(57)【要約】【課題】より大きな開口面のアンテナを等価的に形成する手段を提供する。【解決手段】複数のアレイアンテナ（10-1〜10-M）のそれぞれに設置位置と方向の情報を生成する位置情報発生器（11-1〜11-M）を各アレイアンテナ（10-1〜10-M）に付加し、アレイアンテナ（10-1〜10-M）の位置情報とレーダ制御器（9）が指示する放射ビーム指向方向のデータからアレイアンテナの最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器(13)と、選定された複数のアレイアンテナ開口面の素子配列形状からレーダ制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を選定した開口を合成して求めるための各アンテナ励振条件算出器(14)を各アレイアンテナ共通の装置として付加する。【選択図】      図１
2006292614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の放射素子をアンテナ開口面に並べ、空間でビーム合成を行って放射ビームを形成するアレイアンテナと、前記アレイアンテナにより形成される放射ビームを制御するアンテナビーム制御器と、前記アレイアンテナによる放射ビームの走査と送受信動作を制御するレーダ制御器と、前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報を生成する位置情報発生器とを有する複数のアレイアンテナレーダと、
前記複数のアレイアンテナレーダからなるシステムを統括制御するシステム制御部と、
前記位置情報発生器から入力された前記複数のアレイアンテナレーダにおける前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報と前記システム制御部から指示された方向データに基づいて、前記アレイアンテナ毎に最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器と、
前記最適アンテナ開口面選定器で選定された前記アレイアンテナ毎の最適な放射開口面の素子配列形状から、前記システム制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を前記アレイアンテナ毎に求めて、前記複数のアレイアンテナレーダの各アンテナビーム制御器へ出力する各アンテナ励振条件算出器と
を備えていることを特徴とするアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項２】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナを近接して配置し、所望数のアレイアンテナの開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナを備えたレーダとして運用制御する機能を有していることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項３】
前記複数のアレイアンテナレーダにおけるアレイアンテナは、その設置位置を移動可能に構成されており、前記システム制御部は、各アレイアンテナを離隔して設置することにより前記複数のアレイアンテナレーダをそれぞれ単独のレーダとして運用制御する機能と、前記複数のアレイアンテナを近接して配置し、所望数のアレイアンテナの開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナを備えたレーダとして運用制御する機能を有していることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項４】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する２台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした第１のグループのアレイアンテナを形成するとともに、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する２台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした前記第１のグループを含まない第２のグループのアレイアンテナを形成し、等価的に開口面を大きくした２組のアレイアンテナによる動作を同時に行う機能を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項５】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナレーダを近接してリング状に配置し、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する２台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくしたアレイアンテナを形成するとともに、該選択する２台以上のアレイアンテナレーダの組合せを順次ずらすことにより、等価的に開口面を大きくしたアレイアンテナによる全方位の走査を行う機能を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項６】
前記システム制御部は、前記複数のアレイアンテナレーダを近接してリング状に配置し、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する２台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした第１のグループのアレイアンテナを形成するとともに、該複数のアレイアンテナレーダから選択した互いに近接する２台以上のアレイアンテナレーダにより等価的に開口面を大きくした前記第１のグループを含まない第２のグループのアレイアンテナを形成し、前記第１のグループと前記第２のグループの組合せを順次ずらすことにより、等価的に開口面を大きくした２組のアレイアンテナによる全方位の走査を同時に行う機能を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項７】
