(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球上空を飛翔する飛翔体に搭載され、複数の航法衛星が発生する信号を受信するアンテナと、
前記信号を処理して前記航法衛星の採用する座標系における前記飛翔体の位置座標を算出し、前記飛翔体の位置座標をレーダー計算機に送信する航法衛星信号受信機と、
地球上の位置情報を前記航法衛星の採用する座標系に置き換える変換データと地球上の観測目標の位置情報とを格納し、前記観測目標の位置情報を前記航法衛星の採用する座標系における位置座標に変換してレーダー計算機に送信するデータベースと、
前記航法衛星信号受信機からの前記飛翔体の位置座標と、前記データベースからの観測目標の位置座標とを用いて、前記飛翔体から前記観測目標に対する位置ベクトルを算出しアンテナ制御機に送信するレーダー計算機と、
前記飛翔体に設けられた観測用アンテナの指向方向を、前記レーダー計算機からの前記位置ベクトルに一致するよう制御するアンテナ制御機とを備えたことを特徴とするレーダー装置。
【請求項２】
地球上空を飛翔する飛翔体に搭載され、複数の航法衛星が発生する信号を受信するアンテナと、
前記信号を処理して前記航法衛星の採用する座標系における前記飛翔体の位置座標を算出し、前記飛翔体の位置座標をレーダー計算機に送信する航法衛星信号受信機と、
地球上の位置情報を前記航法衛星の採用する座標系に置き換える変換データと地球上の観測目標の位置情報とを格納し、前記観測目標の位置情報を前記航法衛星の採用する座標系における位置座標に変換してレーダー計算機に送信するデータベースと、
前記航法衛星信号受信機からの前記飛翔体の位置座標と、前記データベースからの観測目標の位置座標とを用いて前記飛翔体と前記観測目標との距離を求め、前記距離に基いて前記飛翔体に設けられた観測用アンテナから出力する送信信号のＰＲＦ（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を算出するレーダー計算機とを備えたことを特徴とするレーダー装置。
【請求項３】
地球上空を飛翔する飛翔体に搭載され、複数の航法衛星が発生する信号を受信するアンテナと、
前記信号を処理して前記航法衛星の採用する座標系における前記飛翔体の位置座標を算出し、前記飛翔体の位置座標をレーダー計算機に送信する航法衛星信号受信機と、
地球楕円体モデルの様々な赤道半径と極半径と、地球上の観測目標の位置座標とを格納し、前記観測目標の位置座標と前記地球楕円体モデルの最適な赤道半径と極半径とをレーダー計算機に送信するデータベースと、
前記データベースからの前記観測目標の位置座標を、前記データベースからの前記赤道半径と前記極半径とを用いて前記地球楕円体モデルにおける位置座標に変換し、変換した前記観測目標の位置座標と前記航法衛星信号受信機からの前記飛翔体の位置座標とにより前記飛翔体と前記観測目標との距離を求め、前記距離に基いて前記飛翔体に設けられた観測用アンテナから出力する送信信号のＰＲＦ（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を算出するレーダー計算機とを備えたことを特徴とするレーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人工衛星、航空機、飛行船及び気球などの飛翔体に搭載され、地球を観測するレーダー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のレーダー装置を説明するための図であり、図において１は地球上空を飛行する飛翔体、２は上記飛翔体１に搭載され、飛翔体の位置情報を示す信号を受信するアンテナ、３は上記アンテナ２で受信した信号を処理して位置座標を解析する航法衛星信号受信機、４は上記航法衛星信号受信機３からの位置情報を受信し、観測パラメータを計算するレーダー計算機、５は上記レーダー計算機４からアンテナ指向情報を受信し、観測用アンテナの指向方向を変更するアンテナ制御機、６は電波伝播時間を利用して距離を測定するための電波を発生する、軌道上位置が既知の複数の航法衛星、７は地球、９は観測用アンテナ、１１は観測目標、１２は飛翔体高度、１３は飛翔体直下点、１４はアンテナ指向角、１５は飛翔体と観測目標間の距離、１６は飛翔体直下点と観測目標間の距離である。
