(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子をアレイ状に配列したアンテナ部と、
前記アンテナ部に到来したレーダエコー信号を受信して前記アンテナ素子ごとの受信信号を出力する受信手段と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれの受信信号からマルチビームを形成するマルチビーム形成手段と、
前記マルチビームの各ビーム出力をそれぞれ記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶されるビーム出力から目標情報を暫定的に取得する目標情報取得手段と、
前記目標情報に応じて一つの最適な測角方式を判定する判定手段と、
この判定手段により判定された測角方式に基づいて目標位置を測角する測角手段とを具備し、
前記判定手段は、
複数に区切られた空間領域ごとに最適な測角方式を対応付けた対応関係を保持し、この対応関係を参照して前記目標情報に対応する測角方式を判定し、
前記測角手段は、
前記判定手段により判定された測角方式に適するビーム出力を前記記憶手段から選択的に取得し、この取得したビーム出力を用いて前記目標位置を測角することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
さらに、レーダ送信信号を生成する送信手段と、
この送信手段で生成されたレーダ送信信号を前記アンテナ部に導出して当該アンテナ部から空間に向け放射すると共に、前記アンテナ部に到来したレーダエコー信号を前記受信手段に導入するサーキュレータとを具備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】
前記判定手段は、仰角および距離を基準として空間を前記複数の空間領域に区切り、各空間領域ごとにモノパルス測角方式または振幅比較測角方式のいずれかの測角方式、および測角パラメータを対応させ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】
前記マルチビーム形成手段は、前記マルチビームの各ビーム出力にそれぞれ含まれる不要波成分を抑圧する不要波抑圧手段を備え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５】
前記測角手段は、前記目標位置を測角するために用いるビーム出力の少なくとも一部を、前記目標情報取得手段が前記目標情報を取得するために用いるビーム出力と兼用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６】
前記目標情報取得手段は、前記目標情報に、この目標情報を得るために使用されたビーム出力の識別情報と、この識別情報に対応するビーム出力が対応する距離情報とを少なくとも含め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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイアンテナを用いて飛翔体などの目標を観測するためのレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば飛翔体などの目標に関する位置や距離などの情報を得るためのレーダ装置は、複数のアンテナ素子を配列したアレイアンテナを備えることが多い。このようなレーダ装置における測角方式としては、位相モノパルス測角方式や振幅比較測角方式などが知られている。
【０００３】
ところで、この種のレーダ装置においては、一般に目標検出処理と測角処理とで同一のビームを形成するため、目標の検出位置に応じて最適な測角方式を用いるといった処理を行うことができない。このため、例えばマルチパスなどの環境要因にその測角精度が大きく左右されてしまい、観測精度が大きく低下する場合があるという不具合があった。
【０００４】
これに対して、近年主流となりつつあるＤＢＦ（Digital Beam Forming）レーダ装置では、ディジタル変換したアンテナ素子信号を記憶することにより受信ビームの再形成を行えるようにし、これを利用して、目標の検出位置に応じて最適な測角方式を選択できるようにすることで上記不具合を解消することができる。
【０００５】
