(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運用状態変更後の情報をアンテナシステムへ指示するアンテナシステム制御部と、
入手した利得の初期値及び前記運用状態変更後の情報に基づき、アレー開口を２分割した第１及び第２の領域のそれぞれについて、運用状態変更後の利得を計算する利得計算部と、
前記利得計算部により計算された第１及び第２の領域の利得の位相差を計算する位相差計算部と、
入手した等価素子位置の初期値及び前記運用状態変更後の情報に基づき、前記第１及び第２の領域のそれぞれについて、運用状態変更後の等価素子位置を計算する等価素子位置計算部と、
前記位相差計算部による位相差計算結果、及び前記等価素子位置計算部による等価素子位置計算結果に基づいて、ビーム／ナル指向方向の変化量を計算して前記アンテナシステム制御部へフィードバックするビーム／ナル指向方向変化量計算部とを備え、
前記アンテナシステム制御部は、フィードバックされたビーム／ナル指向方向の変化量に基づいて、所望のビーム／ナル指向方向へ補正するように、前記アンテナシステムを制御する
ことを特徴とするアンテナ制御装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の領域は、それぞれ同相で給電される同相給電領域及び逆相で給電される逆相給電領域であり、前記同相給電領域及び前記逆相給電領域の相対位相差が１８０度である
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ制御装置。
【請求項３】
アンテナシステムの運用状態変更として所定数のアンテナ素子をＯＦＦする場合、
前記アンテナシステム制御部は、運用状態変更後の情報を前記利得計算部及び前記等価素子位置計算部へ通知し、
前記利得計算部は、ＯＦＦする所定数のアンテナ素子の利得の合計値を利得の初期値から減算することにより、前記第１及び第２の領域のそれぞれについて、運用状態変更後の利得を計算し、
前記等価素子位置計算部は、ＯＦＦする所定数のアンテナ素子の素子位置の合計値を等価素子位置の初期値から減算することにより、前記第１及び第２の領域のそれぞれについて、前記第１及び第２の領域のそれぞれについて、運用状態変更後の等価素子位置を計算する
ことを特徴とする請求項２記載のアンテナ制御装置。
【請求項４】
アンテナシステムの運用状態変更として所定数のアンテナ素子が故障した場合、
前記アンテナシステム制御部は、運用状態変更後の情報をアンテナシステムへ指示する代わりに、運用状態変更後の情報をアンテナシステムから受信して前記利得計算部及び前記等価素子位置計算部へ通知し、
前記利得計算部は、故障した所定数のアンテナ素子の利得の合計値を利得の初期値から減算することにより、前記第１及び第２の領域のそれぞれについて、運用状態変更後の利得を計算し、
前記等価素子位置計算部は、故障した所定数のアンテナ素子の素子位置の合計値を等価素子位置の初期値から減算することにより、前記第１及び第２の領域のそれぞれについて、前記第１及び第２の領域のそれぞれについて、運用状態変更後の等価素子位置を計算する
ことを特徴とする請求項２記載のアンテナ制御装置。
【請求項５】
アンテナコンフィギュレーション情報を取得してアンテナシステムの初期状態における利得初期値テーブルを作成する利得初期値テーブル計算部と、
アンテナコンフィギュレーション情報を取得してアンテナシステムの初期状態における等価素子位置初期値テーブルを作成する等価素子位置初期値テーブル計算部とをさらに備え、
外的要因によりアンテナシステムの運用状態に変化を生じ、かつその変化が全アンテナ素子に影響する運用状態が変化した場合、
前記アンテナシステム制御部は、前記運用状態の変化後の情報を前記アンテナシステムから受信して前記利得初期値テーブル計算部及び前記等価素子位置初期値テーブル計算部へ通知し、
前記利得初期値テーブル計算部は、前記運用状態の変化後の情報に基づき前記利得初期値テーブルを再計算してテーブルの初期化を実行し、運用状態の変化後の利得の初期値を前記利得計算部へ通知するとともに、
前記等価素子位置初期値テーブル計算部は、前記運用状態の変化後の情報に基づき前記等価素子位置初期値テーブルを再計算してテーブルの初期化を実行し、運用状態の変化後の等価素子位置の初期値を前記等価素子位置計算部へ通知する
