図面 (/)

技術 レーダ装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 伊藤聡宏山田哲太郎若山俊夫和泉秀幸村山暁
出願日 2015年9月30日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2015-193827
公開日 2017年4月6日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-067623
状態 特許登録済
技術分野 レーダ方式及びその細部
主要キーワード 小信号電力 位相重み 推定位置情報 和パターン 振幅重み 合計個数 誤差分布 過去複数
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年4月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (15)

課題

観測対象目標が開口方位付近に存在している場合でも、精度よく目標を検出することができるレーダ装置を得ることを目的とする。

解決手段

観測可能角度領域(1)と観測可能角度領域(2)の間の領域である観測可能角度領域(3)に対応している信号処理部13を設け、観測対象の目標が観測可能角度領域(3)に存在している可能性が高ければ、信号処理部13が、AD変換器3,4により変換されたデジタル信号xk(t)(k=1,2,・・・,K)を用いるデジタルビームフォーミングを実行して目標を検出する。

概要

背景

以下の非特許文献1には、アレーアンテナを構成している素子アンテナ受信信号デジタル信号に変換する複数のAD変換器と、複数のAD変換器により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成して、目標を検出する信号処理部とから構成されているレーダ装置が開示されている。

ただし、1つのアレーアンテナでは、360度の角度覆域全体を監視することが困難であるため、開口面が互いに異なる方向に指向されている複数のアレーアンテナを用意し、レーダ装置がアレーアンテナ毎に信号処理部を実装している構成が一般的である。
例えば、アンテナ正面方向(開口面の法線方向)が0度のアレーアンテナ、90度のアレーアンテナ、180度のアレーアンテナ、270度のアレーアンテナを用意している場合、4個の信号処理部を実装している。
なお、デジタルビームフォーミングによるアレーアンテナのビーム指向方位がアンテナ正面方向であるときに、アレーアンテナの利得が最大(信号の受信電力が最大)となるように、アレーアンテナが設置されるのが一般的である。

概要

観測対象の目標が開口方位端付近に存在している場合でも、精度よく目標を検出することができるレーダ装置を得ることを目的とする。観測可能角度領域(1)と観測可能角度領域(2)の間の領域である観測可能角度領域(3)に対応している信号処理部13を設け、観測対象の目標が観測可能角度領域(3)に存在している可能性が高ければ、信号処理部13が、AD変換器3,4により変換されたデジタル信号xk(t)(k=1,2,・・・,K)を用いるデジタルビームフォーミングを実行して目標を検出する。

目的

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、観測対象の目標が開口方位端付近に存在している場合でも、精度よく目標を検出することができるレーダ装置を得ることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

開口面が互いに異なる方向に向けられている複数のアレーアンテナと、前記アレーアンテナ毎に設けられており、当該アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナ受信信号を用いて、当該アレーアンテナによって目標観測することが可能な角度領域のうち、2つの開口方位端における角度領域の内側の領域である観測可能角度領域内に存在している目標を検出する複数の第1の信号処理部と、前記複数のアレーアンテナのうち、いずれか2つのアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの受信信号を用いて、前記2つのアレーアンテナの観測可能角度領域の間の領域内に存在している目標を検出する1つ以上の第2の信号処理部とを備えたレーダ装置

請求項2

前記複数のアレーアンテナのうち、いずれかのアレーアンテナの観測可能角度領域内に目標が存在している可能性があれば、当該アレーアンテナに対応している第1の信号処理部に対して目標の検出処理の実行を指示し、前記いずれか2つのアレーアンテナの観測可能角度領域の間の領域内に目標が存在している可能性があれば、前記2つのアレーアンテナに対応している第2の信号処理部に対して目標の検出処理の実行を指示する制御部を備えたことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。

請求項3

前記アレーアンテナを構成している素子アンテナの受信信号をデジタル信号に変換する複数のアナログデジタル変換器が設けられており、前記複数のアナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号が、前記アレーアンテナに対応している第1及び第2の信号処理部に与えられることを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーダ装置。

請求項4

前記アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナがグループ分けされており、同一グループ内の素子アンテナの受信信号を合成する複数の混合器と、前記混合器により合成された受信信号をデジタル信号に変換する複数のアナログデジタル変換器とが設けられており、前記複数のアナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号が、前記アレーアンテナに対応している第1及び第2の信号処理部に与えられることを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーダ装置。

請求項5

前記第2の信号処理部は、前記2つのアレーアンテナのうち、一方のアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの受信信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行する第1のデジタルビームフォーミング部と、前記2つのアレーアンテナのうち、他方のアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの受信信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行する第2のデジタルビームフォーミング部と、前記第1及び第2のデジタルビームフォーミング部によるデジタルビームフォーミングの実行結果から前記目標を検出する目標検出部とから構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーダ装置。

請求項6

前記第1及び第2の信号処理部は、前記目標を検出する処理として、前記目標の測角処理を実施するものであり、前記2つのアレーアンテナの受信信号の信号対雑音比を用いて、前記目標が存在している方位の誤差分布を算出する誤差分布算出部と、前記第1の信号処理部又は前記第2の信号処理部による目標の測角結果と前記誤差分布算出部により算出された誤差分布とを用いて、前記目標を追尾する目標追尾部とを備えたことを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーダ装置。

請求項7

前記誤差分布算出部は、前記2つのアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの配置と、前記2つのアレーアンテナの受信信号の信号対雑音比とから、前記目標が存在している方位の誤差分布を算出することを特徴とする請求項6記載のレーダ装置。

請求項8

前記誤差分布算出部は、前記2つのアレーアンテナの受信信号の信号対雑音比と前記目標が存在している方位の誤差分布との対応関係を示すテーブルを備えており、前記テーブルから、前記2つのアレーアンテナの受信信号の信号対雑音比に対応する誤差分布を読み出して、前記誤差分布を前記目標追尾部に出力することを特徴とする請求項6記載のレーダ装置。

請求項9

前記第2の信号処理部は、前記目標を検出する処理として、前記目標の測角処理を実施するものであり、前記第2の信号処理部は、前記複数のアナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成して、前記マルチビームから前記目標に対応するビームを検出するビーム検出部と、前記ビーム検出部により検出されたビームの角度範囲内でビームフォーマ測角を実施することで、前記目標を測角する測角処理部とから構成されていることを特徴とする請求項3または請求項4記載のレーダ装置。

請求項10

前記第2の信号処理部は、前記目標を検出する処理として、前記目標の測角処理を実施するものであり、前記第2の信号処理部は、前記複数のアナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成して、前記マルチビームから前記目標に対応するビームを検出するビーム検出部と、前記ビーム検出部により検出されたビームの角度範囲内でモノパルス測角を実施することで、前記目標を測角する測角処理部とから構成されていることを特徴とする請求項3または請求項4記載のレーダ装置。

請求項11

前記ビーム検出部は、前記2つのアレーアンテナのアンテナ利得差に対応する振幅重み及び位相重みを前記複数のアナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号に付加し、前記振幅重み及び位相重み付加後のデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行することを特徴とする請求項9または請求項10記載のレーダ装置。

