アンテナ、発動発電機、および送信機を搭載し、受信アンテナを地上に設置する例を示す。受信アンテナも可搬型とすることで、レーダシステムを移動して任意の場所に展開することができるようになる。実施形態ではこれを可能にする技術について開示する。
【０００８】
図１においては、４本の受信アクティブアンテナを卸下させて設置ラダーにＴ字配列設置した例を示す。なお、Ｔ字配列はＬ字配列でも構わないし、配列数は４本の他、６本、８本・・・２Ｎ本（Ｎは整数）でも良い。実施形態では、目標の検出および測距はＤＢＦ（Digital Beam Forming）方式、測角は到来方向推定の組み合わせによる方式とする。
【０００９】
図１において、先ず、設置ラダー１５を地面に組み、接地棒を兼ねた金属杭１０２で固定する。その上に受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４を載置し、設置ラダーのテーブル１０３に金属ネジで固定する。
【００１０】
トラック１９には、送信アンテナ１６、発動発電機１７、および信号処理シェルタ１８を搭載する。信号処理シェルタ１８には、送信機、信号処理部、表示部等を実装する。送信機から受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４に同軸ケーブルを接続し、基準信号などを送信する。また、受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４から出力される、デジタルの受信信号を光ケーブル等で信号処理部に接続する。同軸ケーブルおよび光ケーブルは、マルチケーブルＭＣに一体化してもよい。
【００１１】
設置ラダー１５では、選択されたキャリア周波数に応じて受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４の間隔がほぼ０．４λとなるようにアクチュエータ１０１を制御し、４本の受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４を移動させる。同様に、選択されたキャリア周波数に応じて、送信アンテナ１６は０．５λ（または０．２５λ）となるように伸長あるいは縮小される。
【００１２】
図２は、受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４の一例を示す外観図である。実施形態において、受信アクティブアンテナとして垂直偏波アンテナを採用する。受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４は、円筒状のアンテナ本体２０２と、アンテナ本体２０２の長手方向と垂直に設置されるキャパシタハット２０１，２０３，２１１と、アンテナ本体２０２に巻き付けられたコイル２０４，２０５，２０６，２０７を備える。さらに、スイッチ２０８，２０９，２１０によりコイル長を変化させることで、アンテナ共振周波数を例えば４通りに切り替えられるようになっている。なお図２において、説明のためスイッチ２０８，２０９，２１０をアンテナ本体２０２の外部に描画したが、円筒内部に取り付けると都合がよい。
【００１３】
アンテナ小型化のための要件として、以下が挙げられる。  
ア）半波長アンテナに対し径を太くし表面電流を多く流せるようにする。  
イ）電気的遅延をさせる。  
ウ）共振周波数を下げるためキャパシタハットを具備する。  
図２、図３に示される構成は、このような要件を満たしうる。アンテナ本体２０２の太さ（円筒径）を太くすることは、特に効果的である。
【００１４】
また、周波数を切り替えるために、以下の構成とする。
エ）コイル長を切り替えるスイッチを具備する。  
オ）キャリア周波数に対して整合回路とスイッチを具備する。  
受信アクティブアンテナの容量は式（１）に、リアクタンスは式（２）に、コイルインダクタンスは式（３）に示される。  
【００１５】
【数１】
2020115093.tif 000003
【００１６】
ここで、Ｈはアンテナ高(feet)、Ｄは直径（inches）、ｆ０は共振周波数を示す。  
