(57)【要約】【課題】追跡目標を見失った時や複数の追跡目標が生じた時にも高精度に目標を追跡できる飛しょう体のレーダ装置を提供する。【解決手段】複数のビームを形成して追跡目標の捜索を行う第１の信号処理部及び単一のビームを形成して追跡目標の追跡を行う第２の信号処理部及び受信信号から複数の追跡目標の方向を推定する第３の信号処理部と、を備える。アンテナ制御部６０が、第１の信号処理部４１及び第２の信号処理部４２及び第３の信号処理部４３のうちいずれが信号を処理するかを択一的に切り替え、第３の信号処理部４３がＭＵＳＩＣ法を用いて受信信号から複数の追跡目標の方向を推定する。また、第１の信号処理部４１及び第２の信号処理部４２及び第３の信号処理部４３が並行して追跡目標７０の判定と追跡を行う。【選択図】図１
2009281968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を生成する信号生成部と、
アンテナと移相器と信号の送受信を行う送受信器とを有するセンサを複数個矩形に配列したサブアレイを複数個備えるアレイアンテナと、
受信信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換部と、
ディジタルビーム形成処理を行うビーム形成処理部と、
複数のビームを形成して追跡目標の捜索を行う第１の信号処理部及び単一のビームを形成して追跡目標の追跡を行う第２の信号処理部及び受信信号から複数の追跡目標の方向を推定する第３の信号処理部と、を備える目標検知部と、
前記ビーム形成処理部と前記移相器と前記目標検知部の制御を行うアンテナ制御部と、
を備えることを特徴とする飛しょう体のレーダ装置。
【請求項２】
前記アンテナ制御部が、第１の信号処理部及び第２の信号処理部及び第３の信号処理部のうちいずれが信号を処理するかを択一的に切り替えることを特徴とする請求項１記載の飛しょう体のレーダ装置。
【請求項３】
前記第３の信号処理部が、ＭＵＳＩＣ法を用いて受信信号から複数の追跡目標の方向を推定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の飛しょう体のレーダ装置。
【請求項４】
前記目標検知部が、追跡目標を見失ったと判定したとき前記第１の信号処理部に信号処理をさせ、追跡目標を検知したとき前記第２の信号処理部に信号処理させ、追跡目標が複数あると判定したとき前記第３の信号処理部に信号処理させることを特徴とする請求項３記載の飛しょう体のレーダ装置。
【請求項５】
前記目標検知部が、前記第１の信号処理部と前記第２の信号処理部と前記第３の信号処理部とに並行して信号処理をさせることを特徴とする請求項１記載の飛しょう体のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛しょう体を誘導する誘導装置のレーダ装置に係り、特に複数の追跡目標の方向判定が可能な飛しょう体のレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の飛しょう体システムは、追跡目標の捜索を地上のレーダからの情報を用いて行い、追跡目標の追跡を飛しょう体に搭載されたレーダを用いて目標の情報を取得することにより行っている。
【０００３】
しかし近時においては、飛しょう体の高性能化がさらに求められている。すなわち、飛しょう体単独による追跡目標の捜索から追跡が求められるほか、目標側からの不要波への対処や複数の目標に対する対処も求められている。このため、高性能であり、かつ小型のレーダ装置の開発が求められてきた。
【０００４】
この点に関し、レーダを一つだけ用いてビームの方向を変化させ、ＭＵＳＩＣ法により、受信した信号を角度方向について混信分離する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、初めに全方位のビームを照射してＭＵＳＩＣ法により複数の目標から追跡目標の概略方向を判定し、次いでその方向にむけて単一の又は複数のビームを照射して追跡目標の方向をより高精度に求める技術が提案されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５−３７３５４号公報
