(57)【要約】【課題】簡易な構成で装置規模を拡大することなく、指向性利得のばらつきを低減して探知性能を向上することができるビーム走査装置を提供する。【解決手段】一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査装置であって、複数の所定のビーム走査角の中から一つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成するビーム走査角選択器１１ｂと、ノイズを発生させるノイズ発生器１４と、複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定するとともに、ノイズ発生器１４により発生したノイズに対してノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して得られた乱数を、第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成するノイズ付加器１３と、ノイズ付加器１３により生成された第２ビーム走査角信号に基づきアンテナのビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する走査角制御部６とを備える。【選択図】図１
2008256445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査装置であって、
複数の所定のビーム走査角の中から一つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成するビーム走査角選択部と、
ノイズを発生させるノイズ発生部と、
前記複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定するとともに、前記ノイズ発生部により発生したノイズに対して前記ノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して得られた乱数を、前記ビーム走査角選択部により生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成するノイズ付加部と、
前記ノイズ付加部により生成された第２ビーム走査角信号に基づきアンテナのビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する走査角制御部と、
を備えることを特徴とするビーム走査装置。
【請求項２】
一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査装置であって、
複数の所定のビーム走査角の中から一つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成するビーム走査角選択部と、
ノイズを発生させるノイズ発生部と、
前記複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定するとともに、前記ノイズ発生部により発生したノイズに対して前記ノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して得られた乱数のうち所定の範囲内の乱数のみを選択するオーバーレンジ処理部と、
前記ビーム走査角選択部により生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して前記オーバーレンジ処理部により選択された乱数を加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成するノイズ付加部と、
前記ノイズ付加部により生成された第２ビーム走査角信号に基づきアンテナのビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する走査角制御部と、
を備えることを特徴とするビーム走査装置。
【請求項３】
前記ノイズ発生部は、準乱数に基づきノイズを発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のビーム走査装置。
【請求項４】
前記ノイズ発生部は、擬似乱数に基づきノイズを発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のビーム走査装置。
【請求項５】
前記ノイズ発生部は、物理乱数に基づきノイズを発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のビーム走査装置。
【請求項６】
一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査装置であって、
複数の所定のビーム走査角の中から一つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成するビーム走査角選択部と、
前記ビーム走査角選択部により生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して予め設定された乱数パターンに基づく乱数を加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成するノイズ付加部と、
前記ノイズ付加部により生成された第２ビーム走査角信号に基づきアンテナのビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する走査角制御部と、
を備えることを特徴とするビーム走査装置。
【請求項７】
一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査方法であって、
複数の所定のビーム走査角の中から一つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成するビーム走査角選択ステップと、
ノイズを発生させるノイズ発生ステップと、
前記複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定するとともに、前記ノイズ発生ステップにより発生したノイズに対して前記ノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して得られた乱数を、前記ビーム走査角選択ステップにより生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成するノイズ付加ステップと、
