(57)【要約】【課題】ガードアンテナを設けずにサイドローブクラッタを判別することができるレーダ装置を得ること。【解決手段】レーダ装置１００が、受信信号にＤＢＦ技術を用いた信号処理を実行することによって、目標を検出するためのビームパターンである目標ビームパターンと、受信信号がサイドローブクラッタであるか否かを判定するためのビームパターンであるサイドローブ判定ビームパターンと、を形成する信号処理器１０８と、目標ビームパターンの信号強度と、サイドローブ判定ビームパターンの信号強度と、を比較することによって、受信信号がサイドローブクラッタであるか否かを判別する判別回路１０９と、を備え、信号処理器１０８は、目標ビームパターンと比較して、受信信号のメインローブの領域ではゲインが小さく、且つサイドローブの領域ではゲインが大きくなるようサイドローブ判定ビームパターンを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ波である送信信号を放射するとともに、前記送信信号が反射されたレーダ波を受信信号として受信する複数の素子アンテナと、
前記素子アンテナが受信した受信信号にディジタル・ビーム・フォーミング技術を用いた信号処理を実行することによって、目標を検出するためのビームパターンである目標ビームパターンと、前記受信信号が前記目標とは異なる対象で反射されて前記素子アンテナのサイドローブの領域で受信されたサイドローブクラッタであるか否かを判定するためのビームパターンであるサイドローブ判定ビームパターンと、を形成する信号処理器と、
前記目標ビームパターンの信号強度と、前記サイドローブ判定ビームパターンの信号強度と、を比較することによって、前記受信信号が前記サイドローブクラッタであるか否かを判別する判別回路と、
を備え、
前記信号処理器は、前記目標ビームパターンと比較して、前記受信信号のメインローブの領域ではゲインが小さく、且つ前記サイドローブの領域ではゲインが大きくなるよう前記サイドローブ判定ビームパターンを形成する、
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記信号処理器は、
前記送信信号のビームの指向方向に対応する方向に前記受信信号のビームが指向するよう前記受信信号のそれぞれに重み付けをして前記受信信号を加算し、加算後の受信信号から前記目標ビームパターンを形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記信号処理器は、
前記目標ビームパターンと比較して、前記サイドローブの領域ではゲインが大きくなるよう前記受信信号のそれぞれに重み付けをして前記受信信号を加算し、加算後の受信信号から前記サイドローブ判定ビームパターンを形成する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記信号処理器は、
前記受信信号の振幅に対して前記重み付けをおこなう、
ことを特徴とする請求項２または３に記載のレーダ装置。
【請求項５】
複数の素子アンテナが、レーダ波である送信信号を放射する放射ステップと、
複数の素子アンテナが、前記送信信号が反射された前記レーダ波を受信信号として受信する受信ステップと、
前記素子アンテナが受信した受信信号にディジタル・ビーム・フォーミング技術を用いた信号処理を実行することによって、目標を検出するためのビームパターンである目標ビームパターンと、前記受信信号が前記目標とは異なる対象で反射されて前記素子アンテナのサイドローブの領域で受信されたサイドローブクラッタであるか否かを判定するためのビームパターンであるサイドローブ判定ビームパターンと、を形成するビームパターン形成ステップと、
前記目標ビームパターンの信号強度と、前記サイドローブ判定ビームパターンの信号強度と、を比較することによって、前記受信信号が前記サイドローブクラッタであるか否かを判別する判別ステップと、
前記受信信号のうち、前記サイドローブクラッタであると判定された受信信号を除外したうえで、目標を識別する識別ステップと、
を含み、
前記ビームパターン形成ステップでは、前記目標ビームパターンと比較して、前記受信信号のメインローブの領域ではゲインが小さく、且つ前記サイドローブの領域ではゲインが大きくなるよう前記サイドローブ判定ビームパターンを形成する、
