(57)【要約】【課題】  空間の捜索効率の劣化を防止することができるとともに、探知方向の測定の曖昧さを防止することができる分散開口レーダー装置を得ることを目的とする。【解決手段】  送信サブアンテナ１と同一の直線上に等間隔で配置されている複数の受信サブアンテナ２のビーム指向方向を送信サブアンテナ１と一致させて、複数の受信サブアンテナ２に所要の捜索空間内を順番に走査させるビーム制御信号発生器４を設け、複数の受信サブアンテナ２の受信信号をＦＦＴ変換して受信マルチビームを形成し、その受信マルチビームの各受信ビームから目標信号を検出して合成する。【選択図】        図１
2005140639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の直線上に等間隔で配置された複数の受信サブアンテナと、上記複数の受信サブアンテナと同一の直線上に配置され、送信信号を空間に放射する送信サブアンテナと、上記複数の受信サブアンテナのビーム指向方向を上記送信サブアンテナと一致させて、上記複数の受信サブアンテナに所要の捜索空間内を順番に走査させるアンテナ制御手段と、上記複数の受信サブアンテナの受信信号をフーリエ変換して受信マルチビームを形成する受信マルチビーム形成手段と、上記受信マルチビーム形成手段により形成された受信マルチビームの各受信ビームから目標信号を検出し、各目標信号を合成する目標検出手段とを備えた分散開口レーダー装置。
【請求項２】
受信マルチビーム形成手段は、複数の受信サブアンテナの受信信号における位相誤差を補正し、補正後の受信信号をフーリエ変換することを特徴とする請求項１記載の分散開口レーダー装置。
【請求項３】
送信機能と受信機能を有する送受信サブアンテナを用いて送信サブアンテナ及び受信サブアンテナを構成し、その送信サブアンテナとして使用する送受信サブアンテナを指定するアンテナ切替器を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の分散開口レーダー装置。
【請求項４】
同一の直線上に等間隔で配置された複数の送信サブアンテナと、上記複数の送信サブアンテナと同一の直線上に配置され、目標に反射された信号を受信する受信サブアンテナと、複数の送信サブパルスを有する送信パルスを分配し、分配後の各送信パルスの位相を制御して送信マルチビームを形成する送信マルチビーム形成手段と、上記複数の送信サブアンテナのビーム指向方向を上記受信サブアンテナと一致させて、上記複数の送信サブアンテナから上記送信マルチビーム形成手段による位相制御後の各送信パルスを空間に放射させる一方、上記受信サブアンテナに所要の捜索空間内を走査させるアンテナ制御手段と、上記受信サブアンテナの受信信号から目標信号を検出する目標検出手段とを備えた分散開口レーダー装置。
【請求項５】
送信マルチビーム形成手段は、各送信パルスにおける位相誤差を補正することを特徴とする請求項４記載の分散開口レーダー装置。
【請求項６】
目標検出手段は、送信マルチビーム形成手段が相互に符号が異なる送信サブパルスからなる送信パルスを分配して送信マルチビームを形成する場合、受信サブアンテナの受信信号から目標信号を検出する際、その受信信号の符号から当該目標信号が係る送信サブパルスを特定することを特徴とする請求項４または請求項５記載の分散開口レーダー装置。
【請求項７】
目標検出手段は、送信マルチビーム形成手段がパルス繰り返し周期毎に符号が異なる送信パルスを分配して送信マルチビームを形成する場合、受信サブアンテナの受信信号から目標信号を検出すると、その目標信号の符号から当該目標信号が係る送信サブパルスを特定することを特徴とする請求項４または請求項５記載の分散開口レーダー装置。
【請求項８】
送信信号の放射と反射信号の受信を行い、かつ、同一の直線上に等間隔で配置されている複数の送受信サブアンテナと、複数の送信サブパルスを有する送信パルスを分配し、分配後の各送信パルスの位相を制御して送信マルチビームを形成する送信マルチビーム形成手段と、上記複数の送受信サブアンテナのビーム指向方向を一致させて、上記複数の送受信サブアンテナから上記送信マルチビーム形成手段による位相制御後の各送信パルスを空間に放射させる一方、上記複数の送受信サブアンテナに所要の捜索空間内を順番に走査させるアンテナ制御手段と、上記複数の送受信サブアンテナの受信信号をフーリエ変換して受信マルチビームを形成する受信マルチビーム形成手段と、上記受信マルチビーム形成手段により形成された受信マルチビームの各受信ビームから目標信号を検出し、各目標信号を合成する目標検出手段とを備えた分散開口レーダー装置。
【請求項９】
送信マルチビーム形成手段又は受信マルチビーム形成手段は、複数の受信サブアンテナ、または、複数の送受信サブアンテナ間の受信時刻差を補正することを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の分散開口レーダー装置。
【請求項１０】
複数の受信サブアンテナ又は送受信サブアンテナが不等間隔で配置されている場合には、受信マルチビーム形成手段がＤＦＴ回路を搭載し、そのＤＦＴ回路が複数の受信サブアンテナ又は送受信サブアンテナの配置に応じて、複数の受信サブアンテナ又は送受信サブアンテナの受信信号をディジタル・フーリエ変換して受信マルチビームを形成することを特徴とする請求項１または請求項８記載の分散開口レーダー装置。
【請求項１１】
複数の受信サブアンテナ又は送受信サブアンテナが２次元平面上に分散して配置されている場合、受信マルチビーム形成手段が２次元ＤＦＴ回路を搭載し、その２次元ＤＦＴ回路が複数の受信サブアンテナ又は送受信サブアンテナの配置に応じて、複数の受信サブアンテナ又は送受信サブアンテナの受信信号をディジタル・フーリエ変換して２次元受信マルチビームを形成することを特徴とする請求項１または請求項８記載の分散開口レーダー装置。
【請求項１２】
複数の受信サブアンテナ又は送受信サブアンテナが３次元空間内に立体的に分散して配置されている場合、受信マルチビーム形成手段が３次元ＤＦＴ回路を搭載し、その３次元ＤＦＴ回路が複数の受信サブアンテナ又は送受信サブアンテナの配置に応じて、複数の受信サブアンテナ又は送受信サブアンテナの受信信号をディジタル・フーリエ変換して２次元受信マルチビームを形成することを特徴とする請求項１または請求項８記載の分散開口レーダー装置。
【請求項１３】
