(57)【要約】【課題】  到来電波の仰角を推定し、方位によらず高い推定精度を実現することができる電波探知装置を得る。【解決手段】  目標からの電波を受信するフェイズドアレイアンテナ１０と、フェイズドアレイアンテナ１０を水平方向に回転させるアンテナ駆動部２０と、受信信号から目標の諸元情報を抽出する目標諸元検出回路４０と、目標諸元検出回路４０が抽出した諸元情報のうち電波の推定方位と受信時のアンテナ回転角を、目標毎に記憶する記憶メモリ５０と、予め算出された、アンテナ回転角によって変化する電波の到来方位と推定方位の差を、電波の仰角毎に保有する仰角算出用データベース６０と、仰角算出用データベース６０を参照し、記憶メモリ５０に記憶された各目標からの電波のアンテナ回転角と推定方位の関係に基づいて、電波の仰角を算出し、かつ電波の真方位を割り出す仰角算出処理プロセッサ７０を備える。【選択図】        図１
2005181203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波発振源からの到来電波を受信するフェイズドアレイアンテナと、
上記フェイズドアレイアンテナのアンテナ面を回転させるアンテナ駆動部と、
上記フェイズドアレイアンテナで受信した電波を受信し、検波する受信機と、
上記受信機の出力信号から、上記電波発振源の諸元情報を抽出する目標諸元検出部と、
上記目標諸元検出部が抽出した諸元情報のうち電波の推定方位と受信時のアンテナ回転角を、上記電波発振源毎に記憶する記憶部と、
予め算出された、電波の到来仰角によって発生し、アンテナ回転角によって変化する電波の到来方位と推定方位の差を、到来仰角毎に保有する仰角算出用データベースと、
上記仰角算出用データベースを参照し、上記記憶部に記憶された各電波発振源の諸元情報のアンテナ回転角と推定方位の関係に基づいて、電波の仰角を算出し、かつ電波の真方位を割り出す仰角算出処理部と、
上記電波発振源毎の諸元情報を管理する目標管理部とを備えた電波探知装置。
【請求項２】
仰角算出処理部は、アンテナ正面方向から電波を受信した際のデータが記憶部に保有されていない場合には、記憶部に保有されたデータ中の１データを基準データに設定し、上記基準データに対するその他のデータのアンテナ回転角と推定方位の変化量を求め、その傾きを仰角算出用データベースに保有されたデータと照合することにより、到来電波の仰角を算出することを特徴とする請求項１記載の電波探知装置。
【請求項３】
仰角算出処理部は、アンテナ正面方向から電波を受信した際のデータが得られるまで待機すると共に、記憶部に記憶された各電波発振源の諸元情報のアンテナ回転角と推定方位の差から、演算によって到来電波の仰角を算出することを特徴とする請求項１記載の電波探知装置。
【請求項４】
複数のフェイズドアレイアンテナを有し、それぞれのフェイズドアレイアンテナのアンテナ面は、異なる方向に向けて設置されていることを特徴とする請求項１記載の電波探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波探知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マルチビーム（フェイズドアレイ）アンテナを用いたレーダ装置は、大気中を伝搬する電磁波をマルチビームアンテナを用いて受信し、その位相差により到来方位を推定する。この位相差比較による方位推定では、到来電波の仰角によってコーニングエラー（方位変動）が生じ、推定方位と、実際の電波方位に差が発生する。コーニングエラーは、アンテナアレイの正面方向で電波を受信した場合には発生せず、側面方向での受信になるにつれて大きくなる。
【０００３】
従来の電波探知装置の例として、特許文献１に記載された方位探知装置がある。この方位探知装置は、ｎ組ｎ＋１個（ｎは自然数）の受信アンテナを所定距離だけ離して配置し、受信したデジタル信号のｎ組のクロススペクトルを演算して、ｎ組のクロススペクトルが示すコヒーレンスのレベルが高い周波数帯における位相の傾きからｎ組の受信アンテナで受信した到来電波の時間差を検出する。そして、検出した時間差及びアンテナ間の所定距離に基づいて電波の到来方位を演算する。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２５７９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電波探知装置におけるマルチビームアンテナ位相差比較による方位推定は、アンテナ各素子に到来する電波の時間差（位相差）を比較することにより、電波の到来方位を算出するものであり、到来電波の仰角推定は不可能である。仰角測定には仰角専用のアンテナが必要であり、装置規模が非常に大きくなるという問題がある。
【０００６】