請求項12

前記第2の信号処理部は、前記目標を検出する処理として、前記2つのアレーアンテナの観測可能角度領域の間の領域の角度範囲内で、前記複数のアナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号を用いるビームフォーマ測角を実施することで、前記目標を測角することを特徴とする請求項3または請求項4記載のレーダ装置。

請求項13

前記複数のアレーアンテナの個数が4個であり、4個のアレーアンテナの中の1つのアレーアンテナのアンテナ正面方向を基準方向とすると、残りの3個のアレーアンテナのアンテナ正面方向が、前記基準方向からそれぞれ90度、180度、270度の方向にずれていることを特徴とする請求項1から請求項12のうちのいずれか1項記載のレーダ装置。

請求項14

前記複数のアレーアンテナの個数が3個であり、3個のアレーアンテナの中の1つのアレーアンテナのアンテナ正面方向を基準方向とすると、残りの2個のアレーアンテナのアンテナ正面方向が、前記基準方向からそれぞれ120度、240度の方向にずれていることを特徴とする請求項1から請求項12のうちのいずれか1項記載のレーダ装置。

技術分野

0001

この発明は、観測対象目標を検出するレーダ装置に関するものである。

背景技術

0002

以下の非特許文献1には、アレーアンテナを構成している素子アンテナ受信信号デジタル信号に変換する複数のAD変換器と、複数のAD変換器により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成して、目標を検出する信号処理部とから構成されているレーダ装置が開示されている。

0003

ただし、1つのアレーアンテナでは、360度の角度覆域全体を監視することが困難であるため、開口面が互いに異なる方向に指向されている複数のアレーアンテナを用意し、レーダ装置がアレーアンテナ毎に信号処理部を実装している構成が一般的である。
例えば、アンテナ正面方向(開口面の法線方向)が0度のアレーアンテナ、90度のアレーアンテナ、180度のアレーアンテナ、270度のアレーアンテナを用意している場合、4個の信号処理部を実装している。
なお、デジタルビームフォーミングによるアレーアンテナのビーム指向方位がアンテナ正面方向であるときに、アレーアンテナの利得が最大(信号の受信電力が最大)となるように、アレーアンテナが設置されるのが一般的である。

先行技術

0004

吉田孝著、「改訂レーダ技術」、1996年コロナ出版p.289−291

発明が解決しようとする課題

0005

従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、デジタルビームフォーミングによるアレーアンテナのビーム指向方位がアンテナ正面方向から離れて、開口方位端に近づくほど、アレーアンテナの利得が低下する。このため、開口方位端付近では、アンテナ利得の低下に伴う信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio)の低下が起こり、開口方位端付近に存在している目標を検出することができないことがあるという課題があった。

0006

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、観測対象の目標が開口方位端付近に存在している場合でも、精度よく目標を検出することができるレーダ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

この発明に係るレーダ装置は、開口面が互いに異なる方向に向けられている複数のアレーアンテナと、アレーアンテナ毎に設けられており、当該アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの受信信号を用いて、当該アレーアンテナによって目標を観測することが可能な角度領域のうち、2つの開口方位端における角度領域の内側の領域である観測可能角度領域内に存在している目標を検出する複数の第1の信号処理部と、複数のアレーアンテナのうち、いずれか2つのアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの受信信号を用いて、2つのアレーアンテナの観測可能角度領域の間の領域内に存在している目標を検出する1つ以上の第2の信号処理部とを備えるようにしたものである。

発明の効果

0008

この発明によれば、複数のアレーアンテナのうち、いずれか2つのアレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの受信信号を用いて、2つのアレーアンテナの観測可能角度領域の間の領域内に存在している目標を検出する1つ以上の第2の信号処理部を備えるように構成したので、観測対象の目標が開口方位端付近に存在している場合でも、精度よく目標を検出することができる効果がある。

図面の簡単な説明

0009

この発明の実施の形態1によるレーダ装置を示す構成図である。
この発明の実施の形態1によるレーダ装置のデジタル信号処理部5を示すハードウェア構成図である。
デジタル信号処理部5がコンピュータで構成されている場合のハードウェア構成図である。
デジタル信号処理部5を構成している信号処理部11〜13及び制御部14の処理内容を示すフローチャートである。
この発明の実施の形態1によるレーダ装置の信号処理部13を示す構成図である。
ビーム検出部41によるマルチビームの形成例を示す説明図である。
この発明の実施の形態2によるレーダ装置を示す構成図である。
この発明の実施の形態2によるレーダ装置の信号処理部13における測角誤差分布の一例を示す説明図である。
この発明の実施の形態1によるレーダ装置の信号処理部13における測角誤差分布の一例を示す説明図である。
この発明の実施の形態3によるレーダ装置を示す構成図である。
この発明の実施の形態4によるレーダ装置を示す構成図である。
この発明の実施の形態4によるレーダ装置のデジタル信号処理部5を示すハードウェア構成図である。
レーダ装置が3つのアレーアンテナ101〜103を有する例を示す説明図である。
レーダ装置が4つのアレーアンテナ101〜104を有する例を示す説明図である。

実施例

0010

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

0011

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるレーダ装置を示す構成図であり、図2はこの発明の実施の形態1によるレーダ装置のデジタル信号処理部5を示すハードウェア構成図である。
図1の例では、説明の便宜上、紙面左方向を0度、紙面上方向を90度、紙面右方向を180度としている。
図1及び図2において、アレーアンテナ1はN個(Nは2以上の整数)の素子アンテナ1aから構成されており、開口面が45度の方向に向けられている。
アレーアンテナ1のビーム指向方位は、デジタルビームフォーミングの実行によって制御され、アレーアンテナ1によって目標を観測することが可能な角度覆域(角度領域)は、素子アンテナ1aの個数や配置などによって異なるが、例えば、−15〜105度の範囲などが想定される。
ただし、アレーアンテナ1の2つの開口方位端では利得が低下するため、観測対象の目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲は、概ね10〜80度の範囲に制限される。目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲についても、素子アンテナ1aの配置や個数などで変化するとともに、後段のデジタル信号処理部5による目標の検出性能によって変化する。
アレーアンテナ1の利得が低下して、目標を観測する上で必要十分な利得が得られない場合、SNRの低下が起こる。このため、単体のアレーアンテナ1の受信信号を用いるだけでは、アレーアンテナ1の開口方位端付近に存在している目標を検出することができない場合もある。

0012

アレーアンテナ2はM個(Mは2以上の整数)の素子アンテナ2aから構成されており、開口面が135度の方向に向けられている。
アレーアンテナ2のビーム指向方位は、デジタルビームフォーミングの実行によって制御され、アレーアンテナ2によって目標を観測することが可能な角度覆域は、素子アンテナ2aの個数や配置などによって異なるが、例えば、75〜195度の範囲などが想定される。
ただし、アレーアンテナ2の2つの開口方位端では利得が低下するため、観測対象の目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲は、概ね100〜170度の範囲に制限される。目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲についても、素子アンテナ2aの配置や個数などで変化するとともに、後段のデジタル信号処理部5による目標の検出性能によって変化する。
アレーアンテナ2の利得が低下して、目標を観測する上で必要十分な利得が得られない場合、SNRの低下が起こる。このため、単体のアレーアンテナ2の受信信号を用いるだけでは、アレーアンテナ2の開口方位端付近に存在している目標を検出することができない場合もある。

