(57)【要約】【課題】廉価でかつ高精度のレーダ断面積測定装置を得る。【解決手段】被測定物１００への照射電磁波の進行方向に直交する面内の鉛直方向の断面形状が放物線で、直交する方向の断面形状が直線となる円筒放物面反射鏡１を、測定波長と比べて十分細い径を有する金属円柱で形成する。測定制御部３は、円筒放物面反射鏡１で電磁波を反射させて波面の鉛直方向の曲率が０となる円筒波を、近距離に位置する被測定物１００に照射し、被測定物１００で反射され円筒放物面反射鏡１を介して得られる散乱電界のパターンを積算して求めた等価散乱係数から遠方領域のレーダ断面積を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の大きさに基づいて要求される遠方界でのレーダ断面積をより近距離で測定するレーダ断面積測定装置であって、
前記被測定物への照射電磁波の進行方向に直交する面内の第１の方向の断面形状が放物線であり前記第１の方向と直交する第２の方向の断面形状が直線となる円筒放物面反射鏡を、測定波長と比べて十分細い径を有する金属円柱で形成すると共に、
前記円筒放物面反射鏡で電磁波を反射させて波面の前記第１の方向の曲率が０となる円筒波を、前記近距離に位置し向きが可変の前記被測定物に照射し、前記被測定物で反射され前記円筒放物面反射鏡を介して得られる散乱電界のパターンを積算して求めた等価散乱係数から遠方領域のレーダ断面積を求める測定制御部を備えたことを特徴とするレーダ断面積測定装置。
【請求項２】
第１の方向は鉛直方向であり、金属円柱を鉛直方向に並べて円筒放物面反射鏡を形成し、
かつ、前記円筒放物面反射鏡の後方に、金属面で構成した第２の円筒放物面反射鏡を設けると共に、水平偏波と垂直偏波の電磁波をこれら円筒放物面反射鏡で反射させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のレーダ断面積測定装置。
【請求項３】
金属円柱は、測定波長の１／４以下の径であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダ断面積測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の円筒放物面反射鏡に代えて、グリッド状の円筒放物面反射鏡としたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ断面積測定装置。
【請求項５】
請求項２記載の第２の円筒放物面反射鏡に代えて、垂直方向のグリッドを有する円筒放物面反射鏡としたことを特徴とする請求項２記載のレーダ断面積測定装置。
【請求項６】
グリッドの間隔は、測定波長の半波長以下であることを特徴とする請求項４または請求項５記載のレーダ断面積測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被測定物の大きさに基づいて要求される遠方界でのレーダ断面積をより近距離で測定するレーダ断面積測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ断面積（RCS：Radar Cross Section）は無限遠方で測定したものとして規定されるため、被測定物から十分離れて測定する必要がある。通常、被測定物の最大径をＤ、測定波長をλとすると、十分遠方で測定するためには測定距離ρは式（１）を満たさなければならない。
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【０００３】
被測定物が大きく、この測定距離を確保することが困難な場合、非特許文献１などで解説されているコンパクトレンジを使用する方法がある。また、例えば特許文献１に示されているように、近距離での測定結果を変換して遠方領域のＲＣＳを求める、近傍界／遠方界変換法が知られている。また、大型の被測定物を廉価に測定する測定装置として、円筒放物面鏡と一次元の近傍界／遠方界変換を併用した特許文献２の方法が知られており、この内容について説明する。
【０００４】
送信アンテナから放射された電磁波は、横方向に一様な円筒放物面鏡を介して、被測定物を照射する。この被測定物を照射した電磁波は、被測定物で散乱され、再度、円筒放物面鏡を介し、受信アンテナで受信される。
このレーダ断面積測定装置では、送信アンテナから放射された電磁波の波面の垂直方向の広がりは、円筒放物面鏡の効果で修正されるが、電磁波の波面の水平方向の広がりについては、円筒放物面鏡で修正されないため、被測定物を円筒波で照射することになる。
