(57)【要約】  複数の素子アンテナを有する複数のサブアレイアンテナ（１−１）〜（１−Ｎ）と、複数のサブアレイアンテナ（１−１）〜（１−Ｎ）のそれぞれと接続されており、それぞれのサブアレイアンテナ（１−１）〜（１−Ｎ）が有している複数の素子アンテナの信号についての和信号を生成する複数の和信号生成部（３−１）〜（３−Ｎ）と、複数のサブアレイアンテナ（１−１）〜（１−Ｎ）のそれぞれと接続されており、それぞれのサブアレイアンテナ（１−１）〜（１−Ｎ）が有している複数の素子アンテナの信号についての差信号を生成する複数の差信号生成部（４−１）〜（４−Ｎ）と、複数の和信号生成部（３−１）〜（３−Ｎ）により生成された和信号と、複数の差信号生成部（４−１）〜（４−Ｎ）により生成された差信号とを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う測角部（１４）とを備える。
2020044442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子アンテナを有する複数のサブアレイアンテナと、
前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されており、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての和信号を生成する複数の和信号生成部と、
前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されており、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての差信号を生成する複数の差信号生成部と、
前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う測角部と
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
前記複数の和信号生成部により生成された和信号からマルチビームを生成するマルチビーム生成部と、
前記マルチビーム生成部により生成されたマルチビームから目標を検出する処理を実施して、目標の有無を判定する目標検出部とを備え、
前記測角部は、前記目標検出部の判定結果が、目標が有る旨を示しているとき、前記目標のビームフォーマ測角を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記複数の和信号生成部は、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、複数の素子アンテナの信号を合成することで和信号を生成し、
前記複数の差信号生成部は、それぞれのサブアレイアンテナの開口を２分割し、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナのうち、２分割した一方の開口に対応する複数の素子アンテナの信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、２分割した一方の開口に対応する複数の素子アンテナの信号を合成することで第１の和信号を生成し、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナのうち、２分割した他方の開口に対応する複数の素子アンテナの信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、２分割した他方の開口に対応する複数の素子アンテナの信号を合成することで第２の和信号を生成し、前記第１の和信号と前記第２の和信号との差分を前記差信号として算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記複数の差信号生成部は、
前記第１の和信号及び前記第２の和信号のそれぞれを生成する際に、それぞれのサブアレイアンテナの開口を仰角方向に２分割することで、仰角方向の差信号を生成する仰角方向差信号生成部と、
前記第１の和信号及び前記第２の和信号のそれぞれを生成する際に、それぞれのサブアレイアンテナの開口を方位角方向に２分割することで、方位角方向の差信号を生成する方位角方向差信号生成部とのうち、少なくとも１つを備えており、
前記仰角方向の差信号及び前記方位角方向の差信号のうち、少なくとも１つの差信号を前記測角部に出力することを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記測角部は、前記目標のビームフォーマ測角として、前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれに対応するサブアレイビーム内で、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、前記目標を探索して、前記目標を測角することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記測角部は、
前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれに対応するサブアレイビーム内で、前記目標の探索方向を第１の刻み幅で切り替えながら、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、前記目標のビームフォーマ測角を行う第１の測角処理部と、
前記第１の測角処理部の測角結果を用いて、前記目標の探索範囲を設定する探索範囲設定部と、
前記探索範囲設定部により設定された探索範囲内で、前記目標の探索方向を前記第１の刻み幅よりも細かい第２の刻み幅で切り替えながら、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、前記目標のビームフォーマ測角を行う第２の測角処理部とを備えることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とから、複数のＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ）ビームを含むマルチビームを生成するマルチビーム生成部と、
前記マルチビーム生成部により生成されたマルチビームから目標を検出する処理を実施して、前記複数のＤＢＦビームの中で、検出した目標が存在しているＤＢＦビームを特定する目標検出部とを備え、
前記測角部は、前記目標検出部により特定されたＤＢＦビームのビーム範囲を目標の探索範囲に設定し、前記探索範囲内で、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、前記目標のビームフォーマ測角を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記測角部は、前記目標のビームフォーマ測角を行う代わりに、前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれに対応するサブアレイビーム内で、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、前記目標のモノパルス測角を行い、それぞれに対応するサブアレイビーム内でのモノパルス測角の測角結果を重み付け平均することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記測角部は、重み付け平均した測角結果を用いて、前記目標の探索範囲を設定し、前記探索範囲内で、前記複数の和信号生成部により生成された和信号を用いて、前記目標のビームフォーマ測角を行うことを特徴とする請求項８記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記複数のサブアレイアンテナが不等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記測角部は、前記目標の仰角方向又は前記目標の方位角方向のいずれかを測角することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項１２】
前記測角部は、前記目標の仰角方向及び前記目標の方位角方向のそれぞれを測角することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項１３】
複数の素子アンテナを有する複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されている複数の和信号生成部が、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての和信号を生成し、
前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されている複数の差信号生成部が、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての差信号を生成し、
測角部が、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う
目標測角方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標を測角するレーダ装置及び目標測角方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の非特許文献１には、目標を測角するレーダ装置として、複数のサブアレイアンテナが分散して配置されている分散アレイアンテナを有するレーダ装置が開示されている。