すなわち、アンテナ本体２０２の直径Ｄと高さＨ、およびキャパシタハットから、受信アクティブアンテナの容量が定まる。そこで、コイル長を可変することでコイルインダクタンスを変化させ、共振周波数を可変することができる。図２、図３では一例として、４種類の共振周波数が設定可能であることを示す。共振周波数の変更は、後述する、レーダ波のキャリア周波数の切り替えに関連する。
【００１７】
図３に示すように、アンテナ本体２０２、キャパシタハット２０１，２０３，２１１、コイル２０４，２０５，２０６，２０７、およびスイッチ２０８，２０９，２１０を、ポリ塩化ビニール等のレドーム２１２に格納してもよい。これによりレドーム２１２の内部を潮風などによる腐食から保護できる。なお、アンテナ本体２０２の材質としてはアルミ、コイルの材質には銅などを用いることができる。
【００１８】
図４は、図１に示される設置ラダーの一例を示す図である。設置ラダーとしては、一般的な電動アクチュエータ方式を採用できる。図４において、設置ラダーは、ベース９０１、ガイド９０２、テーブル９０３、モータ９０４を備え、テーブル９０３の上に１本の受信アクティブアンテナを取り付けることができる。また、ベースを複数本に分割して現地で連接可能な構造とすることで、車両に搭載することも容易にできる。
【００１９】
図５は、受信アクティブアンテナの等価回路の一例を示す図である。受信アクティブアンテナは、等価受信回路３１、スイッチ３７、整合回路３２（３２−１、３２−２、３２−３、３２−４）、スイッチ３８、等価短縮アンテナ３３を直列に接続してなるとする。受信回路抵抗３０１の抵抗値を例えば５０Ω（一定）とし、スイッチでコイル長を変えて共振周波数を変えるとアンテナ抵抗３０４が変化する。このため、整合インダクタンス３０２と整合コンデンサ３０３の各定数を変えて整合させる。すなわち、整合回路は共振周波数の数だけ具備し、スイッチ３７，３８で切り替えるようにする。
【００２０】
図６は、受信アクティブアンテナ回路の実装形態の一例を示す図である。図６において、円筒状のアンテナ本体２０２の内部は、空洞である。空洞の内側に、絶縁のためマイラシート４２を張る。さらに、整合回路４０１、受信回路４０２、高速Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路４０３、同期回路４０４、電源回路４０５をフレキシブル基板に実装し、丸めてアンテナ本体内に入れる。
【００２１】
整合回路４０１は、図５に示される回路である。受信回路４０２は、低雑音増幅器およびその周辺回路を含む。高速Ａ／Ｄ変換回路４０３は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）に実装され、受信デジタル信号を出力する。同期回路４０４は、レーダ送信機とのタイミング同期と受信信号のインタフェースを行う。
【００２２】
図７は、ＦＰＧＡ回路の一例を示す図である。ＦＰＧＡは、同期回路からのタイミング信号（送信開始トリガ）とＣＬＫ（クロック）とを入力し、ＮＣＯ回路５１にてＦＭ復調信号を生成出力する。そして、Ａ／Ｄ変換器からのデジタル受信データとＦＭ復調信号とを乗算器５２で乗算し、デジタルフィルタ５３にて乗算イメージを抑圧し、ヒルベルトフィルタ５４でＩ／Ｑ直交検波を行うことで、受信Ｉ，Ｑデータが出力される。
【００２３】
図８は、ＮＣＯ回路の一例を示す図である。ＮＣＯ回路は、Ｎビットフルアダー６１、ラッチ６２、波形メモリ６３を備える。Ｎビットフルアダー６１に位相増加分Δθを入力すると、その位相増加分に従う読み出しアドレスが波形メモリ６３に与えられ、周波数波形が出力される。これにより、ＦＭ変調に従った波形をデジタル信号で出力する。Δθは式（４）に示される。  
【００２４】
【数２】
2020115093.tif 000004
【００２５】
ここで、fOUTは出力周波数、fCLKはＣＬＫ周波数、ｎは波形メモリのアドレス長を示す。式（５）は、ｎと周波数分解能Δｆとの関係を示す。
【００２６】
図９は、同期回路４０４の一例を示す図である。同期回路４０４は、バイアスＴ７１、ＰＬＬ（Phase Lock Loop）回路７２、レベル変換器７３，７４を備え、レーダ送信機から、例えば１０ＭＨｚのＣＷ（連続波）に送信開始（ＦＭ変調開始）時のみバイアス（直流成分）を加えた信号が、基準信号として入力される。同期回路４０４において、バイアスＴは、基準信号を交流信号（１０ＭＨｚ）と直流信号（送信開始）とに分離する。次に、直流信号からタイミング信号を生成し、交流信号（１０ＭＨｚ）からＰＬＬ回路７２を使用してＣＬＫを生成する。タイミング信号は、レベル変換器７４を介して送信開始トリガとして取り出される。ＰＬＬ回路７２からのＣＬＫ信号も、レベル変換器７３を介して外部に取り出される。