【特許文献２】特開２０００−１９６３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の技術によっては、ビームの方向を変化させ始めてから変化させ終わるまでにタイムラグによる誤差があり、この誤差によって追跡目標の正確な方向が求められないという問題点や、検出・測距の処理にサブアレイの出力を合成する必要があり、専用の高周波回路を組み込むために大型化するという問題点があった。
【０００７】
なお、この特許文献１には、アレイアンテナを比較的少ない複数（例えば３以上）の素子数で構成し、各素子で受信された信号に対してＭＵＳＩＣ処理を含めた方位分解能を向上させることも記載されている（段落０００５）。しかしこの方法でも小型で十分な方位分解能を得ることができないという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術においては、初めにＭＵＳＩＣ法を使用するため、ＭＵＳＩＣ法によって追跡目標を検出できない場合は追跡が困難となるというという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、追跡目標を見失った時や複数の追跡目標が生じた時にも高精度に目標を追跡できる飛しょう体の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】
【００１０】
この目的を達成するために本発明は、送信信号を生成する信号生成部と、アンテナと移相器と信号の送受信を行う送受信器とを有するセンサを複数個矩形に配列したサブアレイを複数個備えるアレイアンテナと、受信信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換部と、ディジタルビーム形成処理を行うビーム形成処理部と、複数のビームを形成して追跡目標の捜索を行う第１の信号処理部及び単一のビームを形成して追跡目標の追跡を行う第２の信号処理部及び受信信号から複数の追跡目標の方向を推定する第３の信号処理部と、を備える目標検知部と、ビーム形成処理部と移相器と目標検知部の制御を行うアンテナ制御部と、を備えることを特徴とする飛しょう体のレーダ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、目標側からの不要波に対しても目標と不要波の識別をすることができ、目標を遠距離からも検出でき、また地上の目標、空中の目標ともに対処が可能な小型のレーダ装置を構成することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明による飛しょう体のレーダ装置の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。なお、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の飛しょう体のレーダ装置１の概要を示すブロック図である。図１に示すように、レーダ装置１は送信信号を生成する信号生成部５０と、アレイアンテナ１０と、受信信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換部２０と、ディジタルビーム形成処理を行うビーム形成処理部３０と、信号処理を行う目標検知部４０と、制御を行うアンテナ制御部６０と、を備える。
【００１４】
アレイアンテナ１０は、アンテナ１１と移相器１２と信号の送受信を行う送受信器１３とを有するセンサを複数個矩形に配列したサブアレイ１０Ａを複数個備える。また、アンテナ制御部６０は、ビーム形成処理部３０と移相器１２と目標検知部４０の制御を行う。
【００１５】
目標検知部４０は、複数のビームを形成して追跡目標の捜索を行う第１の信号処理部４１及び単一のビームを形成して追跡目標の追跡を行う第２の信号処理部４２及び受信信号から複数の追跡目標の方向を推定する第３の信号処理部４３と、を備える。
【００１６】
図２は、アレイアンテナ１０の配置を示す図である。図２に示すように、アレイアンテナ１０は矩形に配置された複数のサブアレイ１０Ａを有する。サブアレイ１０Ａは、例えば＃１乃至＃４に示すように４つ設けることができる。各サブアレイ１０Ａは複数のセンサ１１Ａを有する。