送信マルチビーム形成手段は、複数の送信サブアンテナが不等間隔で配置されている場合、複数の送信サブアンテナの配置に応じて、分配後の各送信パルスの位相を制御して送信マルチビームを形成することを特徴とする請求項４記載の分散開口レーダー装置。
【請求項１４】
送信マルチビーム形成手段は、複数の送信サブアンテナが２次元平面上に分散して配置されている場合、複数の送信サブアンテナの配置に応じて、分配後の各送信パルスの位相を制御して２次元送信マルチビームを形成することを特徴とする請求項４記載の分散開口レーダー装置。
【請求項１５】
送信マルチビーム形成手段は、複数の送信サブアンテナが３次元空間内に立体的に分散して配置されている場合、複数の送信サブアンテナの配置に応じて、分配後の各送信パルスの位相を制御して２次元送信マルチビームを形成することを特徴とする請求項４記載の分散開口レーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所要の空間をビーム走査して目標を探知する分散開口レーダー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーダー装置の目標探知性能を高めるためには、アンテナを大型化したり、送信電力を大きくしたりする必要があるため装置規模が増加する。
従って、これを避けるため、比較的小規模のレーダーを複数個設置し、各々のレーダーの検出結果をバイナリ積分によって合成することで、全体の探知性能を向上させる方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
しかし、この方法では、積分損失があることが知られている。即ち、複数の小規模レーダーのアンテナ開口の和に等しいアンテナ開口を有し、かつ、複数の小規模レーダーの送信電力の和に等しい送信電力を有する大型レーダーを想定し、複数の小規模レーダーと大型レーダーを比較すると、複数の小規模レーダーの方が大型レーダーより探知性能が劣るという欠点がある。前述の文献１によれば、２ｄＢ程度の損失があると報告されている。
【０００３】
そこで、上記のようなバイナリ積分に代えて、各々のレーダーの受信信号を複素演算で合成することにより、上記のような損失をなくす方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
この文献２では、直線上に間隔をおいて配置した複数のレーダーの受信信号を複素合成すれば、等価的に大開口の受信アンテナで受信した場合と同様の高いＳ／Ｎの信号が得られることが示されている。また、配置するレーダーの数が非常に多い場合、これらの間隔をランダムにすれば、グレーティングローブとよばれる不要な放射パターンが低減できることが示されている。
【０００４】
【非特許文献１】Jun Han, P. K. Varshney and R. Srinivasan, “Distributed Binary Integration”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 29, No. 1, 1993.
【非特許文献２】R. C. Heimiller, J. E. Belyea and P. G. Tomlinson, “Distributed Array Radar”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 19, No. 6, 1983.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の分散開口レーダー装置は以上のように構成されているので、各々のレーダーの受信信号を複素演算で合成すれば、探知性能の向上を図ることができるが、等価的に形成される大開口アンテナのビーム幅が非常に狭くなるため、空間の捜索効率が劣化する課題があった。
また、配置するレーダーの数が比較的少ない場合、グレーティングローブが多数生じるため、探知方向の測定に曖昧さが生じる課題もあった。
【０００６】
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、空間の捜索効率の劣化を防止することができるとともに、探知方向の測定の曖昧さを防止することができる分散開口レーダー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】
【０００７】
この発明に係る分散開口レーダー装置は、送信サブアンテナと同一の直線上に等間隔で配置されている複数の受信サブアンテナのビーム指向方向を送信サブアンテナと一致させて、複数の受信サブアンテナに所要の捜索空間内を順番に走査させるアンテナ制御手段を設け、複数の受信サブアンテナの受信信号をフーリエ変換して受信マルチビームを形成し、その受信マルチビームの各受信ビームから目標信号を検出して合成するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、送信サブアンテナと同一の直線上に等間隔で配置されている複数の受信サブアンテナのビーム指向方向を送信サブアンテナと一致させて、複数の受信サブアンテナに所要の捜索空間内を順番に走査させるアンテナ制御手段を設け、複数の受信サブアンテナの受信信号をフーリエ変換して受信マルチビームを形成し、その受信マルチビームの各受信ビームから目標信号を検出して合成するように構成したので、空間の捜索効率の劣化を防止することができるとともに、探知方向の測定の曖昧さを防止することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による分散開口レーダー装置を示す構成図であり、図において、送信サブアンテナ１は送信信号を増幅して空間に放射する１個のフェーズド・アレイ方式のアンテナであり、複数の受信サブアンテナ２は送信サブアンテナ１と同一の周波数で動作し、かつ、送信サブアンテナ１と同一の直線上に等間隔で配置されているフェーズド・アレイ方式のアンテナである。
送信信号発生器３は送信サブアンテナ１に供給する送信信号を発生し、ビーム制御信号発生器４は送信サブアンテナ１の送信ビーム９と受信サブアンテナ２の受信ビーム１０を制御するビーム制御信号を発生する。即ち、複数の受信サブアンテナ２のビーム指向方向を送信サブアンテナ１と一致させて、複数の受信サブアンテナ２に所要の捜索空間内を順番に走査させるように制御する。なお、送信信号発生器３及びビーム制御信号発生器４からアンテナ制御手段が構成されている。
【００１０】
