(57)【要約】【課題】アンテナをアジマス方向に回転させながら、仮想アンテナ開口に基づくアジマスビームを形成して、アジマス分解能を高めることができるようにする。【解決手段】  時空間円形アレー合成手段６が、アンテナ３の回転角速度ωａと、アンテナ３の回転半径ｒと、仮想的なアンテナ開口の範囲を示す合成角度セクタと、アンテナ３のビーム指向角θ＝０と、送信アンテナゲインから決まる係数Ａｍ（ＴＸ）（０）と、受信アンテナゲインから決まる係数Ａｍ（ＲＸ）（０）と、目標のドップラ周波数のサーチ範囲とにしたがって、受信機４から出力された受信信号ｘｍ（ｔ）に対してアジマスビームの形成を行う。【選択図】図１
2016099305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を生成する送信機と、
前記送信機により生成された送信信号を空間に放射し、追尾対象である目標に反射された前記送信信号の反射波を受信するアンテナと、
前記アンテナにより受信された反射波に対する受信信号処理を実施してディジタルの受信信号を出力する受信機と、
予め設定されている回転角速度で前記アンテナを円運動させるアンテナ回転手段と、
前記アンテナの回転角速度、前記アンテナの回転半径、前記アンテナの回転により形成される仮想的なアンテナ開口の範囲を示す合成角度セクタ、前記アンテナのビーム指向角、前記アンテナの利得及び前記目標のドップラ周波数のサーチ範囲にしたがって前記受信機から出力された受信信号に対してアジマスビームの形成を行う時空間円形アレー合成手段と
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
前記時空間円形アレー合成手段は、
前記受信機から受信信号が出力される毎に前記受信信号を記録し、記録済みの複数の受信信号を並べた受信信号ベクトルを出力する受信信号ベクトル構成部と、
前記アンテナの回転角速度、前記アンテナの回転半径、前記合成角度セクタ、前記アンテナのビーム指向角及び前記アンテナが前記送信信号を空間に放射する際の利得から、前記送信信号の放射方向を示す送信方向ステアリングベクトルを算出する送信方向ステアリングベクトル算出部と、
前記アンテナの回転角速度、前記アンテナの回転半径、前記合成角度セクタ、前記アンテナのビーム指向角及び前記アンテナが前記反射波を受信する際の利得から、前記反射波の到来方向を示す受信方向ステアリングベクトルを算出する受信方向ステアリングベクトル算出部と、
前記サーチ範囲に含まれているドップラ周波数を示すドップラステアリングベクトルを算出するドップラステアリングベクトル算出部と、
前記受信信号ベクトル構成部から出力された受信信号ベクトルと、前記送信方向ステアリングベクトル算出部により算出された送信方向ステアリングベクトルと、前記受信方向ステアリングベクトル算出部により算出された受信方向ステアリングベクトルと、前記ドップラステアリングベクトル算出部により算出されたドップラステアリングベクトルとから、前記受信機から出力された受信信号に対してアジマスビームの形成を行う時空間円形アレー出力算出部とから構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記送信機、前記受信機及び前記時空間円形アレー合成手段からなる送受信系統が複数実装されており、前記複数の送受信系統における送信機及び受信機が前記アンテナに接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記時空間円形アレー合成手段が複数実装されており、前記複数の時空間円形アレー合成手段が前記受信機に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記送受信系統毎に前記時空間円形アレー合成手段が複数実装されており、当該送受信系統における前記複数の時空間円形アレー合成手段が当該送受信系統の前記受信機に接続されていることを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記アンテナがフェーズドアレーアンテナであることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アンテナをアジマス方向に回転させながら目標の捜索追尾を行うレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アンテナをアジマス方向に回転させながら目標の捜索追尾を行うレーダ装置（以降、「アジマス回転型レーダ」と称する）のアンテナ面数は、一般的に１面あるいは２面である。
