JP2005148013A - レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 目標物の位置測定精度が高く、利用者が、目標物に対してより的確な対応を取ることが可能なレーダ装置を得る。
【解決手段】 放送電波発射塔101から発射される直接波103と、目標物102によって反射された反射波104を受信する直接アレー型受信アンテナ11と、受信した直接波103と反射波104をデジタル信号に変換するA/D変換回路12と、直接波103の強度を減衰させ、反射波104と同程度の強度とする大電力波抑圧装置13と、目標物102の方位を推定する方位推定装置14と、方位推定装置14による推定結果に基づいて直接波103と反射波104の到着時間差を出力する遅延時間算出装置15と、到着時間差に基づいて、目標物102と直接アレー型受信アンテナ11との間の距離を算出する目標位置算出装置16と、算出された目標物102までの距離と、方位を出力する目標位置表示装置17を備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 放送電波発射塔101から発射される直接波103と、目標物102によって反射された反射波104を受信する直接アレー型受信アンテナ11と、受信した直接波103と反射波104をデジタル信号に変換するA/D変換回路12と、直接波103の強度を減衰させ、反射波104と同程度の強度とする大電力波抑圧装置13と、目標物102の方位を推定する方位推定装置14と、方位推定装置14による推定結果に基づいて直接波103と反射波104の到着時間差を出力する遅延時間算出装置15と、到着時間差に基づいて、目標物102と直接アレー型受信アンテナ11との間の距離を算出する目標位置算出装置16と、算出された目標物102までの距離と、方位を出力する目標位置表示装置17を備える。
【選択図】 図1
Description
この発明は、自ら電波を発射せず、他の電波発振源からの電波を利用して目標物の位置を同定するレーダ装置に関するものである。
パッシブレーダは、自らは電波を発射せず、他のレーダ等の発振源から発振された電波や放送波等を利用して目標物の位置を測定する。
従来のパッシブレーダによる目標捕捉方法の例として、特許文献1に開示された技術がある。特許文献1に記載された目標捕捉方法では、パッシブレーダは、他のレーダRからの直接波Aと捕捉目標Tにより反射されたレーダRの間接波Bを受信し、両電波の到来角度θR,θTを検知すると共に、両電波を受信した時間差Δtを検知する。パッシブレーダは、レーダRまでの距離LRと、直接波A及び間接波Bの各電波到来角度θR,θT、及びその電波到来時間差Δtに基づいて、目標Tの位置座標(x,y)を求める。
従来のパッシブレーダによる目標捕捉方法の例として、特許文献1に開示された技術がある。特許文献1に記載された目標捕捉方法では、パッシブレーダは、他のレーダRからの直接波Aと捕捉目標Tにより反射されたレーダRの間接波Bを受信し、両電波の到来角度θR,θTを検知すると共に、両電波を受信した時間差Δtを検知する。パッシブレーダは、レーダRまでの距離LRと、直接波A及び間接波Bの各電波到来角度θR,θT、及びその電波到来時間差Δtに基づいて、目標Tの位置座標(x,y)を求める。
通常、発振源からの直接波は目標物によって反射された間接波に比べて電力が桁違いに大きい。
しかし、特許文献1に開示された従来のパッシブレーダ装置は上記のように構成されているので、直接波が目標物からの反射波に比べて強力である場合、目標反射波と直接波の分離が困難であるという問題があった。
このため、測定した目標物の位置測定精度が低くなるという問題があった。また、装置運用者が、測定精度を知る手段がないという問題があった。
しかし、特許文献1に開示された従来のパッシブレーダ装置は上記のように構成されているので、直接波が目標物からの反射波に比べて強力である場合、目標反射波と直接波の分離が困難であるという問題があった。
このため、測定した目標物の位置測定精度が低くなるという問題があった。また、装置運用者が、測定精度を知る手段がないという問題があった。
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、目標物の位置測定精度が高く、利用者が、目標物に対してより的確な対応を取ることが可能なレーダ装置を得ることを目的とする。
