(57)【要約】 【課題】  到来方向が予想可能なクラッタ及び妨害波を選択的に抑圧することが可能なアンテナパターンを生成可能なアンテナパターン生成装置を提供する。【解決手段】  アンテナパターン生成装置は、差分算出部、変換部、アレーファクタ算出部及び重み算出部を具備する。差分算出部は、目標とするサイドローブのピーク値を表す第１のピーク値と、現在のアレーファクタのサイドローブのピーク値を表す第２のピーク値との差を算出する。変換部は、前記第１及び第２のピーク値の差を前記アレーファクタにおけるヌル点の移動量に変換する。アレーファクタ算出部は、前記ヌル点の移動量を考慮した新たなアレーファクタを算出する。重み算出部は、前記新たなアレーファクタから、アンテナ素子毎の励振振幅を算出する。【選択図】図２
2016057208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標とするサイドローブのピーク値を表す第１のピーク値と、現在のアレーファクタのサイドローブのピーク値を表す第２のピーク値との差を算出する差分算出部と、
前記第１及び第２のピーク値の差を前記アレーファクタにおけるヌル点の移動量に変換する変換部と、
前記ヌル点の移動量を考慮した新たなアレーファクタを算出するアレーファクタ算出部と、
前記新たなアレーファクタから、アンテナ素子毎の励振振幅を算出する重み算出部と
を具備するアンテナパターン生成装置。
【請求項２】
前記変換部は、前記第１及び第２のピーク値の差に変換関数をかけることで前記ヌル点の移動量を算出し、
前記変換部は、前記アレーファクタにおけるヌル点の移動量を変数とする、前記アレーファクタのピーク値の変化量についての関数の逆関数として前記変換関数を求める請求項１記載のアンテナパターン生成装置。
【請求項３】
前記変換部は、
アレーファクタ中の１つのヌル点の移動量に対する全てのサイドローブのピーク値の変化量を、対数表現を用いて直線近似し、
前記アレーファクタ中の全てのヌル点に対し、前記直線近似を実施し、
各サイドローブのピーク値の変化量を、前記全てのヌル点の移動量から直線近似した各サイドローブのピーク値の変化量の和として表し、
前記各サイドローブのピーク値の変化量を、前記全てのヌル点の移動量についての一次連立方程式（行列）として表し、
前記行列の逆行列を取ることで、前記変換関数を求める請求項２記載のアンテナパターン生成装置。
【請求項４】
前記アレーファクタ算出部は、前記新たに算出したアレーファクタについてのサイドローブのピーク値を算出し、
前記アレーファクタ算出部で算出されたピーク値と、前記第１のピーク値とを比較し、前記ピーク値の差が予め設定される値より大きい場合、前記算出されたピーク値を前記第２のピーク値とする判断部をさらに具備する請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナパターン生成装置。
【請求項５】
アレーファクタ中の１つのヌル点の移動量に対する、前記アレーファクタにおける全てのサイドローブのピーク値の変化量を、対数表現を用いて直線近似し、
前記アレーファクタ中の全てのヌル点に対し、前記直線近似を実施し、
各サイドローブのピーク値の変化量を、前記全てのヌル点の移動量から直線近似した各サイドローブのピーク値の変化量の和として表し、
前記各サイドローブのピーク値の変化量を、前記全てのヌル点の移動量についての一次連立方程式（行列）として表し、
前記行列の逆行列を取ることで、変換関数を算出するアンテナパターン生成方法。
【請求項６】
目標とするサイドローブのピーク値を表す第１のピーク値と、現在のアレーファクタのサイドローブのピーク値を表す第２のピーク値との差を算出し、
前記第１及び第２のピーク値の差に、前記変換関数を乗じることで前記アレーファクタにおけるヌル点の移動量を算出し、
前記ヌル点の移動量を考慮した新たなアレーファクタを算出し、
前記新たなアレーファクタから、アンテナ素子毎の励振振幅を算出する請求項５記載のアンテナパターン生成方法。
【請求項７】
前記新たに算出したアレーファクタについてのサイドローブのピーク値を算出し、
前記算出したピーク値と、前記第１のピーク値とを比較し、
