(57)【要約】【課題】  レーダ装置において、角度情報の不確定性の原因となるグレーティングローブの生じさせないようにアンテナ素子同士を接近させて配置する手法は、アンテナ素子寸法には限界がありグレーティングローブが発生しない配置を実現できないという課題があった。またアンテナ素子同士を接近させて配置できた場合でも、アンテナ素子の総数が膨大になるという課題もあった。【解決手段】  周波数ｆ１に続き周波数ｆ２の送信信号を同一の方位角に放射し、周波数ｆ１の反射波を検出した後に、周波数ｆ２の反射波を検出したときは、周波数ｆ１の反射波は主ビームの放射パターンによる反射波であると判定し、周波数ｆ２の反射波を検出しないときは、周波数ｆ１の反射波はグレーティングローブによる反射波であると判定し角度情報に不確定性を除去する。【選択図】        図１
2005164370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主ビーム及びグレーティングローブの放射パターンを有する放射波を目標物に対して放射し、その目標物による反射波を受信するアレイアンテナ部、周波数の異なる複数のパルス信号を発生するパルス信号発生手段、前記パルス信号が供給されて前記アレイアンテナ部に送信信号を供給し、その目標物による反射波の受信信号を受信する送受信部、主ビームの放射パターンの放射波を所定の方位角方向に放射されるように前記アレイアンテナ部を制御するアンテナ制御部、このアンテナ制御部による放射波に対して前記送受信部から供給される受信信号が前記複数のパルス信号に対応してそれぞれ受信されたことを検出する検出手段、この検出手段の検出によりその受信信号が主ビーム及びグレーティングのうち主ビームの放射パターンによる受信信号であると判定し、前記所定の方位角方向をその目標物の方位角方向とする判定手段を備えたレーダ装置。
【請求項２】
主ビーム及びグレーティングローブの放射パターンを有する放射波を目標物に対して放射し、その目標物による反射波を受信するアレイアンテナ部、周波数の異なる第１及び第２パルス信号を発生するパルス信号発生手段、前記第１及び第２パルス信号が供給されて前記アレイアンテナ部に送信信号を供給し、その目標物による反射波の受信信号を受信する送受信部、主ビームの放射パターンの放射波を所定の方位角方向に放射させるように前記アレイアンテナ部を制御するアンテナ制御部、このアンテナ制御部による放射波に対して前記送受信部から供給される受信信号が前記第１及び第２パルス信号のいずれにも対応して受信されたときには、その受信信号を主ビームの放射パターンによる受信信号であると判定して前記所定の方位角方向をその目標物の方位角方向とし、その受信信号が前記第１及び第２パルス信号のいずれかに対応して受信されたときには、その対応したグレーティングローブの放射パターンによる受信信号であると判定してそのグレーティングローブの方位角方向をその目標物の方位角方向とする判定手段を備えたレーダ装置。
【請求項３】
主ビーム及びグレーティングローブの放射パターンを有する放射波を目標物に対して放射し、その目標物による反射波を受信するアレイアンテナ部、周波数の異なる第１及び第２パルス信号を発生するパルス信号発生手段、前記第１及び第２パルス信号が供給されて前記アレイアンテナ部に送信信号を供給し、その目標物による反射波の受信信号を受信する送受信部、主ビームの放射パターンの放射波を所定の方位角方向に放射させるように前記アレイアンテナ部を制御するアンテナ制御部、このアンテナ制御部による前記第１パルス信号に基づいて放射された放射波に対して前記送受信部から受信信号が供給されたときには、前記パルス信号発生手段から前記第２パルス信号を発生させ、その第２パルス信号に基づいて放射された放射波に対して前記送受信部から受信信号が供給されたときには、その受信信号が主ビーム及びグレーティングのうち主ビームの放射パターンによる受信信号であると判定し、前記所定の方位角方向をその目標物の方位角方向とする判定手段を備えたレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、グレーティングローブ有する放射パターンとなるアレイアンテナを用いたレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アンテナ素子を直線状に配置したアレイアンテナにおいて、アンテナ素子の間隔、波長及び電子的ビーム走査角の関係により、アレイアンテナの放射パターンである主ローブ以外に可視領域に不要放射であるグレーティングローブが発生する場合がある。グレーティングローブが発生すると主ビームの利得が下がるため、レーダ装置の探索距離を維持するために、同一の方位角方向に複数のパルスを放射する等の対策が必要であり、そのために探索時間が延びていた。更にグレーティングローブが発生した状態で、アレイアンテナが放射した放射波が目標物に反射することによる反射波をアレイアンテナが受信信号として受信したとき、グレーティングローブの発生する方位角は周波数により決まり、算出することが可能であるが、その受信信号が主ビーム及びグレーティングローブのどちらの放射パターンによる反射波であるかの識別が困難になり、レーダ装置において角度情報に不確定性が生じていた。