また、方位推定については、上述したように、電波放射源がアンテナアレイ面（水平面）に対して仰角を持つ場合、到来方位がアレイ面に対して側面方向に近づくにつれてコーニングエラー（方位変動）が発生する。これは、アンテナアレイ面に対する等位相面がアレイを中心としたコーン状となるために発生するものであり、これによりアンテナアレイ面に対し仰角を持つ電波が側面方向から到来した場合、算出方位が実際の方位と若干異なるという欠点があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電波の到来方位によらずに高い推定精度を実現するとともに、到来電波の仰角を推定することができる電波探知装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電波探知装置は、電波発振源からの到来電波を受信するフェイズドアレイアンテナと、フェイズドアレイアンテナのアンテナ面を回転させるアンテナ駆動部と、フェイズドアンテナで受信した電波を受信し、検波する受信機と、受信機の出力信号から、電波発振源の諸元情報を抽出する目標諸元検出部と、目標諸元検出部が抽出した諸元情報のうち電波の推定方位と受信時のアンテナ回転角を、電波発振源毎に記憶する記憶部と、予め算出された、電波の到来仰角によって発生し、アンテナ回転角によって変化する電波の到来方位と推定方位の差を、到来仰角毎に保有する仰角算出用データベースと、仰角算出用データベースを参照し、記憶部に記憶された各電波発振源の諸元情報のアンテナ回転角と推定方位の関係に基づいて、電波の仰角を算出し、かつ電波の真方位を割り出す仰角算出処理部と、電波発振源毎の諸元情報を管理する目標管理部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、コーニングエラーがアンテナアレイ正面方向では発生せず側面方向になるにつれて大きくなる特性を利用し、アンテナアレイ面を機械的に回転させ、アンテナの正面方向から電波を受信することにより、電波の到来方位によらずに高い方位精度を実現すると共に、アンテナ正面方向からの電波受信データを基準として、予め算出されたアンテナ回転角に応じたコーニングエラーにより生じる推定方位と電波到来方位の差を保有するデータベースを参照することにより、到来電波の仰角を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の様々な形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電波探知装置１００の構成を示すブロック図である。図に示すように、電波探知装置１００は、フェイズドアレイアンテナ１０、アンテナ駆動部２０、受信機３０、目標諸元検出回路（目標諸元検出部）４０、記憶メモリ（記憶部）５０、仰角算出用データベース６０、仰角算出処理プロセッサ（仰角算出処理部）７０、および目標管理プロセッサ（目標管理部）８０を備えている。
【００１１】
フェイズドアレイアンテナ１０は、アンテナ駆動部２０によって駆動され、常時、水平方向に一定の速度で回転している。
【００１２】
仰角算出用データベース６０は、電波の仰角によって発生する、アンテナ回転角に伴って変化する電波の到来方位と推定方位の差を、電波の仰角毎に保有する仰角算出用のデータベースを格納する記憶装置である。
【００１３】
次に、電波探知装置１００の動作について説明する。
図２は、電波探知装置１００による信号処理のフローチャートである。
【００１４】
フェイズドアレイアンテナ１０が到来電波を受信すると（ステップＳＴ１）、受信された電波は受信機３０で受信、検波され、目標諸元検出回路４０に供給される。目標諸元検出回路４０は、入力信号を信号処理することにより目標（電波発振源）毎に信号を分離し、各目標の周波数、方位等の各目標諸元を検出する（ステップＳＴ２）。
【００１５】
ステップＳＴ２で得られた目標諸元のデータは、目標管理プロセッサ８０に供給される。目標管理プロセッサ８０は、供給されたデータを解析し、当該目標が既に探知されている目標であるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。
【００１６】
ステップＳＴ３で、当該目標が探知されていない新規の目標であると判断された場合には、目標管理プロセッサ８０は、当該目標を新規登録する（ステップＳＴ５）。
【００１７】
一方、既に探知されている目標であると判断された場合には、目標管理プロセッサ８０は、取得した目標諸元に基づいて当該目標の諸元データを更新する（ステップＳＴ４）。
【００１８】
また、目標諸元検出回路４０は、検出した目標の方位データ（推定方位）とその時のアンテナ回転角データを記憶メモリ５０に供給し、記憶メモリ５０は、供給された方位データとアンテナ回転角データを目標毎に記憶する（ステップＳＴ６、ステップＳＴ７）。