遅延・位相補正回路５は複数の受信サブアンテナ２の受信信号における位相誤差を補正する。ＦＦＴ回路６は遅延・位相補正回路５による補正後の受信信号をＦＦＴ変換（高速フーリエ変換）して受信マルチビームを形成する。なお、遅延・位相補正回路５及びＦＦＴ回路６から受信マルチビーム形成手段が構成されている。
目標検出回路７はＦＦＴ回路６により形成された受信マルチビームの各受信ビームから目標信号を検出し、合成回路８は複数の目標検出回路７により検出された各目標信号を合成する。なお、目標検出回路７及び合成回路８から目標検出手段が構成されている。
送信ビーム９は送信サブアンテナ１により形成され、受信ビーム１０は受信サブアンテナ２により形成される。
【００１１】
次に動作について説明する。
まず、送信信号発生器３が送信信号を送信サブアンテナ１に供給すると、送信サブアンテナ１が送信信号を増幅して空間に放射するが、その際、ビーム制御信号発生器４は、送信サブアンテナ１と複数の受信サブアンテナ２のビーム指向方向を一致させるとともに、複数の受信サブアンテナ２に所要の捜索空間内を順番に走査させるビーム制御信号を送信サブアンテナ１と受信サブアンテナ２に出力する。
これにより、所要の捜索空間内に目標があれば、送信サブアンテナ１から放射された送信信号が目標に反射して、その反射信号を複数の受信サブアンテナ２が受信する。
【００１２】
ここで、図１に示すように直線上に並べられた複数の受信サブアンテナ２は、アンテナパターンとしては一つの大きなリニアアレイ・アンテナとみなすことができる。
図２は受信サブアンテナ２の配列を示す模式図である。図２の例では、Ｎ個の受信サブアンテナ２をｘ軸上に配置し、Ｎ個の受信サブアンテナ２の位相中心のｘ座標をｘ１，ｘ２，・・・ｘＮとしている。
次式に示すように、各受信サブアンテナ２の受信信号をＡ１，Ａ２，・・・ＡＮとし、これらの受信信号に位相回転Ｗ１，Ｗ２，・・・ＷＮを与えた後、複素加算して合成出力Ωを得るとする。
【数１】
2005140639.tif 000003
【００１３】
このとき、１次元リニアアレイの理論を応用し、位相回転Ｗｎを次式のように定義すれば、式（１）の合成出力Ωとして、ビームの中心方向がθ０の合成パターンからの出力が得られる（Radar Handbook 2nd Edition, pp.7.10-7.17, McGraw-Hill Publishing co., 1990 参照）。
【数２】
2005140639.tif 000004
ただし、ｋは波数である。アレイアンテナの理論によると、合成後のアンテナパターンは、受信サブアンテナ２のパターンとアレイ・ファクタの積で表される。図２の場合、到来方向θに対するアレイ・ファクタＦ(θ)は次式のように表されるので、ビームの中心方向θ０では、１つの受信サブアンテナ２に比べて利得がＮ倍になる。
【数３】
2005140639.tif 000005
【００１４】
なお、受信サブアンテナ２の配置が等間隔である場合には、式（２）及び式（３）は、以下に示すように簡単になる。なお、ｄはサブアンテナ間隔である。
【数４】
2005140639.tif 000006
【００１５】
図３は上記原理で得られる合成パターンとサブアンテナの大きさ、配置との関係を示す説明図である。
図３（ａ）は各受信サブアンテナ２の配置を開口分布の有無で示したものであり、受信サブアンテナ２の開口長をτ、受信サブアンテナ２の間隔をＴとしている。受信サブアンテナ２の個数をＮとすると、アンテナ配列全体の大きさはＮ×Ｔとなる。このとき、式（７）で示した手順を実施すると、図３（ｂ）で示すような合成パターンが得られる。即ち、θ０の方向に、ビーム幅が約１／ＮＴの非常に狭いメインビームが形成されるとともに、θ０±ｍ／Ｔ（ｍ：自然数）の方向にも周期的にグレーティングローブと呼ばれるパターンが形成される。また、これらのパターンの包絡線はサブアンテナのパターンになる。
【００１６】
このように、メインビームのビーム幅は非常に狭くなるので、このようなアンテナで空間を捜索すると効率が悪い。
そこで、この実施の形態１では、メインローブとグレーティングローブの隙間を埋めて、送信サブアンテナ１のパターン内を一度に捜索する手段を提供する。
ここで、式（７）に着目すると、合成出力Ωは、複数の信号列Ａ１，Ａ２，……ＡＮに対するディジタル・フーリエ変換（ＤＦＴ）の形をなしている。更に、ここでは受信サブアンテナ２の間隔Ｔを一定としているので、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の適用が可能になる。
従って、これらの信号列を図１で示したＦＦＴ回路６で処理すれば、指向方向が少しずつずれたビームを並べた受信マルチビームを一度に形成することができる。
図３（ｃ）はこのようにして得られた受信マルチビームのパターンを示しており、このような受信マルチビームを形成すれば、送信ビーム９の中の目標を漏れなく一度に検出することがでる。また、多数発生するグレーイングローブの影響は、送信サブアンテナ１又は受信サブアンテナ２単体のパターンの低サイドローブ化を行うことにより無視できるようになる。なお、ＦＦＴ回路６において、ＦＦＴの点数は必ずしも受信サブアンテナ２の個数Ｎに等しい必要はなく、例えば、受信サブアンテナ２の個数Ｎより大きくしてマルチビーム数を増やし、ビームとビームの間の隙間を少なくすることもできる。また、ＦＦＴの代りにＤＦＴを実施し、サイドローブの低減など、個々のビームの整形を行うことも可能である。
【００１７】
複数の遅延・位相補正回路５は、上記のような原理の下で、複数の受信サブアンテナ２が目標に反射された信号を受信すると、その受信信号における位相誤差を補正する。
即ち、複数の受信サブアンテナ２を設置する際して、複数の受信サブアンテナ２からＦＦＴ回路６までの長さが、各受信サブアンテナ２毎に異なることが多々ある。
この場合、各受信サブアンテナ２からＦＦＴ回路６までの信号伝送遅延時間に差が生じ、上述のマルチビーム形成における位相誤差となる。従って、これを防ぐためには、予め各受信サブアンテナ２からの信号伝送遅延時間を測定しておき、その信号伝送遅延時間の差を補正すればよいので、遅延・位相補正回路５が上記のような信号伝送遅延時間の補正を行う。
また、各受信サブアンテナ２を設置する上で、実際には多少同一の直線からのずれが生じる場合がある。このような位置ずれも、同様に、マルチビーム形成における位相誤差となる。位置ずれの値が波長に比べて十分小さい場合には、位相誤差量は近似的にビーム指向方向によらない一定値とみなせるので、予め固定点からの受信信号により、各受信サブアンテナ２の位相誤差を測定しておき、その位相誤差の差を補正すればよいので、遅延・位相補正回路５が上記のような位相誤差の補正を行う。
