(57)【要約】【課題】分散型レーダにおいてサイドローブレベルを最小化するアンテナ配置を効率良く求めるアンテナ配置算出装置を得る。【解決手段】アンテナ配置の修正の際、利得の大きなサイドローブの電波到来方向について、各アンテナの位相回転複素数の位相がばらける方向にアンテナ位置を変える。これにより、分散型レーダのサイドローブレベルを下げるようアンテナ配置を修正することになり、従って、効率良く、高評価値のアンテナ配置に到達できる。また、移動対象とするアンテナの選択に際して、最大サイドローブピークの電波到来方向について、各アンテナの位相回転複素数に基づいて利得への寄与度を算出し、寄与度の大きいアンテナを移動対象とするので、最大サイドローブの利得低減を効率的に実施できる。【選択図】図１
2012137472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型レーダを構成する複数のアンテナの位置情報であるアンテナ配置を少なくとも評価値とともに保持するアンテナ配置保持手段と、
前記アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置を入力し、想定される各電波到来方向について、アンテナ間の経路長差、波長、各アンテナの重みから計算される受信信号の位相情報に基づき分散型レーダの利得を算出して、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを出力するアンテナパターン算出手段と、
前記アンテナパターン算出手段が出力するアンテナパターンにおいて、最大サイドローブのサイドローブレベルを分散型レーダの前記評価値として算出して前記アンテナ配置保持手段に記録するアンテナ配置評価手段と、
前記アンテナパターン算出手段が出力するアンテナパターンにおいて、利得の大きなサイドローブピークに対応する電波到来方向を求めるサイドローブピーク抽出手段と、
前記サイドローブピーク抽出手段が出力する電波到来方向に関する重みを考慮した各アンテナの受信信号の位相情報に基づき、位相がばらつくように１つまたは複数のアンテナの位置を移動して新たなアンテナ配置を生成するアンテナ配置生成手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ配置算出装置。
【請求項２】
前記サイドローブピーク抽出手段が最大サイドローブに関する１つの電波到来方向を求め、
前記アンテナ配置生成手段が、
前記サイドローブピーク抽出手段が出力する電波到来方向について該方向に関する各アンテナの受信信号の、アンテナの重みを考慮した位相回転を表す複素数である位相回転複素数に関し、アンテナ毎に、当該アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和に関する位相と当該アンテナの位相回転複素数に関する位相との差が小さいほど大きい値となる当該アンテナの寄与度を設定する寄与度算出手段、および
前記寄与度算出手段が出力する寄与度が大きな１つまたは複数のアンテナを抽出する大寄与度アンテナ抽出手段からなる移動アンテナ選択手段と、
アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置において前記大寄与度アンテナ抽出手段が出力するアンテナの位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ移動手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ配置算出装置。
【請求項３】
前記サイドローブピーク抽出手段が利得の大きな順に複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求め、
前記アンテナ配置生成手段が、
前記サイドローブピーク抽出手段が出力する電波到来方向について該方向に関する各アンテナの受信信号の、アンテナの重みを考慮した位相回転を表す複素数である位相回転複素数に関し、アンテナ毎に、当該アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和に関する位相と当該アンテナの位相回転複素数に関する位相との差が小さいほど大きい値となる当該アンテナの寄与度を設定する寄与度算出手段、
アンテナ毎に前記寄与度算出手段が出力する複数サイドローブピークに対応する寄与度を統合して最終的な単一の寄与度を算出する寄与度統合手段、および
前記寄与度統合手段が出力する寄与度が大きな１つまたは複数のアンテナを抽出する大寄与度アンテナ抽出手段からなる移動アンテナ選択手段と、
アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置において前記大寄与度アンテナ抽出手段が出力するアンテナの位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ移動手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ配置算出装置。
【請求項４】
前記サイドローブピーク抽出手段が最大サイドローブに関する１つの電波到来方向を求め、
前記アンテナ配置生成手段が、
移動対象とする１つまたは複数のアンテナを抽出する移動アンテナ選択手段と、
アンテナ移動手段を構成する、
前記移動アンテナ選択手段が出力する移動対象アンテナおよび前記サイドローブピーク抽出手段が出力するサイドローブピークに対応する電波到来方向について、前記移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和と前記移動対象アンテナの位相回転複素数の位相差がより大きくなるような前記移動対象アンテナの位相回転複素数の位相範囲を求めて、許容位相範囲として出力する許容位相範囲算出手段、および
前記許容位相範囲算出手段が出力する前記移動対象アンテナと対応する許容位相範囲について位相回転複素数の位相が前記許容位相範囲内の値となるよう前記移動対象アンテナ位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ位置決定手段、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ配置算出装置。
【請求項５】
前記サイドローブピーク抽出手段が利得の大きな順に複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求め、
前記アンテナ配置生成手段が、
移動対象とする１つまたは複数のアンテナを抽出する移動アンテナ選択手段と、
アンテナ移動手段を構成する、
前記移動アンテナ選択手段が出力する移動対象アンテナおよび前記サイドローブピーク抽出手段が出力するサイドローブピークに対応する電波到来方向について、前記サイドローブピーク毎に、前記移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和と前記移動対象アンテナの位相回転複素数の位相差がより大きくなるような前記移動対象アンテナの位相回転複素数の位相範囲を求めて、許容位相範囲として出力する許容位相範囲算出手段、
前記許容位相範囲算出手段が出力する、前記移動対象アンテナに対応する前記許容位相範囲について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求めて、許容位相範囲対応アンテナ位置候補として出力する許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段、
前記許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段が出力する前記許容位相範囲対応アンテナ位置候補の共通部分を抽出するアンテナ位置候補共通部分抽出手段、および
前記アンテナ位置候補共通部分抽出手段が出力する、前記許容位相範囲対応アンテナ位置候補の共通部分の範囲内で、前記移動対象アンテナ位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ位置確定手段、
を含むことを特徴とする請求項１または３に記載のアンテナ配置算出装置。
【請求項６】
前記サイドローブピーク抽出手段が最大サイドローブに関する１つの電波到来方向を求め、
前記アンテナ配置生成手段が、
移動対象とする１つまたは複数のアンテナを抽出する移動アンテナ選択手段と、
アンテナ移動手段を構成する、
前記移動アンテナ選択手段が出力する移動対象アンテナおよび前記サイドローブピーク抽出手段が出力するサイドローブピークに対応する電波到来方向について、前記移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和の逆位相を求める逆位相算出手段、および
前記逆位相算出手段が出力する逆位相について、位相回転複素数の位相が前記逆位相の近傍の値となるよう前記移動対象アンテナ位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ位置決定手段、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ配置算出装置。
【請求項７】
前記サイドローブピーク抽出手段が利得の大きな順に複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求め、
前記アンテナ配置生成手段が、
移動対象とする１つまたは複数のアンテナを抽出する移動アンテナ選択手段と、
アンテナ移動手段を構成する、
前記移動アンテナ選択手段が出力する移動対象アンテナおよび前記サイドローブピーク抽出手段が出力するサイドローブピークに対応する電波到来方向について、前記サイドローブピーク毎に、前記移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和の逆位相を求める逆位相算出手段、
前記逆位相算出手段が出力する、前記移動対象アンテナに対応する前記逆位相について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求めて、逆位相対応アンテナ位置候補として出力する逆位相対応アンテナ位置候補算出手段、
前記逆位相対応アンテナ位置候補算出手段が出力する前記逆位相対応アンテナ位置候補を統合することにより、移動対象アンテナの移動先位置の範囲を求めるアンテナ位置候補統合手段、および
前記アンテナ位置候補統合手段が出力する前記移動先位置範囲の範囲内で、前記移動対象アンテナ位置を変化させて新たなアンテナ配置を生成するアンテナ位置確定手段、
を含むことを特徴とする請求項１または３に記載のアンテナ配置算出装置。
【請求項８】
前記アンテナ位置候補統合手段は、移動対象アンテナの現在位置を起点として、前記逆位相対応アンテナ位置候補算出手段が出力する前記逆位相対応アンテナ位置候補の方向を向いたベクトルを合成して得られるベクトルの終点を中心とした近傍を、移動対象アンテナの移動先位置の範囲とすることを特徴とする請求項７記載のアンテナ配置算出装置。
【請求項９】
前記アンテナ位置候補統合手段は、前記逆位相対応アンテナ位置候補算出手段が出力する前記逆位相対応アンテナ位置候補のいずれからも近い範囲を、移動対象アンテナの移動先位置の範囲とすることを特徴とする請求項７記載のアンテナ配置算出装置。
【請求項１０】
前記寄与度算出手段は、アンテナの寄与度を求める際に、当該アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和に関する位相と当該アンテナの位相回転複素数に関する位相との差のコサインを取った値として寄与度を求めることを特徴とする請求項２または３に記載のアンテナ配置算出装置。
