(57)【要約】【課題】  受信アンテナの本数を増やすことなく、左右対称の折り返しの抑圧比を高めることができるレーダ装置を得ることを目的とする。【解決手段】  送受信アンテナ４−０及び受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）により受信されるパルス信号毎に、プラットフォームの進行方向を対称軸として、当該パルス信号の受信方向と対称な方向にナルが存在する受信ビームパターンを形成し、その受信ビームパターンに対する合成開口処理を実施するように構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を目標に向けて繰り返し送信する送信手段と、アレイ状に配置されている複数の素子アンテナを用いて、上記目標に反射されたパルス信号を繰り返し受信する受信手段と、上記受信手段により受信されるパルス信号毎に、プラットフォームの進行方向を対称軸として、当該パルス信号の受信方向と対称な方向にナルが存在する受信ビームパターンを形成する受信ビームパターン形成手段と、上記受信ビームパターン形成手段により形成された受信ビームパターンに対する合成開口処理を実施する合成開口処理手段とを備えたレーダ装置。
【請求項２】
受信ビームパターン形成手段は、プラットフォームの進行方向を対称軸として、パルス信号の受信方向と対称な方向にナルを形成するための荷重ベクトルを算出し、その荷重ベクトルを当該パルス信号に乗算して、その対称な方向にナルが存在する受信ビームパターンを形成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３】
合成開口処理手段は、プラットフォームの移動により生じるパルス信号の位相変化を補償し、位相補償後のパルス信号をコヒーレント積分することを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダ装置。
【請求項４】
パルス信号を目標に向けて繰り返し送信する送信手段と、アレイ状に配置されている複数の素子アンテナを用いて、上記目標に反射されたパルス信号を繰り返し受信する受信手段と、予め設定された固定方向にナルが存在する受信ビームパターンを複数形成する受信ビームパターン形成手段と、上記受信ビームパターン形成手段により形成された複数の受信ビームパターンの中から、上記受信手段により受信されたパルス信号に対応する受信ビームパターンを選択し、その受信ビームパターンに対する合成開口処理を実施する合成開口処理手段とを備えたレーダ装置。
【請求項５】
受信ビームパターン形成手段は、予め設定された固定方向にナルを形成するための荷重ベクトルを複数算出し、複数の荷重ベクトルを受信手段により受信されたパルス信号に乗算して、固定方向にナルが存在する受信ビームパターンを複数形成することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
【請求項６】
合成開口処理手段は、受信ビームパターン形成手段により形成された複数の受信ビームパターンの中から、プラットフォームの進行方向を対称軸として、パルス信号の受信方向と対称な方向にある信号を最も抑圧する受信ビームパターンを選択することを特徴とする請求項４または請求項５記載のレーダ装置。
【請求項７】
合成開口処理手段は、プラットフォームの移動により生じるパルス信号の位相変化を補償し、位相補償後のパルス信号をコヒーレント積分することを特徴とする請求項４から請求項６のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、距離（レンジ）方向と方位（アジマス）方向に高い分解能を有するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、例えば、航空機や自動車などの移動体に搭載され、その移動体の進行方向の正面のレーダ画像を生成する技術を実装している。
レーダの波長は、光と比べて長いため、霧などの悪視界環境下においても、遠方の画像を生成することができる利点がある。
したがって、レーダ装置を例えば航空機に搭載すれば、進行方向の視界が悪い環境でも、移動体の進行方向の正面の画像を正確に生成して、航空機の着陸支援などに寄与することができる。
【０００３】
従来の画像レーダ技術としては、合成開口レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ)やドップラービームシャープニング（ＤＢＳ：Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｂｅａｍ  Ｓｈａｒｐｅｎｉｎｇ）などが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
しかし、これらの画像レーダ技術は、いずれも移動体の進行方向の横、あるいは、斜め前方を画像化することができるが、正面を画像化することができない。
その理由は、これらの画像レーダ技術は、本質的にプラットフォームの移動を利用して、仮想的にプラットフォームの進行方向に広がる大きなアレイアンテナを構成することによって、移動体の進行方向に平行な方向の分解能を稼ぐ手法だからである。
したがって、ＳＡＲやＤＢＳの処理を実施して、移動体の進行方向を画像化すると、真正面方向については、十分な分解能を得ることができない。