この発明に係るレーダ装置は、他の電波発振源から発射される直接波と、電波発振源から発射された後に探知目標物によって反射された反射波を受信するアンテナと、受信した直接波と反射波をデジタル信号に変換するA/D変換部と、直接波の強度を減衰させ、反射波と同程度の強度とする電力波抑圧部と、探知目標物の方位を推定する方位推定部と、方位推定部による推定結果とA/D変換部によって変換された直接波のデジタル信号との相関処理を行い、直接波と反射波の到着時間差を出力する遅延時間算出部と、到着時間差に基づいて、探知目標物とアンテナとの間の距離を算出する目標位置算出部と、目標位置算出部で算出された距離と、方位推定部で推定された探知目標物の方位を出力する目標位置表示部を備えたものである。
この発明によれば、電波発振源からの直接波および目標物による反射波が効率的に分離されるため、目標の測定位置精度が向上すると共に、利用者が目標物の位置精度を知ることができるため、位置精度に応じた的確な処理が可能となる。
以下、この発明の実施の様々な形態を説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるパッシブレーダ装置(レーダ装置)の構成と、目標物の位置測定方法を説明する図である。パッシブレーダ装置は、直接アレー型受信アンテナ11、A/D変換回路(A/D変換部)12、大電力波抑圧装置(電力抑圧部)13、方位推定装置(方位推定部)14、遅延時間算出装置(遅延時間算出部)15、目標位置算出装置(目標位置算出部)16、目標位置表示装置(目標位置表示部)17を備えている。
また、図中、目標物(探知目標物)102は、パッシブレーダ装置によって捜索、追尾すべき航空機等である。放送電波発射塔(電波発振源)101は、パッシブレーダが目標物102の位置を測定するために利用する電波の発振源であり、直接波103は、放送電波発射塔101からパッシブレーダ装置の直接アレー型受信アンテナ11に直接入射される直接波、反射波104は、放送電波発射塔101から発射された後、目標物102で反射されて直接アレー型受信アンテナ11に入射される反射波である。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるパッシブレーダ装置(レーダ装置)の構成と、目標物の位置測定方法を説明する図である。パッシブレーダ装置は、直接アレー型受信アンテナ11、A/D変換回路(A/D変換部)12、大電力波抑圧装置(電力抑圧部)13、方位推定装置(方位推定部)14、遅延時間算出装置(遅延時間算出部)15、目標位置算出装置(目標位置算出部)16、目標位置表示装置(目標位置表示部)17を備えている。
また、図中、目標物(探知目標物)102は、パッシブレーダ装置によって捜索、追尾すべき航空機等である。放送電波発射塔(電波発振源)101は、パッシブレーダが目標物102の位置を測定するために利用する電波の発振源であり、直接波103は、放送電波発射塔101からパッシブレーダ装置の直接アレー型受信アンテナ11に直接入射される直接波、反射波104は、放送電波発射塔101から発射された後、目標物102で反射されて直接アレー型受信アンテナ11に入射される反射波である。
次に、動作について説明する。
放送電波発射塔101から発射された電波は空間に放出された後、一部は直接波103として直接アレー型受信アンテナ11に入射する。また、空間に放出された一部の電波は捜索・追尾すべき目標物102に当たった後反射され、反射波104としてアレー型受信アンテナ11に入射する。直接波103は、反射波104に比べ強力な信号強度を有している。
放送電波発射塔101から発射された電波は空間に放出された後、一部は直接波103として直接アレー型受信アンテナ11に入射する。また、空間に放出された一部の電波は捜索・追尾すべき目標物102に当たった後反射され、反射波104としてアレー型受信アンテナ11に入射する。直接波103は、反射波104に比べ強力な信号強度を有している。
直接アレー型受信アンテナ11に入射した直接波103、および反射波104は、それぞれA/D変換回路12によってデジタル信号に変換された後、大電力波抑圧装置13に供給される。
大電力波抑圧装置13では、電力の大きな直接波103が選択的に抑圧され、反射波104の強度と同程度の強度にされる。直接波103は、反射波104に対して参照信号、即ち基準信号として作用するため、直接波103の強度を反射波104の強度と同程度にすることで、後に行われる方位推定演算がしやすくなる。なお、電力の抑圧には、例えば、PIAA(Power Inversion Adaptive Array)等のアルゴリズムを用いる。
