JP2011095038A - レーダ装置、該レーダ装置に用いられるビーム走査方法及びビーム走査制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】フェーズドアレイ方式のレーダ装置の捜索データレートを向上させる。
【解決手段】ビーム走査制御手段（データ処理部６Ａ、方位ステップ数算出部９Ａ、ビーム制御部８）により、アンテナ素子１１が平面状に配列されたアンテナアレイの設定された方位監視範囲２＊Δθ（方向監視範囲）内の方位角（方向角）におけるアンテナ利得の変動と送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の谷のアンテナ利得の相対変動との和を表す最大利得変動Ｌが設定され、方位監視範囲２＊Δθ内の全ての方位角において最大利得変動Ｌが一定となるように、送受信ビームｂｍと隣接送受信ビームｂｍとの重なり率を表すスタックファクタが可変されて送受信ビームｂｍの方位に対応する方位情報ｄｒが生成され、設定されているビームスケジュール及び方位情報ｄｒに基づいて、走査方位制御信号ｔｃが生成されて空中線装置１に与えられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、レーダ装置、該レーダ装置に用いられるビーム走査方法及びビーム走査制御プログラムに係り、特に、フェーズドアレイ方式のレーダ装置（Phased Array Radar、位相配列レーダ）で捜索データレートを向上させる場合に適用して好適なレーダ装置、該レーダ装置に用いられるビーム走査方法及びビーム走査制御プログラムに関する。

レーダ装置は、空間に電波を放射し、目標や雨雲などからの反射信号を受信して対象物の状況を監視及び観測する装置である。このようなレーダ装置には、フェーズドアレイ方式のものがあり、複数のアンテナ素子が平面状に配列されて構成されたアンテナアレイが設けられ、送受信ビームが電子的に走査されるようになっている。

この種のレーダ装置は、たとえば図４に示すように、空中線装置１と、サーキュレータ２と、送信機又は励振部３と、受信機４と、信号処理部５と、データ処理部６と、表示部７と、ビーム制御部８と、方位ステップ数算出部９とから構成されている。空中線装置１は、平面状（プレーナ形状）に配列された所定数のアンテナ素子１１（アンテナアレイ）と、移相器モジュール又は送受信モジュール１２と、分配合成部１３とを有している。空中線装置１は、ビーム制御部８から与えられた走査方位制御信号（走査制御信号）ｔｃに基づいて、移相器モジュール又は送受信モジュール１２により各アンテナ素子１１に給電する位相を制御して送受信ビームｂｍの走査を行う。このレーダ装置では、送信機又は励振部３で生成された信号は、変調された信号として、サーキュレータ２を経由し、空中線装置１の分配合成部１３、移相器モジュール又は送受信モジュール１２及びアンテナ素子１１を介して電波として空間に放射される。また、目標からの反射信号は、空中線装置１のアンテナ素子１１、移相器モジュール又は送受信モジュール１２及び分配合成部１３を経由し、サーキュレータ２を介して受信信号として受信機４へ入力される。受信機４では、受信信号に対して、中間周波変換処理、信号増幅処理、位相検波処理などが行われ、位相検波信号（Ｉ信号、Ｑ信号）は、最終的にＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換処理によりディジタル信号に変換されて信号処理部５に入力される。

信号処理部５では、上記ディジタル信号に対して、パルス圧縮処理、クラッタなどの不要信号の除去処理、ドップラ処理などにより、対象目標の信号レベルを所要のＳ／Ｎレベルまで増幅し、目標信号検出処理などを行う。信号処理部５の出力データである目標データは、データ処理部６へ入力される。データ処理部６では、目標信号の相関処理などが行われ、表示部７へデータが入力される。送受信ビームｂｍの走査では、データ処理部６などで管理されているビームスケジュールに基づいた制御データｓｃ、及び、方位ステップ数算出部９で予め算出された方位情報ｄｒに基づいて、ビーム制御部８でタイミング信号が生成され、移相器モジュール又は送受信モジュール１２の移相器が同タイミング信号により制御される。なお、送受信ビームｂｍの走査は、方位のビーム走査になっているが、仰角のビーム走査についても同様である。