しかしながらこの種のレーダ装置にあっては、受信ビームが再形成されるに伴いＳＬＣ（Side Lobe Canceller）などの妨害抑圧処理をも再び実施する必要が有った。このため、検出処理から測角処理に移行するまでに膨大な信号処理プロセスを必要とし、リソースにかかる負担が大きくなる。これは例えば処理時間の遅延などの種々の弊害を生ずるもととなり、レーダ性能の劣化に繋がるので、是非とも避けたい不具合である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように従来のレーダ装置には、目標の検出位置によっては観測精度が低下するといった不具合が有った。またこのような不具合を避けるためには、負荷の大きな信号処理を繰り返す必要が有り、リソースへの負担が大きいという不具合が生じる。
【０００７】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、精度の高い観測を簡易に行うことが可能なレーダ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、複数のアンテナ素子をアレイ状に配列したアンテナ部と、前記アンテナ部に到来したレーダエコー信号を受信して前記アンテナ素子ごとの受信信号を出力する受信手段と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれの受信信号からマルチビームを形成するマルチビーム形成手段と、前記マルチビームの各ビーム出力をそれぞれ記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されるビーム出力から目標情報を暫定的に取得する目標情報取得手段と、前記目標情報に応じて一つの最適な測角方式を判定する判定手段と、この判定手段により判定された測角方式に基づいて目標位置を測角する測角手段とを具備し、前記判定手段は、複数に区切られた空間領域ごとに最適な測角方式を対応付けた対応関係を保持し、この対応関係を参照して前記目標情報に対応する測角方式を判定し、前記測角手段は、前記判定手段により判定された測角方式に適するビーム出力を前記記憶手段から選択的に取得し、この取得したビーム出力を用いて前記目標位置を測角することを特徴とする。
【０００９】
または、本発明では、さらに、レーダ送信信号を生成する送信手段と、この送信手段で生成されたレーダ送信信号を前記アンテナ部に導出して当該アンテナ部から空間に向け放射すると共に、前記アンテナ部に到来したレーダエコー信号を前記受信手段に導出するサーキュレータとを具備するようにした。
【００１０】
上記構成によれば、目標からの反射エコーに基づく受信信号から、マルチビーム形成手段により複数の受信ビームが同時に形成される。
【００１１】
これらの受信ビームをもとに、例えば目標の高度情報などの目標情報が暫定的に目標情報取得手段により取得される。一方、判定手段には、空間の領域と測角方式との対応関係が予め保持されており、前記目標情報をこの対応関係に照らし合わせることにより、前記目標に対する測角処理を行う際の方式が判定手段により判定される。ここで判定された測角方式に基づき、測角処理手段により目標への測角処理が実行される。
【００１２】
一般に、仰角や距離などの状況に応じて、最も精度の高い値を得られる測角方式というものが存在する。例えばモノパルス測角方式は比較的高精度のデータを得られるが、低仰角領域においてはマルチパスの影響により精度が低下する。そこで、低仰角領域においてはマルチパスへの耐性の高い振幅比較測角方式を用いるようにすれば、より精度の高い測角値を得ることができる。このような判断が判定部においてなされる。
【００１３】
また、測角処理のための演算を行う際にデータとして使用する受信ビーム出力は、記憶手段に記憶されている。そこで、上記決定された測角方式に適する受信ビーム出力を選別し、選別されたビーム出力を用いて測角処理を行うことにより、精度の高い測角データ迅速に得ることができる。
【００１４】
しかも本発明では、マルチビーム形成手段においてビーム形成を行う際に不要波抑圧処理も併せて実行するようにしている。これにより不要波成分の除去処理は、目標情報取得手段で暫定情報の算出がなされた時点において既に完了していることになる。本発明ではこの受信ビーム出力を記憶し、記憶されたデータを読み出してこれをもとに測角処理を行うようにしているため、ビーム形成および不要波抑圧処理などに係わる煩雑な処理を再度実行する必要が無い。従って、測角処理に迅速に移行することができるほか、ソフトウェア処理などを含むリソースへの負担を大幅に軽減することが可能となる。
【００１５】
また本発明では、測角手段に、前記目標位置を測角するために用いるビーム出力の少なくとも一部を、前記目標情報取得手段が前記目標情報を取得するために用いるビーム出力と兼用させるようにしている。
【００１６】