【００１８】
ＦＦＴ回路６は、遅延・位相補正回路５が受信信号における位相誤差を補正すると、補正後の受信信号をＦＦＴ変換して受信マルチビームを形成する（図３（ｃ）を参照）。
目標検出回路７は、ＦＦＴ回路６が受信マルチビームを形成すると、その受信マルチビームの各受信ビームから目標信号を検出する。目標信号の検出処理は、従来のレーダー装置に搭載されている手法を用いれば足りるので説明を省略する。
合成回路８は、複数の目標検出回路７が目標信号を検出すると、各目標信号を合成して出力する。
【００１９】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、送信サブアンテナ１と同一の直線上に等間隔で配置されている複数の受信サブアンテナ２のビーム指向方向を送信サブアンテナ１と一致させて、複数の受信サブアンテナ２に所要の捜索空間内を順番に走査させるビーム制御信号発生器４を設け、複数の受信サブアンテナ２の受信信号をＦＦＴ変換して受信マルチビームを形成し、その受信マルチビームの各受信ビームから目標信号を検出して合成するように構成したので、空間の捜索効率の劣化を防止することができる効果を奏する。また、多数発生するグレーティングローブを受信サブアンテナ２のメインビーム内に閉じ込められる結果、探知方向の測定に受信サブアンテナ２のビーム幅以上の曖昧さが生じないという効果を奏する。
また、この実施の形態１によれば、遅延・位相補正回路５が複数の受信サブアンテナ２の受信信号における位相誤差を補正するので、受信マルチビームの形成精度を高めることができる効果を奏する。
【００２０】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による分散開口レーダー装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
複数の送受信サブアンテナ１１は相互に同一の周波数で動作し、かつ、同一の直線上に等間隔で配置されているフェーズド・アレイ方式の送受信アンテナである。送信サブアンテナ切替器１２は複数の送受信サブアンテナ１１のうち、何れか１つの送受信サブアンテナ１１に送信信号発生器３から発生された送信信号を供給するように設定する。送受信ビーム１３は送受信サブアンテナ１１により形成される。
【００２１】
次に動作について説明する。
送信サブアンテナ切替器１２が任意の１つの送受信サブアンテナ１１を送信用アンテナとして使用するように設定する。
これにより、送信信号の送信時においては、送信サブアンテナ切替器１２が送信用アンテナとして設定した送受信サブアンテナ１１から送信信号発生器３より供給された送信信号を空間に放射させる。
一方、目標に反射された信号の受信時においては、全ての送受信サブアンテナ１１が目標に反射された信号を受信する。
その他の動作は、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００２２】
この実施の形態２によれば、アンテナ配列を送信と受信の２種類のサブアンテナで構成する代りに、１種類の送受信サブアンテナ１１で構成することにより、アンテナの総設置面積を減少することができる効果を奏する。また、送信用のサブアンテナを選択することができるので、運用の自由度が高くなり、また、送信しているサブアンテナが故障した場合には、他のサブアンテナに切り替えることによって、システム全体の稼動率を高めることができる効果を奏する。
【００２３】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による分散開口レーダー装置を示す構成図であり、図において、複数の送信サブアンテナ２１は受信サブアンテナ２２と同一の直線上に等間隔で配置されているフェーズド・アレイ方式のアンテナであり、受信サブアンテナ２２は送信サブアンテナ２１と同一の周波数で動作する１個のフェーズド・アレイ方式のアンテナである。
送信サブパルス発生器２３は後段の送信移相回路２５により形成される送信マルチビームの個数と等しい数の送信サブパルスからなる送信パルスを発生し、分配回路２４は送信サブパルス発生器２３から発生された送信パルスを分配して複数の送信移相回路２５に出力する。複数の送信移相回路２５は分配回路２４から出力された送信パルスの位相を制御して送信マルチビームを形成する。
複数の遅延・位相補正回路２６は送信パルスにおける位相誤差を補正する。なお、送信サブパルス発生器２３、分配回路２４、送信移相回路２５及び遅延・位相補正回路２６から送信マルチビーム形成手段が構成されている。
【００２４】
ビーム制御信号発生器２７は送信サブアンテナ２１の送信ビーム２９と受信サブアンテナ２２の受信ビーム３０を制御するビーム制御信号を発生する。即ち、複数の送信サブアンテナ２１のビーム指向方向を受信サブアンテナ２２と一致させて、複数の送信サブアンテナ２１から遅延・位相補正回路２６による補正後の各送信パルスを空間に放射させる一方、受信サブアンテナ２２に所要の捜索空間内を走査させるように制御する。なお、ビーム制御信号発生器２７はアンテナ制御手段を構成している。
目標検出回路２８は受信サブアンテナ２２の受信信号から目標信号を検出する目標検出手段を構成している。
送信ビーム２９は送信サブアンテナ２１により形成され、受信ビーム３０は受信サブアンテナ２２により形成される。
【００２５】
次に動作について説明する。
送信サブパルス発生器２３は、図６（ａ）に示すように、後段の送信移相回路２５により形成される送信マルチビームの個数と等しい数の送信サブパルスからなる送信パルスを発生する。
ただし、図６（ａ）では、説明の簡単化のため、４分割した例を示している。なお、送信サブパルスの個数（送信マルチビームの個数）は、図３に示しているサブアンテナの配置とアンテナパターンの関係から、送信サブアンテナ２１の個数のＭと等しくすることが基本となるが、上記実施の形態１と同様に、例えば、Ｍより大きくしてマルチビームの個数を増やし、送信ビームと送信ビームの間の隙間を少なくすることもできる。
【００２６】
分配回路２４は、送信サブパルス発生器２３が送信パルスを発生すると、その送信パルスを分配して複数の送信移相回路２５に出力する。