この水平方向の波面の広がりの影響、すなわち近傍領域で測定した影響を修正するため、このレーダ断面積測定装置では、アジマス方向に回転して測定した一次元の散乱電界パターンに対して、一次元のデータに対応した近傍界／遠方界変換処理を行い、水平方向の波面の広がりの影響を補正し、遠方領域で測定したレーダ断面積を求めることができる。この測定装置では、低コストで大型のものが製造可能な円筒放物面鏡と、一次元の近傍界／遠方界変換を行うことで、近距離でのレーダ断面積を測定する構成を廉価に実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２１８１６７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６４２３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｅｕｇｅｎｅ  Ｆ．  Ｋｎｏｔｔ、“Ｒａｄａｒ  Ｃｒｏｓｓ  Ｓｅｃｔｉｏｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”、ＳｃｉＴｅｃｈ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ．  ＩＮＣ．  ２００６、（第８．２章）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献２に示されたような従来のレーダ断面積測定装置では、円筒放物面鏡を使用している。円筒放物面鏡は、金属板を加工して製造し、放物面鏡と比べて円筒放物面鏡は廉価に製造することができるが、非常に大型のものは、やはりコストがかかり、更なる低コスト化への要請があった。また、円筒放物面鏡で発生する交差偏波成分により、測定精度が劣化する問題があった。
【０００８】
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、廉価でかつ高精度のレーダ断面積測定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】
【０００９】
この発明に係るレーダ断面積測定装置は、被測定物の大きさに基づいて要求される遠方界でのレーダ断面積をより近距離で測定するレーダ断面積測定装置であって、被測定物への照射電磁波の進行方向に直交する面内の第１の方向の断面形状が放物線であり第１の方向と直交する第２の方向の断面形状が直線となる円筒放物面反射鏡を、測定波長と比べて十分細い径を有する金属円柱で形成すると共に、円筒放物面反射鏡で電磁波を反射させて波面の第１の方向の曲率が０となる円筒波を、近距離に位置し向きが可変の被測定物に照射し、被測定物で反射され円筒放物面反射鏡を介して得られる散乱電界のパターンを積算して求めた等価散乱係数から遠方領域のレーダ断面積を求める測定制御部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のレーダ断面積測定装置は、円筒放物面反射鏡を、測定波長と比べて十分細い径を有する金属円柱で形成するようにしたので、廉価でかつ高精度のレーダ断面積測定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ断面積測定装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーダ断面積測定装置の円筒放物面反射鏡の座標系を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるレーダ断面積測定装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーダ断面積測定装置を示す構成図である。
図１に示すレーダ断面積測定装置は、円筒放物面反射鏡１と、水平偏波用送受信アンテナ２と、測定制御部３とを備えている。
円筒放物面反射鏡１は、波長比で十分細い金属円柱を配列して構成されており、第１の方向である鉛直方向の断面形状が放物線で、第２の方向となる鉛直方向とは直交する方向が直線となる形状の円筒放物面反射鏡である。水平偏波用送受信アンテナ２は、水平偏波の電磁波を円筒放物面反射鏡１に照射あるいは受信する送受信アンテナである。測定制御部３は、水平偏波用送受信アンテナ２から放射された電磁波を、円筒放物面反射鏡１で反射させて、波面の鉛直方向の曲率が０となる円筒波を被測定物１００に照射し、この被測定物１００で反射され円筒放物面反射鏡１を介して得られる散乱電界のパターンを積算して求めた等価散乱係数から遠方領域のレーダ断面積を求める機能部である。また、測定制御部３はＡｚ回転機構１０１とＥＩ回転機構１０２を制御して測定制御を行うもので、コンピュータを用いて実現され、測定制御プログラムとこのプログラムを実行するためのハードウェアから構成されている。
【００１３】