前記ノイズ付加ステップにより生成された第２ビーム走査角信号に基づきアンテナのビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する走査角制御ステップと、
を備えることを特徴とするビーム走査方法。
【請求項８】
一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査方法であって、
複数の所定のビーム走査角の中から一つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成するビーム走査角選択ステップと、
ノイズを発生させるノイズ発生ステップと、
前記複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定するとともに、前記ノイズ発生ステップにより発生したノイズに対して前記ノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して得られた乱数のうち所定の範囲内の乱数のみを選択するオーバーレンジ処理ステップと、
前記ビーム走査角選択ステップにより生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して前記オーバーレンジ処理ステップにより選択された乱数を加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成するノイズ付加ステップと、
前記ノイズ付加ステップにより生成された第２ビーム走査角信号に基づきアンテナのビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する走査角制御ステップと、
を備えることを特徴とするビーム走査方法。
【請求項９】
一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査方法であって、
複数の所定のビーム走査角の中から一つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成するビーム走査角選択ステップと、
前記ビーム走査角選択ステップにより生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して予め設定された乱数パターンに基づく乱数を加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成するノイズ付加ステップと、
前記ノイズ付加ステップにより生成された第２ビーム走査角信号に基づきアンテナのビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する走査角制御ステップと、
を備えることを特徴とするビーム走査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一様でない指向性利得を有するビームを用いてエネルギーの入出力を行うシステムにおいてビーム指向方向近傍の指向性利得を平準化するビーム走査装置及びビーム走査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一様でない指向性利得を有するビームを用いて、エネルギーの入力、出力及び入出力を行う様々なシステムが知られている。ここでは、１例として３次元レーダ装置における従来のビーム走査装置について説明する。図１１は、従来のビーム走査装置を有するレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１１に示すように、従来のレーダ装置は、アンテナ１、サーキュレータ２、送信機３、受信機４、信号処理部５、走査角制御部６、及びレーダ制御部７で構成される。さらに、レーダ制御部７は、ビーム走査角選択器１１ａとビーム走査角テーブル１２ａとで構成される。ここで、従来のビーム走査装置は、走査角制御部６とレーダ制御部７とで構成される。
【０００３】
送信機３は、送信信号を生成し、サーキュレータ２に出力する。サーキュレータ２は、三つのポートを有し特定の方向のみ電力を伝送する。ここでは、サーキュレータ２は、送信機３により入力された送信信号をアンテナ１に出力する。
【０００４】
レーダ制御部７は、ビーム走査角に基づくビーム走査角信号を生成し、走査角制御部６に出力する。レーダ制御部７によるビーム走査角信号の生成の詳細については、後述する。
【０００５】
走査角制御部６は、レーダ制御部７により入力されたビーム走査角信号に基づき、アンテナ１のビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する。その後、走査角制御部６は、生成したアンテナ制御信号をアンテナ１に出力する。
【０００６】
アンテナ１は、サーキュレータ２により入力された送信信号を電波に変換して送信波を生成するとともに、走査角制御部６により入力されたアンテナ制御信号に基づき所定の方向の空間に向けて送信する。また、アンテナ１は、送信波の反射波を受信し、電気信号に変換してサーキュレータ２に出力する。サーキュレータ２は、入力された電気信号を受信機４に出力する。
【０００７】
受信機４は、サーキュレータ２を介してアンテナ１により入力された電気信号の周波数変換を行う。さらに、受信機４は、電気信号を周波数変換して得られた受信信号を信号処理部５に出力する。
【０００８】
信号処理部５は、受信機４により入力された受信信号に基づき目標を検出する。検出された目標は、例えば、図示されないディスプレイや追尾処理を行う追尾装置に出力される。
【０００９】
次に、上述のように構成された従来のビーム走査装置の作用を説明する。レーダ制御部７において、ビーム走査角テーブル１２ａは、複数のビームポジション番号と複数のビームポジション番号の各々に対応するビーム走査角を記憶する。
【００１０】
ビーム走査角選択器１１ａは、ビームポジション番号を更新するとともに、ビーム走査角テーブル１２ａを参照してビームポジション番号に対応するビーム走査角に応じたビーム走査角信号を走査角制御部６に出力する。ここで、ｎ番目のビームポジション番号ｉ（ｎ）は、以下の式で与えられる。
