(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象領域としての所定の方位角及び仰角範囲をあらかじめ設定されたビームマッピングに基づきペンシル状のレーダビームを走査しながらレーダ信号の送受信を行なって飛翔する目標を捕捉し、その捕捉情報から目標の発射された位置を標定する標定レーダ装置において、
前記監視対象領域の仰角範囲をその仰角値に基づき互いに隣接させて低仰角領域と高仰角領域に分割し、この低仰角領域に前記レーダビームを走査しながらレーダ信号の送受信を行なって目標を捕捉するとともにその捕捉情報を取得する初期探知取得手段と、
この初期探知手段からの捕捉情報に基づいて前記目標が前記高仰角領域へ進入した後におけるこの高仰角領域内での観測方向を自レーダ装置の送信タイミングに対応付けて予測する予測手段と、
前記予測した目標の観測方向に合致するレーダビームを前記ビームマッピングに対応付けて選択するレーダビーム選択手段と、
前記自レーダ装置の送信タイミングでこの送信タイミングに対応付けられた前記ビーム選択手段からのレーダビームを用いてレーダ信号の送受信を行ない、前記目標の前記高仰角領域における捕捉情報を取得する進路観測手段とを備え、
前記初期探知手段及び前記進路観測手段で取得した捕捉情報に基づき前記目標の発射された位置を標定することを特徴とする標定レーダ装置。
【請求項２】
前記予測手段は、連続する複数の前記自レーダ装置の送信タイミングのそれぞれについてその観測方向を予測し、
前記進路観測手段は、観測方向が予測されたこれら一連の送信タイミングのそれぞれに対応した複数の捕捉情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の標定レーダ装置。
【請求項３】
さらに、前記初期探知手段及び前記進路観測手段はあらかじめ設定された期間を１周期としてそれぞれの周期毎に前記捕捉情報を取得するとともに、
前記初期探知手段での１周期中に捕捉情報が取得されなかった場合は前記初期探知手段を繰返し、前記初期探知手段での１周期中に捕捉情報が取得された場合は直後に前記進路観測手段の１周期を挟んで前記初期探知手段を繰返し実行するように制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の標定レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速で弾道飛行する砲弾等の目標を捕捉し、その捕捉情報から目標の発射された位置等を標定する標定レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダビームを走査することによってビーム幕を形成しておき、高速で飛翔する砲弾等の目標がこのビーム幕の中を通過したときの位置情報から目標の弾道経路を推定し、目標の発射された位置または着弾する位置（以下、標定位置と表す）算出する標定レーダ装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
この特許文献１に開示された標定レーダ装置においては、仰角方向に幅の広いレーダビームを用い、このビームを対象の捜索領域に向けて所定の速度で方位方向に走査を繰り返すことによってビーム幕を形成しておき、砲弾等の目標がこのビーム幕内を通過している間に、その目標の位置情報及び時刻情報を含む複数点の捕捉情報を取得する。そして、これら取得した捕捉情報に基づいて標定位置を算出する。標定位置を算出する際には、まず、複数点の捕捉情報を得た区間における目標の弾道を推定するための弾道計算を行なった後、得られた弾道を前後に辿ることによって標定位置を算出している。
【特許文献１】特開平９−１０１３６３号公報（第４ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の標定レーダ装置により目標の発射位置を標定するにあたって、その監視すべき対象範囲は、例えば先見情報等に基づいた所定の方位範囲が対象とされるなど、ある程度限定される場合もある一方、運用される環境によっては目標の飛来方向を事前には特定できない場合も多い。すなわち、距離方向及び方位角方向のどちらに対しても、できる限り広い範囲を監視できることが望まれる。また、これとあわせて標定位置を短時間のうちに良好な精度で取得するには、目標が高速で飛来するわずかな時間の中で、目標の捕捉機会を十分に確保することが必要となる。
【０００５】
しかしながら、監視対象を距離方向にも方位角方向にも拡大した場合、それに連れてビームを走査する捜索範囲も拡がり、また、捕捉機会を十分に確保するには、仰角方向に対しても対象範囲をひろげる必要があり、ビーム幕を形成する領域も広くなる。このため、捕捉した目標に対しては、その後の捕捉機会が十分に確保されずに捕捉情報の更新レートが低下してしまい、位置標定の精度に影響を及ぼしていた。