【０００３】
従来のレーダー装置では、航法衛星信号受信機３が、アンテナ２の受信した航法衛星６の発信する電波より飛翔体１の位置座標を算出し、レーダー計算機４に送信する。レーダー計算機４では上記位置座標より地球の中心からの距離と地球半径の差より求めた飛翔体の対地高度１２と、飛翔体直下点１３と観測目標１１（固定目標）の緯度、経度情報から求めた距離１６よりアンテナ指向角１４を算出し、アンテナ制御機５に送信する。アンテナ制御機５では現状の観測用アンテナ９の指向角を目標のアンテナ指向角１４に一致させることで、観測目標１１をレーダーに捕らえるよう制御を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダー装置の中で、レーダー計算機の算出する飛翔体高度は飛翔体直下点の緯度に係わらず一定となるが、実際の飛翔体高度は地球の楕円体効果に依存して両極点近辺では高く、赤道近辺では低く変化するため、十分精度の高いアンテナ指向角の算出ができないという課題があった。またＰＲＦ（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の設定値は飛翔体と観測目標との距離に依存する事から、アンテナ指向角の誤差が飛翔体と観測目標との距離に誤差を持たせ、ＰＲＦの設定値を劣化させていた。このため従来のレーダー装置では、地上に設置した位置座標の明確な基準点から衛星までの距離と角度を計測し、飛翔体高度の補正を行うなどの手段を用いねばならないという課題があった。
【０００５】
この発明によるレーダー装置は上記のような課題を解決するためになされたもので、観測目標の位置座標と飛翔体の位置座標よりアンテナ指向角及びＰＲＦの設置値を直接計算することにより、観測精度の高いレーダー装置を提供する。また位置座標の不明な観測目標に対しては地球楕円体モデルによる位置座標計算を行うことにより、観測精度の高いレーダー装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるレーダー装置は地球上空を飛翔する飛翔体、上記飛翔体に搭載され飛翔体の位置情報を示す信号を受信するアンテナ、上記アンテナで受信した信号を処理して位置座標を解析する航法衛星信号受信機、観測目標に対する観測パラメータを計算するレーダー計算機、上記レーダー計算機からアンテナ指向情報を受信し、観測用アンテナの指向方向を変更するアンテナ制御機、及び電波伝播時間を利用して距離を測定するための電波を発生する、軌道上位置が既知の複数の航法衛星とにより構成し、かつ観測目標の位置座標を格納したデータベースを具備し、上記観測目標の位置座標と飛翔体の位置座標より、飛翔体から見た観測目標に対する指向ベクトルを求め、この指向ベクトルと観測用アンテナの指向ベクトルとが一致するように制御を行うアンテナ制御機を具備したものである。
【０００７】
また第２の発明によるレーダー装置は地球上空を飛翔する飛翔体、上記飛翔体に搭載され飛翔体の位置情報を示す信号を受信するアンテナ、上記アンテナで受信した信号を処理して位置座標を解析する航法衛星信号受信機、上記航法衛星信号受信機から衛星位置座標を受信し、観測目標に対する観測パラメータを計算するレーダー計算機、及び電波伝播時間を利用して距離を測定するための電波を発生する、軌道上位置が既知の複数の航法衛星とにより構成し、かつ観測目標の位置座標を格納したデータベースを具備し、上記観測目標の位置座標と飛翔体の位置座標より、飛翔体と観測目標間の距離を解析し、観測用アンテナから出力する送信信号のＰＲＦを上記距離より算出するレーダー計算機を具備したものである。
【０００８】