ことを特徴とする目標識別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル・ビーム・フォーミング（ＤＢＦ：Digital  Beam  Forming）技術を適用したレーダ装置および目標識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＢＦ技術は、ディジタル処理によりビームパターンの異なる複数のビームパターンを形成することができる技術である。航空機に搭載されるレーダ装置にＤＢＦ技術が適用された場合、レーダ装置は、目標からの反射波を受信する際に、地面、海面などからの不要な反射波であるクラッタを、アンテナパターンのうちのサイドローブ領域から受信してしまうことがある。この場合、レーダ装置は、目標の信号と、サイドローブ領域で受信したクラッタであるサイドローブクラッタとを判別できなくなり、目標の検出が困難になることがある。
【０００３】
こうした問題に対して、非特許文献１に記載のレーダ装置は、ガードアンテナを用いてサイドローブクラッタを識別している。この方法では、メインアンテナとともに、メインアンテナよりもゲインが小さくてビーム幅の広いガードアンテナが使用される。ガードアンテナで受信される受信信号のビームパターンは、メインアンテナで受信される受信信号のビームパターンと比較して、メインビームを受信する領域ではゲインが小さく、サイドローブの領域ではゲインが大きくなるよう設計されている。レーダ装置は、メインアンテナおよびガードアンテナの両方で受信信号を受信して、それぞれの受信信号に信号処理を行う。レーダ装置は、各信号処理の結果である信号強度を比較し、ガードアンテナで受信した信号の信号強度がメインアンテナで受信した信号の信号強度よりも大きければサイドローブクラッタであると判断する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｇｕｙ  Ｖ．Ｍｏｒｒｉｓ“ＡＩＲＢＯＲＮＥ  ＰＵＬＳＥ  ＤＯＰＰＬＥＲ  ＲＡＤＥＲ”Ｇｅｏｒｇｉａ  Ｔｅｃｈ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．  Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ．  Ｐ．１１７〜Ｐ．１１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１の技術では、サイドローブクラッタを判別するためにガードアンテナを設ける必要があるので、レーダ装置の構成要素が増えてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガードアンテナを設けずにサイドローブクラッタを判別することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーダ装置は、レーダ波である送信信号を放射するとともに、送信信号が反射されたレーダ波を受信信号として受信する複数の素子アンテナを備えている。また、本発明のレーダ装置は、素子アンテナが受信した受信信号にディジタル・ビーム・フォーミング技術を用いた信号処理を実行することによって、目標を検出するためのビームパターンである目標ビームパターンと、受信信号が目標とは異なる対象で反射されて素子アンテナのサイドローブの領域で受信されたサイドローブクラッタであるか否かを判定するためのビームパターンであるサイドローブ判定ビームパターンと、を形成する信号処理器を備えている。また、本発明のレーダ装置は、目標ビームパターンの信号強度と、サイドローブ判定ビームパターンの信号強度と、を比較することによって、受信信号がサイドローブクラッタであるか否かを判別する判別回路を備えている。信号処理器は、目標ビームパターンと比較して、受信信号のメインローブの領域ではゲインが小さく、且つサイドローブの領域ではゲインが大きくなるようサイドローブ判定ビームパターンを形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガードアンテナを設けずにサイドローブクラッタを判別することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかるレーダ装置の構成を示す図
