(57)【要約】【課題】四節リンク機構の寸法算出で、試行錯誤の低減が可能で効率よく設計可能なレーダ走査機構の設計支援装置を提供する。【解決手段】第一リンク４（長さｂ）から第四リンク（長さａ）で構成される四節リンク機構を備え、アンテナ２の揺動軸２１から所定距離の回転軸３１周りに回転する回転体３の半回転周期で、前記アンテナ２が振り角最大となるように走査するレーダ走査機構１の設計支援装置であって、各リンクの内の二つの長さと前記アンテナ２の最大振り角Ｕを入力する入力手段と、該入力に基づいて他の二つの長さ、及び、振り角が零の時に第二リンク５（長さｃ）と第三リンク（長さｄ）の成す角度Ｒを、所定の条件式に基づいて算出する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいてアンテナ角度の軌跡を算出する軌跡算出手段を備えるレーダ走査機構の設計支援装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナの揺動軸から所定距離離れた回転軸周りに回転する回転体と、一端が前記回転体の軸心から径方向に離隔した偏心ピンに軸支された第一リンクと、一端が前記第一リンクの他端とピン連結され、他端が前記揺動軸周りに前記アンテナを揺動可能に固定された第二リンクとからなる四節リンク機構を備え、前記回転体の１／２回転周期で前記アンテナの振り角が最大となるように走査するレーダ走査機構の設計支援装置であって、
前記揺動軸から前記回転軸に到る第三リンクの長さｄ、前記回転軸から前記偏心ピンに到る第四リンクの長さａ、前記第一リンクの長さｂ、前記第二リンクの長さｃのうちの二つのリンクの長さ、及び、最大振り角Ｕを変数として入力する入力手段と、前記入力手段により入力された変数に基づいて、他の二つの長さ、及び、振り角が零のときの前記第二リンクと前記第三リンクの成す角度Ｒを、以下の数１から数４に示す条件式に基づいて算出する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいてアンテナ角度の軌跡を算出する軌跡算出手段を備えているレーダ走査機構の設計支援装置。
【数１】
2008196935.tif 000015
【数２】
2008196935.tif 000016
【数３】
2008196935.tif 000017
【数４】
2008196935.tif 000018
【請求項２】
アンテナの揺動軸から所定距離離れた回転軸周りに回転する回転体と、一端が前記回転体の軸心から径方向に離隔した偏心ピンに軸支された第一リンクと、一端が前記第一リンクの他端とピン連結され、他端が前記揺動軸周りに前記アンテナを揺動可能に固定された第二リンクとからなる四節リンク機構を備え、前記回転体の１／２回転周期で前記アンテナの振り角が最大となるように走査するレーダ走査機構の設計支援プログラムであって、
コンピュータを、前記揺動軸から前記回転軸に到る第三リンクの長さｄ、前記回転軸から前記偏心ピンに到る第四リンクの長さａ、前記第一リンクの長さｂ、前記第二リンクの長さｃのうちの二つのリンクの長さ、及び、最大振り角Ｕを変数として入力する入力手段と、前記入力手段により入力された変数に基づいて、他の二つの長さ、及び、振り角が零のときの前記第二リンクと前記第三リンクの成す角度Ｒを、以下の数１から数４に示す条件式に基づいて算出する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいてアンテナ角度の軌跡を算出する軌跡算出手段として動作させるレーダ走査機構の設計支援プログラム。
【数１】
2008196935.tif 000019
【数２】
2008196935.tif 000020
【数３】
2008196935.tif 000021
【数４】
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【請求項３】
請求項１記載のレーダ走査機構の設計支援装置により算出された四節リンク機構を用いたレーダ走査機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナの揺動軸から所定距離離れた回転軸周りに回転する回転体と、一端が前記回転体の軸心から径方向に離隔した偏心ピンに軸支された第一リンクと、一端が前記第一リンクの他端とピン連結され、他端が前記揺動軸周りに前記アンテナを揺動可能に固定された第二リンクとからなる四節リンク機構を備え、前記回転体の１／２回転周期で前記アンテナの振り角が最大となるように走査するレーダ走査機構の設計支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ走査機構として、図１（ａ）に示すように、入力軸に取り付けられた第一の非円形歯車１００と、前記第一の非円形歯車に噛合する第二の非円形歯車２００と、前記第二の非円形歯車２００に設けられた偏心ピン４１０に一端が連結されると共に他端はアンテナ送受信部３００に連結された連結リンク４００とで構成された四節リンク機構を備えており、前記第一の非円形歯車１００による不等速回転運動が前記連結リンク４００を介して前記アンテナ送受信部３００に伝達されることによって前記アンテナ送受信部３００に図中破線で示すような揺動運動を実行させる車載用レーダ装置のスキャン機構が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
近年、レーダで検知可能な範囲を拡げるために前記レーダを備えたレーダ装置のレーダ走査機構の広角化や小型化の要請が強くなっている。例えば、前記レーダ走査機構は、広角化に対応するために、そのアンテナ送受信部の振り角を大きくする必要があり、小型化に対応するため連結リンクの長さや各歯車の軸心間の長さ等を短くする必要がある。そして、このような要請を満足させるために、前記レーダ走査機構の設計機会が増加している。
【０００４】
このようなレーダ走査機構を設計する場合は、設計上その位置が決まっている軸、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、前記アンテナ送受信部の回転揺動軸Ｓ１、前記第一の非円形歯車の入力軸Ｓ２、及び前記連結リンクの他端に相当する軸Ｓ３から、設計上その位置が決まっていない残りの軸Ｓ４の位置を決定、換言すると、軸Ｓ１と軸Ｓ２間の長さｄと軸Ｓ１と軸Ｓ３間の長さａから、軸Ｓ２と軸Ｓ４間の長さｃと軸Ｓ３と軸Ｓ４間の長さｂを決定して、決定した長さａ〜ｄによって、設計するレーダ走査機構に必要な振り角と適切な揺動周期が満足されているか否かを算出する設計支援装置が用いられていた。
【特許文献１】特開平１１−３８１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述のような設計支援装置を用いてレーダ走査機構を設計するためには、前記レーダ走査機構が必要な振り角および適切な揺動周期を満足するまで、長さｃと長さｂを様々な長さに入力する試行錯誤が必要であり、時間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、四節リンク機構の寸法算出において試行錯誤を低減することができ効率よく設計することができるレーダ走査機構の設計支援装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明によるレーダ走査機構の設計支援装置の特徴構成は、アンテナの揺動軸から所定距離離れた回転軸周りに回転する回転体と、一端が前記回転体の軸心から径方向に離隔した偏心ピンに軸支された第一リンクと、一端が前記第一リンクの他端とピン連結され、他端が前記揺動軸周りに前記アンテナを揺動可能に固定された第二リンクとからなる四節リンク機構を備え、前記回転体の１／２回転周期で前記アンテナの振り角が最大となるように走査するレーダ走査機構の設計支援装置であって、前記揺動軸から前記回転軸に到る第三リンクの長さｄ、前記回転軸から前記偏心ピンに到る第四リンクの長さａ、前記第一リンクの長さｂ、前記第二リンクの長さｃのうちの二つのリンクの長さ、及び、最大振り角Ｕを変数として入力する入力手段と、前記入力手段により入力された変数に基づいて、他の二つの長さ、及び、振り角が零のときの前記第二リンクと前記第三リンクの成す角度Ｒを、以下の数１から数４に示す条件式に基づいて算出する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいてアンテナ角度の軌跡を算出する軌跡算出手段を備えている点にある。
【０００８】
【数１】
2008196935.tif 000003
【数２】
2008196935.tif 000004
【数３】
2008196935.tif 000005
【数４】
2008196935.tif 000006
【０００９】
上述の構成によれば、演算手段は、数１を満足するように各長さａ〜ｄのうちの二個の長さが入力され、さらに最大振り角Ｕが入力されることで、数２から数４の三式によって各長さａ〜ｄのうちの残りの二個の長さと角度Ｒを算出する、つまりレーダ走査機構の四節リンク機構の寸法を算出する。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明した通り、本発明によれば、四節リンク機構の寸法算出において試行錯誤を低減することができ効率よく設計することができるレーダ走査機構の設計支援装置を提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、レーダ装置に搭載される本発明によるレーダ走査機構の設計支援装置の実施形態について説明する。