ことを特徴とする請求項２記載のアンテナ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アンテナ素子の位相制御によりフェーズドアレーアンテナから放射される電磁波のビーム／ナル指向方向を走査するアンテナシステムを制御対象とするアンテナ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来装置は、レドームの影響によるボアサイトエラー補正をビーム／ナル指向方向に応じて行なうことにより、レドームの特性に関わらず高精度の誘導信号を計算するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１３８１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レドームの影響によるビーム／ナル指向方向の変化量は、実運用上のアンテナシステムの運用状態に依存する。しかしながら、上述したような従来装置では、アンテナの運用パラメータの変更やアンテナ素子の故障等、実運用上のアンテナシステムの運用状態の変化に対する対策は何も施されていないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、アンテナシステムの運用パラメータの変更や故障によるアンテナ素子の停止といった外的要因によるアンテナシステムの運用状態の変化に対応することができるアンテナ制御装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るアンテナ制御装置は、運用状態変更後の情報をアンテナシステムへ指示するアンテナシステム制御部と、入手した利得の初期値及び前記運用状態変更後の情報に基づき、アレー開口を２分割した第１及び第２の領域のそれぞれについて、運用状態変更後の利得を計算する利得計算部と、前記利得計算部により計算された第１及び第２の領域の利得の位相差を計算する位相差計算部と、入手した等価素子位置の初期値及び前記運用状態変更後の情報に基づき、前記第１及び第２の領域のそれぞれについて、運用状態変更後の等価素子位置を計算する等価素子位置計算部と、前記位相差計算部による位相差計算結果、及び前記等価素子位置計算部による等価素子位置計算結果に基づいて、ビーム／ナル指向方向の変化量を計算して前記アンテナシステム制御部へフィードバックするビーム／ナル指向方向変化量計算部とを設け、前記アンテナシステム制御部は、フィードバックされたビーム／ナル指向方向の変化量に基づいて、所望のビーム／ナル指向方向へ補正するように、前記アンテナシステムを制御するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係るアンテナ制御装置は、アンテナシステムの運用パラメータ変更や故障によるアンテナ素子の停止といった外的要因によるアンテナシステムの運用状態の変化に対応することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ制御装置について図１から図３までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ制御装置の制御対象であるアンテナシステムの概観を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【０００９】
図１において、艦船などに搭載されるアンテナシステム１００は、フェーズドアレーアンテナ１０１と、レドームなどのアンテナの放射パターンに影響を与える外部構造物１０２とが設けられている。
【００１０】
また、図１は、ある方向にビーム／ナルを指向する場合の概要を示し、フェーズドアレーアンテナ１０１のアレー開口は、２分割した同相で給電される領域１０１Ａと、逆相で給電される領域１０１Ｂとから構成される。運用例は、次の通りである。まず、図１のようにＸＹＺ座標系を定義し、ＡＺ方向をＹ軸方向、ＥＬ方向をＸ軸方向とする。アレー開口が完全に原点を中心として点対称構造であり、かつＡＺ方向にビーム／ナルを指向させる場合、アレー開口はＸ軸を境界に分割され、それぞれ同相給電領域１０１Ａ、逆相給電領域１０１Ｂと規定する。同相給電領域１０１Ａ、逆相給電領域１０１Ｂ間の関係は、両者の相対位相差が１８０度であり、逆相給電領域１０１Ｂは同相給電領域１０１Ａに対して１８０度の位相差を持って給電される領域を表すものとする。