【数１】
2008256445.tif 000003
【００１１】
ここで、ｉｍｉｎは、ビームポジション番号の最小値である。また、ｉｍａｘは、ビームポジション番号の最大値である。図１２は、ビーム走査角テーブル１２ａの記憶する内容を示す。図１２に示すように、例えばビームポジション番号の最小値と最大値がそれぞれ１と９の場合、ビームポジション番号は、最小値の１から始まって、最大値９に達するまで順次更新される。（２）式に基づき、ビームポジション番号は、最大値９に達すると最小値１に戻るため、｛１、２、３、…、９、１、２、３、…｝のように変化する。
【００１２】
走査角制御部６は、レーダ制御部７により入力されたビーム走査角信号に基づくビーム走査角をアンテナ１のビーム走査角に対応するアンテナ制御信号に変換し、アンテナ１へ出力する。
【００１３】
アンテナ１は、走査角制御部６により入力されたアンテナ制御信号に基づき、ビーム走査角選択器１１ａが選択したビームポジション番号に対応するビーム走査角を中心とする指向性ビームを形成する。ここで、１例として、ビームの指向性利得が以下の式で与えられるとする。
【数２】
2008256445.tif 000004
【００１４】
ここで、Ｇは、ビームの指向性利得である。また、ｘは、Ｘ軸の値である。また、ｙは、Ｙ軸の値である。また、ｘ０は、Ｘ軸上のビーム中心値である。また、ｙ０は、Ｙ軸上のビーム中心値である。
【００１５】
さらに、ビーム走査角テーブル１２ａは、図１２に示す内容のビームポジション番号及びビーム走査角を記憶していると仮定する。図１３は、従来のレーダ装置によるビーム走査処理の様子を示す。
【００１６】
最初に、図１３（ａ）は、ビーム走査状況を示すものであり、ｘｙ平面上における所定の利得以上のビームの輪郭線を描いたものである。図１３（ａ）において、ｘｙ平面上に９つの円が描かれており、各々の円の中心点は、図１２に示す９つのビーム走査角に対応している。
【００１７】
また、図１３（ｂ）は、一連のビーム走査が終了したときの指向性利得を示す図であり、ｘｙに対する（３）式で示したビームの指向性利得を３次元的に示したものである。すなわち、図１３（ｂ）は、ビームを投影したある面（ｘｙ平面）におけるビーム強度を示したものと考えることができる。図１３（ｂ）より、ビームの中心部の利得が高く、ビームとビームとの間の位置における利得が低いことがわかる。
【００１８】
また、図１３（ｃ）は、一連のビーム走査が終了したときの探知確率を示す図である。ここでは、目標の探知確率が以下の式で与えられるとする。
【数３】
2008256445.tif 000005
【００１９】
ここで、Ｐｄは、探知確率である。また、Ｐｆａは、誤警報確率である。さらに、ＳＮＲは、信号対雑音比である。図１３（ｃ）に示すように、探知確率は、指向性利得の凹凸の影響を受けて、同様の凹凸を示している。
【００２０】
また、特許文献１には、隣接する複数のレーダビーム間の相関を下げ、指向パターンの交点方向付近の探知性能の劣化を低減することのできるレーダ空中線システムが記載されている。このレーダ空中線システムによれば、ビーム走査回路から出力された各走査ビームを各走査ビーム毎に偏波特性を切り替え、異なる偏波特性を有する各走査ビームとして空中線開口面に与える偏波切替回路を備えて構成したので、隣接する複数のレーダビーム間の偏波特性が異なるものにすることができる。したがって、この偏波切替回路は、電波の伝搬や目標物からの反射特性に変化をもたらし、ダイバシチ効果を得、当該レーダビーム間の相関を低減できて指向パターンの交点方向付近の探知性能の劣化を低減でき、したがってレーダビームの重なり部分の探知確率が高まり、探知性能が向上するという効果が得られる。
【特許文献１】特開平６−２３０１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、上述した従来のビーム走査装置は、ビームポジション番号毎のビーム走査角を固定とするので、ビームポジション番号毎のビーム指向方向が変化しない。この結果、指向性利得の差（ビーム指向方向に近い所では高く、遠い所では低い）も固定的となるので、利得に依存する性能、例えば探知確率にも固定的な差異が発生する。このため、最も利得が低いところ（ワーストケース）に対しても規定の探知性能を達成しようとする場合には、送信機の送信電力やアンテナのアンテナ利得を増大させる必要があり、装置全体の規模は大きくなる。
【００２２】
また、上記の事情は特許文献１に記載されたレーダ空中線システムを用いた場合にも該当する。このレーダ空中線システムは、レーダビーム間の相関を低減して、指向パターンの交点方向付近の探知性能の劣化を低減させるために、ビーム走査回路から出力された各走査ビームを各走査ビーム毎に偏波特性を切り替え、異なる偏波特性を有する各走査ビームとして空中線開口面に与える偏波切替回路を備えているので、装置全体の規模は拡大し、偏波切替にも電力を必要とする。
【００２３】
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、簡易な構成で装置規模を拡大することなく、指向性利得のばらつきを低減して探知性能を向上することができるビーム走査装置及びビーム走査方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明に係るビーム走査装置は、上記課題を解決するために、第１の発明は、一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査装置であって、複数の所定のビーム走査角の中から一つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成するビーム走査角選択部と、ノイズを発生させるノイズ発生部と、前記複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定するとともに、前記ノイズ発生部により発生したノイズに対して前記ノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して得られた乱数を、前記ビーム走査角選択部により生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成するノイズ付加部と、前記ノイズ付加部により生成された第２ビーム走査角信号に基づきアンテナのビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する走査角制御部とを備えることを特徴とする。
