(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物体の存在する目標存在方向を測定するレーダ装置において、
受信信号に対しモノパルス演算を実施しΣ信号とΔ信号を形成し、得られたΣ信号及びΔ信号から目標存在方向を検出するモノパルス測角部と、
高分解能信号処理演算を実施し目標存在角度を検出する高分解能処理器と、
上記モノパルス測角部により算出したΣ信号とΔ信号の比から得られる誤差電圧値が時系列に記憶され、記憶された時系列毎の誤差電圧値の観測結果に基づいて、上記誤差電圧の虚数部の値が、連続してゼロである場合に単一目標として判定し、ゼロ以外もしくは変動する場合は複数目標として判定する目標存在数検出器と、
上記目標存在数検出器の判定結果が複数目標である場合に高分解能信号処理演算を実施させる選択回路と、
上記モノパルス測角部で検出した目標存在方向の角度と上記高分解能処理器の演算した目標存在角度をそれぞれ記憶する角度記憶器と、
上記角度記憶器に記憶された、モノパルス測角部で検出した目標存在角度と高分解能処理器の演算した目標存在角度との、一方を選定して目標方向の角度を出力する選定回路と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
外部システムから提供される目標速度、位置等の目標情報を収集、記憶する目標情報記憶器と、
高分解能信号処理演算を実施して目標存在方向を算出する複数の高分解能処理器を有するマルチ高分解能処理器と、
上記記憶された目標情報に基づき、各高分解能処理器の演算処理速度または測角精度の特徴に応じて上記マルチ高分解能処理器から最適な高分解能処理器を選定する方式選定回路と、
選定された高分解能処理器の高分解能信号処理演算により算出する角度誤差結果を記憶する記憶器と、
を備えたことを特徴とする、請求項１記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、目標物体の存在方向を測角するレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のデジタルビームフォーミングでモノパルス測角を実施しているレーダ装置の構成の一例である。図において、１は一定の周波数の連続波ｆＲＦ及びｆＬＯを発生する発振器、２は発振器１から出力された信号を増幅し、一定のパルス繰り返し周期で信号を変調する送信機、３は送信機２から出力された信号を放射する送信アンテナ、４は目標からの反射波を受信する複数の素子アンテナＡ＃１〜Ａ＃ｎを配列したアレーアンテナ、５は受信信号を増幅する低雑音増幅器、６は発振器１から出力された信号ｆＬＯにより、低雑音増幅器５から出力された受信信号を中間周波数帯にダウンコンバートする合成器、７は合成器６から出力された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、８は低雑音増幅器５と合成器６とＡ／Ｄ変換器７より構成される受信モジュールであり、アレーアンテナ４の各素子アンテナＡ＃１〜Ａ＃ｎ毎に受信モジュールＲＭ＃１〜ＲＭ＃ｎが準備されている。９は各受信モジュールＲＭ＃１〜ＲＭ＃ｎから出力されるデジタル信号Ｓ1〜Ｓｎをデジタル演算し、任意方向の受信マルチビームを形成するデジタルビームフォーマ、１０はデジタルビームフォーマ９で形成された受信ビームに等価的にΣ信号とΔ信号を形成するモノパルス演算器、１１はモノパルス演算器１０から出力されたΣ信号とΔ信号の比から角度誤差Δεmを検出する角度検出器、１２は検出された角度誤差を表示する表示器である。
【０００３】
次に、従来のデジタルビームフォーミングでモノパルス測角を実施しているレーダ装置の動作について説明する。発振器１で、一定の周波数の信号ｆＲＦが発生され、送信機２にて、一定の繰り返し周期で周波数変調及び電力増幅され、送信アンテナ３を介して目標に向けられて電波が放射される。目標からの反射信号はアレーアンテナ４の各素子アンテナＡ＃１〜Ａ＃ｎで受信され、受信モジュール８の各受信モジュールＲＭ＃１〜ＲＭ＃ｎに入力される。各受信モジュールＲＭ＃１〜ＲＭ＃ｎ内部では、低雑音増幅器５にて、電力増幅され、合成器６にて、周波数変換され、Ａ／Ｄ変換器７にて、アナログ信号からデジタル信号に変換され、デジタル信号Ｓ1〜Ｓｎとして出力される。デジタルビームフォーマ９において、デジタル演算処理である離散フーリエ変換処理が実施され、これにより受信マルチビームが形成される。この形成された受信ビームに対し、モノパルス演算器１０において、モノパルス演算処理が実施されΣ信号とΔ信号を形成し、角度検出器１１において、Σ信号とΔ信号の比から誤差電圧が求められ、アンテナボアサイト方向からの角度誤差Δεmを検出し、目標方向の角度を算出し、表示器１２にて、出力表示される。