前記ピーク値の差が予め設定される値より大きい場合、前記算出されたピーク値を前記第２のピーク値とする請求項６記載のアンテナパターン生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アンテナパターンを生成するアンテナパターン生成装置及びアンテナパターン生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、所定の方向へ送信信号を送信し、送信方向に位置する物体で反射された反射信号を受信することで目標を検出する。
【０００３】
ところで、従来のレーダ装置では、所望波が到来する方向以外から到来する反射信号により、目標を検出する精度が低下することがある。このような精度の低下を抑えるため、特定方向にヌル点を向ける対策が取り得る。特定方向にヌル点を向ける方法としては、シェルクノフ多項式法（Schelkunoff Polynominal Method）が知られている。
【０００４】
しかしながら、シェルクノフ多項式法では、サイドローブのピーク値を制御することは不可能である。このため、従来のレーダ装置では、到来方向が予想可能なクラッタ及び妨害波を選択的に抑圧することは困難であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://www.iwse.ee.uec.ac.jp/denso10/denso06.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、従来のレーダ装置では、到来方向が予想可能なクラッタ及び妨害波を選択的に抑圧することは困難である。
【０００７】
そこで、目的は、到来方向が予想可能なクラッタ及び妨害波を含む不要波を選択的に抑圧することが可能なアンテナパターンを生成可能なアンテナパターン生成装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、アンテナパターン生成装置は、差分算出部、変換部、アレーファクタ算出部及び重み算出部を具備する。差分算出部は、目標とするサイドローブのピーク値を表す第１のピーク値と、現在のアレーファクタのサイドローブのピーク値を表す第２のピーク値との差を算出する。変換部は、前記第１及び第２のピーク値の差を前記アレーファクタにおけるヌル点の移動量に変換する。アレーファクタ算出部は、前記ヌル点の移動量を考慮した新たなアレーファクタを算出する。重み算出部は、前記新たなアレーファクタから、アンテナ素子毎の励振振幅を算出する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るアンテナパターン生成装置を備えるレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係るアンテナパターン生成装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】目標となるアレーファクタの例を示す図である。
【図４】ｎ＝−５のヌル点を動かしたときのピーク値の変化を示す図である。
【図５】ｎ＝−４のヌル点を動かしたときのピーク値の変化を示す図である。
【図６】図２に示す重み算出部で算出される波源分布の位相と振幅とを示す図である。
【図７】図２に示されるアンテナパターン生成装置がアンテナパターンを生成する際のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るアンテナパターン生成装置１０を備えるレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示されるレーダ装置は、アンテナパターン生成装置１０、空中線装置２０及び信号処理装置３０を具備する。
【００１２】
空中線装置２０は、アンテナユニット２１及び送受信装置２２を備える。
【００１３】
送受信装置２２は、信号処理装置３０から供給される送信トリガに従い、所定の変調方式に基づいて変調された、デジタル形式の変調信号を作成する。送受信装置２２は、デジタル形式の変調信号をアナログ形式かつＩＦ帯の送信ＩＦ信号へデジタル−アナログ変換する。送受信装置２２は、送信ＩＦ信号の周波数をＲＦ帯へアップコンバートし、パルス信号とする。送受信装置２２は、作成したパルス信号をアンテナユニット２１へ出力する。
【００１４】
アンテナユニット２１は、移相器、増幅器、及び、複数のアンテナ素子等からなるフェーズドアレイアンテナを備える。アンテナユニット２１は、送信ビームが形成されるように、移相器によりパルス信号の位相を操作する。アンテナユニット２１は、位相を操作したパルス信号を、増幅器により増幅し、フェーズドアレイアンテナに配置される複数のアンテナ素子から放射する。