非特許文献１に開示されているレーダ装置は、ＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ）処理を実施してマルチビームを生成し、マルチビームから目標を検出している。
そして、非特許文献１に開示されているレーダ装置は、検出した目標が存在している仰角方向及び方位角方向のそれぞれを測角している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Distributed Array Radar”, R.C. HEIMILLER, J.E. BELYEA, P.G. TOMLINSON
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に開示されているレーダ装置では、複数のサブアレイアンテナが配置される場所などの制約によっては、複数のサブアレイアンテナのうち、一部のサブアレイアンテナが有する素子アンテナの本数が少なくなることがある。
一部のサブアレイアンテナが有する素子アンテナの本数が少ない場合には、アンテナパターンにグレーティングローブ（以下、「ＧＬ」と称する）が発生することがある。
アンテナパターンにＧＬが発生している場合、ＧＬが発生していない場合よりも、目標の測角値の誤差が大きくなってしまうという課題があった。【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アンテナパターンにＧＬが発生している場合でも、測角値の誤差の拡大を抑えることができるレーダ装置及び目標測角方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るレーダ装置は、複数の素子アンテナを有する複数のサブアレイアンテナと、複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されており、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての和信号を生成する複数の和信号生成部と、複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されており、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての差信号を生成する複数の差信号生成部と、複数の和信号生成部により生成された和信号と、複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う測角部とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、複数の和信号生成部により生成された和信号と、複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う測角部を備えるように、レーダ装置を構成した。したがって、この発明に係るレーダ装置は、アンテナパターンにＧＬが発生している場合でも、測角値の誤差の拡大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係るレーダ装置を示す構成図である。
【図２】図１に示すレーダ装置の信号処理装置１０のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
【図３】信号処理装置１０がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
【図４】信号処理装置１０がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合の処理手順である目標測角方法の一部を示すフローチャートである。
【図５】和信号のみを用いるビームフォーマ測角と、サブアレイ開口でのモノパルス測角との比較結果を示す説明図である。
【図６】和信号のみを用いるビームフォーマ測角での測角値の誤差分布と、モノパルス測角での測角値の誤差分布と、測角部１４によるビームフォーマ測角での測角値の誤差分布とを示す説明図である。
【図７】実施の形態１に係る他のレーダ装置を示す構成図である。
【図８】実施の形態１に係る他のレーダ装置を示す構成図である。
【図９】実施の形態２に係るレーダ装置の測角部１４を示す構成図である。
【図１０】実施の形態３に係るレーダ装置を示す構成図である。
【図１１】実施の形態４に係るレーダ装置を示す構成図である。
【図１２】実施の形態５に係るレーダ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ装置を示す構成図である。
図２は、図１に示すレーダ装置の信号処理装置１０のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図１に示すレーダ装置は、電波の送信処理及び電波の受信処理の双方を実施することが可能であるが、電波の受信処理に特徴があるため、電波の受信処理を実施する構成を開示している。電波の送信処理を実施する構成については、一般的なレーダ装置と同様であるため、図１において、記載を省略している。
【００１１】
図１及び図２において、分散アレイアンテナ１は、複数のサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎが分散して配置されているアンテナである。Ｎは２以上の整数である。
サブアレイアンテナ１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、複数の素子アンテナを有している。
複数のサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎが配置される間隔は、等間隔であってもよいし、不等間隔であってもよい。複数のサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎが配置される間隔が、不等間隔であれば、ＧＬの影響を低減することができる。
図１に示すレーダ装置は、複数のサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎが１次元に配置されている。しかし、これに限るものではなく、複数のサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎは、２次元に配置されていてもよい。
ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部２−１〜２−Ｎは、サブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎのそれぞれと接続されている。
ＲＦ部２−ｎは、サブアレイアンテナ１−ｎが有している複数の素子アンテナの受信信号のそれぞれを検波し、検波したそれぞれの受信信号の増幅等を行う。
ＲＦ部２−ｎは、増幅等を行った後のそれぞれの受信信号を和信号生成部３−ｎ及び差信号生成部４−ｎのそれぞれに出力する。
【００１２】
和信号生成部３−１〜３−Ｎは、ＲＦ部２−１〜２−Ｎのそれぞれと接続されており、例えば、加算器又は合成器によって実現される。
和信号生成部３−ｎは、ＲＦ部２−ｎから出力された複数の素子アンテナの受信信号についての和信号Σを生成する。
和信号生成部３−ｎは、例えば、ＲＦ部２−ｎから出力された複数の素子アンテナの受信信号の位相が、後述するサブアレイビーム方向で同相になるように、複数の素子アンテナの受信信号を合成することで和信号Σｎを生成する。
和信号生成部３−ｎは、生成した和信号Σｎをアナログデジタル変換器（以下、「ＡＤ変換器」と称する）７−ｎに出力する。
【００１３】
差信号生成部４−１〜４−Ｎは、ＲＦ部２−１〜２−Ｎのそれぞれと接続されている。  差信号生成部４−ｎは、仰角方向差信号生成部５−ｎ及び方位角方向差信号生成部６−ｎを備えている。
差信号生成部４−ｎは、ＲＦ部２−ｎから出力された複数の素子アンテナの受信信号についての差信号を生成する。
【００１４】
仰角方向差信号生成部５−１〜５−Ｎは、ＲＦ部２−１〜２−Ｎのそれぞれと接続されており、例えば、加算器又は合成器と、差分器とによって実現される。
仰角方向差信号生成部５−ｎは、サブアレイアンテナ１−ｎの開口を仰角方向に２分割する。
仰角方向差信号生成部５−ｎは、２分割した一方の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、一方の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号を合成することで第１の和信号Σｅｌｅ，１，ｎを生成する。
仰角方向差信号生成部５−ｎは、２分割した他方の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、他方の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号を合成することで第２の和信号Σｅｌｅ，２，ｎを生成する。
仰角方向差信号生成部５−ｎは、第１の和信号Σｅｌｅ，１，ｎと第２の和信号Σｅｌｅ，２，ｎとの差分を差信号Δｅｌｅ，ｎとして算出し、差信号Δｅｌｅ，ｎをＡＤ変換器８−ｎに出力する。
【００１５】
方位角方向差信号生成部６−１〜６−Ｎは、ＲＦ部２−１〜２−Ｎのそれぞれと接続されており、例えば、加算器又は合成器と、差分器とによって実現される。
方位角方向差信号生成部６−ｎは、サブアレイアンテナ１−ｎの開口を方位角方向に２分割する。
方位角方向差信号生成部６−ｎは、２分割した一方の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、一方の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号を合成することで第１の和信号Σａｚｉ，１，ｎを生成する。