また第３の発明によるレーダー装置は地球上空を飛翔する飛翔体、上記飛翔体に搭載され飛翔体の位置情報を示す信号を受信するアンテナ、上記アンテナで受信した信号を処理して位置座標を解析する航法衛星信号受信機、上記航法衛星信号受信機から衛星位置情報を受信し、観測目標に対する観測パラメータを計算するレーダー計算機、及び電波伝播時間を利用して距離を測定するための電波を発生する、軌道上位置が既知の複数の航法衛星とにより構成し、かつ地球楕円体モデルの赤道半径と、極半径を格納したデータベースを具備し、位置座標が不明確な観測目標に対しデータベース内の地球楕円体モデルにより位置座標を計算し、飛翔体の位置座標より解析した飛翔体と観測目標間の距離を用い、観測用アンテナから出力する送信信号のＰＲＦを上記距離より算出するレーダー計算機を具備したものである。
【０００９】
【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を示す構成図であり、図において１は地球上空を飛行する飛翔体、２は上記飛翔体１に搭載され、飛翔体の位置情報を示す信号を受信するアンテナ、３は上記アンテナ２で受信した信号を処理して位置座標を解析する航法衛星信号受信機、４は上記航法衛星信号受信機３からの位置座標を受信し、観測パラメータを計算するレーダー計算機、５は上記レーダー計算機４からアンテナ指向情報を受信し、観測用アンテナの指向方向を変更するアンテナ制御機、６は電波伝播時間を利用して距離を測定するための電波を発生する、軌道上位置が既知の複数の航法衛星、７は地球、８は観測目標の位置座標を格納したデータベース、９は観測用アンテナ、１０は観測目標を示すベクトル、１１は観測目標である。図において航法衛星信号受信機３ではアンテナ２で受信した信号を処理し、航法衛星６の採用する座標系における飛翔体１の位置座標を算出し、レーダー計算機４に送信する。また、データベース８は、地上の緯度、経度情報を航法衛星６の採用する座標系に置き換える変換データを持っており、指示された観測目標の緯度、経度を航法衛星６の採用する座標系における位置座標に変換し、レーダー計算機４に送信する。レーダー計算機４では、観測目標の位置座標を飛翔体１を中心とする座標系における観測目標の位置ベクトルに置き換える計算を行い、目標ベクトル１０としてアンテナ制御機５に送信する。アンテナ制御機５では観測用アンテナ９の指向ベクトルを目標ベクトル１０と一致するよう制御することで、観測用アンテナ９を観測目標１１に対し指向することになる。
【００１０】
次に発明の形態１における飛翔体内の処理について図２により説明する。図において１は地球上空を飛行する飛翔体、２は上記飛翔体１に搭載され、飛翔体の位置情報を示す信号を受信するアンテナ、３は上記アンテナ２で受信した信号を処理して位置座標を解析する航法衛星信号受信機、４は観測パラメータを計算するレーダー計算機、５は上記レーダー計算機４からアンテナ指向情報を受信し、観測用アンテナの指向方向を変更するアンテナ制御機、６は電波伝播時間を利用して距離を測定するための電波を発生する、軌道上位置が既知の複数の航法衛星、８は観測目標の位置座標を格納したデータベース、９は観測用アンテナである。図においてアンテナ２で受信された航法衛星６からの衛星データは航法衛星信号受信機３に送られる。処理１として航法衛星信号受信機３において衛星データより飛翔体１の位置座標の算出を行い、レーダー計算機４に送信する。処理２としてデータベース８において、観測目標の緯度、経度を位置座標に変換しレーダー計算機４に送信する。処理３としてレーダー計算機４においてデータベース８からの観測目標に位置座標を、飛翔体１を中心とする座標系での観測目標に対するベクトルに置き換えるベクトル計算を行い、アンテナ制御機５に送信する。処理４としてアンテナ制御機５において観測用アンテナ９の現状の指向ベクトルを上記処理３にて算出した目標ベクトルに一致するよう制御する事で観測目標に対しアンテナを指向することが可能となる。
例として、飛翔体１の位置座標をｈ、観測目標の緯度をφ、経度をθ、位置座標をｌとした時の目標ベクトルＲ￣は以下のように表される。
【００１１】
【数１】
0003740871.tif 000002
【００１２】
実施の形態２．