【００１２】
前記レーダ走査機構１は、図２（ａ）に示すように、アンテナ２の揺動軸２１から所定距離ｄだけ離れた回転軸３１周りに回転する回転体３と、一端が前記回転体３の軸心３１から径方向に離隔した偏心ピン３２に軸支された第一リンク４と、一端が前記第一リンク４の他端とピン４１にて連結され、他端が前記揺動軸２１周りに前記アンテナ２を揺動可能に固定された第二リンク５とからなる四節リンク機構を備え、前記回転体３の１／２回転周期で前記アンテナ２の振り角が最大となるように走査するように構成されている。
【００１３】
ここで、前記第二リンク５は、図２（ｂ）の正面図に示すように、アンテナ固定板５１と一体に構成されており、且つ、図２（ａ）に示すように、前記アンテナ固定板５１がその頂点位置に設けられた支持部材５２を介して前記アンテナ２を固定することによって、前記アンテナ２を揺動可能にしている。
【００１４】
また、前記アンテナ２は、前記揺動軸２１と、前記アンテナ２において前記揺動軸２１と揺動軸心方向の対称位置に設けられた第二揺動軸（図示せず）の二箇所で、レーダ走査機構本体６と連結されており、図２（ｃ）に例示するように、前記揺動軸２１と前記第二揺動軸を結んだ線を軸として最大振り角Ｕで揺動する。なお、前記アンテナ２が前記回転体３の一周を一周期Ｔとして揺動する場合の前記アンテナの振り角の軌跡を示すグラフを図５（ａ）に示す。
【００１５】
なお、前記回転体３と前記回転体３を駆動させるための駆動モータ６１とが、前記レーダ走査機構本体６と一体に形成された遮蔽板６２を介して前記軸心３１で連結されており、また、前記駆動モータ６１を作動させるための電源回路や制御回路を構成する回路素子が実装されているプリント基板（図示せず）を備えて構成されている。
【００１６】
以上説明したレーダ走査機構１の設計支援装置は、汎用のオペレーティングシステムの管理下で動作するコンピュータ（ハードウェア）に、前記設計支援装置の各種制御が実行されるアプリケーションプログラム（ソフトウェア）がインストールされることで実現されており、前記コンピュータは、前記レーダ走査機構１の設計者であるオペレータとの間の操作インタフェースとしての液晶モニタ等の表示部、キーボード、マウス等を備えて構成されている。
【００１７】
前記設計支援装置のハードウェア及びソフトウェアの協同により実行されるレーダ走査機構１の設計支援プロセスについて機能ブロックで説明する。前記設計支援プロセスは、前記揺動軸２１から前記回転軸３１に到る第三リンクの長さｄ、前記回転軸３１から前記偏心ピン３２に到る第四リンクの長さａ、前記第一リンク４の長さｂ、前記第二リンク５の長さｃのうちの二つのリンクの長さ、及び、最大振り角Ｕを変数として入力する入力手段と、前記入力手段により入力された変数に基づいて、他の二つの長さ、及び、振り角が零のときの前記第二リンク５と前記第三リンクの成す角度Ｒを、以下の数１から数４に示す条件式に基づいて算出する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいてアンテナ角度の軌跡を算出する軌跡算出手段で構成されている。なお、前記入力手段は、オペレータに前記変数の入力を促す変数入力画面を表示させて、前記オペレータによってマウスやキーボードにて入力された変数情報を前記演算手段へ送る。また、前記演算手段や前記軌跡算出手段による演算は、例えば、市販の表計算ソフト等で実現される。
【００１８】
【数１】
2008196935.tif 000007
【数２】
2008196935.tif 000008
【数３】
2008196935.tif 000009
【数４】
2008196935.tif 000010
【００１９】
以下、設計支援装置の設計支援プロセスを図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２０】
前記設計支援装置の電源をオンにすると、オペレーティングシステムが起動して、その後、オペレータの操作により又は自動的に前記設計支援プロセスを実行するアプリケーションプログラムが起動する。そして、入力手段が図４（ａ）に示すような変数入力画面を前記設計支援装置の表示部に表示させて、前記オペレータに変数の入力を促す（Ｓ１）。
【００２１】