【請求項１１】
前記アンテナ配置生成手段または前記アンテナ移動手段または前記アンテナ位置決定手段または前記アンテナ位置確定手段が、生成した新たなアンテナ配置を前記アンテナ配置保持手段に記録することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項記載のアンテナ配置算出装置。
【請求項１２】
分散型レーダを構成する複数のアンテナの位置情報であるアンテナ配置を保持する途中アンテナ配置保持手段と、
前記途中アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置を入力し、想定される各電波到来方向について、アンテナ間の経路長差、波長、各アンテナの重みから計算される受信信号の位相情報に基づき分散型レーダの利得を算出して、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを出力するアンテナパターン算出手段と、
前記アンテナパターン算出手段が出力するアンテナパターンにおいて、利得の大きなサイドローブピークに対応する電波到来方向を求めるサイドローブピーク抽出手段と、
前記サイドローブピーク抽出手段が出力するサイドローブピークに対応する電波到来方向について、前記サイドローブピーク毎に、前記途中アンテナ配置保持手段が保持する全アンテナに関する位相回転複素数総和の逆位相を求める逆位相算出手段と、
前記逆位相算出手段が出力する前記逆位相に対応するアンテナ位置候補を算出する逆位相対応アンテナ位置候補算出手段と、
前記逆位相対応アンテナ位置候補算出手段が出力する前記アンテナ位置候補のいずれからも近くにある位置を選択し、その位置に新たなアンテナを追加して新たなアンテナ配置を生成する追加アンテナ配置算出手段と、
を備えたことを特徴とするアンテナ配置算出装置。
【請求項１３】
分散型レーダを構成する各アンテナが指向性を持ち、前記アンテナ配置保持手段または前記途中アンテナ配置保持手段がアンテナ配置を評価値および各アンテナのアンテナ特性とともに保持し、前記アンテナパターン算出手段が、前記アンテナ配置保持手段または前記途中アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置およびアンテナ特性を入力し、想定される各電波到来方向について、アンテナ間の経路長差、波長、各アンテナの重みから計算される受信信号の位相情報に基づき分散型レーダの利得を算出して、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを出力することを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載のアンテナ配置算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波を用いて目標を探知、追尾或いは標定するレーダ装置、特にアンテナ配置算出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーダの探知性能を向上するための方式として、アンテナを大型化したり、送信電力を大きくすることが行われる。しかし、これらの方式では装置規模が増大し、費用対効果の低下や抗たん性の劣化などの問題が生じる。これを避けるため、小規模のアンテナを複数個、分散して配置し、各アンテナの出力を合成することにより、全体の探知性能を向上させる方式が知られている(下記非特許文献１参照)。このような構成のレーダ装置を、「分散型レーダ」と呼ぶことにする。分散型レーダの設計においては、サイドローブと呼ばれる不要な放射パターンを低減することが重要であり、非特許文献１では、アンテナをランダムに配置することによるサイドローブ低減方法について述べられている。
【０００３】
また、特に重要な指標である、最大サイドローブに関するサイドローブレベル(サイドローブの、メインローブに対する利得の比)が小さいアンテナ配置を導出するために、最適化技術を適用する試みも行われている(下記非特許文献２、３参照)。非特許文献２、３では、１次元のアンテナ配置において、アンテナを配置可能な位置を最小ステップ幅間隔で離散化して、可能なアンテナ配置数を有限個としている。まず、非特許文献２では、可能な全てのアンテナ配置についてサイドローブレベルを評価し、最良のアンテナ配置を抽出する方式について述べられている。また、非特許文献３では、局所探索法(現在解を初期化後、「現在解に基づき近傍解を生成し、条件を満たすなら現在解を近傍解で置き換える」との処理を反復する、最適化アルゴリズムの枠組み)の、サイドローブレベルを評価基準とするアンテナ配置最適化への適用について述べられている。具体的に、近傍解としては、現在解のアンテナ配置において、１つのアンテナを最小ステップ幅だけ移動して得られるアンテナ配置を全て評価して、最良のものを選択している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】R.C. Heimiller、J.E. Belyea and P.G. Tomlinson著、”Distributed array radar”、IEEE Transaction on Aerospace and Electronics systems, vol.19, no.6, pp.831-839, Nov. 1983
【非特許文献２】Darren Leigh、Kathy Ryall、Tom Lanning、Neal Lesh、Hiroaki Miyashita、Kazufumi Hirata、Yoshihisa Hara and Takeshi Sakura著、”Sidelobe Minimization of Uniformly-Excited Sparse Linear Arrays using Exhaustive Search and Visual Browsing”、IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (AP-S International Symposium), Vol. 1B, pp. 763-766, July 2005
【非特許文献３】Christopher Lee、Darren Leigh、Kathy Ryall、Hiroaki Miyashita and Kazufumi Hirata著、”Very Fast Subarray Position Calculation for Minimizing Sidelobes in Sparse Linear Phased Arrays”、European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), November 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように構成された、従来の、サイドローブ低減のためのアンテナ配置では、次のような問題がある。
非特許文献１に記載されたランダム配置などは、サイドローブが低減される傾向はあるが、サイドローブレベルの最適化を目的としたものではない。そのため、これらの方法では、一般に、サイドローブレベルが最小となるアンテナ配置は得られない。
非特許文献２では、アンテナ設置位置が離散化されているとの制約の範囲内では、確かにサイドローブレベル最小のアンテナ配置が得られるが、可能な全てのアンテナ配置を評価するため、処理量が膨大である。
非特許文献３では、局所探索法を利用するため、比較的短い処理時間で、サイドローブレベルの観点で良いアンテナ配置が得られる。しかし、近傍解として、現在解から１つのアンテナを最小ステップ幅だけ移動して得られる配置を全て評価しているため、無駄なアンテナ配置を評価することも多く、効率が悪い。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、分散型レーダにおいて、サイドローブレベルを最小化するアンテナ配置を効率良く求めるアンテナ配置算出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】
【０００７】
この発明は、分散型レーダを構成する複数のアンテナの位置情報であるアンテナ配置を少なくとも評価値とともに保持するアンテナ配置保持手段と、前記アンテナ配置保持手段が保持するアンテナ配置を入力し、想定される各電波到来方向について、アンテナ間の経路長差、波長、各アンテナの重みから計算される受信信号の位相情報に基づき分散型レーダの利得を算出して、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを出力するアンテナパターン算出手段と、前記アンテナパターン算出手段が出力するアンテナパターンにおいて、最大サイドローブのサイドローブレベルを分散型レーダの前記評価値として算出して前記アンテナ配置保持手段に記録するアンテナ配置評価手段と、前記アンテナパターン算出手段が出力するアンテナパターンにおいて、利得の大きなサイドローブピークに対応する電波到来方向を求めるサイドローブピーク抽出手段と、前記サイドローブピーク抽出手段が出力する電波到来方向に関する重みを考慮した各アンテナの受信信号の位相情報に基づき、位相がばらつくように１つまたは複数のアンテナの位置を移動して新たなアンテナ配置を生成するアンテナ配置生成手段と、を備えたことを特徴とするアンテナ配置算出装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、分散型レーダにおいて、サイドローブレベルを最小化するアンテナ配置を効率良く求めるアンテナ配置算出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。
【図２】一般的な分散型レーダの構成例を示す図である。
【図３】アンテナ間の経路長差を説明するための図である。
【図４】分散型レーダの正面方向にビームを形成する場合のアンテナパターンの一例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３，７に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態４に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図１５】この発明の実施の形態５，８に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態５に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図１７】この発明の実施の形態５に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図１８】この発明の実施の形態５に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図１９】この発明の実施の形態６，９に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態７に係るアンテナ配置の例を示す図である。