このようにすることで、目標観測に必要なビームの本数を削減することができるようになり、例えばマルチビーム形成手段における回路規模の増大が避けられ、従って装置の小型化、軽量化あるいは低コスト化に寄与できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係わるレーダ装置の実施の形態を示すブロック構成図である。この図に示すレーダ装置は、送信回路１と、サーキュレータ２と、ｍ個のアンテナ素子＃１〜＃ｍを有するアレイアンテナ部３と、受信回路４１〜４ｍと、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路５１〜５ｍと、ビーム形成回路６１〜６ｎと、ビーム記憶回路７１〜７ｎと、目標検出回路８と、判定回路９と、測角処理回路１０とを備えている。
【００１８】
送信回路１は、所定の送信繰り返し周期で送信ＲＦ（Radio Frequency）信号を生成し、この送信ＲＦ信号をサーキュレータ２を介してアレイアンテナ部３に出力する。また、送信回路１は、上記送信ＲＦ信号の送信タイミングを示す送信タイミング信号を、後述のビーム形成回路６１〜６ｎおよび目標検出回路８に出力する。
【００１９】
アレイアンテナ部３は、複数のアンテナ素子が配列されたアレイアンテナで、サーキュレータ２を介して入力される送信ＲＦ信号を空間に放射する。そして、空間から上記送信ＲＦ信号の反射エコーを各アンテナ素子で受信し、各々サーキュレータ２を介して受信回路４１〜４ｍに出力する。
【００２０】
受信回路４１〜４ｍは、それぞれサーキュレータ２を介して与えられるアンテナ素子＃１〜＃ｍからの信号を低雑音増幅および検波して受信信号を抽出し、受信データを得る。
【００２１】
受信回路４１〜４ｍから送出される受信データはそれぞれＡ／Ｄ変換回路５１〜５ｍに与えられてディジタル信号に変換され、ビーム形成回路６１〜６ｎに出力する。すなわち個々のビーム形成回路６１〜６ｎには、全アンテナ素子＃１〜＃ｍに対応するｍ系統のディジタル受信信号が与えられる。
【００２２】
ビーム形成回路６１〜６ｎは、与えられたｍ系統のディジタル受信信号を用いてビーム形成演算を行う。またビーム形成回路６１〜６ｎは、ビーム形成に際してＳＬＣ処理、クラッタ除去処理などの不要波抑圧処理をも併せて実施する。ここで得られたｎ本のビーム出力は、それぞれビーム記憶回路７１〜７ｎに送出される。
【００２３】
ビーム記憶回路７１〜７ｎは与えられたビーム出力をデータとして記憶するとともに、目標検出回路８および測角処理回路１０に対してこのビーム出力を送出する。
【００２４】
目標検出回路８は、送信回路１からの送信タイミング信号に基づき、ビーム記憶回路７１〜７ｎから与えられたビーム出力をもとに目標検出処理を行い、目標に関する暫定的な概略情報を得る。ここで得られた目標検出距離、目標検出ビーム番号などの情報は、判定回路９に与えられる。
【００２５】
判定回路９は、目標検出回路８から与えられた情報に基づいて、この目標に対して最も高精度な測角データを得ることのできる測角方式を決定し、この決定した測角方式を測角処理回路１０に通知する。測角方式の例としては、モノパルス測角方式、振幅比較測角方式などがあり、またこれに係わるパラメータとしてはオフボア角、スクイント角等が挙げられる。判定回路９は、これらの条件に合致するビームを上記形成されたｎ個のビームの中から選択し、これを測角処理に供するビームとして測角処理回路１０に与える。
【００２６】
測角処理回路１０は、判定回路９から通知された測角方式に基づき、ビーム記憶回路７１〜７ｎから出力されるビーム出力の中から必要なビーム出力を選択し、測角処理を実行する。
【００２７】
図２に、測角処理回路１０の構成を示す。測角処理回路１０は、測角処理に必要なビームを選択するための切替器１０１，１０２を備える。切替器１０１および切替器１０２は、判定回路１０から指示された測角方式に従って、ビーム出力の中から必要なビーム出力を選択する。切替器１０１，１０２によって選択されたビームは測角演算回路１０３に出力され、測角演算が実施される。測角演算回路１０３は測角値を出力する。
以上の構成では、アンテナ素子の数がｍ個、また形成されるビームの数がｎ個となる。
【００２８】
次に、上記構成のレーダ装置の動作を説明する。図３は、送信および受信タイミングと、本発明の特徴であるマルチビーム形成についての概念を示す図である。
【００２９】