【図２】実施の形態にかかるレーダ装置の動作手順を示すフローチャート
【図３】実施の形態にかかるレーダ装置が目標ビームパターンを形成する際に用いる振幅の重み付けを説明するための図
【図４】実施の形態にかかるレーダ装置がサイドローブ判定ビームパターンを形成する際に用いる振幅の重み付けを説明するための図
【図５】実施の形態にかかるレーダ装置が受信信号から形成したビームパターンの例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかるレーダ装置および目標識別方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態
（レーダ装置の構成）
図１は、実施の形態にかかるレーダ装置の構成を示す図である。レーダ装置１００は、複数の素子アンテナ１０１と、素子アンテナ１０１のそれぞれに接続された移相器１０２と、移相器１０２に接続された給電回路１０３−１〜１０３−Ｎ（Ｎは２以上の自然数）とを備えている。また、レーダ装置１００は、給電回路１０３−１〜１０３−Ｎにそれぞれ接続された切替器１０４−１〜１０４−Ｎと、切替器１０４−１〜１０４−Ｎに接続された分配回路１０５と、分配回路１０５に接続された受信機１０７−１〜１０７−Ｎと、分配回路１０５に接続された送信機１０６とを備えている。また、レーダ装置１００は、受信機１０７−１〜１０７−Ｎおよび送信機１０６に接続された信号処理器１０８と、信号処理器１０８に接続された判別回路１０９とを備えている。
【００１２】
なお、以下の説明では、給電回路１０３−１〜１０３−Ｎを、給電回路１０３という場合がある。また、以下の説明では、切替器１０４−１〜１０４−Ｎを切替器１０４といい、受信機１０７−１〜１０７−Ｎを受信機１０７という場合がある。レーダ装置１００では、給電回路１０３−Ｘ（Ｘは１からＮの何れか）と、切替器１０４−Ｘと、受信機１０７−Ｘとで１つの受信系統が構成されている。例えば、レーダ装置１００では、給電回路１０３−１と、切替器１０４−１と、受信機１０７−１とで１つの受信系統が構成されている。
【００１３】
１つの素子アンテナ１０１には、１つの移相器１０２が接続されており、各給電回路１０３にはＭ個（Ｍは２以上の自然数）の移相器１０２が接続されている。
【００１４】
素子アンテナ１０１は、移相器１０２から送られてくる送信信号をレーダ波として放射し、放射したレーダ波の反射波を受信信号として受信する。素子アンテナ１０１が送受信する信号は、ＲＦ（Radio  Frequency）信号である。素子アンテナ１０１が受信する反射波には、目標で反射された反射波と、目標とは異なる対象からの不要な反射波とが含まれている。素子アンテナ１０１は、受信した反射波を移相器１０２に送る。
【００１５】
移相器１０２は、給電回路１０３から送られてくる送信信号の位相を、送信用に設定された位相値にシフトさせて素子アンテナ１０１に送る。また、移相器１０２は、素子アンテナ１０１から送られてくる受信信号の位相を、受信用に設定された位相値にシフトさせて給電回路１０３に送る。
【００１６】
給電回路１０３は、給電コイルを用いて素子アンテナ１０１および移相器１０２に給電する。給電回路１０３は、切替器１０４から送られてくる送信信号を移相器１０２に送る。また、給電回路１０３は、移相器１０２から送られてくる受信信号を合成して、切替器１０４に送る。
【００１７】
切替器１０４は、信号の送信と受信とを切替える。切替器１０４は、時分割で送信と受信とを行っており、その際の送信回路と受信回路とを切り替える機能を有している。切替器１０４は、分配回路１０５から送信信号が送られてくると、送信信号を給電回路１０３に送り、給電回路１０３から受信信号が送られてくると、受信信号を分配回路１０５に送る。
【００１８】
分配回路１０５は、受信系統から送られてくる受信信号を受信機１０７に送る。すなわち、分配回路１０５は、切替器１０４から送られてくる受信信号を受信機１０７に送る。具体的には、分配回路１０５は、切替器１０４−１から送られてくる受信信号を受信機１０７−１に送り、切替器１０４−２から送られてくる受信信号を受信機１０７−２に送り、切替器１０４−Ｎから送られてくる受信信号を受信機１０７−Ｎに送る。また、分配回路１０５は、送信機１０６から送られてくる送信信号を切替器１０４−１〜１０４−Ｎに分配する。これにより、送信信号が複数の送信系統に分配される。
