(57)【要約】【課題】  ＲＣＳ拡大用レンズは指向性を有しているため、レンズ側方からレーダ波が入射する場合にはみかけのＲＣＳを拡大できるが、それ以外の方向からレーダ波が入射する場合にはみかけのＲＣＳが減少し、模擬すべきＲＣＳとの誤差が大きくなってしまうという課題があった。【解決手段】  慣性航法装置により得られる飛しょう体の位置および方向余弦行列と目標の慣性系位置からレンズの指向方向を定め、ジンバルサーボ機構によりＲＣＳ拡大用レンズを目標に指向させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する目標を模擬した模擬飛しょう体に搭載され、レーダ機器が前記模擬飛しょう体に向けて送信する電波に対するＲＣＳ（ＲＡＤＡＲ  ＣＲＯＳＳ  ＳＥＣＴＩＯＮ。レーダ断面積）を拡大するＲＣＳ拡大レンズの指向方向を、前記レーダ機器の設置位置の方向に向くように制御する制御手段を備えることを特徴とするＲＣＳ制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記模擬飛しょう体の位置と姿勢を取得する慣性航法装置と、
前記慣性航法装置が出力する前記模擬飛しょう体の位置と姿勢と、前記レーダ機器の設置位置とから、前記ＲＣＳ拡大レンズの指向方向を算出する相対運動計算部と、
前記ＲＣＳ拡大レンズが装着され、前記指向方向に基づき前記ＲＣＳ拡大用レンズの指向方向を回転制御するジンバル制御機と、からなることを特徴とする請求項１記載のＲＣＳ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のＲＣＳ制御装置において、前記相対運動計算部は、
2008241321.tif 000006
ただし、
2008241321.tif 000007
ここで、Ｐｒは前記模擬飛しょう体の慣性系の位置ベクトル
Ｐｂは前記レーダ機器が配置された慣性系の座標ベクトルｐｂ  
Ｃｂｎは機体座標系から慣性系への座標変換を行う方向余弦行列
ＣｂｎTは、Ｃｂｎの転置行列
の式に基づきアジマス角θ３ｃとエレベーション角θ４ｃを算出し、
前記ジンバル制御機は、前記ジンバル制御機が備えるアジマス軸サーボ機構のアジマス角を前記θ３ｃの角度に設定し、前記ジンバル制御機が備えるエレベーション軸サーボ機構のエレベーション角を前記θ４ｃの角度に設定することを特徴とするＲＣＳ制御装置。
【請求項４】
前記相対運動計算部は、
前記目標の飛しょう時間と前記飛しょう時間における前記目標のＲＣＳとの関係を記憶し、前記慣性航法装置が出力する前記模擬飛しょう体の位置と姿勢と、前記レーダ機器の設置位置と、前記飛しょう時間における前記目標のＲＣＳの値とにより、前記飛しょう時間における前記模擬飛しょう体のＲＣＳが前記目標のＲＣＳと一致する前記ＲＣＳ拡大レンズの指向方向を算出することを特徴とする請求項１記載のＲＣＳ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はレーダ機器の評価試験等を行う際に、移動する目標を模擬した模擬飛しょう体に搭載され、ＲＣＳ（ＲＡＤＡＲ  ＣＲＯＳＳ  ＳＥＣＴＩＯＮ。レーダ断面積、あるいは有効反射断面積ともいう）を拡大するために搭載されるＲＣＳ拡大用レンズの指向方向を制御するＲＣＳ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロケット等の高速移動体を追尾するレーダ機器の試験では、試験費用を節約するため、実際の追尾対象である中型ロケット又は大型ロケットよりも一回り小さい小型ロケットを試験用の飛しょう体として、試験を行うことがある。この場合、試験を行うレーダ機器から照射される電波に対して実際の追尾対象である中型ロケット又は大型ロケットに相当するＲＣＳを模擬するために、当該小型ロケットにはみかけのＲＣＳを拡大するＲＣＳ拡大用レンズが搭載される。
【０００３】