複数の送信移相回路２５は、合成後の送信ビームの指向方向を送信サブパルス毎に少しずつずらした送信マルチビームを形成するため、上述の式（６）で示した位相回転Ｗｎを送信パルスの送信サブパルス毎に与える。
これにより、図６（ｂ）で示すような送信マルチビームが時分割で形成される。
【００２７】
ここで、送信マルチビームを時分割で形成する理由は次の通りである。
仮に、同時にマルチビームを形成しようとすると、異なった送信移相を与えた複数の信号を加算した送信信号を用いる必要がある。一般に、このような合成信号の振幅は送信パルス内で大きく変化する。しかるに通常、送信サブアンテナ２１では、高出力の送信電力を得るためにＣ級増幅器等の非線型デバイスを用いることが多く、合成信号の振幅情報が失われてしまって、うまくマルチビームを形成することができない。
これに対して、送信パルス内を送信サブパルスに時分割し、送信サブパルス毎に所要の移相を与えれば、個々の送信サブパルスの振幅変化が無いので、問題なく送信マルチビームを形成することができる。
【００２８】
複数の遅延・位相補正回路２６は、送信移相回路２５が位相回転Ｗｎを送信パルスの送信サブパルス毎に与えると、図１の遅延・位相補正回路５と同様に、信号伝送遅延時間差と送信サブアンテナ２１の位置ずれに相当する位相を補正するため、送信移相回路２５から出力された送信パルスの送信サブパルスの位相誤差を補正し、補正後の送信パルスを送信サブアンテナ２１に供給する
これにより、複数の送信サブアンテナ２１が補正後の送信パルスを増幅して空間に放射するが、その際、ビーム制御信号発生器２７は、複数の送信サブアンテナ２１と受信サブアンテナ２２のビーム指向方向を一致させるとともに、受信サブアンテナ２２に所要の捜索空間内を走査させるビーム制御信号を送信サブアンテナ２１と受信サブアンテナ２２に出力する。
所要の捜索空間内に目標があれば、送信サブアンテナ２１から放射された送信パルスが目標に反射して、その反射信号を受信サブアンテナ２２が受信する。
目標検出回路２８は、受信サブアンテナ２２の受信信号から目標信号を検出する。
【００２９】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、複数の送信サブパルスからなる送信パルスを分配し、分配後の各送信パルスの位相を制御して送信マルチビームを形成する送信移相回路２５等を設け、受信サブアンテナ２２と同一の直線上に等間隔で配置されている複数の送信サブアンテナ２１のビーム指向方向を受信サブアンテナ２２と一致させて、複数の送信サブアンテナ２１から位相制御後の各送信パルスを空間に放射させる一方、受信サブアンテナ２２に所要の捜索空間内を走査させるように構成したので、送信側で等価的な大開口アンテナを形成することができる結果、上記実施の形態１と同様に、空間の捜索効率の劣化を防止することができるとともに、探知方向の測定に受信サブアンテナ２２のビーム幅以上の曖昧さが生じないという効果を奏する。
【００３０】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による分散開口レーダー装置を示す構成図であり、図において、図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
サブパルス内符号変調回路３１は送信パルス内の各送信サブパルスに対して相互に異なる変調符号を用いて符号変調を実施する。なお、サブパルス内符号変調回路３１は送信マルチビーム形成手段を構成している。
符号復調回路３２は送信サブパルスと同数だけ併置され、受信サブアンテナ２２の受信信号の復調処理を実施する。目標検出回路３３は符号復調回路３２により復調された受信信号から目標信号を検出する。サブパルス判定回路３４は符号復調回路３２により復調された受信信号の符号を参照して、目標検出回路３３により検出された目標信号がどの送信サブパルスに係るものであるかを特定する。なお、符号復調回路３２、目標検出回路３３及びサブパルス判定回路３４から目標検出手段が構成されている。
【００３１】
まず、送信側においては、サブパルス内符号変調回路３１が付加されている点で上記実施の形態３と相違している。
サブパルス内符号変調回路３１は、送信サブパルス発生器２３から送信パルスの送信サブパルスを受けると、図８に示すように、各送信サブパルスに対して相互に異なる変調符号を用いて符号変調を実施する。
【００３２】
一方、受信側においては、送信サブパルスと同数だけ併置されている符号復調回路３２が受信サブアンテナ２２の受信信号の復調処理を実施する。
目標検出回路３３は、符号復調回路３２が受信信号を復調すると、復調後の受信信号から目標信号を検出する。
サブパルス判定回路３４は、符号復調回路３２により復調された受信信号の符号を参照して、目標検出回路３３により検出された目標信号がどの送信サブパルスに係るものであるかを特定し、各目標信号を統合する。
【００３３】
上記実施の形態３では、送信パルスの長さが比較的大きい場合、各送信サブパルスの送信時刻の差によって距離精度が劣化する。
しかしながら、この実施の形態４では、サブパルス判定回路３４が受信信号の符号を参照して、目標信号がどの送信サブパルスに係るものであるかを特定することができるので、各送信サブパルスの送信時刻の差を補正して、距離精度を高めることができる効果を奏する。
【００３４】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５による分散開口レーダー装置を示す構成図であり、図において、図７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ＰＲＴ（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ）毎符号変調回路３５は送信パルス内の送信サブパルスに対してパルス繰り返し周期毎に符号変調を実施する。ただし、送信サブパルス毎に異なる変調符号を用いて符号変調を実施する。なお、ＰＲＴ毎符号変調回路３５は送信マルチビーム形成手段を構成している。
符号復調回路３６は送信サブパルスと同数だけ併置され、目標検出回路２８により検出された目標信号の復調処理を実施する。なお、符号復調回路３６は目標検出手段を構成している。
【００３５】
まず、送信側においては、ＰＲＴ毎符号変調回路３５が付加されている点で上記実施の形態３と相違している。
ＰＲＴ毎符号変調回路３５は、送信サブパルス発生器２３から送信パルスの送信サブパルスを受けると、図１０に示すように、送信サブパルス毎に異なる変調符号を用いて、送信パルス内の送信サブパルスに対してパルス繰り返し周期毎に符号変調を実施する。