【００２５】
第２の発明は、一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査装置であって、複数の所定のビーム走査角の中から一つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成するビーム走査角選択部と、ノイズを発生させるノイズ発生部と、前記複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定するとともに、前記ノイズ発生部により発生したノイズに対して前記ノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して得られた乱数のうち所定の範囲内の乱数のみを選択するオーバーレンジ処理部と、前記ビーム走査角選択部により生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して前記オーバーレンジ処理部により選択された乱数を加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成するノイズ付加部と、前記ノイズ付加部により生成された第２ビーム走査角信号に基づきアンテナのビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する走査角制御部とを備えることを特徴とする。
【００２６】
第３の発明は、一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査装置であって、複数の所定のビーム走査角の中から一つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成するビーム走査角選択部と、前記ビーム走査角選択部により生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して予め設定された乱数パターンに基づく乱数を加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成するノイズ付加部と、前記ノイズ付加部により生成された第２ビーム走査角信号に基づきアンテナのビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する走査角制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の第１の発明によれば、簡易な構成で装置規模を拡大することなく、ビーム指向方向にノイズに基づく乱数を付加し、指向性利得のばらつきを低減して探知性能を向上することができる。
【００２８】
本発明の第２の発明によれば、簡易な構成で装置規模を拡大することなく、ビーム指向方向に所定範囲内の大きさの乱数のみを付加し、指向性利得のばらつきを低減して探知性能を向上することができる。
【００２９】
本発明の第３の発明によれば、簡易な構成で装置規模を拡大することなく、ビーム指向方向に予め設定された乱数パターンに基づく乱数を付加し、指向性利得のばらつきを低減して探知性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明のビーム走査装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００３１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例１のビーム走査装置を有するレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、図１および後述の各実施の形態を示す図において、背景技術として説明した図１１における構成要素と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以て示し、重複した説明を省略する。図１に示すように、このレーダ装置は、アンテナ１、サーキュレータ２、送信機３、受信機４、信号処理部５、走査角制御部６、及びレーダ制御部７で構成される。さらに、レーダ制御部７は、ビーム走査角選択器１１ｂ、ビーム走査角テーブル１２ｂ、ノイズ付加器１３、及びノイズ発生器１４で構成される。ここで、本実施の形態に係るビーム走査装置は、アンテナ１から入出力される一様でない指向性利得を有するビームの制御を行うビーム走査装置であって、走査角制御部６とレーダ制御部７とで構成される。
【００３２】
ビーム走査角選択器１１ｂは、本発明のビーム走査角選択部に対応し、複数の所定のビーム走査角の中から１つを順次選択するとともに、選択したビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成する。具体的には、ビーム走査角選択器１１ｂは、ビームポジション番号を更新するとともに、ビーム走査角テーブル１２ｂを参照してビームポジション番号に対応するビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成してノイズ付加器１３に出力する。
【００３３】
また、ビーム走査角テーブル１２ｂは、複数のビームポジション番号と複数のビームポジション番号の各々に対応するビーム走査角を記憶する。本実施例においては、ビーム走査角テーブル１２ｂは、従来技術として説明したビーム走査角テーブル１２ａと同様、図１２に示すビームポジション番号及びビーム走査角を記憶するものとする。
【００３４】
ノイズ発生器１４は、本発明のノイズ発生部に対応し、ノイズを発生させる。具体的には、ノイズ発生器１４は、準乱数、擬似乱数、及び物理乱数のいずれかに基づきノイズを発生させる。
【００３５】
図２は、ノイズ発生器１４の出力を示す図である。図２（ａ）は、Ｆａｕｒｅ数列を用いた準乱数発生装置の出力である。準乱数は、個々の点を関数に従って決定し、擬似乱数よりも均質な分布を得ることができるという特徴がある。また、準乱数は、多次元空間に均一に分布するので、図２（ａ）に示すように、各々の点が重なり合わないような分布を得ることができる。
