(57)【要約】【課題】コーニングエラーに対して、フェイズドアレイアンテナを回転せずに方位精度を高めることを可能にする。【解決手段】予め仰角ごとに測定したフェイズドアレイアンテナのコーニングエラーに因る真の方位と推定方位間の方位差を、真方位算出用データベースに格納しておき、アンテナアレイ面を基準方向に向けて設置したフェイズドアレイアンテナとマルチアンテナのそれぞれで受信した到来電波から目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定方位を検出し、両アンテナによる目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻について相関処理を行い、相関が取れた目標の推定仰角を真方位算出用データベースの仰角と照合して対応する方位差を抽出し、抽出した方位差に基づいて該当目標の推定方位を補正して真の方位を算出する。【選択図】図１
2009236543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナアレイ面を基準方向に向けて設置したフェイズドアレイアンテナで受信した到来電波の受信信号を目標ごとに分離して、各目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定方位を検出する第１の目標諸元検出部と、
マルチアンテナで受信した到来電波の受信信号を目標ごとに分離して、各目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定仰角を検出する第２の目標諸元検出部と、
前記第１、第２の目標諸元検出部で検出された目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、について相関処理を行う相関処理部と、
予め仰角ごとに測定したフェイズドアレイアンテナのコーニングエラーに因る真の方位と推定方位間の方位差を格納する真方位算出用データベースと、
相関処理部で相関が取れた目標の推定仰角に基づいて前記真方位算出用データベースの仰角と照合することにより、対応する方位差を抽出し、抽出した方位差に基づいて前記相関が取れた目標の推定方位を補正して該当目標の真の方位を算出する真方位算出処理部を備えたことを特徴とする電波探知装置。
【請求項２】
アンテナアレイ面を基準方向に向けて設置したフェイズドアレイアンテナで受信した到来電波の受信信号を目標ごとに分離して、各目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定方位を検出する第１の目標諸元検出部と、
マルチアンテナで受信した到来電波の受信信号を目標ごとに分離して、各目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定仰角を検出する第２の目標諸元検出部と、
前記第１、第２の目標諸元検出部で検出された目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻について相関処理を行う相関処理部と、
予めフェイズドアレイアンテナを回転させて、仰角ごとに測定したアンテナの回転角を格納する真方位算出用データベースと、
相関処理部で相関が取れた目標の推定仰角に基づいて前記真方位算出用データベースの仰角と照合することにより、仰角と当該仰角に対応するアンテナの回転角を抽出し、抽出したアンテナの回転角に基づいて、フェイズドアレイアンテナのコーニングエラーに因る真の方位と推定方位間の方位差を算出し、算出した方位差に基づいて前記相関が取れた目標の推定方位を補正して該当目標の真の方位を算出する真方位算出処理部を備えたことを特徴とする電波探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フェイズドアレイアンテナを用いて大気中を伝搬する電波の到来する方位を測定する電波探知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、フェイズドアレイアンテナを用いた場合、到来方位は、配列された素子アンテナで受信した到来電波間の位相差（到来時間差）から算出する。しかし、電波放射源がアンテナアレイ面（水平面）に対し仰角を持つ場合、到来方位がアレイ面に対し側面方向に近づくにつれてコーニングエラーと呼ばれる方位変動が発生する。これはアンテナアレイ面に対する等位相面がアレイを中心としたコーン状となるために発生するものである。したがって、フェイズドアレイアンテナ用いた方位測定は、アンテナアレイ面に対して仰角を持つ電波が側面方向に到来した場合、算出した推定方位に誤差が生じ、方位精度が低下する。そのため、上記コーニングエラーが発生する場合に推定方位を補正して真の方位を算出する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された電波探知装置においては、コーニングエラーがアンテナアレイ正面方向では発生せず側面方向になるにつれて大きくなる特性を考慮して、方位方向を変えるようにアンテナアレイ面を機械的に水平に回転させて、到来電波をアンテナの正面方向から受信できるように構成しておく。また、アンテナ正面方向からの電波受信データを基準として、電波の仰角ごとに、基準からのアンテナ回転角、コーニングエラーに因る真の方位と推定方位の方位差を予め求めてデータベースにして格納しておく。そして、実際の測定時には、電波の到来方向にフェイズドアレイアンテナを回転させた受信位置での推定方位を算出し、データベースから、このときのアンテナ回転角に対応する方位差を取得して、真の方位を算出する。また、対応する仰角も取得する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８１２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フェイズドアレイアンテナを用いた従来の電波探知装置は、以上のように構成されているが、アンテナアレイ面を回転しなければならないため、その回転駆動機構が必要となり、実測時に回転角度を割り出す制御を行わなければならない。また、真の方位を算出するのにアンテナ回転角を用いなければならないため、その分処理時間を要する。さらに、回転駆動機構を設けた場合は点検、保守などの制約も生じるなどの問題がある。