【００２７】
図１０は、図１に示される送信アンテナ１６の一例を示す図である。送信アンテナ１６は、釣り竿状（テレスコピック）の構造を有し、ワイヤなどを用いた伸縮機構により、レーダ信号のキャリア周波数に応じて伸縮させることができる。図１０においては４種類のキャリア周波数に対応可能な送信アンテナを示す。半波長または１／４波長として、波長が最も長いケースが符号８１、２番目に長いケースが符号８２、３番目に長いケースが符号８３、波長が最短のケースが符号８４にそれぞれ対応する。
【００２８】
図１１は、送信機の一例を示す機能ブロック図である。送信機は基準信号発生回路１００１、ＰＬＬ回路１００２、カウンタ回路１００３、ＮＣＯ回路１００４、Ｄ／Ａ変換回路１００５、送信入／切スイッチ１００６、増幅器１００７、および、送信周波数制御回路１００８、および、バイアスＴ回路１００９を備える。
【００２９】
図１１において、基準信号発生回路１００１は基準信号（例えば１０ＭＨｚＣＷ）を出力する。この基準信号はＰＬＬ回路１００２とバイアスＴ回路に入力される。ＰＬＬ回路１００２は基準信号から同期信号を生成し、カウンタ回路１００３に入力する。カウンタ回路１００３は、同期信号からタイミング信号を生成し、ＣＬＫ、送信ＯＮ／ＯＦＦ信号、および各種トリガを出力する。
【００３０】
送信周波数制御回路１００８は、信号処理シェルタ１７（図１）の信号処理部から送信周波数情報を取得し、カウンタ回路１００３からの各種トリガから、キャリア周波数を可変するタイミングで送信アンテナ１６、受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４のスイッチ制御を行う。
【００３１】
ＮＣＯ回路１００４は、送信周波数情報、送信トリガ、およびＣＬＫを受け、デジタル送信信号を出力する。Ｄ／Ａ変換回路１００５は、ＮＣＯ回路１００４からのデジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅器１００７で必要な電力に増幅して送信アンテナ１６に給電する。ＮＣＯ回路１００４は図８に示す構成と同様である。バイアスＴ回路１００９は、基準信号発生回路１００１からの基準信号と、送信トリガとを重畳し、バイアス１０ＭＨｚ信号を出力する。
【００３２】
図１２は、レーダ動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。レーダ期間は、モニタ期間、キャリア周波数可変期間、および送受信期間を含む。  
モニタ期間は、選択キャリア周波数の受信帯域で干渉波を抽出する時間である。  
キャリア周波数可変期間は、送信アンテナ／受信アクティブアンテナの周波数切り替えと、受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４の配列を可変する期間である。
【００３３】
送受信期間は、レーダ波の送信とエコーの受信を行い、目標検出、測距、測角する期間である。  
なお、モニタ期間の直後に帯域選択期間を設定してもよい。
【００３４】
図１１のカウンタ回路１００３は、図１２に示されるレーダ動作トリガ、キャリア周波数変更トリガ、およびセクタトリガを出力する。レーダ動作トリガは、モニタ期間を認識するためのトリガである。セクタトリガは、送受信期間を認識するためのトリガである。キャリア周波数変更トリガは、キャリア周波数可変時間を認識するためのトリガである。
【００３５】
図１３は、信号処理シェルタ１７（図１）の信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。受信アクティブアンテナ１１〜１４（Ｎ＝４）からのアンテナ出力（受信信号）は、ＤＢＦ処理部１２０１とＦＦＴ処理部１２０４とに入力される。  
ＤＢＦ処理部１２０１は、ＤＢＦ方式によるビーム形成を実施する。すなわちＤＢＦ処理部１２０１は、受信アクティブアンテナの各々のアンテナ出力に基づくデジタル演算により、複数の受信ビームを形成する。