前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の受信／励振器を備え、
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数（Ｎ個）の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたＮ個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をＮ分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配／合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配／合成器へ送出し、前記電力分配／合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信／励振器と、それぞれが単独のレーダとして運用されるときに前記専用の受信／励振器を前記電力分配／合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの１つとして運用されるときに前記共通の受信／励振器を前記電力分配／合成器と接続する切替器と、を備えていることを特徴とする請求項請求項１〜３のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項８】
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数（Ｎ個）の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたＮ個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をＮ分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配／合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配／合成器へ送出し、前記電力分配／合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信／励振器を備えるとともに、前記アレイアンテナレーダのうち、所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用される複数のレーダから選定された１つのレーダは、当該レーダの前記専用の受信／励振器の励振信号を前記複数のアレイアンテナに分配するとともに前記複数のアレイアンテナで受信された信号を合成する第３の電力分配／合成器と、単独のレーダとしての運用と前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えており、前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるその他のレーダは、当該レーダの専用の受信／励振器を用いた単独のレーダとしての運用と前記第３の電力分配／合成器介して入力される励振信号を用いた前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えていることを特徴とする請求項請求項１〜３のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項９】
前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の受信／励振器を備え、
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数（Ｎ個）の放射素子と該所望位置とは異なる位置における所定数（Ｌ個）の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、前記選択されたＮ個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第１の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をＮ分配して前記第１の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第１の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第１の電力分配／合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第１の電力分配／合成器へ送出し、前記第１の電力分配／合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第１の受信／励振器と、前記選択されたＬ個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第２の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をＬ分配して前記第２の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第２の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第２の電力分配／合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第２の電力分配／合成器へ送出し、前記第２の電力分配／合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第２の受信／励振器と、単独のレーダとして運用するときに前記専用の第１、第２の受信／励振器を前記第１、第２の電力分配／合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの１つとして運用されるときに前記第１または第２のいずれか一方の電力分配／合成器のみを前記共通の受信／励振器と接続する第１、第２の切替器と、を備えていることを特徴とする請求項請求項１〜３のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【請求項１０】