【００３６】
一方、受信側においては、送信サブパルスと同数だけ併置されている符号復調回路３６が目標検出回路２８により検出された目標信号の復調処理を実施する。
サブパルス判定回路３４は、複数の符号復調回路３６により復調された符号を参照して、目標検出回路２８により検出された目標信号がどの送信サブパルスに係るものであるかを特定し、各目標信号を統合する。
【００３７】
上記実施の形態３では、送信パルスの長さが比較的大きい場合、各送信サブパルスの送信時刻の差によって距離精度が劣化する。
しかしながら、この実施の形態５では、サブパルス判定回路３４が目標信号の符号を参照して、目標信号がどの送信サブパルスに係るものであるかを特定することができるので、各送信サブパルスの送信時刻の差を補正して、距離精度を高めることができる効果を奏する。
【００３８】
実施の形態６．
図１１はこの発明の実施の形態６による分散開口レーダー装置を示す構成図であり、図において、図１及び図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
複数の送受信サブアンテナ４１は同一の周波数で動作し、かつ、同一の直線上に等間隔で配置されているフェーズド・アレイ方式のアンテナである。ビーム制御信号発生器４２は送受信サブアンテナ４１の送受信ビーム４３を制御するビーム制御信号を発生する。即ち、複数の送受信サブアンテナ４１のビーム指向方向を一致させて、複数の送受信サブアンテナ４１から遅延・位相補正回路２６による補正後の各送信パルスを空間に放射させる一方、複数の送受信サブアンテナ４１に所要の捜索空間内を順番に走査させるように制御する。なお、ビーム制御信号発生器４２はアンテナ制御手段を構成している。
図１１の例では、送信側の遅延・位相補正回路２６と、受信側の遅延・位相補正回路５とを別々に設置しているが、これらは同様の処理を実施するものであるため、これらを送受で共用して、台数を半減してもよい。
【００３９】
送信側の処理は上記実施の形態３と同様であり、上記実施の形態３と同様の送信マルチビームが形成される。
また、受信側の処理は上記実施の形態１と同様であり、上記実施の形態１と同様の受信マルチビームが形成される。
したがって、この実施の形態６によれば、送信及び受信の両方で等価的な大開口アンテナが形成されるので、上記実施の形態１，３と同様の効果が得られるだけでなく、高い探知性能を得ることができる。
【００４０】
なお、この実施の形態６において、上記実施の形態４，５における符号変調や復調による送信サブパルスの判定処理を付加しても同様の効果が得られる。
ただし、送信するサブアンテナと受信するサブアンテナの位置が近い場合には、受信ビームの方向からどの送信サブパルスかを判断することができるので、送信サブパルス間で変調符号を同じにすることも可能である。
さらに、送受信サブアンテナ４１の配列の代りに、送信サブアンテナの配列と受信サブアンテナの配列を別々に設けたバイスタティックレーダーの形態を採用しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４１】
実施の形態７．
図１２はこの発明の実施の形態７による分散開口レーダー装置を示す構成図であり、図において、図１１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
走査用遅延回路４４，４５は複数の送受信サブアンテナ４１間の受信時刻差を補正する機能を備えている。なお、走査用遅延回路４４は送信マルチビーム形成手段を構成し、走査用遅延回路４５は受信マルチビーム形成手段を構成している。
図１２では、上記実施の形態６における分散開口レーダー装置に対して走査用遅延回路４４，４５を付加している例を示しているが、上記実施の形態１〜５における分散開口レーダー装置に対して走査用遅延回路４４，４５を付加してもよい。
【００４２】
まず、受信側においては、送受信サブアンテナ４１の配列の両端の距離が波長に比べて非常に長い場合、各送受信サブアンテナ４１における受信時刻の差により、例えば、短パルスのような広帯域の信号を受信する時には、合成後の受信パルス波形が崩れてＳ／Ｎの損失を生じる。このとき、ビーム指向方向が変化すると、送受信サブアンテナ４１間の受信時刻差の大きさが変化する。
したがって、走査用遅延回路４５は、送受信サブアンテナ４１間の受信時刻差を補正するような遅延量を与えるとともに、ビーム指向方向に応じて遅延量を変化させる。これにより、各送受信サブアンテナ４１の受信時刻差が補正されるため、合成回路８による合成後の受信パルス波形の崩れを防止することができる。
【００４３】
一方、送信側においては、各送受信サブアンテナ４１における送信時刻の差を補正するため、送信移相回路２５の後段に走査用遅延回路４４を設けている。これにより、走査用遅延回路４４によって送受信サブアンテナ４１間の送信時刻差が補正されるため、合成後の送信パルス波形の崩れを防止することができる。
よって、この実施の形態７によれば、上記実施の形態１〜６で得られる効果の他に、広帯域送受信信号におけるＳ／Ｎの損失を防止することができる効果を奏する。
なお、図１２では、送信側の走査用遅延回路４４と受信側の走査用遅延回路４５とを別々に設置しているが、これらは同様の処理を実施するものであるため、これらを送受で共用して、台数を半減してもよい。
【００４４】
実施の形態８．
図１３はこの発明の実施の形態８による分散開口レーダー装置を示す構成図であり、図において、図１２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ＤＦＴ回路５１は走査用遅延回路４４による補正後の受信信号をＤＦＴ変換（ディジタル・フーリエ変換）して受信マルチビームを形成する。なお、ＤＦＴ回路５１は受信マルチビーム形成手段を構成している。
図１３では、上記実施の形態７における分散開口レーダー装置のＦＦＴ回路６の代わりにＤＦＴ回路５１を搭載している例を示しているが、上記実施の形態１，２，６における分散開口レーダー装置のＦＦＴ回路６の代わりにＤＦＴ回路５１を搭載してもよい。
【００４５】
次に動作について説明する。
上記実施の形態７等では、受信サブアンテナ２又は送受信サブアンテナ４１が等間隔に配置されることを前提としているが、この実施の形態８では、送受信サブアンテナ４１が不等間隔に配置されることを前提とする。