図５は、方位ビーム走査の概念及び各パラメータの定義を示す図である。
この図では、一例として、方位ビームノーズ角が−Ａ（Ｎ）〜Ａ（Ｎ）［度］の範囲の方位ビーム走査が模式的に示されている。図４中の方位ステップ数算出部９では、表示部７で指定された方位監視範囲（２＊Δθ）と、データ処理部６で管理する最大走査時のスタックファクタＳＦ（一定値）、及びアンテナ素子１１のアンテナアレイの正面方向のビーム幅θ_B などのパラメータを用いて、方位ステップ数Ｎ、方位ステップ番号ｋ（０〜Ｎ）、方位ビーム幅Ｃ（ｋ）、ビームと隣接ビームとの交点の角度である方位ビームのクロス角Ｂ（ｋ）、及び方位ビームノーズ角Ａ（ｋ）などが算出される。

図６は、アンテナ利得の変動及び方位ビームの谷のアンテナ利得の変動の概念を示す図、及び、図７が、図４中の方位ステップ数算出部９の動作を示すフローチャートである。
同図７に示すように、ステップＡ１では、初期値として、複数のアンテナ素子１１によるアンテナアレイの正面方向に対応する方位ステップ番号ｋ（＝０）、方位ビームノーズ角Ａ（ｋ）（＝０）、方位ビーム幅Ｃ（ｋ）（＝θ_B ）、スタックファクタＳＦ（ｋ）＝ＳＦ（一定）が設定される。ステップＡ２では、方位ステップ番号ｋがインクリメント（ｋ＝ｋ＋１）される。ステップＡ３では、当該方位ステップ番号でのスタックファクタＳＦ（ｋ）＝ＳＦ（ｋ−１）、ステップＡ４では、当該方位ステップ番号での方位ビームノーズ角Ａ（ｋ）＝Ａ（ｋ−１）＋Ｃ（ｋ−１）＊ＳＦ（ｋ）、及び、ステップＡ５では、当該方位ステップ番号でのビーム幅Ｃ（ｋ）＝Ｃ（０）／ｃｏｓ（Ａ（ｋ））が算出される。ここで、ビーム幅Ｃ（ｋ）は、ビーム走査面がプレーナ形状となっているため、走査角（方位ビームノーズ角Ａ（ｋ））の増加に伴い、ｃｏｓ（Ａ（ｋ））に反比例して増大する。ステップＡ６では、方位ビームノーズ角Ａ（ｋ）が方位監視覆域の最大値θmax（Ａ（０）＝０度の場合、Δθ）以上か否かの判定処理（Ａ（ｋ）≧θmax ？）が行われ、最大値θmax 未満であれば、ステップＡ２〜ステップＡ５が繰り返され、一方、最大値θmax 以上の場合、ステップＡ７に進む。

ステップＡ７では、図６中の方位監視覆域の最大値θmax と、当該最大値θmax を超えない最大の方位ステップ番号（ｋ−１）の方位ビームノーズ角Ａ（ｋ−１）との差を、変数ｘ［度］（＝θmax −Ａ（ｋ−１））とする。ステップＡ８では、変数ｘとビーム幅Ｃ（ｋ−１）とに基づいて、図６中の当該方位ビームのノーズからのアンテナ利得低下ｗ［ｄＢ］（＝−２４＊ｘ² ／Ｃ（ｋ−１）² ）が算出される。ステップＡ９では、変数ｗが方位ビームの谷のアンテナ利得の変動Ｅ（ｋ−２）に２．３ｄＢ（２ビームの加算利得）を加えた値以下か否かの判定処理（ｗ≦Ｅ（ｋ−２）＋２．３？）が行われ、同変数ｗが上記の値以下であれば、ステップＡ１０にて、方位ステップ番号（ｋ−１）を方位ステップ数Ｎとし、一方、同変数ｗが上記の値より大きければ、ステップＡ１１にて、方位ステップ番号ｋを方位ステップ数Ｎとする。方位ステップ数Ｎは、図４中の表示部７で指定された方位監視範囲、すなわち、図５中に示す方位監視範囲（２＊Δθ［度］）のうち、右半分の方位監視範囲内の方位ステップ数を示す。従って、方位監視範囲（２＊Δθ［度］）に相当するステップ数は（２Ｎ＋１）となる。