被測定物１００は、近距離に位置し、Ａｚ回転機構１０１とＥＩ回転機構１０２とによって、その向きが可変となるよう設置されている。また、Ａｚ回転機構１０１は、被測定物１００をＡｚ面内（水平面内）に回転させる支持台で、ＥＩ回転機構１０２は、ＥＩ面内（鉛直面内）に回転させる支持台である。
【００１４】
円筒放物面反射鏡１を構成する金属円柱は、その直径が水平偏波用送受信アンテナ２から放射される電磁波の波長の１／４以下となるよう構成されている。また、金属円柱だけでなく、円柱以外の線状部材で形成してもよい。この場合も放射される電磁波に垂直な方向の太さが波長の１／４以下であればよい。更に、円筒放物面反射鏡１は、水平方向のグリッドを有する誘電体シートで形成してもよく、この場合のグリッドの間隔は半波長以下となるよう形成する。
【００１５】
また、水平偏波用送受信アンテナ２は、送信アンテナと受信アンテナを共用した単一のアンテナであるが、送信用アンテナと受信用アンテナに分けて、それらを近接させて配置してもよい。
【００１６】
このように構成されたレーダ断面積測定装置では、水平偏波用送受信アンテナ２は、水平偏波の電磁波を放射し、金属円柱で構成された円筒放物面反射鏡１に到達する。金属円柱で構成された円筒放物面反射鏡１は水平偏波の電磁波を反射するため、円筒放物面反射鏡１で反射された電磁波の波面の鉛直方向の曲率が０となる円筒波に変換され、被測定物１００を照射する。更に、被測定物１００で反射した電磁波は、円筒放物面反射鏡１で反射され、水平偏波用送受信アンテナ２で受信される。
【００１７】
次に、このレーダ断面積測定装置を用いた測定方法について説明する。水平偏波用送受信アンテナ２から放射された電磁波の波面は球面波であり、円筒放物面反射鏡１で反射後に、波面の鉛直方向の曲率が０となる円筒波となり、被測定物１００に照射される。この測定装置で測定した一次元の散乱電界パターンに倒して、上述した特許文献１にも記載されている近傍界／遠方界変換技術を適用し、遠方領域のレーダ断面積を測定する。以下にこの方法を説明する。
【００１８】
図１に示す測定系において、遠方領域のレーダ断面積を求めたい角度をφ＝０とし、被測定物１００をＡｚ方向に回転角φだけ回転させて測定した散乱電界をＥｓ（φ）とする。この散乱電界は振幅、位相を含む複素振幅とする。測定範囲がφｗの散乱電界から式（２）で散乱体固有の等価散乱係数Ｓｅ（ｙ）を求める。
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【００１９】
ここで、ｋは波数、測定距離ρは図２に示す座標系のパラメータを用い、式（３）で表される。
ρ＝ａ１＋ａ２＋ａ３            （３）
【００２０】
式（２）から被測定物１００をＹ軸方向に投影した領域相当の大きさ：ｙｗの等価散乱係数Ｓｅ（ｙ）を求め、式（４）でＡｚの角度が０度方向の遠方領域におけるレーダ断面積：σを求めることができる。
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【００２１】
Ａｚ面の方向φ’のレーダ断面積を求める場合には、φ’の角度だけオフセットした散乱電界パターンを用い、式（２）より等価散乱係数Ｓｅ（ｙ）を求め、式（４）より遠方領域のレーダ断面積を求めればよい。
【００２２】
ＥＩ角の異なる方向のレーダ断面積を求める場合には、ＥＩ角を所望の角度に設定し、Ａｚ面の散乱電界パターンを測定し直して、式（２）〜式（４）を適用すればよい。
【００２３】
実施の形態１のレーダ断面積測定装置の構成では水平偏波のみの対応であるが、金属円柱やグリッドなどを鉛直方向に並べて円筒放物面反射鏡１を構成しているため、廉価にレーダ断面積の測定装置を構築することができる。また、近傍界／遠方界変換に必要となる近傍領域の散乱電界パターンは一次元のみでよく、短時間に測定することが可能である。
【００２４】
以上説明したように、実施の形態１のレーダ断面積測定装置によれば、被測定物の大きさに基づいて要求される遠方界でのレーダ断面積をより近距離で測定するレーダ断面積測定装置であって、被測定物への照射電磁波の進行方向に直交する面内の第１の方向の断面形状が放物線であり第１の方向と直交する第２の方向の断面形状が直線となる円筒放物面反射鏡を、測定波長と比べて十分細い径を有する金属円柱で形成すると共に、円筒放物面反射鏡で電磁波を反射させて波面の第１の方向の曲率が０となる円筒波を、近距離に位置し向きが可変の被測定物に照射し、被測定物で反射され円筒放物面反射鏡を介して得られる散乱電界のパターンを積算して求めた等価散乱係数から遠方領域のレーダ断面積を求める測定制御部を備えたので、廉価なレーダ断面積測定装置を得ることができる。また、例えば、「牧野ほか、“二重グリッド反射鏡アンテナの放射特性、”電子情報通信学会アンテナ伝播研究会AP88-70、1998年10月」で記載されているように、グリッド鏡面と同様の効果があるため、交差偏波を抑圧することができ、高精度にレーダ断面積を測定することができる。
