(57)【要約】      （修正有）【課題】通常の運用を妨げることなくアンテナビームパターンや指向精度を確認できるレーダー装置を提供する。【解決手段】ビーム形成回路１７で形成された受信ビームに対して指向仰角が所定値以内又は受信ビームの指向仰角が所定値より大きく且つ所定レンジ内である場合に通常の受信処理を行う受信処理部２１と、受信ビームの指向仰角が所定値より大きく且つ所定レンジ外である場合に太陽雑音を積分処理する積分処理部２２と、指向仰角が所定値以内又は指向仰角が所定値より大きく且つ所定レンジ内である場合に通常のレーダー表示を行なうレーダー表示部３０と、指向仰角が所定値より大きく且つ所定レンジ外である場合に太陽雑音の積分結果をプロット表示させるプロット表示部３１とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナを方位方向に回転させながら仰角方向にスキャンすることにより得られた受信ビームを信号処理して目標を捕捉するレーダー装置であって、
太陽の軌道を計算して太陽仰角を算出する天測計算部と、
前記アンテナで受信された信号に基づき指向仰角が所定値以内又は前記指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ内である場合に受信ビームを前記指向仰角に指向し、前記指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ外である場合に受信ビームを前記天測計算部で算出された太陽仰角に指向させるように形成するビーム形成回路と、
前記ビーム形成回路で形成された受信ビームに対して前記指向仰角が前記所定値以内又は前記受信ビームの指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ内である場合に通常の受信処理を行う受信処理部と、
前記受信ビームの指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ外である場合に太陽雑音を積分処理する積分処理部と、
前記指向仰角が前記所定値以内又は前記指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ内である場合に通常のレーダー表示を行なうレーダー表示部と、
前記指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ外である場合に太陽雑音の積分結果をプロット表示させるプロット表示部と、
を備えたことを特徴とするレーダー装置。
【請求項２】
前記プロット表示部は、前記積分処理部で検出された前記アンテナの複数回の回転に対する太陽雑音をプロットしてプロットの連続性を確保することを特徴とする請求項１記載のレーダー装置。
【請求項３】
前記積分処理部は、パルスレートインターバル（ＰＲＩ）内での積分数を分割して各分割単位毎に異なる方位角を付与することによりプロットの角度分解能を向上させることを特徴とする請求項２記載のレーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダー装置に関し、特に、太陽雑音を利用してアンテナビームパターンや指向精度を確認する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽雑音を利用して、アンテナビームパターンや指向精度を確認できるレーダー装置が知られている。例えば、特許文献１は、ペンシルビーム等を用いて目標物の捜索、測高を行うレーダー装置であって、太陽から到来する太陽雑音を受信して、アンテナのビームを自動的に点検する機能を有するパルスレーダー装置を開示している。
【０００３】
このパルスレーダー装置では、天測計算、即ち、レーダー装置の設置位置から見た太陽の軌道を計算することにより太陽の位置（方位及び仰角）を算出し、この算出された太陽の位置から求められる太陽仰角にアンテナの指向仰角を固定する。そして、アンテナを回転させた状態で太陽雑音を受信して方位角及びその方位における受信信号の大きさをプロットし、太陽雑音によるアンテナビームパターンの確認や指向精度の確認が行われる。