0013

上記の例では、10〜80度の範囲及び100〜170度の範囲については、目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲となるが、アレーアンテナ1,2の開口方位端の角度領域である80〜100度の範囲については、目標を観測する上で必要十分な利得が得られない範囲となる。
この実施の形態1では、アレーアンテナ1,2の開口方位端の角度領域である80〜100度の範囲でも、目標を観測する上で必要十分な利得が得られるレーダ装置を例示する。
以下、アレーアンテナ1による目標観測で必要十分な利得が得られる範囲を観測可能角度領域(1)と称し、アレーアンテナ1の観測可能角度領域(1)は10〜80度の範囲である。
また、アレーアンテナ2による目標観測で必要十分な利得が得られる範囲を観測可能角度領域(2)と称し、アレーアンテナ2の観測可能角度領域(2)は100〜170度の範囲である。
また、観測可能角度領域(1)と観測可能角度領域(2)の間の領域を観測可能角度領域(3)と称し、観測可能角度領域(3)は80〜100度の範囲である。

0014

アナログデジタル変換器(以下、「AD変換器」と称する)3はアレーアンテナ1を構成している素子アンテナ1a毎に設けられており、当該素子アンテナ1aのアナログの受信信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデジタル信号処理部5の信号処理部11,13に出力する。
アナログデジタル変換器(以下、「AD変換器」と称する)4はアレーアンテナ2を構成している素子アンテナ2a毎に設けられており、当該素子アンテナ2aのアナログの受信信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデジタル信号処理部5の信号処理部12,13に出力する。

0015

デジタル信号処理部5は、観測可能角度領域(1)に対応している信号処理部11と、観測可能角度領域(2)に対応している信号処理部12と、観測可能角度領域(3)に対応している信号処理部13と、信号処理部11〜13における目標の検出処理の実行を制御する制御部14とから構成されている。

0016

信号処理部11は例えばCPU(Central Processing Unit)を実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどで構成される信号処理回路21で実現されるものであり、制御部14から目標の検出処理の実行指令が出力されると、複数のAD変換器3により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する第1の信号処理部である。
即ち、信号処理部11は複数のAD変換器3により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成して、そのマルチビームから目標に対応するビームを検出し、その検出したビームの角度範囲内でビームフォーマ測角を実施することで、観測対象の目標を測角する処理を実施する。

0017

信号処理部12は例えばCPUを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどで構成される信号処理回路22で実現されるものであり、制御部14から目標の検出処理の実行指令が出力されると、複数のAD変換器4により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する第1の信号処理部である。
即ち、信号処理部12は複数のAD変換器4により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成して、そのマルチビームから目標に対応するビームを検出し、その検出したビームの角度範囲内でビームフォーマ測角を実施することで、観測対象の目標を測角する処理を実施する。

0018

信号処理部13は例えばCPUを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどで構成される信号処理回路23で実現されるものであり、制御部14から目標の検出処理の実行指令が出力されると、複数のAD変換器3,4により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する第2の信号処理部である。
即ち、信号処理部13は複数のAD変換器3,4により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成して、そのマルチビームから目標に対応するビームを検出し、その検出したビームの角度範囲内でビームフォーマ測角を実施することで、観測対象の目標を測角する処理を実施する。

0019

制御部14は例えばCPUを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどで構成される制御回路24で実現されるものであり、観測可能角度領域(1)内に観測対象の目標が存在している可能性が高ければ、信号処理部11に対して目標の検出処理の実行を指示し、観測可能角度領域(2)内に観測対象の目標が存在している可能性が高ければ、信号処理部12に対して目標の検出処理の実行を指示する処理を実施する。また、観測可能角度領域(3)内に観測対象の目標が存在している可能性が高ければ、信号処理部13に対して目標の検出処理の実行を指示する処理を実施する。
なお、制御部14が、観測対象の目標が存在している可能性が高い観測可能角度領域を判断する処理については、どのような処理でもよいが、例えば、図示せぬ追尾装置により推定された目標の推定位置を取得することで判断することができる。あるいは、デジタル信号処理部5による過去複数回の目標の検出結果から判断することもできる。

0020

図1の例では、デジタル信号処理部5の構成要素である信号処理部11〜13及び制御部14のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、デジタル信号処理部5がコンピュータで構成されているものであってもよい。
図3はデジタル信号処理部5がコンピュータで構成されている場合のハードウェア構成図である。
デジタル信号処理部5がコンピュータで構成されている場合、信号処理部11〜13及び制御部14の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ31に格納し、コンピュータのプロセッサ32がメモリ31に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図4はデジタル信号処理部5を構成している信号処理部11〜13及び制御部14の処理内容を示すフローチャートである。

0021

次に動作について説明する。
この実施の形態1では、アレーアンテナ1の観測可能角度領域(1)が10〜80度の範囲、アレーアンテナ2の観測可能角度領域(2)が100〜170度の範囲、観測可能角度領域(1)と観測可能角度領域(2)の間の領域内である観測可能角度領域(3)が80〜100度の範囲である例を説明するが、観測可能角度領域(3)において、アレーアンテナ1の受信信号又はアレーアンテナ2の受信信号だけを用いる場合の利得よりも、2つのアレーアンテナ1,2の受信信号を用いる場合の利得を高めて、目標を観測する上で必要十分な利得を得るには、下記の式(1)(2)の条件を満足するように、観測可能角度領域(3)の範囲を設定する必要がある。





式(1)(2)において、G1(θ1)はアレーアンテナ1における角度θ1での利得、G2(θ2)はアレーアンテナ2における角度θ2での利得、εは任意の所望の利得を示す設定値である。

0022

即ち、アレーアンテナ1の開口の正面方向から離れて、アレーアンテナ2の開口の正面方向に近づく角度ほど、アレーアンテナ1の利得が低下して、アレーアンテナ2の利得が高くなる。
一方、アレーアンテナ2の開口の正面方向から離れて、アレーアンテナ1の開口の正面方向に近づく角度ほど、アレーアンテナ2の利得が低下して、アレーアンテナ1の利得が高くなる。
このとき、2つのアレーアンテナ1,2の受信信号を用いる場合の利得は、一方のアレーアンテナ1(またはアレーアンテナ2)の利得が極端に低下している状況下では、他方のアレーアンテナ2(またはアレーアンテナ1)の利得が高くても、高めることができない。
つまり、一方のアレーアンテナ1(またはアレーアンテナ2)の利得と、他方のアレーアンテナ2(またはアレーアンテナ1)の利得とが極端に低下しておらず、ある程度の利得を持っている場合に、利得を高めることができる。