ＲＣＳ拡大用レンズとしては、一般に、小型化が可能なルーネベルク・レンズが使用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】”LUNEBERG REFLECTORS MONOSTATIC CIRCULAR POLARIZATION,”    Technical Data Sheet,LUN 'TECH,available at http://www.luneberg.com.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、公知文献１に記載された種類のＲＣＳ拡大用レンズは一般にレーダ反射特性に関して指向性を有しており、一定のレーダ波の入射方向に対してはみかけのＲＣＳを拡大することができるが、それ以外の入射方向に対してはＲＣＳが減少するという特性を有している。
このように、ＲＣＳ拡大用レンズはＲＣＳに関して指向性を有しているため、レンズのＲＣＳが大きい方向からレーダ波が入射する場合には、みかけのＲＣＳを拡大することができるが、それ以外の方向からレーダ波が入射する場合にはみかけのＲＣＳが減少し、模擬すべきＲＣＳとの誤差が大きくなってしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるＲＣＳ制御装置は、飛行する飛しょう体に搭載され、レーダ機器が前記飛しょう体に向けて送信する電波に対するＲＣＳを拡大するＲＣＳ拡大用レンズ２の指向方向を、試験を行うレーダ機器の方向に向くように制御する制御部を備えるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、模擬飛しょう体と試験を行うレーダ機器との位置関係によらず、レーダ機器から模擬飛しょう体に向けて送信した電波に対し所定のＲＣＳを確保して、レーダ機器の試験を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。
【０００９】
図４は、従来より行われている、ＲＣＳ制御装置を搭載した模擬飛しょう体１を用いてレーダ機器の試験を行う形態を説明する図である。
図４において、小型ロケットである模擬飛しょう体１の先端部にはＲＣＳ拡大用レンズ２が搭載されている。ＲＣＳ拡大用レンズ２は模擬飛しょう体１の機軸とＲＣＳ拡大用レンズ２のレンズ軸中心とが一致するように、固定治具３により模擬飛しょう体１に固定される。地上に設置されレーダ特性等の試験を行うレーダ機器４（以下、試験レーダ機器４という）は、飛しょう中の模擬飛しょう体１に向けて送信波６を送信し、模擬飛しょう体１で反射された受信波６を受信することで試験レーダ機器４の試験を行う。
【００１０】
図５は、ＲＣＳ拡大用レンズ２のレーダ入射方向（例えば、アジマス角、あるいはエレベーション角）に対するＲＣＳの関係を示した図である。ＲＣＳ拡大用レンズ２はＲＣＳ拡大用レンズ２のレンズ軸中心を０[deg]として、レーダ入射方向に対し図５に示すような指向性を有している。
ここで、ＲＣＳが例えばＲＣＳ１[ｍ２]である中型ロケット又は大型ロケットを模擬して試験を行う場合、地上の試験レーダ機器４は、模擬飛しょう体１に搭載されたＲＣＳ拡大用レンズ２に対し、数１の条件を満たすレーダ入射角φの範囲となるように送信波６を送信する必要がある。
【００１１】
【数１】
2008241321.tif 000003
【００１２】
このため、中型ロケット又は大型ロケットを模擬して試験を行う場合には、試験レーダ機器４は、ＲＣＳ拡大用レンズ２のレンズ軸中心の方向、すなわち、模擬飛しょう体１の飛しょう方向前方の位置（図４の試験用レーダ４ｂの位置）に配置されている必要がある。
【００１３】
かしながら模擬飛しょう体１は移動するため、模擬飛しょう体１が移動する間、常に模擬飛しょう体１の飛しょう方向前方に試験レーダ機器４を配置しておくことは困難である。
模擬飛しょう体１の飛しょう方向と試験レーダ機器４の位置関係によっては、図４の試験レーダ機器４ａのように、試験レーダ機器４が模擬飛しょう体１の側方に位置することもあり得る。このときのＲＣＳ拡大用レンズ２のレーダ入射角φは数１の条件を満たさなくなる。この場合には、有効ＲＣＳがＲＣＳ１[ｍ２]以下となるため、試験レーダ機器４は、中型ロケット又は大型ロケットを模擬した試験を行うことができないという問題が発生する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態１に係るＲＣＳ制御装置１０の構成を示すブロック図である。
