(57)【要約】【課題】  航空機搭載レーダにおいて、近距離目標の捜索では、より早く正確に目標を捕捉することが求められるが、従来はペンシルビーム形状のアンテナパターンを用いた捜索を行なっていたので、目標を捕捉するまでに多くの時間を要していた。【解決手段】  方位方向の捜索にはファンビームを行い、目標を検知した方位にてΔビームを用いて上下方向の捜索を行い、受信電圧から求められる角度誤差をもとに、目標の方位および上下方向の存在範囲を絞った後、ペンシルビームにより目標捕捉の捕捉を行う。【選択図】      図１
2009250626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンビーム、Δビーム、およびペンシルビームの、各アンテナパターンに対応した位相データセットを格納する位相データメモリと、
設定位相に基づいてビームを形成するとともに、ビームを走査するアクティブモジュールと、
上記位相データメモリから位相データセットを取り出し、上記アクティブモジュールの位相設定を行うとともに、上記アクティブモジュールにより走査するビーム指向方向を制御する位相制御器と、
を備え、
上記位相制御器は、ファンビームにより方位方向にビーム走査した後、ファンビームにより検知した目標の方位についてΔビームにより上下方向にビーム走査し、Δビームにより検知した目標存在範囲についてペンシルビームによりビーム走査を行うように、ビーム指向方向を制御するレーダ装置。
【請求項２】
上記位相制御器は、ファンビームで方位方向を特定した後、Δビームへの切替え、Δビームの上下どちらか目標を検出した側の中心にΔビームのビームを絞り、絞り込んだ範囲内でさらに絞り込んだΔビームを用いて捜索を行い、当該Δビームの上下による絞込みを規定数回繰り返すことで、捜索範囲を順次絞り込み、目標の上下位置を特定することを特徴とした請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
上記位相制御器は、ファンビームにより方位方向が特定された後、Δビームに切替えて方位方向の捜索を行い、目標が検出されると、Δビームにおける上下方向の中心位置をΔビームで検出された側の中心に移動し、Δビームを絞り込み照射してΔビームの受信電力をモニタし、受信電力が所定の閾値を越えた時点でペンシルビームによる目標捕捉に移行することを特徴とした請求項１記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ビーム走査により目標検出を行うフェーズドアレイアンテナを備えたレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空中線としてフェイズドアレイアンテナを備えたレーダ装置は、各々のアンテナ素子の位相を制御することで、様々なアンテナパターンを形成することができる。フェイズドアレイアンテナを有する航空機搭載レーダは、特に近距離目標機を捜索する際、短時間での捜索が必要とされる。
【０００３】
従来、互いに直交するファンビーム形状のアンテナパターンを走査し、それぞれのビーム走査において、送受信装置で得られる受信信号強度が最大となり、ビーム誤差角が最小となるビーム角度を妨害源方向として特定するレーダ装置が知られている。このレーダ装置では、ファンビーム形状及びペンシルビーム形状のアンテナパターンを用いて、ファンビーム形状で方位方向に捜索した後、ペンシルビーム形状で上下方向に捜索するような捜索シーケンスで、例えば目標とする航空機（目標機）の捜索を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９７６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のような捜索シーケンスでは、近距離目標の捜索において、時間的な問題から目標機の方向特定が困難な場合があり、短時間での近距離目標機の捜索が課題となっている。これは、ファンビームを用いて目標機の方位方向を特定した後、ペンシルビームで上下方向を捜索する間に、目標機が移動してしまうことが大きな要因となっている。
【０００６】
この発明は、係る課題を解決するために為されたものであり、フェイズドアレイアンテナをおいて、短時間で効率良く、目標機を探知することのできる捜索シーケンスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるレーダ装置は、ファンビーム、Δビーム、およびペンシルビームの、各アンテナパターンに対応した位相データセットを格納する位相データメモリと、設定位相に基づいてビームを形成するとともに、ビームを走査するアクティブモジュールと、上記位相データメモリから位相データセットを取り出し、上記アクティブモジュールの位相設定を行うとともに、上記アクティブモジュールにより走査するビーム指向方向を制御する位相制御器とを備え、上記位相制御器は、ファンビームにより方位方向にビーム走査した後、ファンビームにより検知した目標の方位についてΔビームにより上下方向にビーム走査し、Δビームにより検知した目標存在範囲についてペンシルビームによりビーム走査を行うように、ビーム指向方向を制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、目標機の捜索および捕捉に必要な時間を短縮することができ、目標機をより早く、より確実に捕捉することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置について、図を用いて説明する。