【図２１】一般的な分散型レーダの構成例を示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態７に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図２３】この発明の実施の形態７に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図２４】この発明の実施の形態８に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図２５】この発明の実施の形態８に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図２６】この発明の実施の形態８に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図２７】この発明の実施の形態８に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図２８】この発明の実施の形態９に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図２９】この発明の実施の形態１０に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。
【図３０】この発明の実施の形態１０に係るアンテナ配置算出装置における配置算出原理を説明するための図である。
【図３１】この発明におけるメインローブやサイドローブに関する説明のための図である。
【図３２】この発明におけるメインローブやサイドローブに関する説明のための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明によるアンテナ配置算出装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１１】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ配置算出装置について図１から図７を参照しながら説明する。
【００１２】
最初に本実施の形態で想定する前提について説明する。実施の形態では、分散型レーダで受信する信号は、十分に狭帯域であり、平面波として到来することを前提とする。ここで、信号の波長をλとする。また、各アンテナは同じ特性を持つものとする。各アンテナは、無指向性アンテナでも指向性アンテナでも良いが、以下では説明を分かり易くするため、無指向性アンテナである場合について説明する。また、制約として、アンテナは予め定めた１次元の線分上にのみ配置可能とし、さらに、両端のアンテナ位置は固定するものとする。両端のアンテナ位置を固定するのは、分散型レーダとしての開口径を一定とし、ある水準以上の角度分解能等の性能を満たすためである。
【００１３】
分散型レーダの構成例を図２に示す。ここで、Ｗ１，Ｗ２，…，ＷＭは、各アンテナの重み(一般に複素数)を表す。図２に示すように、複数アンテナで受信した信号に、それぞれ重み(Ｗ１，Ｗ２，…，ＷＭ)を掛けて和を取ったものが分散型レーダの出力となる。
【００１４】
分散型レーダにおいて、ビームを形成する方向(以下、「ビーム形成方向」と呼ぶ)が決まると、それに応じて各アンテナの重みを適切に設定する必要がある。例えば、ビームを分散型レーダの正面方向(図２の場合、入射角θが０度の方向)に形成する場合、各アンテナの重みは全て１と設定すれば良い。一方、正面方向以外の方向にビームを形成する場合は、各アンテナで受信する信号の位相差を補償するような複素数を、各アンテナの重みとして設定する。以下、簡単のため、分散型レーダの正面方向にビームを形成する場合、つまり、各アンテナの重みを全て１に設定する場合について説明する。
【００１５】
以下、アンテナパターンの算出方法について説明する。まず、想定されるそれぞれの電波到来方向(＝入射角)θについて、利得を算出する(図２参照)。信号は、各アンテナにおいて、経路長および波長λから定まる位相だけ位相が回転したものとして受信され、また、アンテナの重みが掛けられることにより、さらに位相が回転する。具体的に、ある基準点に対して、あるアンテナの経路長差がＤである場合、基準点との信号の位相差は(２π／λ)・Ｄとなる。また、この位相回転は、複素数ｅｘｐ(ｊ・(２π／λ)・Ｄ)として表現される。この複素数に対し、さらにアンテナの重みを掛けた値を、以下、「位相回転複素数」と呼ぶことにする。ここでは、アンテナの重みを一律に１に設定しているので、位相回転複素数の大きさは１で一定である。
【００１６】
例えば、図３に示すアンテナ１、アンテナ２を想定し、アンテナ１の位置を基準点とする場合を考える。この時、破線で示す入射角θの波面に関するアンテナ１のアンテナ２に対する経路長差は図３に示すものとなり、この長さ分だけ、アンテナ１とアンテナ２の受信の際の位相は異なる。
【００１７】
電波到来方向θについて、分散型レーダの振幅利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和となる複素数の大きさであり、また、これを２乗したものが電力利得となる。
【００１８】
以上のようにして求められる、電波到来方向(入射角θ)と利得の間の関係を、アンテナパターンと呼ぶ。分散型レーダの正面方向にビームを形成する場合のアンテナパターンの一例を図４に示す。
【００１９】
以下、分散型レーダのアンテナパターンにおいて、利得が極大となる、メインローブ以外の箇所およびその近傍を「サイドローブ」と呼ぶ。また、利得が極大となる部分を「サイドローブピーク」と呼ぶことにする。また、サイドローブピークの、メインローブに対する利得の比を「サイドローブレベル」と呼ぶ。また、単に「サイドローブレベル」と述べた場合、最大サイドローブに関するサイドローブレベルを表すものとする。
【００２０】
図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。この発明によるアンテナ配置算出装置は、例えば記憶装置を含むコンピュータで構成することができ、図１は動作フローを兼ねた機能ブロックで示されている。図１においてアンテナ配置算出装置は、アンテナ配置保持手段１０１と、アンテナ配置初期化手段１０２と、アンテナパターン算出手段１０３と、アンテナ配置評価手段１０４と、サイドローブピーク抽出手段１０５と、アンテナ配置生成手段１０６と、アンテナ配置制約保持手段１１３から構成されている。
【００２１】
アンテナ配置生成手段１０６は、移動アンテナ選択手段１０７とアンテナ移動手段１１０から構成されている。移動アンテナ選択手段１０７は、寄与度算出手段１０８と大寄与度アンテナ抽出手段１０９から構成されている。またアンテナ移動手段１１０は、許容位相範囲算出手段１１１とアンテナ位置決定手段１１２から構成されている。
【００２２】
次に動作について説明する。図１において、アンテナ配置保持手段１０１は、分散型レーダを構成する全アンテナ又はアンテナ配置算出対象の全アンテナの位置情報を、評価値および、各アンテナの特性に関する情報とともに保持する。本実施の形態１の場合、アンテナ設置可能領域として１次元線分を想定しているので、個々のアンテナの位置情報は１次元で表現される。また、アンテナ特性は、分散型レーダのアンテナパターンの算出において考慮すべき、アンテナ独自の特性のことであり、具体的には、個々のアンテナに関するアンテナパターンを表す。上記の説明では、個々のアンテナが無指向性である場合を例にとっており、この場合、個々のアンテナのアンテナパターンにおいては、電波到来方向に関わらず利得は一定である。そのため、前述のように、分散型レーダのアンテナパターン算出の際、利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和から求められた。しかし、アンテナが無指向性でない場合、分散型レーダのアンテナパターンは、各アンテナの位相回転複素数の総和から算出されるアンテナパターンに対し、さらに、個々のアンテナのアンテナパターンの積を取ることにより求められる（個々のアンテナのアンテナ特性が同一の場合）。以上のように、一般に個々のアンテナが無指向性でない場合、分散型レーダのアンテナパターンの算出においては、個々のアンテナの特性（具体的にはアンテナパターン）が必要になる。アンテナ配置初期化手段１０２は、アンテナの初期配置を決定してアンテナ配置保持手段１０１に記録する。初期配置決定は、具体的には、例えば、アンテナ配置に関する制約を満たす範囲内で、アンテナをランダムに配置するなどする。
【００２３】
アンテナパターン算出手段１０３は、アンテナ配置保持手段１０１が保持するアンテナ配置のうち未評価もしくは評価値の良いアンテナ配置を抽出、さらに、各アンテナの特性に関する情報を入力とする。そして上述したようにして、想定されるビーム形成方向に基づき、必要な場合は適切なアンテナの重みを計算の上、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを算出する。ここで、本実施の形態の場合は、分散型レーダの正面方向にビームを形成することを想定しているので、各アンテナの重みは１で固定である。ビーム形成方向として複数通りを想定する場合は、それぞれのビーム形成方向に応じ、複数のアンテナパターンが算出されることになる。
【００２４】
アンテナ配置評価手段１０４は、アンテナパターン算出手段１０３が出力するアンテナパターンにおいて、最大サイドローブのサイドローブレベルを分散型レーダの評価値として算出して、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。最大サイドローブのサイドローブレベルの例を図４に示した(デシベル表示で表す場合、サイドローブレベルは負の数であることに注意)。なお、異なるビーム形成方向に関する複数のアンテナパターンを考慮する場合、各アンテナパターンから算出されるサイドローブレベルのうち、最悪、即ち、最大のものを評価値とする。
【００２５】
サイドローブピーク抽出手段１０５は、アンテナパターン算出手段１０３が出力するアンテナパターンにおいて、利得の大きなサイドローブピークに対応する電波到来方向を求める。利得最大のサイドローブピーク、利得が２番目に大きいサイドローブピーク、さらに、これらのサイドローブピークに対応する電波到来方向の例を図４に示す。但し、図４のアンテナパターンは入射角０度を中心に対称になっているため、入射角が正のサイドローブのみを示している。
【００２６】
本実施の形態では、サイドローブピーク抽出手段１０５は、最大サイドローブに関するサイドローブピークについて、電波到来方向を求めるものとする。
【００２７】
アンテナ配置生成手段１０６は、サイドローブピーク抽出手段１０５が出力する、サイドローブピークに対応する電波到来方向について、その方向に関する、重みを考慮した各アンテナの受信信号の位相情報に基づき、位相回転複素数の位相がばらつくように、１つまたは複数のアンテナの位置を移動して新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
【００２８】
ここで、上記の動作の意味について説明する。前述のように、各電波到来方向θについて、分散型レーダの振幅利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和となる複素数の大きさである。図５はこの状況を図示したものである。電波到来方向θにおける利得が大きいということは、即ち、各アンテナの位相回転複素数の位相が比較的揃っているということであり、利得を下げるためには、各アンテナの位相回転複素数の位相がばらける方向にアンテナ位置を変えれば良い。
【００２９】
つまり、上記のアンテナ配置生成手段１０６の動作によれば、最大サイドローブピークに関する電波到来方向について、利得を下げることができる。その結果として、分散型レーダのサイドローブレベルも下がることが期待できる。
【００３０】