【００２５】
また、実施の形態１のレーダ断面積測定装置によれば、金属円柱は、測定波長の１／４以下の径としたので、高精度で廉価なレーダ断面積測定装置を得ることができる。
【００２６】
また、実施の形態１のレーダ断面積測定装置によれば、円筒放物面反射鏡を、グリッド状の円筒放物面反射鏡としたので、円筒放物面反射鏡をエッチングにより製造することができ、その結果、高精度の円筒放物面反射鏡を得ることができる。
【００２７】
また、実施の形態１のレーダ断面積測定装置によれば、グリッドの間隔は、測定波長の半波長以下としたので、より高精度で廉価なレーダ断面積測定装置を得ることができる。
【００２８】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるレーダ断面積測定装置を示す構成図である。
実施の形態２のレーダ断面積測定装置は、円筒放物面反射鏡１、水平偏波用送受信アンテナ２ａ、垂直偏波用送受信アンテナ２ｂ、測定制御部３ａ、第２の円筒放物面反射鏡４を備えている。ここで、円筒放物面反射鏡１は実施の形態１の円筒放物面反射鏡１と同様である。また、第２の円筒放物面反射鏡４は、円筒放物面反射鏡１の後方に設けられ、金属板で構成した円筒放物面反射鏡である。水平偏波用送受信アンテナ２ａは、水平偏波の電磁波を円筒放物面反射鏡１に照射あるいは受信する送受信アンテナであり、垂直偏波用送受信アンテナ２ｂは、垂直偏波の電磁波を照射あるいは受信する送受信アンテナである。測定制御部３ａは、基本的な機能は実施の形態１の測定制御部３と同様であるが、水平偏波用送受信アンテナ２ａと垂直偏波用送受信アンテナ２ｂで受信された測定データからレーダ断面積を求めるよう構成されている。尚、被測定物１００、Ａｚ回転機構１０１及びＥＩ回転機構１０２は実施の形態１と同様である。
【００２９】
実施の形態２において、水平偏波に関する構成は実施の形態１と同様であるが、垂直偏波も測定できるようにしている点が実施の形態１とは異なり、そのための構成として、垂直偏波用送受信アンテナ２ｂと第２の円筒放物面反射鏡４とを備えている。
【００３０】
次に、実施の形態２のレーダ断面積測定装置における垂直偏波の測定方法について説明する。
垂直偏波用送受信アンテナ２ｂから放射された電磁波は、先ず、金属円柱で構成された円筒放物面反射鏡１に到達する。金属円柱の径は測定波長と比べて十分細くかつ水平方向に配置されているため、垂直偏波の電磁波は、円筒放物面反射鏡１を透過する。次に、金属板で構成した第２の円筒放物面反射鏡４に到達し、ここで反射される。この反射波は、再度、円筒放物面反射鏡１を透過し、被測定物１００を照射する。被測定物１００で反射後の電磁波は、上述の経路とは逆の経路を経て、垂直偏波用送受信アンテナ２ｂで受信される。この１次元の測定データに対して、測定制御部３ａでは、実施の形態１と同様の一次元の近傍界／遠方界変換方法を適用して、レーダ断面積を測定する。このように、実施の形態２では、水平偏波、垂直偏波とも精度よくレーダ断面積を測定することができる。
【００３１】
尚、第２の円筒放物面反射鏡４は金属板で構成したが、垂直方向のグリッドを形成した誘電体シートで、円筒放物面鏡の形状を形成してもよい。
【００３２】
以上説明したように、実施の形態２のレーダ断面積測定装置によれば、第１の方向は鉛直方向として、金属円柱を鉛直方向に並べて円筒放物面反射鏡を形成し、かつ、円筒放物面反射鏡の後方に、金属面で構成した第２の円筒放物面反射鏡を設けると共に、水平偏波と垂直偏波の電磁波をこれら円筒放物面反射鏡で反射させるようにしたので、水平偏波と垂直偏波とを用いてレーダ断面積を測定するため更に高精度の測定を行うことができる。
【００３３】
また、実施の形態２のレーダ断面積測定装置によれば、第２の円筒放物面反射鏡を垂直方向のグリッドを有する円筒放物面反射鏡としたので、第２の円筒放物面反射鏡を高精度な円筒放物面反射鏡として形成することができる。
【００３４】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  円筒放物面反射鏡、２，２ａ  水平偏波用送受信アンテナ、２ｂ  垂直偏波用送受信アンテナ、３，３ａ  測定制御部、４  第２の円筒放物面反射鏡、１００  被測定物、１０１  Ａｚ回転機構、１０２  ＥＩ回転機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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