大電力波抑圧装置13では、電力の大きな直接波103が選択的に抑圧され、反射波104の強度と同程度の強度にされる。直接波103は、反射波104に対して参照信号、即ち基準信号として作用するため、直接波103の強度を反射波104の強度と同程度にすることで、後に行われる方位推定演算がしやすくなる。なお、電力の抑圧には、例えば、PIAA(Power Inversion Adaptive Array)等のアルゴリズムを用いる。
大電力波抑圧装置13で抑圧された信号は、方位推定装置14に供給される。方位推定装置14では、目標物102の方位が算出される。方位算出には、例えば、超高分解能方位推定アルゴリズムMUSIC(Multiple Signal Classification)等を使用する。
方位推定装置14から出力された方位推定結果は、目標位置表示装置17および遅延時間算出装置15に出力される。遅延時間算出装置15では、方位推定装置14から出力される方位推定結果とA/D変換回路12から出力される直接波103の信号との相関処理が実施され、直接波103と反射波104の到来時間差が出力される。
次に、目標位置算出装置16において、遅延時間算出装置15から出力される両信号の到来時間差に基づいて目標物102と直接アレー型受信アンテナ11との間の距離が算出される。なお、ここで放送電波発射塔101と直接アレー型受信アンテナ11との間の距離は既知とする。算出された距離は目標位置表示装置17に出力され、方位推定装置14から供給された方位推定結果と併せて目標物102の方位情報、距離情報が表示される。
以上のように、この実施の形態1によれば、放送電波発射塔101からの直接波103が、大電力波抑圧装置13において目標物102による反射波104と同程度の強度に抑圧するようにしたので、目標物102の測定位置精度が向上する。
実施の形態2.
実施の形態1では、1つの処理装置を用いて目標物の位置を算出した。実施の形態2では、目標物の位置の精度を向上させるため、2組以上の処理装置を用いる。
実施の形態1では、1つの処理装置を用いて目標物の位置を算出した。実施の形態2では、目標物の位置の精度を向上させるため、2組以上の処理装置を用いる。
図2はこの発明の実施の形態2によるパッシブレーダ装置の構成と、目標物の位置測定方法を説明する図である。図1と同一の符号は同一の構成要素を表している。実施の形態2によるパッシブレーダ装置は、直接アレー型受信アンテナ11,21、A/D変換回路12,22、大電力波抑圧装置13,23、方位推定装置14,24、遅延時間算出装置15,25、目標位置算出装置16,26、目標位置表示装置17、および目標位置相関処理装置18を備えている。直接波105は、放送電波発射塔101からパッシブレーダ装置の直接アレー型受信アンテナ21に直接入射される直接波、反射波106は、放送電波発射塔101から発射された後、目標物102で反射されて直接アレー型受信アンテナ21に入射される反射波である。
放送電波発射塔101から発射された周波数f1の電波は空間に放出された後、一部は直接波103として直接アレー型受信アンテナ11に入射する。また、空間に放出された一部の電波は目標物102に当たった後、反射されて反射波104として直接アレー型受信アンテナ11に入射する。入射した直接波103および反射波104は、それぞれA/D変換回路12によってデジタル信号に変換された後、大電力波抑圧装置13において抑圧処理される。その後、大電力波抑圧装置13より出力された信号は、方位推定装置14に供給され、方位推定装置14では、目標物102の方位が算出される。方位の推定は、実施の形態1と同様にMUSIC等のアルゴリズムを使用して行われる。
方位推定装置14から出力された方位推定結果は、目標位置相関処理装置18および遅延時間算出装置15に出力される。その後、遅延時間算出装置15では、方位推定装置14から出力される方位推定結果とA/D変換回路12から出力される直接波103の信号との相関処理が実施され、直接波103と反射波104の到来時間差が出力される。また目標位置算出装置16において、遅延時間算出装置15から出力される両信号の到来時間差に基づいて目標物102と直接アレー型受信アンテナ11との間の距離が算出される。この結果は目標位置相関処理装置18に出力される。