【００１１】
図２は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図２において、この発明の実施の形態１に係るアンテナ制御装置は、アンテナシステム制御部２０１と、利得初期値テーブル計算部２０２と、外部利得初期値／等価素子位置初期値テーブル評価装置２０３と、利得計算部２０４と、位相差計算部２０５と、等価素子位置初期値テーブル計算部２０６と、等価素子位置計算部２０７と、ビーム／ナル指向方向変化量計算部２０８とが設けられている。
【００１３】
つぎに、この実施の形態１に係るアンテナ制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ制御装置の制御対象であるアンテナシステムの等価素子位置の概念を示す図である。
【００１４】
レドーム等の外部構造物１０２が設置されたアンテナシステム１００では、外部構造物１０２の影響により、ビーム／ナルが所望の指向方向と実際の指向方向の間に、ある変化量が生じる。その変化量を補正するために、実際のアンテナシステム１００の運用状態に即した補正量を規定することが必要となる。
【００１５】
そこで、本実施の形態１に係るアンテナ制御装置は、外部構造物１０２により生じるビーム／ナル指向方向の変化量をアンテナシステム１００の運用状況に応じて計算し、かつ高速に補正するものである。
【００１６】
アンテナ制御装置におけるビーム／ナル指向方向の変化量の計算は、フェーズドアレーアンテナ１０１のアレー開口を２分割し、それぞれの領域の利得の位相差と、それぞれの領域の等価素子位置の位置ベクトルから高速に実行する。また、アンテナシステム１００の運用パラメータの変更や故障によるアンテナ素子の停止といった外的要因によるアンテナシステム１００の運用状態の変化が生じた際は、アンテナシステム１００の初期状態における利得を初期値として、実運用時のアンテナシステム１００の運用状況を入力パラメータとし、初期値と運用状況の変化が生じたアンテナ素子の寄与分との差分のみを評価して、ビーム／ナル指向方向の変化量をアンテナシステム１００の運用状況に応じて可変的に、かつ高速に計算する。
【００１７】
まず、アンテナシステム制御部２０１は、アンテナシステム１００のアンテナ素子の励振振幅などの運用パラメータ（アンテナコンフィギュレーション情報）を指示すると共に、アンテナシステム１００から状態通知を受けアンテナシステム１００の状態を把握する。状態通知の例としては、アンテナ素子の故障等の情報がある。
【００１８】
利得初期値テーブル計算部２０２は、アンテナシステム制御部２０１からアンテナシステム１００のアンテナ素子の励振振幅などのアンテナコンフィギュレーション情報を取得して、アンテナシステム１００の初期状態における「利得初期値テーブル」を作成する。なお、この「利得初期値テーブル」については、外部利得初期値／等価素子位置初期値テーブル評価装置２０３により外部装置から入力することも可能である。
【００１９】
利得計算部２０４は、「利得初期値テーブル」とアンテナコンフィギュレーション情報を元に、利得初期値から、パラメータが変更されたアンテナ素子の寄与分のみを再計算することで、運用状態変更後の利得を計算する。この運用状態変更後の利得の計算は、後で説明する式（１）に示すように、同相給電領域１０１Ａ及び逆相給電領域１０１Ｂそれぞれ別々に実行される。
【００２０】
位相差計算部２０５は、利得計算部２０４からの利得計算結果を用いて、後で説明する式（２）に示すように、同相給電領域１０１Ａ及び逆相給電領域１０１Ｂの利得の位相差を計算する。
【００２１】
一方、等価素子位置初期値テーブル計算部２０６は、アンテナコンフィギュレーション情報を元に、アンテナシステム１００の初期状態における「等価素子位置初期値テーブル」を作成する。
【００２２】