【０００４】
そこで、移動体の真正面方向について、十分な分解能を得ることができるようにするためには、実開口長の大きなアレイアンテナを用いる方法が考えられる。
例えば、プラットフォームが航空機である場合、その航空機の主翼にアンテナを並べれば、両翼端の幅に相当する長さのアレイアンテナを構成することができるため、実開口長を大きくすることができる。
具体的には、例えば、正面方向のＸ帯のレーダ画像を生成することを考えると、両翼端の幅が１０ｍ、波長が３ｃｍであれば、角度分解能が３ｍｒａｄ程度の画像を得ることができる。
しかし、グレーティングローブの発生を防止するために、半波長（１．５ｃｍ）間隔で素子アンテナを配置すると、素子アンテナが６６６個必要になり、多数の素子アンテナを主翼に配置する必要がある。
【０００５】
素子アンテナの配置数を削減する技術として、送信用アレイアンテナと受信用アレイアンテナを個別に備えることにより、素子アンテナの数を削減すると同時に、グレーティングローブの発生を抑圧する方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この方式では、送信用アレイアンテナと受信用アレイアンテナの素子間隔を半波長よりも広げることで、素子アンテナの本数を削減している。
また、送信用アレイアンテナの素子間隔と、受信用アレイアンテナの素子間隔とが異なるように配置することで、送信のアンテナパターン（以下、送信パターンと称する）に生じるグレーティングローブと、受信のアンテナパターン（以下、受信パターンと称する）に生じるグレーティングローブの間隔が一致しないようにして、送受信全体としてのパターン（以下、送受信パターンと称する）に生じるグレーティングローブを抑圧している。
さらに、送信パターンと受信パターンを同期させて走査することにより、領域を走査して観測するものである。
【０００６】
また、ＳＡＲやＤＢＳの処理を実施して、移動体の進行方向を画像化すると、その画像は、移動体の進行方向を対称軸として、左右対称に折り返してしまう問題が発生する。
その理由は、移動体であるプラットフォームから左右対称な２点までの距離が常に等しいため、左右対称な２点からの反射信号の位相変化が完全に一致するからである。
この問題の解決策としては、モノパルスアンテナを利用して、Σチャネルにおける正面方向のＳＡＲ画像又はＤＢＳ画像を生成するとともに、Δチャネルにおける正面方向のＳＡＲ画像又はＤＢＳ画像を生成し、これらの画像を線形結合して、左右対称の折り返しを抑圧する方式が知られている（例えば、特許文献２参照）。
この方式では、分解能が合成開口長によって決まるため、真正面については充分な分解能が得られないが、左右のアンビギュイティを抑圧することが可能である。しかし、アンテナパターンの計測誤差が、得られる画質に強く影響を与えることになる。
【０００７】
この他にも、左右対称に折り返してしまう問題の解決策として、複数の受信アンテナを進行方向と直交する方向にアレイ状に配置し、複数の受信アンテナにより受信された信号を用いて、それぞれ正面方向のＳＡＲ画像又はＤＢＳ画像を生成し、これらの画像を線形結合して、左右対称の折り返しを抑圧する方式が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
しかし、各受信アンテナの位相中心の位置が移動体の進行方向に対して直交する方向にずれているため、各受信アンテナにより受信された信号を用いて、正面方向のＳＡＲ画像又はＤＢＳ画像を生成すると、これらの画像における折り返しの軸もずれている。
そのため、これらの画像の線形結合から得られる画像においては、左右の折り返しの電力抑圧比が高々アンテナ数の２乗となり、高い抑圧比を得るためには、受信アンテナ数を増加する必要がある。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３，８２５，９２８号明細書  “Ｈｉｇｈ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｂｉｓｔａｔｉｃ  Ｒａｄｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ”
【特許文献２】米国特許第４，９７８，９６１号明細書  “Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ  Ｗｉｔｈ  Ｄｅａｄ−Ａｈｅａｄ  Ｂｅａｍ  Ｓｈａｒｐｅｎｉｎｇ  Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ”
【非特許文献１】Ｄ．Ｒ．Ｗｅｈｎｅｒ，“Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｒａｄａｒ  Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，”Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｉｎｃ，１９９５