まず、送信マルチビームの形成であるが、これまで述べてきた等間隔のサブアンテナでは、送信移相回路２５が式（６）による位相回転Ｗｎを与える。
しかし、この実施の形態８では、送受信サブアンテナ４１が不等間隔に配置されるので、式（２）に基づいて、各サブパルス毎に各送受信サブアンテナ４１のｘ座標に対応する位相回転Ｗｎを与える。
一方、受信マルチビームの形成では、式（７）の代りに式（３）に基づく演算を行う。式（３）は不等間隔サンプリングにおけるＤＦＴ変換を表しているので、一般にＦＦＴ回路６は使用できず、式（３）をＤＦＴ回路５１で実行する。
これにより、送受信サブアンテナ４１の配列が不等間隔であっても、等間隔の場合と同様に、送信及び受信のマルチビームを形成して、上記実施の形態１，７等と同様の効果を奏することができる。
【００４６】
この実施の形態８では、受信側のＤＦＴ回路５１が送受信サブアンテナ４１の配列の不等間隔に起因する位相差を補正するものについて示したが、送信側の送信移相回路２５が送受信サブアンテナ４１の配置に応じて、分配後の各送信パルスの位相を制御することにより、不等間隔配列に起因する位相差を補正して送信マルチビームを形成するようにしてもよく、同様の効果を奏することができる。
【００４７】
実施の形態９．
図１４はこの発明の実施の形態９による分散開口レーダー装置を示す構成図であり、図において、図１２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２次元ＤＦＴ回路５２は走査用遅延回路４４による補正後の受信信号をＤＦＴ変換して２次元の受信マルチビームを形成する。なお、２次元ＤＦＴ回路５２は受信マルチビーム形成手段を構成している。
図１４では、上記実施の形態７における分散開口レーダー装置のＦＦＴ回路６の代わりに２次元ＤＦＴ回路５２を搭載している例を示しているが、上記実施の形態１，２，６における分散開口レーダー装置のＦＦＴ回路６の代わりに２次元ＤＦＴ回路５２を搭載してもよい。
【００４８】
次に動作について説明する。
上記実施の形態７等では、受信サブアンテナ２又は送受信サブアンテナ４１が等間隔に配置されることを前提としているが、この実施の形態９では、送受信サブアンテナ４１が２次元平面上に分散して配置されていることを前提とする。
【００４９】
図１５に示す座標系では、各送受信サブアンテナ４１の位相中心がｘｚ平面上にあるものとし、ｎ番目の送受信サブアンテナ４１の位相中心の座標を（ｘｎ，０，ｚｎ）とする。また、到来電波方向を図１５で示すθ，ψで定義する。
２次元アレイアンテナの理論を応用すると、Ｎ個の送受信サブアンテナ４１の受信信号Ａ１，Ａ２，・・・ＡＮに次式のような位相回転Ｗ１，Ｗ２，・・・ＷＮを与えた後、複素加算を実施することにより、その演算結果である合成出力Ωはビームの中心方向がθ０，ψ０の合成パターンからの出力になることがわかる（Radar Handbook 2nd Edition, pp.7.10-7.17, McGraw-Hill Publishing co., 1990 参照）。
【数５】
2005140639.tif 000007
【００５０】
ここで、式（９）は複数の信号列Ａ１，Ａ２，・・・ＡＮに対する２次元ＤＦＴの形をしている。従って、受信時には式（９）にしたがって各送受信サブアンテナ４１の受信信号を２次元ＤＦＴ回路５２で処理すれば、方位及び仰角方向に隙間なくビームを並べた２次元の受信マルチビームを形成することができる。
また、送信時には送信移相回路２５が、送信サブパルス毎に式（９）に基づいて、各送受信サブアンテナ４１の（ｘ，ｚ）座標にしたがった位相回転Ｗｎを与えることにより、方位及び仰角方向に隙間なくビームを並べた２次元の送信マルチビームを時分割で形成することができる。
なお、この実施の形態９では、式（９）から明らかなように、ビーム間隔を任意に設定することができるとともに、送受信サブアンテナ４１の配列が等間隔や不等間隔を問わず、送受信サブアンテナ４１の配列が２次元平面上に分散して配置されていても、等間隔の場合と同様に、送信及び受信のマルチビームを形成して、上記実施の形態１，７等と同様の効果を奏することができる。
【００５１】
この実施の形態９では、受信側の２次元ＤＦＴ回路５２が送受信サブアンテナ４１の２次元配列に起因する位相差を補正するものについて示したが、送信側の送信移相回路２５が送受信サブアンテナ４１の配置に応じて、分配後の各送信パルスの位相を制御することにより、２次元配列に起因する位相差を補正して２次元送信マルチビームを形成するようにしてもよく、同様の効果を奏することができる。
【００５２】
実施の形態１０．
図１６はこの発明の実施の形態１０による分散開口レーダー装置を示す構成図であり、図において、図１２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
３次元ＤＦＴ回路５３は走査用遅延回路４４による補正後の受信信号をＤＦＴ変換して２次元の受信マルチビームを形成する。なお、３次元ＤＦＴ回路５３は受信マルチビーム形成手段を構成している。
図１６では、上記実施の形態７における分散開口レーダー装置のＦＦＴ回路６の代わりに３次元ＤＦＴ回路５３を搭載している例を示しているが、上記実施の形態１，２，６における分散開口レーダー装置のＦＦＴ回路６の代わりに３次元ＤＦＴ回路５３を搭載してもよい。
【００５３】
次に動作について説明する。
上記実施の形態７等では、受信サブアンテナ２又は送受信サブアンテナ４１が等間隔に配置されることを前提としているが、この実施の形態１０では、送受信サブアンテナ４１が３次元空間内に立体的に分散して配置されていることを前提とする。
【００５４】
図１７に示す座標系では、各送受信サブアンテナ４１の位相中心がｘｙｚ空間内にあるものとし、ｎ番目の送受信サブアンテナ４１の位相中心の座標を（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）とする。また、到来電波方向を図１７で示すθ，ψで定義する。
前述の２次元アレイアンテナの理論を応用すると、Ｎ個の送受信サブアンテナ４１の受信信号Ａ１，Ａ２，・・・ＡＮに次式のような位相回転Ｗ１，Ｗ２，…… ＷＮを与えた後、複素加算を実施することにより、その演算結果である合成出力Ωはビームの中心方向がθ０，ψ０の合成パターンからの出力になることがわかる。
【数６】
2005140639.tif 000008
【００５５】
