(57)【要約】【課題】所定の覆域方位を重点的に捜索することができるレーダ装置、レーダシステム及びレーダ走査制御方法を提供する。【解決手段】２以上の素子アンテナ３からなるアレイアンテナと、各素子アンテナ３について位相制御するビーム制御器１７と、アレイアンテナを方位方向に回転駆動するアンテナ駆動器１８を備え、ビーム制御器１７は、所定の重点的覆域方位内をアレイアンテナに対して回転方向と逆方向にビーム走査するように構成される。この様な構成により、重点的覆域方位内を減速してビーム走査することができ、探知距離を伸延させることができる。【選択図】          図１
2004212285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の素子アンテナからなる指向性アンテナと、
指向性アンテナを方位方向に回転駆動し、アンテナ開口面を全方位に指向させるアンテナ駆動手段と、
各素子アンテナごとに位相制御を行い、アンテナビームを形成するビーム形成手段と、
全方位の一部を特定覆域方位として記憶する覆域方位記憶手段と、
覆域方位記憶手段に基づいてビーム形成手段を制御し、特定覆域方位内において、指向性アンテナの回転方向とは逆方向にアンテナビームを電子走査させる走査制御手段とを備え、
特定覆域方位内において、アンテナビームを指向性アンテナよりも低速で回転させることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
上記走査制御手段は、特定覆域方位外において、指向性アンテナの回転方向と同じ方向にアンテナビームを電子走査させ、
特定覆域方位外において、アンテナビームを指向性アンテナよりも高速で回転させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
上記アンテナ駆動手段は、一定速度で指向性アンテナを回転駆動し、
上記走査制御手段は、特定覆域方位内において、一定速度でアンテナビームを電子走査させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
上記走査制御手段は、覆域方位記憶手段に基づいてアンテナ駆動手段を制御し、特定覆域方位内において、特定覆域方位外よりも低速の一定速度で指向性アンテナを回転駆動させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項５】
上記走査制御手段は、特定覆域方位外において、アンテナ駆動手段による指向性アンテナの加減速時に指向性アンテナを電子走査させ、
特定覆域方位外においてアンテナビームを一定速度で回転させることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
【請求項６】
指向性アンテナを方位方向に回転駆動し、アンテナ開口面を全方位に指向させるアンテナ駆動手段と、
全方位の一部を特定覆域方位として記憶する覆域方位記憶手段と、
覆域方位記憶手段に基づいてアンテナ駆動手段を制御し、特定覆域方位内において、特定覆域方位外よりも低速の一定速度で指向性アンテナを回転させる走査制御手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項７】
上記走査制御手段は、指向性アンテナに対する相対的なビーム走査範囲の中央部に比べ、アンテナ利得の低下する端部において、より高仰角のアンテナビームを形成させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項８】
上記覆域方位記憶手段は、２以上の重複しない特定覆域方位を記憶することを特徴とする請求項１又は６に記載のレーダ装置。
【請求項９】
上記覆域方位記憶手段は、２以上の特定覆域方位を記憶し、上記走査制御手段は、スキャン周期ごとに異なる特定覆域方位を選択し、選択された特定覆域方位に基づいて、アンテナ駆動手段又はビーム形成手段を制御することを特徴とする８に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
受信信号に基づいて目標の追尾処理を行う追尾処理手段を備え、
上記覆域方位記憶手段は、追尾結果に基づいて更新され、追尾目標の方位を特定覆域方位として記憶することを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
送信ビームを形成する送信局と、受信ビームを形成する受信局からなり、
送信局及び受信局は、アレイアンテナを方位方向に回転駆動し、アンテナ開口面を全方位に指向させるアンテナ駆動手段と、アンテナビームを形成するビーム形成手段と、ビーム形成手段を制御し、アンテナビームを電子走査させる走査制御手段とをそれぞれ備え、
送信局は、さらに全方位の一部を特定覆域方位として記憶する覆域方位記憶手段を備え、
送信局の走査制御手段は、覆域方位記憶手段に基づいてビーム形成手段を制御し、特定覆域方位内において、アレイアンテナの回転方向とは逆方向に送信ビームを電子走査させ、
受信局の走査制御手段は、送信局の覆域方位記憶手段に基づいてビーム形成手段を制御し、特定覆域方位内において、アレイアンテナの回転方向とは逆方向に受信ビームを電子走査させることを特徴とするレーダシステム。
【請求項１２】
アレイアンテナを方位方向に回転駆動し、アンテナ開口面を全方位に指向させるアンテナ駆動ステップと、
各素子アンテナごとに位相制御を行い、アンテナビームを形成するビーム形成ステップと、
全方位の一部を特定覆域方位として記憶する覆域方位記憶手段に基づいて、ビーム形成手段を制御し、特定覆域方位内において、指向性アンテナの回転方向とは逆方向にアンテナビームを電子走査させる走査制御ステップとを備え、
特定覆域方位内において、アンテナビームを指向性アンテナよりも低速で回転させることを特徴とするレーダ走査制御方法。
【請求項１３】
指向性アンテナを方位方向に回転駆動し、アンテナ開口面を全方位に指向させるアンテナ駆動ステップと、