模擬飛しょう体１に搭載されるＲＣＳ制御装置１０は、慣性航法装置７と相対運動計算手段８とＲＣＳ拡大用レンズ２の指向方向を変えるジンバルサーボ機構９とからなる。
慣性航法装置７は加速度計およびジャイロを搭載し、これらの加速度計やジャイロの出力を積分することで模擬飛しょう体１の慣性系の位置ベクトルｐｒを出力する。また、慣性航法装置７は、機体座標系から慣性系への座標変換を行う方向余弦行列Ｃｂｎを更新し出力する。ここで、慣性系は例えば地球中心座標系ＷＧＳ−８４であり、機体座標系は模擬飛しょう体１の機体前方をＸ、機体下方をＺとする右手系で定義する。
相対運動計算手段８は、試験レーダ機器４が配置された慣性系の座標ベクトルｐｂを予め記憶したレーダ位置データベース８１を備えている。あるいは、位置データベース８１を備える代わりに、相対運動計算手段８は、通信手段により試験レーダ機器４が配置された慣性系の座標ベクトルｐｂ入手する。
相対運動計算手段８内の処理部は、模擬飛しょう体１の慣性系の位置ベクトルｐｒと、機体座標系から慣性系への座標変換を行う方向余弦行列Ｃｂｎと、試験レーダ機器４が配置された慣性系の座標ベクトルｐｂとを用いて、数２に基づき、機体座標系において、ＲＣＳ拡大用レンズ２を試験レーダ機器４のレーダ方向に指向させるための、アジマス角指令θ３ｃとエレベーション角指令θ４ｃを算出する。ここで、ｄは機体座標系における相対ベクトルであり、ＣｂｎT はＣｂｎの転置行列である。
【００１５】
【数２】
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【００１６】
一方、ＲＣＳ拡大用レンズ２は、ジンバルサーボ機構９に取り付けられている。ジンバルサーボ機構９は相対運動計算手段８からアジマス角指令θ３ｃとエレベーション角指令θ４ｃを受けると、ジンバルサーボ機構のアジマス角θ３とエレベーション角θ４を、アジマス角指令θ３ｃとエレベーション角指令θ４ｃに各々設定する。これにより、ＲＣＳ拡大用レンズ２を試験レーダ機器４のレーダ方向に指向させることが可能となる。
【００１７】
図２は、ジンバルサーボ機構９の構成の一例を示した図である。図２に示したジンバルサーボ機構では、２軸のジンバルサーボ機構を使用することができる。図２のジンバルサーボ機構９は、アジマス軸サーボ機構１１とエレベーション軸サーボ機構１２から構成される。ＲＣＳ拡大用レンズ２を搭載した状態で、アジマス軸サーボ１１機構とエレベーション軸サーボ機構１２を動作させることで、アジマス軸サーボ１１機構のアジマス角θ３およびエレベーション軸サーボ機構１２のエレベーション角θ４を、相対運動計算手段８が算出したアジマス角指令θ３ｃおよびエレベーション角指令θ４ｃに各々追従させることができる。
【００１８】
このように実施の形態１によれば、ジンバルサーボ機構９のアジマス角θ３およびエレベーション角θ４を、数２に基づき計算されたアジマス角指令θ３ｃとエレベーション角指令θ４ｃにそれぞれ一致させるように制御することにより、ＲＣＳ拡大用レンズ２に入射する試験レーダ機器４からの電波のレーダ入射角φを常に０[deg]近くにすることができる。このため、試験レーダ機器４の試験において、飛しょう中の模擬飛しょう体１の位置と試験レーダ機器４の設置位置との幾何学的な位置関係によらず、試験レーダ機器４は、常に所要のＲＣＳ以上の値を確保することができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、模擬飛しょう体１が模擬の対象としている飛しょう体（以下、目標飛しょう体という）が、飛しょう時間に対して実際に示すＲＣＳと試験用レーダを基準とした姿勢角の一例を示した図である。目標飛しょう体は、実際には、図３に示すように試験用レーダを基準とする姿勢角２０を変化させながら飛しょうする。したがって、試験用レーダにおけるＲＣＳも例えば図３のＲＣＳ曲線２１に示すように変化する。相対運動計算手段８は、このような目標飛しょう体が示すＲＣＳ曲線２１を図示しない記憶部に記憶している。