方位角方向差信号生成部６−ｎは、２分割した他方の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、他方の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号を合成することで第２の和信号Σａｚｉ，２，ｎを生成する。
方位角方向差信号生成部６−ｎは、第１の和信号Σａｚｉ，１，ｎと第２の和信号Σａｚｉ，２，ｎとの差分を差信号Δａｚｉ，ｎとして算出し、差信号Δａｚｉ，ｎをＡＤ変換器９−ｎに出力する。
【００１６】
ＡＤ変換器７−１〜７−Ｎは、和信号生成部３−１〜３−Ｎのそれぞれと接続されている。
ＡＤ変換器７−ｎは、和信号生成部３−ｎにより生成された和信号Σｎをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ＡＤ変換器７−ｎは、デジタル信号をデジタル和信号Σｎとして信号処理装置１０に出力する。
ここでは、説明の簡単化のため、和信号生成部３−ｎにより生成されたアナログの和信号と、ＡＤ変換器７−ｎから出力されたデジタル和信号とを同じ「Σｎ」の記号で表すものとする。
【００１７】
ＡＤ変換器８−１〜８−Ｎは、仰角方向差信号生成部５−１〜５−Ｎのそれぞれと接続されている。
ＡＤ変換器８−ｎは、仰角方向差信号生成部５−ｎにより生成された差信号Δｅｌｅ，ｎをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ＡＤ変換器８−ｎは、デジタル信号をデジタル差信号Δｅｌｅ，ｎとして信号処理装置１０に出力する。
ここでは、説明の簡単化のため、仰角方向差信号生成部５−ｎにより生成されたアナログの差信号と、ＡＤ変換器８−ｎから出力されたデジタル差信号とを同じ「Δｅｌｅ，ｎ」の記号で表すものとする。
【００１８】
ＡＤ変換器９−１〜９−Ｎは、方位角方向差信号生成部６−１〜６−Ｎのそれぞれと接続されている。
ＡＤ変換器９−ｎは、方位角方向差信号生成部６−ｎにより生成された差信号Δａｚｉ，ｎをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ＡＤ変換器９−ｎは、デジタル信号をデジタル差信号Δａｚｉ，ｎとして信号処理装置１０に出力する。
ここでは、説明の簡単化のため、方位角方向差信号生成部６−ｎにより生成されたアナログの差信号と、ＡＤ変換器９−ｎから出力されたデジタル差信号とを同じ「Δａｚｉ，ｎ」の記号で表すものとする。
【００１９】
信号処理装置１０は、レーダ信号処理部１１、マルチビーム生成部１２、目標検出部１３及び測角部１４を備えている。
レーダ信号処理部１１は、例えば、図２に示すレーダ信号処理回路２１によって実現される。
レーダ信号処理部１１は、ＡＤ変換器７−１〜７−Ｎから出力されたデジタル和信号Σ１〜Σｎ、ＡＤ変換器８−１〜８−Ｎから出力されたデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ及びＡＤ変換器９−１〜９−Ｎから出力されたデジタル差信号Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎのそれぞれを入力する。
レーダ信号処理部１１は、デジタル和信号Σ１〜Σｎ、デジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ及びデジタル差信号Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎに対して、各種の信号処理を実施する。
【００２０】
各種の信号処理としては、例えば、以下に示す公知の処理が考えられ、レーダ信号処理部１１は、以下の処理の１つ以上を実施する。
・処理負荷を軽減するためのデシメーション処理
・目標信号の利得を稼ぐためのパルス圧縮処理
・目標信号の利得を稼ぐためのヒット間積分処理
・クラッタを抑圧するためのＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）処理
・干渉波を抑圧するためのＳＬＣ（Ｓｉｄｅ  Ｌｏｂｅ  Ｃｌｕｔｔｅｒ）処理
【００２１】
ここでは、説明の簡単化のため、ＡＤ変換器７−ｎから出力されたデジタル和信号と、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号とを同じ「Σｎ」の記号で表すものとする。
また、ＡＤ変換器８−ｎから出力されたデジタル差信号と、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル差信号とを同じ「Δｅｌｅ，ｎ」の記号で表すものとする。
また、ＡＤ変換器９−ｎから出力されたデジタル差信号と、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル差信号とを同じ「Δａｚｉ，ｎ」の記号で表すものとする。
レーダ信号処理部１１は、信号処理後のデジタル和信号Σｎをマルチビーム生成部１２及び測角部１４のそれぞれに出力する。
レーダ信号処理部１１は、信号処理後のデジタル差信号Δｅｌｅ，ｎ及び信号処理後のデジタル差信号Δａｚｉ，ｎのそれぞれを測角部１４に出力する。
【００２２】
マルチビーム生成部１２は、例えば、図２に示すマルチビーム生成回路２２によって実現される。
マルチビーム生成部１２は、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎから、複数のＤＢＦビームを含むマルチビームを生成する。
目標検出部１３は、例えば、図２に示す目標検出回路２３によって実現される。
目標検出部１３は、マルチビーム生成部１２により生成されたマルチビームから目標を検出する処理を実施して、目標の有無を判定する。
【００２３】
測角部１４は、例えば、図２に示す測角回路２４によって実現される。
測角部１４は、目標検出部１３の判定結果が、目標が有る旨を示しているとき、目標のビームフォーマ測角を行う。
測角部１４は、例えば、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎ及びレーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
【００２４】
図１では、信号処理装置１０の構成要素であるレーダ信号処理部１１、マルチビーム生成部１２、目標検出部１３及び測角部１４のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアで実現されるものを想定している。即ち、信号処理装置１０が、レーダ信号処理回路２１、マルチビーム生成回路２２、目標検出回路２３及び測角回路２４で実現されるものを想定している。
ここで、レーダ信号処理回路２１、マルチビーム生成回路２２、目標検出回路２３及び測角回路２４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【００２５】
信号処理装置１０の構成要素は、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理装置１０がソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
図３は、信号処理装置１０がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
信号処理装置１０がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合、レーダ信号処理部１１、マルチビーム生成部１２、目標検出部１３及び測角部１４の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ３１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。
図４は、信号処理装置１０がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合の処理手順である目標測角方法の一部を示すフローチャートである。
【００２６】
また、図２では、信号処理装置１０の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアで実現される例を示し、図３では、信号処理装置１０がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、信号処理装置１０における一部の構成要素が専用のハードウェアで実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェアなどで実現されるものであってもよい。
【００２７】
次に、図１に示すレーダ装置の動作について説明する。
分散して配置されているサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎのそれぞれは、複数の素子アンテナを有している。
サブアレイアンテナ１−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）が有している複数の素子アンテナのそれぞれは、測角対象の目標に反射された電波を受信し、電波の受信信号をＲＦ部２−ｎに出力する。
ＲＦ部２−ｎは、サブアレイアンテナ１−ｎが有している複数の素子アンテナから受信信号を受けると、それぞれの受信信号を検波し、検波したそれぞれの受信信号の増幅等を行う。
ＲＦ部２−ｎは、増幅等を行った後のそれぞれの受信信号を和信号生成部３−ｎ、仰角方向差信号生成部５−ｎ及び方位角方向差信号生成部６−ｎのそれぞれに出力する。
【００２８】