【非特許文献２】長波長ホログラフィを用いた前方監視レーダの像再生法（電子情報通信学会論文誌  Ｂ−ＩＩ  Ｖｏｌ．Ｊ７６−Ｂ−ＩＩ，Ｎｏ．８，ｐｐ６９８−７０５，１９９３年８月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、複数の受信アンテナを進行方向と直交する方向にアレイ状に配置し、複数の受信アンテナにより受信された信号を用いて、それぞれ正面方向のＳＡＲ画像又はＤＢＳ画像を生成し、これらの画像を線形結合すれば、左右対称の折り返しを抑圧することができる。しかし、各受信アンテナの位相中心の位置が移動体の進行方向に対して直交する方向にずれているため、各受信アンテナにより受信された信号を用いて、正面方向のＳＡＲ画像又はＤＢＳ画像を生成すると、これらの画像における折り返しの軸もずれてしまう。そのため、これらの画像の線形結合から得られる画像においては、左右の折り返しの電力抑圧比が高々アンテナ数の２乗となり、高い抑圧比を得るためには、受信アンテナ数を増加する必要がある課題があった。
【００１０】
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、受信アンテナの本数を増やすことなく、左右対称の折り返しの抑圧比を高め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】
【００１１】
この発明に係るレーダ装置は、受信手段により受信されるパルス信号毎に、プラットフォームの進行方向を対称軸として、当該パルス信号の受信方向と対称な方向にナルが存在する受信ビームパターンを形成する受信ビームパターン形成手段を設け、その受信ビームパターン形成手段により形成された受信ビームパターンに対する合成開口処理を実施するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、受信手段により受信されるパルス信号毎に、プラットフォームの進行方向を対称軸として、当該パルス信号の受信方向と対称な方向にナルが存在する受信ビームパターンを形成する受信ビームパターン形成手段を設け、その受信ビームパターン形成手段により形成された受信ビームパターンに対する合成開口処理を実施するように構成したので、受信アンテナの本数を増やすことなく、左右対称の折り返しの抑圧比を高めることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、送信器１は基準となるパルス信号を生成し、そのパルス信号を繰り返し送受切換器２に出力する処理を実施する。
送受切換器２は送信器１からパルス信号を受けると、そのパルス信号を送受信アンテナ４−０に出力する一方、送受信アンテナ４−０からパルス信号を受けると、そのパルス信号を受信器５−０に出力する処理を実施する。
受信アレイアンテナ３は送受信アンテナ４−０とＮ−１個の受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）から構成されているアレイアンテナである。
送受信アンテナ４−０は開口長がＬｔのアンテナであり、送受切換器２から出力されたパルス信号を目標２０に向けて照射する一方、その目標２０に反射されたパルス信号を受信する機能を備えている。なお、送信器１、送受切換器２、送受信アンテナ４−０から送信手段が構成されている。
【００１４】
Ｎ−１個の素子アンテナである受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）はプラットフォーム（レーダ装置が搭載されている移動体）の進行方向に対して直交し、かつ、水平な方向に広がるように不等間隔で配置されており、目標２０に反射されたパルス信号を受信する機能を備えている。
この実施の形態１では、受信アレイアンテナ３を構成する送受信アンテナ４−０がパルス信号の送信用と受信用を兼ねているものについて示しているが、その送受信アンテナ４−０を受信専用にして、別途、パルス信号を送信する送信アンテナを設けてもよい。
また、この実施の形態１では、送受信アンテナ４−０と受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）の素子間隔が不等間隔であるものについて説明するが、素子間隔が必ずしも不等間隔である必要はない。
また、この実施の形態１では、送受信アンテナ４−０と受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）の配列が直線状であるものについて説明するが、その配列が直線状でない場合や、その配列が２次元配列であってもよく、同様に適用することができる。
また、適当な通信手段を備えていれば、同一又は異なるプラットフォームに搭載された他のレーダ装置の送受信アンテナを使用することができる。
【００１５】
受信器５−０，５−１，・・・，５−（Ｎ−１）は受信アレイアンテナ３の送受信アンテナ４−０又は受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）と接続され、送受信アンテナ４−０又は受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）により受信されたパルス信号を増幅する処理を実施する。
Ａ／Ｄ変換器６−０，６−１，・・・，６−（Ｎ−１）は受信器５−０，５−１，・・・，５−（Ｎ−１）により増幅されたアナログのパルス信号をディジタルのパルス信号に変換する処理を実施する。
記憶部７はＡ／Ｄ変換器６−０，６−１，・・・，６−（Ｎ−１）によりＡ／Ｄ変換されたパルス信号を一時的に格納するメモリである。