前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の第１および第２の受信／励振器を備え、
前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数（Ｎ個）の放射素子と該所望位置とは異なる位置における所定数（Ｌ個）の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、前記選択されたＮ個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第１の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をＮ分配して前記第１の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第１の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第１の電力分配／合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第１の電力分配／合成器へ送出し、前記第１の電力分配／合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第１の受信／励振器と、前記選択されたＬ個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える第２の励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をＬ分配して前記第２の励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記第２の励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する第２の電力分配／合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記第２の電力分配／合成器へ送出し、前記第２の電力分配／合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の第２の受信／励振器と、単独のレーダとして運用するときに前記専用の第１、第２の受信／励振器を前記第１、第２の電力分配／合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの１つとして運用されるときに前記共通の第１、第２の受信／励振器を前記第１、第２の電力分配／合成器と接続する第１、第２の切替器と、を備えていることを特徴とする請求項請求項１〜３のいずれかに記載のアレイアンテナを用いたレーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイアンテナを用いたレーダシステムに関し、特に移動可能な複数のアレイアンテナ装置の放射開口を任意に増減した放射ビーム形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来アレイアンテナを用いたレーダシステムにおいて、開口面全体の中の部分形状を選択してアンテナ放射ビームの指向性を変える方式として、例えば、特許文献１あるいは非特許文献１に示されるように、円柱開口面に配列したアレイアンテナの部分を選択してアンテナ放射ビームを形成し、その選択する開口面を切り替えて放射ビームの指向方向を変える方式、あるいは非特許文献２に示されるように、任意形状開口面に配列したアレイアンテナの部分を選択してアンテナ放射ビームを形成すると同時に開口面の位相分布を変化させて電子的に放射ビームの方位角を変化させる方式、あるいは特許文献２に示されるように、複数のアンテナを分散配置して、放射ビームを目的の方向に指向するのに適したアンテナを選択する方式等が用いられている。
【０００３】
図１１は、従来のアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図の一例を示している。図１１において、多数の放射素子（１）はアンテナ開口面（２）に所定の間隔で並べられており、開口面を選択できる開口面選択スイッチ（３）により放射ビームを形成したい方向の任意の範囲のＮ個の放射素子が選択される。選択された開口面の放射素子で、所要の方向にサイドローブを低く抑圧した放射ビームを形成するためには、選択された開口面の放射素子に例えば放射方向への位相が同じで、振幅がテイラー分布となるような、ビーム形成に適した位相と振幅の励振分布が与えられる。
【０００４】
そのために、選択されたＮ個の放射素子（１）に最適な開口面励振分布を与えるための励振振幅調整器（４−１〜４−Ｎ）および励振位相調整器（５−１〜５−Ｎ）と、励振信号をＮ個の励振振幅調整器（４−１〜４−Ｎ）および励振位相調整器（５−１〜５−Ｎ）に分配し、またＮ個の励振振幅調整器（４−１〜４−Ｎ）および励振位相調整器（５−１〜５−Ｎ）を介して入力された受信信号を合成する電力分配／合成器（６）と、送信のための励振信号の種信号を生成して電力分配／合成器（６）へ送出し、電力分配／合成器（６）から入力された合成受信信号を処理する受信／励振器（７）と、任意の方向に放射ビームを生成し走査するための制御を行うアンテナビーム制御器（８）と、目標を探知するための放射ビームの指向方向の制御や送受信の制御を行うレーダ制御器（９）を備えている。
【０００５】
このアレイアンテナを動作させる場合、開口面選択スイッチ（３）により放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面のＮ個の放射素子を選定し、各素子にビーム方向に対して同位相の励振位相となるように励振位相調整器（５−１〜５−Ｎ）で制御するとともに、励振振幅が例えば図１２に示すようなテイラー分布の重み付けとなるように、励振振幅調整器（４−１〜４−Ｎ）で制御する。通常、励振振幅調整器には高周波信号の振幅を可変できる可変減衰器が使用され、励振位相調整器には高周波信号の位相を可変できる移相器が使用される。