和信号生成部３−ｎは、ＲＦ部２−ｎから複数の受信信号を受けると、複数の受信信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、複数の受信信号を荷重合成することで、和信号Σｎを生成する。
サブアレイビーム方向を示す情報は、例えば、和信号生成部３−ｎの内部メモリ、仰角方向差信号生成部５−ｎの内部メモリ及び方位角方向差信号生成部６−ｎの内部メモリに格納されている。
サブアレイビーム方向は、例えば、測角対象の目標が存在している可能性が高い方向であって、目標を探索したい方向である。サブアレイビーム方向は、例えば、図示せぬ外部の装置が変更できるようにしてもよい。
和信号生成部３−ｎは、生成した和信号ΣｎをＡＤ変換器７−ｎに出力する。
【００２９】
仰角方向差信号生成部５−ｎは、サブアレイアンテナ１−ｎの開口を仰角方向に２分割する。
以下、説明の便宜上、仰角方向に２分割した一方の開口を「第１の開口」と称し、分割した他方の開口を「第２の開口」と称する。
仰角方向差信号生成部５−ｎは、ＲＦ部２−ｎから出力された複数の受信信号のうち、第１の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、第１の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号を荷重合成することで、第１の和信号Σｅｌｅ，１，ｎを生成する。
また、仰角方向差信号生成部５−ｎは、第２の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、第２の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号を荷重合成することで、第２の和信号Σｅｌｅ，２，ｎを生成する。
仰角方向差信号生成部５−ｎは、第１の和信号Σｅｌｅ，１，ｎと第２の和信号Σｅｌｅ，２，ｎとの差分を差信号Δｅｌｅ，ｎとして算出し、差信号Δｅｌｅ，ｎをＡＤ変換器８−ｎに出力する。
【００３０】
方位角方向差信号生成部６−ｎは、サブアレイアンテナ１−ｎの開口を方位角方向に２分割する。
以下、説明の便宜上、方位角方向に２分割した一方の開口を「第３の開口」と称し、分割した他方の開口を「第４の開口」と称する。
方位角方向差信号生成部６−ｎは、ＲＦ部２−ｎから出力された複数の受信信号のうち、第３の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、第３の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号を荷重合成することで、第１の和信号Σａｚｉ，１，ｎを生成する。
方位角方向差信号生成部６−ｎは、第４の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、第４の開口に対応する複数の素子アンテナの受信信号を荷重合成することで、第２の和信号Σａｚｉ，２，ｎを生成する。
方位角方向差信号生成部６−ｎは、第１の和信号Σａｚｉ，１，ｎと第２の和信号Σａｚｉ，２，ｎとの差分を差信号Δａｚｉ，ｎとして算出し、差信号Δａｚｉ，ｎをＡＤ変換器９−ｎに出力する。
【００３１】
ＡＤ変換器７−ｎは、和信号生成部３−ｎから和信号Σｎを受けると、和信号Σｎをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ＡＤ変換器７−ｎは、デジタル信号をデジタル和信号Σｎとしてレーダ信号処理部１１に出力する。
ＡＤ変換器８−ｎは、仰角方向差信号生成部５−ｎから差信号Δｅｌｅ，ｎを受けると、差信号Δｅｌｅ，ｎをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ＡＤ変換器８−ｎは、デジタル信号をデジタル差信号Δｅｌｅ，ｎとしてレーダ信号処理部１１に出力する。
ＡＤ変換器９−ｎは、方位角方向差信号生成部６−ｎから差信号Δａｚｉ，ｎを受けると、差信号Δａｚｉ，ｎをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ＡＤ変換器９−ｎは、デジタル信号をデジタル差信号Δａｚｉ，ｎとしてレーダ信号処理部１１に出力する。
【００３２】
レーダ信号処理部１１は、デジタル和信号Σ１〜Σｎ、デジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ及びデジタル差信号Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎに対して、各種の信号処理を実施する（図４のステップＳＴ１）。
レーダ信号処理部１１は、信号処理後のデジタル和信号Σｎをマルチビーム生成部１２及び測角部１４のそれぞれに出力する。
レーダ信号処理部１１は、信号処理後のデジタル差信号Δｅｌｅ，ｎ及び信号処理後のデジタル差信号Δａｚｉ，ｎのそれぞれを測角部１４に出力する。
【００３３】
マルチビーム生成部１２は、レーダ信号処理部１１から信号処理後のデジタル和信号Σｎを受けると、信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎに対するＤＢＦ処理を実施する。
マルチビーム生成部１２は、ＤＢＦ処理を実施することで得られるＤＢＦビームを複数含むマルチビームを生成する（図４のステップＳＴ２）。ＤＢＦ処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
マルチビーム生成部１２により生成されるマルチビームは、分散アレイアンテナ１の全体のアンテナ開口（以下、「分散開口」と称する）と同じサイズのビーム幅を有するビームである。
したがって、マルチビームは、サブアレイアンテナ１−ｎ単体のサブアレイビームよりも、シャープかつ利得が高いビームである。
ＤＢＦ処理は、デジタル処理であるため、複数の方位にＤＢＦビームを同時に生成することができる。マルチビーム生成部１２が、マルチビーム内を複数のＤＢＦビームで埋め尽くすことで、マルチビームの利得を高めることができる。
【００３４】
目標検出部１３は、例えば、公知のＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｆａｌｓｅ  Ａｌａｒｍ  Ｒａｔｅ）処理を実施することで、マルチビームから目標を検出する処理を実施して、目標の有無を判定する（図４のステップＳＴ３）。
目標検出部１３は、目標の有無を示す判定結果を測角部１４に出力する。
【００３５】
測角部１４は、目標検出部１３の判定結果が、目標が有る旨を示しているとき（図４のステップＳＴ４：ＹＥＳの場合）、目標のビームフォーマ測角を行う（図４のステップＳＴ５）。
測角部１４は、目標検出部１３の判定結果が、目標が無い旨を示している場合（図４のステップＳＴ４：ＮＯの場合）、処理負荷の軽減を図るため、目標のビームフォーマ測角を行わない。
目標のビームフォーマ測角は、分散開口を用いる測角である。
測角部１４によるビームフォーマ測角は、サブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎのそれぞれに対応するサブアレイビーム内で、デジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標を探索して、目標を測角するものである。
以下、測角部１４による目標の測角処理を具体的に説明する。
【００３６】
測角部１４は、以下の式（１）において、仰角方向を示すθ及び方位角方向を示すφのそれぞれを変更しながら、右辺の値が最大になるθとφを探索する。
2020044442.tif 000003
式（１）において、θΣΔＢＦハットは、右辺の値が最大になるときのθであって、目標の仰角方向の探索結果である。
φΣΔＢＦハットは、右辺の値が最大になるときのφであって、目標の方位角方向の探索結果である。
明細書の文章中では、電子出願の関係上、「θ」，「φ」の上に“＾”の記号を付することができないため、θΣΔＢＦハット及びφΣΔＢＦハットのように表記している。
【００３７】
ＲΣΔΣΔチルダは、デジタル和信号Σ１〜Σｎ、デジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ及びデジタル差信号Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎにおいて、目標が検出されたレンジの複素振幅及びドップラ周波数の複素振幅を要素とする相関行列である。相関行列ＲΣΔΣΔチルダ自体は、公知の行列であるため、詳細な説明を省略する。目標が検出されたレンジは、レーダ装置から目標まで距離である。
明細書の文章中では、電子出願の関係上、「Ｒ」の上に“〜”の記号を付することができないため、ＲΣΔΣΔチルダのように表記している。
目標が検出されたレンジ及びドップラ周波数のそれぞれは、一般的に、目標検出部１３によって、目標の検出処理が実施される際に算出されるため、測角部１４は、目標検出部１３からレンジ及びドップラ周波数を取得するようにしてもよい。
また、測角部１４が、目標の検出処理を実施して、レンジ及びドップラ周波数を算出するようにしてもよい。
【００３８】
ａΣΔ（θ，φ）は、（θ，φ）の方向に対するデジタル和信号Σ１〜Σｎ、デジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ及びデジタル差信号Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎの理論的な相対振幅及び相対位相を要素とするステアリングベクトルである。