【００１７】
先ず、ビームの送信について説明する。信号生成部５０は送信信号を生成し、各サブアレイ１０Ａのセンサ１１Ａに出力する。センサ１１Ａの送受信器１３は入力した信号を増幅し、位相器１２に出力する。位相器１２はアンテナ制御部６０の指示に従って所定の位相差をつけて信号をアンテナ１１に出力する。
【００１８】
次に、受信信号の処理について説明する。アンテナ１１は追跡目標７０によって反射された信号を受信する。送受信器１３はこの受信された信号を、位相器１２を経由して入力し、増幅したのちサブアレイ１０ＡごとにＡ／Ｄ変換部２０に出力する。Ａ／Ｄ変換部２０はアナログ信号をサンプリングしてディジタル信号をビーム形成処理部３０に出力する。
【００１９】
アンテナ制御部６０は、目標検知部４０から入力した信号から、追跡目標７０を判定し、ビーム形成処理部３０と目標検知部４０とを制御する。たとえば、アンテナ制御部６０は、反射信号が一つであるときは、その反射信号が追跡目標であると判定し、追跡モードの指示をビーム形成処理部３０と目標検知部４０とに行う。
【００２０】
アンテナ制御部６０は、反射信号がなくなった場合は追跡目標７０を見失ったと判定し、捜索モードの指示をビーム形成処理部３０と目標検知部４０とに行う。アンテナ制御部６０は、反射信号が所定の閾値を下回った場合、又は反射信号に混信が生じている場合、追跡目標７０が複数存在すると判定し、高度分解機能モードの指示をビーム形成処理部３０と目標検知部４０とに行う。
【００２１】
次に、ビーム形成処理部３０と目標検知部４０との処理について説明する。アンテナ制御部６０は、第１の信号処理部４１及び第２の信号処理部４２及び第３の信号処理部４３のうちいずれが信号を処理するかを択一的に切り替える。
【００２２】
アンテナ制御部６０が捜索モードを指示したとき、目標検知部４０は第１の信号処理部４１が信号を処理するように切り替える。
【００２３】
サブアレイ１０Ａからの出力信号が４系統であるとすると、Ａ／Ｄ変換部２０からの出力信号は以下のように表せる。
【００２４】
ａ１＝［ａ１１，ａ１２，・・・ａ１ｔ］
ａ２＝［ａ２１，ａ２２，・・・ａ２ｔ］
ａ３＝［ａ３１，ａ３２，・・・ａ３ｔ］
ａ４＝［ａ４１，ａ４２，・・・ａ４ｔ］
ここで、ａｎｔは時間ｔにおける位相と振幅の積である。但し、ｎは整数である。
【００２５】
位相φｎｋ＝ｅ−ｊθｎｋとするとき、ビーム形成処理部３０は以下のように複数のビームを形成し、第１の信号処理部に出力する。但し、ｋは整数である。
【００２６】
Ｂ１＝ａ１φ１１＋ａ２φ２１＋ａ３φ３１＋ａ４φ４１
Ｂ２＝ａ１φ１２＋ａ２φ２２＋ａ３φ３２＋ａ４φ４２
・・・
Ｂｋ＝ａ１φ１ｋ＋ａ２φ２ｋ＋ａ３φ３ｋ＋ａ４φ４ｋ
追跡目標７０の数は通常３以下であることが多い。このため、ビームの数は３以下で足りる。また、計算負荷を考慮するとｋ＜４が望ましい。
【００２７】
第１の信号処理部４１はＢ１乃至Ｂｋを用いて、モノパルス測角により測角処理を行う。また、第１の信号処理部４１はＢ１乃至Ｂｋを用いて、パルス送信から反射パルス受信までの時間と光速から追跡目標７０までの距離を算出し、アンテナ制御部６０に出力する。
【００２８】
アンテナ制御部６０が追跡モードを指示したとき、目標検知部４０は第２の信号処理部４２が信号を処理するように切り替える。
【００２９】
ビーム形成処理部３０は、以下のように単一のビームを形成し、第２の信号処理部４２に出力する。
【００３０】
Ｂ＝ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４
第２の信号処理部４２はＢを用いて、モノパルス測角により測角処理を行う。また、第２の信号処理部４２はＢを用いて、パルス送信から反射パルス受信までの時間と光速から追跡目標７０までの距離を算出するとともに、受信パルス電力比による測距離を行って追跡目標７０までの距離を算出し、アンテナ制御部６０に出力する。
【００３１】
アンテナ制御部６０が角度高分解機能モードを指示したとき、目標検知部４０は第３の信号処理部４３が信号を処理するように切り替える。
【００３２】
ビーム形成処理部３０は、Ａ／Ｄ変換部２０の出力をそのまま第３の信号処理部４３に出力する。
【００３３】