0023

この実施の形態1では、アレーアンテナ1の利得G1(θ1)が−10≦θ1≦100の角度範囲のときに設定値ε以上となり、また、アレーアンテナ2の利得G2(θ2)が80≦θ2≦190の角度範囲のときに設定値ε以上となる場合を想定している。このため、上記θ1とθ2の重複範囲である80〜100度の範囲を観測可能角度領域(3)の範囲に設定している。
図1では、アレーアンテナの個数が2個であるため、アレーアンテナ1における一方の開口方位端の角度領域である−15〜10度の範囲での利得と、アレーアンテナ2における一方の開口方位端の角度領域である170〜195度の範囲での利得とを高めることができず、これらの範囲を観測可能角度領域(1)(2)から除外している例を示している。
しかし、上記の例では、利得が小さく目標の検出精度が低いものとなるが、−15〜10度の範囲でも、アレーアンテナ1によって目標を観測することが可能であるため、例えば、0〜10度の範囲を観測可能角度領域(1)に含めて、0〜80度の範囲を観測可能角度領域(1)としてもよい。
同様に、上記の例では、利得が小さく目標の検出精度が低いものとなるが、170〜195度の範囲でも、アレーアンテナ2によって目標を観測することが可能であるため、例えば、170〜180度の範囲を観測可能角度領域(2)に含めて、100〜180度の範囲を観測可能角度領域(2)としてもよい。
なお、アレーアンテナの個数を増やせば、−15〜10度の範囲や170〜195度の範囲でも、観測可能角度領域(3)と同様に、利得を高めることができる。

0024

開口面が45度の方向に向けられているアレーアンテナ1は、N個(Nは2以上の整数)の素子アンテナ1aから構成されており、N個の素子アンテナ1aにより受信された信号であるアナログの受信信号のそれぞれが対応しているAD変換器3に出力される。
また、開口面が135度の方向に向けられているアレーアンテナ2は、M個(Mは2以上の整数)の素子アンテナ2aから構成されており、M個の素子アンテナ2aにより受信された信号であるアナログの受信信号のそれぞれが対応しているAD変換器4に出力される。
ここでは、アレーアンテナ1を構成している素子アンテナ1aの個数がN個で、アレーアンテナ2を構成している素子アンテナ2aの個数がM個である例を示しているが、素子アンテナ1aの個数と素子アンテナ2aの個数は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

0025

図1では記述を割愛しているが、実際には、レーダ装置は、レーダ波を送信する送信部と、送信部から送信されたレーダ波を空間に放射する送信アンテナとを備えており、その送信アンテナから放射されたのち、観測対象の目標に反射された当該レーダ波の反射波がアレーアンテナ1,2のうちの少なくとも一方のアレーアンテナに受信される。
このとき、送信アンテナは、アレーアンテナ1,2と別個のアンテナであってもよいが、アレーアンテナ1又はアレーアンテナ2のいずれかが送信アンテナを兼ねているものであってもよい。あるいは、アレーアンテナ1,2の双方が送信アンテナを兼ねているものであってもよい。

0026

N個のAD変換器3は、対応している素子アンテナ1aからアナログの受信信号を受けると、そのアナログの受信信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデジタル信号処理部5の信号処理部11,13に出力する。
M個のAD変換器4は、対応している素子アンテナ2aからアナログの受信信号を受けると、そのアナログの受信信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデジタル信号処理部5の信号処理部12,13に出力する。

0027

デジタル信号処理部5の制御部14は、例えば、図示せぬ追尾装置から観測対象の目標の推定位置を示す推定位置情報を取得することで、現在、観測対象の目標が存在している可能性が高い観測可能角度領域を特定する(図4のステップST1)。
あるいは、デジタル信号処理部5による過去複数回の目標の検出結果から、観測対象の目標の移動方向と速度を把握することで、現在、観測対象の目標が存在している可能性が高い観測可能角度領域を特定する。

0028

制御部14は、観測可能角度領域(1)内に観測対象の目標が存在している可能性が高ければ(ステップST2:YESの場合)、信号処理部11に対して目標の検出処理の実行を指示する(ステップST3)。
制御部14は、観測可能角度領域(2)内に観測対象の目標が存在している可能性が高ければ(ステップST4:YESの場合)、信号処理部12に対して目標の検出処理の実行を指示する(ステップST5)。
制御部14は、観測可能角度領域(3)内に観測対象の目標が存在している可能性が高ければ(ステップST6:YESの場合)、信号処理部13に対して目標の検出処理の実行を指示する(ステップST7)。
なお、制御部14は、観測可能角度領域(1)〜(3)の中に、観測対象の目標が存在している可能性が高い領域がない場合、信号処理部11〜13のいずれにも、目標の検出処理の実行を指示しない。
ただし、観測対象の目標が存在している可能性が高い領域がない場合でも、観測対象の目標がいずれかの観測可能角度領域内に存在している可能性が少しでもあれば、全ての信号処理部11〜13に対して目標の検出処理の実行を指示するようにしてもよい。

0029

信号処理部11は、制御部14から目標の検出処理の実行指令を受けると、N個のAD変換器3により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する(ステップST8)。
信号処理部12は、制御部14から目標の検出処理の実行指令を受けると、M個のAD変換器4により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する(ステップST9)。
信号処理部13は、制御部14から目標の検出処理の実行指令を受けると、N個のAD変換器3及びM個のAD変換器4により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する(ステップST10)。

0030

信号処理部11〜13では、デジタルビームフォーミングの実行に用いるデジタル信号が異なるが、この実施の形態1では、デジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する信号処理部11〜13の処理内容は同一であるものを想定している。
ただし、観測対象の目標を検出することができればよいため、信号処理部11〜13が異なる処理方法で目標を検出するものであってもよい。
以下、代表的に、信号処理部13による目標の検出処理の具体例を説明する。

0031

図5はこの発明の実施の形態1によるレーダ装置の信号処理部13を示す構成図である。
図5において、ビーム検出部41はN個のAD変換器3及びM個のAD変換器4により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成し、そのマルチビームから目標に対応するビームを検出する処理を実施する。
測角処理部42はビーム検出部41により検出されたビームの角度範囲内でビームフォーマ測角を実施することで、観測対象の目標を測角する処理を実施する。

0032

図6はビーム検出部41によるマルチビームの形成例を示す説明図である。
図6では、AD変換器3及びAD変換器4の合計個数がK個(=N+M)、マルチビームを構成するビームの個数がG個である例を示しており、K個のデジタル信号xk(t)と、デジタル信号xk(t)に対する荷重wg,k(位相重み)と、G個のビーム信号yg(t)との関係を示している。
nk(t)はK個の素子アンテナ(素子アンテナ1a、素子アンテナ2a)に付加される受信機雑音である。

0033

ビーム検出部41は、制御部14から目標の検出処理の実行指令を受けると、下記の式(3)に示すように、各AD変換器(AD変換器3、AD変換器4)により変換されたデジタル信号xk(t)(k=1,2,・・・,K)と、位相重みである荷重wg,kとをそれぞれ乗算し、それぞれの乗算結果の総和を求めるデジタルビームフォーミングを実行することで、マルチビームとして、G個のビーム信号yg(t)(g=1,2,・・・,G)を算出する。



なお、マルチビームの形成処理自体は公知の技術であり、マルチビームの形成処理の詳細は、例えば、下記の非特許文献2に開示されている。
[非特許文献2]
マルチビーム形成サイクリックシフト処理を用いた到来方向推定アルゴリズム
電子情報通信学会論文誌 2013/3 Vol.J95−B No.3 p.425−432

0034

ビーム検出部41は、G個のビーム信号yg(t)を算出すると、G個のビーム信号yg(t)の信号電力を比較することで、G個のビーム信号yg(t)の中で、最も信号電力が大きいビーム信号を検出する。
ビーム検出部41は、最も信号電力が大きいビーム信号yg(t)maxを検出すると、観測対象の目標に対応するビーム信号として、最も信号電力が大きいビーム信号yg(t)maxを測角処理部42に出力する。