【００３６】
図２（ｂ）は、メルセンヌ・ツイスタ法を用いた擬似乱数発生装置の出力を示す図である。ｘ軸及びｙ軸の各々の擬似乱数は独立して求められているため、重なり合う点が散見される。
【００３７】
また、図２（ｃ）は、物理乱数発生装置の出力である。物理乱数は、ハードウェアにより物理現象を利用して生成される。例えば、ダイオードのＰＮ接合部に生じる熱雑音を利用する方法がよく使われる。この場合にも、ｘ軸及びｙ軸の各々の物理乱数は独立して求められているため、重なり合う点が散見される。
【００３８】
ノイズ付加器１３は、本発明のノイズ付加部に対応し、複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定するとともに、ノイズ発生器１４により発生したノイズに対してノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して得られた乱数を、ビーム走査角選択器１１ｂにより生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成する。ノイズ付加範囲の設定、平行移動、及びスケーリングについては後述する。
【００３９】
走査角制御部６は、ノイズ付加器１３により生成された第２ビーム走査角信号に基づき、アンテナ１のビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する。その後、走査角制御部６は、生成したアンテナ制御信号をアンテナ１に出力する。
【００４０】
アンテナ１は、サーキュレータ２により入力された送信信号を電波に変換して送信波を生成するとともに、走査角制御部６により入力されたアンテナ制御信号に基づき所定の方向の空間に向けて送信する。また、アンテナ１は、送信波の反射波を受信し、電気信号に変換してサーキュレータ２に出力する。サーキュレータ２は、入力された電気信号を受信機４に出力する。
【００４１】
その他の構成は、図１１で説明した従来のレーダ装置と同様であり、重複した説明を省略する。
【００４２】
次に、上述のように構成された本実施の形態のビーム走査装置の作用を説明する。まずレーダ制御部７内のビーム走査角選択器１１ｂは、上述したように複数の所定のビーム走査角の中から１つを順次選択する。具体的には、ビーム走査角選択器１１ｂは、ビームポジション番号を更新するとともに、ビーム走査角テーブル１２ｂを参照してビームポジション番号に対応するビーム走査角を選択する。本実施例においては、ビーム走査角テーブル１２ｂは、図１２に示すビームポジション番号及びビーム走査角を記憶する。ビームポジション番号は、上述したように（１）式及び（２）式で与えられるので、ビーム走査角選択器１１ｂは、ビームポジション番号を１、２、３、…９、１、２、…というように、１から９までの数字を繰り返すように更新し、ビームポジション番号に対応するビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成する。
【００４３】
次に、ノイズ発生器１４は、上述したように、準乱数、擬似乱数、及び物理乱数のいずれかに基づきノイズを発生させる。本実施例においては、図２に示すように、ノイズ発生器１４によりＸ軸、Ｙ軸のいずれに対しても０から１の範囲でノイズが得られたものとする。
【００４４】
ノイズ付加器１３は、ビーム走査角選択器１１ｂを介してビーム走査角テーブル１２ｂに記憶された複数の所定のビーム走査角の情報を得て、その複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定する。ノイズ付加範囲は、２次元空間を隙間なく覆うことができる正多角形（以下、充填形）であり、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように正三角形、正方形、及び正六角形の３種類である。このため、ビーム形状に相当する円形は、図３（ｄ）、図３（ｅ）、図３（ｆ）に示すように充填形の外接円となる。なお、ビーム形状が楕円形の場合、ノイズ付加範囲は、ビーム形状に対応して縦又は横方向にスケーリングを施した三角形、四角形、及び六角形を取りうる。ここで、図４は、本実施例の形態のビーム走査装置におけるノイズ付加範囲を示す。描かれた９つの円は、図１３（ａ）と同様に、ｘｙ平面上における所定の利得以上のビームの輪郭線を描いたものである。図４のビームポジションは、図３（ｅ）に相当するため、そのノイズ付加範囲（充填形）は、図３（ｂ）に示すように四角形である。ノイズ付加器１３は、中心の円が他の円と交わる点を頂点とする四角形をノイズ付加範囲と設定する。また、ノイズ付加範囲は、四角形とは限らない。ノイズ付加器１３によるノイズ付加範囲の設定方法は、どのようなものであってもよく、ビームの指向性利得のばらつきを低減できるようなノイズ付加範囲を算出するものとする。ノイズ付加器１３は、このノイズ付加範囲内でビーム指向方向を変動させる変動量を示す乱数を決定する。
【００４５】
次に、ノイズ付加器１３は、ノイズ発生器１４により発生したノイズに対してノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して乱数を得る。本実施例においては、平行移動とスケーリングの両方を行う。具体的には、図４より、ビーム幅が１であり、付加するノイズの範囲は、原点を中心とする円に内接する四角形である。したがって、ノイズ付加範囲は、−√２／４≦Ｘ≦√２／４、−√２／４≦Ｙ≦√２／４となる。ノイズ発生器１４の出力は、図２に示すように、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１である。そこで、最初にノイズ付加器１３は、ノイズ発生器１４の出力のＸ軸成分とＹ軸成分にそれぞれ−１／２を加えて平行移動を行う。この平行移動により、ノイズ発生器１４の出力は、−１／２≦Ｘ≦１／２、−１／２≦Ｙ≦１／２の範囲に分布する乱数となる。次に、ノイズ付加器１３は、得られた乱数のＸ軸成分とＹ軸成分にそれぞれ√２／２を乗じてスケーリングを行う。このスケーリングにより、−√２／４≦Ｘ≦√２／４、−√２／４≦Ｙ≦√２／４の範囲に分布する乱数が得られる。