【０００６】
その結果、図１３に示すような放射ビームが得られる。この例では、単独の開口面から４８個の放射素子を選定し、任意の放射ビームを指向させる方向に直角な平面上で各素子の励振位相が同相で励振振幅がテイラー分布の重み付け、サイドローブが−３０ｄＢとなる分布制御を行った時の放射パターンであり、ビーム幅（−３ｄＢ）は２．６度、サイドローブレベルは−３０ｄＢが得られることを示している。また、送信電力はＮ個の素子から放射される電力の和となる。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−０３６６３７号公報
【特許文献２】特開平７−３２１５３４号公報
【非特許文献１】学会論文  シリンドリカルアクティブフェーズドアレイアンテナ（Cylindrical Active Phased Array Antenna），筆者  Mitsuhisa Sato，Masayuki Sugano，Kazuo Ikeba，Koichi Fukutani，Atsushi Terada，Tugio Yamazaki，“IEICE TRANSACTHIONS on Communications”10,OCTOBER 1993,VOL.E76-B ,PP1243-1248 Fig.2,Fig9
【非特許文献２】学会論文  ディジタルフォーミングフォアコンフォーマルアクティブアレイアンテナ（Digital Beam Forming for Conformal Active Array Antenna），筆者  Masaaki Kanno，Takayuki Hashimura，Takeshi Katada，Mitsuhisa Sato，Koichi Fukutani，Akihiro Suzuki，“IEEE Phased Array Systems and Technology”OCTOBER 1996 ,PP37-40 Fig.4~Fig8
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術では、放射ビームの指向方向が決まると、その方向に電波を出せる向きに実装されているアンテナ素子のみがアンテナ開口として使用できることになり、アンテナ開口の大きさは、アンテナの表面形状と個々のアンテナ配列および指向方向で決まってしまう。従って、構成されたアンテナ開口のうち、利用できる最大のアンテナ開口面積は放射ビームの指向方向に配列されている素子だけに制限され、それ以上は大きく出来ないので、アンテナ利得が制限されて大きく出来ないという問題がある。
【０００９】
また送信電力も、放射ビームの指向方向に配列されている素子から放射される電力だけが寄与し、それ以上大きくすることは出来ないため、送信電力も同様に、そのアンテナ開口の中に実装されているアンテナ素子の放射電力と素子数で決まり、制限されてしまうという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、分離して構成された複数のアレイアンテナ開口を用いることによって、単独でその中の開口を選択してビーム指向方向へのアンテナ利得を大きくまたは小さくしたり、複数のアレイアンテナ開口を同時に利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御することにより、さらに大きなアンテナ開口面積を作り出し、より狭いビーム幅の放射ビームを形成して、単独のアンテナ開口より大きなアンテナ利得が得られるアンテナ装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、前記と同様に、分離して構成された複数のアレイアンテナ開口のうち、単独でその中の開口を選択してビーム指向方向への放射電力を大きくまたは小さくしたり、複数のアレイアンテナ開口を同時に利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御することにより、さらに大きな送信電力を作り出すことを可能にし、単独のアンテナ開口より大きな送信電力が得られるアンテナ装置を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、通常では、複数のレーダシステムを分離して配置して、それらのレーダ覆域を少しずつ重ねて、広い範囲の監視が出来、必要に応じて、任意の角度方向の距離方向の覆域を長くできる、広い範囲の監視と任意遠距離の監視を自由に選択出来るレーダシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のアレイアンテナを用いたレーダシステムは、多数の放射素子をアンテナ開口面に並べ、空間でビーム合成を行って放射ビームを形成するアレイアンテナと、前記アレイアンテナにより形成される放射ビームを制御するアンテナビーム制御器と、前記アレイアンテナによる放射ビームの走査と送受信動作を制御するレーダ制御器と、前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報を生成する位置情報発生器とを有する複数のアレイアンテナレーダと、前記複数のアレイアンテナレーダからなるシステムを統括制御するシステム制御部と、前記位置情報発生器から入力された前記複数のアレイアンテナレーダにおける前記アレイアンテナの設置位置と向きの情報と前記システム制御部から指示された方向データに基づいて、前記アレイアンテナ毎に最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器と、前記最適アンテナ開口面選定器で選定された前記アレイアンテナ毎の最適な放射開口面の素子配列形状から、前記システム制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を前記アレイアンテナ毎に求めて、前記複数のアレイアンテナレーダの各アンテナビーム制御器へ出力する各アンテナ励振条件算出器と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、複数のアレイアンテナのそれぞれに設置位置と方向の情報を生成する位置情報発生器が付加され、各アンテナ開口面の位置が判るので、各アレイアンテナの放射素子の配置が判り、これら各アレイアンテナの放射素子を任意に組み合わせた放射素子による開口面を形成することが可能となる。