【０００６】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、コーニングエラーに対して、フェイズドアレイアンテナを回転せずに方位精度を高めることを可能にする電波探知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】
【０００７】
この発明に係る電波探知装置は、アンテナアレイ面を基準方向に向けて設置したフェイズドアレイアンテナで受信した到来電波の受信信号を目標ごとに分離して、各目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定方位を検出する第１の目標諸元検出部と、マルチアンテナで受信した到来電波の受信信号を目標ごとに分離して、各目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定仰角を検出する第２の目標諸元検出部と、第１、第２の目標諸元検出部で検出された目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻について相関処理を行う相関処理部と、予め仰角ごとに測定したフェイズドアレイアンテナのコーニングエラーに因る真の方位と推定方位間の方位差を格納する真方位算出用データベースと、相関処理部で相関が取れた目標の推定仰角に基づいて真方位算出用データベースの仰角と照合することにより、対応する方位差を抽出し、抽出した方位差に基づいて相関が取れた目標の推定方位を補正して該当目標の真の方位を算出する真方位算出処理部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、実測時における電波探知装置は、真方位算出用データベースから、マルチアンテナにより取得した仰角を用いて方位差を取り出すので、フェイズドアレイアンテナに回転駆動機構を持たせる必要がなくなり、電気的な処理のみにより方位精度を高めることができる。そのため、従来のような回転駆動機構によって生じる問題は無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の各実施の形態による電波探知装置を示す機能構成を示すブロック図である。
図１において、電波探知装置は、フェイズドアレイアンテナ１、マルチアンテナ２、受信部３，４、目標諸元検出部５，６、相関処理部７、真方位算出用データベース８、真方位算出処理部９、目標管理部１０を備えている。
フェイズドアレイアンテナ１は、到来電波を受信する方位用のアンテナであり、マルチアンテナ２は、到来電波を受信する仰角用のアンテナである。受信部３は、フェイズドアレイアンテナ１による受信信号から目標の信号を検波する手段であり、受信部４は、マルチアンテナ２による受信信号から目標の信号を検波する手段である。目標諸元検出部（第１の目標諸元検出部）５は、検波された目標データを目標毎に分離し、周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定方位等の目標諸元を検出する手段である。目標諸元検出部（第２の目標諸元検出部）６は、検波された目標データを目標毎に分離し、周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定仰角等の目標諸元を検出する手段である。相関処理部７は、両目標諸元検出部５，６で検出した周波数データを相関処理するＣＰＵ処理による手段である。真方位算出用データベース８は、予め仰角ごとに測定したコーニングエラーデータを格納する手段である。真方位算出処理部９は、相関が取れた目標の推定仰角に基づいて真方位算出用データベース８と照合することにより、対応するコーニングエラーと目標の推定方位とから到来電波の真の方位を算出するＣＰＵ処理による手段である。目標管理部１０は、検出した目標の各諸元、状態を一元管理するＣＰＵ処理による手段である。
【００１０】
次に、図２の処理フローに従って動作を説明する。
フェイズドアレイアンテナ１およびマルチアンテナ２によりそれぞれ到来電波を受信すると、受信部３，４により、それぞれの受信信号から目標の信号を検波する（ステップＳＴ１）。受信部３，４で得られた目標データは、それぞれの対応する目標諸元検出部５，６に与えられる。目標諸元検出部５では、検波信号から周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定方位等の目標諸元を検出する。また、目標諸元検出部６では、検波信号から周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定仰角等の目標諸元が検出される。（ステップＳＴ２）。目標諸元検出部５，６で検出された目標諸元データは、相関処理部７に送られる。相関処理部７では、両検波信号の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻について相関処理を行い、同一目標が存在するか否かを調べる（ステップＳＴ３）。同一目標が存在した場合、その目標の推定方位と推定仰角のデータを真方位算出処理部９へ送る。一方、同一目標が存在しなかった場合は、個々の目標諸元データを目標管理部１０へ送る。次に、真方位算出部９では、相関処理部７からの目標の推定仰角に基づいて、真方位算出用エラーデータベース８で予め保有している仰角ごとの真の方位と推定方位の方位差から、推定仰角に対応する方位差を抽出し、方位差と相関処理部７からの推定方位とに基づいて真の方位を算出する（ステップＳＴ４）。算出された真の方位は目標管理部１０に与えられ、前に測定した目標諸元を更新する。