【０００３】
グレーティングローブ発生条件は、アンテナ素子の間隔をｄ、波長をλ、電子的ビーム走査角をθとすると、数１を満たす場合に発生する。またグレーティングローブの発生角度Φは、数２に示すようにアンテナ素子の間隔と周波数（波長）に依存する。そのため従来は、アレイアンテナを用いたレーダ装置設計においては、アンテナ素子の間隔を調整することによりグレーティングローブ発生を抑えていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【数１】
2005164370.tif 000003
【０００５】
【数２】
2005164370.tif 000004
【０００６】
【非特許文献１】吉田孝監修「レーダ技術」電子情報通信学会発行、１９９７年５月３０日、ｐ．１３７−１４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のようにアンテナ素子の間隔を調整することによりグレーティングローブ発生を抑える手法は、数１が示すように使用周波数が高く（波長が短く）なるにつれて、物理的なアンテナ素子寸法の制限より、アンテナ素子同士を接近させて配置することには限界があり、グレーティングローブが発生しないアンテナ素子を実現できない。またビーム走査角θが大きいほどアンテナの素子間隔ｄをより狭める必要があるが、アンテナ素子の間隔が狭まり、アンテナ素子間結合の上昇に起因する放射効率の低下や放射パターンの乱れによる探知距離の低下等が発生するという課題があった。
【０００８】
またアンテナ素子同士を接近させて配置することが可能であっても、上記のような使用周波数が高い（波長が短い）場合は、アンテナ素子の間隔を狭めることによりアンテナ素子の総数が膨大となりコストが増加する。特にビーム走査方向の制御に使用される移相器が高価なフェイズドアレイアンテナにおいては、それは顕著である。したがってレーダ装置を安価にするためにアンテナ素子の間隔を広げてアンテナ素子の数を減じる方法とアンテナ素子の間隔を狭めてグレーティングローブ発生を阻止する方法とのトレードオフにより設計しなければならないという課題もあった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、主ビーム及びグレーティングローブの放射パターンを有するアレイアンテナであっても、主ビーム及びグレーティングローブを識別して、目標物の方位角方向を判定できるレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明に係るレーダ装置は、主ビーム及びグレーティングローブの放射パターンを有する放射波を目標物に対して放射し、その目標物による反射波を受信するアレイアンテナ部、周波数の異なる複数のパルス信号を発生するパルス信号発生手段、前記パルス信号が供給されて前記アレイアンテナ部に送信信号を供給し、その目標物による反射波の受信信号を受信する送受信部、主ビームの放射パターンの放射波を所定の方位角方向に放射されるように前記アレイアンテナ部を制御するアンテナ制御部、このアンテナ制御部による放射波に対して前記送受信部から供給される受信信号が前記複数のパルス信号に対応してそれぞれ受信されたことを検出する検出手段、この検出手段の検出によりその受信信号が主ビーム及びグレーティングのうち主ビームの放射パターンによる受信信号であると判定し、前記所定の方位角方向をその目標物の方位角方向とする判定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明に係るレーダ装置は、主ビーム及びグレーティングローブの放射パターンを有する放射波を目標物に対して放射し、その目標物による反射波を受信するアレイアンテナ部、周波数の異なる第１及び第２パルス信号を発生するパルス信号発生手段、前記第１及び第２パルス信号が供給されて前記アレイアンテナ部に送信信号を供給し、その目標物による反射波の受信信号を受信する送受信部、主ビームの放射パターンの放射波を所定の方位角方向に放射させるように前記アレイアンテナ部を制御するアンテナ制御部、このアンテナ制御部による放射波に対して前記送受信部から供給される受信信号が前記第１及び第２パルス信号のいずれにも対応して受信されたときには、その受信信号を主ビームの放射パターンによる受信信号であると判定して前記所定の方位角方向をその目標物の方位角方向とし、その受信信号が前記第１及び第２パルス信号のいずれかに対応して受信されたときには、その対応したグレーティングローブの放射パターンによる受信信号であると判定してそのグレーティングローブの方位角方向をその目標物の方位角方向とする判定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の発明に係るレーダ装置は、主ビーム及びグレーティングローブの放射パターンを有する放射波を目標物に対して放射し、その目標物による反射波を受信するアレイアンテナ部、周波数の異なる第１及び第２パルス信号を発生するパルス信号発生手段、前記第１及び第２パルス信号が供給されて前記アレイアンテナ部に送信信号を供給し、その目標物による反射波の受信信号を受信する送受信部、主ビームの放射パターンの放射波を所定の方位角方向に放射させるように前記アレイアンテナ部を制御するアンテナ制御部、このアンテナ制御部による前記第１パルス信号に基づいて放射された放射波に対して前記送受信部から受信信号が供給されたときには、前記パルス信号発生手段から前記第２パルス信号を発生させ、その第２パルス信号に基づいて放射された放射波に対して前記送受信部から受信信号が供給されたときには、その受信信号が主ビーム及びグレーティングのうち主ビームの放射パターンによる受信信号であると判定し、前記所定の方位角方向をその目標物の方位角方向とする判定手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、アレイアンテナ部から放射される放射波の周波数が変化することにより放射パターンのうち主ビームの方位角が同一であっても、グレーティングローブが発生する方位角は異なる。したがって主ビームの放射パターンによる目標物の反射波か、グレーティングローブの放射パターンによる目標物の反射波かの識別が可能となり角度情報に不確定性がなくなるので、主ビーム及びグレーティングローブの放射パターンを有するアレイアンテナであっても、主ビーム及びグレーティングローブを識別して、目標物の方位角方向を判定でき、アンテナ素子間結合に起因する放射効率の低下や放射パターンの乱れによる探知距離の低下等が発生しにくい間隔でアンテナ素子を配置して素子数を減じたレーダ装置を得ることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、アレイアンテナ部から放射される周波数の異なる第１と第２の放射波により放射パターンのうち主ビームの方位角が同一であっても、グレーティングローブが発生する方位角は異なる。したがって主ビームの放射パターンによる目標物の反射波か、グレーティングローブの放射パターンによる目標物の反射波かが識別が可能となり角度情報に不確定性がなくなるので、主ビーム及びグレーティングローブの放射パターンを有するアレイアンテナであっても、主ビーム及びグレーティングローブを識別して、目標物の方位角方向を判定でき、アンテナ素子間結合に起因する放射効率の低下や放射パターンの乱れによる探知距離の低下等が発生しにくい間隔でアンテナ素子を配置して素子数を減じたレーダ装置を得ることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、第１の放射波による目標物による反射波を検出したとき第１と周波数の異なる第２の放射波することにより、請求項１及び２と同じ効果を奏し、第１の放射波による目標物による反射波が受信されるまで、一定の周波数で送信信号の放射及び受信動作を行うことにより主ビーム以外にグレーティングローブの方向の捜索が同時に行えるために捜索時間が短縮したレーダ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施例１．
以下、この発明の実施例１について図１乃至５を用いて説明する。図１と５は、実施例１のレーダ装置の回路構成図であり、図１と５において１はレーダ装置が空間に放射する送信信号の基準となるパルス信号を生成するパルス信号発生部、２は送信信号供給のためにパルス信号を高周波化し、レーダ装置が受信した反射波を受信してＡ／Ｄ変換する送受信部、３は送受信部からの送信信号を空間に放射して、その反射波を受信信号として受信するアレーアンテナ部、４はアレーアンテナを構成するアンテナ素子、５は送受信モジュール、５ａは移相器、６は分配合成器、７は移相器５ａを制御してビーム走査方向を変更するアンテナ制御部、８は周波数の異なる同一のビーム走査方向の反射波情報を検出する検出手段と、それぞれを比較して目標物の方位角方向を判定する判定手段を有する信号処理部である。
【００１７】
図２は、実施例１によるレーダ装置の周波数ｆ１の放射波が有する主ビーム及びグレーティングローブの放射パターン図であり、図３は、実施例１によるレーダ装置の周波数ｆ１及びｆ２の放射波が有する主ビーム及びグレーティングローブの放射パターン図である。図２と３において横軸はビーム走査方向である方位角を示し、縦軸は電力を示す。また図３は、主ビームが同一方向角に放射されても周波数ｆ１及びｆ２のように周波数が異なれば、グレーティングローブは、それぞれの異なる方位角方向に放射パターンが形成されることを示している。
【００１８】
次に動作について図４を用いて説明する。図４は、実施例１によるレーダ装置の運用を示すフローチャートである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。まずアンテナ制御部７によって周波数ｆ１の送信信号を放射する主ビームの方位角を各アレイアンテナ素子４の移相器５ａを制御して設定する。パルス信号発生部１において、周波数ｆ１の送信信号の基準となるパルス信号を生成する。そのパルス信号は送受信部２に送られ、送受信部２で逓倍されて高周波信号に変換されると共に増幅されて周波数ｆ１の送信信号としてアレイアンテナ部３に送られ空間に放射される。その空間に放射された周波数ｆ１の放射波が目標物に反射した反射をアレイアンテナ部３で受信し、送受信部２においてＡ／Ｄ変換を行い、その信号を信号処理部８において検出する。
【００１９】