【００１９】
仰角算出処理プロセッサ７０は、当該目標について、記憶メモリ５０に記憶されている各々のアンテナ回転角に対応する方位データを読み込み、各々のアンテナ回転角と方位データとの差を算出する。ここで、アンテナ回転角は、到来電波の相対方位を表し、方位データは電波の推定方位である。
また、仰角算出処理プロセッサ７０は、両者が等しくなるアンテナ回転角および方位データを基準データとする（ステップＳＴ８）。
【００２０】
さらに、仰角算出処理プロセッサ７０は、基準データからのアンテナ回転角に対する方位データの差の変動量を基に、仰角算出用データベース６０に格納されたデータを参照して、対応する到来仰角を算出する（ステップＳＴ９、ステップＳＴ１０）。また、方位データは真方位値となる。算出された仰角と真方位は、目標管理プロセッサ８０に出力され、目標毎に管理される。
【００２１】
次に、フェイズドアレイアンテナ１０のコーニングエラー特性を利用して、到来電波の仰角を推定する方法の原理を説明する。
図３は、フェイズドアレイアンテナの位相差比較方式を説明する図である。図に示すように、フェイズドアレイアンテナは、アレイ状に並べられた複数の素子アンテナを有している。図は、Ｘ−Ｙ平面に配置された複数のアンテナを上面から見ている。各素子アンテナで受信された到来電波の位相差により、電波の到来方位を算出する。その際、等位相線の分布は図４に示すようにアンテナアレイ面を軸としたコーン状になる。図４において、ＥＬは到来仰角を、ＡＺは到来（推定）方位を表している。アンテナアレイ面に対する相対方位により、電波の到来方位と推定方位は到来電波の仰角により差が生じ、等位相線上で仰角が０となる方位が推定方位として計測される。
【００２２】
図５は、フェイズドアレイアンテナにおいて発生するコーニングエラーの特性を説明する図である。図に示すように、到来方位がＡのようにアンテナアレイ面に対し正面方向である場合は、仰角に関係なく推定方位も到来方位と同一の値となるが、Ｂのように側面方向に近くなる場合、仰角ｂでの実際の到来方位ａと算出される推定方位ｃとの間に方位差が生じている。
【００２３】
実施の形態１では、フェイズドアレイアンテナ１０をアンテナ駆動部２０によって水平方向に回転させることにより、意図的にこの方位変動を発生させ、その変動量から仰角を算出する。
【００２４】
図６は、仰角と方位差、アンテナ回転角との関係を説明する図である。図に示す座標系において、目標Ｔから電波が到来する場合、フェイズドアレイアンテナの機械回転による到来方位推定結果は、目標Ｔの位置座標を（ｒＴ０，φＴ０，θＴ０）とすると以下の式で算出できる。
ただし、
ｘＴ０＝ｒＴ０・ＳＩＮθＴ０・ＣＯＳφＴ０
ｙＴ０＝ｒＴ０・ＳＩＮθＴ０・ＳＩＮφＴ０
ｚＴ０＝ｒＴ０・ＣＯＳθＴ０                      （１）
である。
【００２５】
まず、アンテナ回転前の到来方位φａ０は、正面方向からの到来を基準とすると、
φａ０＝０    （２）
と表される。
【００２６】
また、アンテナ回転前の位相比較による推定方位φｂ０は、正面方向からの到来なのでコーニングエラーが無く、
φｂ０＝０    （３）
となる。
【００２７】
次に、アンテナが−φだけ回転した後の到来方位（アンテナに対する相対方位）φａ１は、
φａ１＝φ    （４）
と表される。
【００２８】
−φアンテナ回転後の位相比較による推定方位φｂ１は、
φｂ１＝ＳＩＮ−１｛（ＳＩＮθ・ＳＩＮφ）／ＳＩＮ９０°｝    （５）
と表される。
【００２９】
よって、式（４）、（５）より、−φアンテナ回転後における推定方位と到来方位の方位差Δφは、
Δφ＝φｂ１−φａ１
＝ＳＩＮ−１｛（ＳＩＮθ・ＳＩＮφ）／ＳＩＮ９０°｝−φ    （６）
と表される。
【００３０】
図７は、コーニングエラーによって発生する方位差と、アンテナ回転角との関係を示すグラフである。あらかじめ、仰角毎にアンテナ回転角による方位差の変化量を計測し、仰角算出用データベース６０に保持しておく。仰角算出処理プロセッサ７０は、実測値と仰角算出用データベース６０に保持された値を照合することにより仰角を算出する。
【００３１】
以上のように、実施の形態１によれば、アンテナ駆動部２０によってフェイズドアレイアンテナ１０を常時回転させ、アンテナアレイの正面方向から電波を受信するようにしたので、電波の到来方位によらずに高い方位精度を実現することができる。
また、アンテナ正面方向からの電波受信データを基準としたアンテナ回転角とコーニングエラーにより生じる推定方位との差を仰角算出用データベース６０に保有し、仰角算出処理プロセッサ７０は、仰角算出用データベース６０に保有された値と実測値を照合することにより、到来電波の仰角を推定することができる。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態２では、仰角算出処理プロセッサ７０における仰角算出処理の際、１つの目標に対し、方位データとアンテナ回転角が等しくなる基準データが存在しない場合にも、到来電波の仰角を算出する。