【特許文献１】特開昭５９−３５１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のパルスレーダー装置では、太陽雑音を受信する際に、太陽とパルスレーダー装置との間に何らかの物体が存在することによってパルスレーダー装置が送信した信号に対するエコーが受信されると、微少な太陽雑音はエコーに紛れ込んでしまい太陽雑音の測定自体が意味をなさなくなる。そこで、このパルスレーダー装置は、太陽の指向方位への信号の送信を停止するよう構成されている。その結果、太陽の指向方位に存在する目標からのエコーの検出ができず、運用に制限が生じるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、通常の運用を妨げることなくアンテナビームパターンや指向精度を確認できるレーダー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
図１はレーダー装置の覆域（カバレッジ）と受信ビームとの関係を示す図である。航空機等といった目標が存在する高度は限られているため、レーダー装置の覆域Ｃは、図１の一点鎖線で囲ったような一定の高度Ｈより低い領域になる。従って、捜索レーダー装置や航空管制レーダー装置等では、覆域Ｃ内の実線で示す比較的低仰角の受信ビームに対してはエコーを受信する信号処理を行うが、覆域Ｃ外の破線で示す比較的高仰角の受信ビームに対してはエコーを受信する信号処理を行う必要はない。覆域Ｃの上部の信号処理が不要な受信ビームが存在する領域を受信空き領域Ｅという。
【０００７】
本発明は、航空機等といった目標が存在する高度Ｈが限られていることを利用して、受信空き領域Ｅを太陽雑音の測定に用いることによりレーダー装置の運用を継続しつつ太陽雑音を測定できるようにしたものである。
【０００８】
即ち、第１の発明に係るレーダー装置は、上記課題を達成するために、アンテナを方位方向に回転させながら仰角方向にスキャンすることにより得られた受信ビームを信号処理して目標を捕捉するレーダー装置であって、太陽の軌道を計算して太陽仰角を算出する天測計算部と、前記アンテナで受信された信号に基づき指向仰角が所定値以内又は前記指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ内である場合に受信ビームを前記指向仰角に指向し、前記指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ外である場合に受信ビームを前記天測計算部で算出された太陽仰角に指向させるように形成するビーム形成回路と、
前記ビーム形成回路で形成された受信ビームに対して前記指向仰角が前記所定値以内又は前記受信ビームの指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ内である場合に通常の受信処理を行う受信処理部と、前記受信ビームの指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ外である場合に太陽雑音を積分処理する積分処理部と、前記指向仰角が前記所定値以内又は前記指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ内である場合に通常のレーダー表示を行なうレーダー表示部と、前記指向仰角が前記所定値より大きく且つ所定レンジ外である場合に太陽雑音の積分結果をプロット表示させるプロット表示部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明に係るレーダー装置は、第１の発明に係るレーダー装置において、プロット表示部は、積分処理部で検出されたアンテナの複数回の回転に対する太陽雑音をプロットしてプロットの連続性を確保することを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明に係るレーダー装置は、第２の発明に係るレーダー装置において、前記積分処理部は、パルスレートインターバル（ＰＲＩ）内での積分数を分割して各分割単位毎に異なる方位角を付与することによりプロットの角度分解能を向上させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るレーダー装置によれば、受信ビームの指向仰角が所定値より大きく且つ所定レンジ外、つまり受信空き領域Ｅの受信ビームに対しては通常の受信処理を行わず、受信ビームを天測計算部で算出された太陽仰角に指向させて太陽雑音を検出してプロット表示させるように構成したので、レーダー装置の覆域に対しては常時通常の受信処理が行われることになり、通常の運用を妨げることなく太陽雑音を測定してアンテナビームパターンや指向精度を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例に係るレーダー装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図２は本発明の実施例に係るレーダー装置の構成を示すブロック図である。このレーダー装置は、送信信号生成回路１０、分配回路１１、送信回路１２1〜１２n、サーキュレータ１３1〜１３n、アンテナ１４1〜１４n、受信回路１５1〜１５n、Ａ／Ｄ変換器１６1〜１６n、ビーム形成回路１７、信号処理回路１８及び表示器１９から構成されている。