なお、新たなアンテナ配置の生成は、アンテナ配置制約保持手段１１３が保持する、アンテナ配置に関する制約情報を満たすように行われる。制約情報は、具体的には、アンテナを設置可能な領域の情報等から構成される。他の制約として、「アンテナ同士が重なってはいけない」等の条件が課される場合もある。
【００３１】
以上のように、評価値の良いアンテナ配置を選択して、その修正処理を反復することにより、評価値が最適に近いアンテナ配置を得ることを目的とする。ここで、アンテナ配置の修正は、分散型レーダのサイドローブレベルを下げる方向に行うので、効率良く、高評価値のアンテナ配置に到達できる。
【００３２】
以下、アンテナ配置生成手段１０６の動作について、より詳細に説明する。アンテナ配置生成においては、まず、移動アンテナ選択手段１０７が、アンテナ配置(位置情報)やサイドローブピークの電波到来方向等の情報に基づき、移動対象とするアンテナを選択する。その後、アンテナ移動手段１１０が、移動アンテナ選択手段１０７が出力した移動対象アンテナの位置を変化させて、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
【００３３】
次に、移動アンテナ選択手段１０７の動作について、さらに詳細に説明する。移動アンテナ選択においては、まず、寄与度算出手段１０８が、サイドローブピーク抽出手段１０５が出力する最大サイドローブピークについて、その電波到来方向に関する利得への各アンテナの寄与の大きさを表す「寄与度」を算出する。
【００３４】
ここで、各アンテナの寄与度の考え方について説明する。前述のように、各電波到来方向θについて、分散型レーダの振幅利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和となる複素数の大きさである(図５参照)。以下、特定のアンテナｍの寄与度を考えることにする。すると、アンテナｍの利得への寄与は、アンテナｍ以外のアンテナ群の位相回転複素数の総和の位相と、アンテナｍの位相回転複素数の位相とが一致しているほど(つまり、これらの位相差が小さいほど)、大きいと考えられる。
【００３５】
上記状況を図６に示す。図６において、αは、アンテナｍ以外のアンテナ群の位相回転複素数の総和の位相と、アンテナｍの位相回転複素数の位相の差を表す。寄与度として、具体的には、例えば上記位相差のコサインを取った値、つまりｃｏｓ(α)を算出すれば良い。
【００３６】
さて、寄与度算出手段１０８により、最大サイドローブピークに関する各アンテナの寄与度が算出されるが、大寄与度アンテナ抽出手段１０９は、その中から寄与度が大きなアンテナを、移動対象として選択、出力する。これは、寄与度の大きなアンテナを移動した方が、最大サイドローブピークの電波到来方向に関する利得低下への効果が大きいためである。
【００３７】
次に、アンテナ移動手段１１０の動作について、さらに詳細に説明する。アンテナ移動においては、まず、許容位相範囲算出手段１１１が、サイドローブピーク抽出手段１０５が出力する最大サイドローブピークに対応する電波到来方向について、移動アンテナ選択手段１０７が出力した移動対象アンテナの移動先位置における位相回転複素数の位相の許容範囲である「許容位相範囲」を算出する。許容位相範囲は、移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和と、移動対象アンテナの位相回転複素数の位相差がより大きくなるような、移動対象アンテナの位相回転複素数の位相範囲として定める。
【００３８】
ここで、移動対象アンテナｍの許容位相範囲の考え方について、図７を用いて説明する。図７では、移動前のアンテナ配置における、最大サイドローブピークの電波到来方向に関する、アンテナｍの位相回転複素数および、アンテナｍ以外のアンテナ群の位相回転複素数総和を示している。ここで、アンテナｍのみを移動することを考える場合、図から明らかなように、移動後のアンテナｍの位相回転複素数の位相が、図７の「アンテナｍの許容位相範囲」内に入る限りにおいて、分散型レーダの(最大サイドローブピークの電波到来方向に関する)利得は低下する。
【００３９】
さて、許容位相範囲算出手段１１１により、移動対象アンテナｍの許容位相範囲が算出されると、アンテナ位置決定手段１１２は、位相回転複素数の位相が許容位相範囲内の値となるよう、移動対象アンテナの移動先位置を決定する。具体的には、例えば、許容位相範囲内の値をランダムに決定後、位相回転複素数の位相がその値となるよう、また、移動幅が小さくなる範囲で、アンテナの移動先位置を決定すれば良い。この際、決定した位置が、アンテナ配置制約保持手段１１３が保持する制約に違反するようであれば、移動先位置の決定をやり直す。そして、決定した移動先位置に基づき、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
【００４０】
以上のように、分散型レーダにおいて、アンテナ配置の修正処理を反復することにより、評価値が最適に近いアンテナ配置を得ることを目的とするが、アンテナ配置の修正の際、利得の大きなサイドローブの電波到来方向について、各アンテナの位相回転複素数の位相がばらける方向にアンテナ位置を変える。これにより、分散型レーダのサイドローブレベルを下げるようアンテナ配置を修正することになり、従って、効率良く、高評価値のアンテナ配置に到達できるとの効果がある。
【００４１】
また、移動対象とするアンテナの選択に際して、最大サイドローブピークの電波到来方向について、各アンテナの位相回転複素数に基づいて利得への寄与度を算出し、寄与度の大きいアンテナを移動対象とするので、最大サイドローブの利得低減を効率的に実施できるとの効果がある。
【００４２】
また、各アンテナの寄与度算出を、当該アンテナ以外のアンテナ群の位相回転複素数の総和の位相と、当該アンテナの位相回転複素数の位相の差について、コサインを取った値として定めるので、寄与度の算出が容易に実施可能との効果がある。
【００４３】
また、移動対象アンテナの移動に際して、最大サイドローブピークの電波到来方向について、確実に利得が低下する許容位相範囲を算出し、位相回転複素数の位相がその範囲内の値となるようアンテナ移動先位置を決定するので、最大サイドローブの利得低減を効率的に実施できるとの効果がある。なお、本実施の形態では、移動対象アンテナを寄与度に基づいて決定する場合を説明したが、例えば移動対象アンテナをランダムに選択する場合であっても、上記の許容位相範囲に基づくアンテナ移動方法の効果は変わらない。
【００４４】
以上ではアンテナを１次元配置する場合について述べたが、２次元、３次元配置を想定する場合であっても、本発明の構成は同様に適用可能である。
【００４５】
また、以上ではアンテナが無指向性である場合について述べたが、アンテナが例えば複数素子アンテナから構成されるサブアレイであり指向性を持つ場合の分散型レーダのアンテナパターンは、サブアレイ中心位置に無指向性のアンテナが位置すると仮定した場合のアンテナパターンと、各サブアレイのアンテナパターンの積で表される(各サブアレイのアンテナパターンが同一の場合)。即ち、アンテナがサブアレイである場合の分散型レーダのアンテナパターンは、アンテナが無指向性アンテナである場合のアンテナパターンに補正を加えただけのものであり、従って、アンテナがサブアレイのように指向性を持つ場合であっても、本発明の構成は同様に適用可能である。
なお、本実施の形態１では、アンテナパターンにおいて、利得が極大となる、メインローブ以外の箇所およびその近傍を「サイドローブ」として、これに基づいて最適化を行う例を示した。ここで、メインローブに関し、図３１に示すように「アンテナパターンにおいて、ビーム形成方向を中心とした、利得の極小値を持たないような入射角範囲」に対応すると考えることも可能であるし、また、図３２に示すように「ビーム形成方向を中心とした一定幅の入射角範囲(例えば±ａ度の範囲と設定)」に対応するとの考え方もできる。後者の考え方の場合、メインローブの入射角範囲とそれ以外の入射角範囲との境界点において、入射角がビーム形成方向から離れるにつれて利得が下がる場合、上記境界点も、サイドローブに含まれると考えて良い。本発明の構成は、メインローブやサイドローブに関する上記のいずれの考え方に対しても同様に適用可能である。
【００４６】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図１に示す上記実施の形態とは、アンテナ配置生成手段１０６Ａ内のアンテナ移動手段１１０Ａの構成が異なる。実施の形態２におけるアンテナ移動手段１１０Ａは、アンテナ位置微小変化手段８０１から構成されている。
【００４７】
アンテナ位置微小変化手段８０１は、移動アンテナ選択手段１０７が出力した移動対象アンテナについて、元の位置の近傍においてランダムに微小に移動することにより、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。この際、アンテナ配置制約保持手段１１３が保持する制約に違反するようであれば、移動先位置の決定をやり直す。
【００４８】
このようにアンテナ移動先をランダムに決定するので、新たなアンテナ配置に関し、利得の大きなサイドローブピークの電波到来方向について、利得が低下する確実性は、実施の形態１よりは低下する。しかし、そもそも移動対象アンテナは、当該サイドローブピークの電波到来方向について、利得への寄与度が大きいものが選択されている。従って、当該アンテナをランダムに移動するだけでも、当該サイドローブピークの電波到来方向について、利得が低下する可能性は大きい。また、実施の形態１で必要であった、移動対象アンテナの許容位相範囲を求める処理は不要である。
【００４９】
以上のように、寄与度の大きなアンテナの移動先をランダムに決定するので、効率良く、サイドローブピークの電波到来方向の利得を低減する可能性の大きな新たなアンテナ配置を生成できるとの効果がある。
【００５０】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図１に示す上記実施の形態とは、アンテナ配置生成手段１０６Ｂ内の移動アンテナ選択手段１０７Ｂおよびアンテナ移動手段１１０Ｂの構成、また、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂの動作が異なる。
【００５１】
サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂは、利得の大きな順に、複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求める。
【００５２】
移動アンテナ選択手段１０７Ｂは、寄与度算出手段１０８Ｂ、寄与度統合手段９０１、大寄与度アンテナ抽出手段１０９Ｂから構成されている。
【００５３】
寄与度算出手段１０８Ｂは、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する複数のサイドローブピークについて、サイドローブピーク毎に、その電波到来方向に関する利得への各アンテナの寄与の大きさを表す寄与度を算出する。寄与度の算出手順については、実施の形態１と同じである。
【００５４】
寄与度統合手段９０１は、アンテナ毎に、寄与度算出手段１０８Ｂが出力する、各サイドローブピークに対応する寄与度を統合することにより、最終的な単一の寄与度を算出する。例えば、あるアンテナｍについて、サイドローブピーク１，２，…，ｐに関する寄与度がＴｍ１，Ｔｍ２，…，Ｔｍｐである場合を考える。この時、寄与度統合手段９０１は、例えば以下の式によって、アンテナｍに関する最終的な単一の寄与度Ｔｍを算出する。