全方位の一部を特定覆域方位として記憶する覆域方位記憶手段に基づいてアンテナ駆動手段を制御し、特定覆域方位内において、特定覆域方位外よりも低速の一定速度で指向性アンテナを回転させる走査制御ステップとを備えたことを特徴とするレーダ走査制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置、レーダシステム及びレーダ走査制御方法に係り、より詳しくは、指向性アンテナを方位方向に回転駆動してビーム走査を行うレーダ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダ装置としては、例えば、特許文献１または２に記載のものがある。特許文献１に記載のレーダ装置は、アンテナビームの走査において、アンテナビームの回転角速度を低下させる期間を設け、アンテナビームの走査に起因するスペクトル幅の拡大を防止し、角速度の低下期間中の受信エコー信号から距離情報、速度情報を求め、アンテナビームの走査に起因する虚偽の速度情報の発生を減少させることでＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）フィルタの効果を向上させて、ドップラレーダの探知性能が向上するように構成される。
【０００３】
また、特許文献２に記載のレーダ装置は、電子走査アンテナ及びレーダ送受信部を、複数の互いに異なる覆域領域を設定したビームスケジューラを切替え供給して制御するように構成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２２８２４３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２６４４１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様な従来のレーダ装置では、探知距離が方位によらず一定で、水平面内における覆域は円形状となり、特定の方位を重点的に捜索しようとしても対応することができないという問題があった。このため、目標の存在する可能性の高い方位が予め想定されるような場合であっても、その方位の探知距離を伸延させて重点的に捜索するということができなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、所定の覆域方位を重点的に捜索することができるレーダ装置、レーダシステム及びレーダ走査制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるレーダ装置は、２以上の素子アンテナからなる指向性アンテナと、指向性アンテナを方位方向に回転駆動し、アンテナ開口面を全方位に指向させるアンテナ駆動手段と、各素子アンテナごとに位相制御を行い、アンテナビームを形成するビーム形成手段と、全方位の一部を特定覆域方位として記憶する覆域方位記憶手段と、覆域方位記憶手段に基づいてビーム形成手段を制御し、特定覆域方位内において、指向性アンテナの回転方向とは逆方向にアンテナビームを電子走査させる走査制御手段とを備えて構成される。
【０００８】
この様な構成により、所定の特定覆域方位内において、アンテナの回転駆動をアンテナビームの電子走査によって相殺し、アンテナビームを指向性アンテナよりも低速で回転させ、特定覆域方位内における探知距離を伸延させることができる。
【０００９】
また、本発明によるレーダ装置は、指向性アンテナを方位方向に回転駆動し、アンテナ開口面を全方位に指向させるアンテナ駆動手段と、全方位の一部を特定覆域方位として記憶する覆域方位記憶手段と、覆域方位記憶手段に基づいてアンテナ駆動手段を制御し、特定覆域方位内において、特定覆域方位外よりも低速の一定速度で指向性アンテナを回転させる走査制御手段とを備えて構成される。
【００１０】
この様な構成により、所定の特定覆域方位内において、アンテナの回転速度を低下させ、特定覆域方位内における探知距離を伸延させることができる。
【００１１】
また、本発明によるレーダシステムは、送信ビームを形成する送信局と、受信ビームを形成する受信局からなる。送信局及び受信局は、アレイアンテナを方位方向に回転駆動し、アンテナ開口面を全方位に指向させるアンテナ駆動手段と、アンテナビームを形成するビーム形成手段と、ビーム形成手段を制御し、アンテナビームを電子走査させる走査制御手段とをそれぞれ備えている。さらに、送信局は、全方位の一部を特定覆域方位として記憶する覆域方位記憶手段を備えている。送信局の走査制御手段は、覆域方位記憶手段に基づいてビーム形成手段を制御し、特定覆域方位内において、アレイアンテナの回転方向とは逆方向に送信ビームを電子走査させる。また、受信局の走査制御手段は、送信局の覆域方位記憶手段に基づいてビーム形成手段を制御し、特定覆域方位内において、アレイアンテナの回転方向とは逆方向に受信ビームを電子走査させる。
【００１２】
この様な構成により、バイスタティック型のレーダシステムにおいて、送信ビーム及び受信ビームの回転速度を共通の特定覆域方位内で低下させ、特定覆域方位内における探知距離を伸延させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるレーダ装置の一構成例を示したブロック図である。本実施の形態のレーダ装置１１０は、機械回転式のアレイアンテナを回転駆動するとともに、特定の覆域方位内においてアンテナビームを逆方向に電子走査し、当該覆域内においてアンテナビームを低速で回転させるレーダ装置である。
【００１４】
このレーダ装置１１０は、素子アンテナ３、サーキュレータ４、電力増幅器５、低雑音増幅器６、送受信切替器７、移相器８、電力分配器９、送信機１０、受信機１１、コヒーレント積分器１２、スレッショルド検出器１３、追尾処理器１４、走査テーブル１５、走査制御器１６、ビーム制御器１７及びアンテナ駆動器１８により構成される。
【００１５】
素子アンテナ３は、水平方向（方位方向）に２以上配置され、指向性アンテナとしてのアクティブフェーズドアレイアンテナを構成している。また、各素子アンテナ３ごとにサーキュレータ４が設けられている。サーキュレータ４は、電力増幅器５及び低雑音増幅器６に接続された循環回路である。
【００１６】
電力増幅器５により増幅された送受信信号は、サーキュレータ４を介して素子アンテナ３へ出力される。そして、素子アンテナ３から電波として空間へ送信される。この電波の一部は追尾目標１により反射され、レーダエコーとして素子アンテナ３により受信される。レーダエコーを含む素子アンテナ３の受信信号は、サーキュレータ４を介して低雑音増幅器６へ入力され、電力増幅される。