前記オペレータは、図４（ｂ）に示すように、前記変数入力画面においてキーボードやマウス等で所定の変数の入力を行なう（Ｓ２）。前記変数としては、上述の長さａ〜ｄ、最大振り角Ｕ、及び角度Ｒの六種類がある。この六種類の変数のうち長さａと長さｄは使用する回転体３の直径等によって予め設定される長さ、つまり設計上予め設定される長さであり、前記オペレータは該決定されている長さａと長さｄを入力する。このとき、長さｂと長さｃは空欄のままである。同様に、最大振り角Ｕも、設計するレーダ走査機構１によって実現させたいアンテナ２の振り角に基づいて決定される値であり、前記オペレータは該決定されている最大振り角Ｕを入力する。
【００２２】
前記最大振り角Ｕは、例えば、レーダ走査機構１の広角化実現のために前記アンテナ２の最大振り角Ｕをできるだけ大きく設定する、つまり、前記アンテナ２の振り角の軌跡を図５（ｂ）に示すようなグラフで示した場合に前記アンテナ２が物標を検知する領域である直線近似領域Ｓをできるだけ大きく設定する等の観点から決定される。なお、前記直線近似領域は、サインカーブを描く前記アンテナ２の振り角の軌跡において、略直線であると判断される領域のことである。
【００２３】
前記入力手段において入力された変数は演算手段へ送られ、前記演算手段では前記変数が数１〜数４に適用されて、図４（ｃ）に示すように、ステップＳ２において入力されなかった変数（長さｂ、長さｃ、及び角度Ｒ）が算出される（Ｓ３）。
【００２４】
詳述すると、数２〜数４に適用する際に、前記入力手段において入力された変数（長さａ、長さｄ、及び最大振り角Ｕ）は明らかとなっており、前記入力手段において入力されなかった変数（長さｂ、長さｃ、及び角度Ｒ）が不明である。つまり、不明な変数が三個で式が三個の方程式であるために、不明な変数（長さｂ、長さｃ、及び角度Ｒ）の算出が可能である。
【００２５】
次に、算出された変数を含めた各長さａ〜ｄが数１の条件を満足しているか否か判断される（Ｓ４）。満足している場合はステップＳ５へ進み、満足していない場合はステップＳ２へ戻って前回と異なる変数（長さａ、長さｄ、及び最大振り角Ｕ）の入力をすることで再設計を行なう。
【００２６】
以下、数１〜数４について詳述する。図２（ａ）に示すような長さａ〜ｄの四辺で表わされる四節リンク機構を構成する四角形は、図６（ａ）に示すような形状である。なお、図６（ａ）は、アンテナ２の振り角が零のときの状態を示しており、第二リンク５と第三リンクの成す角度が角度Ｒである。
【００２７】
ここで、前記レーダ走査機構１は、前記回転体３の１／２回転周期で前記アンテナ２の振り角が最大振り角Ｕとなるように走査する構成であることから、図６（ｂ）に示すように、前記偏心ピン３２が一点鎖線で示すような円形の軌跡を描くとき、前記ピン４１は二点鎖線で示すような円弧の軌跡を描き、前記偏心ピン３２が位置３２Ａで前記ピン４１が位置４１Ａにある場合と、前記偏心ピン３２が位置３２Ｂで前記ピン４１が位置４１Ｂにある場合において、前記振り角は最大振り角Ｕとなり、前記偏心ピン３２が位置３２Ｃで前記ピン４１が位置４１Ｃにある場合と、前記偏心ピン３２が位置３２Ｄで前記ピン４１が位置４１Ｄにある場合において、前記振り角は零となる。
【００２８】
このとき、前記四節リンク機構を構成する四角形は、図７（ａ）に示す状態が成立する必要性から数１の第一式（ａ＋ｂ≦ｃ＋ｄ）を満足する必要があり、図７（ｂ）に示す状態が成立する必要性から数２の第二式（ａ＋ｃ≦ｂ＋ｄ）を満足する必要があり、図７（ｃ）に示す状態が成立する必要性から数２の第三式（ａ＋ｄ≦ｂ＋ｃ）を満足する必要がある。
【００２９】
なお、数２の第二式について詳述すると、図７（ｂ）より、ａ≦ｂ１＋ｄ１とｃ≦ｂ２＋ｄ２が成立するので、第二式の条件が成立する。
【００３０】
また、図６（ｂ）の三角形ＡＢＥと三角形ＡＢＦに余弦定理を適用することにより、数５と数６が成立し、数５と数６から角度θを消去することにより数２が導出される。
【００３１】
【数５】
2008196935.tif 000011
【数６】
2008196935.tif 000012
【００３２】
また、図６（ｂ）の三角形ＢＥＦに余弦定理を適用することにより、数７が成立し、数７を変形することにより数３が導出される。
【００３３】
【数７】
2008196935.tif 000013
【００３４】
また、図６（ｂ）の三角形ＡＢＥに余弦定理を適用することにより、数８が成立し、数８を変形することにより数４が導出される。
【００３５】
【数８】
2008196935.tif 000014
【００３６】
前記入力手段において入力された変数と前記演算手段において算出された変数は軌跡算出手段へ送られ、前記軌跡算出手段では送られてきた変数の長さａ〜ｄ及び角度Ｒにて最大振り角Ｕのレーダ走査機構１の擬似設計が行なわれ、擬似設計されたレーダ走査機構１によって前記アンテナ２の角度の軌跡が演算導出される（Ｓ５）。
【００３７】