レンジ圧縮部８は記憶部７に記憶されているパルス信号に対するパルス圧縮処理を実施して、レンジ分解能を高めた信号（以下、「レンジプロフィール」という）を取得する処理を実施する。
なお、受信アレイアンテナ３、受信器５−０，５−１，・・・，５−（Ｎ−１）、Ａ／Ｄ変換器６−０，６−１，・・・，６−（Ｎ−１）、記憶部７及びレンジ圧縮部８から受信手段が構成されている。
【００１６】
自機位置情報収集部９は例えば慣性航法装置やＧＰＳ受信器を搭載し、レーダ装置が搭載されている移動体であるプラットフォームの自機位置、速度及び姿勢を示す自機位置情報を収集する機能を備えている。
対称方向抑圧型合成開口処理部１０は自機位置情報収集部９により収集された位置情報からプラットフォームの進行方向を把握し、レンジ圧縮部８から出力されるレンジプロフィール毎に、そのプラットフォームの進行方向を対称軸として、受信アレイアンテナ３により受信されるパルス信号の受信方向と対称な方向にナルが存在する受信ビームパターンを形成して、その受信ビームパターンに対する合成開口処理を実施する処理を実施する。
なお、自機位置情報収集部９及び対称方向抑圧型合成開口処理部１０から受信ビームパターン形成手段が構成され、自機位置情報収集部９及び対称方向抑圧型合成開口処理部１０から合成開口処理手段が構成されている。
表示部１１は対称方向抑圧型合成開口処理部１０の合成開口処理により生成されたレーダ画像を表示する処理を実施する。
【００１７】
図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の対称方向抑圧型合成開口処理部１０を示す構成図であり、対称方向抑圧用荷重算出部１０ａは自機位置情報収集部９により収集された位置情報からプラットフォームの進行方向を把握し、そのプラットフォームの進行方向を対称軸として、受信アレイアンテナ３により受信されるパルス信号の受信方向と対称な方向にナルを形成するための荷重ベクトルを算出する処理を実施する。
対称方向抑圧型位相補償・積分処理部１０ｂは対称方向抑圧用荷重算出部１０ａにより算出された荷重ベクトルをレンジ圧縮部８から出力されるレンジプロフィールに乗算して、その対称な方向にナルが存在する受信ビームパターンを形成するとともに、その受信ビームパターンに対する合成開口処理、即ち、プラットフォームの移動により生じるパルス信号の位相変化を補償し、位相補償後のパルス信号（レンジプロフィール）をコヒーレント積分する合成開口処理を実施してレーダ画像を生成する。
【００１８】
図３はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置における送受信アンテナ４−０及び受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）の配置と、プラットフォームの移動を説明する説明図である。
図３では、ｘ座標軸がプラットフォームの進行方向と垂直な方向（図中、水平な方向）に取られ、ｙ座標軸がプラットフォームの進行方向と平行な方向に取られている。
プラットフォームは、ｙ軸の正の方向に速度ｖで等速度運動するものとする。
また、送受信アンテナ４−０と、Ｎ−１個の受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）はプラットフォームの進行方向に対して直交し、かつ、水平な直線上に不等間隔に配置されており、時刻ｔ＝０において、送受信アンテナ４−０が原点に配置されているものとする。受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）は、時刻ｔ＝０において、ｘ軸上のｘ＝ｄ1，ｄ2，・・・，ｄN-1の位置に配置されているものとする。
【００１９】
次に動作について説明する。
まず、送信器１は、基準となるパルス信号を生成し、送受切換器２を介して、そのパルス信号を所定の周期で繰り返し送受信アンテナ４−０に出力することにより、そのパルス信号を目標２０に向けて送信する。
ここで、送受信アンテナ４−０の開口長をＬt、パルス信号の波長をλとすると、送受信アンテナ４−０の主ビームのｎｕｌｌ  ｔｏ  ｎｕｌｌの幅Δθt［ｒａｄ］は、下記の式（１）で与えられる。
Δθt＝２λ／Ｌt                                      （１）
【００２０】
時刻ｔにおいて、送受信アンテナ４−０から送信されたパルス信号は、十分遠方の位置（Ｌx，Ｌy）に存在する目標２０に照射されることにより、その目標２０に反射され、受信アレイアンテナ３に到来する。
受信アレイアンテナ３の送受信アンテナ４−０及び受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）は、目標２０に反射されたパルス信号を受信し、そのパルス信号を受信器５−０，５−１，・・・，５−（Ｎ−１）に出力する。
受信器５−０，５−１，・・・，５−（Ｎ−１）は、受信アレイアンテナ３により受信されたパルス信号を受けると、そのパルス信号を増幅してＡ／Ｄ変換器６−０，６−１，・・・，６−（Ｎ−１）に出力する。
Ａ／Ｄ変換器６−０，６−１，・・・，６−（Ｎ−１）は、受信器５−０，５−１，・・・，５−（Ｎ−１）により増幅されたアナログのパルス信号を受けると、そのパルス信号をディジタルのパルス信号に変換し、ディジタルのパルス信号を記憶部７に格納する。