【００１７】
電力増幅器５及び低雑音増幅器６は、送受信切替器７を介して移相器８に接続されている。送受信切替器７は、移相器８を電力増幅器５又は低雑音増幅器６に選択的に接続する切替手段であり、送信時には電力増幅器５が移相器８に接続され、受信時には低雑音増幅器６が移相器８に接続される。
【００１８】
移相器８は、各素子アンテナ３ごとに設けられ、送受信信号の位相を所定の移相量だけ変化させることができる。この移相量は、ビーム制御器１７によって制御される。
【００１９】
送信機１０からの送信信号は、電力分配器９により素子アンテナ３ごとに分配出力され、移相器８による位相制御後の送信信号が対応する素子アンテナ３へ出力される。一方、各素子アンテナ３からの受信信号は、それぞれ移相器８において位相制御され、電力分配器９による電力合成後の受信信号が受信機１１へ出力される。
【００２０】
送信機（ＴＸ）１０は、走査制御器１６からの制御信号に基づいて、送信パルス信号を所定のパルス繰返し周期で生成し、電力分配器９へ出力している。受信機（ＲＸ）１１は、電力分配器９からの受信信号を検波処理し、処理後の受信信号をコヒーレント積分器１２へ出力している。
【００２１】
コヒーレント積分器１２は、受信機１１からの受信信号を積分処理し、ビデオ信号におけるＳ／Ｎ（信号雑音比）の改善を行っている。スレッショルド検出器１３は、コヒーレント積分処理後の受信信号の振幅を所定の閾値と比較し、閾値を超える受信信号に基づいて追尾目標１の検出を行っている。この検出処理によって、追尾目標１までの距離及び方位などが得られる。追尾処理器１４は、スレッショルド検出器１３による検出結果に基づいて、追尾処理を行っている。
【００２２】
なお、受信信号に対しパルス圧縮処理または移動目標検出処理のような信号処理方式を適用して追尾目標１の検出を行う構成であっても良い。
【００２３】
アンテナ駆動器１８は、垂線方向の回転軸を中心として、アレイアンテナを方位方向に機械回転駆動している。この回転駆動によって、アレイアンテナ開口面の指向方向は一定速度（角速度）で一方向へ回転し、所定のスキャン周期で１回転する。
【００２４】
ビーム制御器１７は、アレイアンテナの開口面前方の所定方向にアンテナビーム（送受信ビーム）２を形成している。アンテナビーム２の形成は、各移相器８の移相量を指定し、各素子アンテナ３ごとに送受信信号の位相を制御することによって行われる。また、アンテナ開口面に対するアンテナビーム２の方向は、各移相器８の移相量の差によって決まる。このため、ビーム制御器１７は、アレイアンテナの指向方向に対し、任意の方向にアンテナビーム２を形成することができ、この相対的な方向をダイナミックに変化させれば、アンテナビーム２を電子走査させることができる。
【００２５】
走査テーブル１５は、スキャン周期ごとに繰り返されるビーム走査の走査スケジュールを記憶する記憶手段であり、走査スケジュールとして、重点的覆域方位Ａが記憶されている。重点覆域方位Ａは、追尾目標１が存在する可能性の高い覆域方位であり、レーダの覆域内の一部の方位（の範囲）として予め与えられる。なお、レーダの覆域は、捜索対象とする追尾目標１に対応してあらかじめ定められ、例えば、方位方向に３６０°の全周、仰角θｅｌ及び最大距離Ｒｍａｘにより区切られたエリアである。
【００２６】
走査制御器１６は、走査テーブル１５の走査スケジュールに基づいてビーム走査の制御を行っている。走査制御器１６は、送信機１０及びアンテナ駆動器１８に対し、走査開始及び走査終了のための制御信号を出力する。この制御信号に基づいて、アンテナ駆動器１８が、アレイアンテナを一定速度で機械回転駆動し、送信機１０が、一定のパルス繰返周期でパルス信号を送出する。また、走査制御器１６は、ビーム制御器１７に対し、位相制御のための制御信号を出力する。この制御信号に基づいて、ビーム制御器１７は、アンテナビーム２の電子走査を行っている。
【００２７】
アンテナ駆動器１８により、アレイアンテナを方位方向に機械回転走査しながら、ビーム制御器１７により、アンテナビーム２を方位方向に電子走査した場合、アンテナビーム２の方位方向の走査速度は、機械回転走査及び電子走査の合成速度となる。このアンテナビームを送受信ビームとして、送信機１０で生成されたパルス信号が送信され、そのレーダエコーが受信される。
【００２８】
図２は、図１のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図であり、走査時間ごとの方位変化を表している。ビーム指向方位をθａｚとし、アレイアンテナの指向方位を機械指向方位θｍとし、アレイアンテナの指向方向に対するアンテナビームの相対的な角度、すなわち、ビーム制御器１７の電子走査によるビーム走査角をθｅとすれば、θｅ＝θａｚ−θｍと表すことができる。
【００２９】
走査テーブル１５における重点的覆域方位Ａを０°〜θ１の範囲及びθ２〜３６０°の範囲とする。例えば、重点的覆域方位Ａが北を基準として−３０°〜＋３０°の範囲であれば、θ１＝３０°，θ２＝３３０°となる。また、同一のビーム走査によるスキャンを繰り返し行うために、走査時間＝０において、θａｚ＝θｍ＝０°とし、走査時間＝ｔ３（スキャン周期）において、θａｚ＝θｍ＝３６０°としている。
【００３０】
アレイアンテナは、アンテナ駆動器１８により一定の角速度で回転駆動されるので、走査時間ごとの機械指向方位θｍの変化は傾き一定の直線になる。ところが、送受信ビームは、重点的覆域方位Ａ内においてアレイアンテナに対し回転方向と逆方向に電子走査されるため、ビーム走査は減速され、機械回転走査よりも低速で走査される。このため、この区間（走査時間＝０〜ｔ１及びｔ２〜ｔ３）におけるビーム指向方位θａｚの変化は、機械指向方位θｍの場合よりも傾きの小さい直線となる。
【００３１】
一方、重点的覆域方位Ａ以外においては、回転方向と同じ方向に電子走査されるため、ビーム走査は加速され、機械回転走査よりも高速で走査される。すなわち、ビーム指向方位θａｚの変化は、区間（走査時間＝ｔ１〜ｔ２）において、機械指向方位θｍの場合よりも傾きの大きい直線になる。
【００３２】