図３に示すように、送信回路１で形成された送信ＲＦ信号は、送信繰返し周期に同期した送信パルスのタイミングで送信される。送信ビームの形状は、好ましくは空間を広範囲に覆う仰角面コセカントビームなどを設定すれば良い。続く受信期間には、ビーム形成回路６１〜６ｎにより複数のペンシルビームを重ねあわせたマルチビームが形成され、所望の仰角覆域がカバーされる。ＳＬＣ処理、クラッタ除去処理などの不要波抑圧処理は、このときに実施される。
【００３０】
図４は、目標検出回路８および測角処理回路１０での処理に供するマルチビームの一例を示す図である。Ａ／Ｄ変換回路５１〜５ｍから出力されたディジタル素子信号をもとに、各々のビーム形成回路６１〜６ｎで、指向角の異なる複数の受信ビームが形成される。形成されたビームは、目標検出回路８における目標検出処理（すなわち目標の暫定的情報を得るための処理）と測角処理回路１０における測角処理とに使用されるが、両回路ですべてのビームを使用する必要は無い。すなわち目標検出のみに使用されるビーム、測角のみに使用されるビーム、および目標検出と測角とに使用されるビームが存在して構わない。
【００３１】
このとき、なるべく多くのビームを目標検出処理と測角処理とで兼用できるようにビーム配置を決めるようにすれば、形成すべきビームの数を少なくすることができ、ビーム形成に係わる回路規模の縮小などに寄与できる。
【００３２】
図４では、検出用ビームと測角用ビームとに分けて表示している。検出用ビームで精度の高い測角が行えない領域については、検出用ビームの間隔を補完する位置に測角用のビームを配置する。ビームを密に配置することにより、精度の高い測角を行うことが可能となるが、ビーム形成回路６１〜６ｎの規模は増大するので、最適なビーム配置を決める必要がある。また、測角処理回路１０でモノパルス測角を行う場合には、測角用にΔビームも形成しておくようにする。
【００３３】
図５は、測角方式を選択する手順の一例を示す図である。図５では、検出距離および検出ビーム番号という情報から、測角方式および測角パラメータが選択されることを示している。ここでは、検出ビームとその差ビームを利用するモノパルス測角方式、検出ビームを利用する振幅比較測角方式、検出ビームを利用しないオフボア振幅比較測角方式のいずれかの方式が選択される。
【００３４】
すなわち、高仰角領域では、上記３つの方式のうち最も精度の高いモノパルス測角方式が選択される。低仰角領域では、マルチパスの影響のためモノパルス測角方式では精度の高い測角データを得ることができないので、マルチパスへの耐性が高い振幅比較測角方式が選択される。さらに仰角の低い領域では、マルチパスの影響が大きくなるので、耐マルチパス性がより高い、目標をビームのボアサイトから外した、オフボア振幅比較測角方式が選択される。
【００３５】
図６を参照して、測角方式の切り分けの一例を説明する。図６の実線で示される図形は、レーダ設置点に対する所望の仰角覆域を示すものである。図６によれば、検出ビーム番号による仰角方向に点線で示した境界と、検出距離による点線で示した境界とにより仰角覆域内を５つの領域に分け、それぞれの領域について最適な測角方式が存在することが示される。
【００３６】
一般に、高仰角領域では位相モノパルス測角方式を用いると都合が良い。また低仰角領域、中でも特にマルチパスが強い領域ではオフボア振幅比較測角方式を用いると良い。
【００３７】
判定回路１０は、目標が図６の（１）〜（５）のうちどの領域に存在するかを検出ビーム番号および検出距離から判定し、それぞれの領域に適した測角方式を判定する。また判定回路１０は、判定した測角方式を実行するのに必要なビームをマルチビームの中から選択するため、切替器１０１，１０２に対して指示信号を出力する（図２参照）。切替器１０１および切替器１０２は、与えられた指示信号に応じてビーム出力を測角演算回路１０３に対して選択的に切り替え出力する。
【００３８】
切替器１０１および切替器１０２は、選択したビーム出力をそれぞれ測角演算回路１０３に出力し、測角演算回路は判定回路１０からの測角方式に基づいて測角演算を行う。
【００３９】
このように本実施形態では、受信信号をもとにマルチビームを形成し、不要波抑圧処理済みの個々のビームを記憶する。またマルチビームから目標に関する位置などの概略的情報を算出してこれより最も高精度な測角データを取得できる測角方式を判定して、この測角方式に必要なビーム出力を選択して測角演算を行うようにしている。
【００４０】
このようにしたので、マルチパスの有無などの観測環境や、目標の位置に応じて最適の測角方式を選択できるようになり、観測の精度を向上させることが可能となる。また、測角処理に供するデータは、妨害信号などの不要波成分を既に抑圧済みの状態で記憶されており、これを読み出して測角処理を行うので、処理の迅速化を図ることができる。そればかりか、測角処理の際に不要波成分抑圧処理を併せて実行する必要が無くなるので、煩雑なソフトウェア処理を実行する必要が無く、リソースへの負担を大幅に軽減することが可能となる。