図１はこの発明の実施の形態２を示す構成図であり、図において１は地球上空を飛行する飛翔体、２は上記飛翔体１に搭載され、飛翔体の位置情報を示す信号を受信するアンテナ、３は上記アンテナ２で受信した信号を処理して位置座標を解析する航法衛星信号受信機、４は上記航法衛星信号受信機からの位置座標を受信し、観測パラメータを計算するレーダー計算機、５は上記レーダー計算機からアンテナ指向情報を受信し、観測用アンテナの指向方向を変更するアンテナ制御機、６は電波伝播時間を利用して距離を測定するための電波を発生する、軌道上位置が既知の複数の航法衛星、７は地球、８は観測目標の位置座標および地球楕円体モデルを格納したデータベース、９は観測用アンテナ、１０は観測目標を示すベクトル、１１は観測目標である。図において航法衛星信号受信機３ではアンテナ２で受信した信号を処理し、航法衛星６の採用する座標系における飛翔体１の位置座標を算出し、レーダー計算機４に送信する。また、データベース８は、地上の緯度、経度情報を航法衛星６の採用する座標系に置き換える変換データを持っており、指示された観測目標の緯度、経度を航法衛星６の採用する座標系における位置座標に変換し、レーダー計算機に送信する。レーダー計算機４では、観測目標の位置座標を飛翔体１を中心とする座標系における観測目標の位置ベクトルに置き換える計算を行い、そのスカラー量を求めることにより飛翔体１と観測目標１１間の距離を算出し、ＰＲＦを算出する。
【００１３】
次に発明の形態２における飛翔体内の処理について図３により説明する。図において１は地球上空を飛行する飛翔体、２は上記飛翔体１に搭載され、飛翔体の位置情報を示す信号を受信するアンテナ、３は上記アンテナ２で受信した信号を処理して位置座標を解析する航法衛星信号受信機、４は観測パラメータを計算するレーダー計算機、５は上記レーダー計算機からアンテナ指向情報を受信し、観測用アンテナの指向方向を変更するアンテナ制御機、６は電波伝播時間を利用して距離を測定するための電波を発生する、軌道上位置が既知の複数の航法衛星、８は観測目標の位置座標を格納したデータベース、９は観測用アンテナである。図においてアンテナ２で受信された航法衛星６からの衛星データは航法衛星信号受信機３に送られる。処理１として航法衛星信号受信機３において衛星データより飛翔体１の位置座標の算出を行い、レーダー計算機４に送信する。処理２としてデータベース８において、観測目標の緯度、経度を位置座標に変換しレーダー計算機４に送信する。処理３としてレーダー計算機４においてデータベース８からの観測目標の位置座標より飛翔体１を中心とする座標系での観測目標に対するベクトルを求め、ベクトル値をスカラー量に変換することで飛翔体と観測目標間の距離を算出する。処理４としてレーダー計算機４において上記処理２にて算出した距離よりＰＲＦを算出する。上記処理１から４を繰り返し行う事により地球の楕円体効果により変動するＰＲＦを最適値に設定することが可能となる。例として、飛翔体１の位置座標をｈ、観測目標の緯度をφ、経度をθ、位置座標をｌとした時のＰＲＦは、以下の条件１〜３を満足する範囲内から選定される。
【００１４】
【数２】
0003740871.tif 000003
【００１５】
実施の形態３．
図１はこの発明の実施の形態３を示す構成図であり、図において１は地球上空を飛行する飛翔体、２は上記飛翔体１に搭載され、飛翔体の位置情報を示す信号を受信するアンテナ、３は上記アンテナ２で受信した信号を処理して位置座標を解析する航法衛星信号受信機、４は上記航法衛星信号受信機３からの位置座標を受信し、観測パラメータを計算するレーダー計算機４、５は上記レーダー計算機からアンテナ指向情報を受信し、観測用アンテナの指向方向を変更するアンテナ制御機、６は電波伝播時間を利用して距離を測定するための電波を発生する、軌道上位置が既知の複数の航法衛星、７は地球、８は観測目標の位置座標および地球楕円体モデルの赤道半径と極半径を格納したデータベース、９は観測用アンテナ、１０は観測目標を示すベクトル、１１は観測目標である。図において航法衛星信号受信機３ではアンテナ２で受信した信号を処理し、航法衛星６の採用する座標系における飛翔体１の位置座標を算出し、レーダー計算機４に送信する。また、データベース８は、地上の緯度、経度及び対応する地球楕円体モデルの赤道半径、極半径のデータをレーダー計算機に送信する。レーダー計算機４では、これらの情報により観測目標の緯度、経度を航法衛星６の採用する座標系における位置座標に変換し、観測目標の位置座標を飛翔体１を中心とする座標系における観測目標の位置ベクトルに置き換える計算を行い、そのスカラー量を求めることにより飛翔体１と観測目標１１間の距離を算出し、ＰＲＦを算出する。