【０００６】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、位置標定に対する精度を維持しつつ、より広い範囲を監視して目標の位置標定を行なう標定レーダ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】
上記目的を達成するために、本発明の標定レーダ装置は、監視対象領域としての所定の方位角及び仰角範囲をあらかじめ設定されたビームマッピングに基づきペンシル状のレーダビームを走査しながらレーダ信号の送受信を行なって飛翔する目標を捕捉し、その捕捉情報から目標の発射された位置を標定する標定レーダ装置において、前記監視対象領域の仰角範囲をその仰角値に基づき互いに隣接させて低仰角領域と高仰角領域に分割し、この低仰角領域に前記レーダビームを走査しながらレーダ信号の送受信を行なって目標を捕捉するとともにその捕捉情報を取得する初期探知取得手段と、この初期探知手段からの捕捉情報に基づいて前記目標が前記高仰角領域へ進入した後におけるこの高仰角領域内での観測方向を自レーダ装置の送信タイミングに対応付けて予測する予測手段と、前記予測した目標の観測方向に合致するレーダビームを前記ビームマッピングに対応付けて選択するレーダビーム選択手段と、前記自レーダ装置の送信タイミングでこの送信タイミングに対応付けられた前記ビーム選択手段からのレーダビームを用いてレーダ信号の送受信を行ない、前記目標の前記高仰角領域における捕捉情報を取得する進路観測手段とを備え、前記初期探知手段及び前記進路観測手段で取得した捕捉情報に基づき前記目標の発射された位置を標定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、位置標定に対する精度を維持しつつ、より広い範囲を監視して目標の位置標定を行なうことのできる標定レーダ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る標定レーダ装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明に係る標定レーダ装置の一実施例を示すブロック図である。また、図２は、この標定レーダ装置の監視領域におけるレーダビームのビームマッピングの一例をモデル化した説明図である。まず、図２を参照して、ビームマッピングについて説明する。
【００１１】
図２に例示したように、この標定レーダ装置１０のレーダビームは、ビーム形状としてペンシル状のビームを用い、監視対象領域の方位角及び仰角範囲にそれぞれ等角度ステップで指向するようにｍ個×ｎ個スポットにビームマッピングされているものとしている。そして、このようにビームマッピングされた監視対象領域を、仰角範囲により低仰角領域（図２中では実線で示した下側の３段）と高仰角領域（図２中では破線で示した上側の３段）の、隣接する２つの領域に分割している。低仰角領域は初期探知領域とし、後述するが、ビームマッピングに従いこの領域にレーダビームを走査してビーム幕を形成し、目標を捕捉する。一方、高仰角領域は進路観測領域とし、同じく後述するが、この領域にはビーム幕を形成せず、この領域内にマッピングされたレーダビームの中から所定の指向方向のレーダビームを選択して目標の捕捉情報を取得する。
【００１２】
次に、図１を参照してこの標定レーダ装置の構成について説明する。この図１に例示した標定レーダ装置１０は、空中線部１１、送信部１２、受信部１３、目標検出部１４、標定処理部１５、目標方向予測部１６、ビーム選択部１７、及び走査制御部１８から構成されている。
【００１３】
空中線部１１は、走査制御部１８からのビーム制御信号によりレーダビームを制御しながら送信部１２からの送信信号を放射するとともに、その反射波を受信し、受信信号として受信部１３に送出する。送信部１２は、自レーダ装置の送信タイミングに従って送信信号を発生し、空中線部１１に送出する。受信部１３は、空中線部１１からの受信信号を受けとって低雑音増幅、周波数変換、及びフィルタリング等の各種受信処理を施し、受信ビデオ信号として目標検出部１４に送出する。この受信ビデオ信号の中から目標検出部１４は目標を検出し、その距離情報、角度情報、及び検出した時刻情報を含む目標の捕捉情報を取得する。標定処理部１５は、目標検出部１４で取得された目標の捕捉情報に基づき、目標の発射位置の標定処理を行ない、その標定位置を得る。
【００１４】