0035

測角処理部42は、ビーム検出部41から観測対象の目標に対応するビーム信号yg(t)maxを受けると、そのビーム信号yg(t)maxの角度範囲内でビームフォーマ測角を実施することで、観測対象の目標を測角し、その測角結果を目標情報として出力する。
なお、ビームフォーマ測角の測角処理は公知技術であり、ビームフォーマ測角の測角処理の詳細は、例えば、下記の非特許文献3に開示されている。
[非特許文献3]
間信良,アダプティブアンテナ技術,オーム社,2003,p.126−127

0036

ここでは、信号処理部13の測角処理部42が、ビーム検出部41により検出された目標に対応するビーム信号yg(t)maxの角度範囲内でビームフォーマ測角を実施することで、観測対象の目標を測角する例を示したが、測角処理部42が、ビーム検出部41により検出された目標に対応するビーム信号yg(t)maxの角度範囲内でモノパルス測角を実施することで、観測対象の目標を測角するようにしてもよい。

0037

具体的には、ビーム検出部41は、上記と同様に、G個のビーム信号yg(t)を算出して、G個のビーム信号yg(t)の信号電力を比較することで、G個のビーム信号yg(t)の中で、最も信号電力が大きいビーム信号を検出する。
ビーム検出部41は、最も信号電力が大きいビーム信号yg(t)maxを検出すると、観測対象の目標に対応するビーム信号として、最も信号電力が大きいビーム信号yg(t)maxを測角処理部42に出力する。
測角処理部42がモノパルス測角を実施する場合、ビーム検出部41は、さらに、G個のビーム信号yg(t)から2個のアレーアンテナ1,2におけるアンテナビーム和パターンであるΣ信号と差パターンであるΔ信号を求め、そのΣ信号とΔ信号を測角処理部42に出力する。
測角処理部42は、ビーム検出部41から観測対象の目標に対応するビーム信号yg(t)maxを受けると、そのビーム信号yg(t)maxの角度範囲内で、ビーム検出部41から出力されたΣ信号とΔ信号を用いて、モノパルス測角を実施することで、観測対象の目標を測角し、その測角結果を目標情報として出力する。
なお、Σ信号及びΔ信号を求める処理や、モノパルス測角の測角処理は公知技術であり、これらの処理の詳細は、例えば、上記の非特許文献1のp.262−263に開示されている。

0038

また、ここでは、信号処理部13の測角処理部42が、ビーム検出部41により検出された目標に対応するビーム信号yg(t)maxの角度範囲内でビームフォーマ測角を実施することで、観測対象の目標を測角する例を示したが、測角処理部42が、観測可能角度領域(3)の全域で、すべてのAD変換器(AD変換器3、AD変換器4)により変換されたデジタル信号xk(t)(k=1,2,・・・,K)を用いるビームフォーマ測角を実施することで、観測対象の目標を測角するようにしてもよい。

0039

また、ここでは、信号処理部13の測角処理部42が、ビームフォーマ測角又はモノパルス測角を実施することで、観測対象の目標を測角するものを示したが、観測対象の目標を測角することができれば、ビームフォーマ測角やモノパルス測角に限るものではなく、例えば、MUSIC法ESPRIT法などの測角手法を用いるようにしてもよい。
なお、MUSIC法やESPRIT法は、上記の非特許文献3のp.137−151に開示されている。

0040

以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、観測可能角度領域(1)に対応している信号処理部11と、観測可能角度領域(2)に対応している信号処理部12との他に、観測可能角度領域(1)と観測可能角度領域(2)の間の領域である観測可能角度領域(3)に対応している信号処理部13とを設け、観測対象の目標が観測可能角度領域(3)に存在している可能性が高ければ、信号処理部13が、すべてのAD変換器(AD変換器3、AD変換器4)により変換されたデジタル信号xk(t)(k=1,2,・・・,K)を用いるデジタルビームフォーミングを実行して目標を検出するように構成したので、観測対象の目標が、アレーアンテナ1,2の開口方位端の角度領域である観測可能角度領域(3)に存在している場合でも、精度よく目標を検出することができる効果を奏する。即ち、アレーアンテナ1,2の開口方位端でのSNRを改善して、レーダの性能劣化抑圧することができるとともに、レーダの空間分解能の向上及び測角精度の向上効果を図ることができる。

0041

この実施の形態1では、信号処理部13のビーム検出部41が、各AD変換器(AD変換器3、AD変換器4)により変換されたデジタル信号xk(t)(k=1,2,・・・,K)と、位相重みである荷重wg,kとをそれぞれ乗算して、それぞれの乗算結果の総和を求めるものを示したが、さらに、アレーアンテナ1とアレーアンテナ1,2の素子パターンの差に応じて振幅を制御するようにしてもよい。
即ち、ビーム検出部41が、各AD変換器(AD変換器3、AD変換器4)により変換されたデジタル信号xk(t)(k=1,2,・・・,K)と、位相重みである荷重wg,kと、アレーアンテナ1とアレーアンテナ1,2のアンテナ利得差に対応する振幅重みとをそれぞれ乗算して、それぞれの乗算結果の総和を求めるようにしてもよい。
アンテナ利得差に対応する振幅重みをつけることで、振幅を制御する具体的な方法としては、例えば、以下の非特許文献4に開示されている最大比合成技術を用いることができる。
最大比合成技術は、アレーアンテナ1,2の各開口でのSNRの相対関係で振幅重みをつける手法であり、各開口でのSNRの相対関係は、ビーム形成方位に対するアレーアンテナ1,2の素子パターンの利得で計算することが可能である。
[非特許文献4]
電子情報通信学会編アンテナ工学ハンドブック第2版オーム社 2008 p454−454

0042

この実施の形態1では、デジタル信号処理部5の信号処理部11〜13が、観測対象の目標を検出する処理として、観測対象の目標を測角する処理例を示したが、レーダ装置で一般的に実施される目標の距離推定処理、ドップラ推定処理やSNR推定処理などを実施するようにしてもよい。

0043

実施の形態2.
上記実施の形態1では、アレーアンテナ1,2を構成している素子アンテナ1a,2a毎にAD変換器3,4が設けられているものを示したが、アレーアンテナ1,2を構成している素子アンテナ1a,2aがグループ分けされており、グループ毎にAD変換器3,4が設けられているようにしてもよい。

0044

図7はこの発明の実施の形態2によるレーダ装置を示す構成図であり、図7において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
アレーアンテナ1を構成しているN個の素子アンテナ1aがグループ分けされており、混合器51は同一グループ内の素子アンテナ1aの受信信号を合成して、それら受信信号の合成信号をAD変換器3に出力する。
アレーアンテナ2を構成しているM個の素子アンテナ2aがグループ分けされており、混合器52は同一グループ内の素子アンテナ2aの受信信号を合成して、それら受信信号の合成信号をAD変換器4に出力する。
図7では、図面の簡単化のために、N個の素子アンテナ1a及びM個の素子アンテナ2aが2つのグループに分けられて、同一のグループに属する素子アンテナ1a,2aの個数が2個である例を示しているが、実際には、同一のグループに属する素子アンテナ1a,2aの個数が3個以上である場合が想定され、同一のグループに属する素子アンテナ1a,2aの個数が多くなれば、AD変換器3,4の削減数が増加するため、レーダ装置の構成の簡略化を図ることができる。