【００１５】
放射されたパルス信号は、送信ビーム方向に位置する物体によって反射され、反射パルスとしてアンテナユニット２１のフェーズドアレイアンテナにより受信される。
【００１６】
アンテナユニット２１は、反射パルスを増幅器により増幅し、増幅した反射パルスの位相を移相器により操作し、位相を操作した反射パルスを送受信装置２２へ出力する。
【００１７】
送受信装置２２は、アンテナユニット２１から供給される反射パルスをＩＦ帯にダウンコンバートした後、アナログ−デジタル変換し、デジタル形式の反射パルスを信号処理装置３０へ出力する。
【００１８】
信号処理装置３０は、パルス信号を放射するタイミングを指示する送信トリガを空中線装置２０へ出力する。
【００１９】
また、信号処理装置３０は、送受信装置２２で受信処理が施された反射パルスに対して、ＩＱ検波、受信ビームのビーム形成及びパルス圧縮を行う。信号処理装置３０は、パルス圧縮された反射パルスに基づき、受信強度を算出し、算出した受信強度を後段へ出力する。
【００２０】
アンテナパターン生成装置１０は、信号処理装置３０により形成される受信ビームのアンテナパターンを生成する。
【００２１】
図２は、本実施形態に係るアンテナパターン生成装置１０の機能構成を示すブロック図である。図２に示されるアンテナパターン生成装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、並びに、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のＣＰＵが処理を実行するためのプログラム及びデータの格納領域等を含む。アンテナパターン生成装置１０は、ＣＰＵにアプリケーションプログラムを実行させることで、図２に示される差分算出部１１、変換部１２、ヌル点算出部１３、アレーファクタ算出部１４、判断部１５及び重み算出部１６の機能を実現する。
【００２２】
差分算出部１１は、目標となるサイドローブのピーク値（以降、目標ピーク値と称する。）が設定されると、目標ピーク値と、アレーファクタ算出部１４から与えられる現在のサイドローブのピーク値との差分をとる。なお、アレーファクタ算出部１４には、例えばＴａｙｌｏｒ指向性等のデフォルト特性として設定されている初期のヌル点が与えられている。ここで、目標ピーク値としては、例えば、図３に示すアレーファクタが作成されるような値が設定される。図３に示されるアレーファクタによれば、方位角−２０の位置に、ディップが存在する。本実施形態において、ディップとは、方位角における特定の領域でのサイドローブピークのへこみのことを意味する。差分算出部１１は、ピーク値の差分Δｐを変換部１２へ出力する。
【００２３】
また、差分算出部１１は、後述する判断部１５にて、ヌル点の移動がさらに必要と判断され、判断部１５からサイドローブのピーク値が供給された場合には、目標ピーク値と、判断部１５から供給されたピーク値との差分を取る。
【００２４】
変換部１２は、（１）式に示すように、ピーク値の差分Δｐに変換行列をかけることで、移動量Δｄを算出する。
【００２５】
【数１】
2016057208.tif 000003
【００２６】
なお、ｎｂ−１は移動させるヌル点番号の最大値を表す。また、ｋｉ，ｊは、第ｊ番目のヌル点を動かしたときの第ｉ番目のピークの変化量Δｐｉを与える係数を示す。
【００２７】
変換行列は、変換部１２において、予め算出される。以下に、変換行列の算出方法を説明する。
【００２８】
まず、デフォルト特性として設定されている初期のヌル点を動かしたときの各サイドローブのピーク値の変化を求める。ここで、方位角ｕに対するアレーファクタｆ（ｕ）は、ヌル点移動量ｄｎをパラメータとして（２）式で表される。
【００２９】
【数２】
2016057208.tif 000004
【００３０】
ただし、
【００３１】
【数３】
2016057208.tif 000005
【００３２】
【数４】
2016057208.tif 000006
【００３３】
である。ここで、ｎはヌル点番号を表す。
【００３４】
そして、ピーク値の変化を対数で表現し（すなわち、デシベル表記）、ヌル点の移動量に対するピーク値の変化を直線近似する。なお、ピーク値は、ヌル点位置が既知であるため、ヌル点間の最大値として求められる。
【００３５】