このため、３面以上のアンテナを要するアジマス回転を行わないレーダ装置と比べて、アンテナの面数が少ない分、コスト面で有利であることは明らかである。
【０００３】
図３はアジマス回転中心とアンテナ位置（アンテナ位相中心）が異なるアジマス回転型レーダを示しているが、このようなレーダは、時分割でビームの送受信を行う円形アレーレーダと見なすことができる。
このアジマス回転型レーダの受信信号には、アンテナ位置で決まる行路差による位相が含まれており、時々刻々に変化するアンテナ位置に基づいてアジマスビームを形成することが可能である。
このビーム形成では、仮想的にアンテナ開口を拡張しており、アジマスビーム幅がアンテナ単体の場合と比べて細くなるため、アジマス分解能を向上することができる。したがって、仮想アンテナ開口に基づくビーム形成によって、航空機などの移動目標の追尾性能の向上や、気象エコーなどのボリューム目標の高解像化を期待するこができる。また、仮想アンテナ開口に基づくビーム形成後のアジマス分解能をシステム要求値相当にすれば、アンテナ自体のサイズを縮小することができ、更なるコストの低減が可能である。
【０００４】
アジマス回転型レーダでのアジマスビームの形成は、航空機等に搭載されているレーダを用いるスポットライトＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ）でのビーム形成法に類似している。
ただし、スポットライトＳＡＲでは、アンテナが等速直線運動をして、地表面等に存在している静止物を目標とすることが前提となるのに対し、アジマス回転型レーダでは、アンテナが等速円運動をして、航空機などの移動体を目標とすることが前提となる点で異なる。このため、スポットライトＳＡＲとアジマス回転型レーダでは、アジマスビームの形成法が大きく異なる。
以下の非特許文献１では、アジマス回転型レーダにおいて、仮想アンテナ開口に基づくアジマスビーム形成の可能性について言及しているが、定性的な記述のみに留まっており、具体的な処理手段については全く開示していない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Tietjen，B.W.，“The Rolling Radar，”IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine，vol.20，no.9，pp.18，24，Sept．2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、アンテナをアジマス方向に回転させながら移動目標を追尾しようとしても、仮想アンテナ開口に基づくアジマスビームを形成することができず、アジマス分解能を高めることができないという課題があった。
【０００７】
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、アンテナをアジマス方向に回転させながら、仮想アンテナ開口に基づくアジマスビームを形成して、アジマス分解能を高めることができるレーダ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】
【０００８】
この発明に係るレーダ装置は、送信信号を生成する送信機と、送信機により生成された送信信号を空間に放射し、追尾対象である目標に反射された前記送信信号の反射波を受信するアンテナと、アンテナにより受信された反射波に対する受信信号処理を実施してディジタルの受信信号を出力する受信機と、予め設定されている回転角速度でアンテナを円運動させるアンテナ回転手段とを設け、時空間円形アレー合成手段が、アンテナの回転角速度、アンテナの回転半径、アンテナの回転により形成される仮想的なアンテナ開口の範囲を示す合成角度セクタ、アンテナのビーム指向角、アンテナの利得及び目標のドップラ周波数のサーチ範囲にしたがって受信機から出力された受信信号に対してアジマスビームの形成を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、時空間円形アレー合成手段が、アンテナの回転角速度、アンテナの回転半径、アンテナの回転により形成される仮想的なアンテナ開口の範囲を示す合成角度セクタ、アンテナのビーム指向角、アンテナの利得及び目標のドップラ周波数のサーチ範囲にしたがって受信機から出力された受信信号に対してアジマスビームの形成を行うように構成したので、アンテナをアジマス方向に回転させながら、仮想アンテナ開口に基づくアジマスビームを形成して、アジマス分解能を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーダ装置の時空間円形アレー合成手段６を示す構成図である。