【００１９】
受信機１０７は、受信信号を信号処理器１０８に送る。信号処理器１０８は、受信機１０７から送られてくる受信信号毎に重み付けをしたうえで各受信信号を加算することによって所望のビームパターンを形成する。すなわち、信号処理器１０８は、受信機１０７毎に受信信号への重み付けを行うことで、複数のビームパターンを形成する。信号処理器１０８は、複数のビームパターンを形成する際には、受信信号に対して同時にマルチビーム数分の重み付けおよび加算を行う。すなわち、信号処理器１０８は、ＤＢＦ技術を用いて、受信信号から１度に複数のビームパターンを形成する。信号処理器１０８によって形成される複数のビームパターンがマルチビームパターンである。本実施の形態の信号処理器１０８は、ＤＢＦ技術を用いた信号処理を実行することによって、受信信号から、目標を探知するためのビームパターンである目標ビームパターンと、受信信号が不要波であるか否かを判別するためのサイドローブ判定ビームパターンとを形成する。すなわち、信号処理器１０８によって形成されるマルチビームのビームパターンには、目標ビームパターンと、サイドローブ判定ビームパターンとが含まれている。
【００２０】
目標ビームパターンは、目標を検出するためのビームパターンである。サイドローブ判定ビームパターンは、受信信号が、サイドローブクラッタであるか否かを判定するためのビームパターンである。サイドローブクラッタは、目標とは異なる対象で反射されて素子アンテナ１０１のサイドローブの領域で受信された受信信号である。素子アンテナ１０１によるアンテナパターンには、メインローブと、サイドローブとが含まれている。すなわち、受信信号が受信される領域には、メインローブの領域と、サイドローブの領域とが含まれている。サイドローブは、アンテナパターンのうち、メインビームの広がりの外側にできる領域である。素子アンテナ１０１に受信される受信信号は、サイドローブクラッタと、目標からの反射波であるメインビームとを含んでいる。メインビームが、目標を探知するための目標信号に対応している。
【００２１】
信号処理器１０８は、送信信号のビームの指向方向に対応する方向に受信信号のビーム方向が指向するように、受信系統毎の受信信号のそれぞれに重み付けして各受信信号を加算し、加算した受信信号から目標ビームパターンを形成する。換言すると、信号処理器１０８は、受信系統毎に受信信号に重み付けを行ったうえで、各受信信号を合算し、合算後の受信信号から目標ビームパターンを形成する。
【００２２】
また、信号処理器１０８は、目標ビームパターンを受信するサイドローブ領域でのゲインが目標ビームパターンを形成する場合よりも高くなるように、受信系統毎の受信信号のそれぞれを重み付けしたうえで各受信信号を加算し、加算した受信信号からサイドローブ判定ビームパターンを形成する。換言すると、信号処理器１０８は、受信系統毎に受信信号に重み付けを行ったうえで、各受信信号を合算し、合算後の受信信号からサイドローブ判定ビームパターンを形成する。具体的には、信号処理器１０８は、目標ビームパターンと比較して、メインローブの領域ではゲインが小さく、サイドローブの領域ではゲインが大きくなるようサイドローブ判定ビームパターンを形成する。信号処理器１０８は、形成した目標ビームパターンおよびサイドローブ判定ビームパターンを判別回路１０９に送る。
【００２３】
判別回路１０９は、目標ビームパターンに基づいて目標ビームパターンの信号強度を算出し、サイドローブ判定ビームパターンに基づいてサイドローブ判定ビームパターンの信号強度を算出する。判別回路１０９は、目標ビームパターンの信号強度とサイドローブ判定ビームパターンの信号強度とを比較することによって、受信信号のうちのサイドローブクラッタを判別する。判別回路１０９は、特定の時間毎、特定の周波数毎にサイドローブクラッタを判別する。判別回路１０９は、受信信号における特定時間の特定周波数において、サイドローブ判定ビームパターンの信号強度が目標ビームパターンの信号強度よりも大きければ、この特定時間の特定周波数における受信信号はサイドローブクラッタであると判定する。判別回路１０９は、受信信号のうち、サイドローブクラッタと判別された受信信号を除外したうえで、目標ビームパターンに基づいて、目標を識別する。
