(57)【要約】【課題】探知目標の喪失確率を低減しつつ、目標までの距離の算出時間の短縮を図ることができる目標検出装置を得る。【解決手段】空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射波を受信して目標検出処理を行う目標検出装置５０は、異なる諸元の２つの送信信号を直交する偏波で同期して空間に放射する送信装置２０と、２つの送信信号のうちの一方の送信信号による反射波と２つの送信信号のうちの他方の送信信号による反射波の双方を受信して並行して処理する受信装置３０と、を備えた。【選択図】図１
2016217724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射波を受信して目標検出処理を行う目標検出装置であって、
前記目標検出装置は、
異なる諸元の２つの送信信号を直交する偏波で同期して空間に放射する送信装置と、
前記２つの送信信号のうちの一方の送信信号による反射波と前記２つの送信信号のうちの他方の送信信号による反射波の双方を受信して並行して処理する受信装置と、
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項２】
前記一方および他方の送信信号がＨＰＲＦ方式の送信信号であり、前記一方の送信信号にはパルス間で周波数変調が施され、前記他方の送信信号には周波数変調が施されていないことを特徴とする請求項１に記載の目標検出装置。
【請求項３】
前記一方および他方の送信信号がＭＰＲＦ方式の送信信号であり、前記一方の送信信号のパルス繰り返し周期と、前記他方の送信信号のパルス繰り返し周期とが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の目標検出装置。
【請求項４】
前記一方および他方の送信信号がＨＰＲＦ方式の送信信号であり、前記一方の送信信号のパルス繰り返し周期と、前記他方の送信信号のパルス繰り返し周期とが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の目標検出装置。
【請求項５】
前記一方の送信信号がＨＰＲＦ方式の送信信号であり、前記他方の送信信号がＭＰＲＦ方式の送信信号である
ことを特徴とする請求項１に記載の目標検出装置。
【請求項６】
前記一方の送信信号がＨＰＲＦ方式の送信信号であり、前記他方の送信信号がＬＰＲＦ方式の送信信号である
ことを特徴とする請求項１に記載の目標検出装置。
【請求項７】
前記一方の送信信号がＭＰＲＦ方式の送信信号であり、前記他方の送信信号がＬＰＲＦ方式の送信信号である
ことを特徴とする請求項１に記載の目標検出装置。
【請求項８】
前記直交する偏波が直線偏波であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の目標検出装置。
【請求項９】
前記直交する偏波が円偏波であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の目標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標検出処理を行う目標検出装置に関する。なお、目標検出処理には、目標までの距離を算出する処理、目標を捜索する処理、目標を追尾する処理などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
レーダでは、目標を検出する方式として、送信してから受信するまでの時間が目標までの往復距離に対して十分確保された低パルス繰り返し（Ｌｏｗ  Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＬＰＲＦ）レーダと、目標の検出性能を向上させ、また目標の速度情報を取得するためにパルス繰り返し周期（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ：ＰＲＩ）を早めた中パルス繰り返し（Ｍｅｄｉｕｍ  Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＭＰＲＦ）レーダや高パルス繰り返し（Ｈｉｇｈ  Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＨＰＲＦ）レーダが使用されている。
【０００３】
それぞれの方式には特徴があり、ＨＰＲＦ方式では目標のドップラ周波数が一意に求められるが、レーダと目標との間の相対距離の算出には工夫が必要となる。ＬＰＲＦ方式では、目標との相対距離は一意に求められるが、ドップラ周波数の算出には工夫が必要となる。ＭＰＲＦ方式では、目標との相対距離もドップラ周波数も一意には求められず工夫が必要であるが、クラッタ環境下での目標検出に優位性がある。
【０００４】