ａΣΔ（θ，φ）は、サブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎの配置、サブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎが有する素子アンテナの配置及びサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎにより受信される信号の周波数などの既知情報から算出することが可能である。
Ｈは、複素共役転置を示す記号である。
【００３９】
ステアリングベクトルａΣΔは、以下の式（２）のように表される。
2020044442.tif 000004
式（２）において、Ｔは、転置を示す記号である。
ａΣΔは、以下の式（３）のように表され、ａΔｅｌｅは、以下の式（４）のように表され、ａΔａｚｉは、以下の式（５）のように表される。
2020044442.tif 000005
式（３）〜（５）において、右辺のそれぞれのベクトルは、デジタル和信号Σ１〜Σｎ、デジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ又はデジタル差信号Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎの理論的な相対振幅及び相対位相に対応している。
【００４０】
以上により、測角部１４によって、目標の仰角方向の探索結果θΣΔＢＦハットと、目標の方位角方向の探索結果φΣΔＢＦハットとが得られる。
以下、測角部１４による目標の測角処理において、デジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いているために、ＧＬに伴う測角精度の劣化が低減される原理について説明する。
【００４１】
複数のサブアレイアンテナが配置されている分散アレイアンテナを用いる目標の測角処理では、大開口である分散開口の特性を有効活用することで、測角精度を向上させる手法がとられる。
例えば、以下の非特許文献２には、複数のサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの受信信号についての和信号のみを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う測角処理が開示されている。
［非特許文献２］
菊間 信良、“アダプティブアンテナ技術、”オーム社、２００３．
【００４２】
以下の非特許文献３には、サブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの受信信号についての差信号をそれぞれ生成し、差信号を用いて、サブアレイアンテナの開口であるサブアレイ開口でのモノパルス測角を行う測角処理が開示されている。
［非特許文献３］
吉田 孝、“改訂 レーダ技術、”コロナ社、１９９６．
【００４３】
図５は、和信号のみを用いるビームフォーマ測角と、サブアレイ開口でのモノパルス測角との比較結果を示す説明図である。
図６は、和信号のみを用いるビームフォーマ測角での測角値の誤差分布と、モノパルス測角での測角値の誤差分布と、測角部１４によるビームフォーマ測角での測角値の誤差分布とを示す説明図である。
【００４４】
和信号のみを用いるビームフォーマ測角は、原理的に大開口な分散開口を用いる測角処理であるため測角精度が高い。
しかし、複数のサブアレイアンテナのうち、一部のサブアレイアンテナが有する素子アンテナの本数が少ない場合、アンテナパターンにＧＬが発生することがある。和信号のみを用いるビームフォーマ測角は、ＧＬが発生している場合、ＧＬが発生している方位を、目標が存在している方位であると誤検出してしまうことがある。
和信号のみを用いるビームフォーマ測角は、ＧＬが発生している方位を、目標が存在している方位であると誤検出することで、図６に示すように、目標方位の誤差分布のほかに、ＧＬが発生している方位にも誤差分布が生じる測角処理結果となる。
【００４５】
サブアレイ開口でのモノパルス測角は、分散開口での測角処理ではなく、サブアレイ開口での測角処理となる。よって、目標の探索範囲がサブアレイビーム内であり、かつ、大開口での測角処理ではないため、測角処理がＧＬの影響を受けない。
ただし、サブアレイ開口の開口長は、分散開口の開口長よりも狭いため、図６に示すように、サブアレイ開口でのモノパルス測角は、目標方位の誤差分布が、和信号のみを用いるビームフォーマ測角での目標方位の誤差分布よりも広がってしまう。
【００４６】
以上より、和信号のみを用いるビームフォーマ測角と、サブアレイ開口でのモノパルス測角とは、一長一短がある。
測角部１４によるビームフォーマ測角は、和信号のみを用いるビームフォーマ測角のメリットと、サブアレイ開口でのモノパルス測角のメリットとが得られるように、和信号と差信号の双方を用いて、ビームフォーマ測角を行っている。
測角部１４によるビームフォーマ測角は、和信号と差信号の双方を用いて、ビームフォーマ測角を行うことで、図６に示すように、ＧＬ方位の誤差分布が発生することなく、目標方位の誤差分布が狭くなり、高い測角精度が得られる。
【００４７】
以上の実施の形態１は、複数の和信号生成部３−１〜３−Ｎにより生成された和信号と、複数の差信号生成部４−１〜４−Ｎにより生成された差信号とを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う測角部１４を備えるように、レーダ装置を構成した。したがって、レーダ装置は、アンテナパターンにＧＬが発生している場合でも、測角値の誤差の拡大を抑えることができる。
【００４８】
図１に示すレーダ装置では、差信号生成部４−ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）が、仰角方向差信号生成部５−ｎ及び方位角方向差信号生成部６−ｎを備えているものを示している。
しかし、これは一例に過ぎず、図７に示すように、差信号生成部４−ｎが、方位角方向差信号生成部６−ｎのみを備えるレーダ装置であってもよい。また、図８に示すように、差信号生成部４−ｎが、仰角方向差信号生成部５−ｎのみを備えるレーダ装置であってもよい。
図７及び図８は、実施の形態１に係る他のレーダ装置を示す構成図である。
【００４９】
差信号生成部４−ｎが、方位角方向差信号生成部６−ｎのみを備える場合、ＡＤ変換器８−ｎは、不要である。測角部１４は、デジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
測角部１４が、デジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いる場合、ステアリングベクトルａΣΔは、以下の式（６）のように表される。
2020044442.tif 000006
【００５０】
差信号生成部４−ｎが、仰角方向差信号生成部５−ｎのみを備える場合、ＡＤ変換器９−ｎは、不要である。測角部１４は、デジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
測角部１４が、デジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎを用いる場合、ステアリングベクトルａΣΔは、以下の式（７）のように表される。
2020044442.tif 000007
【００５１】
差信号生成部４−ｎが、方位角方向差信号生成部６−ｎ又は仰角方向差信号生成部５−ｎのいずれか１つを備える場合でも、デジタル和信号Σ１〜Σｎのみを用いて、ビームフォーマ測角を行う場合よりも、ＧＬの発生に伴う測角値の誤差の拡大を抑えることができる。
【００５２】
図７に示すレーダ装置では、差信号生成部４−ｎが、方位角方向差信号生成部６−ｎのみを備え、図８に示すレーダ装置では、差信号生成部４−ｎが、仰角方向差信号生成部５−ｎのみを備えている。
しかし、これは一例に過ぎず、複数の差信号生成部４−１〜４−Ｎのうち、方位角方向差信号生成部のみを備える差信号生成部と、仰角方向差信号生成部のみを備える差信号生成部とが混在していてもよい。
【００５３】
図１に示すレーダ装置では、サブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎのそれぞれが、複数の素子アンテナを有している。
それぞれのサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎが有する素子アンテナの本数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
それぞれのサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎが有する素子アンテナの本数が異なる場合、ベクトルａΣΔ、ベクトルａΔｅｌｅ及びベクトルａΔａｚｉにおけるそれぞれの要素の振幅値は、素子アンテナの本数の差異が反映された値である。素子アンテナの本数の差異としては、それぞれのサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎにおける信号対雑音比の差異が考えられる。
【００５４】
図１に示すレーダ装置では、測角部１４が、目標の仰角方向及び方位角方向の双方を測角している。しかし、これに限るものではなく、測角部１４が、目標の仰角方向又は方位角方向のいずれかを測角するものであってもよい。
【００５５】
実施の形態２．
図１に示すレーダ装置では、複数の和信号生成部３−１〜３−Ｎにより生成された和信号と、複数の差信号生成部４−１〜４−Ｎにより生成された差信号とを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う測角部１４を備えている。
実施の形態２では、測角部１４が、図９に示すように、第１の測角処理部４１、探索範囲設定部４２及び第２の測角処理部４３を備えるレーダ装置について説明する。
【００５６】