図１は、実施の形態１によるレーダ装置の構成を示す図である。
図において、レーダ装置は、信号処理器１と、励振受信機２と、空中線４により構成される。空中線４は、複数のモジュールから構成されるアクティブモジュール５と、アクティブモジュール５の各モジュールに設定される位相データを格納する位相データ格納メモリ３と、アクティブモジュール５の各モジュールの位相を制御する位相制御器６から構成されて、フェイズドアレイアンテナを成す。アクティブモジュール５は、位相制御器６からの位相データと各モジュールの座標に基づいて位相設定を行なうためのメモリを有している。位相データ格納メモリ３は、予めファンビーム、Δビーム及びペンシルビームを設定するための各位相データセット（ファンビーム用位相データセット、Δビーム用位相データセット及びペンシルビーム用位相データセット）を有している。
【００１０】
信号処理器１は、外部装置（図示せず）から捜索開始指令を受けると、アクティブモジュール５のパワーをＯＮし、位相制御器６に対して位相設定指令を出力する。次に、信号処理器１は、所定の走査シーケンスに基づいて、ファンビーム走査、Δビーム走査、およびペンシルビーム走査の順に、位相制御器６に対してビーム走査を指示するビーム走査指令を送る。位相制御器６は、ビーム走査指令を受けるとビーム走査を開始する。
【００１１】
次に、位相制御器６による位相設定およびビーム走査について説明する。
（１）位相設定
位相制御器６は、信号処理器１から位相設定指令を受信すると、位相データ格納メモリ３に対し制御信号Ｓ３を送信する。
位相データ格納メモリ３は制御信号Ｓ３を受けると、所定の走査シーケンスに基づいて、アクティブモジュール５における各モジュールのメモリに対し、各ビーム形状の位相データＳ１と各モジュールの座標を転送する。アクティブモジュール５は、受信した位相データＳ１と各モジュールの座標に基づいて、各モジュールの位相設定を行う。
この際、走査シーケンスはファンビーム走査、Δビーム走査、およびペンシルビーム走査の順に行なわれるので、位相データはファンビーム用位相データセット、Δビーム用位相データセット及びペンシルビーム用位相データセットの順に設定されることとなる。
走査シーケンスの詳細は後述する。
【００１２】
（２）ビーム走査
所定の走査シーケンスに基づいて、各ビーム形状の位相データＳ１がそれぞれ転送された後、信号処理器１は、位相制御器６に対して制御信号Ｓ４を送信する。
位相制御器６は制御信号Ｓ４を受信すると、制御信号Ｓ４により規定される走査形態（例えばファンビーム走査、Δビーム走査、およびペンシルビーム走査）に従い、ビーム指向方向および使用するビーム形状等を、制御信号Ｓ２によりアクティブモジュール５の各モジュールに指示する。
例えば、ファンビーム走査の場合は予め設定されたファンビーム用位相データセットに従いビーム形状としてファンビームを形成する。Δビーム走査の場合は予め設定されたΔビーム用位相データセットに従いビーム形状としてΔビームを形成する。ペンシルビーム走査の場合は予め設定されたペンシルビーム用位相データセットに従いビーム形状としてペンシルビームを形成する。
アクティブモジュール５の各モジュールは、位相設定時に設定された各モジュールの座標と、制御信号Ｓ２により指示されたビーム指向方向および使用するビーム形状を基に、位相量を計算し、計算した位相量を設定する。
なお、位相制御器６により用いられる位相データセットは、使用するビーム形状の切替え時に合わせて順次切替えられる。
【００１３】
次に、実施の形態１によるレーダ装置を用いて目標機を捜索、捕捉する際の走査シーケンスについて説明する。図２は目標機の走査シーケンスに基づくビームパターンを示す図であり、（ａ）（ｂ）はファンビームによる捜索、（ｃ）はΔビームによる捜索、（ｄ）はペンシルビームによる捕捉を示す。
【００１４】
図において、目標機を広範囲に捜索する場合、まず制御信号Ｓ４においてビーム形状としてファンビームを指定し、ファンビームにより走査するためのビーム指向方向を決める。そして、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ファンビームを用いて目標機の方位（Ａｚ）方向の概略位置を特定する走査を行う。
その後、制御信号Ｓ４においてビーム形状として、Δビームを指定し、Δビームに切替え、再度Ａｚ方向の捜索を行うように、走査するビーム指向方向を決める。そして、図２（ｃ）に示すようにΔビームを用いて走査を行うことで、目標機のＡｚ方向の捜索を行う。同時に、Δビームの受信電圧から求められる角度誤差をもとに目標機の上下（Ｅｌ）方向の概略位置を特定し、Ｅｌ方向を絞り込んで位置特定し、その位置を中心として目標の存在範囲を決定する。存在範囲としては、例えばＡｚ方向およびＥｌ方向を中心とするΔビームのビーム幅程度の範囲とするのが良い。