【００４６】
最後に、ノイズ付加器１３は、得られた乱数をビーム走査角選択器１１ｂにより生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成する。
【００４７】
具体的にいうと、本実施例においてビームポジション番号は１から９まである。ビーム走査角選択器１１ｂは、ビームポジション番号を１、２、３、…９、１、２、…というように更新する。最初に、ノイズ付加器１３は、ビームポジション番号が１から９に変化する間、得られた乱数のいずれか一つに対応するＸ成分及びＹ成分をビーム走査角に加算する。次に、ビームポジション番号が１に戻ると、ノイズ付加器１３は、得られた乱数のうち未だ使われていない別の乱数に更新し、ビームポジション番号が９に更新されるまでその乱数に対応するＸ成分及びＹ成分をビーム走査角に加算する。次に、ビームポジション番号が１に戻ると、ノイズ付加器１３は、再び得られた乱数のうち未だ使われていない別の乱数に更新し、ビームポジション番号が９に更新されるまでその乱数に対応するＸ成分及びＹ成分をビーム走査角に加算する。このように、ノイズ付加器１３は、乱数の更新を繰り返す。ノイズ付加器１３は、生成した第２ビーム走査角信号を走査角制御部６に出力する。
【００４８】
走査角制御部６は、レーダ制御部７内のノイズ付加器１４により入力された第２ビーム走査角信号に基づき、アンテナ１のビーム指向方向を指示するアンテナ制御信号を生成する。その後、走査角制御部６は、生成したアンテナ制御信号をアンテナ１に出力する。
【００４９】
アンテナ１は、走査角制御部６により入力されたアンテナ制御信号に基づき所定の方向の空間に向けて送信する。すなわち、アンテナ１は、ビーム走査角選択器１１ｂが出力した第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角を中心とする指向性ビームを形成する。
【００５０】
図５は、本実施例のビーム走査装置を有するレーダ装置によるビーム走査処理の様子を示す。図５（ａ）は、準乱数に基づきノイズを発生させるノイズ発生器１４を用いたビーム走査装置により１０回分のビーム走査を重ね合わせたものを示す。さらに、図５（ｂ）は、一連のビーム走査が終了したときの指向性利得を示す。図５（ｃ）は、探知確率（平均値）を示す。ビーム走査角にノイズ付加範囲内の乱数を付加することにより、指向性利得の凹凸が減少し、探知確率の凹凸も減少している。
【００５１】
上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係るビーム走査装置によれば、簡易な構成で装置規模を拡大することなく、ビーム指向方向にノイズに基づく乱数を付加し、指向性利得のばらつきを低減して探知性能を向上することができる。
【００５２】
また、ノイズ付加器１３は、ノイズ発生器１４により発生したノイズに対して平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施すので、比較的自由にノイズ付加範囲を設定することができる。
【００５３】
ビーム指向方向近傍の指向性利得の凹凸を減らすことができるので、最も利得が低いところ（ワーストケース）の規定の探知性能を達成するために送信機の送信電力やアンテナのアンテナ利得を増大させる必要が無く、装置の小型化が可能である。
【００５４】
また、特許文献１に記載されたレーダ空中線システムに用いられている偏波切替回路を備える必要も無く、ビーム走査角信号に応じたビーム走査角にノイズに基づく乱数を数値として加算するのみなので、簡易な構成で実現できる。
【実施例２】
【００５５】
次に実施例２のビーム走査装置について説明する。図６は、本発明の実施例２のビーム走査装置を有するレーダ装置の構成を示すブロック図である。実施例１の構成と異なる点は、レーダ制御部７内に、新たにオーバーレンジ処理器１５を備える点である。
【００５６】
オーバーレンジ処理器１５は、本発明のオーバーレンジ処理部に対応し、複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定するとともに、ノイズ発生器１４により発生したノイズに対してノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して得られた乱数のうち所定の範囲内の乱数のみを選択する。詳細については、後述する。
【００５７】
ノイズ付加器１３ｃは、ビーム走査角選択器１１ｃにより生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して、オーバーレンジ処理器１５により選択された乱数を加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成する。
【００５８】
ビーム走査角テーブル１２ｃは、複数のビームポジション番号と複数のビームポジション番号の各々に対応するビーム走査角を記憶する。図７は、ビーム走査角テーブル１２ｃの記憶する内容を示す。
【００５９】
その他の構成は、実施例１と同じであり、重複した説明を省略する。
【００６０】
次に、上述のように構成された本実施の形態のビーム走査装置の作用を説明する。まずレーダ制御部７内のビーム走査角選択器１１ｃは、複数の所定のビーム走査角の中から１つを順次選択する。具体的には、ビーム走査角選択器１１ｃは、ビームポジション番号を更新するとともに、ビーム走査角テーブル１２ｃを参照してビームポジション番号に対応するビーム走査角を選択する。ビームポジション番号は、実施例１と同様に（１）式及び（２）式で与えられるので、ビーム走査角選択器１１ｃは、ビームポジション番号を１、２、３、…９、１、２、…というように、１から９までの数字を繰り返すように更新し、ビームポジション番号に対応するビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成する。
【００６１】
次に、ノイズ発生器１４は、実施例１と同様に、準乱数、擬似乱数、及び物理乱数のいずれかに基づきノイズを発生させる。本実施例においては、図２に示すように、ノイズ発生器１４によりＸ軸、Ｙ軸のいずれに対しても０から１の範囲でノイズが得られたものとする。
【００６２】