【００２４】
つぎに、レーダ装置１００の動作手順について説明する。図２は、実施の形態にかかるレーダ装置の動作手順を示すフローチャートである。レーダ装置１００は、目標を探知する際に、送信信号としてのレーダ波を送信する（ステップＳ２０１）。
【００２５】
（送信時のレーダ装置の動作）
ここで、送信信号を送信する際のレーダ装置１００の動作について説明する。レーダ波の送信時には、送信機１０６が生成した送信パルスは、送信信号として、分配回路１０５および切替器１０４を介して給電回路１０３に送られる。このとき、分配回路１０５は、全ての切替器１０４に、同タイミング、同周波数の送信信号を送る。給電回路１０３は、送信信号を、移相器１０２に送る。これにより、移相器１０２は、送信信号を、送信用に設定された位相値にシフトさせたうえで素子アンテナ１０１に送る。素子アンテナ１０１は、移相器１０２で位相がシフトされた送信信号を放射する。これにより、送信信号の空間合成が行われて所望のビームが形成される。
【００２６】
レーダ装置１００は、送信信号を送信した後、受信信号としてのレーダ波を受信する（ステップＳ２０２）。
【００２７】
（受信時のレーダ装置の動作）
ここで、受信信号を受信する際のレーダ装置１００の動作について説明する。反射波の受信時には、各素子アンテナ１０１が受信信号を受信し、移相器１０２に送る。これにより、移相器１０２は、受信信号を、受信用に設定された位相値にシフトさせたうえで、給電回路１０３に送る。給電回路１０３は、切替器１０４に受信信号を送り、切替器１０４は、分配回路１０５に受信信号を送り、分配回路１０５は、受信機１０７に受信信号を送る。受信機１０７は、受信信号をディジタル信号に変換して信号処理器１０８に送る。
【００２８】
（信号処理と判別処理）
信号処理器１０８は、受信機１０７から送られてくる受信信号に基づいて、目標ビームパターンを形成し（ステップＳ２０３）、判別回路１０９は、目標ビームパターンの信号強度を算出する（ステップＳ２０４）。
【００２９】
ここでの信号処理器１０８は、各受信機１０７から送られてくる受信信号に重み付けをして加算し、加算後の受信信号から目標ビームパターンを形成する。信号処理器１０８は、例えば、各受信信号の振幅に重み付けをして加算し、加算後の受信信号に基づいて目標ビームパターンを形成する。このとき、信号処理器１０８は、送信信号のビームの指向方向に対応する方向に受信信号のビーム方向が指向するように、受信系統毎の受信信号のそれぞれに重み付けを行う。このような重み付けを行うことにより、信号処理器１０８は、凸部が鋭く尖った目標ビームパターンを形成することができる。
【００３０】
図３は、実施の形態にかかるレーダ装置が目標ビームパターンを形成する際に用いる振幅の重み付けを説明するための図である。図３では、受信機１０７毎の振幅の重み付け量を示している。換言すると、図３に示す重み付けは、目標ビームパターンを形成する際に用いる、サブアレイ毎の振幅の重み付けである。図３に示す、各四角形の配置位置は、アレーアンテナにおける素子アンテナ１０１の配置位置に対応している。レーダ装置１００が目標ビームパターンを形成する際に用いる重み付けは、何れの受信機１０７でも「１」である。
【００３１】
また、信号処理器１０８は、受信機１０７から送られてくる受信信号に基づいて、サイドローブ判定ビームパターンを形成し（ステップＳ２０５）、判別回路１０９は、サイドローブ判定ビームパターンの信号強度を算出する（ステップＳ２０６）。
【００３２】
ここでの信号処理器１０８は、受信機１０７から送られてくる受信信号毎に重み付けをして加算し、加算後の受信信号からサイドローブ判定ビームパターンを形成する。信号処理器１０８は、例えば、受信信号の振幅に重み付けをして加算し、加算後の受信信号に基づいてサイドローブ判定ビームパターンを形成する。このとき、信号処理器１０８は、サイドローブ領域から受信される受信信号のゲインが目標ビームパターンを形成する場合よりも高くなるよう、各受信機１０７の受信信号に重み付けを行う。換言すると、信号処理器１０８は、サイドローブ判定ビームパターンを形成する際には、目標ビームパターンのサイドローブ領域でのゲインが目標ビームパターンを形成する場合よりも高くなるように受信機１０７毎に重み付けを行う。すなわち、サイドローブ判定ビームパターンは、目標ビームパターンと比較して、サイドローブ領域での受信信号のゲインを高めたものである。このような重み付けを行うことにより、信号処理器１０８は、凸部が緩やかなサイドローブ判定ビームパターンを形成することができる。
