JP2006080772A

JP2006080772A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2006080772A
Application number: JP2004261303A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takeya; 晋一竹谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】主アンテナの利得やサイドローブが高い場合でも、そのサイドローブを覆うことのできる補助ＣＨの出力を得て、ＳＬＣ処理やＳＬＢ処理を実施する。
【解決手段】妨害が無い環境で使用している主アンテナ１によるＮ本のマルチビームのうち、妨害環境下では、主アンテナ１のアンテナパターンを成形したＭ本のビーム信号を用いて、主アンテナ１のサイドローブの高い角度領域を覆い、サイドローブの低い広い角度領域は、利得の低いＬ個の補助アンテナ２による補助ビームで覆うようにする。この場合、主アンテナ１の高いサイドローブ領域は、主アンテナ１の開口全体を使ったビームを成形して、利得の高い補助ビームを形成し、主アンテナ１のサイドロ−ブの低い領域は小型の補助アンテナの補助ビームで覆うことにより、効率よく主アンテナ１のサイドローブを覆う補助ビ−ム信号を形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、本発明は、サイドローブ・キャンセラ（Sidelobe Canceller；ＳＬＣ）やサイドローブ・ブランキング（Sidelobe Blanker；ＳＬＢ）等の補助チャンネル（以下、ＣＨ）を使用するアンテナ装置に関する。

従来のＳＬＣ，ＳＬＢを実施するために補助ＣＨを必要とするアンテナ装置では、主ＣＨの利得やサイドローブが高い場合には、小型の補助アンテナでは不足し、ＳＬＣ（例えば非特許文献２参照）性能による抑圧性能が劣化していた。また、ＳＬＢ（例えば非特許文献３参照）については、主ＣＨのサイドローブよりも補助ＣＨのレベルが低い場合には、ＳＬＢが動作しない問題があった。

尚、本発明に関係する従来技術として、グラムシュミット方式については、特許文献１に記載されている。また、モノパルス測角、ＳＬＣ方式、ＳＬＢ方式については、非特許文献１に記載されている。また、ＭＳＮ方式については、非特許文献２に記載されている。また、直接解方式（ＳＭＩ方式等）については、非特許文献３に記載されている。
特許登録番号Ｐ１８１６５４８：アダプティブアンテナ装置電子情報通信学会、"改訂レーダ技術"、pp.119-129：アンテナパターン、pp.134-137：指向性合成、pp260-264：モノパルス測角、pp295-296：ＳＬＣ方式、pp295-296：ＳＬＢ方式 Alfonso Farina,"Antenna-Based Signal Processing Techniques for Radar Systems", Artech House,pp.170-176(1992) 菊間信良、"アレーアンテナによる適応信号処理"、科学技術出版（1999）、pp.67-86 菊間信良、"アレーアンテナによる適応信号処理"、科学技術出版（1999）、pp．35-37, 98-99

以上述べたように、従来のアンテナ装置では、主アンテナの利得やサイドローブが高い場合に、そのサイドローブを覆うための補助アンテナは大型になり、寸法・質量等に制約がある場合には、実現しにくい問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、主アンテナの利得やサイドローブが高い場合でも、そのサイドローブを覆うことのできる補助ＣＨの出力を得て、ＳＬＣ処理やＳＬＢ処理を実施することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明に係るアンテナ装置は以下のように構成される。

（１）Ｎ（Ｎは２以上の自然数）本のマルチビームを形成可能とする主アンテナと、前記主アンテナより利得の低いＬ（Ｌは２以上の自然数）個の補助アンテナとを備えるアンテナ装置であって、前記主アンテナで形成されるＮ本のマルチビームのうち、アンテナパターンを成形したＭ（ＭはＭ＜Ｎを満たす自然数）本のビーム信号を用いて前記主アンテナのサイドローブが基準レベルより高い角度領域を覆い、前記主アンテナのサイドローブが基準レベルより低い角度領域は、前記Ｌ個の補助アンテナによる補助ビームで覆うことを特徴とする。

（１）の構成によるアンテナ装置では、主アンテナの高いサイドローブ領域は、主アンテナの開口全体を使ったビームを成形して、利得の高い補助ビームを形成し、主アンテナのサイドロ−ブの低い領域は小型の補助アンテナによる補助ビームで覆うことにより、効率よく主アンテナのサイドローブを覆う補助ビ−ム信号を形成できる。

（２）Ｎ（Ｎは２以上の自然数）本のマルチビームを形成可能とする主アンテナと、前記主アンテナより利得の低いＬ（Ｌは２以上の自然数）個の補助アンテナとを備えるアンテナ装置であって、妨害が無い環境で使用しているＮ本のマルチビームのうち、妨害環境下では、Σビームのみを用いている場合に、Σビームに対応する位相モノパルスのΔビームを用いてΣビームのサイドローブの基準レベルより高い領域を覆い、サイドローブが基準レベルより低い角度領域は、前記Ｌ個の補助アンテナによる補助ビームで覆うことを特徴とする。