図４のフローチャートが示すように周波数ｆ２の送信信号を周波数ｆ１の送信信号と同一の方位角にほぼ同じの手順で放射し、空間に放射された周波数ｆ２の放射波が目標物に反射した反射波をアレイアンテナ部３で受信し、送受信部２においてＡ／Ｄ変換を行い、その信号を信号処理部８において検出する。この信号処理部８において、周波数ｆ２の放射波が目標物に反射した反射波を検出したときは、周波数ｆ１の反射波は主ビームの放射パターンによる目標物の反射波であると判定し、周波数ｆ２の放射波が目標物に反射した反射波を検出しないときは、周波数ｆ１の反射波はグレーティングローブの放射パターンによる目標物の反射波であると判定する。したがって角度情報に不確定性がなくなる。
【００２０】
図５に示す図１のレーダ装置の回路を複数並べ各々のパルス信号発生部１同士を接続し、同期信号によって同期した回路や、アレイアンテナ部を分割して、サブアレイアンテナ部として、同期して送受信を行うと共に合成して１つのアンテナとして運用する構造の回路であれば、図４のフローチャートに示した信号処理を行うことにより、図１に示すレーダ装置の回路と同じ動作を示す。
【００２１】
実施例２．
この発明の実施例２について図１乃至３、５、６を用いて説明する。図１と５は、実施例２のレーダ装置の回路構成図である。また図２は、実施例２によるレーダ装置の周波数ｆ１の放射波が有する主ビーム及びグレーティングローブの放射パターン図であり、図３は、実施例２によるレーダ装置の周波数ｆ１及びｆ２の放射波が有する主ビーム及びグレーティングローブを有する放射パターン図である。同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【００２２】
次に動作について図６を用いて説明する。図６は、実施例２によるレーダ装置の運用を示すフローチャートである。まずアンテナ制御部７によって周波数ｆ１の送信信号を放射する方位角を各アレイアンテナ素子４の移相器５ａを制御して設定する。パルス信号発生部１において、周波数ｆ１の送信信号の基準となるパルス信号を生成する。そのパルス信号は送受信部２に送られ、送受信部２で逓倍されて高周波信号に変換されると共に増幅されて周波数ｆ１の送信信号としてアレイアンテナ部３に送られ空間に放射される。その空間に放射された周波数ｆ１の放射波が目標物に反射した反射をアレイアンテナ部３で受信し、送受信部２においてＡ／Ｄ変換を行い、その信号を信号処理部８において検出する。また周波数ｆ１の放射波が目標物に反射した反射波を検出しないときは、ビーム走査方向には目標物が存在しないと判定してスタートに戻る。
【００２３】
周波数ｆ１の放射波が目標物に反射した反射波を検出したときは、続いて図６のフローチャートが示すように周波数ｆ２の送信信号を周波数ｆ１の送信信号と同一の方位角にほぼ同じの手順で放射し、空間に放射された周波数ｆ２の放射波が目標物に反射した反射波をアレイアンテナ部３で受信し、送受信部２においてＡ／Ｄ変換を行い、その信号を信号処理部８において検出する。この信号処理部８において、周波数ｆ２の放射波が目標物に反射した反射波を検出したときは、周波数ｆ１の反射波は主ビームの放射パターンによる目標物の反射波であると判定し、周波数ｆ２の放射波が目標物に反射した反射波を検出しないときは、周波数ｆ１の反射波はグレーティングローブの放射パターンによる目標物の反射波であると判定する。したがって角度情報に不確定性がなくなる。
【００２４】
実施例１と同じく、図５に示す図１のレーダ装置の回路を複数並べ各々のパルス信号発生部１同士を接続し、同期信号によって同期した回路や、アレイアンテナ部を分割して、サブアレイアンテナ部として、同期して送受信を行うと共に合成して１つのアンテナとして運用する構造の回路であれば、図４のフローチャートに示した信号処理を行うことにより、図１に示すレーダ装置の回路と同じ動作を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施例１及び２のレーダ装置の回路構成図である。
【図２】この発明の実施例１及び２によるレーダ装置の周波数ｆ１の放射波が有する主ビーム及びグレーティングローブの放射パターン図である。
【図３】この発明の実施例１及び２によるレーダ装置の周波数ｆ１及びｆ２の放射波が有する主ビーム及びグレーティングローブの放射パターン図である。
【図４】この発明の実施例１によるレーダ装置の運用を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施例１及び２のレーダ装置の回路構成図である。
【図６】この発明の実施例２によるレーダ装置の運用を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１…パルス信号発生部  ２…送受信部  ３…アレーアンテナ部  ４…アンテナ素子  
５…送受信モジュール  ５ａ…移相器  ６…分配合成器  ７…移相器  ８…信号処理部  
【図１】
2005164370.tif 000005
【図２】
2005164370.tif 000006
【図３】
2005164370.tif 000007
【図４】
2005164370.tif 000008
【図５】
2005164370.tif 000009
【図６】
2005164370.tif 000010