【００３６】
同時ビーム形成された各ビームデータ（ビーム１〜ビームＭ）は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理部１２０２に入力され、ビート周波数、およびドップラ周波数に変換が生成されてセル抽出処理部１２０３に入力される。セル抽出処理部１２０３は、各２次元データ（ビーム１〜ビームＭ）から目標検出と測距を実施する。これにより、セル抽出処理部１２０３から測距情報と目標数情報が出力され、測距情報に基づく目標距離が表示部１２０８に表示される。目標数情報は、アダプティブ処理部１２０７に渡される。
【００３７】
一方、ＦＦＴ処理部１２０４は、受信アクティブアンテナの各々のアンテナ出力から、各アンテナごとの２次元データ（アンテナ１〜アンテナＮ）をＦＦＴ処理により生成し、データ保存処理部１２０５に一時的に保存する。さらに、セル抽出処理部１２０３からの検出情報に基づいて、セル抽出周辺データをリサンプリングし、抽出データ（アンテナ１〜アンテナＮ）を仮想アレイ処理部１２０６に入力する。
【００３８】
仮想アレイ処理部１２０６は、矩形配列演算により仮想アレイを形成し、物理アレイ（受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４）により形成されるアンテナ開口を仮想的に拡大する。アダプティブ処理部１２０７は、仮想アレイ処理部１２０６からの矩形配列演算処理データと、セル抽出処理部１２０３からの測距情報とに基づいて測角処理を行い、目標の測角情報を得る。測角情報は表示部１２０８に渡されて目標情報として表示される。当然ながら、測距情報、測角情報を利用して追随処理を行うこともできる。
【００３９】
ＤＢＦ処理部１２０１の出力ｙ、移相ウェイトＷ、受信信号ｘの間には次式（６）の関係がある。
【００４０】
【数３】
2020115093.tif 000005
【００４１】
例えば、同時ビーム形成数を３本とするならば、Ｗの移相データを３セット用意し、素子毎の受信データに各移相ウェイトを乗算した結果を足し合わせることで、出力ｙが３ビームとなる。
【００４２】
図１３に示されるように、受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４からの出力信号は、ＦＭ変調をビート周波数に変換しており、ＦＦＴ処理部１２０２でスイープ毎にＦＦＴ処理を施すことでパルス圧縮する。さらに、スイープ毎のＦＦＴ処理をＮ回した結果に対し、２番目のＦＦＴを実施する。最初のＦＦＴをレンジＦＦＴと称し、２番目のＦＦＴをドップラＦＦＴと称する。
【００４３】
次に、セル抽出処理部１２０３は、２次元ＦＦＴ結果に対し、２次元ＣＦＡＲ（一定誤警報確率）処理を行う。ＣＦＡＲとは、サンプルデータから統計的にスレッショルドを求め、それ以上の信号振幅の場合に信号とみなす処理である。一般に、セル平均、ワイブル、ＯＳ等があり外来雑音分布、クラッタ分布等から設計条件に合わせて選択される。
【００４４】
ＣＦＡＲによる検出信号に対し式（７）に基づいて測距計算が行われる。式（７）において、Ｒは距離、ｆＢｅａｔは１番目のＦＦＴで得られるビート周波数、ｖは２番目のＦＦＴで得られる速度、ｃは光速、Ｂはチャープ帯域、Ｔはスイープ周期、λは波長である。
【００４５】
【数４】
2020115093.tif 000006
【００４６】
図１４、図１５、図１６は、仮想アレイ処理部１２０６による矩形配列演算とアダプティブ処理部１２０７による到来方向推定演算について説明するための図である。簡単のため、３素子リニアアレイ配列を想定し、さらに１素子を加えたＴ字配列で説明する。図１に示される受信アクティブアンテナの配置に対応する。なお、イメージの発生を抑止するために素子間隔を０．４λと仮定する。
【００４７】
図１４に示されるＴ字配列から、仮想矩形配列演算を行い、到来方向推定処理を行う。受信アクティブアンテナをＴ字配列アレイとし、受信したデジタル信号のデータ列をｘ１、サンプル数をＫ、サンプリング時間をＴとすると、式（８）、（９）が成立する。  
【００４８】
【数５】
2020115093.tif 000007
【００４９】