【図３】アジマス回転中心とアンテナ位置（アンテナ位相中心）が異なるアジマス回転型レーダを示す説明図である。
【図４】アジマス回転型レーダを天頂方向から望んでいる状況を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
図１において、送信機１は送信信号を生成し、その送信信号をサーキュレータ２に出力する。
サーキュレータ２は送信機１から出力された送信信号をアンテナ３に出力する一方、アンテナ３により受信された反射波を受信機４に出力する信号切替器である。
アンテナ３はサーキュレータ２から出力された送信信号を空間に放射し、追尾対象である目標に反射された前記送信信号の反射波を受信する。なお、アンテナ３は１本の素子アンテナからなる単体のアンテナでもよいし、複数の素子アンテナからなるフェーズドアレーアンテナでもよい。
受信機４はサーキュレータ２から出力された反射波に対する受信信号処理（例えば、サーキュレータ２から出力された反射波であるアナログの受信信号の周波数を変換する処理、周波数変換後の受信信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換処理など）を実施してディジタルの受信信号を出力する。
【００１３】
アンテナ回転手段５は例えばモータなどを用いて構成されており、予め設定されている回転角速度でアンテナ３を等速円運動させる駆動機構である。
時空間円形アレー合成手段６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、アンテナ３の回転角速度、アンテナ３の回転半径、アンテナ３の回転により形成される仮想的なアンテナ開口の範囲を示す合成角度セクタ、アンテナ３のビーム指向角、アンテナ３が送信信号を空間に放射する際の利得である送信アンテナゲイン、アンテナ３が反射波を受信する際の利得である受信アンテナゲイン及び追尾対象である目標のドップラ周波数のサーチ範囲にしたがって、受信機４から出力された受信信号に対してアジマスビームの形成を行う。
なお、アンテナ３の回転角速度、アンテナ３の回転半径、合成角度セクタ、アンテナ３のビーム指向角、送信アンテナゲイン、受信アンテナゲイン及びドップラ周波数のサーチ範囲は、予め設定されている値である。
【００１４】
図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の時空間円形アレー合成手段６を示す構成図である。
図２において、受信信号ベクトル構成部１１は受信機４から受信信号が出力される毎に、その受信信号を記録し、記録済みの複数の受信信号を並べることで受信信号ベクトルを構成し、その受信信号ベクトルを出力する処理を実施する。
送信方向ステアリングベクトル算出部１２はアンテナ３の回転角速度、アンテナ３の回転半径、合成角度セクタ、アンテナ３のビーム指向角及び送信アンテナゲインから、送信信号の放射方向を示す送信方向ステアリングベクトルを算出する処理を実施する。
受信方向ステアリングベクトル算出部１３はアンテナ３の回転角速度、アンテナ３の回転半径、合成角度セクタ、アンテナ３のビーム指向角及び受信アンテナゲインから、反射波の到来方向を示す受信方向ステアリングベクトルを算出する処理を実施する。
【００１５】
ドップラステアリングベクトル算出部１４は追尾対象である目標のドップラ周波数のサーチ範囲に含まれているドップラ周波数毎に、当該ドップラ周波数を示すドップラステアリングベクトルをそれぞれ算出する処理を実施する。
時空間円形アレー出力算出部１５は受信信号ベクトル構成部１１から出力された受信信号ベクトルと、送信方向ステアリングベクトル算出部１２により算出された送信方向ステアリングベクトルと、受信方向ステアリングベクトル算出部１３により算出された受信方向ステアリングベクトルと、ドップラステアリングベクトル算出部１４により算出されたドップラステアリングベクトルとから、受信機４から出力された受信信号に対してアジマスビームの形成を行う。
【００１６】
次に動作について説明する。
最初に、仮想的なアンテナ開口に基づくアジマスビーム形成の理論について説明する。
図４は図１及び図３に示すようなアジマス回転型レーダを天頂方向から望んでいる状況を示す説明図である。
図４では、ｘｙ平面の原点をアンテナ３の回転中心としている。