オーバーレンジ処理器１５は、ビーム走査角テーブル１２ｃに記憶された複数の所定のビーム走査角の情報を得て、その複数の所定のビーム走査角に基づくノイズ付加範囲を設定する。ここで、図８は、本実施例の形態のビーム走査装置におけるノイズ付加範囲を示す。描かれた９つの円は、図１３（ａ）と同様に、ｘｙ平面上における所定の利得以上のビームの輪郭線を描いたものである。図８のビームポジションは、図３（ｆ）に相当するため、そのノイズ付加範囲（充填形）は、図３（ｃ）に示すように六角形である。ここで、充填形が六角形の場合、ビーム形状に相当する円形の重なりが最も小さい。レーダ装置において、２次元空間を隙間なく覆うビームの重なりが小さいことは、所定の空間を捜索するために用いるビームポジション数を少なくできることであり、その結果、所定の空間を走査する時間を短くする。又は、所定の空間及び時間あたりの積分パルス数を増加（同じビームポジションの送受信回数を増加）させることにより、性能を向上させることができる。オーバーレンジ処理器１５は、中心の円が他の円と交わる点を頂点とする六角形をノイズ付加範囲と設定する。実施例１の場合には、図４に示すようにノイズ付加範囲が四角形であったため、ノイズ付加器１３は、ノイズ発生器１４の出力を平行移動及びスケーリングすることによりノイズ付加範囲に一致させることができた。しかしながら、本実施例においては、ノイズ付加範囲が六角形であるため、平行移動及びスケーリングのみでは、オーバーレンジ処理器１５は、ノイズ発生器１４の出力をノイズ付加範囲に一致させることができない。
【００６３】
そこで、オーバーレンジ処理器１５は、ノイズ発生器１４により発生したノイズに対してノイズ付加範囲に合わせて平行移動又はスケーリングの少なくとも１つを施して得られた乱数のうち所定の範囲内の乱数のみを選択する。具体的には、オーバーレンジ処理器１５は、このノイズ付加範囲内でビーム指向方向を変動させる変動量を示す乱数を決定するために、まず、実施例１と同様に平行移動とスケーリングの両方を行う。これにより、オーバーレンジ処理器１５は、−√２／４≦Ｘ≦√２／４、−√２／４≦Ｙ≦√２／４の範囲に分布する乱数が得られる。
【００６４】
次に、オーバーレンジ処理器１５は、得られた乱数がノイズ付加範囲である六角形内に入るか否かを判定し、六角形内の乱数のみを選択する。さらに、オーバーレンジ処理器１５は、ノイズ付加範囲内に所望する数の乱数が得られなかった場合、得られるまでノイズ発生器１４の出力に対して上述した処理を繰り返す。このようにして、オーバーレンジ処理器１５は、ノイズ付加範囲内に一様なノイズを発生させる。
【００６５】
ノイズ付加器１３ｃは、ビーム走査角選択器１１ｃにより生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して、オーバーレンジ処理器１５により選択された乱数を加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成する。
【００６６】
具体的に説明すると、実施例１と同様ビームポジション番号は１から９まであるので、ビーム走査角選択器１１ｃは、ビームポジション番号を１、２、３、…９、１、２、…というように更新する。ノイズ付加器１３ｃは、実施例１と同様に、ビームポジション番号が最小値になる度に、オーバーレンジ処理器１５により得られた乱数のうち未だ使われていない別の乱数に更新し、ビームポジション番号が９に更新されるまでその乱数に対応するＸ成分及びＹ成分をビーム走査角に加算する。ノイズ付加器１３ｃは、生成した第２ビーム走査角信号を走査角制御部６に出力する。その後の動作は、実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
【００６７】
上述のとおり、本発明の実施例２の形態に係るビーム走査装置によれば、実施例１の効果に加え、簡易な構成で装置規模を拡大することなく、ビーム指向方向に所定範囲内の乱数を付加し、指向性利得のばらつきを低減して探知性能を向上することができる。
【００６８】
また、オーバーレンジ処理器１５を備えるので、ノイズ発生器１４により発生したノイズに対して平行移動及びスケーリングを施すだけでは一致させるのが難しいノイズ付加範囲に対しても、範囲内に一様なノイズ（乱数）を設定することができる。
【実施例３】
【００６９】
次に実施例３のビーム走査装置について説明する。図９は、本発明の実施例３のビーム走査装置を有するレーダ装置の構成を示すブロック図である。実施例１の構成と異なる点は、レーダ制御部７内に実施例１で用いたノイズ発生器１４が無く、代わりにノイズテーブル１６を有する点である。
【００７０】
ノイズ付加器１３ｄは、ビーム走査角選択器１１ｄにより生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対してノイズテーブル１６に予め設定された乱数パターンに基づく乱数を加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成する。
【００７１】
また、ノイズテーブル１６は、複数のノイズ番号と複数のノイズ番号の各々に対応するノイズを記憶する。図１０は、本実施例においてノイズテーブル１６が記憶するノイズ番号及びノイズを示す。なお、ノイズテーブル１６が記憶するノイズ番号及びノイズの乱数パターンは、１つとは限らず、目的に合わせて操作人が使用するパターンを選択することもできる。また、操作人ではなく、ノイズ付加器１３ｄが自動的に使用するパターンを選択する構成でもよい。
【００７２】
その他の構成は、実施例１と同じであり、重複した説明を省略する。
【００７３】
次に、上述のように構成された本実施の形態のビーム走査装置の作用を説明する。基本的には、実施例１の形態のビーム走査装置の作用と同様である。ビーム走査角選択器１１ｄは、ビームポジション番号を更新するとともに、ビーム走査角テーブル１２ｄを参照してビームポジション番号に対応するビーム走査角を選択し、ビーム走査角に応じた第１ビーム走査角信号を生成する