0045

この実施の形態2では、AD変換器3は、複数の混合器51から出力されたアナログの合成信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデジタル信号処理部5の信号処理部11,13に出力する。
また、AD変換器4は、複数の混合器52から出力されたアナログの合成信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデジタル信号処理部5の信号処理部12,13に出力する。

0046

デジタル信号処理部5の構成は、上記実施の形態1と同様であるため、詳細な説明を省略するが、信号処理部11〜13において、デジタルビームフォーミングに用いるデジタル信号xk(t)の個数が、同一グループ内の素子アンテナ1a,2aの受信信号を合成する分だけ減少しているため、信号処理部11〜13による目標の測角精度が、上記実施の形態1よりも低下することが考えられる。
ただし、AD変換器3,4の個数を削減して、構成の簡略化を図ることができるため、信号処理部11〜13による目標の測角精度が、所望の測角精度より高ければ、有効であると言える。

0047

ここで、図8はこの発明の実施の形態2によるレーダ装置の信号処理部13における測角誤差分布の一例を示す説明図であり、図9はこの発明の実施の形態1によるレーダ装置の信号処理部13における測角誤差分布の一例を示す説明図である。
図8及び図9において、横軸は信号処理部13の測角結果である目標の方位の推定値φ、縦軸は測角誤差発生頻度を示している。
図8図9を比較すると明らかなように、上記実施の形態1のレーダ装置よりも、この実施の形態2のレーダ装置の目標の測角精度が低下している。
この実施の形態2のレーダ装置では、同一グループ内の素子アンテナ1a,2aの受信信号を合成しているため、デジタルビームフォーミングに用いるデジタル信号xk(t)の個数が減少している。この結果、上記実施の形態1のレーダ装置よりも、アレーアンテナ1,2を構成している素子アンテナ1a,2aの間隔が等価的に広がっており、この間隔の広がりに起因するグレーティングローブの影響で、信号処理部13の測角結果にあいまいさ(偽像)が生じるために、目標の測角精度が低下している。目標の方位の推定値φが1つであれば、偽像が生じていないと考えられるが、目標の方位の推定値φが複数あれば、偽像が生じており、目標の方位の推定値φの数が多いほど、より多くの偽像が生じている。
この実施の形態2によれば、上記実施の形態1よりも、AD変換器3,4の個数を削減して、構成の簡略化を図ることができる効果が得られる。

0048

実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、信号処理部13がビーム検出部41と測角処理部42から構成されているものを示したが、信号処理部13が、後述するデジタルビームフォーミング部と目標検出部から構成されているものであってもよい。

0049

図10はこの発明の実施の形態3によるレーダ装置を示す構成図であり、図10において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
第1のデジタルビームフォーミング部であるDBF部61はアレーアンテナ1を構成しているN個の素子アンテナ1aに対応しているAD変換器3により変換されたデジタル信号xn(t)(n=1,2,・・・,N)を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成する処理を実施する。
第2のデジタルビームフォーミング部であるDBF部62はアレーアンテナ2を構成しているM個の素子アンテナ2aに対応しているAD変換器4により変換されたデジタル信号xm(t)(m=1,2,・・・,M)を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成する処理を実施する。
目標検出部63はDBF部61,62によるデジタルビームフォーミングの実行結果、即ち、DBF部61,62により形成されたマルチビームから観測対象の目標を検出する処理を実施する。

0050

次に動作について説明する。
信号処理部13の構成以外は、上記実施の形態1と同様であるため、ここでは、信号処理部13を構成しているDBF部61,62及び目標検出部63の処理内容だけを説明する。

0051

信号処理部13のDBF部61,62は、制御部14から目標の検出処理の実行指令を受けると、上記実施の形態1におけるビーム検出部41と同様の方法で、デジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成する。
即ち、DBF部61は、N個のAD変換器3により変換されたデジタル信号xn(t)(n=1,2,・・・,N)と位相重みである荷重wg,nとをそれぞれ乗算し、それぞれの乗算結果の総和を求めるデジタルビームフォーミングを実行することで、マルチビームを形成する。
DBF部62は、M個のAD変換器4により変換されたデジタル信号xm(t)(m=1,2,・・・,M)と位相重みである荷重wg,mとをそれぞれ乗算し、それぞれの乗算結果の総和を求めるデジタルビームフォーミングを実行することで、マルチビームを形成する。

0052

信号処理部13の目標検出部63は、DBF部61,62がマルチビームを形成すると、DBF部61により形成されたマルチビームと、DBF部62により形成されたマルチビームとを合成する。
目標検出部63は、合成後のマルチビームに含まれている複数のビームの信号電力と、予め設定されている基準電力とを比較し、複数のビームの中に、信号電力が基準電力より大きいビームがあれば、観測対象の目標が観測可能角度領域(3)に存在していると判定する。
一方、複数のビームの中に、信号電力が基準電力より大きいビームがなければ、観測対象の目標が観測可能角度領域(3)に存在していないと判定する。
ここで、基準電力は、目標に対応するビームの最小信号電力を想定して事前に設定された閾値である。

0053

この実施の形態3では、目標検出部63が観測対象の目標が観測可能角度領域(3)に存在しているか否かを判定する例を示したが、合成後のマルチビームから観測対象の目標までの距離や、目標のドップラ周波数を算出するようにしてもよい。目標までの距離やドップラ周波数の算出処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

0054

また、この実施の形態3では、信号処理部13の目標検出部63が観測対象の目標が観測可能角度領域(3)に存在しているか否かを判定する例を示したが、信号処理部11,12についても、信号処理部13と同様に、観測対象の目標を測角するのではなく、観測対象の目標が観測可能角度領域(1)(2)に存在しているか否かを判定するようにしてもよい。

0055

以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、アレーアンテナ1を構成しているN個の素子アンテナ1aに対応しているAD変換器3により変換されたデジタル信号xn(t)(n=1,2,・・・,N)を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成するDBF部61と、アレーアンテナ2を構成しているM個の素子アンテナ2aに対応しているAD変換器4により変換されたデジタル信号xm(t)(m=1,2,・・・,M)を用いるデジタルビームフォーミングを実行することでマルチビームを形成するDBF部62と、DBF部61,62により形成されたマルチビームから観測対象の目標を検出する目標検出部63とから信号処理部13が構成されているので、観測対象の目標が、アレーアンテナ1,2の開口方位端の角度領域である観測可能角度領域(3)に存在しているか否かを精度よく検出することができる効果を奏する。

0056

実施の形態4.
上記実施の形態1〜3では、信号処理部11〜13が観測対象の目標を検出するものを示したが、信号処理部11〜13による目標の検出結果を用いて、観測対象の目標を追尾するようにしてもよい。