ここで、Ｘ１ｎは第ｎ番目の素子の観測データである。  
次に、図１４のＴ字配列を素子間隔だけ（例えば図面手前に向かって）平行移動して得られる観測データは、式（１０）、（１１）で表される。図１５は、Ｔ字配列の平行移動により形成される仮想アレイ矩形配列を示す。  
【００５０】
【数６】
2020115093.tif 000008
【００５１】
リニアアレイ部は平行移動の前後で位置ベクトルが異なるので位相がずれるが、ｘ１４（１，４）とｘ２２（２，２）との間では位相変化がない。この変化の無い成分を用いて、位相差を無くすようにｘ１とｘ２とを合成することで、２×Ｎの仮想矩形アレイのデータを得ることができる（仮想アレイ形成演算）。
【００５２】
Ｘｔ１４とＸｔ２２のデータ列から相関Ｃ（ｑ）（ｑ＝１，２，…，Ｋ−ｑ）を計算すると式（１２）が得られる。  
【００５３】
【数７】
2020115093.tif 000009
【００５４】
ここで、ｑは相関計算データ数、＊は複素共役である。最大相関となるｑをｑ’１２とし、スナップショット数をＮＳとすると、（１３）〜（１５）のように、到来方向推定に用いるデータＸ’１、Ｘ’２およびＸ’３を得ることができる。そして、最終的に（１６）が仮想矩形配列データとなる。  
【００５５】
【数８】
2020115093.tif 000010
【００５６】
式（１６）のデータに対し、ＤＢＦ方式の検出結果と、例えばＥＳＰＬＩＴアルゴリズムの組み合わせによる到来方向推定を行う。ＥＳＰＬＩＴアルゴリズムは以下となる。
【００５７】
先ず、式（１７）、（１８）のように相関行列を求める。  
【００５８】
【数９】
2020115093.tif 000011
【００５９】
ここで、Ａはステアリングベクトル、Ｆは振幅ベクトルである。
【００６０】
相関行列Ｒｘｘに対する固有問題とすれば、（１９）を得る。  
【００６１】
【数１０】
2020115093.tif 000012
【００６２】
これを解いて得られるＫ個の固有値を値の大きいものから並べる。
【００６３】
一方、図１３で説明したＤＢＦ方式による信号検出処理により到来波数Ｌが決まっているので、Ｋ個の固有値から大きい順にＬ個を選ぶ。信号部分空間の固有ベクトルは式（２０）で示される。  
【００６４】
【数１１】
2020115093.tif 000013
【００６５】
行列（２０）から行列（２１）を得る。  
【００６６】
【数１２】
2020115093.tif 000014
【００６７】
式（２２）をΨについて解くと、式（２３）を得る。  
【００６８】
【数１３】
2020115093.tif 000015
【００６９】
行列（２３）の固有値展開をし、ゼロに等しいＬ個の固有値に属する固有ベクトルから行列（２４）を構成する。  
【００７０】
【数１４】
2020115093.tif 000016
【００７１】
行列（２４）の上半分のＬ次正方行列を（２５）、下半分のＬ次正方行列を（２６）として抽出し、（２７）を計算する。  
【００７２】
【数１５】
2020115093.tif 000017
【００７３】
行列Ψの固有値展開を行い、その固有値ψ（ｌ＝１，２，…，Ｌ）を式（２８）に代入して、到来角θｌ（ｌ＝１，２，…，Ｌ）を求めることができる。  
【００７４】
【数１６】
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【００７５】
上述したように、実施形態によれば、受信アンテナの立体小型短縮化、および周波数切り替えが可能になる。受信アンテナをアクティブ化することでケーブルロスを無くし、短縮で下がったアンテナ利得を補う。さらに、仮想矩形配列による高分解能測角によりアンテナ素子削減が可能となる。すなわち、実施形態の表面波レーダ装置は、以下の（１）（１０）の技術的特徴を有する。
【００７６】
（１）  表面波レーダ装置は、１つの送信アンテナ１６と、複数の受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４を具備する。  
（２）  受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４を立体型短縮アンテナとし、トラック等に複数本を積み下ろし可能とする。また、狭帯域アンテナとし、スイッチ制御にて受信周波数を切り替え可能とし、筐体内に受信回路を具備するアクティブアンテナとする。  