【００１１】
ここで、フェイズドアレイアンテナが持つコーニングエラー特性を利用し、到来電波の高精度な到来方位を推定する原理について説明する。
図３は、フェイズドアレイアンテナの位相差比較方法を説明する図で、Ｘ−Ｙ平面に配置された複数の素子アンテナを上面から見た上体を示している。図に示すように、フェイズドアレイアンテナは、複数の素子アンテナをアレイ状に並べたもので、到来方位（推定方位）は各素子アンテナで受信した到来電波間の位相差から周知の方法で算出する。その際、等位相線の分布は、図４に示すように、アンテナアレイ面を軸としたコーン状となる。なお、ＥＬは到来仰角を、ＡＺは到来方位を表している。到来電波が仰角ＥＬを持つ場合は、アンテナアレイ面に対する相対方位により、電波の到来方位（真の方位）と推定方位間には到来電波の仰角により差が生じ、等位相線上で仰角が０となる方位が推定方位として計測される。
【００１２】
フェイズドアレイアンテナにおいて発生するコーニングエラーの特性について図５に示す。到来方位が、Ａのようにアンテナアレイ面に対し正面方向である場合は、仰角に関係なく推定方位も真の方位と同一の値となる。しかし、到来方位が、Ｂのように側面方向に近くなる場合は、仰角ｂにおける実際の到来方位（真の方位）ａと推定方位ｃとの間に方位差が生じてしまう。
【００１３】
図６は、フェイズドアレイアンテナのコーニングエラーによる仰角、方位差、真の方位との関係を座標系で表す模式図である。図６において、直交座標の原点にあり、かつｘ軸方向に正面を向けたフェイズドアレイアンテナに対して、目標Ｔから電波が到来したとすると、コーニングエラーは以下の算出式で表すことができる。
アンテナの位置を原点として、目標Ｔの位置を、距離、方位角、天頂角で表す３次元極座標で表すと（１）式のようになる。
（ｒT0，φT0，θT0）          （１）
この場合、仰角は９０°−θT0である。目標Ｔの位置を直交座標（ｘT0，ｙT0，ｚT0）との関係は、
ｘT0＝ｒT0・ｓｉｎθT0・ｃｏｓφT0
ｙT0＝ｒT0・ｓｉｎθT0・ｓｉｎφT0
ｚT0＝ｒT0・ｃｏｓθT0
となる。
ここで、基準として目標Ｔがアンテナ正面方向にあった場合についてみると、電波の到来方位φa0は（２）式となる。
φa0＝０                      （２）
また、この場合の位相比較による推定方位φb0は、正面方向からの電波到来であるのでコーニングエラーが無いため、（３）式となる。
φb0＝０                      （３）
【００１４】
次に、目標Ｔが角度φの方向にある場合における電波の到来についてみると、仮想的にはアンテナが基準方向から−φ度回転した場合と同一となるため、真の方位φa1は（４）式で表される。
φa1＝φ                      （４）
この目標Ｔの電波がφ度の方向から到来した場合における位相比較による推定方位φb1は、仮想的にはアンテナが基準方向から−φ度回転した場合における位相比較による推定方位と同一となるため、（５）式で表される。
φb1＝ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎθ・ｓｉｎφ）／ｓｉｎ９０°｝      （５）
よって、（４）、（５）式から、推定方位と真の方位の方位差Δφは（６）式で表される。
Δφ＝φb1−φa1
＝ｓｉｎ-1｛（ｓｉｎθ・ｓｉｎφ）／ｓｉｎ９０°｝−φ    （６）
上記（６）式によるコーニングエラーによって発生する方位差とアンテナの回転角の関係を仰角ごとに表すと、図７に示すような曲線になる。
【００１５】
事前に駆動機構を設けたフェイズドアレイアンテナを用い、アンテナアレイ面を基準方向から回転させながらマルチアンテナで仰角を逐次測定し、基準方向からの回転角（−φ）と仰角（９０°−θ）を用いて（６）式から方位差Δφを求め、仰角（９０°−θ）と方位差Δφを対応付けて真方位算出用データベース８に格納しておく。実測時には、真方位算出処理部９において、基準方向に固定したフェイズドアレイアンテナ１で測定した推定方位φb1に対応するマルチアンテナ２による推定仰角（９０°−θ）を用いて真方位算出用データベース８を照合し、対応する方位差Δφを抽出し、真の方位φa1（＝φb1−Δφ）を算出することになる。
なお、真方位算出用データベース８の仰角データに、実測した推定仰角と一致する値が存在しない場合には、前後の仰角に対応する方位差から、比率により推定仰角に対応する方位差を算出すればよい。この場合は、真の方位の近似値を求めることになるが、コーニングエラーによる影響を改善することはできる。
【００１６】