ビーム走査開始直後の走査時間＝０の近傍におけるレーダの状態ａでは、アレイアンテナの回転方向と逆方向に電子走査されているため、電子ビーム走査角θｅが減少している。一方、走査時間＝ｔ１とｔ２の間におけるレーダの状態ｂでは、回転方向と同じ方向に電子走査されているため、θｅが増加している。なお、走査時間＝ｔ３以降は、走査時間＝０〜ｔ３のビーム走査が繰り返される。
【００３３】
図３は、図１のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した動作説明図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ状態ａ、ｂについて、アンテナ開口面と送受信ビームの関係を示した概略図である。また、図３（ｃ）は、全方位についてレーダ装置の覆域が示されている。
【００３４】
レーダのアレイアンテナが時計回りに機械回転しているとすれば、レーダの状態ａにおいて、アレイアンテナの前方に形成された送受信ビームは、アレイアンテナの方位方向の回転と逆方向、すなわち、反時計回りに電子走査されている。一方、レーダの状態ｂにおいては、アレイアンテナの回転と同方向、すなわち、時計回りに電子走査されている。
【００３５】
このため、送受信ビームは、重点的覆域方位Ａ内（状態ａを含む）において低速走査され、重点的覆域方位Ａ以外の覆域方位内（状態ｂを含む）において相対的に高速走査される。
【００３６】
送受信ビームの走査速度を減速して低速走査することにより、当該方位に対する送信パルス数を増加させることができる。送信パルス数が増加すれば、コヒーレント積分におけるＳ／Ｎの改善量が向上し、レーダ探知距離が伸延する。従って、重点的覆域方位Ａ内におけるレーダ探知距離をＲ１とし、重点的覆域方位Ａ以外の覆域方位内における探知距離をＲ３とすると、Ｒ１＞Ｒ３となる。ここで、送受信ビームの走査速度は、所望のレーダ探知距離が得られるように設定される。
【００３７】
具体的には、図３（ｃ）において、時刻ｔ１（θａｚ＝３０°）までは、機械的なアンテナ指向方位θｍの回転に逆行するように、反時計方向にビームを電子走査し、ビーム走査角θｅは徐々に大きくなる。そして、ビーム指向方位θａｚが重点的覆域方位Ａを抜け出す時刻ｔ１以降、時計回りに電子走査を行われ、ビーム走査角θｅが徐々に小さくなる。その後、ビーム指向方位θａｚが機械的なアンテナ指向方位θｍと一致した後も、更に、時計回りに電子走査を行い、逆向きのビーム走査角θｅが徐々に大きくなる。
【００３８】
その後、ビーム指向方位θａｚが、重点的覆域方位Ａに入る時刻ｔ３（方位θａｚ＝−３０°）以降は、再び反時計方向へビームを電子走査し、ビーム走査角θｅが徐々に小さくなるように制御される。その後、機械的なアンテナ指向方位θｍと一致し、その後も更に反時計回りに電子走査が行われる。
【００３９】
図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、図１のレーダ装置における探知動作の一例を示したフローチャートである。追尾目標１を探知するためのビーム走査が開始されると、ビーム制御器１７によりアレイアンテナの前方に送受信ビーム２が形成される（ステップＳ１０１）。
【００４０】
このとき、送受信ビーム２が形成される方位が重点的覆域方位Ａ内にある場合には、送受信ビーム２がアレイアンテナの回転方向と逆方向に電子走査され、低速ビーム走査になる（ステップＳ１０２及びＳ１０３）。一方、送受信ビーム２が形成される方位が重点的覆域方位Ａ以外の覆域方位内にある場合には、送受信ビーム２がアレイアンテナの回転方向と同じ方向に電子走査され、高速ビーム走査になる（ステップＳ１０５）。
【００４１】
そして、送信パルス繰返し周期ごとの受信信号に基づいて、スレッショルド検出器１３により追尾目標１の検出が行われ、検出結果に基づいて追尾処理器１４により追尾処理が行われる（ステップＳ１０４）。
【００４２】
本実施の形態によれば、重点的覆域方位Ａ内において、より低速のビーム走査を行うことができ、重点的覆域方位内におけるレーダ探知距離を伸延することができる。このため、追尾目標１の存在する可能性の高い覆域方位が予め想定されるような場合に、その特定の覆域方位の探知距離を伸延させて重点的に捜索することができる。
【００４３】
また、重点的覆域方位Ａ内において、アレイアンテナの回転方向とは逆方向へビームを電子走査することによって、ビーム走査速度を低減している。このため、アレイアンテナの回転速度を制御する必要がなく、アンテナ駆動器は一定速度でアレイアンテナを回転させればよいので、簡素にレーダ装置を構成することができる。
【００４４】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。本実施の形態のレーダ装置１２０は、指向性アンテナを方位方向に回転駆動してビーム走査を行うレーダであって、回転駆動を制御することにより特定の覆域方位内を減速してビーム走査することができる。
【００４５】
このレーダ装置１２０は、アンテナ１９、サーキュレータ４、送信機１０、受信機１１、コヒーレント積分器１２、スレッショルド検出器１３、追尾処理器１４、走査テーブル２０、走査制御器２１及びアンテナ駆動器２２により構成される。
【００４６】
アンテナ１９は、反射鏡等を有する指向性アンテナである。送信機１０によりサーキュレータ４を介して出力された送信信号はアンテナ１９から送信され、そのエコー信号はアンテナ１９で再び受信される。この受信信号はサーキュレータ４を介して受信機１１へ出力される。
【００４７】
送信機（ＴＸ）１０は、走査制御器２１からの制御信号に基づいて、送信パルス信号を所定のパルス繰返し周期で生成出力している。受信機（ＲＸ）１１は、受信信号を検波処理し、処理後の受信信号をコヒーレント積分器１２へ出力している。
【００４８】
走査制御器２１は、走査テーブル２０の走査スケジュールに基づいてビーム走査の制御を行っている。送信機１０に対しては、走査開始及び走査終了のための制御信号が出力され、アンテナ駆動器２２に対しては、駆動制御のための制御信号が出力される。
【００４９】
アンテナ駆動器２２は、走査制御器２１からの制御信号に基づいて、アンテナ１９を方位方向に回転駆動している。回転駆動は、角速度を複数（２以上）に切替えて行われ、この回転駆動によりアンテナ１９の前方に形成された送受信ビーム２は、方位方向にビーム走査される。