ここでは、回転半径ｒ及び回転速度ｖａで等速円運動するアンテナ３において、図中、●印の位置から、アジマス角θの方向に存在している目標に対して、信号を送受信する場合の受信信号モデルを考える。
このとき、時刻ｔ＝［−Ｔ／２，Ｔ／２］を観測時刻とし、アンテナ３は時刻ｔ＝０でｘ軸上を通過するものとする。
また、目標は、観測時間（時刻−Ｔ／２〜Ｔ／２）中のアジマス角θの変化を無視できるほどに遠方に存在しているものとする。
【００１７】
まず、時刻ｔにおけるアンテナ３の位置を（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））で表し、原点からのアンテナ３の回転角をφ（ｔ）とする。このとき、明らかに（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））＝（ｒ，０）、φ（ｔ）＝０である。また、アンテナ３のボアサイト方向基準での目標方向（時計回りを正とする）は−φ（ｔ）−θであり、同角度がアンテナ３のビーム指向角となる。
【００１８】
次に、アジマス角θの方向に存在している遠方の目標は、ラジアル速度ｖで等速直線運動するものとする。このとき、目標の回転中心から目標までの距離をｒｔ（ｔ）、時刻ｔにおけるアンテナ３の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））から目標までの距離をＲ（ｔ）で表すものとする。なお、２Ｒ（ｔ）を伝搬距離と呼ぶことにする。
【００１９】
初めに、時刻ｔにおけるアンテナ３と目標との間の伝搬時間２Ｒ（ｔ）／ｃを考える。ｃはアンテナ３が送受信するビームの速度である。
まず、距離Ｒ（ｔ）は、遠方の目標に対してはアンテナ３の回転中心における目標のアジマス角もθであるため、下記の式（１）のように表される。
2016099305.tif 000003
【００２０】
一方、アンテナ３の回転角速度ωａは、アンテナ３の半径がｒであり、アンテナ３が回転速度ｖａで等速円運動するため、下記の式（２）のように表される。
2016099305.tif 000004
よって、時刻ｔにおけるアンテナ３の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））は、下記の式（３）のように表され、アンテナ３の回転角φ（ｔ）は、下記の式（４）のように表される。
2016099305.tif 000005
2016099305.tif 000006
【００２１】
また、ラジアル速度ｖで等速直線運動をする目標の回転中心から目標までの距離ｒｔ（ｔ）は、下記の式（５）のように表される。ただし、ｒｔ（０）＝ｒ０とする。
2016099305.tif 000007
式（４）及び式（５）より、式（１）は下記の式（６）のように表される。
2016099305.tif 000008
したがって、時刻ｔにおけるアンテナ３と目標との間の伝搬時間２Ｒ（ｔ）／ｃは、下記の式（７）のように表される。
2016099305.tif 000009
【００２２】
続いて、目標に対するビーム照射間隔をＴｒｖとし、合成角度セクタ（アンテナ３の回転により形成される仮想的なアンテナ開口の範囲）で決まる観測時間（時刻−Ｔ／２〜Ｔ／２）内にＭ回ビームの照射を行うものとして、ビームの照射毎の伝搬時間を考える。
まず、ビームの照射タイミングｔｍは、下記の式（８）のように表される。ｍ＝１，・・・，Ｍである。
2016099305.tif 000010
ただし、ビーム照射間隔Ｔｒｖは、下記の式（９）の通りである。
2016099305.tif 000011
【００２３】
したがって、第ｍ番目のビーム照射における伝搬時間をτｍとすれば、下記の式（１０）のように表される。
2016099305.tif 000012
なお、式（１０）の第２行目の近似は、アジマス回転型レーダでは一般に下記の式（１１）の関係が成り立つことによるものである。
2016099305.tif 000013
式（１０）を伝搬時間τｍについて、ｃ>>ｖ（ｃがｖより十分に大きい）に注意しながら整理すると、以下のようになる。
2016099305.tif 000014
【００２４】
第ｍ番目のビーム照射におけるＲＦ段の受信信号ｘｍ（ＲＦ）（ｔ）は、下記の式（１３）のように表される。なお、ｘｍ（ＲＦ）（ｔ）は実数信号であるが、説明の簡単のため複素信号として扱う。
2016099305.tif 000015
式（１３）において、ｆは送信波の搬送周波数、ｎｍ（ｔ）は第ｍ番目のビーム照射における受信機雑音である。
Ａｍ（θ）は第ｍ番目のビーム照射におけるアジマス角θの送受アンテナゲインで決まる係数、ａ（ｔ）は下記の式（１４）で表されるパルスエンベローブである。ただし、τはパルス幅である。