第３の信号処理部４３はＭＵＳＩＣ法により反射波の到来方向を判定し、アンテナ制御部６０に出力する。
【００３４】
ここで、ＭＵＳＩＣ法について説明する。図３はＭＵＳＩＣ法の概要を表すフローチャートである。図３に示すように、ステップＳ１において、Ａ／Ｄ変換部２０は受信信号をサンプリングする。
【００３５】
ステップＳ２において、第３の信号処理部４３は相関行列Ｒｘｘを生成する。
ここで、Ｒｘｘは次の（１）式のように定義される。
【００３６】
Ｒｘｘ＝Ｅ［Ｘ（ｔ）ＸＨ（ｔ）］＝ＡＳＡＨ＋σ２Ｉ  ・・・（１）
ただし、Ｘ（ｔ）は時間ｔにおける受信信号、Ａは方向行列である。
また、Ｎ（ｔ）をノイズとし、Ｘ（ｔ）＝Ａｓ（ｔ）＋Ｎ（ｔ）とするとき、
Ｓ＝Ｅ［ｓ（ｔ）ｓＨ（ｔ）］、σ２は熱雑音電力である。
【００３７】
ステップＳ３において、第３の信号処理部４３は相関行列Ｒｘｘの固有値λと固有ベクトルを算出する。さらに、第３の信号処理部４３は相関行列Ｒｘｘの固有値λの大小を比較する。
【００３８】
ステップＳ４において、第３の信号処理部４３は固有値λから、例えばＭＤＬ（Ｍｉｎｉｍａｍ  Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ  Ｌｅｎｇｔｈ）法などにより、追跡目標の数を推定し、ノイズに対する固有行列Ｅｎを算出する。
【００３９】
ステップＳ５において、第３の信号処理部４３はθを初期化して評価関数を算出する。
ここで、評価関数Ｐ（θ）は次の（２）式のように定義される。
【数１】
2009281968.tif 000003
ただし、ｖ（θ）はステアリングベクトル、Ｅ’ｎはノイズに対する固有行列である。
【００４０】
ステップＳ６において、第３の信号処理部４３はθを最小値θｍｉｎから最大値θｍａｘまで変化させる。ステップＳ７において、第３の信号処理部４３はθがθｍａｘを超えたか判定する。超えていない場合は、ステップＳ５に戻り、超えた場合はステップ８に進む。
【００４１】
ステップＳ８において、第３の信号処理部４３は評価関数Ｐ（θ）のピークをもたらすθを追跡目標の方向と判定して出力し、ステップＳ１に戻る。
【００４２】
以上のように、第３の信号処理部４３はステアリングベクトルを用いて定義された評価関数Ｐ（θ）をθについてサーチすることにより、追跡目標からの信号の到来方向を推定する。
【００４３】
以上述べたように、本実施形態の飛しょう体のレーダ装置１は、アンテナ制御部６０が、第１の信号処理部４１及び第２の信号処理部４２及び第３の信号処理部４３のうちいずれが信号を処理するかを択一的に切り替え、第３の信号処理部４３がＭＵＳＩＣ法を用いて受信信号から複数の追跡目標の方向を推定する。
【００４４】
このため、本実施形態の飛しょう体のレーダ装置１は、捜索時は広範囲を短時間で目標を探すことができ、追跡時は捜索にて検出した目標を高精度で観測し、追跡することができ、角度高分解能時は目標が複数存在する場合でもそれらを弁別し、目標側からの不要波に対しても目標と不要波の識別をすることができるという効果がある。
【００４５】
またこれにより、目標を遠距離からも検出でき、また地上の目標、空中の目標ともに対処が可能な小型の装置を構成することができるという効果がある。
【００４６】
（第２の実施形態）
本実施形態においては、目標検知部４０は第１の信号処理部４１と第２の信号処理部４２と第３の信号処理部４３とに並行して信号処理をさせる。
【００４７】
装置構成及びビームの送信に関しては第１の実施形態と同様である。
【００４８】
次に、受信信号の処理について説明する。アンテナ１１は追跡目標７０によって反射された信号を受信する。送受信器１３はこの受信された信号を、位相器１２を経由して入力し、増幅したのちサブアレイ１０ＡごとにＡ／Ｄ変換部２０に出力する。Ａ／Ｄ変換部２０はアナログ信号をサンプリングしてディジタル信号を出力する。
【００４９】
次に、ビーム形成処理部３０と目標検知部４０との処理について説明する。
【００５０】
第１の信号処理部４１は複数のビームを形成して追跡目標の捜索を行う。サブアレイ１０Ａからの出力信号が４系統であるとすると、Ａ／Ｄ変換部２０からの出力信号は以下のように表せる。
【００５１】
ａ１＝［ａ１１，ａ１２，・・・ａ１ｔ］
ａ２＝［ａ２１，ａ２２，・・・ａ２ｔ］