ＭＰＲＦ方式およびＨＰＲＦ方式では、目標からの反射信号を受信する前に次のパルスを送信するため、送信から受信するまでの時間を計測するだけでは目標までの距離を算出することができない。このため、ＭＰＲＦ方式では、数種類のＰＲＦを使用して目標までの距離を算出する（例えば特許文献１参照）。また、ＨＰＲＦ方式では、送信周波数をリニアに変化させて受信信号とのビート周波数を検出し、２種類以上の周波数変化率を用いることで目標までの距離を算出している（例えば非特許文献１参照）。また、送信パルスごとに送信波位相を変化させると共に、受信信号に位相補正を行うことで送信波周波数を変化させ、複数のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を使用することなく、目標までの距離を算出する方式がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１６０１２１号公報
【特許文献２】特開平１−３０８９８５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｇｅｏｒｇｅ  Ｗ．Ｓｔｉｍｓｏｎ，「ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮ  ＴＯ  ＡＩＲＢＯＲＮＥ  ＲＡＤＡＲ」Ｈｕｇｈｅｓ  Ａｉｒｃｒａｆｔ  Ｃｏ，１９８３年６月、Ｐ４６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＰＲＦ方式およびＨＰＲＦ方式では目標までの距離を算出するために複数のＰＲＩを使用するので、目標までの距離の算出には時間がかかる。また、ＨＰＲＦ方式では目標が旋回することによって、サイドローブクラッタと重なり、目標が検出できなくなったりするが、ＭＰＲＦ方式であれば、目標を検出できることがある。また、ＨＰＲＦ方式では距離の分解能が低いが、ＭＰＲＦ方式では距離分解能が高く、目標の同定に優位となる。よって、これら何れかのレーダを目標の状況に合わせて、切り替えながら使用することで目標までの距離の算出時間を短縮することが考えられるが、切り替えの際に探知目標の喪失につながる場合がある、という課題が存在する。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、探知目標の喪失確率を低減しつつ、目標までの距離の算出時間の短縮を図ることができる目標検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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る目標検出装置は、空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射波を受信して目標検出処理を行う目標検出装置であって、前記目標検出装置は、異なる諸元の２つの送信信号を直交する偏波で同期して空間に放射する送信装置と、前記２つの送信信号のうちの一方の送信信号による反射波と前記２つの送信信号のうちの他方の送信信号による反射波の双方を受信して並行して処理する受信装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、探知目標の喪失確率を低減しつつ、目標までの距離の算出時間の短縮を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る目標検出装置の構成例を示す図
【図２】ＨＰＲＦ方式を適用した本実施の形態に係る目標検出装置での測距時における動作説明図
【図３】ＨＰＲＦ方式を適用した本実施の形態に係る目標検出装置での測距時における動作説明図
【図４】ＨＰＲＦ方式を適用した本実施の形態に係る目標検出装置での捜索時における動作説明図
【図５】ＨＰＲＦおよびＭＰＲＦの送信信号を同時に使用する本実施の形態に係る目標検出装置での動作説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る目標検出装置および目標検出方法について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る目標検出装置の構成例を示す図である。本実施の形態に係る目標検出装置５０は、図１に示すように、エキサイタ１1，１2、送信機２1，２2、送受切替器３1，３2、偏波共用アンテナ４、受信機５1，５2、Ａ／Ｄコンバータ６1，６2および信号処理器７を備えている。エキサイタ１1，１2、送信機２1，２2および送受切替器３1，３2は送信装置２０を構成し、受信機５1，５2、Ａ／Ｄコンバータ６1，６2および信号処理器７は受信装置３０を構成する。
【００１４】