同様に、放送電波発射塔101から発射された周波数f2の電波は空間に放出された後、一部は直接波105として直接アレー型受信アンテナ21に入射する。また、空間に放出された一部の電波は目標物102に当たった後、反射されて反射波106として直接アレー型受信アンテナ21に入射する。入射した直接波105および反射波106は、それぞれA/D変換回路22によってデジタル信号に変換された後、大電力波抑圧装置23において抑圧処理される。その後、大電力波抑圧装置23より出力された信号は、方位推定装置24に供給され、方位推定装置24では、目標物102の方位が算出される。方位の推定は、実施の形態1と同様にMUSIC等のアルゴリズムを使用して行われる。
方位推定装置24から出力された方位推定結果は、目標位置相関処理装置18および遅延時間算出装置25に出力される。その後、遅延時間算出装置25では、方位推定装置24から出力される方位推定結果とA/D変換回路22から出力される直接波105の信号との相関処理が実施され、直接波105と反射波106の到来時間差が出力される。また目標位置算出装置26において、遅延時間算出装置25から出力される両信号の到来時間差に基づいて目標物102と直接アレー型受信アンテナ21との間の距離が算出される。この結果は目標位置相関処理装置18に出力される。
目標位置相関処理装置18では、各々の目標位置算出結果の相関処理が実施され、目標位置表示装置17に目標物102の方位情報、距離情報が表示される。
以上のように、この実施の形態2によれば、複数の受信側装置を用いるようにしたので、アレー素子数の少ないレーダシステムにおいても、目標物102の測定位置精度を向上させることができる。
実施の形態3.
実施の形態1では、目標物102の位置情報を目標位置表示装置17に表示したが、実施の形態3では、この方位情報にさらに精度情報を付加して表示する。
実施の形態1では、目標物102の位置情報を目標位置表示装置17に表示したが、実施の形態3では、この方位情報にさらに精度情報を付加して表示する。
実施の形態3では、方位推定装置14において算出されるMUSIC処理の共分散行列固有値を目標物102の方位の信頼度として利用する。方位推定装置14では、直接アレー型受信アンテナ11の素子数に応じた共分散行列が形成される。この共分散行列の固有値は、それぞれ直接波103、反射波104の入射信号に対応しており、目標物102の方位の信頼度として利用することができる。
図3は、実施の形態3による、目標物102の方位推定の信頼度の表示例を示す図である。横軸の方位に対し、規格化した固有値をスペクトラム表示している。目標位置表示装置17に目標物102の方位と共に、図3に示すような位置精度の情報を表示する。
このように、実施の形態3によれば、目標物102の方位推定の信頼度を直接的に運用者に伝達することが可能となる。運用者は、信頼度を考慮して適切な対応を取ることができるという効果がある。
実施の形態4.
実施の形態3では、方位信頼度を方位に対するスペクトラム表示によって示したが、目標物102を表すシンボルを利用し、方位推定の信頼度とシンボルの大きさを対応させて表示するようにしてもよい。図4に、目標物102を表すシンボルを利用して信頼度を表示した例を示す。図に示すように、信頼度が高いほど、シンボルの大きさが連動して大きくなるように表示する。このような表示方法を用いることにより、運用者はより直感的に位置推定の信頼度を把握することができる。
実施の形態3では、方位信頼度を方位に対するスペクトラム表示によって示したが、目標物102を表すシンボルを利用し、方位推定の信頼度とシンボルの大きさを対応させて表示するようにしてもよい。図4に、目標物102を表すシンボルを利用して信頼度を表示した例を示す。図に示すように、信頼度が高いほど、シンボルの大きさが連動して大きくなるように表示する。このような表示方法を用いることにより、運用者はより直感的に位置推定の信頼度を把握することができる。
或いは、シンボル自体の大きさは変えず、シンボルの輝度等で表現しても良い。例えば、信頼度が低い場合は目標位置表示装置17上に表示されたシンボルの輝度を低くし、信頼度が高くなるにつれて輝度を高めるようにしてもよい。
以上のように、実施の形態4によれば、目標物102位置推定の信頼度を運用者が直感的に確認することができる。
実施の形態5.