0057

図11はこの発明の実施の形態4によるレーダ装置を示す構成図であり、図11において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
また、図12はこの発明の実施の形態4によるレーダ装置のデジタル信号処理部5を示すハードウェア構成図であり、図12において、図2と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
誤差分布算出部71は例えばCPUを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどで構成される誤差分布算出処理回路25で実現されるものであり、アレーアンテナ1を構成しているN個の素子アンテナ1a及びアレーアンテナ2を構成しているM個の素子アンテナ2aの配置と、アレーアンテナ1,2の受信信号のSNR(信号対雑音比)とから、目標が存在している方位の誤差分布を算出する処理を実施する。

0058

目標追尾部72は例えばCPUを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどで構成される目標追尾処理回路26で実現されるものであり、信号処理部11、信号処理部12又は信号処理部13による目標の測角結果と、誤差分布算出部71により算出された誤差分布とを用いて、その目標の追尾処理を実施する。

0059

図11の例では、デジタル信号処理部5の構成要素である信号処理部11〜13、制御部14、誤差分布算出部71及び目標追尾部72のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、デジタル信号処理部5がコンピュータで構成されているものであってもよい。
デジタル信号処理部5がコンピュータで構成されている場合、信号処理部11〜13、制御部14、誤差分布算出部71及び目標追尾部72の処理内容を記述しているプログラムを図3に示すコンピュータのメモリ31に格納し、図3に示すコンピュータのプロセッサ32がメモリ31に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

0060

次に動作について説明する。
ただし、誤差分布算出部71及び目標追尾部72以外は、上記実施の形態1と同様であるため、ここでは、誤差分布算出部71及び目標追尾部72の処理内容だけを説明する。

0061

上記実施の形態1では、アレーアンテナ1,2の開口方位端の角度領域である観測可能角度領域(3)において、上記実施の形態2よりも偽像の発生を低減することができるが、図9に示すように、偽像の発生頻度を0にすることはできない。
そこで、この実施の形態4では、偽像を除去して、アレーアンテナ1,2の開口方位端の角度領域である観測可能角度領域(3)でのレーダの性能劣化を抑圧するとともに、レーダの空間分解能の向上及び測角精度の向上効果を図ることを目的とする。

0062

誤差分布算出部71は、アレーアンテナ1を構成しているN個の素子アンテナ1a及びアレーアンテナ2を構成しているM個の素子アンテナ2aの配置と、アレーアンテナ1,2の受信信号のSNRとから、目標が存在している方位の誤差分布を算出する。
具体的には、誤差分布算出部71は、下記の式(4)に示すように、誤差分布中の各分布a番目の分布)が測角結果となる頻度を示す確率密度関数p(a)を計算する。ただし、式(4)では、アレーアンテナ1を構成している素子アンテナ1aの個数とアレーアンテナ2を構成している素子アンテナ2aの個数が共にH個(H=N=M)である例を示している。



式(4)において、λは波長、Dはアレーアンテナ1の開口とアレーアンテナ2の開口との間での位相中心の間隔、dはアレーアンテナ1(アレーアンテナ2)を構成している複数の素子アンテナ1a(素子アンテナ2a)の設置間隔である。

0063

ここでは、誤差分布算出部71が、式(4)にしたがって誤差分布を逐次算出するものを示したが、アレーアンテナ1,2を構成している素子アンテナ1a,2aの配置を用いて、2つのアレーアンテナ1,2の受信信号のSNRと目標が存在している方位の誤差分布との対応関係を示すテーブルを事前に作成し、そのテーブルと2つのアレーアンテナ1,2の受信信号のSNRを照合することで、そのテーブルから、アレーアンテナ1,2の受信信号のSNRに対応する目標が存在している方位の誤差分布を読み出して、その誤差分布を目標追尾部72に出力するようにしてもよい。

0064

目標追尾部72は、信号処理部11、信号処理部12又は信号処理部13が観測対象の目標を測角すると、その目標の測角結果と、誤差分布算出部71により算出された誤差分布とを用いて、その目標の追尾処理を実施する。
目標の測角結果に偽像が含まれている場合の目標の追尾処理は、例えば、下記の非特許文献5に開示されており、目標追尾部72は、下記の非特許文献5に開示されている目標の追尾処理を実施することで、観測対象の目標を追尾する。
目標追尾部72による目標の追尾結果は、外部出力されるほか、制御部14に与えられ、制御部14は、目標の追尾結果を用いて、観測対象の目標が存在している可能性が高い観測可能角度領域を判定し、信号処理部11〜13のうち、その観測可能角度領域に対応する信号処理部に対して目標の検出処理の実行を指示する。
[非特許文献5]
K. Li, et al., “Multitarget Tracking with Doppler Ambiguity,”IEEE Trans. onAES, vol.49, no.4, Oct. 2013.

0065

以上で明らかなように、この実施の形態4によれば、2つのアレーアンテナ1,2の受信信号のSNRを用いて、目標が存在している方位の誤差分布を算出する誤差分布算出部71と、信号処理部11、信号処理部12又は信号処理部13による目標の測角結果と、誤差分布算出部71により算出された誤差分布とを用いて、その目標の追尾処理を実施する目標追尾部72とを備えるように構成したので、偽像を除去して、アレーアンテナ1,2の開口方位端の角度領域である観測可能角度領域(3)でのレーダの性能劣化を抑圧することができるとともに、レーダの空間分解能の向上及び測角精度の向上を図ることができる効果を奏する。

0066

実施の形態5.
上記実施の形態1〜4では、2つのアレーアンテナ1,2を有するレーダ装置を説明したが、レーダ装置が3つ以上のアレーアンテナを有するものであってもよい。
レーダ装置が有するアレーアンテナの個数が増えれば、その分だけ、各アレーアンテナの開口方位端でのレーダの性能劣化を抑圧することができるとともに、レーダの空間分解能の向上及び測角精度の向上効果を図ることができる。

0067

図13はレーダ装置が3つのアレーアンテナを有する例を示す説明図である。
図13において、アレーアンテナ101〜103は、図1のアレーアンテナ1,2と同様に複数の素子アンテナから構成されている。
例えば、アレーアンテナ101のアンテナ正面方向を基準方向とすると、アレーアンテナ102のアンテナ正面方向が基準方向から+120度の方向にずれており、また、アレーアンテナ103のアンテナ正面方向が基準方向から+240度の方向にずれている。
具体的には、アレーアンテナ101のアンテナ正面方向が30度であれば、アレーアンテナ102のアンテナ正面方向が150度、アレーアンテナ103のアンテナ正面方向が270度となる。

0068

ここでは、アレーアンテナ101〜103の開口方位端で利得が低下するために、例えば、アレーアンテナ101において、観測対象の目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲が350〜70度の範囲に制限され、アレーアンテナ102において、観測対象の目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲が110〜190度の範囲に制限され、アレーアンテナ103において、観測対象の目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲が230〜310度の範囲に制限される状況を想定する。

0069

このような状況下では、アレーアンテナ101の観測可能角度領域(1)が350〜70度の範囲、アレーアンテナ102の観測可能角度領域(2)が110〜190度の範囲、アレーアンテナ103の観測可能角度領域(3)が230〜310度の範囲となる。
そして、観測可能角度領域(1)と観測可能角度領域(2)の間の領域である観測可能角度領域(4)が70〜110度の範囲、観測可能角度領域(2)と観測可能角度領域(3)の間の領域である観測可能角度領域(5)が190〜230度の範囲、観測可能角度領域(3)と観測可能角度領域(1)の間の領域である観測可能角度領域(6)が310〜350度の範囲となる。
ただし、観測可能角度領域(1)〜(6)の範囲については、上記実施の形態1と同様に、式(1)(2)の条件を満足するように設定される。即ち、観測可能角度領域(4)〜(6)において、単一のアレーアンテナの受信信号を用いる場合よりも利得を高めて、目標を観測する上で必要十分な利得が得られるように、式(1)(2)の条件を満足する範囲に設定される。