これにより、記憶部７にはＮ個のパルス信号が記憶される。
【００２１】
レンジ圧縮部８は、記憶部７に記憶されているＮ個のパルス信号に対するパルス圧縮処理を実施することにより、レンジ分解能を高めた信号、即ち、レンジプロフィールを取得する。
ここで、レンジ圧縮部８により取得されるレンジプロフィールｓn（ｔ）は次式で表される。
ｓn（ｔ）＝αｅｘｐ（−ｊ（４πＬx）／（λｓｉｎθt））
・ｅｘｐ（ｊ（２πｄnｓｉｎθt）／λ）  （２）
ただし、ｎ＝０，１，・・・，Ｎ−１、ｄ0＝０である。
【００２２】
式（２）におけるθtは、時刻ｔにおいて、送受信アンテナ４−０と目標２０を結ぶ直線がｙ軸となす角度であり、次式で表される。
θt＝ｔａｎ-1（Ｌx／（Ｌy−ｖｔ））                  （３）
また、αは目標２０の散乱強度であり、ｎは送受信アンテナ４−０と受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）を表すインデックスである。
なお、式（２）は、反射波が平面波で近似できるものとしており、式(２)より、ＰＲＩ(Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ)をΔｔ秒として、Ｍ個のパルス信号が送受信されることにより得られる信号ｓn,mは、次式のように表される。
ｓn,m
＝ｓn（ｍΔｔ）
＝αｅｘｐ（−ｊ（４πＬx）／（λｓｉｎθm））
・ｅｘｐ（ｊ（２πｄnｓｉｎθm）／λ）          （４）
ただし、ｎ＝０，１，・・・，Ｎ−１、ｄ0＝０、ｍ＝０，１，・・・，Ｍ−１である。
【００２３】
式（４）において、ｍはパルス信号の番号を表すインデックスであり、θmはｍ番目のパルス信号を送信した時刻ｍΔｔにおいて、送受信アンテナ４−０と目標２０を結ぶ直線がｙ軸となす角度であり、次式で表される。
θm＝ｔａｎ-1（Ｌx／（Ｌy−ｖ（ｍ−Ｍ／２）Δｔ））  （５）
なお、式（２）及び式（３）では、１個のパルス信号の送受信に要する時間が、Δｔと比べて十分に短いため、１個のパルス信号を送受信する間、なす角θt，θmが一定であるものとして近似している。
【００２４】
自機位置情報収集部９は、例えば慣性航法装置やＧＰＳ受信器を搭載し、レーダ装置が搭載されている移動体であるプラットフォームの自機位置、速度及び姿勢を示す自機位置情報を収集する。
対称方向抑圧型合成開口処理部１０は、上記のようにして、レンジ圧縮部８がレンジプロフィールを取得すると、自機位置情報収集部９により収集された位置情報からプラットフォームの進行方向を把握し、レンジ圧縮部８から出力されるレンジプロフィール毎に、そのプラットフォームの進行方向を対称軸として、受信アレイアンテナ３により受信されるパルス信号の受信方向と対称な方向にナルが存在する受信ビームパターンを形成する処理を実施する。
ここでは、対称方向抑圧型合成開口処理部１０の動作を具体的に説明する前に、ある所望の方向にビームを向けると同時に、異なる方向の信号を抑圧するビームパターンを形成するための荷重の算出方法について説明する。
【００２５】
ビームを向けたい所望の方向θfに対応するステアリングベクトルをａ（θf）として、抑圧したい方向θsgに対応するステアリングベクトルをａ（θsg）（ｇ＝１，２，・・・，Ｇ）とする。
ここでは、一般化のため、Ｇ個の異なる方向にナルを形成することを考える。これらのステアリングベクトルは次式で表される。なお、以下では、ビームを向けたい所望の方向θfのことをステアリング角と称する。
ａ（θf）
＝［１  ｅｘｐ（ｊ（２πｄ1ｓｉｎθf）／λ）  ・・・
・・・  ｅｘｐ（ｊ（２πｄN-1ｓｉｎθf）／λ）］T  （６）
ａ（θsg）
＝［１  ｅｘｐ（ｊ（２πｄ1ｓｉｎθsg）／λ）  ・・・
・・・  ｅｘｐ（ｊ（２πｄN-1ｓｉｎθsg）／λ）］T  （７）
【００２６】
次に、各素子（各受信アンテナにより受信されたパルス信号）に対する荷重ｗn（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）をまとめた荷重ベクトルｗを次式のように定義する。
ｗ＝［ｗ1  ｗ2  ・・・ｗN］T                    （８）
そして、ステアリング角方向のゲインを１として、抑圧したい方向θsgのゲインを抑圧するために、次式で定義される二乗誤差σを最小化するような荷重ベクトルｗを決定する。
σ＝‖ｙ−Ａｗ‖2                            （９）
ただし、Ａはステアリング角とナルを形成する方向に対応するステアリングベクトルをまとめた（Ｇ＋１）×Ｎの行列であり、ｙは所望のゲインパターンを表す（Ｇ＋１）次元ベクトルである。
【００２７】
なお、ステアリング角θfの方向にピークを持ち、抑圧したい方向θsgにナルが存在する受信ビームパターンを形成するに際して、ベクトルｙを下記の式（１１）のように設定する。
Ａ＝［ａ（θf）  ａ（θs1）  ・・・  ａ（θsG）］*T    （１０）
ｙ＝［１  ε  ・・・  ε］T  （ε<<１）              （１１）
ただし、式（１０）における上付きの＊は複素共役、上付きのＴは行列の転置を表しており、荷重ベクトルｗは下記の式（１２）に示すように、最小二乗法によって求めることができる。