図９は、実施の形態２に係るレーダ装置の測角部１４を示す構成図である。図９に示す測角部１４以外のレーダ装置の構成は、図１と同様である。
図９において、第１の測角処理部４１は、複数のサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎのそれぞれに対応するサブアレイビーム内で、目標の探索方向を第１の刻み幅で切り替える。
第１の測角処理部４１は、目標の探索方向を第１の刻み幅で切り替えながら、デジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
第１の刻み幅は、ＤＢＦビームのビーム幅と概ね等しい幅である。したがって、目標の探索方向を第１の刻み幅で切り替える目標の探索は、粗い探索であり、第１の測角処理部４１の測角処理は、粗測角処理である。
【００５７】
探索範囲設定部４２は、第１の測角処理部４１により行われたビームフォーマ測角の測角結果を用いて、目標の探索範囲を設定する。
探索範囲設定部４２は、目標の探索範囲における仰角方向の探索中心として、例えば、第１の測角処理部４１の測角結果が示す仰角方向θΣΔＢＦハットを設定する。また、探索範囲設定部４２は、目標の探索範囲における方位角方向の探索中心として、例えば、第１の測角処理部４１の測角結果が示す方位角方向φΣΔＢＦハットを設定する。
探索範囲の広さは、第１の刻み幅よりも広ければよく、サブアレイビームのビーム幅よりも狭い。
【００５８】
第２の測角処理部４３は、探索範囲設定部４２により設定された探索範囲内で、目標の探索方向を第２の刻み幅で切り替える。
第２の測角処理部４３は、目標の探索方向を第２の刻み幅で切り替えながら、デジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
第２の刻み幅は、第１の刻み幅よりも細かい刻み幅である。
【００５９】
次に、図９に示す測角部１４の動作について説明する。
図９に示す測角部１４以外は、図１に示すレーダ装置と同様であるため説明を省略する。
第１の測角処理部４１は、目標検出部１３の判定結果が、目標が有る旨を示しているとき、目標のビームフォーマ測角を行う。
第１の測角処理部４１は、それぞれのサブアレイビーム内で、目標の探索方向を第１の刻み幅で切り替えながら、デジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
第１の測角処理部４１でのビームフォーマ測角は、上記の式（１）において、仰角方向を示すθ及び方位角方向を示すφのそれぞれを、第１の刻み幅で切り替えるものである。
第１の測角処理部４１の測角処理は、粗測角処理であるため、演算負荷が小さいが、第１の測角処理部４１の測角結果は、大きな誤差を含んでいる。
【００６０】
探索範囲設定部４２は、誤差が小さな測角値を得るために、細かな探索の実施に用いる目標の探索範囲として、第１の測角処理部４１により行われたビームフォーマ測角の測角結果を用いて、目標の探索範囲を設定する。
探索範囲設定部４２は、目標の探索範囲における仰角方向の探索中心として、例えば、第１の測角処理部４１の測角結果が示す仰角方向θΣΔＢＦハットを設定する。また、探索範囲設定部４２は、目標の探索範囲における方位角方向の探索中心として、例えば、第１の測角処理部４１の測角結果が示す方位角方向φΣΔＢＦハットを設定する。
探索範囲設定部４２は、探索範囲の広さとして、例えば、第１の刻み幅よりも広く、サブアレイビームのビーム幅よりも狭い広さに設定する。
【００６１】
第２の測角処理部４３は、探索範囲設定部４２により設定された探索範囲内で、目標の探索方向を第２の刻み幅で切り替えながら、デジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
第２の測角処理部４３でのビームフォーマ測角は、上記の式（１）において、仰角方向を示すθ及び方位角方向を示すφのそれぞれを、第２の刻み幅で切り替えるものである。
第２の刻み幅は、第１の刻み幅よりも細かい刻み幅であるため、第２の測角処理部４３の測角結果が含む誤差は小さい。
探索範囲設定部４２により設定された探索範囲は、サブアレイビームのビーム幅よりも狭い広さであるため、それぞれのサブアレイビーム内で探索するよりも、演算負荷が小さい。
【００６２】
以上の実施の形態２は、測角部１４が、それぞれのサブアレイビーム内で、目標の探索方向を第１の刻み幅で切り替えながら、和信号と差信号とを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う第１の測角処理部４１を備えている。
また、測角部１４が、第１の測角処理部４１により行われたビームフォーマ測角の測角結果を用いて、目標の探索範囲を設定する探索範囲設定部４２を備えている。
さらに、測角部１４が、探索範囲設定部４２により設定された探索範囲内で、目標の探索方向を第２の刻み幅で切り替えながら、和信号と差信号とを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う第２の測角処理部４３を備えている。
したがって、実施の形態２のレーダ装置は、実施の形態１のレーダ装置よりも演算負荷を低減することができる。また、実施の形態２のレーダ装置は、実施の形態１のレーダ装置と同様に、アンテナパターンにＧＬが発生している場合でも、測角値の誤差の拡大を抑えることができる。
【００６３】
実施の形態３．
図１に示すレーダ装置では、マルチビーム生成部１２が、デジタル和信号Σ１〜Σｎからマルチビームを生成している。
実施の形態３では、マルチビーム生成部５１が、デジタル和信号Σ１〜Σｎとデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎとからマルチビームを生成するレーダ装置について説明する。
【００６４】
図１０は、実施の形態３に係るレーダ装置を示す構成図である。図１０において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
マルチビーム生成部５１は、例えば、図２に示すマルチビーム生成回路２２によって実現される。
マルチビーム生成部５１は、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎとレーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎとから、複数のＤＢＦビームを含むマルチビームを生成する。
【００６５】
目標検出部５２は、例えば、図２に示す目標検出回路２３によって実現される。
目標検出部５２は、マルチビーム生成部５１により生成されたマルチビームから目標を検出する処理を実施し、マルチビームに含まれている複数のＤＢＦビームの中で、目標が存在しているＤＢＦビームを特定する。
測角部５３は、例えば、図２に示す測角回路２４によって実現される。
測角部５３は、目標検出部５２により目標が検出されると、目標検出部５２により特定されたＤＢＦビームのビーム範囲を目標の探索範囲に設定する。
測角部５３は、設定した探索範囲内で、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
【００６６】
次に、図１０に示すレーダ装置の動作について説明する。
ただし、マルチビーム生成部５１、目標検出部５２及び測角部５３以外は、図１に示すレーダ装置と同様であるため、ここでは、マルチビーム生成部５１、目標検出部５２及び測角部５３の動作のみを説明する。
【００６７】
マルチビーム生成部５１は、レーダ信号処理部１１から信号処理後のデジタル和信号Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを受けると、デジタル和信号Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎに対するＤＢＦ処理を実施する。
マルチビーム生成部５１は、ＤＢＦ処理を実施することで得られるＤＢＦビームを複数含むマルチビームを生成する。
ＤＢＦ処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、マルチビーム生成部５１が、デジタル和信号Σｎだけではなく、デジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いるため、アンテナパターンに発生するＧＬを抑えることができる。
【００６８】
目標検出部５２は、例えば、公知のＣＦＡＲ処理を実施することで、マルチビームから目標を検出する。
目標検出部５２は、目標を検出すると、マルチビームに含まれている複数のＤＢＦビームの中で、目標が存在しているＤＢＦビームを特定し、特定したＤＢＦビームの仰角方向及び方位角方向のそれぞれを測角部５３に出力する。
マルチビーム生成部５１によって、ＧＬの発生が抑えられているため、目標検出部５２における目標の検出精度は、図１に示す目標検出部１３における目標の検出精度よりも高い。
【００６９】
測角部５３は、目標検出部５２により目標が検出されると、目標検出部５２により特定されたＤＢＦビームのビーム範囲を目標の探索範囲に設定する。
測角部５３は、設定した探索範囲内で、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
測角部５３でのビームフォーマ測角は、上記の式（１）において、仰角方向を示すθ及び方位角方向を示すφのそれぞれを、例えば、上記の第２の刻み幅で切り替えるものである。
測角部５３により設定される探索範囲は、サブアレイビームのビーム幅よりも狭い広さであるため、それぞれのサブアレイビーム内で探索するよりも、演算負荷が小さい。
【００７０】
以上の実施の形態３は、和信号と差信号とから、複数のＤＢＦビームを含むマルチビームを生成するマルチビーム生成部５１を備える。