【００３３】
なお、信号処理器１０８は、受信信号の位相を受信機１０７毎にシフトさせたうえで各受信信号を加算し、加算した受信信号から目標ビームパターンおよびサイドローブ判定ビームパターンを形成してもよい。
【００３４】
図４は、実施の形態にかかるレーダ装置がサイドローブ判定ビームパターンを形成する際に用いる振幅の重み付けを説明するための図である。図４では、受信機１０７毎の振幅の重み付けを示している。換言すると、図４に示す重み付けは、サイドローブ判定ビームパターンを形成する際に用いられる、サブアレイ毎の振幅の重み付けである。図４に示す、各四角形の配置位置は、アレーアンテナにおける素子アンテナ１０１の配置位置に対応している。図４では、アレーアンテナの内側領域に配置された素子アンテナ１０１に対応する受信機１０７には、「１」の重み付けが設定され、アレーアンテナの外側領域に配置された素子アンテナ１０１に対応する受信機１０７には、「０．３」の重み付けが設定されている場合を示している。
【００３５】
図５は、実施の形態にかかるレーダ装置が受信信号から形成したビームパターンの例を示す図である。図５では、レーダ装置１００が受信信号から形成した目標ビームパターン５０１と、レーダ装置１００が受信信号から形成したサイドローブ判定ビームパターン５０２とを示している。図５に示すように、目標ビームパターン５０１は、凸部が鋭くなっており、サイドローブ判定ビームパターン５０２は、凸部が緩やかになっている。
【００３６】
判別回路１０９は、ステップＳ２０４で算出した目標ビームパターンの信号強度と、ステップＳ２０６で算出したサイドローブ判定ビームパターンの信号強度とを比較する（ステップＳ２０７）。判別回路１０９は、信号強度の比較結果に基づいて、サイドローブクラッタを判別する（ステップＳ２０８）。
【００３７】
判別回路１０９は、例えば、受信信号の周波数毎にサイドローブクラッタを判別する。具体的には、判別回路１０９は、サイドローブ判定ビームパターンの信号強度が目標ビームパターンの信号強度よりも大きくなる周波数があれば、この周波数における受信信号はサイドローブクラッタであると判定する。判別回路１０９は、サイドローブクラッタであると判定された受信信号を除外したうえで、目標を識別する（ステップＳ２０９）。
【００３８】
このように、実施の形態では、信号処理器１０８が、目標ビームパターンと比較して、受信信号のメインローブの領域ではゲインが小さく、且つサイドローブの領域ではゲインが大きくなるようサイドローブ判定ビームパターンを形成している。そして、判別回路１０９が、目標ビームパターンの信号強度と、サイドローブ判定ビームパターンの信号強度と、を比較することによって、受信信号がサイドローブクラッタであるか否かを判別している。これにより、レーダ装置１００は、ガードアンテナを用いることなくサイドローブクラッタを判別することができる。したがって、レーダ装置１００は、ガードアンテナを設けずに、サイドローブクラッタを判別することが可能となる。すなわち、レーダ装置１００は、少ない構成要素でサイドローブクラッタを判別することが可能となる。
【００３９】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１００  レーダ装置、１０１  素子アンテナ、１０２  移相器、１０３−１〜１０３−Ｎ  給電回路、１０４−１〜１０４−Ｎ  切替器、１０５  分配回路、１０６  送信機、１０７−１〜１０７−Ｎ  受信機、１０８  信号処理器、１０９  判別回路、５０１  目標ビームパターン、５０２  サイドローブ判定ビームパターン。
【図１】
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【図２】
2020034330.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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