ｗ＝Ａ+ｙ                                          （１２）
ただし、上付きの＋は疑似逆行列を表している。
【００２８】
対称方向抑圧型合成開口処理部１０の対称方向抑圧用荷重算出部１０ａは、プラットフォームの進行方向を対称軸として、十分遠方の位置（Ｌx，Ｌy）に存在する目標２０と対称な位置（−Ｌx，Ｌy）にある点からの反射波を抑圧するため、式（１２）を利用して、荷重ベクトルｗを算出する。
即ち、ｍ番目の受信パルス信号については、ｍ番目のパルスを送信した時刻ｍΔｔにおいて、送受信アンテナ４−０と位置（Ｌx，Ｌy）に存在する目標２０とを結ぶ直線と、ｙ軸がなす角θmの方向をステアリング角として、そのθmの方向と対称な−θmの方向の信号を抑圧するような荷重ベクトルｗを算出するため、下記の式（１３）（１４）で表されるなす角θm，−θmに対応するステアリングベクトルａ（θm），ａ（−θm）を算出する。
【００２９】
ａ（θm）
＝［１  ｅｘｐ（ｊ（２πｄ1ｓｉｎθm）／λ）  ・・・
・・・  ｅｘｐ（ｊ（２πｄN-1ｓｉｎθm）／λ）］T  （１３）
ａ（−θm）
＝［１  ｅｘｐ（−ｊ（２πｄ1ｓｉｎθm）／λ）  ・・・
・・・  ｅｘｐ（−ｊ（２πｄN-1ｓｉｎθm）／λ）］T  （１４）
【００３０】
対称方向抑圧用荷重算出部１０ａは、なす角θm，−θmに対応するステアリングベクトルａ（θm），ａ（−θm）を算出すると、なす角θmの方向のゲインを１として、なす角−θmの方向の信号を抑圧する荷重ベクトルｗ（θm）を下記の式（１５）のように算出する。
ｗ（θm）＝Ａ+ｙ                            （１５）
ただし、Ａは所望の方向とナルを形成する方向のステアリングベクトルをまとめた２×Ｎの行列であり、ｙは所望のゲインパターンを表す２次元ベクトルである．
Ａ＝［ａ（θm）  ａ（−θm）］*T                  （１６）
ｙ＝［１  ε］T  （ε<<１）                    （１７）
【００３１】
対称方向抑圧型位相補償・積分処理部１０ｂは、対称方向抑圧用荷重算出部１０ａがなす角−θmの方向を抑圧する荷重ベクトルｗ（θm）を算出すると、下記の式（１８）に示すように、その荷重ベクトルｗ（θm）をｍ番目の受信パルス信号ｓmに乗算することにより、なす角−θmの方向の信号を抑圧する受信ビームパターンを形成する。信号ｚmは受信ビームパターンに相当する。
ｚm＝ｗ（θm）*Tｓm                          （１８）
ただし、ｓmはレンジ圧縮部８から出力されたレンジプロフィール、即ち、送受信アンテナ４−０及び受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）により受信されたのち、レンジ圧縮部８によりレンジ圧縮処理されたパルス信号ｓ0,m，ｓ1,m，・・・，ｓN-1,mをまとめて、次式のようなベクトル形式で表現されたパルス信号のベクトルである。
【数１】
2006242711.tif 000003
【００３２】
ここでは、対称方向抑圧用荷重算出部１０ａがｍ番目の受信パルス信号ｓmに対する荷重ベクトルｗ（θm）を算出し、対称方向抑圧型位相補償・積分処理部１０ｂがｍ番目の受信パルス信号ｓmに対する受信ビームパターンを形成するものについて示したが、実際には、対称方向抑圧用荷重算出部１０ａは、最終的に出力するレーダ画像のアジマス方向のサンプル位置ｋに対応する目標２０の位置を（Ｌx,k，Ｌy,k）、時刻ｔ＝ｍΔｔにおいて、送受信アンテナ４−０と目標２０を結ぶ直線がｙ軸となす角をθk,m（ｋ＝０，１，・・・，Ｋ−１；ｍ＝０，１，・・・，Ｍ−１）として、パルス信号毎にＫ個の荷重ベクトルｗk,m＝ｗ（θk,m）を算出する。
ｗk,m＝ｗ（θk,m）＝Ａk+y              （２０）
Ａk＝［ａ（θk,m）  ａ（−θk,m）］*T        （２１）
θk,m＝ｔａｎ-1（Ｌx,k／（Ｌy,k−ｖ（ｍ−Ｍ／２）Δｔ））
（２２）
【００３３】
なお、図３の例では、プラットフォームの進行方向がｙ軸の正の向きであり、送受信アンテナ４−０と受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）がプラットフォームの進行方向と直交するｘ軸上に配置されているものを示しているが、プラットフォームの進行方向が常に送受信アンテナ４−０と受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）を配置している直線と直交する方向であるとは限らず、斜めに進行する場合がある。
この場合、プラットフォームの進行方向を対称軸にして、目標２０が存在する方向と対称な方向の信号を抑圧するための荷重ベクトルｗを算出するには、自機位置情報収集部９により収集された自機位置情報を参照してプラットフォームの進行方向を把握し、そのプラットフォームの進行方向と、送受信アンテナ４−０及び受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）が配置された直線とのなす角度を計算して抑圧方向を決定すればよい。
【００３４】