【００５０】
ここで、送受信ビーム２が重点的覆域方位Ａ内に存在するときは、低速の一定速度で回転駆動が行われ、送受信ビーム２が重点的覆域方位Ａ以外の覆域方位内に存在するときは、高速の一定速度で回転駆動が行われる。その他の構成は、図１のレーダ装置１１０（実施の形態１）と同様である。
【００５１】
図６は、図５のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図であり、走査時間ごとの方位変化を表している。本実施の形態では、送受信ビームがアンテナ１９の指向方向に形成されるため、アンテナ１９の機械指向方位θｍが送受信ビームのビーム指向方位θａｚと等しくなっている。
【００５２】
送受信ビームが重点的覆域方位Ａ内にあるときは、アンテナ１９が減速して回転駆動されるため、この区間（走査時間＝０〜ｔ１及びｔ２〜ｔ３）において、ビーム走査は減速され低速走査になる。
【００５３】
一方、重点的覆域方位Ａ以外においては、アンテナ１９が加速して回転駆動されるため、ビーム走査は加速され相対的に高速走査になる。このため、走査時間ごとのビーム指向方位θａｚの変化は、区間（走査時間＝ｔ１〜ｔ２）における傾きが区間（走査時間＝０〜ｔ１及びｔ２〜ｔ３）における傾きと比べて大きい折れ線になっている。
【００５４】
図７は、図５のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した動作説明図であり、図７（ａ）は動作中のレーダを側方から見た図、図７（ｂ）は動作中のレーダを上方から見た図をそれぞれ表している。
【００５５】
アンテナ１９の前方に形成された送受信ビームは、アンテナ１９の機械回転とともに、アンテナ１９の回転方向と同じ方向、すなわち、時計回りにビーム走査される。送受信ビームが重点的覆域方位Ａ内にあるときには、アンテナ１９が低速回転され、送受信ビームが重点的覆域方位Ａ以外の覆域方位内にあるときには、アンテナ１９が相対的に高速回転される。
【００５６】
ここで、送受信ビームを重点的覆域方位Ａ内において低速走査させることにより、信号処理における送信パルスごとのヒット積分数を多くすることができ、レーダ探知距離を長くすることができる。
【００５７】
本実施の形態によれば、重点的覆域方位Ａ内だけを減速してビーム走査することができ、この覆域方位のレーダ探知距離を伸延することができる。このため、追尾目標１の存在する可能性の高い覆域方位が予め想定されるような場合に、その特定の覆域方位の探知距離を伸延させて重点的に捜索することができる。
【００５８】
また、アンテナ１９の回転速度の制御によりビーム走査の減速を行っているので、アンテナ１９の構成が容易である。さらに、ビーム指向方位θａｚが常にアンテナ１９の機械指向方位θｍと等しいので、電子ビーム走査によりθａｚがθｍとずれてアンテナ利得が低下するということが生じない。このため、効率的に覆域を構成することができる。
【００５９】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。本実施の形態のレーダ装置１３０は、図１のレーダ装置１１０（実施の形態１）と比較すれば、電子走査と並行してアレイアンテナの回転速度の制御を行っている点で異なる。
【００６０】
走査テーブル２３は、電子走査によるアンテナ利得の低下を考慮したものとなっている。走査制御器１６は、この走査テーブル２３に基づいて、アレイアンテナの回転速度を制御するための制御信号をアンテナ駆動器２２へ出力している。
【００６１】
アンテナ駆動器２２は、走査制御器１６からの制御信号に基づいて、角速度を切替えてアレイアンテナを回転駆動している。ここで、送受信ビームが重点的覆域方位Ａ内に存在するときは、低速で回転駆動が行われ、送受信ビームが重点的覆域方位Ａ以外の覆域方位内に存在するときは、高速で回転駆動が行われる。その他の構成は、図１のレーダ装置１１０と同様である。
【００６２】
図９は、図８のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図である。本実施の形態では、電子走査に合わせてアレイアンテナの回転速度の制御が行われるため、走査時間ごとの機械指向方位θｍの変化も折れ線になっている。
【００６３】
重点的覆域方位Ａが０°〜θ１の範囲及びθ４〜３６０°の範囲とすれば、送受信ビームが重点的覆域方位Ａ内にあるとき、アンテナの機械指向方位θｍは０°〜θ２（＞θ１）及びθ３（＜θ４）〜３６０°となり、アレイアンテナはこの範囲を減速して回転駆動される。このとき、送受信ビームはアレイアンテナの回転方向と逆方向に電子走査されるため、走査時間ごとのビーム指向方位θａｚの変化は、この区間（走査時間＝０〜ｔ１及びｔ２〜ｔ３）において機械指向方位θｍよりも傾きの小さい直線になっている。
【００６４】
一方、送受信ビームが重点的覆域方位Ａ以外の覆域方位内にあるとき、アンテナの機械指向方位θｍはθ２〜θ３となり、アレイアンテナはこの範囲を加速して回転駆動される。このとき、送受信ビームはアレイアンテナの回転方向に電子走査されるため、この区間（走査時間＝ｔ１〜ｔ２）において、ビーム指向方位θａｚの変化は、機械指向方位θｍに比べて傾きの大きい直線になっている。
【００６５】
電子走査と並行して機械回転走査の速度制御を行うことにより、電子ビーム走査角θｅを小さくすることができる。このとき、アレイアンテナに対する電子走査の範囲も小さくなる。ところで、アンテナ利得をＧとし、その低下量をΔＧとすると、ΔＧ∝ｃｏｓθｅの関係がある。また、レーダ方程式によれば、レーダ探知距離をＲとすると、Ｒ４∝Ｇ２の関係がある。従って、θｅを小さくすることにより、ΔＧを軽減することができ、電子走査範囲の中央部より外側におけるＲの低下を抑制することができる。
【００６６】
本実施の形態によれば、電子走査及び機械回転走査を組み合わせてビーム走査の走査速度を減速しているので、特定の覆域方位において探知距離Ｒを伸延させることができるとともに、電子走査だけで減速を行っている実施の形態１と比べて、電子ビーム走査角θｅを小さく設定することができる。このため、特定の覆域方位内においてビーム走査の走査範囲の中央部より外側における探知距離Ｒの低下を軽減することができる。