前記オペレータは、前記アンテナ２の角度の軌跡の解析を行ない、擬似設計されたレーダ走査機構１で、目的が達成される場合、例えば目的とする直線近似領域が得られる場合は設計を終了し、目的が達成されない場合、例えば目的とする直線近似領域が得られない場合は目的とする直線近似領域が得られるまでステップＳ２からステップＳ６までの手順を繰り返す。
【００３８】
以上説明した構成によれば、前記入力手段にて入力した変数に対して、前記演算手段にて不明な変数が算出されるので、様々な変数の入力を繰り返す試行錯誤の回数を低減することができる。
【００３９】
また、以上説明した四節リンク機構を用いたレーダ走査機構１は、各リンクの長さａ〜ｄ、最大振り角Ｕ、及び角度Ｒの最適な値を決定するために夫々の値の試行錯誤が必要であることから、本発明に係る設計支援装置の好適な適用例である。
【００４０】
以上説明した本発明によるレーダ走査機構１の設計支援装置は、アンテナ２の揺動軸２１から所定距離離れた回転軸３１周りに回転する回転体３と、一端が前記回転体３の軸心３１から径方向に離隔した偏心ピン３２に軸支された第一リンク４と、一端が前記第一リンク４の他端とピン４１にて連結され、他端が前記揺動軸２１周りに前記アンテナ２を揺動可能に固定された第二リンク５とからなる四節リンク機構を備え、前記回転体３の１／２回転周期で前記アンテナ２の振り角が最大となるように走査するレーダ走査機構１の設計支援プログラムであって、コンピュータを、前記揺動軸２１から前記回転軸３１に到る第三リンクの長さｄ、前記回転軸３１から前記偏心ピン３２に到る第四リンクの長さａ、前記第一リンク４の長さｂ、前記第二リンク５の長さｃのうちの二つのリンクの長さ、及び、最大振り角Ｕを変数として入力する入力手段と、前記入力手段により入力された変数に基づいて、他の二つの長さ、及び、振り角が零のときの前記第二リンク５と前記第三リンクの成す角度Ｒを、上述の数１から数４に示す条件式に基づいて算出する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいてアンテナ角度の軌跡を算出する軌跡算出手段として動作させるレーダ走査機構１の設計支援プログラムが、前記コンピュータにインストールされることにより容易に実現される。
【００４１】
以下、別実施形態について説明する。上述の実施形態では、入力手段において設計上予め設定される長さとして長さａと長さｄを入力して、演算手段において長さｂと長さｃを算出する構成について説明したが、入力する二つの長さは他の組合せであってもよい。例えば、前記入力手段において長さａと長さｃを入力して、前記演算手段において長さｂと長さｄを算出する構成であってもよい。
【００４２】
尚、上述の実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等は適宜変更設計できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来の車載用レーダ装置のスキャン機構を示す説明図
【図２】（ａ）は、レーダ走査機構の外観を示し、（ｂ）は、レーダ走査機構の第二リンクを示し、（ｃ）は、レーダ走査機構のアンテナを示す説明図
【図３】本発明に係る設計支援装置の設計支援プロセスについて説明するためのフローチャート
【図４】（ａ）は、変数入力前の変数入力画面を示し、（ｂ）は、変数入力後の変数入力画面を示し、（ｃ）は、未入力変数算出後の変数入力画面を示す説明図
【図５】（ａ）は、アンテナの振り角の軌跡を示し、（ｂ）は、アンテナの振り角の軌跡における直線近似領域を示すグラフ
【図６】（ａ）は、四節リンク機構を構成する四角形を示し、（ｂ）は、四節リンク機構を構成する各ピンの軌跡を示す説明図
【図７】（ａ）は、数１の第一式を説明するための四節リンク機構の状態を示し、（ｂ）は、数１の第二式を説明するための四節リンク機構の状態を示し、（ｃ）は、数１の第三式を説明するための四節リンク機構の状態を示す説明図
【符号の説明】
【００４４】
１：レーダ走査機構
２：アンテナ
２１：揺動軸
３：回転体
３１：回転軸
３２：偏心ピン
４：第一リンク
５：第二リンク
【図１】
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【図２】
2008196935.tif 000024
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008196935.tif 000027
【図６】
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【図７】
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