対称方向抑圧型合成開口処理部１０の対称方向抑圧型位相補償・積分処理部１０ｂは、上記のようにして、パルス信号毎にＫ個の荷重ベクトルｗk,m＝ｗ（θk,m）を算出すると、その荷重ベクトルｗk,mを受信パルス信号ｓmに乗算することにより、なす角−θk,mの方向の信号を抑圧する受信ビームパターンを形成する。
この際、プラットフォームの移動により生じるパルス信号の位相変化を補償するため、下記の式（２３）に示すように、荷重ベクトルｗk,mに位相変化を補償するための参照関数ｒk,mを乗算するようにしている。信号ｚ（ｋ）は受信ビームパターンに相当する。
【数２】
2006242711.tif 000004
ｒk,m＝ｅｘｐ（ｊ（４πＬx,k）／（λｓｉｎθk,m））  （２４）
ただし、ｋ＝０，１，・・・，Ｋ−１である。
【００３５】
対称方向抑圧型位相補償・積分処理部１０ｂは、なす角−θk,mの方向の信号を抑圧する受信ビームパターンを形成すると、その受信ビームパターンに相当する信号ｚ（ｋ）をコヒーレント積分してレーダ画像を生成する。
表示部１１は、対称方向抑圧型合成開口処理部１０の対称方向抑圧型位相補償・積分処理部１０ｂがレーダ画像を生成すると、そのレーダ画像をプラットフォームの進行方向正面のレーダ画像として表示する。
【００３６】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、送受信アンテナ４−０及び受信アンテナ４−１〜４−（Ｎ−１）により受信されるパルス信号毎に、プラットフォームの進行方向を対称軸として、当該パルス信号の受信方向と対称な方向にナルが存在する受信ビームパターンを形成し、その受信ビームパターンに対する合成開口処理を実施するように構成したので、受信アンテナの本数を増やすことなく、左右対称の折り返しの抑圧比を高めることができる効果を奏する。
また、この実施の形態１によれば、プラットフォームの移動により生じるパルス信号の位相変化を補償し、位相補償後のパルス信号をコヒーレント積分するように構成したので、プラットフォームの移動に伴うレーダ画像の劣化を防止することができる効果を奏する。
【００３７】
なお、この実施の形態１では、レーダ装置が搭載される移動体が航空機であるものについて示したが、移動体は航空機に限るものではなく、自動車などのあらゆる移動体に搭載することができる。
また、この実施の形態１では、受信アレイアンテナ３の開口面が移動体の進行方向を向いているものについて示したが、他の方向を向いている場合についても容易に拡張することができることは言うまでもない。
【００３８】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
アレイ処理部２１は方向固定型対称方向抑圧用荷重算出部２１ａ及びビーム合成部２１ｂから構成され、予め設定された固定方向にナルが存在する受信ビームパターンをＨ個形成する処理を実施する。なお、アレイ処理部２１は受信ビームパターン形成手段を構成している。
方向固定型対称方向抑圧用荷重算出部２１ａは予め設定された固定方向にナルを形成するための荷重ベクトルをＨ個算出する処理を実施する。
ビーム合成部２１ｂは方向固定型対称方向抑圧用荷重算出部２１ａにより算出されたＨ個の荷重ベクトルをレンジ圧縮部８から出力されたレンジプロフィールに乗算して、Ｈ個の受信ビームパターンを形成する処理を実施する。
【００３９】
合成開口処理部２２はアレイ処理部２１により形成されたＨ個の受信ビームパターンの中から、受信アレイアンテナ３により受信されたパルス信号に対応する受信ビームパターンを選択し、その受信ビームパターンに対する合成開口処理を実施する。なお、合成開口処理部２２は合成開口処理手段を構成している。
ビーム選択部２２ａはアレイ処理部２１により形成されたＨ個の受信ビームパターンの中から、プラットフォームの進行方向を対称軸として、受信アレイアンテナ３により受信されたパルス信号の受信方向と対称な方向にある信号を最も抑圧することが可能な受信ビームパターンを選択する処理を実施する。
動き補償部２２ｂはプラットフォームの移動により生じるパルス信号の位相変化を補償する処理を実施する。
コヒーレント積分部２２ｃは動き補償部２２ｂによる位相補償後のパルス信号をコヒーレント積分してレーダ画像を生成する。
【００４０】
上記実施の形態１では、式(２３)にしたがって対称方向の信号を抑圧すると同時に、合成開口処理を実施してアジマス方向の分解能を高めるものについて示したが、上記実施の形態１では、アジマス方向のサンプル位置ｋとパルス番号ｍのそれぞれに対して、ビーム形成を行うため、合計Ｋ×Ｍ回のビーム形成処理が必要となり、演算量が増大する。
しかし、実際にはパルス信号毎に、厳密に対称方向である−θk,mの方向にナルを向ける必要はなく、−θk,mの方向の近傍にナルがあって、−θk,mの方向の信号が十分に抑圧されればよい。
そこで、この実施の形態２では、Ｈ個の受信ビームパターンを形成した後、パルス信号毎に、−θk,mの方向の信号が十分に抑圧されている受信ビームパターンを１つ選択し、その受信ビームパターンに対する合成開口処理を実施するようにしている。
この場合、受信ビームパターンの形成数であるＨを、ビーム形成処理回数であるＫ×Ｍよりも十分小さい値にすることが可能であるため、上記実施の形態１よりも、ビーム形成処理回数を大幅に削減して、演算量を軽減することができる。
【００４１】
以下、具体的に説明する。