例として、初期アレーファクタにおけるメインローブの左右各５点のヌル点を動かした際の各サイドローブのピーク値の変化を示す。まず、ｎ＝−５のヌル点を動かしたときのピーク値の変化Δｐ−５，Δｐ−４，…，Δｐ４，Δｐ５は、（５）式のように表される。なお、図４は、ｎ＝−５のヌル点を動かしたときのピーク値の変化を示す図である。
【００３６】
【数５】
2016057208.tif 000007
【００３７】
続いて、ｎ＝−４のヌル点を動かしたときのピーク値の変化Δｐ−５，Δｐ−４，…，Δｐ４，Δｐ５は、（６）式のように表される。なお、図５は、ｎ＝−４のヌル点を動かしたときのピーク値の変化を示す図である。
【００３８】
【数６】
2016057208.tif 000008
【００３９】
ここで、ｎ＝−５のヌル点と、ｎ＝−４のヌル点とを同時に動かしたときのピーク値の変化Δｐ−５，Δｐ−４，…，Δｐ４，Δｐ５，は、ｎ＝−５のヌル点を動かしたときのピーク値の変化と、ｎ＝−４のヌル点を動かしたときのピーク値の変化との和として考えられ、（７）式のように表される。
【００４０】
【数７】
2016057208.tif 000009
【００４１】
（７）式をｎ＝５まで拡張すると、（８）式のように表される。
【００４２】
【数８】
2016057208.tif 000010
【００４３】
（８）式は、行列で表現すると、（９）式のように表される。
【００４４】
【数９】
2016057208.tif 000011
【００４５】
（９）式の左から係数部の逆行列をかけると、（９）式の逆関数が得られる。（１）式における変換行列は、以上により算出される。
【００４６】
変換部１２は、算出した移動量Δｄを、ヌル点算出部１３へ出力する。
【００４７】
ヌル点算出部１３は、移動量Δｄを積算することで、ヌル点移動量ｄｎを算出する。ヌル点算出部１３は、算出したヌル点移動量ｄｎをアレーファクタ算出部１４へ出力する。
【００４８】
アレーファクタ算出部１４は、ヌル点算出部１３で算出されたヌル点移動量ｄｎを考慮した新たなアレーファクタを算出する。アレーファクタ算出部１４は、算出したアレーファクタのサイドローブのピーク値を算出する。アレーファクタ算出部１４は、算出したピーク値を判断部１５へ出力する。
【００４９】
判断部１５は、アレーファクタ算出部１４で算出されたピーク値と、目標ピーク値との差が予め設定される値未満となるか否か判断する。ピーク値の差が予め設定される値以上である場合、判断部１５は、アレーファクタ算出部１４で算出されたピーク値を、差分算出部１１へ出力する。一方、ピーク値の差が予め設定される値未満である場合、判断部１５は、アレーファクタ算出部１４で算出されたアレーファクタを、重み算出部１６へ出力する。
【００５０】
重み算出部１６は、アレーファクタ算出部１４で算出されたアレーファクタに対してフーリエ変換することで、波源分布ｇ（ξ）（励振振幅）を算出する。波源分布ｇ（ξ）は（１０）式で表される。
【００５１】
【数１０】
2016057208.tif 000012
【００５２】
（１０）式は、ｆ（ｎπ）に（２）式及び（３）式から求められる（１１）式を代入することで、（１２）式のように表される。これにより、アンテナパターンが生成される。図６は、波源分布ｇ（ξ）の位相と振幅とを示す図である。
【００５３】
【数１１】
2016057208.tif 000013
【００５４】
【数１２】
2016057208.tif 000014
【００５５】
次に、以上のように構成されたアンテナパターン生成装置１０によるアンテナパターンの生成動作を、アンテナパターン生成装置１０の処理手順に従い説明する。図７は、図２に示されるアンテナパターン生成装置１０がアンテナパターンを生成する際のフローチャートを示す。
【００５６】
まず、アンテナパターン生成装置１０に対し、サイドローブの目標ピーク値が設定される（ステップＳ７１）。
【００５７】
差分算出部１１は、目標ピーク値と、アレーファクタ算出部１４から与えられる現在のサイドローブのピーク値との差分をとる（ステップＳ７２）。
【００５８】
変換部１２は、ピーク値の差分Δｐを、移動量Δｄへ変換する（ステップＳ７３）。
【００５９】
ヌル点算出部１３は、移動量Δｄを積算することで、ヌル点移動量ｄｎを算出する（ステップＳ７４）。
【００６０】
アレーファクタ算出部１４は、ヌル点算出部１３で算出されたヌル点移動量ｄｎから、新たなアレーファクタと、このアレーファクタにおけるサイドローブのピーク値とを算出する（ステップＳ７５）。