【００６７】
また、機械回転走査だけで減速を行っている実施の形態２と比べて、低速回転時及び高速回転時における機械回転の速度差を抑制することができ、駆動制御が容易となり、ビーム走査の安定性が増す。
【００６８】
実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。本実施の形態のレーダ装置１４０は、図８のレーダ装置１３０（実施の形態３）と比較すれば、機械回転の加減速時の走査速度を補正する電子走査を行っている点で異なる。
【００６９】
走査テーブル２４は、アレイアンテナの機械回転駆動における加減速を考慮したものとなっている。走査制御器１６は、この走査テーブル２４に基づいて、ビーム走査の制御を行っている。
【００７０】
ビーム制御器１７は、アレイアンテナの機械回転における加減速時の走査速度を補正する位相制御を行っている。その他の構成は、図８のレーダ装置１３０と同様である。
【００７１】
図１１は、図１０のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図である。本実施の形態では、アレイアンテナの機械回転の加速時及び減速時におけるビーム走査の走査速度を補正する電子走査が行われる。
【００７２】
重点的覆域方位Ａ（０°〜θ１の範囲及びθ４〜３６０°の範囲）内では、アレイアンテナの機械回転の減速制御により、アンテナビームは一定速度で低速走査されている。一方、低速走査される区間（走査時間＝０〜ｔ１及びｔ４〜ｔ５）以外の区間では、アレイアンテナの機械回転が加速される。
【００７３】
ここで、アレイアンテナの機械回転が加速されて高速回転に移行するまでには、通常、ある程度の加速期間（走査時間＝ｔ１〜ｔ２）を要する。同様に、機械回転が減速されて低速回転に移行するまでには、減速期間（走査時間＝ｔ３〜ｔ４）を要する。この機械回転の加減速期間を経て機械回転は一定の回転速度に達する。
【００７４】
加減速期間における走査速度を一定に保ちながらビーム走査を行うために、区間（走査時間＝ｔ１〜ｔ４）において位相制御による電子走査を行っている。この電子走査は、機械回転の加速開始直後及び減速終了直前において機械回転方向と同方向に行われ、高速回転している期間において回転方向と逆方向に行われる。
【００７５】
このため、走査時間ごとのビーム指向方位θａｚの変化は、区間（走査時間＝ｔ１〜ｔ４）において傾きが一定の直線となる。この様にして、加減速期間を含む高速走査期間において、走査速度を一定に保ちながらビーム走査を行うことができる。
【００７６】
図１２は、図１０のレーダ装置におけるアレイアンテナの機械回転を示した状態図であり、指向方位ごとの角速度変化を表している。アレイアンテナの機械回転は、重点的覆域方位Ａ（０°〜θ１の範囲及びθ４〜３６０°の範囲）内において、低速（角速度ω＝ω１）で行われ、重点的覆域方位Ａ以外の覆域方位内において高速（角速度ω＝ω２）で行われている。
【００７７】
機械回転の加減速時（θ１〜θ２及びθ３〜θ４）に、ビーム走査の走査速度が変化するのを電子走査により補正している。
【００７８】
図１３は、図１０のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した動作説明図である。重点的覆域方位Ａ内では、機械回転走査により低速ビーム走査を行い、重点的覆域方位Ａ以外の覆域方位内では、機械回転走査及び電子走査を組み合わせて高速ビーム走査を行っている。これにより、加減速期間を含む高速走査期間におけるビーム走査速度を一定にすることができる。
【００７９】
本実施の形態によれば、ビーム走査における安定性が向上し、効率的に覆域を構成することができる。
【００８０】
なお、レーダアンテナが屋外に設置され、風力などの外乱要因により機械回転の回転速度にムラが生じる場合に、回転速度の変化を検出し、回転速度のムラを補正するために電子走査を行う構成であっても良い。
【００８１】
実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。本実施の形態のレーダ装置１５０は、図１のレーダ装置１１０（実施の形態１）と比較すれば、電子走査のための走査テーブルを複数備えている点で異なる。
【００８２】
走査テーブル１５，２５は、２以上の重点的覆域方位に対応したものとなっており、走査テーブル１５には、重点的覆域方位Ａが記憶され、走査テーブル２５には、重点的覆域方位Ｂが記憶されている。これらの重点覆域方位Ａ，Ｂは、ともにレーダの覆域方位の一部であるが、同一方位が含まれていない、すなわち、互いに重複しない異なる覆域方位であるものとする。
【００８３】
走査制御器１６は、走査テーブル１５，２５に基づいて走査制御を行い、１スキャン周期内において重点的覆域方位Ａ及びＢ内が減速走査される。その他の構成は、図１のレーダ装置１１０と同様である。
【００８４】
図１５は、図１４のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図である。重点的覆域方位Ａを０°〜θ１の範囲及びθ４〜３６０°の範囲とし、重点的覆域方位Ｂをθ２〜θ３の範囲とする。例えば、覆域方位Ａが仮に北を基準として、−３０°〜＋３０°の範囲であれば、θ１＝３０°，θ４＝３３０°となり、覆域方位Ｂが１６０°〜２００°の範囲であれば、θ２＝１６０°，θ３＝２００°となる。
【００８５】
これらの重点的覆域方位内では電子走査により減速されてビーム走査が行われ、低速走査になる。すなわち、送受信ビームは、覆域方位Ａに対応する区間（走査時間＝０〜ｔ１とｔ４〜ｔ５）、及び、覆域方位Ｂに対応する区間（走査時間＝ｔ２〜ｔ３）において低速走査され、これら以外の覆域方位において高速走査されている。
【００８６】
覆域方位Ａにおける探知距離をＲ１、覆域方位Ｂにおける探知距離をＲ２、そして、覆域方位Ａ及びＢ以外の覆域方位における探知距離をＲ３とすると、Ｒ１＞Ｒ３，Ｒ２＞Ｒ３となっており、この様な複雑な覆域を構成することができる。なお、走査テーブル数を増やすことにより、３以上の重点的覆域方位に対応することができる。
【００８７】