【００３３】
仰角算出処理プロセッサ７０は、ある目標について、記憶メモリ５０に保有された記憶データに、方位データとアンテナ回転角が等しくなるデータが存在しない場合、記憶データ中のある１データを基準データとする（図２のステップＳＴ１１）。
【００３４】
仰角算出処理プロセッサ７０は、上述の基準データからの変動量を基に、記憶メモリ５０に保有されたデータから、図７に示したようなアンテナ回転角−方位差グラフを作成する。仰角算出処理プロセッサ７０は、作成したグラフの傾き等の特徴を仰角算出用データベース６０に保有されたデータと照合し、到来仰角を算出する（ステップＳＴ１２、ステップＳＴ１３）。
【００３５】
以上のように、実施の形態２によれば、フェイズドアレイアンテナ１０正面からの受信データが得られない場合にも、仰角算出用データベース６０を利用することにより、演算で仰角を算出することができる。
【００３６】
実施の形態３．
実施の形態３では、仰角算出処理プロセッサ７０における仰角算出処理の際、方位データとアンテナ回転角とが等しくなるデータが存在しない場合、両者が等しくなるデータが得られるまで待機する。
【００３７】
仰角算出処理プロセッサ７０は、ある目標について、記憶メモリ５０に保有された記憶データに、方位データとアンテナ回転角が等しくなるデータが存在しない場合、方位データとアンテナ回転角が等しくなるデータが得られるまで待機する（ステップＳＴ１４）。
【００３８】
両者が等しくなるデータが取得できたら、方位差Δφ、アンテナ回転角φを用いて、式（７）により到来電波の仰角（９０°−θ）を算出する（ステップＳＴ１５、ステップＳＴ１６）。この場合、仰角算出用データベース６０は使用しない。
【００３９】
（９０°−θ）＝ＣＯＳ−１｛ＳＩＮ（Δφ＋φ）／ＳＩＮφ｝    （７）
【００４０】
以上のように、実施の形態３によれば、仰角算出用データベース６０を用いず、演算のみで仰角を算出することができる。
【００４１】
実施の形態４．
実施の形態４では、フェイズドアレイアンテナ１０を複数面に向けて設置する。
【００４２】
図８は、実施の形態４による電波探知装置のフェイズドアレイアンテナ１０をアレイ面の上から見た図であり、図９は、フェイズドアレイアンテナ１０をアレイ面の横から見た図である。図に示すように、実施の形態４では、フェイズドアレイアンテナを４面の方向に向けて設置している。全てのアンテナを実施の形態１と同様に回転させることにより、実施の形態１から３に比べ、探索を瞬時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１による電波探知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による信号処理のフローチャートである。
【図３】フェイズドアレイアンテナの位相差比較方式を説明する図である。
【図４】フェイズドアレイアンテナが持つ等位相線を示す図である。
【図５】フェイズドアレイアンテナにおいて発生するコーニングエラーの特性を説明する図である。
【図６】仰角と方位差、アンテナ回転角との関係を説明する図である。
【図７】コーニングエラーによって発生する方位差と、アンテナ回転角との関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態４によるフェイズドアレイアンテナのアレイ面を上から見た図である。
【図９】実施の形態４によるフェイズドアレイアンテナのアレイ面を横から見た図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  フェイズドアレイアンテナ、２０  アンテナ駆動部、３０  受信機、４０  目標諸元検出回路（目標諸元検出部）、５０  記憶メモリ（記憶部）、６０  仰角算出用データベース、７０  仰角算出処理プロセッサ（仰角算出処理部）、８０  目標管理プロセッサ（目標管理部）、１００  電波探知装置。
【図１】
2005181203.tif 000003
【図２】
2005181203.tif 000004
【図３】
2005181203.tif 000005
【図４】
2005181203.tif 000006
【図５】
2005181203.tif 000007
【図６】
2005181203.tif 000008
【図７】
2005181203.tif 000009
【図８】
2005181203.tif 000010
【図９】
2005181203.tif 000011