【０００４】
図５は、前述記載のモノパルスによる測角の基本概念を示す原理図を示す。図５（ａ）はΣ信号とΔ信号のビームパターンであり、図５（ｂ）は誤差電圧と角度誤差との関係を示した図である。図５（ｂ）に示す振幅軸方向はアンテナボアサイト方向を示しており、Σ信号とΔ信号の比が、アンテナボアサイト方向からの角度誤差Δεm、つまり目標方向との角度のずれを示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のデジタルビームフォーミングでモノパルス測角を実施しているレーダ装置は、単一目標の角度を検出する場合には、演算速度及び精度面において有効な方式である。しかし、同一ビーム内に複数目標が存在する場合、目標の検出角度誤差が大きく、検出精度の劣化が生じていた。
【０００６】
図６は、前述記載の同一ビーム内に目標Ａ，Ｂが存在する時を示す概念図である。図６（ａ）は同一ビーム内に複数目標（図中では目標Ａ，Ｂの２目標）が存在する状態を示しており、図６（ｂ）は目標Ａ、Ｂが存在した時のΣ信号とΔ信号の概念図である。図６（ｂ）に示すように、目標Ａ、Ｂが存在した時のΣ信号とΔ信号は、目標Ａと目標Ｂの各々のΣ信号Σａ、Σｂ及びΔ信号Δａ、Δｂの成分を合成した出力Σａｂ、Δａｂとなる。つまり、Σ信号とΔ信号の比から角度を検出するモノパルス測角方式では、合成したΣ信号とΔ信号により角度検出を実施するため、実際の目標方向の角度に対し、誤差が大きく生じていた。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決し、同一ビーム内に複数目標が存在する状況において、角度検出誤差を少なくかつ効率的に目標方向の角度を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係わるレーダ装置は、目標物体の存在する方向、速度、或いは距離などを測定、捕捉、追尾するレーダ装置において、受信信号に対しモノパルス演算を実施しΣ信号とΔ信号を形成し、得られたΣ信号及びΔ信号から目標存在方向を検出するモノパルス測角方式と、高分解能信号処理演算を実施し目標存在角度を検出する高分解能測角方式とを有し、モノパルス測角方式により算出した角度誤差結果から目標存在数を判定し、この判定結果から高分解能測角方式を選定する回路を備えたことを特徴とする装置である。
【０００９】
第２の発明に係わるレーダ装置は、第１の発明において、高分解能測角方式を選定するための基準となる目標存在数を判定する際、目標の種類を分別するための情報として参照する類別情報記憶器を備えたことを特徴とする装置である。
【００１０】
第３の発明に係わるレーダ装置は、第２の発明において、目標情報を収集、記憶する目標情報記憶器と、高分解能信号処理演算を実施する複数の高分解能処理器を有するマルチ高分解能処理器と、記憶された目標情報から、運用時の状況に応じた高分解能信号処理演算を選定する方式選定回路と、選定された高分解能信号処理演算により算出する角度誤差結果を記憶する記憶器Ｂを備えたことを特徴とする装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の構成を示す図である。図において、１は発振器、２は送信機、３は送信アンテナ、４はアレーアンテナ、５は低雑音増幅器、６は合成器、７はＡ／Ｄ変換器、８は低雑音増幅器と合成器６とＡ／Ｄ変換器７をまとめ総称した受信モジュール、９はデジタルビームフォーマ、１０はモノパルス演算器、１１は角度検出器、１２は表示器、１３はセレクタ回路、１４は角度記憶器Ａ、１５は目標存在数検出器、１６は高分解能処理器、１７は角度記憶器Ｂ、１８は選定回路である。
【００１２】