0070

図13には描画していないが、アレーアンテナ101〜103を構成している素子アンテナには、図1のAD変換器3,4と同様のAD変換器が接続されている。あるいは、図7の混合器51,52と同様の混合器を介して、図7のAD変換器3,4と同様のAD変換器が接続されている。
また、アレーアンテナ101〜103に対応する3個の信号処理部が設けられており、これらの信号処理部は、図1の信号処理部11,12と同様に、対応しているアレーアンテナ101〜103に係るAD変換器により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。

0071

また、観測可能角度領域(4)に対応する信号処理部と、観測可能角度領域(5)に対応する信号処理部と、観測可能角度領域(6)に対応する信号処理部とが設けられており、これらの信号処理部は、信号処理部13と同様に、2つのアレーアンテナに係るAD変換器により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。
即ち、観測可能角度領域(4)に対応する信号処理部は、アレーアンテナ101に係るAD変換器により変換されたデジタル信号とアレーアンテナ102に係るAD変換器により変換されたデジタル信号の全てを用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。
観測可能角度領域(5)に対応する信号処理部は、アレーアンテナ102に係るAD変換器により変換されたデジタル信号とアレーアンテナ103に係るAD変換器により変換されたデジタル信号の全てを用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。
観測可能角度領域(6)に対応する信号処理部は、アレーアンテナ103に係るAD変換器により変換されたデジタル信号とアレーアンテナ101に係るAD変換器により変換されたデジタル信号の全てを用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。

0072

図14はレーダ装置が4つのアレーアンテナを有する例を示す説明図である。
図14において、アレーアンテナ101〜104は、図1のアレーアンテナ1,2と同様に複数の素子アンテナから構成されている。
例えば、アレーアンテナ101のアンテナ正面方向を基準方向とすると、アレーアンテナ102のアンテナ正面方向が基準方向から+90度の方向にずれており、アレーアンテナ103のアンテナ正面方向が基準方向から+180度の方向にずれている。また、アレーアンテナ104のアンテナ正面方向が基準方向から+270度の方向にずれている。
具体的には、アレーアンテナ101のアンテナ正面方向が45度であれば、アレーアンテナ102のアンテナ正面方向が135度、アレーアンテナ103のアンテナ正面方向が225度、アレーアンテナ104のアンテナ正面方向が315度となる。

0073

ここでは、アレーアンテナ101〜104の開口方位端で利得が低下するために、例えば、アレーアンテナ101において、観測対象の目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲が15〜75度の範囲に制限され、アレーアンテナ102において、観測対象の目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲が105〜165度の範囲に制限され、アレーアンテナ103において、観測対象の目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲が195〜255度の範囲に制限され、アレーアンテナ104において、観測対象の目標を観測する上で必要十分な利得が得られる範囲が285〜345度の範囲に制限される状況を想定する。

0074

このような状況下では、アレーアンテナ101の観測可能角度領域(1)が15〜75度の範囲、アレーアンテナ102の観測可能角度領域(2)が105〜165度の範囲、アレーアンテナ103の観測可能角度領域(3)が195〜255度の範囲、アレーアンテナ104の観測可能角度領域(4)が285〜345度の範囲となる。
そして、観測可能角度領域(1)と観測可能角度領域(2)の間の領域である観測可能角度領域(5)が75〜105度の範囲、観測可能角度領域(2)と観測可能角度領域(3)の間の領域である観測可能角度領域(6)が165〜195度の範囲、観測可能角度領域(3)と観測可能角度領域(4)の間の領域である観測可能角度領域(7)が255〜285度の範囲、観測可能角度領域(4)と観測可能角度領域(1)の間の領域である観測可能角度領域(8)が345〜15度の範囲となる。
ただし、観測可能角度領域(1)〜(8)の範囲については、上記実施の形態1と同様に、式(1)(2)の条件を満足するように設定される。即ち、観測可能角度領域(5)〜(8)において、単一のアレーアンテナの受信信号を用いる場合よりも利得を高めて、目標を観測する上で必要十分な利得が得られるように、式(1)(2)の条件を満足する範囲に設定される。

0075

図14には描画していないが、アレーアンテナ101〜104を構成している素子アンテナには、図1のAD変換器3,4と同様のAD変換器が接続されている。あるいは、図7の混合器51,52と同様の混合器を介して、図7のAD変換器3,4と同様のAD変換器が接続されている。
また、アレーアンテナ101〜104に対応する4個の信号処理部が設けられており、これらの信号処理部は、図1の信号処理部11,12と同様に、対応しているアレーアンテナ101〜104に係るAD変換器により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。

0076

また、観測可能角度領域(5)に対応する信号処理部と、観測可能角度領域(6)に対応する信号処理部と、観測可能角度領域(7)に対応する信号処理部と、観測可能角度領域(8)に対応する信号処理部とが設けられており、これらの信号処理部は、信号処理部13と同様に、2つのアレーアンテナに係るAD変換器により変換されたデジタル信号を用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。
即ち、観測可能角度領域(5)に対応する信号処理部は、アレーアンテナ101に係るAD変換器により変換されたデジタル信号とアレーアンテナ102に係るAD変換器により変換されたデジタル信号の全てを用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。
観測可能角度領域(6)に対応する信号処理部は、アレーアンテナ102に係るAD変換器により変換されたデジタル信号とアレーアンテナ103に係るAD変換器により変換されたデジタル信号の全てを用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。
観測可能角度領域(7)に対応する信号処理部は、アレーアンテナ103に係るAD変換器により変換されたデジタル信号とアレーアンテナ104に係るAD変換器により変換されたデジタル信号の全てを用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。
観測可能角度領域(8)に対応する信号処理部は、アレーアンテナ104に係るAD変換器により変換されたデジタル信号とアレーアンテナ101に係るAD変換器により変換されたデジタル信号の全てを用いるデジタルビームフォーミングを実行して観測対象の目標を検出する。

0077

実施の形態1〜5では、アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナが1次元に配置されている例を示しているが、アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナが2次元に配置されているものであってもよい。

0078

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

0079

1アレーアンテナ、1a素子アンテナ、2 アレーアンテナ、2a 素子アンテナ、3,4AD変換器(アナログデジタル変換器)、5デジタル信号処理部、11,12信号処理部(第1の信号処理部)、13 信号処理部(第2の信号処理部)、14 制御部、21〜23信号処理回路、24制御回路、25誤差分布算出処理回路、26目標追尾処理回路、31メモリ、32プロセッサ、41ビーム検出部、42測角処理部、51,52混合器、61 DBF部(第1のデジタルビームフォーミング部)、62 DBF部(第2のデジタルビームフォーミング部)、63目標検出部、71 誤差分布算出部、72目標追尾部、101〜104 アレーアンテナ。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