2016099305.tif 000016
【００２５】
式（１３）におけるａ（ｔ−（ｍ−１）Ｔｒｖ−τｍ）は、式（１２）を代入することで、下記の式（１５）のように表される。
2016099305.tif 000017
ここで、式（１５）における右辺の（２／ｃ）ｒｃｏｓ（ωａｔｍ−θ）＋２ｖｔｍ／ｃは、ビーム照射毎の目標及びアンテナ位置の移動に対応する項であり、厳密にはビーム照射毎にパルスエンベローブの位置を変化させるものであるが、本検討では、その変化はパルス幅より十分に小さく、無視できるものとする。したがって、式（１５）は下記の式（１６）のようになる。
2016099305.tif 000018
【００２６】
式（１３）におけるｅｘｐ（ｊ２πｆ（ｔ−τｍ））は、式（１２）を代入することで、下記の式（１７）のように表される。
これより、目標までの距離ｒ０で決まる位相項と、目標のドップラ周波数ｆＤで決まる位相項と、アンテナ３の回転角ωａｔｍ及び回転半径ｒで表される往復伝搬による行路差２ｒ（ｃｏｓ（ωａｔｍ）ｃｏｓθ＋ｓｉｎ（ωａｔｍ）ｓｉｎθ）で決まる位相項とが含まれることが分かる。
2016099305.tif 000019
式（１７）において、λ（＝ｃ／ｆ）は波長であり、ｆＤ（＝２ｖ／λ）は目標のドップラ周波数である。
よって、式（１３）は、下記の式（１８）のように表される。
2016099305.tif 000020
【００２７】
次に、リファレンス信号ｒＬＯ（ｔ）を下記の式（１９）のように与える。ただし、リファレンス信号の初期位相は以降の議論に無関係のため省略してある。
2016099305.tif 000021
このとき、ベースバンドにおける受信信号ｘｍ（ｔ）は、下記の式（２０）のように表される。
2016099305.tif 000022
【００２８】
また、ベースバンドにおける受信信号ｘｍ（ｔ）をｔ＝（ｍ−１）Ｔｒｖ＋２ｒ０／ｃでサンプリングするときの受信信号をｘｍとすれば、下記の式（２１）のようになる。
2016099305.tif 000023
【００２９】
受信信号ｘｍを並べたＭ次元受信信号ベクトルｘを以下のように定義する。次元数Ｍは合成角度セクタで決まる観測時間（時刻−Ｔ／２〜Ｔ／２）内のビームの照射回数で決まる。
2016099305.tif 000024
式（２２）において、ｓは下記の式（２３）に示すように、目標までの距離で決まる複素振幅であり、ｎは受信機雑音ベクトルである。
2016099305.tif 000025
【００３０】
また、式（２２）におけるａ（θ，ｆＤ）は、下記の式（２４）に示すステアリングベクトルである。
2016099305.tif 000026
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【００３１】
また、ａＴＸ（θ）は送信時行路差で決まる送信方向ステアリングベクトル、ａＲＸ（θ）は受信時行路差で決まる受信方向ステアリングベクトル、ａＤ（ｆＤ）はドップラ周波数で決まるドップラステアリングベクトルである。ただし、送受アンテナゲインによる係数Ａｍ（θ）を送受別に、Ａｍ（θ）＝Ａｍ（ＴＸ）（θ）Ａｍ（ＲＸ）（θ）としている。
2016099305.tif 000028
2016099305.tif 000029
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【００３２】
ここで、受信信号ベクトルｘに対するビーム形成によって出力ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）を最大化するためのビームウェイトｗは、明らかにｗ＝ａ（θ，ｆＤ）であり、ビーム出力ｙ（θ，ｆＤ）は、下記の式（２８）のように表される。
2016099305.tif 000031
式（２８）において、ｎｏｕｔ（＝ａ（θ，ｆＤ）Ｈｎ）は受信機雑音のビーム出力である。
【００３３】
実際のビーム形成では、目標のアジマス角θは未知であるが、目標信号は送信ビーム幅内より到来するので、送信ビーム方向として、θ＝０を設定すればよい。
また、目標のドップラ周波数ｆＤについても未知であるが、ビーム照射間隔Ｔｒｖの逆数よりドップラ周波数範囲を決め、観測時刻ｔの逆数よりドップラ周波数刻みを決めることで、複数の目標のドップラ周波数ｆＤを設定するようにすればよい。
したがって、ビームウェイトｗは、送信ビーム方向と設定する複数のドップラ周波数の組み合わせに応じて与える必要がある。
【００３４】
仮想的なアンテナ開口に基づくアジマスビーム形成の理論は以上の通りである。