アレイ処理部２１の方向固定型対称方向抑圧用荷重算出部２１ａは、予め設定された固定方向（抑圧したい対称方向）にナルを形成するための荷重ベクトルｗh＝ｗ（θh）（ｈ＝０，１，・・・，Ｈ−１）をＨ個算出する。
ｗh＝ｗ（θh）＝Ａh+y                  （２５）
Ａh＝［ａ（θh）  ａ（−θh）］*T          （２６）
ただし、θhは画像化する範囲内において、事前に定義されたＨ個の異なる方位を示している。
【００４２】
アレイ処理部２１のビーム合成部２１ｂは、方向固定型対称方向抑圧用荷重算出部２１ａがＨ個の荷重ベクトルｗhを算出すると、下記の式（２７）に示すように、レンジ圧縮部８から出力されたレンジプロフィール、即ち、レンジ圧縮部８によりレンジ圧縮処理されたパルス信号ｓmにＨ個の荷重ベクトルｗhを乗算して、Ｈ個の受信ビームパターンを形成する処理を実施する。なお、信号ｚh,mは受信ビームパターンに相当する。
ｚh,m＝ｗh*Tｓm                          （２７）
ｈ＝０，１，・・・，Ｈ−１
【００４３】
合成開口処理部２２のビーム選択部２２ａは、ビーム合成部２１ｂがＨ個の受信ビームパターンを形成すると、Ｈ個の受信ビームパターンの中から、プラットフォームの進行方向を対称軸として、受信アレイアンテナ３により受信されたパルス信号の受信方向と対称な方向にある信号を最も抑圧することが可能な受信ビームパターンを１つ選択する。
即ち、下記の式（２８）を計算することにより、−θk,mの方向の信号が十分に抑圧されている受信ビームパターンのビーム番号ｈk,mを求め、そのビーム番号ｈk,mに対応する受信ビームパターンを選択する。ただし、式（２８）の内積演算は事前に実施して、θk,mの値に対応するビーム番号ｈk,mをテーブル化し、そのテーブルを参照してθk,mの値に対応するビーム番号ｈk,mを選択するようにしてもよい。
【数３】
2006242711.tif 000005
【００４４】
合成開口処理部２２の動き補償部２２ｂは、上記のようにして、ビーム選択部２２ａが受信ビームパターンを選択すると、下記の式（２９）に示すように、プラットフォームの移動により生じるパルス信号の位相変化を補償するため、ビーム合成部２１ｂから出力された信号ｚh,mのうち、ビーム選択部２２ａによって選択されたビーム番号ｈ＝ｈk,mの信号に、式（２４）で表される参照関数ｒk,mを乗算する処理を実施する。
ｚk,m＝ｒk,mｚ(hk,m),m                  （２９）
【００４５】
合成開口処理部２２のコヒーレント積分部２２ｃは、動き補償部２２ｂがプラットフォームの移動により生じるパルス信号の位相変化を補償すると、下記の式（３０）に示すように、位相補償後のパルス信号ｚk,mをコヒーレント積分して、アジマス方向の分解能が高い信号ｚ(ｋ)を算出する。
【数４】
2006242711.tif 000006
ただし、ｋ＝０，１，・・・，Ｋ−１である。
【００４６】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、予め設定された固定方向にナルが存在する受信ビームパターンをＨ個形成し、Ｈ個の受信ビームパターンの中から、受信アレイアンテナ３により受信されたパルス信号の受信方向と対称な方向にある信号を最も抑圧することが可能な受信ビームパターンを選択し、その受信ビームパターンに対する合成開口処理を実施するように構成したので、左右対称方向の抑圧性能については上記実施の形態１のレーダ装置とほぼ同等の性能を維持したまま、演算量を削減することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーダ装置の対称方向抑圧型合成開口処理部を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるレーダ装置における送受信アンテナ及び受信アンテナの配置と、プラットフォームの移動を説明する説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  送信器（送信手段）、２  送受切換器（送信手段）、３  受信アレイアンテナ（受信手段）、４−０  送受信アンテナ（送信手段）、４−１〜４−（Ｎ−１）  受信アンテナ、５−０，５−１，・・・，５−（Ｎ−１）  受信器（受信手段）、６−０，６−１，・・・，６−（Ｎ−１）  Ａ／Ｄ変換器（受信手段）、７  記憶部（受信手段）、
８  レンジ圧縮部（受信手段）、９  自機位置情報収集部（受信ビームパターン形成手段、合成開口処理手段）、１０  対称方向抑圧型合成開口処理部（受信ビームパターン形成手段、合成開口処理手段）、１０ａ  対称方向抑圧用荷重算出部、１０ｂ  対称方向抑圧型位相補償・積分処理部、１１  表示部、２０  目標、２１  アレイ処理部（受信ビームパターン形成手段）、２１ａ  方向固定型対称方向抑圧用荷重算出部、２１ｂ  ビーム合成部、２２  合成開口処理部（合成開口処理手段）、２２ａ  ビーム選択部、２２ｂ  動き補償部、２２ｃ  コヒーレント積分部。
【図１】
2006242711.tif 000007
【図２】
2006242711.tif 000008
【図３】
2006242711.tif 000009
【図４】
2006242711.tif 000010