【００１６】
次に発明の形態３における飛翔体内の処理について図４により説明する。図において１は地球上空を飛行する飛翔体、２は上記飛翔体１に搭載され、飛翔体の位置情報を示す信号を受信するアンテナ、３は上記アンテナ２で受信した信号を処理して位置座標を解析する航法衛星信号受信機、４は観測パラメータを計算するレーダー計算機、５は上記レーダー計算機４からアンテナ指向情報を受信し、観測用アンテナの指向方向を変更するアンテナ制御機、６は電波伝播時間を利用して距離を測定するための電波を発生する、軌道上位置が既知の複数の航法衛星、８は観測目標の位置座標を格納したデータベース、９は観測用アンテナである。図においてアンテナ２で受信された航法衛星６からの衛星データは航法衛星受信機３に送られる。処理１として航法衛星受信機３において衛星データより飛翔体の位置座標の算出を行い、レーダー計算機４に送信する。処理２としてデータベース８において、観測目標の緯度、経度及び地球楕円体モデルの最適な赤道半径、極半径を選択し、レーダー計算機４に送信する。処理３としてレーダー計算機４においてデータベース８からの緯度、経度より観測目標の位置座標を算出し、飛翔体１を中心とする座標系での観測目標に対するベクトルを求め、ベクトル値をスカラー量に変換することで飛翔体と観測目標間の距離を算出する。処理４としてレーダー計算機４において上記処理２にて算出した距離よりＰＲＦを算出する。上記処理１から４を繰り返し行う事により地球の楕円体効果により変動するＰＲＦを最適値に設定することが可能となる。
例として、飛翔体１の位置座標をｈ、観測目標の緯度をφ、経度をθ、位置座標をｌとした時のＰＲＦは、以下の条件１〜３を満足する範囲内から選定される。
【００１７】
【数３】
0003740871.tif 000004
【００１８】
【発明の効果】
第１の発明によれば、航法衛星の採用する座標系における飛翔体の位置座標と観測目標の位置座標より観測用アンテナの指向制御を行う事から、地球の楕円体効果による影響を受けることなく、アンテナの指向制御が可能になるという効果がある。
【００１９】
第２の発明によれば、航法衛星の採用する座標系における飛翔体の位置座標と観測目標の位置座標よりＰＲＦの算出を行うことから、地球の楕円体効果による影響を受けることなく、観測パラメータの設定が可能になるという効果がある。
【００２０】
第３の発明によれば、地球上のエリア毎に決る地球楕円体モデルの赤道半径、極半径と緯度、経度の関係のデータベース化という限られた情報により実現可能であり、かつ経度航法衛星の採用する座標系における飛翔体の位置座標と観測目標の位置座標よりＰＲＦの算出を行うことから、地球の楕円体効果による影響を受けることなく、観測パラメータの設定が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によるレーダー装置の実施の形態１から３を示す図である。
【図２】  この発明によるレーダー装置の実施の形態１における飛翔体内の処理を示す図である。
【図３】  この発明によるレーダー装置の実施の形態２における飛翔体内の処理を示す図である。
【図４】  この発明によるレーダー装置の実施の形態３における飛翔体内の処理を示す図である。
【図５】  従来のレーダー装置を示す図である。
【符号の説明】
１  飛翔体、２  アンテナ、３  航法衛星信号受信機、４  レーダー計算機、５  アンテナ制御機、６  航法衛星、７  地球、８  データベース、９  観測用アンテナ、１０  目標ベクトル、１１  観測目標、１２  飛翔体高度、１３  飛翔体直下点、１４  アンテナ指向角、１５  飛翔体−観測目標間距離、１６  飛翔体直下点−観測目標間距離。
【図１】
0003740871.tif 000005
【図２】
0003740871.tif 000006
【図３】
0003740871.tif 000007
【図４】
0003740871.tif 000008
【図５】
0003740871.tif 000009