【００１４】
送信信号生成回路１０は、空中に送信する送信パルス信号を生成する。この送信信号生成回路１０で生成された送信パルス信号は分配回路１１に送られる。
【００１５】
分配回路１１は、送信信号生成回路１０から送られてきた送信パルス信号をｎ分配して送信回路１２1〜１２nに送る。
【００１６】
送信回路１２1〜１２nの各々は、分配回路１１から送られてきた信号の位相を調整し、高周波信号に変換し、更に増幅する。送信回路１２1〜１２nで生成された信号は、サーキュレータ１３1〜１３nにそれぞれ送られる。
【００１７】
サーキュレータ１３1〜１３nは、送信回路１２1〜１２nから送られてくる高周波信号をアンテナ１４1〜１４nにそれぞれ送るか、アンテナ１４1〜１４nから送られてくる信号を受信回路１５1〜１５nにそれぞれ送るかを切り替える。
【００１８】
アンテナ１４1〜１４nは、送信回路１２1〜１２nからサーキュレータ１３1〜１３nを介して送られてくる高周波信号を空中に向けてそれぞれ送信する。また、アンテナ１４1〜１４nは、空中からの信号、つまり目標からのエコー及び太陽からの太陽雑音ＮＳを受信し、サーキュレータ１３1〜１３nを介して受信回路１５1〜１５nにそれぞれ送る。
【００１９】
受信回路１５1〜１５は、アンテナ１４1〜１４nからサーキュレータ１３1〜１３nを介してそれぞれ送られてくる信号を低雑音増幅して中間周波信号に変換する。受信回路１５1〜１５で生成された信号は、Ａ／Ｄ変換器１６1〜１６nにそれぞれ送られる。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器１６1〜１６nは、受信回路１５1〜１５から送られてくる中間周波信号を直交デジタル信号（Ｉ／Ｑ信号）に変換する。このＡ／Ｄ変換器１６1〜１６nで得られた直交デジタル信号は、ビーム形成回路１７に送られる。
【００２１】
ビーム形成回路１７は、Ａ／Ｄ変換器１６1〜１６nから送られてくる直交デジタル信号を合成し、方向の異なる複数の受信ビームを同時に生成するマトリクス回路から構成されている。このビーム形成回路１７は、高仰角の受信空き領域Ｅを受信ビームが指向する際に、受信空き領域Ｅとなる時間（レンジ）において、後述する天測計算部３２から送られてくる太陽仰角に受信ビームを指向させる。ビーム形成回路１７で形成された受信ビームは、信号処理回路１８に送られる。
【００２２】
信号処理回路１８は、処理分岐部２０、通常の受信処理部２１及び積分処理部２２から構成されている。処理分岐部２０は、受信ビームが低仰角の覆域を指向する場合には、受信ビームを通常の受信処理部２１に渡し、一方、高仰角の受信空き領域Ｅを指向する場合には、受信ビームを積分処理部２２に渡す処理を実行する。
【００２３】
通常の受信処理部２１は、処理分岐部２０からの受信ビームを受け取り、目標からのエコーを検出する処理を実行する。この通常の受信処理部２１で得られた検出結果は、表示器１９に送られる。
【００２４】
積分処理部２２は、太陽雑音ＮＳを受信するために、処理分岐部２０からの受信ビームを受け取り、後述する天測計算部３２から送られてくる太陽仰角に指向する受信ビームに対して時間軸上の積分処理を実行する。この積分処理部２２で得られた積分結果は、表示部１９に送られる。
【００２５】
表示部１９は、通常のレーダー表示部３０、プロット表示部３１及び天測計算部３２から構成されている。
【００２６】
通常のレーダー表示部３０は、信号処理回路１８の通常の受信処理部２１から受け取ったエコーの検出結果に基づき目標の位置（方位及び距離）を算出し、図示しない表示画面上に表示する。
【００２７】
プロット表示部３１は、信号処理回路１８の積分処理部２２から受け取った積分結果を、図示しない画面上にプロットする。
【００２８】
天測計算部３２は、レーダー装置の設置位置から見た太陽の軌道を計算し、その計算結果に基づいて太陽の位置を算出する。この天測計算部３２で算出された太陽の位置を表すデータは、ビーム形成回路１７及び信号処理回路１８内の積分処理部２２に送られる。
【００２９】
次に、このように構成された本発明の実施例に係るレーダー装置の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３０】