エキサイタ１1から出力されるコヒーレントな送信信号は送信機２1に送られる。送信機２1で増幅された信号は送受切替機３1を経由して偏波共用アンテナ４に送られる。水平偏波と垂直偏波の電波を送受信する偏波共用アンテナ４は送受切替器３1から送られてきた水平偏波用の送信信号を水平偏波用の経路を通して空間に放射する。また、エキサイタ１2から出力されるコヒーレントな送信信号は送信機２2に送られる。送信機２2で増幅された信号は送受切替機３2を経由して偏波共用アンテナ４に送られる。偏波共用アンテナ４は送受切替器３1から送られてきた垂直偏波用の送信信号を垂直偏波用の経路を通して空間に放射する。
【００１５】
偏波共用アンテナ４から放射された水平偏波の信号と垂直偏波の信号は目標で反射される。目標で反射される信号は偏波面が回転する信号成分は少なく、水平偏波の信号はほとんどが水平偏波で反射され、同様に垂直偏波の信号はほとんどが垂直偏波で反射される。
【００１６】
水平偏波の反射信号は偏波共用アンテナ４で受信され送受切替器３1を介して受信機５1に送られる。受信機５1において、受信信号はエキサイタ１1からの基準信号を使用して周波数がダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた受信信号はＡ／Ｄコンバータ６1でデジタル信号に変換され、信号処理器７では目標検出処理が行われる。
【００１７】
目標検出処理では、例えばＰＤＩ（Ｐｏｓｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、またはＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）と称される処理手法などが使用される。
【００１８】
同様に、垂直偏波の反射信号は偏波共用アンテナ４で受信され送受切替器３2を介して受信機５2に送られる。受信機５2において、受信信号はエキサイタ１2からの基準信号を使用して周波数がダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた受信信号はＡ／Ｄコンバータ６2でデジタル信号に変換され、信号処理器７では目標検出処理が行われる。
【００１９】
図２は、ＨＰＲＦ方式を適用した本実施の形態に係る目標検出装置での測距時における動作説明図である。図２において、上段部には、偏波共用アンテナ４から、例えば水平偏波で放射されたＨＰＲＦの送信信号、当該送信信号による目標からの受信信号、ならびに、送信周波数および受信周波数を図示している。また、下段部には、偏波共用アンテナ４から、例えば垂直偏波で放射されたＨＰＲＦの送信信号、当該送信信号による目標からの受信信号、ならびに、送信周波数および受信周波数を図示している。なお、水平偏波送信信号と垂直偏波の送信信号とは同期している。後述する他の実施例も同様である。
【００２０】
図２に示す例では、水平偏波の送信信号は周波数変調を実施しないのに対し、垂直偏波の送信信号はパルス間で周波数変調ｆｍｏｄを実施している。このため、水平偏波の送信信号による目標からの受信信号では、目標との相対速度に相当する周波数ｆｄを得ることができる。一方、垂直偏波の送信信号による目標からの受信信号では、相対速度に相当するドップラ速度に目標との相対距離に相当する周波数ずれが重畳した周波数ｆ１を得ることができる。こうして得られた２種類の周波数から、次式（１）により相対距離Ｒを求めることができる。
【００２１】
ｆ１＝ｆｄ＋ｆｍｏｄ×ｔ１
＝ｆｄ＋ｆｍｏｄ×(２Ｒ／ｃ）
Ｒ＝ｃ×(ｆ１−ｆｄ)／(２ｆｍｏｄ)    …（１）
ただし、ｔ１は送信信号から受信信号までの時間、ｃは光速を表す。
【００２２】
通常のＨＰＲＦレーダでは、順番に処理するのに対して、図２に示す本実施の形態のレーダでは、水平偏波の送信信号による受信信号と、垂直偏波の送信信号による受信信号との双方を並行して処理するため、半分の時間で距離を求めることができる。
【００２３】
なお、図２では、水平偏波の送信信号は周波数変調を実施せず、垂直偏波の送信信号はパルス間の周波数変調を実施する場合を例示したが、この逆の変調処理、すなわち水平偏波の送信信号はパルス間の周波数変調を実施し、垂直偏波の送信信号はパルス間の周波数変調を実施しないようにしてもよい。
【００２４】
図２は、ＨＰＲＦ方式を適用した実施の形態であったが、図３は、ＭＰＲＦ方式を適用した本実施の形態に係る目標検出装置での測距時における動作説明図である。図３において、上段部には、偏波共用アンテナ４から、例えば水平偏波で放射されたＭＰＲＦの送信信号および当該送信信号による目標からの受信信号を図示し、下段部には、偏波共用アンテナ４から、例えば垂直偏波で放射されたＭＰＲＦの送信信号および当該送信信号による目標からの受信信号を図示している。
【００２５】
ＭＰＲＦの測距では、水平偏波のＰＲＩ（ＰＲＩ１）と垂直偏波のＰＲＩ（ＰＲＩ２）とを変えて送信する。双方の受信信号が同時に受信できた時間が真の目標からの受信時間となり、次式（２）により相対距離Ｒを求めることができる。
【００２６】
Ｒ＝(ｃ×ｔ１)／２    …（２）
ただし、ｔ１は送信信号から受信信号までの時間、ｃは光速を表す。