実施の形態1から実施の形態4では、目標物102の位置推定の信頼度に関わらず、常に算出された位置情報を表示している。実施の形態5では、位置情報の信頼度が所定の値より低い場合には、位置情報を表示しないようにする。
実施の形態1から実施の形態4では、目標物102の位置推定の信頼度に関わらず、常に算出された位置情報を表示している。実施の形態5では、位置情報の信頼度が所定の値より低い場合には、位置情報を表示しないようにする。
図5は、実施の形態5による、目標物102の位置推定の信頼度の表示例を示す図である。図に示すように、位置精度にしきい値を設け、しきい値よりも位置精度が低い場合には、位置情報を表示せず、しきい値以上の場合にのみ、位置情報を表示する。
または、方位推定装置14において、共分散行列固有値に基づいて求められた信頼度がしきい値以下であると判断された場合には、方位推定装置14における方位推定処理、および遅延時間算出装置15と目標位置算出装置16における目標位置までの距離の算出を行わないようにしてもよい。
このように、実施の形態5によれば、位置推定の信頼度が低い場合には、当該位置情報を表示しないようにしたので、装置の演算負荷の低減が可能となり、無駄なリソースを消費せずに効率的なシステム運用が可能となる。
11,21 直接アレー型受信アンテナ(アンテナ)、12,22 A/D変換回路(A/D変換部)、13,23 大電力波抑圧装置(電力波抑圧部)、14,24 方位推定装置(方位推定部)、15,25 遅延時間算出装置(遅延時間算出部)、16,26 目標位置算出装置(目標位置算出部)、17 目標位置表示装置(目標位置表示部)、18 目標位置相関処理装置、101 放送電波発射塔(電波発振源)、102 目標物(探知目標物)、103,105 直接波、104,106 反射波。
Claims (6)
- 他の電波発振源から発射される直接波と、上記電波発振源から発射された後に探知目標物によって反射された反射波を受信するアンテナと、
受信した直接波と反射波をデジタル信号に変換するA/D変換部と、
上記直接波の強度を減衰させ、上記反射波と同程度の強度とする電力波抑圧部と、
上記探知目標物の方位を推定する方位推定部と、
上記方位推定部による推定結果と上記A/D変換部によって変換された上記直接波のデジタル信号との相関処理を行い、上記直接波と上記反射波の到着時間差を出力する遅延時間算出部と、
上記到着時間差に基づいて、上記探知目標物と上記アンテナとの間の距離を算出する目標位置算出部と、
上記目標位置算出部で算出された距離と、上記方位推定部で推定された上記探知目標物の方位を出力する目標位置表示部を備えたレーダ装置。 - 電力波抑圧部は、信号抑圧のアルゴリズムとしてPIAAを用いることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
- 複数の電波発振源から発射される直接波と、それらの電波発振源から発射された後、探知目標物によって反射された反射波を同時に受信し、
遅延時間算出部は、各々の直接波と反射波について到着時間差を算出し、
目標位置算出部は、おのおのの到着時間差に基づいて、上記探知目標物とアンテナとの距離を算出す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。 - 目標位置表示部は、方位推定部により推定された探知目標物の方位精度と、目標位置算出部により算出された上記探知目標物とアンテナとの間の距離精度を表示することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のレーダ装置。
- 目標位置表示部は、探知目標物の方位精度および距離精度に対応した形態のシンボルを表示することを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。
- 目標位置表示部は、方位精度および距離精度がある閾値よりも低い場合には、探知目標物の方位および距離の算出処理を停止することを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。
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- 2003-11-19 JP JP2003389614A patent/JP2005148013A/ja active Pending
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