等価素子位置計算部２０７は、「等価素子位置初期値テーブル」とアンテナコンフィギュレーション情報を元に、パラメータが変更されたアンテナ素子の寄与分のみを再計算することで、後で説明する式（３）に示すように、等価素子位置を計算する。なお、「等価素子位置初期値テーブル」については、「利得初期値テーブル」と同様に、外部利得初期値／等価素子位置初期値テーブル評価装置２０３より外部装置から入手することも可能である。
【００２３】
ビーム／ナル指向方向変化量計算部２０８は、位相差計算部２０５からの位相差計算結果と、等価素子位置計算部２０７からの等価素子位置計算結果を用いて、後で説明する式（４）及び（５）に示すように、ビーム／ナル指向方向の変化量を計算する。また、ビーム／ナル指向方向変化量計算部２０８は、求めたビーム／ナル指向方向の変化量をアンテナシステム制御部２０１にフィードバックする。
【００２４】
そして、アンテナシステム制御部２０１は、フィードバックされたビーム／ナル指向方向の変化量を相殺するように、図３に示すように、シフトしたビーム／ナル指向方向（実線）から所望のビーム／ナル指向方向（点線）へ補正するように、各アンテナ素子の励振位相を計算し、それを運用パラメータ（アンテナコンフィギュレーション情報）としてアンテナシステム１００へ指示する。
【００２５】
本実施の形態１では、アンテナ運用状態を変更する場合のビーム／ナル指向方向変化量の計算について説明する。例として、Ｎ個のアンテナ素子をＯＦＦする場合を扱う。アンテナ素子のＯＦＦ以外にも、アンテナ素子の励振振幅の変更等のアンテナの考え得る運用状態の変更時は同様の形態とする。
【００２６】
アンテナシステム制御部２０１は、ＯＦＦするアンテナ素子の情報のような、アンテナ運用状態変更後の情報をアンテナシステム１００へ指示する。また、同様の情報を利得計算部２０４及び等価素子位置計算部２０７へ通知する。
【００２７】
利得計算部２０４は、アンテナシステム制御部２０１からのアンテナ運用状態変更後の情報を元に、同相給電領域１０１Ａ及び逆相給電領域１０１Ｂそれぞれについて、次の式（１）のように、運用状態変更後の利得Ｇ’ａを計算する。
【００２８】
【数１】
0004808194.tif 000002
【００２９】
ここで、Ｇａは利得初期値テーブル計算部２０２や、外部利得初期値／等価素子位置初期値テーブル評価装置２０３から入手する利得の初期値であり、ｇｎは各アンテナ素子からの利得の寄与を表す。ｎはＯＦＦされたアンテナ素子を示し、Ｎ’ａは同相給電領域１０１Ａ及び逆相給電領域１０１ＢそれぞれでＯＦＦされたアンテナ素子数を示す。添え字のｉ、ｑはそれぞれ同相給電領域１０１Ａ及び逆相給電領域１０１Ｂを意味する。
【００３０】
次に、位相差計算部２０５は、次の式（２）のように、同相給電領域１０１Ａ及び逆相給電領域１０１Ｂの利得の位相差Δαを計算する。
【００３１】
【数２】
0004808194.tif 000003
【００３２】
一方、等価素子位置計算部２０７は、アンテナシステム制御部２０１からのアンテナコンフィギュレーション情報を元に、同相給電領域１０１Ａ及び逆相給電領域１０１Ｂそれぞれについて、次の式（３）のように、運用状態変更後の等価素子位置ｐ’ａｅを計算する。
【００３３】
【数３】
0004808194.tif 000004
【００３４】
ここで、ｐａｅは等価素子位置初期値テーブル計算部２０６や、外部利得初期値／等価素子位置初期値テーブル評価装置２０３から入手する等価素子位置の初期値であり、ｐｍは各アンテナ素子の等価素子位置である。ｍはＯＦＦされたアンテナ素子を示し、Ｎ’ａは同相給電領域１０１Ａ及び逆相給電領域１０１ＢそれぞれでＯＦＦされたアンテナ素子数を示す。添え字のｉ、ｑはそれぞれ同相給電領域１０１Ａ及び逆相給電領域１０１Ｂを意味する。
【００３５】
図３に等価素子位置の概念図を示す。等価素子位置１０１Ｃ、１０１Ｄは、フェーズドアレーアンテナ１０１の同相給電領域１０１Ａ、逆相給電領域１０１Ｂにおいて全アンテナ素子の寄与を透過的に表現する素子位置を規定する。
【００３６】
ビーム／ナル指向方向変化量計算部２０８は、位相差計算結果及び等価素子位置計算結果を用いて、次の式（４）及び（５）のように、ビーム／ナル指向方向の変化量を計算する。
【００３７】
【数４】
0004808194.tif 000005
【００３８】