【００１５】
また、各アレイアンテナの位置情報とレーダ制御器が指示する放射ビーム指向方向のデータから各アレイアンテナの最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器が付加されているので、複数のアレイアンテナ開口面から、放射ビーム指向方向に電波を放射できる任意または最大の開口面となる放射素子を選定することが可能となる。
【００１６】
また、選定された複数のアレイアンテナ開口面の放射素子配列形状からレーダ制御部が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を選定した開口を合成して求めるための各アンテナ励振条件算出器が付加されているので、選定された複数のアレイアンテナ開口面の放射素子に放射ビームの指向方向およびアンテナ放射パターンのサイドローブ値を所要の値に抑えるための最適な開口面励振分布を求めることができる。
【００１７】
また本発明の前記複数のアレイアンテナはその設置位置を移動可能に構成することができ、その場合、前記システム制御部は、各アレイアンテナを離隔して設置することにより前記複数のアレイアンテナレーダを、それぞれを単独のレーダとして運用制御する機能と、複数のアレイアンテナを近接して配置し、所望数のアレイアンテナの開口面を合わせたより大きな開口面を有するアレイアンテナを備えたレーダとして運用制御する機能を備えており、両機能を適宜切替えて運用可能としたことを特徴とする。
【００１８】
例えば、各アレイアンテナを十分に離隔して設置し、アレイアンテナ単独の放射開口面の一部または全部を選定して、任意の放射ビームを形成し、走査させることにより、単独のアレイアンテナで任意のビーム指向方向への放射電力を大きくまたは小さくしたりして必要な範囲の領域をカバーするレーダシステムに用いたり、複数のアレイアンテナをそれぞれ単独で動作させ、それぞれのアレイアンテナでカバーすることのできる領域を分担させることにより、より広い範囲の領域をカバーできるレーダシステムに用いることもできる。
【００１９】
また、各アレイアンテナを近接して設置し、複数のアンテナ開口を同時に選定して利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御させ、さらに大きなアンテナ開口面積を作り出すことによって、単独のアンテナ開口より大きな、アンテナ利得と送信電力を有するより遠距離の領域をカバーできるレーダシステムに用いることができる。
【００２０】
したがって、通常では、複数のレーダシステムを分離して配置して、それらのレーダ覆域を少しずつ重ねて、広い範囲の監視が出来、必要に応じて、任意の角度方向で距離方向の覆域を長くもでき、広い範囲の監視と任意遠距離の監視を自由に選択出来るレーダシステムを提供できる。
【００２１】
前記レーダシステムのより具体的な構成例は、前記複数のアレイアンテナを近接配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するときに共通の励振信号を前記所望数のアレイアンテナに種信号として供給し、前記所望数のアレイアンテナで受信された信号を処理する共通の受信／励振器を備え、前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数（Ｎ個）の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたＮ個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をＮ分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配／合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配／合成器へ送出し、前記電力分配／合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信／励振器と、前記単独のレーダとして運用するときに前記専用の受信／励振器を前記電力分配／合成器と接続し、複数のアレイアンテナを近接配置して前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナの１つとして運用されるときに前記共通の受信／励振器を前記電力分配／合成器と接続する切替器と、を備えていることを特徴とする。
【００２２】
即ち本発明の場合、複数のアレイアンテナの開口面を同時に使用して位相と振幅の分布を所要の励振条件を満たすようにするには、複数のアレイアンテナに共通の種信号を送信する必要があり、そのため上記構成例では、複数のアレイアンテナに共通の受信／励振器を持ち、各アレイアンテナを単独で運用する場合はそれぞれ専用の受信／励振器を使用し、複数のアレイアンテナを近接して配置して所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用する場合は共通の受信／励振器を使用するように切替える。
【００２３】
また、前記レーダシステムの別の構成例では、前記各アレイアンテナレーダは、前記アンテナビーム制御器による制御を受けて、前記アンテナ開口面に並べられた多数の放射素子の所望位置における所定数（Ｎ個）の放射素子を選択する開口面選択スイッチと、選択されたＮ個の放射素子に対して所定の開口面励振分布を与える励振振幅調整器および励振位相調整器と、励振信号をＮ分配して前記励振振幅調整器および励振位相調整器側へ送出するとともに前記励振振幅調整器および励振位相調整器側から入力された受信信号を合成する電力分配／合成器と、種信号としての前記励振信号を生成して前記電力分配／合成器へ送出し、前記電力分配／合成器で合成された信号を入力する前記各アレイアンテナレーダ専用の受信／励振器を備えるとともに、前記アレイアンテナレーダのうち、所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用される複数のレーダから選定された１つのレーダは、当該レーダの前記専用の受信／励振器の励振信号を前記複数のアレイアンテナに分配するとともに前記複数のアレイアンテナで受信された信号を合成する第３の電力分配／合成器と、単独のレーダとしての運用と前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えており、前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるその他のレーダは、当該レーダの専用の受信／励振器を用いた単独のレーダとしての運用と前記第３の電力分配／合成器介して入力される励振信号を用いた前記所望数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとしての運用を切替える切替器を備えていることを特徴とする