その後、制御信号Ｓ４においてビーム形状としてペンシルビームを指定し、ペンシルビームに切替え、特定したＡｚ方向およびＥｌ方向を中心とした目標存在範囲について目標機を捕捉するように、走査するビーム指向方向を決める。そして、図２（ｄ）に示すように、ペンシルビームを用いて走査することで目標機を捕捉する。
【００１５】
このように走査することで、目標機の捜索および捕捉に必要な時間が短縮でき、目標機をより早く、より確実に捕捉することができる。
【００１６】
次に、目標機の捕捉精度をあげるための位相制御器６によるビーム走査処理として、（Ａ）２分法、（Ｂ）閾値法について説明する。
【００１７】
（Ａ）２分法
図３は２分法を用いて目標機の位置特定を行う際のビームパターンを示す図であり、（ａ）はファンビームによる捜索、（ｂ）（ｃ）はΔビームによる捜索、（ｄ）はペンシルビームによる捕捉を示す。
まず、ファンビームでＡｚ方向を特定した後、Δビームへの切替えを行う。この際、Δビームの上下どちらか検出された側の中心にΔビームのビームを絞ることで、捜索範囲を２分する。
次に、絞り込んだ範囲内でさらに絞り込んだΔビームを用いて捜索を行う。
【００１８】
このようなΔビームの上下による絞込みを規定数回繰り返すことで、捜索範囲を順次絞り込むことができ、精度を上げて目標機のＥｌ位置特定を行うことができる。かくして、図２に比べて、より高い精度で目標機のＥｌ位置を特定することが可能となる。
【００１９】
（Ｂ）閾値法
図４は閾値法の動作フローを示す図である。
図において、ファンビームによりＡｚ位置が特定された後、Δビームに切替えてＡｚ方向の捜索を行い（ステップＳ１０１）、目標機を検出するまで捜索を続ける（ステップＳ１０２）。
ステップＳ１０２にて目標機が検出された場合、Δビームにおける上下（Ｅｌ）方向の中心位置を、Δビームで検出された側の中心に移動し、Δビームを絞り込み照射する（ステップＳ１０４）。
【００２０】
次に、Δビームの受信電力のS/Nをモニタすることで、ペンシルビームへの移行を判定する（ステップＳ１０５）。この際、所定の閾値を越えるS/Nが得られた時点で、２分法にもとづくΔビームによる捜索からペンシルビームでの追尾に移行する。
【００２１】
以上説明したように、Ａｚ方向の捜索後、２分法や、Ｓ/Ｎの閾値を設けることで、複数回Δビームを用いて、確実に目標機の捕捉を行うことができる。
【００２２】
以上のとおり実施の形態１によるレーダ装置は、ファンビーム、Δビーム、およびペンシルビームの、各アンテナパターンに対応した位相データセットを格納する位相データメモリ３と、設定位相に基づいてビームを形成するとともに、ビームを走査するアクティブモジュール５と、位相データメモリ３から位相データセットを取り出し、上記アクティブモジュールの位相設定を行うとともに、アクティブモジュール５により走査するビーム指向方向を制御する位相制御器６とを備え、位相制御器６は、ファンビームにより方位方向にビーム走査した後、ファンビームにより検知した目標の方位についてΔビームにより上下方向にビーム走査し、Δビームにより検知した目標存在範囲についてペンシルビームによりビーム走査を行うように、ビーム指向方向を制御する。これによって、目標機の捜索および捕捉に必要な時間を短縮することができ、目標機をより早く、より確実に捕捉することが可能となる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明に係る実施の形態２について説明する。ここでは、実施の形態１と同一の走査を応用して、バーティカル（垂直）方向の走査にも適用する。
図５はペンシルビームの走査を示す図である。従来は、バーティカル方向にペンシルビームを走査し、捜索を行っていたが、実施の形態１の図３、４で説明した２分法や閾値法を用いて、Δビームによる絞り込みを複数回行なうことで、短時間での捜索を可能にする。
なお、応用動作として、従来のペンシルビームでのバーティカル走査についても、Δビームを用いることで、よりはやく目標機の捕捉が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１におけるアンテナビームの捜索シーケンスの概念を示す図である。
【図３】実施の形態１における２分法によるアンテナビームの捜索シーケンスの概念を示す図である。
【図４】実施の形態１における閾値法によるアンテナビームの捜索シーケンスのフローを示す図である。
【図５】実施の形態２におけるアンテナビームの捜索シーケンスの概念を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  信号処理器、２  励振受信機、３  位相データ格納メモリ、４  空中線、５  アクティブモジュール、６  位相制御器。
【図１】
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【図２】
2009250626.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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