ここで、ｒ１ハット、ｒ２ハットは、それぞれ所望のナルの方向、ナルシフト後の方向の単位ベクトルを示す。また、ｋは波数、ｖは図３に示すように同相給電領域１０１Ａ、逆相給電領域１０１Ｂにおける等価素子位置ベクトル間の位置関係を示すベクトルを示す。まず、式（４）を満たすようにナルシフト後のナルの方向ベクトルｒ２ハットが計算される。次に、ビーム／ナル指向方向の変化量Δθは、式（５）に示すように、ｒ１ハット、ｒ２ハットの角度差より計算される。
【００３９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るアンテナ制御装置について説明する。
【００４０】
本実施の形態２においても、ハードウェア、ソフトウェア構成は、図１及び図２に示す実施の形態１と同様である。
【００４１】
本実施の形態２では、故障によるアンテナ素子の停止といった外的要因によるアンテナシステム１００の運用状態の変化に対応する場合を扱う。例として、あるＮ個のアンテナ素子が故障した場合を考える。
【００４２】
アンテナシステム制御部２０１は、故障したアンテナ素子情報をアンテナシステム１００より受信し、その情報を利得計算部２０４及び等価素子位置計算部２０７へ通知する。
【００４３】
利得計算部２０４以下の処理は、上記の実施の形態１と全く同様である。但し、式（１）中のｎ、式（３）中のｍがそれぞれ故障したアンテナ素子を表すものとする。
【００４４】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るアンテナ制御装置について説明する。
【００４５】
本実施の形態３においても、ハードウェア、ソフトウェア構成は、図１及び図２に示す実施の形態１と同様である。
【００４６】
本実施の形態３では、外部構造物１０２に対するアンテナ位置の変化、外部構造物１０２の電気特性の変化、外部構造物１０２の位置の変化など、外的要因によりアンテナシステム１００の運用状態に変化を生じ、かつその変化が全アンテナ素子に影響する運用状態が変化した場合、すなわち、アンテナシステム１００の初期状態が変化した場合である。
【００４７】
アンテナシステム制御部２０１は、運用状態の変化後の情報をアンテナシステム１００より受信し、その情報を利得初期値テーブル計算部２０２、等価素子位置初期値テーブル計算部２０６へ通知する。利得初期値テーブル計算部２０２、等価素子位置初期値テーブル計算部２０６は、それぞれ「利得初期値テーブル」、「等価素子位置初期値テーブル」を再計算し、テーブルの初期化を実行する。
【００４８】
利得初期値テーブル計算部２０２は、「利得初期値テーブル」を利得計算部２０４へ、等価素子位置初期値テーブル計算部２０６は、「等価素子位置初期値テーブル」を等価素子位置計算部２０７へそれぞれ通知する。
【００４９】
利得計算部２０４以下の処理は、上記の実施の形態１と同様の処理である。但し、アンテナ素子の運用状態に変化が無い場合は、式（１）、（３）中でｎ＝ｍ＝０である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ制御装置の制御対象であるアンテナシステムの概観を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るアンテナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るアンテナ制御装置の制御対象であるアンテナシステムの等価素子位置の概念を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  アンテナシステム、１０１  フェーズドアレーアンテナ、１０１Ａ  同相給電領域、１０１Ｂ  逆相給電領域、１０２  外部構造物、２０１  アンテナシステム制御部、２０２  利得初期値テーブル計算部、２０３  等価素子位置初期値テーブル評価装置、２０４  利得計算部、２０５  位相差計算部、２０６  等価素子位置初期値テーブル計算部、２０７  等価素子位置計算部、２０８  ビーム／ナル指向方向変化量計算部。
【図１】
0004808194.tif 000006
【図２】
0004808194.tif 000007
【図３】
0004808194.tif 000008