【００５５】
Ｔｍ＝ｋ１・Ｔｍ１＋ｋ２・Ｔｍ２＋…＋ｋｐ・Ｔｍｐ
【００５６】
ここで、ｋ１，ｋ２，．．，ｋｐは各サイドローブピークに関する重みであり、例えば、各サイドローブの利得の値などを用いれば良い。
【００５７】
大寄与度アンテナ抽出手段１０９Ｂは、寄与度統合手段９０１が出力する寄与度が大きな１つまたは複数のアンテナを抽出して、移動対象として出力する。
【００５８】
また、アンテナ移動手段１１０Ｂは、許容位相範囲算出手段１１１Ｂ、許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２、アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３、アンテナ位置確定手段９０４から構成されている。
【００５９】
許容位相範囲算出手段１１１Ｂは、移動アンテナ選択手段１０７Ｂが出力する移動対象アンテナおよび、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する、複数のサイドローブピークに対応する電波到来方向について、それぞれのサイドローブピーク毎に、移動対象アンテナの許容位相範囲を算出する。許容位相範囲の算出手順については、実施の形態１と同じである。
【００６０】
許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２は、移動対象アンテナ毎に、許容位相範囲算出手段１１１Ｂが出力する複数サイドローブピークに対応する許容位相範囲について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求める。これらの位置は、移動対象アンテナの移動先位置の候補と考えられることから、「許容位相範囲対応アンテナ位置候補」と呼ぶことにする。以下、本実施の形態では、さらに簡単に「アンテナ位置候補」と呼ぶ。
【００６１】
ある移動対象アンテナについて、特定のサイドローブピークに関する許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補の範囲の例を、図１０に示す。図１０には、１次元のアンテナ設置可能領域について、移動対象アンテナの現在位置の周辺を拡大した部分を示している。図１０において、許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補は、一般に線分の集合となる。ここで、複数の線分が出現する周期は、移動対象アンテナの位相回転複素数の回転に対応しており、従って、等間隔となっている(この間隔は、電波到来方向によって異なる)。これらの線分のうち、一般には、移動対象アンテナの現在位置が端点となっている線分のみに着目する。これは、移動対象アンテナの移動先位置の決定を、移動幅が小さくなるように行うためである。
【００６２】
ある移動対象アンテナについて、２つのサイドローブピークに対応する許容位相範囲(説明のため、各サイドローブピークに対応する２種類の許容位相範囲をＡ、Ｂと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図１１に示す。但し、図１１では、アンテナ位置候補に対応する複数の線分のうち、移動対象アンテナの現在位置を端点に持つ線分のみを示している。
【００６３】
アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３は、許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補範囲(のうち、移動対象アンテナの現在位置を端点に持つ線分)に関し、その共通部分を抽出する。共通部分を抽出した例を、図１２に示す。
【００６４】
ここで、全てのサイドローブピークに対応するアンテナ位置候補範囲の共通部分を抽出していくと、移動対象アンテナの現在位置のみになる場合がある。例えば、図１２の場合、３つのサイドローブピークに対応する許容位相範囲Ａ，Ｂ，Ｃに関する、それぞれのアンテナ位置候補範囲の共通部分を抽出すると、移動対象アンテナの現在位置しか残らない。このような場合に対処するため、共通部分の抽出は、利得の大きなサイドローブピークの順番に実施する。例えば、サイドローブピークの許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補範囲が、利得の大きな順に、Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｐと表されるものとする。そして、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎが「移動対象アンテナの現在位置のみ」でなく、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎ∩Ｓｎ＋１が「移動対象アンテナの現在位置のみ」であった場合、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎを最終的なアンテナ位置候補範囲とする。ここで、記号「∩」は、集合の共通部分を抽出する演算を表す。
【００６５】
アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３により、移動対象アンテナの最終的なアンテナ位置候補範囲が算出されると、アンテナ位置確定手段９０４は、得られたアンテナ位置候補の範囲内で、移動対象アンテナの移動先位置を確定する。そして、決定した移動先位置に基づき、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
【００６６】
以上のように、利得の大きな順に複数のサイドローブピークを抽出し、それらの電波到来方向に関する利得への各アンテナの寄与度を考慮して、移動対象アンテナを決定するので、分散型レーダの主要な複数のサイドローブの利得をバランス良く低減することができるとの効果がある。
【００６７】
また、移動対象アンテナの移動に際して、複数のサイドローブピークの電波到来方向について、確実に利得が低下する許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補の共通部分を算出し、それに基づきアンテナ移動先位置を決定するので、分散型レーダの主要な複数のサイドローブの利得低減を効率的に実施できる効果がある。
【００６８】
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図１に示す上記実施の形態１とは、アンテナ配置生成手段１０６Ｃ内のアンテナ移動手段１１０Ｃの構成が異なる。実施の形態４におけるアンテナ移動手段１１０Ｃは、逆位相算出手段１３０１とアンテナ位置決定手段１３０２から構成されている。
【００６９】
逆位相算出手段１３０１は、移動アンテナ選択手段１０７が出力する移動対象アンテナおよび、サイドローブピーク抽出手段１０５が出力する最大サイドローブピークに対応する電波到来方向について、移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和の逆位相を求める。
【００７０】
上記の逆位相の考え方について、図１４を用いて説明する。図１４では、移動前のアンテナ配置における、最大サイドローブピークの電波到来方向に関する、アンテナｍの位相回転複素数および、アンテナｍ以外のアンテナ群の位相回転複素数総和を示している。ここで、アンテナｍのみを移動することを考える場合、図から明らかなように、移動後のアンテナｍの位相回転複素数と、図１４の「逆位相となる複素数」との位相が近いほど、(最大サイドローブピークの電波到来方向に関する)分散型レーダの利得は低下する。
【００７１】
逆位相算出手段１３０１により逆位相が算出されると、アンテナ位置決定手段１３０２は、位相回転複素数の位相が逆位相の近傍の値となるよう、移動対象アンテナ位置を変化させて、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
【００７２】
以上のように、移動対象アンテナの移動に際して、最大サイドローブピークの電波到来方向について、利得低下の効果が最も大きい逆位相を算出し、位相回転複素数の位相が逆位相の近傍の値となるようアンテナ移動先位置を決定するので、最大サイドローブの利得低減を効率的に実施できるとの効果がある。
【００７３】
実施の形態５．
図１５はこの発明の実施の形態５に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図１５のアンテナ配置算出装置では、図９に示す実施の形態３に対して、アンテナ配置生成手段１０６Ｄ内のアンテナ移動手段１１０Ｄの構成が異なる。
【００７４】
サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂは、実施の形態３と同様、利得の大きな順に、複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求める。
【００７５】
アンテナ移動手段１１０Ｄは、逆位相算出手段１３０１Ｄと逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１とアンテナ位置候補統合手段１５０２とアンテナ位置確定手段９０４Ｄから構成されている。アンテナ位置候補統合手段１５０２はさらに、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３とアンテナ位置候補方向統合手段１５０４から構成されている。
【００７６】
逆位相算出手段１３０１Ｄは、移動アンテナ選択手段１０７Ｂが出力する移動対象アンテナおよび、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する、複数のサイドローブピークに対応する電波到来方向について、それぞれのサイドローブピーク毎に、移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和の逆位相を求める。逆位相の考え方については、実施の形態４で説明したものと同じである。
【００７７】
逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１は、移動対象アンテナ毎に、逆位相算出手段１３０１Ｄが出力する複数サイドローブピークに対応する逆位相について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求める。これらの位置は、移動対象アンテナの移動先位置の候補と考えられることから、「逆位相対応アンテナ位置候補」と呼ぶことにする。以下、本実施の形態では、さらに簡単に「アンテナ位置候補」と呼ぶ。
【００７８】
ある移動対象アンテナについて、特定のサイドローブピークに関する逆位相に対応するアンテナ位置候補の範囲の例を、図１６に示す。図１６には、１次元のアンテナ設置可能領域について、移動対象アンテナの現在位置の周辺を拡大した部分を示している。図１６において、逆位相に対応するアンテナ位置候補は、一般に点の集合となる。ここで、複数の点が出現する周期は、移動対象アンテナの位相回転複素数の回転に対応しており、従って、等間隔となっている(この間隔は、電波到来方向によって異なる)。これらの点のうち、一般には、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある点のみに着目する。これは、移動対象アンテナの移動先位置の決定を、移動幅が小さくなるように行うためである。