本実施の形態によれば、特定の覆域方位が複数存在する場合に、探知距離を伸延させてこれらの覆域方位内をビーム走査することができる。
【００８８】
なお、アレイアンテナの機械回転の速度制御による減速走査を、電子走査と並行して行う構成であっても良い。
【００８９】
実施の形態６．
図１６は、本発明の実施の形態６によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。本実施の形態のレーダ装置１６０は、図１４のレーダ装置１５０（実施の形態５）と比較すれば、複数の走査テーブルを切替えてビーム走査を行っている点で異なる。
【００９０】
アレイアンテナの機械回転における回転走査のスキャンごとに走査テーブル１５，２５が切替えられる。この走査テーブル１５，２５の切替えは、走査テーブル切替器２６により行われ、スキャン周期ごとに走査テーブル１５または２５のいずれか一方が順次に走査制御器１６へ出力される。
【００９１】
走査制御器１６は、スキャン周期ごとの走査テーブル１５，２５に基づいて、走査制御を行っている。その他の構成は、図１４のレーダ装置１５０と同様である。
【００９２】
図１７は、図１６のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図である。走査時間＝０〜ｔ３（スキャン周期）は、走査テーブル１５に基づいてビーム走査が行われ、重点的覆域方位Ａ（走査時間＝０〜ｔ１及びｔ２〜ｔ３）において低速走査されている。
【００９３】
一方、次のスキャン周期の走査時間＝ｔ３〜ｔ６は、走査テーブル２５に基づいてビーム走査が行われ、重点的覆域方位Ｂ（走査時間＝ｔ４〜ｔ５）において低速走査されている。この様にして、スキャン周期ごとに重点的覆域方位を切替えてビーム走査が行われる。
【００９４】
本実施の形態によれば、実施の形態５の場合と同様、重点的覆域方位が複数存在する場合に、探知距離を伸延させてこれらの覆域方位内を重点的にビーム走査することができる。更に、本実施の形態では、２以上の重点的覆域領域が、それぞれ広範囲である場合や、一部が重複している場合にも適用することができる。
【００９５】
実施の形態７．
本実施の形態のレーダ装置１７０は、図１のレーダ装置１１０（実施の形態１）と比較すれば、アレイアンテナに対する電子走査の走査範囲内において、中央部に比べ、外側において仰角がより大きくなるビーム走査を行うように位相制御している点で異なる。
【００９６】
素子アンテナ３は、垂直方向（仰角方向）にも複数配置されている。送受信ビームの仰角は、これらの素子アンテナ３に対する移相量の差によって決まるため、ビーム制御器１７が各移相器８に対し移相量を指定することにより、送受信ビームの仰角を制御することができる。本実施の形態では、ビーム制御器１７が、送受信ビームの方位方向だけでなく仰角方向の制御も行っており、アンテナ利得の低下に応じて、送受信ビームの仰角を大きくする走査制御を行っている。その他の構成は、図１のレーダ装置１１０と同様である。
【００９７】
図１８は、本発明の実施の形態７によるレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した動作説明図であり、図１８（ａ）は垂直面覆域内におけるビーム仰角の変化に伴う探知距離の変化を表し、図１８（ｂ）は動作中のアレイアンテナを上から見た図を表している。
【００９８】
目標高度が予め一定の高度であると想定される場合に設定される覆域は、相対的に高仰角において探知距離が短くなっている。ところで、アレイアンテナに対する電子走査の走査範囲の中央部より外側では、ビーム指向方位がアンテナ正面から外れ、アンテナ利得が低下し、探知距離が短くなる。
【００９９】
従って、アンテナ利得が低下する電子走査の走査範囲の中央部より外側において、ビーム指向仰角を大きくする位相制御を行うことにより、アンテナ利得が低下して探知距離が短くなるタイミングで高仰角覆域を走査することができる。例えば、目標高度ごとに覆域が設定されている場合であって、垂直面覆域で高仰角の距離が短い場合であれば、高仰角をビーム走査する際の探知距離は、短くてもよい。このため、アンテナ開口面の正面以外に電子ビームを走査するタイミングを高仰角の覆域に割り当てることによって、覆域走査を効率的に行うことができるとともに、アンテナ利得の低下による影響を低減することができる。
【０１００】
実施の形態８．
図１９は、本発明の実施の形態８によるレーダシステムの一構成例を示したブロック図である。本実施の形態のレーダシステム１８０は、送信局及び受信局が異なる場所に設置されるバイスタティックレーダであり、受信局が送信局の走査テーブルに基づいてビーム走査を行っている。
【０１０１】
このレーダシステム１８０は、受信局２７、送信局２８及びバイスタ送信局ビーム指向方位テーブル２９からなる。受信局２７は、受信ビームを形成するレーダ装置であり、送信局２８は、送信ビームを形成するレーダ装置である。受信局２７及び送信局２８は、異なる場所に設置され、それぞれ図８のレーダ装置１３０（実施の形態３）と同様に構成される。
【０１０２】
バイスタ送信局ビーム指向方位テーブル２９は、送信局２８の走査テーブル２３に基づいて構成され、送信局２８のビーム走査における指向方位データが記憶されている。送信局２８の指向方位データは、送信局２８の走査制御器１６からデータ伝送される。指向方位テーブル２９は、受信局２７側に備えられる。なお、指向方位データは、データ伝送する代わりに予め設定されていても良い。
【０１０３】
受信局２７の走査制御器１６は、バイスタ送信局ビーム指向方位テーブル２９の指向方位データに基づいて、走査制御を行っている。
【０１０４】
図２０は、図１９のレーダシステムにおけるビーム走査の一例を示した動作説明図である。受信局２７は、送信ビームのビーム指向方位に沿って、受信ビームのビーム指向方位を制御している。従って、重点的覆域方位内に送信ビームがある場合は、この送信ビームの覆域方位内を受信ビームが低速走査され、受信ビームの覆域が伸延される。
【０１０５】
本実施の形態によれば、重点的覆域方位の探知距離を伸延させてビーム走査を行うことができる。
【０１０６】