また、マルチビーム生成部５１により生成されたマルチビームから目標を検出する処理を実施し、マルチビームに含まれている複数のＤＢＦビームの中で、目標が存在しているＤＢＦビームを特定する目標検出部５２を備える。
さらに、目標検出部５２により特定されたＤＢＦビームのビーム範囲を目標の探索範囲に設定し、設定した探索範囲内で、和信号と差信号とを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う測角部５３を備える。
したがって、実施の形態３のレーダ装置は、アンテナパターンにＧＬが発生している場合でも、測角値の誤差の拡大を抑えることができる。
【００７１】
実施の形態４．
図１に示すレーダ装置では、測角部１４が、目標のビームフォーマ測角を行っている。
実施の形態４では、測角部６１が、目標のビームフォーマ測角を行う代わりに、モノパルス測角を行うレーダ装置について説明する。
【００７２】
図１１は、実施の形態４に係るレーダ装置を示す構成図である。図１１において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
測角部６１は、例えば、図２に示す測角回路２４によって実現され、モノパルス測角処理部６２及び平均値処理部６３を備えている。
測角部６１は、複数のサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎのそれぞれに対応するサブアレイビーム内で、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標のモノパルス測角を行う。
測角部６１は、それぞれのサブアレイビーム内でのモノパルス測角の測角結果を重み付け平均する。
【００７３】
モノパルス測角処理部６２は、それぞれのサブアレイビーム内で、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標のモノパルス測角を行う。
平均値処理部６３は、モノパルス測角処理部６２によるそれぞれのサブアレイビーム内でのモノパルス測角の測角結果を重み付け平均する。
【００７４】
次に、図１１に示すレーダ装置の動作について説明する。
ただし、測角部６１以外は、図１に示すレーダ装置と同様であるため、ここでは、測角部６１の動作のみを説明する。
モノパルス測角処理部６２は、目標検出部１３の判定結果が、目標が有る旨を示していれば、それぞれのサブアレイビーム内で、目標のモノパルス測角を行う。
目標のモノパルス測角は、サブアレイ開口を用いる測角である。
モノパルス測角処理部６２によるモノパルス測角は、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎ及びデジタル差信号Δｅｌｅ，１〜Δｅｌｅ，Ｎ，Δａｚｉ，１〜Δａｚｉ，Ｎを用いて、目標を探索して、目標を測角するものである。
モノパルス測角自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。モノパルス測角は、ＧＬの影響を受けない利点を有するが、目標方位の誤差分布が広いという欠点を有している。
【００７５】
平均値処理部６３は、モノパルス測角処理部６２によるそれぞれのサブアレイビーム内でのモノパルス測角の測角結果を重み付け平均する。
具体的には、平均値処理部６３は、それぞれのサブアレイビーム内での仰角方向の測角結果を重み付け平均する。
また、平均値処理部６３は、それぞれのサブアレイビーム内での方位角方向の測角結果を重み付け平均する。
平均値処理部６３が、それぞれのサブアレイビーム内でのモノパルス測角の測角結果を重み付け平均することで、目標方位の誤差分布を狭めることができる。
【００７６】
以上の実施の形態４は、測角部６１が、目標のビームフォーマ測角を行う代わりに、それぞれのサブアレイビーム内で、和信号と差信号とを用いて、目標のモノパルス測角を行う。そして、測角部６１が、それぞれのサブアレイビーム内でのモノパルス測角の測角結果を重み付け平均するように、レーダ装置を構成した。したがって、実施の形態４のレーダ装置は、アンテナパターンにＧＬが発生している場合でも、測角値の誤差の拡大を抑えることができる。
【００７７】
実施の形態５．
実施の形態５では、測角部６１が、重み付け平均した測角結果を用いて、目標の探索範囲を設定する。そして、測角部６１が、設定した探索範囲内で、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行うレーダ装置について説明する。
【００７８】
図１２は、実施の形態５に係るレーダ装置を示す構成図である。図１２において、図１及び図１１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
探索範囲設定部６４は、平均値処理部６３により重み付け平均された測角結果を用いて、目標の探索範囲を設定する。
ビームフォーマ測角部６５は、探索範囲設定部６４により設定された探索範囲内で、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
【００７９】
次に、図１２に示すレーダ装置の動作について説明する。
ただし、探索範囲設定部６４及びビームフォーマ測角部６５以外は、図１１に示すレーダ装置と同様であるため、ここでは、探索範囲設定部６４及びビームフォーマ測角部６５の動作のみを説明する。
【００８０】
探索範囲設定部６４は、平均値処理部６３から重み付け平均後の測角結果を受けると、マルチビームに含まれている複数のＤＢＦビームの中で、重み付け平均後の測角結果が示す仰角方向及び方位角方向を含むＤＢＦビームを特定する。
探索範囲設定部６４は、特定したＤＢＦビームのビーム範囲を目標の探索範囲に設定する。
【００８１】
ビームフォーマ測角部６５は、探索範囲設定部６４により設定された探索範囲内で、レーダ信号処理部１１による信号処理後のデジタル和信号Σ１〜Σｎを用いて、目標のビームフォーマ測角を行う。
具体的には、ビームフォーマ測角部６５は、以下の式（８）において、探索範囲設定部６４により設定された探索範囲内で、仰角方向を示すθ及び方位角方向を示すφのそれぞれを変更しながら、右辺の値が最大になるθとφを探索する。
2020044442.tif 000008
式（８）において、θΣＢＦハットは、右辺の値が最大になるときのθであって、目標の仰角方向の探索結果である。
φΣＢＦハットは、右辺の値が最大になるときのφであって、目標の方位角方向の探索結果である。
【００８２】
ＲΣΣチルダは、デジタル和信号Σ１〜Σｎにおいて、目標が検出されたレンジの複素振幅及びドップラ周波数の複素振幅を要素とする相関行列である。相関行列ＲΣΣチルダ自体は、公知の行列であるため、詳細な説明を省略する。
ａΣ（θ，φ）は、（θ，φ）の方向に対するデジタル和信号Σ１〜Σｎの理論的な相対振幅及び相対位相を要素とするステアリングベクトルである。
ａΣ（θ，φ）は、サブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎの配置、サブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎが有する素子アンテナの配置及びサブアレイアンテナ１−１〜１−Ｎにより受信される信号の周波数などの既知情報から算出することが可能である。
【００８３】
ステアリングベクトルａΣは、以下の式（９）のように表される。
2020044442.tif 000009
式（９）において、右辺のそれぞれのベクトルは、デジタル和信号Σ１〜Σｎの理論的な相対振幅及び相対位相に対応している。
【００８４】
以上の実施の形態５は、測角部６１が、重み付け平均した測角結果を用いて、目標の探索範囲を設定し、設定した探索範囲内で、和信号を用いて、目標のビームフォーマ測角を行うように、レーダ装置を構成した。したがって、実施の形態５のレーダ装置は、実施の形態４のレーダ装置よりも、測角精度を高めることができる。
【００８５】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
この発明は、目標を測角するレーダ装置及び目標測角方法に適している。
【符号の説明】
【００８７】
１  分散アレイアンテナ、１−１〜１−Ｎ  サブアレイアンテナ、２−１〜２−Ｎ  ＲＦ部、３−１〜３−Ｎ  和信号生成部、４−１〜４−Ｎ  差信号生成部、５−１〜５−Ｎ  仰角方向差信号生成部、６−１〜６−Ｎ  方位角方向差信号生成部、７−１〜７−Ｎ  ＡＤ変換器、８−１〜８−Ｎ  ＡＤ変換器、９−１〜９−Ｎ  ＡＤ変換器、１０  信号処理装置、１１  レーダ信号処理部、１２  マルチビーム生成部、１３  目標検出部、１４  測角部、２１  レーダ信号処理回路、２２  マルチビーム生成回路、２３  目標検出回路、２４  測角回路、３１  メモリ、３２  プロセッサ、４１  第１の測角処理部、４２  探索範囲設定部、４３  第２の測角処理部、５１  マルチビーム生成部、５２  目標検出部、５３  測角部、６１  測角部、６２  モノパルス測角処理部、６３  平均値処理部、６４  探索範囲設定部、６５  ビームフォーマ測角部。
【図１】
2020044442.tif 000010
【図２】
2020044442.tif 000011
【図３】
2020044442.tif 000012
【図４】
2020044442.tif 000013
【図５】
2020044442.tif 000014
【図６】
2020044442.tif 000015
【図７】
2020044442.tif 000016
【図８】
2020044442.tif 000017
【図９】
2020044442.tif 000018