ノイズ付加器１３ｄは、ビーム走査角選択器１１ｄにより生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対してノイズテーブル１６に予め設定された乱数パターンに基づく乱数を加算して得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成する。具体的には、ノイズ付加器１３ｄは、ノイズ番号を更新し、ノイズテーブル１６を参照してノイズ番号に対応するノイズを選択する。なお、ノイズ付加器１３ｄではなく、ビーム走査角選択器１１ｄがノイズ番号を更新してノイズ付加器１３ｄに出力する構成としてもよい。ｎ番目のノイズ番号ｊ（ｎ）は、以下の式で与えられる。
【数４】
2008256445.tif 000006
【００７４】
ここで、ｊｍｉｎは、ノイズ番号の最小値である。また、ｊｍａｘは、ノイズ番号の最大値である。ｉｍｉｎは、上述したように、ビームポジション番号の最小値である。ビームポジション番号は、（１）式及び（２）式で与えられ、本実施例においては１から９まである。ノイズ番号は、図１０に示したように１から１００まである。
【００７５】
実施例１、２と同様に、ビーム走査角選択器１１ｂは、ビームポジション番号を１、２、３、…９、１、２、…というように更新する。最初に、ビームポジション番号が１から９に変化する間、ノイズ番号は１である。次に、ビームポジション番号が１に戻ると、ノイズ番号は、２に更新され、ビームポジション番号が９に更新されるまで２に固定される。次に、ビームポジション番号が１に戻ると、ノイズ番号は、３に更新され、ビームポジション番号が９に更新されるまで３に固定される。このように、ノイズ付加器１３ｄ又はビーム走査角選択器１１ｄは、変動番号の更新を繰り返す。
【００７６】
ノイズ付加器１３ｄは、ビーム走査角選択器１１ｄにより生成された第１ビーム走査角信号に応じたビーム走査角に対して、ノイズテーブル１６に予め設定された乱数パターンを参照してノイズ番号に対応するノイズ（乱数）を選択して加算し、得られたビーム走査角に応じた第２ビーム走査角信号を生成し、走査角制御部６に出力する。
【００７７】
その後の動作は実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
【００７８】
上述のとおり、本発明の実施例３の形態に係るビーム走査装置によれば、実施例１の効果に加え、簡易な構成で装置規模を拡大することなく、ビーム指向方向に予め設定された乱数パターンに基づく乱数を付加し、指向性利得のばらつきを低減して探知性能を向上することができる。
【００７９】
また、ノイズテーブル１６は、小型の記憶装置等で構成することができ、実施例１、２のようにノイズ発生器１４やオーバーレンジ処理器１５が必要無いため、装置の小型化及び低価格化を図ることができる。
【００８０】
さらに、ノイズテーブル１６は、ノイズ番号及びノイズの組み合わせに係るパターンを複数記憶することにより、状況に応じて柔軟にパターンを選択してビーム走査を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明に係るビーム走査装置は、レーダ、レーザレーダ、及びソナー等の装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施例１の形態のビーム走査装置を有するレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１の形態のビーム走査装置のノイズ発生器の出力を示す図である。
【図３】ビーム走査装置におけるノイズ付加範囲を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１の形態のビーム走査装置におけるノイズ付加範囲を示す図である。
【図５】本発明の実施例１の形態のビーム走査装置を有するレーダ装置によるビーム走査処理の様子を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の形態のビーム走査装置を有するレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例２の形態のビーム走査装置の有するビーム走査角テーブルの記憶する内容を示す図である。
【図８】本発明の実施例２の形態のビーム走査装置におけるノイズ付加範囲を示す図である。
【図９】本発明の実施例３の形態のビーム走査装置を有するレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施例３の形態のビーム走査装置の有するノイズテーブルの記憶する内容を示す図である。
【図１１】従来の形態のビーム走査装置を有するレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】従来の形態のビーム走査装置の有するビーム走査角テーブルの記憶する内容を示す図である。
【図１３】従来の形態のビーム走査装置を有するレーダ装置によるビーム走査処理の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１      アンテナ
２      サーキュレータ
３      送信機
４      受信機
５      信号処理部
６      走査角制御部
７      レーダ制御部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  ビーム走査角選択器
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  ビーム走査角テーブル
１３、１３ｃ、１３ｄ    ノイズ付加器
１４    ノイズ発生器
１５    オーバーレンジ処理器
１６    ノイズテーブル
【図１】
2008256445.tif 000007
【図２】
2008256445.tif 000008
【図３】
2008256445.tif 000009
【図４】
2008256445.tif 000010
【図５】
2008256445.tif 000011
【図６】
2008256445.tif 000012
【図７】
2008256445.tif 000013
【図８】
2008256445.tif 000014
【図９】
2008256445.tif 000015
【図１０】
2008256445.tif 000016
【図１１】
2008256445.tif 000017
【図１２】
2008256445.tif 000018
【図１３】
2008256445.tif 000019