次に図１を用いて上記実施の形態の動作を説明する。発振器１で、一定の周波数の信号ｆＲＦが発生され、送信機２にて、一定の繰り返し周期で周波数変調及び電力増幅され、送信アンテナ３を介して目標に向けられて電波が放射される。目標からの反射信号はアレーアンテナ４の各素子アンテナＡ＃１〜Ａ＃ｎで受信され、受信モジュール８の各受信モジュールＲＭ＃１〜ＲＭ＃ｎに入力される。各受信モジュールＲＭ＃１〜ＲＭ＃ｎ内部では、低雑音増幅器５にて、電力増幅され、合成器６にて、周波数変換され、Ａ／Ｄ変換器７にて、アナログ信号からデジタル信号に変換され、デジタル信号Ｓ1〜Ｓｎとして出力される。デジタルビームフォーマ９において、デジタル演算処理である離散フーリエ変換処理が実施され、これにより受信マルチビームが形成される。この形成された受信ビームに対し、モノパルス演算器１０において、モノパルス演算処理が実施されΣ信号とΔ信号を形成し、角度検出器１１において、Σ信号とΔ信号の比から誤差電圧が求められ、アンテナボアサイト方向からの角度誤差Δεmを検出し、目標方向の角度を算出し、表示器１２にて、出力表示される。
【００１３】
角度検出器１１でモノパルス演算器１０の出力Σ信号とΔ信号の比を算出し誤差電圧を求める際、仮に図６（ａ）に示すように同一ビーム内に２目標存在した場合、誤差電圧の実数部は数１で虚数部は数２で示される。
【００１４】
【数１】
0003829659.tif 000002
【００１５】
ここで、θｉは目標Ａと目標Ｂとの合成波の到来角、θaは目標Ａからの到来角、Δθは目標Ａと目標Ｂの到来角の角度差、Φは目標Ａと目標ＢのΣ信号の相対位相、Ｐは目標Ａと目標Ｂの合成したΣ信号の振幅比である。
【００１６】
【数２】
0003829659.tif 000003
【００１７】
ここで、目標が単一目標である場合、つまり目標Ａと目標Ｂが同じ位置の場合、２目標間の角度差Δθは０であり、誤差電圧は数１、数２より（実数部,虚数部）＝（θa，０）となり、実数値を持つ値となる。しかし、２目標の場合には数２より虚数部にも値を持つこととなる。
【００１８】
この発明に係わるレーダ装置においては、更に角度検出器１１で算出された誤差電圧の実数部と虚数部の出力結果を時系列に角度記憶器Ａ１４に記憶し、目標存在数検出器１５にて時系列毎の虚数部の出力結果を観測する。ここで、観測値として「０」が連続して出力されれば単一目標として判断し、目標存在数検出器１５からセレクタ回路１３に「０」の信号を出力し、また、観測値が「０」以外の値、もしくは変動する場合には複数目標として判断し、目標存在数検出器１５からセレクタ回路１３に「１」の信号を出力し、更に、観測値が「０」近傍で小さく変動する場合には不定として判断し、目標存在数検出器１５からセレクタ回路１３に「−１」の信号を出力する。
【００１９】
また、セレクタ回路１３ではデジタル信号Ｓ1〜Ｓｎが出力される経路の切換が実施され、目標存在数検出器１５から「０」の信号が出力された場合、デジタルビームフォーマ９へ出力するよう経路が切り換えられ、目標存在数検出器１５から「１」の信号が出力された場合、高分解能処理器１６へ出力するよう経路が切り換えられ、目標存在数検出器１５から「−１」の信号が出力された場合、デジタルビームフォーマ９と高分解能処理器１６の両方へ出力するよう経路が切り換えられる。
【００２０】
次に、高分解能処理器１６へ経路が切り換えられた場合、各受信モジュールＲＭ＃１〜ＲＭ＃ｎで出力されたデジタル信号Ｓ1〜Ｓｎは、高分解能処理器１６で高分解能信号処理演算（例えば、公開番号 特開平１０−０６２５０６ 「測角装置」に公開されている測角アルゴリズム等）が実施され、高分解能な測角値が算出され、角度記憶器Ｂ１７に記憶される。ただし、高分解能信号処演算はモノパルス演算より演算量が多く、処理に要する時間が長くなる。そのため、時々刻々変化する目標の捕捉、追尾を実施するレーダ装置としては、高分解能測角方式のみの機能を有したレーダ装置、または、高分解能測角方式のみを使用した場合では、高分解能な測角を得ることは可能となるが、常時、処理負荷がかかる演算を実施しなければならないため、運用の点では効率が低下してしまう。
【００２１】
選定回路１８では、角度記憶器Ａ１１に記憶された実数部の出力結果と、角度記憶器Ｂ１７からの出力結果を比較照合し、目標方向の角度が算出され、表示器１２にて、角度表示される。
【００２２】
また、本実施の形態では、目標存在数検出器１５の出力について、単一目標と判断したら「０」、複数目標と判断したら「１」、不定目標と判断したら「−１」を設定しているが、目標存在数検出以後のアルゴリズムに応じて、適宜「１」と「２」及び「３」等と設定しても本発明と同等の効果が得られる。
【００２３】
この発明により、得られた目標存在数検出信号を基に、単一目標が存在する場合には従来のモノパルス測角方式に切り換え、複数目標が存在する場合には角度分解能を向上させる高分解能測角方式に切り換えることができるため、同一ビーム内に存在する複数目標に対し、角度検出誤差を少なく検出可能となる。更に、上記２種類の測角方式を切り換えて運用するため、処理負荷のかかる高分解能測角方式を常時使用する必要がなく、レーダ装置として効率的な運用が可能となる。