【００７９】
ある移動対象アンテナについて、３つのサイドローブピークに対応する逆位相(説明のため、各サイドローブピークに対応する３種類の逆位相をＡ，Ｂ，Ｃと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図１７に示す。但し、図１７では、アンテナ位置候補に対応する複数の点のうち、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある点のみを示している。
【００８０】
アンテナ位置候補統合手段１５０２は、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補(のうち、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある点)を統合することにより、移動対象アンテナの移動先位置の範囲を求める。
【００８１】
アンテナ位置候補統合手段１５０２の動作について、さらに詳細に説明する。アンテナ位置候補の統合に際しては、まず、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３が、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補を表す点のそれぞれについて、移動対象アンテナの現在位置を起点として、上記「アンテナ位置候補を表す点」の方向を向いたベクトルを求める。このベクトルを、ここでは「アンテナ位置候補方向ベクトル」と呼ぶことにする。ここで、ベクトルの大きさは一定とする。
【００８２】
図１７に示す状況において、３つのサイドローブピークに対応する逆位相Ａ，Ｂ，Ｃに関するアンテナ位置候補に対応するアンテナ位置候補方向ベクトルの例を、図１８に示す。
【００８３】
アンテナ位置候補方向統合手段１５０４は、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補方向ベクトルを合成する。ベクトルの合成は、具体的には、ベクトルの和を取り、方向はそのままで大きさを一定の値にするなどすれば良い。また、各サイドローブピークに関する重み付け和を計算することも考えられる。ここで、重みは、例えば各サイドローブの利得の値などとすれば良い。アンテナ位置候補方向ベクトルを足し合わせることにより合成する場合の例を図１８に示す。アンテナ位置候補方向統合手段１５０４は、移動対象アンテナの現在位置を起点として、アンテナ位置候補方向ベクトルを合成して得られるベクトルの終点を中心とした近傍を、移動対象アンテナの移動先位置の範囲として出力する。
【００８４】
アンテナ位置候補統合手段１５０２により、移動対象アンテナの移動先位置の範囲が算出されると、アンテナ位置確定手段９０４Ｄは、得られた移動先位置の範囲内で、移動対象アンテナの移動先位置を確定する。そして、決定した移動先位置に基づき、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
【００８５】
以上のように、移動対象アンテナの移動に際して、複数のサイドローブピークの電波到来方向について、利得低下の効果が最も大きい逆位相を算出、対応するアンテナ位置候補を計算の上、統合した結果に基づいてアンテナ移動先位置を決定するので、分散型レーダの主要な複数のサイドローブの利得低減を効率的に実施できるとの効果がある。
【００８６】
また、アンテナ位置候補の統合は、各アンテナ位置候補の方向を向いたベクトルの和に基づいて行うので、処理が容易に実施可能との効果がある。
【００８７】
実施の形態６．
図１９はこの発明の実施の形態６に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図１９のアンテナ配置算出装置では、図１５に示す実施の形態５に対して、アンテナ配置生成手段１０６Ｅ内のアンテナ移動手段１１０Ｅ内にある、アンテナ位置候補統合手段１５０２Ｅの構成が異なる。アンテナ位置候補統合手段１５０２Ｅは、アンテナ位置候補近傍範囲算出手段１９０１から構成されている。
【００８８】
アンテナ位置候補近傍範囲算出手段１９０１は、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補に関し、そのいずれからも近い範囲(ここでは「アンテナ位置候補近傍範囲」と呼ぶ)を計算し、出力する。
【００８９】
図１７のように１次元アンテナ配置を想定する場合、例えば、各逆位相に関するアンテナ位置候補の重心の近傍を、アンテナ位置候補近傍範囲とすれば良い。また、各サイドローブピークに関する重み付け重心を計算することも考えられる。ここで、重みは、例えば各サイドローブの利得の値などとすれば良い。
【００９０】
以上のように、アンテナ位置候補の統合を、各アンテナ位置候補の重心計算の結果に基づいて行うので、処理が容易に実施可能との効果がある。
【００９１】
実施の形態７．
これまでの説明では、具体例として、１次元配置されたアンテナに基づく分散型レーダを対象とした場合を述べた。本実施の形態では、図９に示すアンテナ配置算出装置に関し、２次元配置されたアンテナに基づく分散型レーダを対象とした場合について説明する。
【００９２】
以下、アンテナの２次元配置について説明する。制約として、アンテナ設置可能領域は予め定めた２次元水平面上の円であり、さらに、数個のアンテナは、円周上の特定位置に固定するものとする。また、捜索対象とする方向、即ちビーム形成方向は、水平面内の複数の方向に向けることが可能であることが要求されているものとする。上述のように円周上に数個のアンテナ位置を固定するのは、分散型レーダとして、各ビーム形成方向に対して必要な開口径を確保し、ある水準以上の角度分解能等の性能を満たすためである。
【００９３】
上記の条件を満たす、一般的なアンテナ配置の例を図２０に示す。図２０では、大きな円で表されるアンテナ設置可能領域内に、アンテナ１、アンテナ２、アンテナ３、アンテナＭを配置した場合を示しており、このうち、アンテナ１とアンテナ２はアンテナ設置可能領域の境界上に固定としている。また、ある基準点Ｏ(図２０ではアンテナ設置可能領域を表す円の中心としている)に対する各アンテナの位置ベクトルを、それぞれｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄＭ(ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄＭはベクトル)と表している。さらに図２０では、ビーム形成方向の例も示しており、ビーム形成方向を示す単位ベクトルをｉ(ｉはベクトル)で表している。
【００９４】
分散型レーダの構成例を図２１に示す。ここで、Ｗ１，Ｗ２，…，ＷＭは、各アンテナの重み(一般に複素数)を表す。図２１に示すように、複数アンテナで受信した信号に、それぞれ重み(Ｗ１，Ｗ２，…，ＷＭ)を掛けて和を取ったものが分散型レーダの出力となる。以上のように、分散型レーダの構成自体は、１次元配置されたアンテナから構成される分散型レーダと全く同じである。
【００９５】
前述のように、分散型レーダにおいては、ビーム形成方向が決まると、それに応じて各アンテナの重みを適切に設定する必要がある。具体的には、ビーム形成方向に基づき、アンテナ間の経路長差による位相変化を打ち消すように設定する。図２０の場合、ビーム形成方向ｉを考えると、基準点Ｏに対して、アンテナｍ(位置ベクトル：ｄｍ)の経路長はｉ・ｄｍ(ベクトルｉとｄｍの内積)だけ異なる。従って、アンテナｍの重みＷｍは、上記経路長差による位相変化を打ち消すよう、ｅｘｐ(−ｊ(２π／λ)ｉ・ｄｍ)と設定すれば良い。
【００９６】
以下、図２０を参照しながら、特定のビーム形成方向ｉに対するアンテナパターンの算出方法について説明する。但し、まずは、各アンテナが無指向性である場合について述べる。
【００９７】
想定される電波到来方向を示す単位ベクトルをｕ(ｕはベクトル)で表す。さらに、電波到来方向ｕを、ビーム形成方向ｉを基準とした入射角θで表す。各θについて、利得を算出することを考える。信号は、各アンテナにおいて、電波到来方向ｕに関する経路長差および波長λから定まる位相だけ位相が回転したものとして受信され、また、アンテナの重みが掛けられることにより、さらに位相が回転する。ここで、電波到来方向ｕに関し、基準点Ｏに対するアンテナｍの経路長差はｕ・ｄｍ(ベクトルｕとｄｍの内積)である。この経路長差に起因する位相差は(２π／λ)ｕ・ｄｍとなり、その位相回転は、複素数ｅｘｐ(ｊ(２π／λ)ｕ・ｄｍ)として表現される。この複素数に対し、さらにアンテナ重みＷｍを掛けた値、すなわちｅｘｐ(ｊ(２π／λ)(ｕ−ｉ)・ｄｍ)が、位相回転複素数であり、分散型レーダの振幅利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和となる複素数の大きさとして計算される。また、これを２乗したものが電力利得となる。そして、以上のようにして求められる、入射角θ(電波到来方向)と利得の間の関係が、アンテナパターンとなる。
【００９８】
以上の原理は、１次元アンテナ配置の場合と同じであるが、上述の２次元アンテナ配置の場合、複数のビーム形成方向に対応する、複数のアンテナパターンを考慮する必要がある。
【００９９】
上記の説明では、個々のアンテナが無指向性である場合を例にとっており、この場合、分散型レーダのアンテナパターン算出の際、利得は、各アンテナの位相回転複素数の総和から求められた。しかし、アンテナが無指向性でない場合、１次元アンテナ配置の場合と同様、分散型レーダのアンテナパターンは、各アンテナの位相回転複素数の総和から算出されるアンテナパターンに対し、さらに、個々のアンテナのアンテナパターンの積を取ることにより求められる(個々のアンテナのアンテナパターンが同一の場合)。
【０１００】
なお、一般には、個々のアンテナについて向きを考慮する必要があり、アンテナの向きとビーム形成方向との関係に依存してアンテナパターン形状が変化することが多い。しかし、本実施の形態では、アンテナの向きとビーム形成方向との関係によらず、アンテナパターンは同じ形状と見なせるとの前提を置く。アンテナの向きとビーム形成方向との関係に依存してアンテナパターン形状が変化する場合でも、まずは「代表的な形状のアンテナパターンが存在する」ことを前提としてアンテナ配置を最適化した後に、得られたアンテナ配置を固定して、各アンテナの向きのみを最適化すれば良い。
【０１０１】
以下、図９を参照しながら、アンテナ配置算出装置の動作について説明する。アンテナ配置保持手段１０１は、分散型レーダを構成する全アンテナ又はアンテナ配置算出対象の全アンテナの位置情報を、評価値および、各アンテナの特性に関する情報とともに保持する。本実施の形態７の場合、アンテナ設置可能領域として２次元平面を想定しているので、個々のアンテナの位置情報は２次元で表現される。アンテナ配置初期化手段１０２は、アンテナの初期配置を決定してアンテナ配置保持手段１０１に記録する。
【０１０２】
アンテナパターン算出手段１０３は、アンテナ配置保持手段１０１が保持するアンテナ配置のうち未評価もしくは評価値の良いアンテナ配置を抽出、さらに、各アンテナの特性に関する情報を入力とする。そして上述したようにして、想定されるビーム形成方向に基づき、電波到来方向と利得の関係を表すアンテナパターンを算出する。ここで、ビーム形成方向として複数を想定するため、アンテナパターンも複数出力される。
【０１０３】