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、アレイアンテナを複数組み合わせることにより、単独のアレイアンテナ開口より大きな、あるいは必要に応じた開口面積のアレイアンテナを提供でき、より遠距離、小目標、高方位分解能のレーダシステムが得られる。
【００２５】
即ち本発明では、分離して構成された複数のアレイアンテナの開口面の一部を同時に利用し、あたかも一つのアンテナ開口から電波が放射しているように制御することにより、さらに大きなアンテナ開口面積を作り出すことができるが、アンテナ開口面を大きくすることにより放射ビームのビーム幅は小さく、かつアンテナ利得は大きくなる。レーダの目標探知距離は、送信アンテナ利得と受信アンテナ利得と送信電力および目標の反射断面積に比例する。一方、開口面積が増加するとアンテナ利得が大きくなると同時にアレイの素子数が増加する。アンテナ利得が増加すると同じ送信電力でより遠くに電波が届くが、放射素子数が増加するので送信電力も増加し、結果として、同じ反射断面積の目標をより遠方で探知できることになる。また、同じ探知距離で比べた場合、より小さな反射断面積の目標が探知できることになる。
【００２６】
通常、同じ距離で同じビーム幅の中に存在する目標は同時に検出されるため分離が出来ず、また、同じビーム幅でも距離が遠くなればなるほど、そのビーム幅で照射される方位方向の距離は長くなるので方位方向の距離分解能は悪くなるが、本発明では、より大きなアンテナの開口面を形成することができるので、より狭いビーム幅のアンテナを生成することが可能となり、より遠くの目標を、より高分解能に探知することができる。
【００２７】
また、複数のレーダシステムを分離して配置し、それらのレーダ覆域を少しずつ重ねて、広い範囲の監視が出来、必要に応じて、任意の角度方向の距離方向の覆域を長くもできる、広い範囲の監視と任意遠距離の監視を自由に選択出来るレーダシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【００２９】
図１において、多数の放射素子（１）をアンテナ開口面（２）に並べて、開口面を構成する放射素子の中から任意のＮ個を選択できる開口面選択スイッチ（３）と、任意の方向に放射ビームを形成するために、選択されたＮ個の放射素子（１）に最適な開口面励振分布を与えるための励振振幅調整器（４−１〜４−Ｎ）および励振位相調整器（５−１〜５−Ｎ）と、選択された開口面に励振信号を分配したりまたはＮ個の放射素子で受信した信号を合成する電力分配／合成器（６）と、送信のための励振信号の種信号を生成したり、アンテナからの信号を受信したりする受信／励振器（７）は、図１１に示す従来のアレイアンテナレーダの対応する部分と同様の機能を有している。
【００３０】
本実施形態においては、複数のアレイアンテナレーダ（１０−１〜１０−Ｍ）が設けられ、各アレイアンテナレーダには、受信／励振器（７）で生成された送信信号の種を利用するか、またはアレイアンテナに共通の受信／励振器（１６）で生成された送信信号を利用するかを選択して切替え、選択された開口面で受信した信号を受信／励振器（７）または（１６）に取り込むように切替える切替器（１７）が設けられる。また、任意の方向に放射ビームを生成し走査するための制御を行うアンテナビーム制御器（８）と、目標を探知するための放射ビームの指向方向の制御や送受信の制御を行うレーダ制御器（９）は、本実施形態のレーダシステムを統括するシステム制御器（１２）により制御される。
【００３１】
さらに本実施形態では、複数のアレイアンテナのそれぞれに設置位置と方向の情報を生成する位置情報発生器（１１−１〜１１−Ｍ）を付加するとともに、前記アレイアンテナの位置情報とシステム制御器（１２）が指示する放射ビーム指向方向のデータからアレイアンテナの最適な放射開口面を選定する最適アンテナ開口面選定器（１３）と、選定された複数のアレイアンテナ開口面の素子配列形状からシステム制御器（１２）が指示する放射ビーム指向方向に放射ビームを形成するためのアンテナ開口面励振分布を選定した開口を合成して求めるための各アンテナ励振条件算出器（１４）を各アレイアンテナ共通の装置として付加することにより、各アレイアンテナを任意に移動して設置出来るように構成する。
【００３２】
複数のアレイアンテナの開口面を同時に使用して位相と振幅の分布を所要の励振条件を満たすようにするには複数のアレイアンテナに共通の種信号を供給する必要がある。そのため本実施形態では、複数のアレイアンテナに共通の受信／励振器（１６）と電力分配／合成器（１５）を更に持ち、各アレイアンテナレーダ（１０−１〜１０−Ｍ）の電力分配／合成器（６）と受信／励振器（７）の間に切替器（１７）を設けている。アレイアンテナ１を単独で運用する場合は受信／励振器（７）を使用し、複数のアレイアンテナの一部として運用する場合は各アレイアンテナに共通の受信／励振器（１６）を使用する。
【００３３】
図２〜図５は、複数のアレイアンテナの開口面を同時に使用してより大きな開口面を形成する場合の、開口面選択および励振振幅と、放射パターンの例を示す概念図である。以下、図１〜図５を参照しながら本実施形態の動作について説明する。
【００３４】