（２）の構成によるアンテナ装置では、複数ビームのうちΣビームを全て使用する場合には、主アンテナのサイドローブの高い領域は、Σビームとペアに形成されているΔビ−ムを用いて覆い、主アンテナのサイドロ−ブの低い領域は小型の補助アンテナによる補助ビームで覆うことにより、効率よく主アンテナのサイドローブを覆う補助ビ−ム信号を形成できる。

本発明によれば、主アンテナのサイドローブが高い場合でも、大型の補助アンテナを備えずに、ＳＬＣやＳＬＢの処理を実施できるアンテナ装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図１において、１はフェーズドアレイ方式の主アンテナであり、この主アンテナ１の受信信号は送受信モジュール１１を経由して、給電回路１２により合成され、受信器３によりデジタル信号に変換される。ここで、上記送受信モジュール１１は、具体的には図２に示すように、アンテナ素子１１１に対してサーキュレータ１１２が接続され、送信側、受信側（Ｎ系統）にそれぞれ増幅器１１３、移相器１１４を接続した構成になっている。

一方、制御器７では、妨害情報（妨害の有無）に応じて、ＳＬＣ又はＳＬＢ処理を選択的に実行する。処理を実行する場合には、ビーム切替器４で補助ビームに用いる信号（ｂa1〜ｂaM）を選択し、主ビーム信号（ｂm1〜ｂm（N-M））をＳＬＣ又はＳＬＢ処理器５に補助アンテナ２の受信信号（ａ1 〜ａL ）とともに入力する。ＳＬＣ処理器の基本構成を図３に、その処理例を図４に示し、ＳＬＢ処理器の基本構成を図５に、その処理例を図６に示す。

図３に示すＳＬＣ処理器は、遅延回路Ａ１、増幅器Ａ２，Ａ３、加算器Ａ４による狭帯域フィルタと、乗算器Ａ５，Ａ６及び減算器Ａ７による重み付け回路で構成され、図４に示すように、それぞれ入力信号帯域において、主アンテナ１のサイドローブ方向から入力される妨害信号を補助アンテナ２に入力される妨害信号で打ち消し、これによって妨害信号を角度方向のフィルタで抑圧することができる。

図５に示すＳＬＢ処理器は、補助ＣＨ信号と主ＣＨ信号とを比較する比較器Ｂ１と、その比較結果に基づいて主ＣＨ信号を選択的に導出するスイッチ（ＳＷ）Ｂ２とで構成され、図６に示すように、主ＣＨ≧補助ＣＨのときＯＮ、主ＣＨ＜補助ＣＨのときＯＦＦとして、短パルス妨害発生時の主ＣＨ出力を遮断することができる。

ここで、補助ビーム信号は、主アンテナ１に対する補助ビーム演算処理器６の演算処理により、主ビーム信号のサイドローブの高い角度領域を覆うように成形する。成形方法としては、例えば、以下に述べるように、逆フーリエ変換による方法がある。

まず、図７に示すように素子位置ベクトルと波数ベクトルを定義すると、次式で表される。

次に、主アンテナ１のサイドローブを低減させたい角度範囲の振幅及び位相の応答をｂm とすると、その応答に近似する補助ビームの複素ウェイト（振幅及び位相ウェイト）はｂm の逆フーリエ変換として、次式で表される。

この時の補助ビーム応答ｂa は次式で表される。

振幅及び位相は、図８に示すように、補助ＣＨのアンテナパターンが主ＣＨのサイドローブを覆うように、補助ビーム演算処理器６で決めればよい。演算した振幅及び位相は、図２に示す送受信モジュール１１の増幅器１１３の利得及び移相器１１４に設定する。また、移相器１１４のみの制御の場合には、簡易な方法としては、Ｗa の位相のみを抽出して、送受信モジュ−ル１１の移相器１１４に設定する。もし、位相のみによる制御で、主ビームのサイドローブを覆うことができなければ、逆フーリエ変換に用いる所望のビ−ムパターンに修正を加えて、同様の方法で位相ウェイトを算出して設定する。

この場合、ＡＺ面及びＥＬ面のそれぞれにおいて、１ビームで覆うことができなければ、複数ビーム（ｂa1〜ｂaM）で覆うように設定してもよい。複数ビームのＳＬＣ処理を実現するＳＬＣ処理器の構成を図９に示す。この場合、補助ＣＨの各ＳＬＣ系統Ｃ１１，Ｃ１２，…，Ｃ１ｍの出力を加算器Ｃ２で加算し、減算器Ｃ３にて主ＣＨの信号から減算することで、妨害数分のヌルを形成することができる。

尚、図９では、複数ループのＭＳＮ方式（非特許文献２参照）の場合を示しているが、縦続接続するグラムシュミット方式（特許文献１参照）や直接解方式（非特許文献３参照）等、他の方式でよいのは言うまでもない。

但し、複数にした場合は、ＳＬＣやＳＬＢの回路の入力が増えるため、回路規模が増えることになる。主ビームのサイドローブが低い領域は、補助アンテナ信号（ａ1 〜ａL ）を用いて覆えばよい。