以上のように、この実施の形態１によれば、予め仰角ごとに測定したフェイズドアレイアンテナのコーニングエラーに因る真の方位と推定方位間の方位差を、真方位算出用データベースに格納しておき、アンテナアレイ面を基準方向に向けて設置したフェイズドアレイアンテナで受信した到来電波から目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定方位を検出すると同時に、マルチアンテナで受信した到来電波から目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定仰角を検出し、両アンテナによる目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻について相関処理を行い、相関が取れた目標の推定仰角を真方位算出用データベースの仰角と照合して対応する方位差を抽出し、抽出した方位差に基づいて該当目標の推定方位を補正して該当目標の真の方位を算出するようにしている。したがって、実測時における電波探知装置は、真方位算出用データベースから、マルチアンテナにより取得した仰角を用いて方位差を取り出すので、フェイズドアレイアンテナに回転駆動機構を持たせる必要がなくなり、電気的な処理のみにより方位精度を高めることができる。そのため、従来のような回転駆動機構によって生じる問題は無くなる。
【００１７】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２の処理手順を示すフローチャートである。図において、図２のステップＳＴ４の代わりにステップＳＴ４１を設けたものである。すなわち、実施の形態２では、演算式を用いて方位差を求める方法について説明する。
実施の形態２の真方位算出処理部９には、（６）式の処理を行う機能、すなわち処理プログラムを設けておく。真方位算出用データベース８には、実施の形態１で説明したように、予めフェイズドアレイアンテナを回転させて、仰角ごとにアンテナの回転角を測定し、得られた対応付けデータを格納しておく。
【００１８】
実測時において、マルチアンテナ２による推定仰角を用いて真方位算出用データベース８の仰角と照合し、対応するアンテナの回転角を抽出し、（６）式に推定仰角と回転角を代入して方位差を求め、真の方位を算出する（ステップＳＴ４１）。
なお、真方位算出用データベース８の仰角データに、実測した推定仰角と一致する値が存在しない場合がある。その場合には、前後の仰角に対応するアンテナの回転角を用いて比率により推定仰角に対応するアンテナの回転角を算出し、推定仰角と算出したアンテナの回転角を（６）式に代入すれば、真の方位の近似値を求めることができる。これによっても、コーニングエラーによる影響を改善することはできる。
【００１９】
以上のように、この実施の形態２によれば、予めフェイズドアレイアンテナを回転させて、仰角ごとに測定したアンテナの回転角を、真方位算出用データベースに格納しておき、アンテナアレイ面を基準方向に向けて設置したフェイズドアレイアンテナで受信した到来電波から目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定方位を検出すると同時に、マルチアンテナで受信した到来電波から目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻、推定仰角を検出し、両アンテナによる目標の周波数、パルス幅、パルス繰り返し周波数、パルス到達時刻について相関処理を行い、相関が取れた目標の推定仰角を真方位算出用データベースの仰角と照合して、対応するアンテナの回転角を抽出し、抽出した仰角とアンテナの回転角に基づいてフェイズドアレイアンテナのコーニングエラーに因る真の方位と推定方位間の方位差を算出し、算出した方位差に基づいて該当目標の推定方位を補正して該当目標の真の方位を算出するようにしている。したがって、実測時における電波探知装置は、真方位算出用データベースから、マルチアンテナにより取得した仰角を用いてアンテナの回転角を取り出し、方位差を算出するので、実施の形態１と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１による電波探知装置を示す機能構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電波探知装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】フェイズドアレイアンテナの位相差比較方法を示す説明図である。
【図４】フェイズドアレイアンテナが持つ等位相線を示す説明図である。
【図５】フェイズドアレイアンテナが持つコーニングエラーを表す説明図である。
【図６】コーニングエラーによる仰角、方位差、真の方位との関係を座標系で表す模式図である。
【図７】コーニングエラーによって発生する方位差とアンテナの回転角の関係を仰角ごとに表した曲線を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る電波探知装置の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２１】
１  フェイズドアレイアンテナ、２  マルチアンテナ、３，４  受信部、５，６  目標諸元検出部、７  相関処理部、８  真方位算出用データベース、９  真方位算出処理部、１０  目標管理部。
【図１】
2009236543.tif 000003
【図２】
2009236543.tif 000004
【図３】
2009236543.tif 000005
【図４】
2009236543.tif 000006
【図５】
2009236543.tif 000007
【図６】
2009236543.tif 000008
【図７】
2009236543.tif 000009
【図８】
2009236543.tif 000010