以下、図１のレーダ装置の処理内容を具体的に説明する。
アンテナ回転手段５は、予め設定されている回転角速度ωａでアンテナ３を等速円運動させる。
送信機１は、アンテナ３の位置が（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））であるとき、パルスエンベローブａ（ｔ）を有しており、所定の変調が施された送信信号を生成して、その送信信号をサーキュレータ２に出力する。
サーキュレータ２は、送信機１から送信信号を受けると、その送信信号をアンテナ３に出力する。
これにより、送信信号が空間に放射され、空間に存在している目標に送信信号が反射されると、その送信信号の反射波がアンテナ３に戻ってくる。
【００３５】
アンテナ３は、送信信号の反射波が戻ってくると、その反射波をＲＦ段の受信信号ｘｍ（ＲＦ）（ｔ）として受信し、その受信信号ｘｍ（ＲＦ）（ｔ）をサーキュレータ２に出力する。
サーキュレータ２は、アンテナ３から受信信号ｘｍ（ＲＦ）（ｔ）を受けると、その受信信号ｘｍ（ＲＦ）（ｔ）を受信機４に出力する。
受信機４は、サーキュレータ２から受信信号ｘｍ（ＲＦ）（ｔ）を受けると、その受信信号ｘｍ（ＲＦ）（ｔ）に対してリファレンス信号ｒＬＯ（ｔ）を乗算することで、その受信信号ｘｍ（ＲＦ）（ｔ）の周波数を変換してベースバンド信号を生成する。
また、受信機４は、ベースバンド信号である周波数変換後の受信信号をＡＤ変換することで、ディジタルの受信信号ｘｍ（ｔ）を時空間円形アレー合成手段６に出力する。
【００３６】
時空間円形アレー合成手段６の受信信号ベクトル構成部１１は、受信機４から受信信号ｘｍ（ｔ）が出力される毎に、その受信信号ｘｍ（ｔ）を記録する。
受信信号ベクトル構成部１１は、Ｍ個の受信信号ｘｍ（ｔ）を記録すると、式（２２）に示すように、Ｍ個の受信信号ｘｍ（ｔ）を並べたＭ次元受信信号ベクトルｘを構成し、Ｍ次元受信信号ベクトルｘを時空間円形アレー出力算出部１５に出力する。
【００３７】
時空間円形アレー合成手段６の送信方向ステアリングベクトル算出部１２は、予め設定されているアンテナ３の回転角速度ωａと、アンテナ３の回転半径ｒと、アンテナ３の位置（ｘ（−Ｔ／２），ｙ（−Ｔ／２））と位置（ｘ（Ｔ／２），ｙ（Ｔ／２））から決まる仮想的なアンテナ開口の範囲を示す合成角度セクタと、アンテナ３のビーム指向角θ＝０と、送信アンテナゲインから決まる係数Ａｍ（ＴＸ）（０）とから、式（２５）に示すように、送信方向ステアリングベクトルａＴＸ（０）を算出する。
【００３８】
時空間円形アレー合成手段６の受信方向ステアリングベクトル算出部１３は、予め設定されているアンテナ３の回転角速度ωａと、アンテナ３の回転半径ｒと、アンテナ３の位置（ｘ（−Ｔ／２），ｙ（−Ｔ／２））と位置（ｘ（Ｔ／２），ｙ（Ｔ／２））から決まる仮想的なアンテナ開口の範囲を示す合成角度セクタと、アンテナ３のビーム指向角θ＝０と、受信アンテナゲインから決まる係数Ａｍ（ＲＸ）（０）とから、式（２６）に示すように、受信方向ステアリングベクトルａＲＸ（０）を算出する。
時空間円形アレー合成手段６のドップラステアリングベクトル算出部１４は、式（２７）に示すように、予め設定されている目標のドップラ周波数のサーチ範囲に含まれているドップラ周波数毎に、当該ドップラ周波数を示すドップラステアリングベクトルａＤ（ｆＤ）をそれぞれ算出する。
【００３９】
時空間円形アレー合成手段６の時空間円形アレー出力算出部１５は、受信信号ベクトル構成部１１から出力された受信信号ベクトルｘと、送信方向ステアリングベクトル算出部１２により算出された送信方向ステアリングベクトルａＴＸ（０）と、受信方向ステアリングベクトル算出部１３により算出された受信方向ステアリングベクトルａＲＸ（０）と、ドップラステアリングベクトル算出部１４により算出されたドップラステアリングベクトルａＤ（ｆＤ）とから、式（２４）に示すようなステアリングベクトルａ（θ，ｆＤ）を算出する。
時空間円形アレー出力算出部１５は、ステアリングベクトルａ（θ，ｆＤ）を算出すると、式（２８）に示すように、仮想アンテナ開口に基づくアジマスビーム形成によるビーム出力ｙ（θ，ｆＤ）を算出する。ビーム出力ｙ（θ，ｆＤ）は、ドップラ周波数のサーチ範囲に含まれている各ドップラ周波数ｆＤのビーム出力である。