アンテナ配置評価手段１０４は、アンテナパターン算出手段１０３が出力するアンテナパターンにおいて、最大サイドローブのサイドローブレベルを算出する。さらに、複数のアンテナパターンのそれぞれに対応するサイドローブレベルのうち、最悪、即ち、最大のものを分散型レーダの評価値として算出して、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
【０１０４】
サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂは、各アンテナパターンに関し、それぞれ、利得の大きな順に、１つまたは複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求める。
【０１０５】
移動アンテナ選択手段１０７Ｂは、寄与度算出手段１０８Ｂ、寄与度統合手段９０１、大寄与度アンテナ抽出手段１０９Ｂから構成されている。
【０１０６】
寄与度算出手段１０８Ｂは、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する複数のサイドローブピークについて、サイドローブピーク毎に、その電波到来方向に関する利得への各アンテナの寄与の大きさを表す寄与度を算出する。寄与度の算出手順については、実施の形態１と同じである。
【０１０７】
寄与度統合手段９０１は、アンテナ毎に、寄与度算出手段１０８Ｂが出力する、各サイドローブピークに対応する寄与度を統合することにより、最終的な単一の寄与度を算出する。例えば、あるアンテナｍについて、サイドローブピーク１，２，…，ｐに関する寄与度がＴｍ１，Ｔｍ２，…，Ｔｍｐである場合を考える。この時、寄与度統合手段９０１は、例えば以下の式によって、アンテナｍに関する最終的な単一の寄与度Ｔｍを算出する。
【０１０８】
Ｔｍ＝ｋ１・Ｔｍ１＋ｋ２・Ｔｍ２＋…＋ｋｐ・Ｔｍｐ
【０１０９】
ここで、ｋ１，ｋ２，．．，ｋｐは各サイドローブピークに関する重みであり、例えば、各サイドローブの利得の値などを用いれば良い。
【０１１０】
大寄与度アンテナ抽出手段１０９Ｂは、寄与度統合手段９０１が出力する寄与度が大きな１つまたは複数のアンテナを抽出して、移動対象として出力する。
【０１１１】
アンテナ移動手段１１０Ｂは、許容位相範囲算出手段１１１Ｂ、許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２、アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３、アンテナ位置確定手段９０４から構成されている。
【０１１２】
許容位相範囲算出手段１１１Ｂは、移動アンテナ選択手段１０７Ｂが出力する移動対象アンテナおよび、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する、複数のサイドローブピークに対応するビーム形成方向および電波到来方向について、それぞれのサイドローブピーク毎に、移動対象アンテナの許容位相範囲を算出する。許容位相範囲の算出手順については、実施の形態１と同じである。
【０１１３】
許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２は、移動対象アンテナ毎に、許容位相範囲算出手段１１１Ｂが出力する複数サイドローブピークに対応する許容位相範囲について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求める。これらの位置を、実施の形態３と同様、「許容位相範囲対応アンテナ位置候補」と呼ぶことにする。以下、本実施の形態では、さらに簡単に「アンテナ位置候補」と呼ぶ。
【０１１４】
ある移動対象アンテナについて、特定のサイドローブピークに関する許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補の範囲の例を、図２２に示す。図２２において、許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補は、一般に、平行な帯状領域の集合となる。その理由について、以下に説明する。
【０１１５】
アンテナの許容位相範囲は、前述のように、当該アンテナの位相回転複素数の位相が採っても良い値の範囲のことである。一方、位相回転複素数は、前述のように、式ｅｘｐ(ｊ(２π／λ)(ｕ−ｉ)・ｄｍ)で表される。従って、位相回転複素数の位相が一定の値を採る場合、式(ｕ−ｉ)・ｄｍも一定の値となる。今、特定のサイドローブピークを考えているので、ビーム形成方向ｉおよび電波到来方向ｕは固定されており、従って、ベクトルｕ−ｉも固定されている。従って、位相回転複素数の位相が一定の値を取る場合、ｄｍが取り得る値は、ベクトルｕ−ｉに垂直な直線上のベクトルとなる。さらに、位相回転複素数における回転に対応し、上記のような直線は、一般に、アンテナ設置可能領域上に等間隔に現れる。許容位相範囲は、連続した位相の値の範囲なので、許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補は、図２２のように、平行な帯状領域の集合となる。なお、図２２において、複数の帯状領域が出現する周期は、ｕ−ｉに依存して決まる。
【０１１６】
以上のように、許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補は、平行な帯状領域の集合となるが、一般には、移動対象アンテナの現在位置に接する帯状領域のみに着目する。これは、移動対象アンテナの移動先位置の決定を、移動幅が小さくなるように行うためである。
【０１１７】
ある移動対象アンテナについて、２つのサイドローブピークに対応する許容位相範囲(説明のため、各サイドローブピークに対応する２種類の許容位相範囲をＡ、Ｂと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図２３に示す。但し、図２３では、アンテナ位置候補に対応する複数の帯状領域のうち、移動対象アンテナの現在位置に接する帯状領域のみを示している。
【０１１８】
アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３は、許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段９０２が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補範囲(のうち、移動対象アンテナの現在位置に接する帯状領域)に関し、その共通部分を抽出する。共通部分を抽出した例を、図２３に示す。
【０１１９】
ここで、全てのサイドローブピークに対応するアンテナ位置候補範囲の共通部分を抽出していくと、移動対象アンテナの現在位置のみになる場合がある。このような場合に対処するため、実施の形態３と同様、共通部分の抽出は、利得の大きなサイドローブピークの順番に実施する。例えば、サイドローブピークの許容位相範囲に対応するアンテナ位置候補範囲が、利得の大きな順に、Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｐと表されるものとする。そして、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎが「移動対象アンテナの現在位置のみ」でなく、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎ∩Ｓｎ＋１が「移動対象アンテナの現在位置のみ」であった場合、Ｓ１∩Ｓ２∩…∩Ｓｎを最終的なアンテナ位置候補範囲とする。
【０１２０】
アンテナ位置候補共通部分抽出手段９０３により、移動対象アンテナの最終的なアンテナ位置候補範囲が算出されると、アンテナ位置確定手段９０４は、得られたアンテナ位置候補の範囲内で、移動対象アンテナの移動先位置を確定する。そして、決定した移動先位置に基づき、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
【０１２１】
以上のように、２次元アンテナ配置において、複数のビーム形成方向に対応する複数のアンテナパターンを考慮すべき場合でも、１次元アンテナ配置の場合と同様な処理、特に許容位相範囲に基づく処理により、アンテナ配置最適化が可能である。これは、３次元アンテナ配置の場合でも同様である。
【０１２２】
実施の形態８．
本実施の形態では、図１５に示すアンテナ配置算出装置に関し、２次元配置されたアンテナに基づく分散型レーダを対象とした場合について説明する。図１５のアンテナ配置算出装置では、図９に示す実施の形態７に対して、アンテナ配置生成手段１０６Ｄ内のアンテナ移動手段１１０Ｄの構成が異なる。
【０１２３】
サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂは、実施の形態７と同様、(異なるビーム形成方向に対応する)各アンテナパターンに関し、それぞれ、利得の大きな順に、１つまたは複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求める。
【０１２４】
アンテナ移動手段１１０Ｄは、逆位相算出手段１３０１Ｄと逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１とアンテナ位置候補統合手段１５０２とアンテナ位置確定手段９０４Ｄから構成されている。アンテナ位置候補統合手段１５０２は、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３とアンテナ位置候補方向統合手段１５０４から構成されている。
【０１２５】
逆位相算出手段１３０１Ｄは、移動アンテナ選択手段１０７Ｂが出力する移動対象アンテナおよび、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する、複数のサイドローブピークに対応するビーム形成方向および電波到来方向について、それぞれのサイドローブピーク毎に、移動対象アンテナを除くアンテナ群の位相回転複素数総和の逆位相を求める。逆位相の考え方については、実施の形態４で説明したものと同じである。
【０１２６】
逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１は、移動対象アンテナ毎に、逆位相算出手段１３０１Ｄが出力する複数サイドローブピークに対応する逆位相について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求める。これらの位置は、移動対象アンテナの移動先位置の候補と考えられることから、実施の形態５と同様、「逆位相対応アンテナ位置候補」と呼ぶことにする。以下、本実施の形態では、さらに簡単に「アンテナ位置候補」と呼ぶ。
【０１２７】
ある移動対象アンテナについて、特定のサイドローブピークに関する逆位相に対応するアンテナ位置候補の範囲の例を、図２４に示す。図２４において、逆位相に対応するアンテナ位置候補は、一般に平行な直線の集合となる。その理由は、実施の形態７で述べた通りであり、複数の直線が出現する周期は、ｕ−ｉに依存して決まる。
【０１２８】
以上のように、逆位相に対応するアンテナ位置候補は、平行な直線の集合となるが、一般には、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある直線のみに着目する。これは、移動対象アンテナの移動先位置の決定を、移動幅が小さくなるように行うためである。
【０１２９】
ある移動対象アンテナについて、３つのサイドローブピークに対応する逆位相(説明のため、各サイドローブピークに対応する３種類の逆位相をＡ，Ｂ，Ｃと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図２５に示す。但し、図２５では、アンテナ位置候補に対応する複数の直線のうち、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある直線のみを示している。