ａ３＝［ａ３１，ａ３２，・・・ａ３ｔ］
ａ４＝［ａ４１，ａ４２，・・・ａ４ｔ］
ここで、ａｎｔは時間ｔにおける位相と振幅の積である。但し、ｎは整数である。
【００５２】
位相φｎｋ＝ｅ−ｊθｎｋとするとき、ビーム形成処理部３０は以下のように複数のビームを形成し、第１の信号処理部に出力する。但し、ｋは整数である。
【００５３】
Ｂ１＝ａ１φ１１＋ａ２φ２１＋ａ３φ３１＋ａ４φ４１
Ｂ２＝ａ１φ１２＋ａ２φ２２＋ａ３φ３２＋ａ４φ４２
・・・
Ｂｋ＝ａ１φ１ｋ＋ａ２φ２ｋ＋ａ３φ３ｋ＋ａ４φ４ｋ
本実施形態においては、計算負荷を考慮するとｋ＜４が望ましい。
【００５４】
第１の信号処理部４１はＢ１乃至Ｂｋを用いて、モノパルス測角により測角処理を行う。また、第１の信号処理部４１はＢ１乃至Ｂｋを用いて、パルス送信から反射パルス受信までの時間と光速から追跡目標７０までの距離を算出し、アンテナ制御部６０に出力する。
【００５５】
第２の信号処理部４２は単一のビームを形成して追跡目標の追跡を行う。ビーム形成処理部３０は、以下のように単一のビームを形成し、第２の信号処理部４２に出力する。
Ｂ＝ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４
【００５６】
第２の信号処理部４２はＢを用いて、モノパルス測角により測角処理を行う。また、第２の信号処理部４２はＢを用いて、パルス送信から反射パルス受信までの時間と光速から追跡目標７０までの距離を算出するとともに、受信パルス電力比による測距離を行って追跡目標７０までの距離を算出し、アンテナ制御部６０に出力する。
【００５７】
第３の信号処理部４３は受信信号から複数の追跡目標の方向を推定する。ビーム形成処理部３０は、Ａ／Ｄ変換部２０の出力をそのまま第３の信号処理部４３に出力する。
【００５８】
第３の信号処理部４３はＭＵＳＩＣ法により反射波の到来方向を判定し、アンテナ制御部６０に出力する。
【００５９】
アンテナ制御部６０は、第１の信号処理部４１と第２の信号処理部４２と第３の信号処理部４３とのそれぞれの出力を監視し、追跡目標７０の追跡を行う。例えば、第２の信号処理部４２の出力からでは追跡目標７０を検知できなくなった場合には、アンテナ制御部６０は第１の信号処理部４１の出力から判定した目標と第３の信号処理部４３の出力から判定した目標のうち、共通する目標を追跡目標７０と判定する。
【００６０】
目標検知部４０は第１の信号処理部４１と第２の信号処理部４２と第３の信号処理部４３とに並行して信号処理をさせるため、切り替えの際のタイムラグが生じず、高精度の追跡が可能となる。
【００６１】
以上述べたように、本実施形態の飛しょう体のレーダ装置１は、第１の信号処理部４１及び第２の信号処理部４２及び第３の信号処理部４３が並行して追跡目標７０の判定と追跡を行う。このため、アンテナ制御部６０が追跡目標７０を見失うことを最小限にすることが可能となり、高精度な追跡が可能となるという効果がある。
【００６２】
なお、本発明は上記実施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、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施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、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の飛しょう体のレーダ装置１の概要を示すブロック図である。
【図２】アレイアンテナ１０の配置を示す図である。
【図３】ＭＵＳＩＣ法の概要を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１０：アレイアンテナ、
１１：アンテナ、
１２：移相器、
１３：送受信器、
２０：Ａ／Ｄ変換部、
３０：ビーム形成処理部、
４０：目標検知部、
４１：第１の信号処理部、
４２：第２の信号処理部、
４３：第３の信号処理部、
５０：信号生成部、
６０：アンテナ制御部。
【図１】
2009281968.tif 000004
【図２】
2009281968.tif 000005
【図３】
2009281968.tif 000006