目標方向予測部１６は、監視領域の低仰角範囲である初期探知領域で取得した目標の捕捉情報に基づいて、この目標が監視領域の高仰角範囲である進路観測領域に進入した後におけるその観測方向を、自レーダ装置の送信タイミングに対応付けて予測する。本実施例では、連続する複数の送信タイミングについて、その観測方向を予測するものとしている。ビーム選択部１７は、その予測結果に基づいて、それぞれの送信タイミングにおける目標の観測方向に合致するレーダビームを、図２に例示した進路観測領域のビームマッピングに対応付けて選択し、走査制御部１８に通知する。
【００１５】
走査制御部１８は、あらかじめ設定されたレーダビームの制御スケジュールに従って、レーダビームの方向を制御するためのビーム制御信号を生成し、空中線部１１に送出する。本実施例におけるレーダビームの制御スケジュールの一例を、図３に示す。本実施例においては、レーダビームを制御するにあたって、その制御方法が異なる２つの期間、すなわち初期探知期間、及び進路観測期間を設け、いずれもあらかじめ設定された期間Ｔ１、及びＴ２を１周期としている。走査制御部１８は、初期探知期間中には、初期探知領域にビーム幕を形成するようにレーダビームを走査するための制御信号を、また進路観測期間中には、ビーム選択部１７で選択されたレーダビームを自レーダ装置の送信タイミングに対応付けて生成するための制御信号を、それぞれ生成して空中線部１１に送出する。
【００１６】
また、走査制御部１８は、初期探知期間と進路観測期間の実行繰返しを次のように制御する。すなわち、図３（ａ）に例示したように、初期探知期間の１周期中に目標の捕捉情報が取得されなかった場合は、引き続き次の初期探知期間を繰り返す。一方、図３（ｂ）に例示したように、初期探知期間の１周期中に目標の捕捉情報が取得された場合には、その直後に進路観測期間を１周期実行した後、更に初期探知期間を繰り返すように制御する。
【００１７】
次に、前出の図１乃至図３、ならびに図４のフローチャート及び図５の説明図を参照して、上述のように構成された本実施例の標定レーダ装置の動作について説明する。図４は、図１に例示した本発明に係る標定レーダ装置の一実施例の動作を説明するためのフローチャートである。以下の説明では、図２に例示したように、所定の方位角及び仰角範囲の監視領域内にレーダビームがマッピングされ、その仰角範囲により初期探知領域と進路観測領域に分割されているものとする。
【００１８】
まず、あらかじめ設定された期間Ｔ１を1周期とする初期探知期間が開始される（ＳＴ４０１）。初期探知期間では、送信部１２からの送信信号は、走査制御部１８の制御に基づいて空中線部１１から初期探知領域に走査されながら放射される。これによって、初期探知領域にビーム幕が形成される（ＳＴ４０２）。その反射波は空中線部１１で受信され、受信部１３で受信処理後、目標検出部１４で目標の検出処理が行なわれる。この検出処理において目標が検出された場合には、その距離情報、角度情報、及び検出した時刻情報を含む目標の捕捉情報が取得され、目標検出部１４内に保持される（ＳＴ４０３）。そして、これら動作が初期探知期間の１周期分継続される（ＳＴ４０４）。
【００１９】
初期探知期間が終了すると、この期間に捕捉情報が取得されたか否かが判定され、取得されなかった場合には、図３（ａ）に例示したように、再び初期探知期間をくり返す（ＳＴ４０５のＮ）。一方、捕捉情報が取得された場合には（ＳＴ４０５のＹ）、図３（ｂ）に例示した初期探知期間＃２の直後の場合のように、進路観測期間を開始すべく、これら目標検出部１４に保持されている捕捉情報に基づいて、目標方向予測部１６は、この目標が進路観測領域に進入後における観測方向を、自レーダ装置の送信タイミングに対応付けて複数点について予測する。この時の様子を図５を参照して説明する。
【００２０】
図５は、監視領域における移動する目標の捕捉及び予測、ならびにレーダのビームマッピングとの関係をモデル化して示した図である。図５の事例では、初期探知期間中にビーム幕を通過した目標に対して、図中に黒丸で示した３つの捕捉情報が、その進路方向に沿って順次取得された場合を示している。目標方向予測部１６では、例えばこれらの捕捉情報から求めた速度ベクトルにより、以降の進路を図５中に破線で例示したような進路として予測する。そして、この予測した進路に基づいて、この目標が進路観測領域に進入した後の、自レーダ装置の送信タイミングにおける目標の観測方向を、送信タイミング順に複数点予測し、その結果として、例えば図５中に黒三角で示した３つの観測方向を得る。これらの予測結果は、ビーム選択部１７に送出される（ＳＴ４０６）。
【００２１】
ビーム選択部１７では、これら予測結果を受けとって、予測した観測方向に合致するレーダビームを、進路観測領域のビームマッピングに対応付けて選択する。すなわち、図５の事例では、図中に黒三角で示した３つの観測方向に対して、それぞれ目標の進路に沿ってビームマッピング中に実線で示したｉビーム、ｊビーム、及びｋビームが選択される。この結果は走査制御部１８に通知される（ＳＴ４０７）。