【０１３０】
アンテナ位置候補統合手段１５０２は、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補(のうち、移動対象アンテナの現在位置に最も近くにある直線)を統合することにより、移動対象アンテナの移動先位置の範囲を求める。
【０１３１】
アンテナ位置候補統合手段１５０２の動作について、さらに詳細に説明する。アンテナ位置候補の統合に際しては、まず、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３が、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補を表す直線のそれぞれについて、移動対象アンテナの現在位置を起点として、上記「アンテナ位置候補を表す直線」の方向を向いたベクトルを求める。このベクトルを、ここでは「アンテナ位置候補方向ベクトル」と呼ぶことにする。ここで、ベクトルの大きさは一定とする。
【０１３２】
図２５に示す状況において、３つのサイドローブピークに対応する逆位相Ａ，Ｂ，Ｃに関するアンテナ位置候補に対応するアンテナ位置候補方向ベクトルの例を、図２６に示す。
【０１３３】
アンテナ位置候補方向統合手段１５０４は、アンテナ位置候補方向算出手段１５０３が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補方向ベクトルを合成する。ベクトルの合成は、具体的には、ベクトルの和を取り、方向はそのままで大きさを一定の値にするなどすれば良い。また、各サイドローブピークに関する重み付け和を計算することも考えられる。ここで、重みは、例えば各サイドローブの利得の値などとすれば良い。アンテナ位置候補方向ベクトルを足し合わせることにより合成する場合の例を図２７に示す。アンテナ位置候補方向統合手段１５０４は、移動対象アンテナの現在位置を起点として、アンテナ位置候補方向ベクトルを合成して得られるベクトルの終点を中心とした近傍を、移動対象アンテナの移動先位置の範囲として出力する。
【０１３４】
アンテナ位置候補統合手段１５０２により、移動対象アンテナの移動先位置の範囲が算出されると、アンテナ位置確定手段９０４Ｄは、得られた移動先位置の範囲内で、移動対象アンテナの移動先位置を確定する。そして、決定した移動先位置に基づき、新たなアンテナ配置を生成し、アンテナ配置保持手段１０１に記録する。
【０１３５】
以上のように、２次元アンテナ配置において、複数のビーム形成方向に対応する複数のアンテナパターンを考慮すべき場合でも、１次元アンテナ配置の場合と同様な処理、特に逆位相に対応するアンテナ位置候補の方向を向いたベクトルの和に基づく処理により、アンテナ配置最適化が可能である。これは、３次元アンテナ配置の場合でも同様である。
【０１３６】
実施の形態９．
本実施の形態では、図１９に示すアンテナ配置算出装置に関し、２次元配置されたアンテナに基づく分散型レーダを対象とした場合について説明する。図１９のアンテナ配置算出装置では、図１５に示す実施の形態８に対して、アンテナ配置生成手段１０６Ｅ内のアンテナ移動手段１１０Ｅ内にある、アンテナ位置候補統合手段１５０２Ｅの構成が異なる。アンテナ位置候補統合手段１５０２Ｅは、アンテナ位置候補近傍範囲算出手段１９０１から構成されている。
【０１３７】
アンテナ位置候補近傍範囲算出手段１９０１は、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１が出力する、複数サイドローブピークに対応するアンテナ位置候補に関し、そのいずれからも近い範囲(実施の形態６と同様、「アンテナ位置候補近傍範囲」と呼ぶ)を計算し、出力する。
【０１３８】
２次元アンテナ配置を想定した場合に、ある移動対象アンテナについて、３つのサイドローブピークに対応する逆位相(説明のため、各サイドローブピークに対応する３種類の逆位相をＡ，Ｂ，Ｃと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図２５に示す。図２５の状況に対し、アンテナ位置候補近傍範囲算出手段１９０１が出力するアンテナ位置候補近傍範囲の例を、図２８に示す。
【０１３９】
以下、アンテナ位置候補近傍範囲の具体的な算出手順の例を示す。まず、各逆位相に対応するアンテナ位置候補を表す直線群において、全ての交点を計算する。そして、各交点の重心の近傍を、アンテナ位置候補近傍範囲とすれば良い。
【０１４０】
以上のように、２次元アンテナ配置において、複数のビーム形成方向に対応する複数のアンテナパターンを考慮すべき場合でも、１次元アンテナ配置の場合と同様な処理、特に逆位相に対応するアンテナ位置候補の近傍範囲に基づく処理により、アンテナ配置最適化が可能である。これは、３次元アンテナ配置の場合でも同様である。
【０１４１】
実施の形態１０．
図２９はこの発明の実施の形態１０に係るアンテナ配置算出装置の構成を示す図である。図２９のアンテナ配置算出装置も実施の形態４、５、６、８、９と同様、１つまたは複数のサイドローブピークに対応する逆位相に基づいてアンテナ配置最適化を行うものであるが、装置の構成が異なる。以下、２次元配置されたアンテナに基づく分散型レーダを対象とした場合について説明する。
【０１４２】
図２９においてアンテナ配置算出装置は、アンテナ配置制約保持手段１１３と、途中アンテナ配置保持手段２９０１と、アンテナパターン算出手段１０３と、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂと、逆位相算出手段１３０１Ｆと、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１と、追加アンテナ位置確定手段２９０２から構成されている。
【０１４３】
次に動作について説明する。途中アンテナ配置保持手段２９０１は、アンテナ配置を、各アンテナの特性に関する情報とともに保持する。途中アンテナ配置保持手段２９０１が保持するアンテナ配置は、アンテナ数が少ない状態を初期配置として、処理の進行に伴って１つずつアンテナが追加されていく。そこで、ここでは、途中アンテナ配置保持手段２９０１が保持するアンテナ配置のことを、特に「途中アンテナ配置」と呼ぶことにする。途中アンテナ配置保持手段２９０１は、初期配置としては、アンテナ設置可能領域の境界部分に、特定の固定アンテナのみを配置した状態を保持する。
【０１４４】
アンテナパターン算出手段１０３は、途中アンテナ配置保持手段２９０１が保持する途中アンテナ配置および、各アンテナの特性に関する情報を入力とする。そして、想定されるビーム形成方向に関し、電波到来方向と利得の関係を表す１つまたは複数のアンテナパターンを算出する。
【０１４５】
サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂは、１つまたは複数のアンテナパターンに関し、それぞれ、利得の大きな順に、１つまたは複数のサイドローブピークに関する電波到来方向を求める。
【０１４６】
逆位相算出手段１３０１Ｆは、サイドローブピーク抽出手段１０５Ｂが出力する、１つまたは複数のサイドローブピークに対応するビーム形成方向および電波到来方向について、それぞれのサイドローブピーク毎に、途中アンテナ配置保持手段２９０１が保持する全アンテナに関する位相回転複素数総和の逆位相を求める。
【０１４７】
逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１は、逆位相算出手段１３０１Ｆが出力する、１つまたは複数のサイドローブピークに対応する逆位相について、それぞれ、対応するアンテナ位置の範囲を求める。１つの逆位相に対応するアンテナ位置候補の例を、図１６(１次元アンテナ配置を想定する場合)および図２４(２次元アンテナ配置を想定する場合)に示す。
【０１４８】
追加アンテナ位置確定手段２９０２は、逆位相対応アンテナ位置候補算出手段１５０１が出力する、１つまたは複数のサイドローブピークに対応するアンテナ位置候補について、いずれのアンテナ位置候補からも近くにある位置を１つ選択する。そして、選択された位置に、アンテナを追加するものとし、途中アンテナ配置保持手段２９０１が保持する途中アンテナ配置を更新する。
【０１４９】
２次元アンテナ配置を想定した場合に、３つのサイドローブピークに対応する逆位相(説明のため、各サイドローブピークに対応する３種類の逆位相をＡ，Ｂ，Ｃと表す)に関し、対応するアンテナ位置候補の例を図３０に示す。また、図３０において、これらのアンテナ位置候補のいずれからも近くにある位置として、アンテナを追加すべく選択された位置の例も示す。
【０１５０】
上記の処理の反復によって、アンテナを１つずつ追加することにより途中アンテナ配置を更新していき、利用可能なアンテナ数を全て配置し終わった時点で、アンテナ配置最適化処理を終了する。なお、本最適化は、最適化分野において、グリーディ法と呼ばれる枠組みに属するものである。
【０１５１】
本実施の形態によれば、少数の固定アンテナのみを配置した初期状態から出発し、途中アンテナ配置に関するサイドローブピークの電波到来方向について、利得低下の効果が最も大きい逆位相を算出、対応するアンテナ位置候補に近い位置にアンテナを１つずつ追加していくことにより、アンテナ配置を生成する。本実施の形態で得られたアンテナ配置は、その生成方法からして、比較的評価値が高いものとなっている。そこで、本実施の形態で得られたアンテナ配置を初期配置として、実施の形態１〜９で述べたアンテナ配置最適化を適用することにより、より効率的に良いアンテナ配置に到達できるとの効果がある。
【０１５２】
なおこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の特徴の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
【符号の説明】
【０１５３】
１０１  アンテナ配置保持手段、１０２  アンテナ配置初期化手段、１０３  アンテナパターン算出手段、１０４  アンテナ配置評価手段、１０５，１０５Ｂ  サイドローブピーク抽出手段、１０６，１０６Ａ−Ｅ  アンテナ配置生成手段、１０７，１０７Ｂ  移動アンテナ選択手段、１０８，１０８Ｂ  寄与度算出手段、１０９，１０９Ｂ  大寄与度アンテナ抽出手段、１１０，１１０Ａ−Ｅ  アンテナ移動手段、１１１，１１１Ｂ  許容位相範囲算出手段、１１２  アンテナ位置決定手段、１１３  アンテナ配置制約保持手段、８０１  アンテナ位置微小変化手段、９０１  寄与度統合手段、９０２  許容位相範囲対応アンテナ位置候補算出手段、９０３  アンテナ位置候補共通部分抽出手段、９０４，９０４Ｄ  アンテナ位置確定手段、１３０１，１３０１Ｄ，１３０１Ｆ  逆位相算出手段、１３０２  アンテナ位置決定手段、１５０１  逆位相対応アンテナ位置候補算出手段、１５０２，１５０２Ｅ  アンテナ位置候補統合手段、１５０３  アンテナ位置候補方向算出手段、１５０４  アンテナ位置候補方向統合手段、１９０１  アンテナ位置候補近傍範囲算出手段、２９０１  途中アンテナ配置保持手段、２９０２  追加アンテナ位置確定手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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