まず、本発明の実施例に係るレーダー装置の動作の概要を、図３に示す概念図を参照しながら説明する。レーダー装置は、方位方向に回転しながら仰角方向のスキャンを実行する。今、仰角方向の受信ビームを＃１〜＃１３で表すと、覆域Ｃ内の実線で示す比較的低仰角の受信ビーム＃１〜＃６に対してはエコーを受信する処理が行われる。
【００３１】
一方、覆域Ｃ外の破線で示す比較的高仰角の受信ビーム＃７〜＃１３に対しては、レンジ（時間）Ｒ１（ｒ0〜ｒ1）の範囲でエコーを受信する処理が行われ、レンジＲ１より大きい時間帯（ｒ1〜ｒmax）では、エコーを受信する処理は行われず、受信ビームの指向仰角を、仰角θ1〜θ2に存在する太陽の仰角（太陽仰角）に指向させて太陽雑音ＮＳの測定が行われる。
【００３２】
図４はレーダー装置における時間軸上の受信処理の内容を示す図である。送信パルス信号は、図４（Ａ）に示すように、各受信ビームに対するパルスレートインターバルＰＲＩが切り替わる毎に出力される。受信ビーム＃１〜＃６に対しては、パルスレートインターバルＰＲＩの全範囲においてエコーを受信する処理が順次実行される。受信ビーム＃７〜＃１３に対しては、レンジＲ１までの範囲についてエコーを受信する処理が実行され、レンジＲ１より大きい時間帯ＳＵＮ（ｒ1〜ｒmax）では、受信ビームの指向仰角が太陽仰角に指向されて太陽雑音ＮＳを受信する処理が順次実行される。
【００３３】
次に、本発明の実施例に係るレーダー装置の動作の詳細を、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００３４】
まず、太陽仰角がθ1〜θ2の範囲であるかどうかが判定される（ステップＳ１０）。太陽仰角がθ1〜θ2の範囲であるかどうかの判定は、表示部１９の天測計算部３２から取得された測定日時における太陽仰角を調べることにより行われる。
【００３５】
ステップＳ１０で、太陽仰角がθ1〜θ2の範囲でないと判定された場合には、太陽雑音ＮＳの測定は不可能であることが認識され、通常の受信処理が実行される（ステップＳ１１）。この場合、受信空き領域Ｅの受信ビームに対する受信処理（図４の時間帯ＳＵＮにおける処理）は、高度Ｈ以上に目標は存在しないことが明らかであるので、停止するように構成できる。
【００３６】
ステップＳ１０で、太陽仰角がθ1〜θ2の範囲であると判定された場合には、次に、受信ビームの指向仰角がθ1以上であるかどうかが判定される（ステップＳ１２）。より具体的には、ビーム形成回路１７から受信ビーム＃７以上が出力されているかどうかが調べられる。ここで、受信ビームの指向仰角がθ1以上でないと判定された場合には、受信ビーム＃１〜＃６に対する受信処理を行うべきことが認識され、シーケンスはステップＳ１１に分岐して通常の受信処理が行われる。
【００３７】
ステップＳ１２で、受信ビームの指向仰角がθ1以上であると判定された場合には、受信ビーム＃７〜＃１３に対する処理が実行中であることが認識され、次に、処理中のレンジがＲ１より大きくなったかどうかが判定される（ステップＳ１３）。ここで、レンジがＲ１より大きくなっていないと判定された場合には、シーケンスはステップＳ１１に分岐して通常の受信処理が行われ、通常のレーダ表示がされる（ステップＳ１５）。これにより、覆域Ｃ内（厳密には受信空き領域Ｅの一部を含む）の比較的高仰角の受信ビーム＃７〜＃１３に対する受信処理が実行される。
【００３８】
ステップＳ１３で、レンジがＲ１より大きくなったと判定された場合には、受信ビームの指向仰角を太陽仰角に向けた後、太陽雑音ＮＳを測定する処理が実行される（ステップＳ１４）。具体的には、積分処理部２２は、直交デジタル信号（Ｉ／Ｑ信号）として送られてくる受信ビームに対して、レンジｒ１について下記式（１）に従ってビデオ積分処理を実行する。
【数１】
2005201797.tif 000003
【００３９】
ステップＳ１４で得られた積分結果が、表示器１９のプロット表示部３１に送られ、プロット表示される（ステップＳ１６）。ユーザは、プロット表示部３１に表示された内容を参照することにより、天測計算部３２で算出された太陽の方向と実際に計測された太陽の方向との間にズレが存在するかどうかを判断できるので、レーダー装置のアンテナビームパターンや指向精度を確認できる。
【００４０】
ところで、上記の構成では、比較的高仰角の受信ビーム＃７〜＃１３で太陽雑音ＮＳの受信処理が行われるので、比較的低仰角の受信ビーム＃１〜＃６が通過している間は太陽雑音ＮＳを測定できず、プロットが断続的になる。