【００２２】
そして、この後は、あらかじめ設定された期間Ｔ２を1周期とする進路観測期間が開始される。この進路観測期間は、ＳＴ４０７までのステップで得た、目標の進路観測領域における観測方向に基づきレーダビームを指向させ、初期探知領域で取得した目標の捕捉情報に続く新たな捕捉情報を、進路観測領域において取得するものである（ＳＴ４０８）。
【００２３】
進路観測期間が開始されると、自レーダ装置の送信タイミングで、走査制御部１８からの制御に基づき、図５に例示したｉビーム、ｊビーム、及びｋビームが順次選択されながらレーダ送受信が行なわれ、目標の捕捉情報が取得される。この時の、レーダ送受信から目標の捕捉情報を取得するまでの一連の動作は、ＳＴ４０２〜ＳＴ４０３のステップにおけるものと同様であり、取得した捕捉情報は、目標検出部１４に保持される（ＳＴ４０９）。そして、図５の事例では、ｉビーム、ｊビーム、及びｋビームのそれぞれで捕捉情報を取得し、これら３回のレーダ送信機会を１周期として進路観測期間を終了する（ＳＴ４１０）。
【００２４】
これに続けて標定処理部１５では、初期探知期間、及びそれに続く進路観測期間で取得された目標の捕捉情報に基づいて、目標の発射位置の標定処理を行なう。この標定処理にあたっては、目標検出部１４に保持されているこれら一連の目標の捕捉情報を受けとり、それぞれの捕捉点の距離、角度、及び時刻等から、例えば弾道方程式を用いて目標の弾道を導出し、その発射された位置を標定する。標定結果は、後段の機器等に送出される等、さらに後段での処理に付される（ＳＴ４１１）。そしてこの後は、動作終了が指示されるまで、上記した一連のステップを繰り返す。
【００２５】
以上説明したように、本実施例においては、監視対象領域を低仰角の初期探知領域と高仰角の進路観測領域に分割し、初期探知領域に目標探知のためのビーム幕を形成しておき、この領域で探知した目標については、その捕捉情報を取得するとともに、進路観測領域に進入後の進路を予測する。そして、この目標が進路観測領域に進入後は、予測した進路の方向に指向させたレーダビームにより目標の捕捉情報を継続して取得し、その後にこれら一連の捕捉情報に基づいて目標の発射位置の標定を行なっている。
【００２６】
すなわち、目標探知のためのビーム幕については、監視対象領域全体に対して形成するのではなく、その中の低仰角の初期探知領域を対象に形成している。これにより、従来と同様の時間配分の中では、高仰角領域を対象にしない時間の分だけ、方位角方向及び距離方向に対してより広い範囲を対象としてビーム幕を形成することができ、より広い範囲を監視して目標の位置標定を行なうことができる。
【００２７】
また、目標の捕捉情報についても、初期探知領域に形成したビーム幕により取得した後は、進路観測領域においては自レーダ装置の送信タイミングに対応したレートにて取得・更新することができるので、目標の捕捉機会も十分に確保することができ、位置標定に対する精度も維持することができる。さらに、砲弾等の目標は空気抵抗や風等による影響を受けながら飛翔するが、初期探知領域で取得した目標の捕捉情報は、これらによる影響の比較的少ない時期のものであり、その後に進路観測領域で高い更新レートにて取得した捕捉情報とあわせて目標の位置標定を行なっているので、変動要因のより少ない安定した位置標定を行なうことができる。従って、本発明によれば、位置標定に対する精度を維持しつつ、より広い範囲を監視して目標の位置標定を行なうことのできる標定レーダ装置を得ることができる。
【００２８】
なお、本発明は、上記した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る標定レーダ装置の一実施例を示すブロック図。
【図２】ビームマッピングの一例をモデル化して示す説明図。
【図３】レーダビームの制御スケジュールの一例を示す説明図。
【図４】本発明に係る標定レーダ装置の一実施例の動作を説明するためのフローチャート。
【図５】監視領域における移動する目標の捕捉及び予測、ならびにレーダビームとの関係をモデル化して示す説明図。
【符号の説明】
【００３０】
１０  標定レーダ装置
１１  空中線部
１２  送信部
１３  受信部
１４  目標検出部
１５  標定処理部
１６  目標方向予測部
１７  ビーム選択部
１８  走査制御部
【図１】
0004869175.tif 000002
【図２】
0004869175.tif 000003
【図３】
0004869175.tif 000004
【図４】
0004869175.tif 000005
【図５】
0004869175.tif 000006