上記実施の形態では、２つのレーダからなるバイスタティックレーダの場合について説明したが、３以上のレーダからなるマルチスタティックレーダであっても良い。
【０１０７】
実施の形態９．
図２１は、本発明の実施の形態９によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。本実施の形態のレーダ装置１９０は、図８のレーダ装置１３０（実施の形態３）と比較すれば、走査テーブル３０を備えている点で異なる。
【０１０８】
走査テーブル３０は、追尾処理器１４からの追尾処理結果に基づいて構成され、特定目標に対するビーム指向方位が記憶される。走査制御器１６は、この走査テーブル３０に基づいて走査制御を行っている。送受信ビームは、ビーム制御器１７によって特定目標の覆域方位に指向される。
【０１０９】
図２２は、図２１のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した動作説明図である。ビーム走査によるサーチの結果、特定の追尾目標１が検出されると、その追尾目標１に対する追尾処理結果に基づいて、送受信ビーム２が追尾目標１の覆域方位に電子走査される。
【０１１０】
図２３は、図２１のレーダ装置におけるビーム走査を示した状態図であり、アンテナ指向方位ごとのビーム指向方位の変化を表している。特定の追尾目標１が存在する覆域方位θ０では、アレイアンテナの機械回転と逆方向に電子走査される。このため、アンテナ指向方位がθ１からθ２まで変化する期間、ビーム走査速度はほぼゼロとなり、ビーム指向方位はθ０に保たれている。
【０１１１】
本実施の形態によれば、所定の覆域方位を減速してビーム走査しながら、特定の追尾目標に対して重点的にビーム指向することができる。このため、追尾能力が向上し、目標検出率が上がる。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、目標の存在する可能性の高い覆域方位に対する送信パルス数を増大させ、当該覆域方位の探知距離を伸延させて重点的に捜索することができる。レーダ装置、レーダシステム及びレーダ走査制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるレーダ装置の一構成例を示したブロック図である。
【図２】図１のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図である。
【図３】図１のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した動作説明図である。
【図４】図１のレーダ装置における探知動作の一例を示したフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。
【図６】図５のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図である。
【図７】図５のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した動作説明図である。
【図８】本発明の実施の形態３によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。
【図９】図８のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図である。
【図１０】本発明の実施の形態４によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。
【図１１】図１０のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図である。
【図１２】図１０のレーダ装置におけるアレイアンテナの機械回転を示した状態図である。
【図１３】図１０のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した動作説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態５によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。
【図１５】図１４のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図である。
【図１６】本発明の実施の形態６によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。
【図１７】図１６のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した状態図である。
【図１８】本発明の実施の形態７によるレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した動作説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態８によるレーダシステムの一構成例を示したブロック図である。
【図２０】図１９のレーダシステムにおけるビーム走査の一例を示した動作説明図である。
【図２１】本発明の実施の形態９によるレーダ装置の構成例を示したブロック図である。
【図２２】図２１のレーダ装置におけるビーム走査の一例を示した動作説明図である。
【図２３】図２１のレーダ装置におけるビーム走査を示した状態図である。
【符号の説明】
３  素子アンテナ、４  サーキュレータ、５  電力増幅器、６  低雑音増幅器、
７  送受信切替器、８  移相器、９  電力分配器、１０  送信機、
１１  受信機、１２  コヒーレント積分器、１３  スレッショルド検出器、
１４  追尾処理器、１５，２０，２３，２４，２５，３０  走査テーブル、
１６，２１  走査制御器、１７  ビーム制御器、１８，２２  アンテナ駆動器、
１９  アンテナ、２６  走査テーブル切替器、２７  受信局、２８  送信局、
２９  バイスタ送信局ビーム指向方位テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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