【００４０】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、時空間円形アレー合成手段６が、アンテナ３の回転角速度ωａと、アンテナ３の回転半径ｒと、仮想的なアンテナ開口の範囲を示す合成角度セクタと、アンテナ３のビーム指向角θ＝０と、送信アンテナゲインから決まる係数Ａｍ（ＴＸ）（０）と、受信アンテナゲインから決まる係数Ａｍ（ＲＸ）（０）と、追尾対象である目標のドップラ周波数のサーチ範囲とにしたがって、受信機４から出力された受信信号ｘｍ（ｔ）に対してアジマスビームの形成を行うように構成したので、アンテナ３をアジマス方向に回転させながら、仮想アンテナ開口に基づくアジマスビームを形成して、アジマス分解能を高めることができる効果を奏する。
【００４１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、送信機１、サーキュレータ２、受信機４及び時空間円形アレー合成手段６からなる送受信系統が１系統だけである例を示したが、送信機１、サーキュレータ２、受信機４及び時空間円形アレー合成手段６からなる送受信系統が複数実装されており、複数の送受信系統におけるサーキュレータ２がアンテナ３に接続されているようにしてもよい。
【００４２】
図５はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。
図５は送信機１、サーキュレータ２、受信機４及び時空間円形アレー合成手段６からなる送受信系統がＫ個実装されている例を示している。
送信機１−１〜１−Ｋは図１の送信機１に相当し、サーキュレータ２−１〜２−Ｋは図１のサーキュレータ２に相当し、受信機４−１〜４−Ｋは図１の受信機４に相当し、時空間円形アレー合成手段６−１〜６−Ｋは図１の時空間円形アレー合成手段６に相当している。
このとき、サーキュレータ２−１〜２−Ｋがアンテナ３に接続されているため、Ｋ本の仮想アンテナ開口に基づくアジマスビーム形成が同時に可能になる。例えば、Ｋ＝２の場合には、２個のアンテナを背中合わせに配置すればよい。
この実施の形態２によれば、上記実施の形態１よりも、目標捜索の効率化や目標追尾数の増加が可能になるという効果が得られる。
【００４３】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、１つの時空間円形アレー合成手段６が受信機４に接続されている例を示したが、時空間円形アレー合成手段６が複数実装され、複数の時空間円形アレー合成手段６が受信機４に接続されているようにしてもよい。
【００４４】
図６はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図である。
図６はＮ個の時空間円形アレー合成手段６が受信機４に接続されている例を示している。
時空間円形アレー合成手段６−１〜６−Ｎは図１の時空間円形アレー合成手段６に相当している。
上記実施の形態１では、受信機４に接続されている時空間円形アレー合成手段６が１個であるため、１つのビーム指向角に基づく時空間円形アレー合成を行っている。
これに対して、この実施の形態３では、Ｎ個の時空間円形アレー合成手段６−１〜６−Ｎが受信機４に接続されているため、Ｎ個の異なるビーム指向角に応じた時空間円形アレー合成を行うことができる。
これより、Ｎ個の時空間円形アレー合成手段６−１〜６−Ｎにより算出されたビーム出力ｙ（θ，ｆＤ）の特性から、受信信号ベクトルｘに含まれる単一あるいは複数の目標のアジマス角及びドップラ周波数を求めることができる。
【００４５】
実施の形態４．
上記実施の形態２では、Ｋ個の送受信系統が実装されている例を示したが、各々の送受信系統における時空間円形アレー合成手段の数は１つである。
上記実施の形態２と上記実施の形態３を組み合わせることで、各々の送受信系統における時空間円形アレー合成手段６の数が、上記実施の形態３のように、Ｎ個であるようにしてもよい。
これにより、上記実施の形態２，３で得られる効果を同時に得ることができる。
【００４６】
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】
【００４７】
１  送信機、２，２−１〜２−Ｋ  サーキュレータ、３  アンテナ、４，４−１〜４−Ｋ  受信機、５  アンテナ回転手段、６，６−１〜６−Ｋ，６−１〜６−Ｎ  時空間円形アレー合成手段、１１  受信信号ベクトル構成部、１２  送信方向ステアリングベクトル算出部、１３  受信方向ステアリングベクトル算出部、１４  ドップラステアリングベクトル算出部、１５  時空間円形アレー出力算出部。
【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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