この補助ＣＨ信号を用いて、ＳＬＣ処理又はＳＬＢ処理を実施する。ＳＬＣ処理は、図４に示すように、主ＣＨの信号（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）に含まれる妨害信号を制御ＣＨの信号を用いて、次式で示す演算を実施することによりウェイトＷを制御して、主ＣＨから制御ＣＨを減算して、妨害信号を抑圧するものである。ウェイトＷの漸化式（ｎ；反復回数）は次の通りである。

以上は、ＭＳＮ方式（非特許文献２）の場合を示しているが、グラムシュミット方式（特許文献１）や直接解方式（非特許文献３）等、他の方式でよいのは言うまでもない。

また、ＳＬＢ処理は、図６に示すように、主ＣＨと補助ＣＨのレベルを比較して、次式により主ＣＨの信号をＯＮ／ＯＦＦを決める回路である。

これは、パルス妨害に対して、妨害パルスの時間は受信器をＯＦＦにして、誤検出を避けるために有効である。

以上は、ＳＬＣ処理とＳＬＢ処理を個別に説明したが、ＳＬＣ処理とＳＬＢ処理の両者を適用してもよいのは言うまでもない。

また、モノパルス出力（非特許文献１）として、Σ、ΔＡＺ及びΔＥＬの場合について述べたが、Σ及びΔＡＺ（又はΔＥＬ）のみの場合に適用できるのは言うまでもない。

また、補助ビームの成形方法として、所望パターンの逆フーリエ変換法を述べたが、主ビームのサイドロ−ブを覆うようなビーム形成手法であれば、他の方法でよいのは言うまでもない。

（他の実施形態）
他の実施形態としては、妨害環境下において、主ビーム信号がΣビームの全てを使う必要がある場合には、Δビームを補助ビームとして選定する方法である。この様子を図１０に示す。この場合も、主ビームのサイドローブの低い角度領域は、補助アンテナで覆うようにする。このΔビームと補助アンテナの信号をＳＬＣ又はＳＬＢ処理器に入力すれば、以降は第１の実施形態と同様の処理で実現できる。

以上の実施形態は、平面アンテナの場合で説明したが、１次元のアンテナの場合でも有効なのは言うまでもない。

また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図。図１に示すレーダ装置の送受信モジュールの具体的な構成を示すブロック図。図１に示すレーダ装置に用いるＳＬＣ処理器の基本構成を示すブロック図。図３に示すＳＬＣ処理器の処理動作を説明するための図。図１に示すレーダ装置に用いるＳＬＢ処理器の基本構成を示すブロック図。図５に示すＳＬＢ処理器の処理動作を説明するための図。図１に示すレーダ装置の補助ビーム形成方法として、所望パターンの逆フーリエ変換法を採用する場合の、素子位置ベクトルと波数ベクトルの定義例を示す図。図１に示すレーダ装置において、補助ＣＨのアンテナパターンが主ＣＨのサイドローブを覆うようにパターン形成した様子を示す図。複数ビームのＳＬＣ処理を実現するＳＬＣ処理器の構成を示すブロック図。他の実施形態として、妨害環境下において、主ビーム信号がΣビームの全てを使う必要がある場合に、Δビームを補助ビームとして選定する方法を示す波形図。

符号の説明

１…主アンテナ、１１…送受信モジュール、１１１…アンテナ素子、１１２…サーキュレータ、１１３…増幅器、１１４…移相器、１２…給電回路、２…受信器、３…受信器、４…ビーム切替器、５…ＳＬＣまたはＳＬＢ処理器、６…補助ビーム演算処理器、７…制御器。

Claims

Ｎ（Ｎは２以上の自然数）本のマルチビームを形成可能とする主アンテナと、前記主アンテナより利得の低いＬ（Ｌは２以上の自然数）個の補助アンテナとを備えるアンテナ装置であって、
前記主アンテナで形成されるＮ本のマルチビームのうち、アンテナパターンを成形したＭ（ＭはＭ＜Ｎを満たす自然数）本のビーム信号を用いて前記主アンテナのサイドローブが基準レベルより高い角度領域を覆い、前記主アンテナのサイドローブが基準レベルより低い角度領域は、前記Ｌ個の補助アンテナによる補助ビームで覆うことを特徴とするアンテナ装置。
Ｎ（Ｎは２以上の自然数）本のマルチビームを形成可能とする主アンテナと、前記主アンテナより利得の低いＬ（Ｌは２以上の自然数）個の補助アンテナとを備えるアンテナ装置であって、
妨害が無い環境で使用しているＮ本のマルチビームのうち、妨害環境下では、Σビームのみを用いている場合に、Σビームに対応する位相モノパルスのΔビームを用いてΣビームのサイドローブの基準レベルより高い領域を覆い、サイドローブが基準レベルより低い角度領域は、前記Ｌ個の補助アンテナによる補助ビームで覆うことを特徴とするアンテナ装置。