【００２４】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２の構成を示す図である。図において、１〜１８は実施の形態１と同一のものであるため、説明は省略する。１９は類別情報記憶器であり、目標の類識別情報を記憶する回路である。実施の形態１では、目標存在数検出器１５の出力結果を得るのに、角度検出器１１の結果により決定するのに対し、実施の形態２では、更に目標類識別情報も使用し目標存在数を決定するものである。
【００２５】
次に図２を用いて上記実施の形態の動作を説明する。１〜１４，１６〜１８の送受信、モノパルス測角処理、高分解能測角処理は実施の形態１と同一である。
【００２６】
ここで、この発明に係わるレーダ装置においては、更に類別情報記憶器１９により、目標の形状情報、例えば、飛しょう体、航空機、艦船等の目標画像の情報が記憶され、目標に対応して飛しょう体であれば「１」、航空機であれば「０」、艦船であれば「−１」を出力し、目標存在数検出器１５に入力される。目標存在数検出器１５では、上記類別情報記憶器１９の出力結果と、角度記憶器Ａ１４の出力結果から、運用時に事象の起こり得る確率を考慮に入れた目標存在数を判定するための判定表が作成される。表１は判定表の一例である。
【００２７】
【表１】
0003829659.tif 000004
【００２８】
表１の判定表より単一目標と判定したら「０」、複数目標と判定したら「１」、不定目標と判定したら「−１」を目標存在数検出器１５から出力するものとする。
【００２９】
また、本実施の形態では、目標存在数検出器１５の出力について、単一目標と判断したら「０」、複数目標と判断したら「１」、不定目標と判断したら「−１」を設定しているが、目標存在数検出以後のアルゴリズムに応じて、適宜「１」と「２」及び「３」等にと設定しても本発明と同等の効果が得られることは、実施の状態１と同じである。
【００３０】
この発明により、運用時に事象の起こり得る確率を考慮に入れた判定表により目標存在数検出信号を生成するため、より確実に目標存在数検出の規定が可能となる。その結果、単一目標が存在する場合には従来のモノパルス測角方式に、複数目標が存在する場合には角度分解能を向上させる高分解能測角方式に切り替えることができるため、同一ビーム内に存在する複数目標に対し、角度検出誤差を少なく検出可能となる。更に、上記２種類の測角方式を切り換え運用するため、処理負荷のかかる高分解能測角方式を常時使用する必要がなく、レーダ装置として効率的な運用が可能となる。
【００３１】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３の構成を示す図である。図において、１〜１５，１７〜１９は実施の形態２と同一のものであるため、説明は省略する。２０は目標情報記憶器であり、外部システムから提供される目標の速度、距離等の初期情報を記憶する回路、２１は高分解能処理器１〜ｋのうち最適な一つを選択するための方式選定回路、２２は複数の高分解能信号処理演算を実施する高分解能処理器１〜ｋを有したマルチ高分解能処理器である。実施の形態２では、目標存在数検出器１５の出力について、複数目標と判定した時、一つの固定した高分解能信号処理演算を使用し、高分解能測角処理を実施するものであったが、実施の形態３では、複数の高分解能処理器を有し、外部システムから提供される目標情報から最適な高分解能信号処理演算を選定し実施するものである。
【００３２】
次に図３を用いて上記実施の形態の動作を説明する。１〜１５，１７〜１９の送受信、モノパルス測角処理、目標存在数検出処理は実施の形態２と同一である。
【００３３】
ここで、この発明に係わるレーダ装置においては、更に目標情報記憶器２０に外部システムから提供される目標の速度、位置等の初期情報が記憶される。方式選定回路２１では、目標情報記憶器２０と類別情報記憶器１９の出力結果から、マルチ高分解能処理器２２の高分解能処理器１〜ｋのうち最適な処理器が選定され、選定信号が出力される。マルチ高分解能処理器２２では、方式選定回路２１で選定された高分解能処理器で高分解能信号処理演算が実施され、測角値Δεsが算出される。角度記憶器Ｂ１７では、マルチ高分解能処理器２２で出力された測角値Δεsが時系列に記憶され、選定回路１９において、角度記憶器Ａ１４の測角値Δεmと角度記憶器Ｂ１７の測角値Δεsの一方が選定される。