【００４１】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば上記実施の形態では、モノパルス測角、振幅比較測角、オフボア振幅比較測角なる３通りの測角方式について説明したが、上記動作説明はあくまでもその一例にすぎず、測角方式は上記の３通りに限定されるものではない。
またマルチビームを形成する個々の受信ビームの形状はペンシルビームとは限らず、任意の形状を設定して良い。
【００４２】
また本発明に係わるレーダ装置は、受信信号をもとにマルチビームを形成し、目標検出情報に応じて測角方式を判定し、必要なビーム出力を選択して測角演算を行うことをその基本的思想とするものである。このことから、本発明に係るレーダ装置はバイスタティックレーダ装置における受信装置として使用することも可能である。この種の運用を行うレーダ装置の構成を図７に示す。
【００４３】
バイスタティックレーダ装置とは、図７に示すように送信装置ＴＲと受信装置ＲＲとをシステム的に別構成としたレーダ装置であり、受信装置ＲＲは送信装置ＴＲから放射されたレーダ信号のエコーを受信して目標に対する解析を行うことになる。この場合、受信装置ＲＲからの送信パルスは存在せず、受信マルチビームが形成されるだけである。
【００４４】
上記構成においては、受信装置ＲＲが本発明に係るものとなる。この場合、図１の構成から送信回路１およびサーキュレータ２が省略され、アレイアンテナ部３からの受信ＲＦ信号はそのまま受信回路４１〜４ｍに与えられる。また図１の送信回路１からビーム形成回路６１〜６ｎ、目標検出回路８に与えられる送信タイミング信号は、送信装置ＴＲからの同期信号に置き換わる。
【００４５】
また本実施形態では、送信パルス一つ分についての処理について述べたが、上記の処理過程は送信繰返し周期毎に繰り返されるものであって、移動する目標の追随をも迅速に高精度で行うことが可能である。
【００４６】
この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変形実施を行うことが可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明では、受信信号をもとにマルチビームを形成し、不要波抑圧処理済みの個々のビーム出力を記憶する。またマルチビームから目標に関する位置などの概略的情報を算出して、これより最も高精度な測角データを取得できる測角方式を判定する。そして、この測角方式に必要なビーム出力を記憶部から選択的に取り込んで測角演算処理を施すようにしている。
【００４８】
このようにしたので、精度の高い観測を簡易に行うことが可能なレーダ装置を提供することができる。また、不要波抑圧処理済みのビームを記憶してこれをもとに測角処理を行うようにしているので、処理の迅速化およびリソースへの負荷の軽減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるレーダ装置の実施の形態を示すブロック構成図。
【図２】  図１の測角処理回路１０の構成を示す回路ブロック図。
【図３】  本発明に係るレーダ装置において、送信時および受信時に形成されるビームの形状を概念的に示す図。
【図４】  目標検出回路８および測角処理回路１０での処理に供するマルチビームの一例を示す図。
【図５】  測角方式を選択する処理手順の一例を説明するための図。
【図６】  測角方式の切り分けを行う基準の一例を説明するための図。
【図７】  バイスタティックレーダ装置の構成例を示す図。
【符号の説明】
１…送信回路
２…サーキュレータ
３…アレイアンテナ部
４１〜４ｍ…受信回路
５１〜５ｍ…アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路
６１〜６ｎ…ビーム形成回路
７１〜７ｎ…ビーム記憶回路
８…目標検出回路
９…判定回路
１０…測角処理回路
１０１，１０２…切替器
１０３…測角演算回路
【図１】
0003639179.tif 000002
【図２】
0003639179.tif 000003
【図３】
0003639179.tif 000004
【図４】
0003639179.tif 000005
【図５】
0003639179.tif 000006
【図６】
0003639179.tif 000007
【図７】
0003639179.tif 000008