まず、各アレイアンテナを単独で動作させる場合には、各アレイアンテナレーダ（１０−１〜１０−Ｎ）は、互いに分離して配置され、システム制御器１２により、例えば各レーダの覆域を少しずつ重ねて広い範囲の監視が出来る用に制御される。この場合、切替器（１７）により各アレイアンテナの受信／励振器（７）が選択されるので、各アレイアンテナレーダは図１１に示す構成と同様になる。
【００３５】
そして図１２に示すように、開口面選択スイッチ（３）により放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面のＮ個の放射素子を選定し、各素子にビーム方向に対して同位相の励振位相となるように励振位相調整器（５−１〜５−Ｎ）で制御し、励振振幅を例えばテイラー分布の重みを励振振幅調整器（４−１〜４−Ｎ）で制御するとともに、各レーダの覆域を走査するようにＮ個の放射素子の選定を順次切替える。
【００３６】
その結果、単独で動作する各アレイアンテナからは、図１３に示す放射ビームと同様の放射ビームが得られる。従って、単独の開口面から４８個の放射素子を選定し、任意の放射ビームを指向させる方向に直角な平面上で各素子の励振位相が同相で励振振幅がテイラー分布の重み付けを行い、サイドローブが−３０ｄＢとなる分布制御を行った時の放射パターンは、図１３に示す放射パターンと同様に、ビーム幅は２．６度、サイドローブレベルは−３０ｄＢとなる。
【００３７】
次に、複数のアレイアンテナを同時に動作させて一つの大きな開口面を形成する場合には、図２に示すように、複数のアレイアンテナを近接して設置し、放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面の各Ｎ個の放射素子を選定する。図２の例では３台のアレイアンテナを近接して設置し、３Ｎ個の素子を使用して１つの開口面としている。そのため、これら３台のアレイアンテナに対して共通の受信／励振器（１６）と電力分配／合成器（１５）が接続されるように、それぞれの切替器（１７）を切替える。
【００３８】
また、複数のアレイアンテナから選定した各素子に、ビーム方向に対して同位相の励振位相となるように励振位相調整器（５−１〜５−Ｎ）で制御し、励振振幅を例えば３Ｎ個の素子全体でテイラー分布の重み付けとなるように各アレイアンテナの励振振幅調整器（４−１〜４−Ｎ）をそれぞれ制御する。図２では、３台のアレイアンテナからそれぞれ４８個の放射素子を選定し、計１４４個の放射素子を同時に動作させた場合の例を示している。
【００３９】
励振分布の算出には、複数のアンテナの各放射素子の位置を全て認識する必要があり、そのために、最適アンテナ開口面選定器（１３）により、各アレイアンテナの位置情報発生器（１１−１〜１１-３）の情報と、放射したい方向から各アレイアンテナの最適なアンテナ開口を選択し、各アンテナ励振条件算出器（１４）で各放射素子の励振条件を求め、各アレイアンテナのアンテナビーム制御器（８）を制御する。
【００４０】
システム制御器（１２）は複数のアレイアンテナを同時に動作させる働きを行う。但し、放射素子の配列上、各アレイアンテナが重なる部分には、放射方向に垂直な平面に投影した面上の励振分布で放射に寄与しない素子が存在することが起こり、ここでは、重なり部分が各４素子で２箇所生じるとしている。このときの放射パターンは、図３に示すように、ビーム幅は１度、サイドローブレベルとして−２０ｄＢが得られ、十分実用に供しうる放射パターン性能が得られる。
【００４１】
このように、複数のアレイアンテナを同時に動作させると、放射素子数を増加させて開口面を大きくしたことになり、ビーム幅を狭め、アンテナ利得を増加させ、送信電力を増加させることができる。図２の例では、単独のアレイアンテナに比べてビーム幅が１／２．６となりアンテナ利得は逆に２．６倍に、送信電力は３Ｎ個の素子から放射される電力とすることが可能となる。
【００４２】
前記複数のアレイアンテナを同時に動作させるに当り、開口面を切替えて放射ビームを走査することができるが、開口面を切替えないで励振位相を変化させることによってもビームを走査させることができる。
【００４３】
図４は、複数のアレイアンテナを同時に動作させる場合に、各アレイアンテナ間の距離が離れすぎて、十分に接近していない状況を示しており、この場合には、開口面の励振分布の段差が大きくなり、放射ビームが崩れてしまう。図５は、各アンテナ開口面の間が４８素子分開いた場合の放射パターンの例を示しており、サイドローブレベルを十分に抑圧することが困難となる。
【００４４】
図６は、本発明の第２の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【００４５】
本実施形態では、図１に示す実施形態における共通の受信／励振器（１６）を省略し、複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用される複数のレーダのうち、アレイアンテナレーダ（１０−１）の受信／励振器（７）を複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用する際の受信／励振器として共用する。そのため、本実施形態では、アレイアンテナレーダ（１０−１）の受信／励振器（７）と電力分配／合成器６の間に、切替および分配／合成器（１８）が設けられる。
【００４６】
図７（ａ）は、切替および分配／合成器（１８）の構成例を示しており、アレイアンテナレーダ（１０−１）を単独のレーダとして運用するか、あるいは複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用するかを切替えるスイッチ（１９）と、複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるとき、受信／励振器（７）の励振信号を前記複数のアレイアンテナに分配するとともに複数のアレイアンテナからの受信信号を合成して受信／励振器（７）へ入力する分配／合成器（２０）を備えている。
【００４７】
図７（ｂ）は、アレイアンテナレーダ（１０−１）とともに複数の開口面を合わせた開口面を有するアレイアンテナとして運用されるその他のアレイアンテナレーダにおける受信／励振器（７）と電力分配／合成器６の間に設けられる切替器（１７）の構成を示しており、これは、図１の各アレイアンテナレーダに設けられている切替器（１７）と同じ構成でよい。本実施形態では、共通の受信／励振器（１６）を省略しているので、その分構成が簡略となる。