【００４１】
この問題は、アンテナ１４1〜１４nの回転位置に対する仰角方向のスキャン開始タイミングを一定にせず、アンテナ１４1〜１４nのスキャン（回転）毎に処理領域が徐々にずれるように構成することによって解消できる。例えば、図６に示すように、１スキャン目は、アンテナ１４1〜１４nの所定の方位角において受信ビーム＃１から順番にスキャンされ、２スキャン目は、その方位角において受信ビーム＃１１から順番にスキャンされ、３スキャン目は、その方位角において受信ビーム＃８から順番にスキャンされるように構成できる。この例では、アンテナ１４1〜１４nの３回転に対する太陽雑音ＮＳをプロットすることにより、プロットの連続性を確保することができる。
【００４２】
以上説明したように、本発明の実施例に係るレーダー装置によれば、受信ビームの指向仰角が所定値θ1より大きく且つ所定レンジＲ１外、つまり受信空き領域Ｅの受信ビームに対しては通常の受信処理を行わず、受信ビームを天測計算部３２で算出された太陽仰角に指向させて太陽雑音ＮＳを検出し、プロット表示部３１にプロット表示させるように構成したので、レーダー装置の覆域Ｃに対しては常時通常の受信処理が行われることになり、通常の運用を継続しつつ太陽雑音ＮＳを測定してアンテナビームパターンや指向精度を確認することができる。
【００４３】
また、上述した実施例では処理単位がＰＲＩ単位であるため、角度分解能は、３６０°×アンテナ回転数／ＰＲＩで与えられたものとなる。
【００４４】
ここで、積分処理部２２におけるステップＳ１４のｒ1〜ｒｍａｘにおける積分処理をいくつかに分割して実施する。例えば、３分割した場合の積分処理は次式の通りとなる。
【数２】
2005201797.tif 000004
【００４５】
この、各分割単位における積分結果に、各積分時の方位角をそれぞれ付与して表示器１９のプロット表示部３１にてプロット表示させることにより、プロットの角度分解能を向上させることができる。
【００４６】
なお、上述した実施例では、レンジＲ１を一定として太陽雑音ＮＳの測定を行うかどうかを判断するように構成したが、例えば、各受信ビームのレンジＲ１を高度Ｈで制限される範囲に決定し、受信ビーム毎に可変するように構成することもできる。この構成によれば、仰角が高くなるに連れて太陽雑音ＮＳの計測時間を長くすることができるので、計測精度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、捜索レーダー装置、航空管制レーダー装置、気象レーダー装置といった、アンテナを方位方向に回転させながら仰角方向にスキャンすることにより得られた受信ビームを信号処理して目標を捕捉する種々のレーダー装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】レーダー装置の覆域（カバレッジ）と受信ビームとの関係を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係るレーダー装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係るレーダー装置の動作の概要を概念的に示す図である。
【図４】本発明の実施例に係るレーダー装置における時間軸上の受信処理の内容を示す図である。
【図５】本発明の実施例に係るレーダー装置の動作の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の実施例に係るレーダー装置でプロットの連続性を確保する動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  送信信号生成回路
１１  分配回路
１２1〜１２n  送信回路
１３1〜１３n  サーキュレータ
１４1〜１４n  アンテナ
１５1〜１５n  受信回路
１６1〜１６n  Ａ／Ｄ変換器
１７  ビーム形成回路
１８  信号処理回路
１９  表示器
２０  処理分配部
２１  通常の受信処理部
２２  積分処理部
３０  通常のレーダー表示部
３１  プロット表示部
３２  天測計算部
【図１】
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【図２】
2005201797.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005201797.tif 000009
【図６】
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