【００３４】
なお、本実施の形態における高分解能処理器１〜ｋで実施される高分解能信号処理演算は、例えば、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ：以下 ＥＳＰＲＩＴ）、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ：以下 ＭＵＳＩＣ）、最尤推定法等であり、その演算方式の特徴として、処理速度についてはＥＳＰＲＩＴ＞ＭＵＳＩＣ＞最尤推定法、測角精度についてはＥＳＰＲＩＴ＜ＭＵＳＩＣ＜最尤推定法の関係があげられる。方式選定回路２１の出力として、高速目標であるなら処理方式としてＥＳＰＲＩＴを選定するため「１」を出力し、遠距離目標であるなら処理方式としてＭＵＳＩＣを選定するため「２」を出力し、類識別結果で分離した目標の高精度な測角情報が必要な場合、処理方式として最尤推定法を選定するため「３」を出力する。なお、使用する高分解能信号処理演算及び選定基準等については、適宜設計者が選択する必要がある。
【００３５】
この発明により、得られた目標存在数検出信号を基に、単一目標が存在する場合には従来のモノパルス測角方式に、複数目標が存在する場合には角度分解能を向上させる高分解能測角方式に切り換えることができるため、同一ビーム内に存在する複数目標に対し、角度検出誤差を少なく検出可能となる。更に、上記２種類の測角方式を切り換えて運用するため、処理負荷のかかる高分解能測角方式を常時使用する必要がなく、レーダ装置として効率的な運用が可能となる。
【００３６】
更に、高分解能測角方式の場合、目標の類識別情報と外部システムから提供される目標情報の双方により、可変に高分解能信号処理演算を選択実施するため、運用時の状況に応じ、例えば、高速目標のため短時間で演算処理を実施しなければならない時、時間的余裕はあるが精度良く測角する必要がある時等、高分解能信号処理演算の特徴に応じた高分解能信号処理方式を選定可能となる。そのため、高分解能測角方式を選択した場合においても、効率的に測角値を得ることが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、得られた目標存在数検出結果を基に測角方式を可変に選択できるため、同一ビーム内に存在する複数目標に対し、角度検出誤差を少なく検出可能となる。更に、可変に選択できることにより、処理負荷のかかる高分解能測角方式を常時使用する必要がなく、レーダ装置として効率的な運用が可能となる。
【００３９】
また、複数目標と判定時に外部システムから提供される目標情報により、可変に高分解能信号処理方式を選択、実施するため、高分解能測角方式を選択した場合においても、より効率的に測角値を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１の構成を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態２の構成を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態３の構成を示す図である。
【図４】  従来のレーダ装置の構成を示す図である。
【図５】  モノパルスによる測角の基本原理を示す概念図である。
【図６】  同一ビーム内に目標Ａ，Ｂが存在する時を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 発振器、 ２ 送信機、 ３ 送信アンテナ、 ４ アレーアンテナ、
５ 低雑音増幅器、 ６ 合成器、 ７ Ａ／Ｄ変換器、 ８ 受信モジュール、
９ デジタルビームフォーマ、 １０ モノパルス演算器、 １１ 角度検出器、
１２ 表示器、 １３ セレクタ回路、 １４ 角度記憶器Ａ、
１５ 目標存在数検出器、 １６ 高分解能処理器、 １７ 角度記憶器Ｂ、
１８ 選定回路、 １９ 類別情報記憶器、 ２０ 目標情報記憶器、
２１ 方式選定回路、 ２２ マルチ高分解能処理器
【図１】
0003829659.tif 000005
【図２】
0003829659.tif 000006
【図３】
0003829659.tif 000007
【図４】
0003829659.tif 000008
【図５】
0003829659.tif 000009
【図６】
0003829659.tif 000010