実施形態１では目標飛しょう体が示す図３のようなＲＣＳの変化を模擬することは想定していないが、実施の形態２では、図３のような飛しょう時間に対するＲＣＳの変化を、模擬飛しょう体１が模擬するようにする。
【００２０】
模擬飛しょう体１が、目標飛しょう体の示す図３のようなＲＣＳの変化を模擬する方法を、図２、３、５を用いて説明する。
ここでは、特定の飛しょう時間ｔ２における目標飛しょう体のＲＣＳがＲＣＳ２であり（図３参照）、模擬飛しょう体１が、飛しょう時間ｔ２におけるＲＣＳがＲＣＳ２の値となるように、レーダ入射角（アジマス角）を設定して模擬する場合について説明する。また、模擬飛しょう体１が電波を受信するレーダ入射角（アジマス角）は−Φ１[deg]であったとする。
模擬飛しょう体１がＲＣＳをＲＣＳ２の値となるように模擬するためには、模擬飛しょう体１は、図５におけるレーダ入射角を−Φ２[deg]に設定することで、ＲＣＳの値をＲＣＳ２にすることができる。すなわち、レーダ入射角を−Φ１[deg]から−Φ２[deg]となるように、Δθ２（＝（−Φ２）−（−Φ１））オフセットさせることにより、ＲＣＳをＲＣＳ２に設定することができる。
このようにＲＣＳを所定の値に設定するには、まず、相対運動計算手段８は、図５のレーダ入射角とＲＣＳとの関係を表すグラフからレーダ入射角−Φ２を求めた後、現在のレーダ入射角−Φ１との差分Δθ２を求める。次に、相対運動計算手段８は、数３に基づきアジマス角指令θ３ｃおよびエレベーション角指令θ４ｃを出力する。
【００２１】
【数３】
2008241321.tif 000005
【００２２】
なお、実施の形態２では、所望のＲＣＳとなるようにアジマス角を算出し設定する場合について説明したが、エレベーション角を設定するようにしてもよい。また、アジマス角とエレベーション角の両方の角度を算出し、設定するようにしてもよい。
【００２３】
このように相対運動計算手段８が、数３に基づき所望の値のＲＣＳとなるアジマス角指令θ３ｃおよびエレベーション角指令θ４ｃを算出し、ジンバルサーボ機構９が、相対運動計算手段８からの指令（θ３ｃ、θ４ｃ）に従いＲＣＳ拡大用レンズ２の指向方向を設定することで、図３のような飛しょう時間に対するＲＣＳの変化を、模擬飛しょう体１が模擬することが可能となる。
これにより模擬試験の精度が向上し、より精度の高いレーダ機器の評価試験を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１によるＲＣＳ制御装置の構成を表す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるジンバルサーボ機構の詳細を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２における模擬対象となる目標飛しょう体の飛しょう中の姿勢変化によるＲＣＳの時間変化を説明する図である。
【図４】従来の実施形態における模擬飛しょう体と試験レーダ機器の配置を示す図である。
【図５】ＲＣＳ拡大用レンズにおけるレーダ入射角とＲＣＳの関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  模擬飛しょう体、２  ＲＣＳ拡大用レンズ、３  固定治具、４  試験レーダ機器、７  慣性航法装置、８  相対運動計算手段、９  ジンバルサーボ機構、１０  ＲＣＳ制御装置、１１  アジマス軸サーボ機構、１２  エレベーション軸サーボ機構、２０  目標飛しょう体の姿勢角、２１  目標飛しょう体が示すＲＣＳ曲線  
【図１】
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【図２】
2008241321.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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