ここで、式（１１）は複数の信号列Ａ１，Ａ２，・・・ＡＮに対する３次元ＤＦＴに似た形をしている（便宜上、以下では３次元ＤＦＴと呼ぶ）。従って、受信時には式（１１）にしたがって各送受信サブアンテナ４１の受信信号を３次元ＤＦＴ回路５３で処理すれば、方位及び仰角方向に隙間なくビームを並べた２次元の受信マルチビームを形成することができる。
また、送信時には送信移相回路２５が、送信サブパルス毎に式（１１）に基づいて、各送受信サブアンテナ４１の（ｘ，ｙ，ｚ）座標にしたがった位相回転Ｗｎを与えることにより、方位及び仰角方向に隙間なくビームを並べた２次元の送信マルチビームを時分割で形成することができる。
なお、この実施の形態１０では、式（１１）から明らかなように、ビーム間隔を任意に設定することができるとともに、送受信サブアンテナ４１の配列が等間隔や不等間隔を問わず、送受信サブアンテナ４１の配列が３次元空間内に立体的に分散して配置されていても、等間隔の場合と同様に、送信及び受信のマルチビームを形成して、上記実施の形態１，７等と同様の効果を奏することができる。
以上の実施の形態１〜１０では、捜索レーダーに適用する場合について述べたが、分散配置する追尾レーダーや通信用アンテナにおけるビーム形成に適用しても同様の効果が得られることは自明である。
【００５６】
この実施の形態１０では、受信側の３次元ＤＦＴ回路５３が送受信サブアンテナ４１の３次元配列に起因する位相差を補正するものについて示したが、送信側の送信移相回路２５が送受信サブアンテナ４１の配置に応じて、分配後の各送信パルスの位相を制御することにより、３次元配列に起因する位相差を補正して２次元送信マルチビームを形成するようにしてもよく、同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の実施の形態１による分散開口レーダー装置を示す構成図である。
【図２】受信サブアンテナの配列を示す模式図である。
【図３】合成パターンとサブアンテナの大きさ、配置との関係を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２による分散開口レーダー装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３による分散開口レーダー装置を示す構成図である。
【図６】送信波形と送信マルチビーム・パターンを示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態４による分散開口レーダー装置を示す構成図である。
【図８】送信サブパルス内の変調符号を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態５による分散開口レーダー装置を示す構成図である。
【図１０】送信サブパルス毎の変調符号を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態６による分散開口レーダー装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態７による分散開口レーダー装置を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態８による分散開口レーダー装置を示す構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態９による分散開口レーダー装置を示す構成図である。
【図１５】２次元配列の座標系を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態１０による分散開口レーダー装置を示す構成図である。
【図１７】３次元配列の座標系を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  送信サブアンテナ、２  受信サブアンテナ、３  送信信号発生器（アンテナ制御手段）、４  ビーム制御信号発生器（アンテナ制御手段）、５  遅延・位相補正回路（受信マルチビーム形成手段）、６  ＦＦＴ回路（受信マルチビーム形成手段）、７  目標検出回路（目標検出手段）、８  合成回路（目標検出手段）、９  送信ビーム、１０  受信ビーム、１１  送受信サブアンテナ、１２  送信サブアンテナ切替器、１３  送受信ビーム、２１  送信サブアンテナ、２２  受信サブアンテナ、２３  送信サブパルス発生器（送信マルチビーム形成手段）、２４  分配回路（送信マルチビーム形成手段）、２５  送信移相回路（送信マルチビーム形成手段）、２６  遅延・位相補正回路（送信マルチビーム形成手段）、２７  ビーム制御信号発生器（アンテナ制御手段）２８  目標検出回路（目標検出手段）、２９  送信ビーム、３０  受信ビーム、３１  サブパルス内符号変調回路（送信マルチビーム形成手段）、３２  符号復調回路（目標検出手段）、３３  目標検出回路（目標検出手段）、３４  サブパルス判定回路（目標検出手段）、３５  ＰＲＴ毎符号変調回路（送信マルチビーム形成手段）、３６  符号復調回路（目標検出手段）、４１  送受信サブアンテナ、４２  ビーム制御信号発生器（アンテナ制御手段）、４３  送受信ビーム、４４  走査用遅延回路（送信マルチビーム形成手段）、４５  走査用遅延回路（受信マルチビーム形成手段）、５１  ＤＦＴ回路（受信マルチビーム形成手段）、５２  ２次元ＤＦＴ回路（受信マルチビーム形成手段）、５３  ３次元ＤＦＴ回路（受信マルチビーム形成手段）。
【図１】
2005140639.tif 000009
【図２】
2005140639.tif 000010
【図３】
2005140639.tif 000011
【図４】
2005140639.tif 000012
【図５】
2005140639.tif 000013
【図６】
2005140639.tif 000014
【図７】
2005140639.tif 000015
【図８】
2005140639.tif 000016
【図９】
2005140639.tif 000017
【図１０】
2005140639.tif 000018
【図１１】
2005140639.tif 000019
【図１２】
2005140639.tif 000020
【図１３】
2005140639.tif 000021
【図１４】
2005140639.tif 000022
【図１５】
2005140639.tif 000023
【図１６】
2005140639.tif 000024
【図１７】
2005140639.tif 000025