【００４８】
なお上記各実施形態では、アンテナ開口面が円形の素子配列の場合を例として説明したが、各アンテナ開口面は円形に限らず直線や平面または他の曲面配列でも同様に実施可能である。
【００４９】
更に、図８に示すように、たとえば５台のアレイアンテナを近接してリング状に配置し、これらのアレイアンテナの中から互いに近接する単独のアンテナを３台ずつ選択することによって、より大きな開口面のアンテナを等価的に形成しながら全方位の走査を行うように構成してもよい。
【００５０】
あるいは共通受信／励振器（１６）と共通電力分配／合成器（１５）を２組設け、５台のアレイアンテナのうち近接して配置された３台を第１のグループ、近接して配置された残りの２台を第２のグループとして選択し、一方の共通受信／励振器（１６）と共通電力分配／合成器（１５）を第１のグループに割り当て、他方の共通受信／励振器（１６）と共通電力分配／合成器（１５）を第２のグループに割り当てることにより、２方向に対してより大きな開口面のアンテナを等価的に形成することができる。またそれらを順次走査することにより、走査周期を１／２に短縮化する探知制御方法として用いることもできる。
【００５１】
図９は、本発明の第３の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【００５２】
本実施形態では、図１に示す実施形態において、励振振幅調整器（４−１〜４−Ｎ）と励振位相調整器（５−１〜５−Ｎ）と切替器（１７）および受信／励振器（７）を上記以外にもう１組用意し、単独レーダとして使用する場合に２つのビームを形成することにより、探査能力を向上させたことを特徴とする。
【００５３】
この場合、図１０に示すように、開口面選択スイッチ（３）でアレイアンテナの任意のＮ個と任意のＬ個の放射素子からなる、２つの開口面を同時に選択できるように構成する。従って、本実施形態では、単独のアレイアンテナで動作させる場合は、２つの受信／励振器（７，７）で発生する信号を基に、アレイアンテナの異なる２つの部分の開口面を選択して同時に動作させ、２つの方位に同時に放射ビームを形成したり、位相走査させたりできる。
【００５４】
一方、複数のアレイアンテナを同時に動作させる場合、図２に示すように複数のアレイアンテナを近接して設置し、放射ビームを形成したい方向のアンテナ開口面の各Ｎ個の放射素子または各Ｌ個の放射素子の一方を選定して一つの大きな開口面を形成させ、対応する切替器（７）により共通の受信／励振器（１６）からの励振信号を選定された各Ｎ個の放射素子または各Ｌ個の放射素子の一方に供給し、選定された各Ｎ個の放射素子または各Ｌ個の放射素子で受信された信号を共通の受信／励振器（１６）に導くことによって、より大きな開口面による目標探知を行うことができる。
【００５５】
なお、図９において、共通の受信／励振器（１６）および電力分配／合成器（１５）をもう１組用意し、各アレイアンテナの２組の切替器（１７）にそれぞれ別々に接続すれば、各Ｎ個の放射素子を選定して一つの大きな開口面を形成できると同時に他の各Ｌ個の放射素子を選定してもう一つの大きな開口面を形成できるという効果が得られる。また、本構成では２組の場合について説明したが、３組以上の構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【図２】複数のアレイアンテナを近接して同時動作した場合の開口面選択と励振振幅の例を示す概念図である。
【図３】複数のアレイアンテナを近接して同時動作した場合の放射パターン例を示す図である。
【図４】複数のアレイアンテナを離隔して同時動作した場合の開口面選択と励振振幅の例を示す概念図である。
【図５】複数のアレイアンテナが離隔した状態で同時動作した場合の放射パターン例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示すアレイアンテナを用いたレーダシステムのブロック系統図である。
【図７】本実施形態で用いられる切替器および分配／合成器（１８）の構成例を示す図である。
【図８】複数のアレイアンテナを近接して同時動作させる他の実施例の開口面選択を示す概念図である。
【図９】本発明の複数のアレイアンテナを近接して同時動作した場合の開口面選択の他の例を示す概念図である。
【図１０】アレイアンテナを単独で動作した場合の開口面選択の他の例を示す概念図である。
【図１１】従来のアレイアンテナを用いたレーダシステムを示すブロック系統図である。
【図１２】単独のアレイアンテナの開口面選択と励振振幅の例を示す概念図である。
【図１３】単独のアレイアンテナの放射パターン例を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  放射素子
２  アンテナ開口面
３  開口面選択スイッチ
４−１〜４−Ｎ  励振振幅調整器
５−１〜５−Ｎ  励振位相調整器
６  電力分配／合成器
７  受信／励振器
８  アンテナビーム制御器
９  レーダ制御器
１０−１〜１０−Ｍ  アレイアンテナレーダ
１１−１〜１１−Ｍ  位置情報発生器
１２  システム制御器
１３  最適アンテナ開口面選定器
１４  各アンテナ励振条件算出器
１５，１９  電力分配／合成器
１６  受信／励振器
１７  切替器
１８  切替／分配／合成器
【図１】
2006292614.tif 000003
【図２】
2006292614.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006292614.tif 000006
【図５】
2006292614.tif 000007
【図６】
2006292614.tif 000008
【図７】
2006292614.tif 000009
【図８】
2006292614.tif 000010
【図９】
2006292614.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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