【００２７】
通常のＭＰＲＦレーダでは、順番に処理するのに対して、図３に示す本実施の形態の例では、水平偏波の送信信号による受信信号と、垂直偏波の送信信号による受信信号との双方を並行して処理するため、半分の時間で距離を求めることができる。ただし、実際には、目標からの受信信号が送信信号のタイミングと重なって、受信できない場合が生じたり、求めたい距離が遠い場合等でより多くの種類のＰＲＩを必要とする場合もあったりするが、同時に２種類のＰＲＩを選択して処理できるので測距の時間を、ほぼ半分にすることが可能となる。
【００２８】
図４は、ＨＰＲＦ方式を適用した本実施の形態に係る目標検出装置での捜索時における動作の説明図である。図４では、図３と同様に、上段部には、偏波共用アンテナ４から、例えば水平偏波で放射されたＨＰＲＦの送信信号および当該送信信号による目標からの受信信号を図示し、下段部には、偏波共用アンテナ４から、例えば垂直偏波で放射されたＨＰＲＦの送信信号および当該送信信号による目標からの受信信号を図示している。
【００２９】
図４において、斜線のハッチングを施した部分は受信領域が送信信号と重なっていることを示している。ＰＲＩ１で送信した水平偏波では、目標からの受信波は送信信号と重なるエクリプスとなり、受信レベルが低下するが、ＰＲＩ１とは値の異なるＰＲＩ２で送信した垂直偏波では、エクリプスとならないため、十分な受信信号を得ることが可能となる。このようにＨＰＲＦで、ＰＲＩが異なる信号を同時に送信することにより、目標からの受信信号がエクリプスに入る確率を下げ、目標の検出性能を向上させる効果が得られる。
【００３０】
図５は、ＨＰＲＦおよびＭＰＲＦの送信信号を同時に使用する本実施の形態に係る目標検出装置での動作説明図である。図５において、上段部には、偏波共用アンテナ４から、例えば水平偏波で放射されたＨＰＲＦの送信信号および当該送信信号による目標からの受信信号を図示し、下段部には、偏波共用アンテナ４から、例えば垂直偏波で放射されたＭＰＲＦの送信信号および当該送信信号による目標からの受信信号を図示している。すなわち、図５に示す例では、水平偏波でのＨＰＲＦの送受信と、垂直偏波でのＭＰＲＦの送受信とを並行して行っている。
【００３１】
ＨＰＲＦではデューティが高いため目標との折り返しのないドップラ周波数が算出でき、さらに単位時間当たりでの目標検出数が多いので、ＭＰＲＦより遠くから目標を検出することができる。ＭＰＲＦでは、受信時間が長いため、目標との相対距離を精度よく算出することができる。
【００３２】
一方、ＨＰＲＦでは、目標信号とクラッタ信号が重なると目標の検出が困難となるが、ＭＰＲＦでは、ＨＰＲＦよりクラッタ抑圧が可能であるため、目標の検出確率が高くなる。
【００３３】
このように、図５に示す方式では、ＨＰＲＦとＭＰＲＦの双方の長所を同時に享受することが可能となる。
【００３４】
なお、図５では、ＨＰＲＦを水平偏波で送信し、ＭＰＲＦを垂直偏波で送信する例を示したが、この逆の処理、すなわちＨＰＲＦを垂直偏波で送信し、ＭＰＲＦを水平偏波で送信してもよい。
【００３５】
また、図５では、ＨＰＲＦおよびＭＰＲＦの送信信号を同時に使用する例を示したが、この例に限定されるものではない。例えばＨＰＲＦとＬＰＲＦとを同時に使用し、または、ＭＰＲＦとＬＰＲＦとを同時に使用するようにすれば、対空目標警戒処理および地上マッピング処理の双方を同時に行うことが可能となる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態に係る目標検出装置によれば、水平偏波と垂直偏波で異なる諸元の送信信号を使用して目標検出処理を行うこととしたので、目標の距離算出時間の短縮、目標の検出性能の向上が可能となり、また、なる諸元による処理間で、相互の機能および性能を補完できるという効果がある。
【００３７】
なお、本実施の形態では、異なる諸元の２つの送信信号のうちの一方を水平偏波の送信信号とし、他方を垂直偏波の送信信号とする実施の形態を例示したが、異なる諸元の２つの送信信号のうちの一方を右旋円偏波の送信信号とし、他方を左旋円偏波の送信信号としてもよい。すなわち、本発明では、異なる諸元の２つの送信信号の一方および他方を直交する偏波の送信信号を生成して空間に放射するようにしてもよい。
【００３８】
また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３９】
１1，１2  エキサイタ、２1，２2  送信機、３1，３2  送受切替器、４  偏波共用アンテナ、５1，５2  受信機、６1，６2  Ａ／Ｄコンバータ、７  信号処理器、２０  送信装置、３０  受信装置、５０  目標検出装置。
【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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