【００６１】
判断部１５は、アレーファクタ算出部１４で算出されたピーク値と、目標ピーク値との差が予め設定される値未満となるか否か判断する（ステップＳ７６）。ピーク値の差が予め設定される値以上である場合（ステップＳ７６のＮｏ）、判断部１５は、アレーファクタ算出部１４で算出されたピーク値を、差分算出部１１へ出力する。これにより、ピーク値の差が予め設定される値未満となるまで、ステップＳ７２〜ステップＳ７６の処理が繰り返される。
【００６２】
ピーク値の差が予め設定される値未満である場合（ステップＳ７６のＹｅｓ）、判断部１５は、アレーファクタ算出部１４で算出されたアレーファクタを、重み算出部１６へ出力する。
【００６３】
重み算出部１６は、判断部１５から出力されるアレーファクタに対してフーリエ変換することで、波源分布ｇ（ξ）を算出し（ステップＳ７７）、処理を終了させる。
【００６４】
以上のように、本実施形態では、変換部１２は、ヌル点の移動量に対するサイドローブのピーク値の変化を直線近似する。変換部１２は、各サイドローブのピーク値の変化量を、全てのヌル点の移動量から直線近似した各サイドローブのピーク値の変化量の和として表す。変換部１２は、各サイドローブのピーク値の変化量を、全てのヌル点の移動量の一次連立方程式として表す。そして、変換部１２は、この一次連立方程式の逆関数をとることで、変換行列を算出するようにしている。この変換行列により、サイドローブピーク値を所望の量だけ変化させることが可能なヌル点移動量を算出することが可能となる。
【００６５】
また、本実施形態では、差分算出部１１は、目標ピーク値と、現状のピーク値との差分を算出する。そして、変換部１２は、この差分に対して上記の変換行列をかけることで、ヌル点移動量Δｄを算出するようにしている。これにより、アンテナパターン生成装置１０は、一部の方向のみのサイドローブピーク値を所望量低下させるためのヌル点移動量を算出することが可能となる。また、アンテナパターン生成装置１０は、ヌル点のような狭い範囲のみでなく、図３に示すような幅を持つディップを特定方向へ向けることが可能となる。
【００６６】
また、本実施形態では、アレーファクタ算出部１４は、ヌル点を移動させた新たなアレーファクタにおけるサイドローブのピーク値を算出する。そして、判断部１５は、このピーク値と、目標ピーク値との差が予め設定される値以上となる場合、ヌル点を移動させる処理を再度実施させる。（１）式により算出される移動量Δｄｎは近似値である。そのため、１回の演算では、アレーファクタ算出部１４で算出されたピーク値と、目標ピーク値とは乖離している可能性がある。そこで、アレーファクタ算出部１４で算出されたピーク値と、目標ピーク値との差が所定値を超える場合には、算出されたピーク値を差分算出部１１へ出力し、ヌル点の移動量の計算を繰り返すことで、アレーファクタ算出部１４で算出されるピーク値と、目標ピーク値との差が零近傍に収束するようにしている。これにより、所望のアレーファクタを正確に取得することが可能となる。
【００６７】
したがって、本実施形態に係るアンテナパターン生成装置１０によれば、到来方向が予想可能なクラッタ及び妨害波を含む不要波を選択的に抑圧することが可能なアンテナパターンを生成することができる。
【００６８】
なお、上記実施形態では、アンテナユニット２１により反射パルスの位相を操作する場合を例に説明したが、これに限定されない。アンテナユニット２１は、増幅した反射パルスを送受信装置２２へ出力するようにしても構わない。
【００６９】
また、本実施形態では、図３に示すような１つのディップを有するアレーファクタを作成する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。例えば、アレーファクタに含まれるディップの数は２つ以上であっても構わない。
【００７０】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
１０…アンテナパターン生成装置、１１…差分算出部、１２…変換部、１３…ヌル点算出部、１４…アレーファクタ算出部、１５…判断部、１６…重み算出部、２０…空中線装置、２１…アンテナユニット、２２…送受信装置、３０…信号処理装置
【図１】
2016057208.tif 000015
【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】
2016057208.tif 000021