（３）  送信アンテナ１６は、伸長可能な半波長または１／４波長アンテナとし、トラック等に発動発電機、送受信機、信号処理等と一緒に積載する。  
（４）  複数本からなる設置ラダーを組み合わせ、設置ラダーのテーブルに、受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４を固定する。  
（５）  設置ラダーのテーブルに固定された受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４は、設置ラダーのアクチュエータ１０１により配列間隔を可変可能とする。  
（６）  表面波レーダ装置は、初期設定でのキャリア周波数に従い、送信アンテナ１６についてはアンテナ長を可変し、受信アクティブアンテナ１１，１２，１３，１４についてはスイッチ制御にて共振周波数を変える。キャリア周波数の変更に応じて、設置ラダーのアンテナ配置間隔を変える。  
（７）  先ず、表面波レーダ装置は受信のみを行い、干渉波計測とノイズ計測を行う。  
（８）  次に、表面波レーダ装置は、干渉波を避けたキャリア周波数にＦＭＣＷ（またはＦＭＩＣＷ）方式の送受信を行う。  
（９）  表面波レーダ装置は、ＤＢＦ方式にて検出を行う。  
（１０）  表面波レーダ装置は、到来方向推定にて測角を行う。ただし、配列数を削減するため受信アンテナをＴ字配列またはＬ字配列による仮想矩形配列演算後、ＭＵＳＩＣまたはＥＳＰＬＩＴ等によるアダプティブアンテナ処理で角度高分解能を実施する。
【００７７】
上記構成により、可搬型（移動可能）の短波表面波レーダ装置を実現することが可能になり、例えば海上を移動する艦船の監視を行うことができる。また、検出はＤＢＦ方式、測角は到来方向推定とし、到来方向推定はアダプティブアンテナ処理と仮想アレイを併用することで、角度分解能を保持して配列アンテナ数を削減することができる。さらに、キャリア周波数を切り替えることで海面からのブラッグ共鳴散乱のドップラ周波数をずらし、海流クラッタ、電離層クラッタから目標を分離することで、クラッタに隠れた目標を検出できる。これらのことから、移動可能な表面波レーダ装置を提供することが可能になる。
【００７８】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００７９】
１１〜１４…受信アクティブアンテナ、１５…設置ラダー、１６…送信アンテナ、１７…発動発電機、１８…信号処理シェルタ、１９…トラック、３１…等価受信回路、３２…整合回路、３３…等価短縮アンテナ、３７，３８…スイッチ、４２…マイラシート、５１…ＮＣＯ回路、５２…乗算器、５３…デジタルフィルタ、５４…ヒルベルトフィルタ、６１…Ｎビットフルアダー、６２…ラッチ、６３…波形メモリ、７１…バイアスＴ、７２…ＰＬＬ回路、７３，７４…レベル変換器、１０１…アクチュエータ、１０２…金属杭、１０３…テーブル、２０１…キャパシタハット、２０２…アンテナ本体、２０３…キャパシタハット、２０４〜２０７…コイル、２０８〜２１０…スイッチ、２１１…キャパシタハット、２１２…レドーム、３０１…受信回路抵抗、３０２…整合インダクタンス、３０３…整合コンデンサ、３０４…アンテナ抵抗、４０１…整合回路、４０２…受信回路、４０３…高速Ａ／Ｄ変換回路、４０４…同期回路、４０５…電源回路、９０１…ベース、９０２…ガイド、９０３…テーブル、９０４…モータ、１００１…基準信号発生回路、１００２…ＰＬＬ回路、１００３…カウンタ回路、１００４…ＮＣＯ回路、１００５…Ｄ／Ａ変換回路、１００６…送信入／切スイッチ、１００７…増幅器、１００８…送信周波数制御回路、１００９…バイアスＴ回路、１２０１…ＤＢＦ処理部、１２０２…ＦＦＴ処理部、１２０３…セル抽出処理部、１２０４…ＦＦＴ処理部、１２０５…データ保存処理部、１２０６…仮想アレイ処理部、１２０７…アダプティブ処理部、１２０８…表示部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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