【図１０】
2020044442.tif 000019
【図１１】
2020044442.tif 000020
【図１２】
2020044442.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月17日(2019.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明に係るレーダ装置は、複数の素子アンテナを有する複数のサブアレイアンテナと、複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されており、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての和信号を生成する複数の和信号生成部と、複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されており、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての差信号を生成する複数の差信号生成部と、複数の和信号生成部により生成された和信号と、複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて目標の角度を探索し、目標のビームフォーマ測角を行う測角部とを備えるようにしたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子アンテナを有する複数のサブアレイアンテナと、
前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されており、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての和信号を生成する複数の和信号生成部と、
前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されており、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての差信号を生成する複数の差信号生成部と、
前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて目標の角度を探索し、目標のビームフォーマ測角を行う測角部と
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
前記複数の和信号生成部により生成された和信号からマルチビームを生成するマルチビーム生成部と、
前記マルチビーム生成部により生成されたマルチビームから目標を検出する処理を実施して、目標の有無を判定する目標検出部とを備え、
前記測角部は、前記目標検出部の判定結果が、目標が有る旨を示しているとき、前記目標のビームフォーマ測角を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記複数の和信号生成部は、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、複数の素子アンテナの信号を合成することで和信号を生成し、
前記複数の差信号生成部は、それぞれのサブアレイアンテナの開口を２分割し、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナのうち、２分割した一方の開口に対応する複数の素子アンテナの信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、２分割した一方の開口に対応する複数の素子アンテナの信号を合成することで第１の和信号を生成し、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナのうち、２分割した他方の開口に対応する複数の素子アンテナの信号の位相がサブアレイビーム方向で同相になるように、２分割した他方の開口に対応する複数の素子アンテナの信号を合成することで第２の和信号を生成し、前記第１の和信号と前記第２の和信号との差分を前記差信号として算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記複数の差信号生成部は、
前記第１の和信号及び前記第２の和信号のそれぞれを生成する際に、それぞれのサブアレイアンテナの開口を仰角方向に２分割することで、仰角方向の差信号を生成する仰角方向差信号生成部と、
前記第１の和信号及び前記第２の和信号のそれぞれを生成する際に、それぞれのサブアレイアンテナの開口を方位角方向に２分割することで、方位角方向の差信号を生成する方位角方向差信号生成部とのうち、少なくとも１つを備えており、
前記仰角方向の差信号及び前記方位角方向の差信号のうち、少なくとも１つの差信号を前記測角部に出力することを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記測角部は、前記目標のビームフォーマ測角として、前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれに対応するサブアレイビーム内で、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、前記目標を探索して、前記目標を測角することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記測角部は、
前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれに対応するサブアレイビーム内で、前記目標の探索方向を第１の刻み幅で切り替えながら、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、前記目標のビームフォーマ測角を行う第１の測角処理部と、
前記第１の測角処理部の測角結果を用いて、前記目標の探索範囲を設定する探索範囲設定部と、
前記探索範囲設定部により設定された探索範囲内で、前記目標の探索方向を前記第１の刻み幅よりも細かい第２の刻み幅で切り替えながら、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、前記目標のビームフォーマ測角を行う第２の測角処理部とを備えることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とから、複数のＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ）ビームを含むマルチビームを生成するマルチビーム生成部と、
前記マルチビーム生成部により生成されたマルチビームから目標を検出する処理を実施して、前記複数のＤＢＦビームの中で、検出した目標が存在しているＤＢＦビームを特定する目標検出部とを備え、
前記測角部は、前記目標検出部により特定されたＤＢＦビームのビーム範囲を目標の探索範囲に設定し、前記探索範囲内で、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、前記目標のビームフォーマ測角を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記測角部は、前記目標のビームフォーマ測角を行う代わりに、前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれに対応するサブアレイビーム内で、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて、前記目標のモノパルス測角を行い、それぞれに対応するサブアレイビーム内でのモノパルス測角の測角結果を重み付け平均することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記測角部は、重み付け平均した測角結果を用いて、前記目標の探索範囲を設定し、前記探索範囲内で、前記複数の和信号生成部により生成された和信号を用いて、前記目標のビームフォーマ測角を行うことを特徴とする請求項８記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記複数のサブアレイアンテナが不等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記測角部は、前記目標の仰角方向又は前記目標の方位角方向のいずれかを測角することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項１２】
前記測角部は、前記目標の仰角方向及び前記目標の方位角方向のそれぞれを測角することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項１３】
複数の素子アンテナを有する複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されている複数の和信号生成部が、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての和信号を生成し、
前記複数のサブアレイアンテナのそれぞれと接続されている複数の差信号生成部が、それぞれのサブアレイアンテナが有している複数の素子アンテナの信号についての差信号を生成し、
測角部が、前記複数の和信号生成部により生成された和信号と、前記複数の差信号生成部により生成された差信号とを用いて目標の角度を探索し、目標のビームフォーマ測角を行う
目標測角方法。
【国際調査報告】
2020044442.tif 000022
2020044442.tif 000023
2020044442.tif 000024
2020044442.tif 000025