上記のレーダ装置の他、この種の関連技術としては、たとえば、特許文献１に記載された電子走査レーダ・ビーム制御装置がある。
この制御装置では、捜索ビーム諸元算出部により、各アンテナ面に対して最大動揺時の捜索覆域内のビーム諸元がアレイ面座標系で算出され、ビーム諸元が捜索ビーム諸元格納部に格納される。捜索覆域設定部により、水平面艦首基準座標系での捜索覆域が、動揺を考慮して一定時間間隔でアレイ面座標に変換され、各ビームの内外判定が行われる。捜索ビーム諸元読出し部により、捜索覆域内ビームが読み出される。動揺修正部により、ビームの水平面北基準座標値が算出される。アンテナＩ／Ｆ部により、アンテナに対してビーム照射情報が送出される。これにより、アンテナ動揺時のアレイ面座標系捜索覆域が求められ、スタック率（隣接ビームとの重なり率、スタックファクタ）一定に配置されたこの覆域内のビームが動揺修正され、照射されることで、アンテナ受信電力が一様に得られる。

特開平０５−２０９９５２号公報

しかしながら、上記関連技術では、次のような課題があった。
すなわち、図４のレーダ装置では、スタックファクタＳＦを一定にしたビーム走査方式が取られているため、指定された方位監視範囲における捜索データレートの必要以上の増加を招くという課題がある。

また、特許文献１に記載された制御装置では、アンテナ動揺時の捜索覆域内のビーム諸元がアレイ面座標系で算出され、覆域内のビームの動揺が修正され、照射することでアンテナ受信電力が一様に得られるが、ビームを走査する場合、隣接ビームとの重なり率であるスタック率が一定になっているため、上記の課題は改善されない。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、捜索データレートが向上するフェーズドアレイ方式のレーダ装置、該レーダ装置に用いられるビーム走査方法及びビーム走査制御プログラムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明の第１の構成は、レーダ装置に係り、所定数のアンテナ素子が平面状に配列されて構成されたアンテナアレイを有し、与えられた走査制御信号に基づいて前記各アンテナ素子に給電する位相を制御して送受信ビームの走査を行う空中線装置と、設定された方向監視範囲内の方向角におけるアンテナ利得の変動と前記送受信ビームの谷のアンテナ利得の相対変動との和を表す最大利得変動を設定し、前記方向監視範囲内の全ての方向角において当該最大利得変動が一定となるように、当該送受信ビームと隣接送受信ビームとの重なり率を表すスタックファクタを可変して前記送受信ビームの方向に対応する方向情報を生成し、設定されているビームスケジュール及び前記方向情報に基づいて、前記走査制御信号を生成して前記空中線装置に与えるビーム走査制御手段とを備えてなることを特徴としている。

この発明の第２の構成は、所定数のアンテナ素子が平面状に配列されて構成されたアンテナアレイを有し、与えられた走査制御信号に基づいて前記各アンテナ素子に給電する位相を制御して送受信ビームの走査を行う空中線装置を有するレーダ装置に用いられるビーム走査方法に係り、ビーム走査制御手段が、設定された方向監視範囲内の方向角におけるアンテナ利得の変動と前記送受信ビームの谷のアンテナ利得の相対変動との和を表す最大利得変動を設定し、前記方向監視範囲内の全ての方向角において当該最大利得変動が一定となるように、当該送受信ビームと隣接送受信ビームとの重なり率を表すスタックファクタを可変して前記送受信ビームの方向に対応する方向情報を生成し、設定されているビームスケジュール及び前記方向情報に基づいて、前記走査制御信号を生成して前記空中線装置に与えるビーム走査制御処理を行うことを特徴としている。

この発明の構成によれば、捜索データレートが向上するフェーズドアレイ方式のレーダ装置を実現できる。

この発明の一実施形態であるレーダ装置の要部の電気的構成を示すブロック図である。 アンテナ利得の変動と方位ビームの谷のアンテナ利得の変動との和を一定にした場合の概念を示す図である。 図１中の方位ステップ数算出部９Ａの動作を示すフローチャートである。 レーダ装置の電気的構成を示すブロック図である。 方位ビーム走査の概念及び各パラメータの定義を示す図である。 アンテナ利得の変動及び方位ビームの谷のアンテナ利得の変動の概念を示す図である。 図４中の方位ステップ数算出部９の動作を示すフローチャートである。

上記ビーム走査制御手段（たとえば、データ処理部、方位ステップ数算出部、ビーム制御部）が、前記アンテナアレイの正面方向のアンテナ利得を基準として、上記方向監視範囲内の方向角におけるアンテナ利得の変動と上記送受信ビームの谷のアンテナ利得の相対変動とによる利得低下の和を上記最大利得変動として設定し、上記方向監視範囲内の全ての方向角において当該最大利得変動が一定となるように上記スタックファクタを可変して上記方向情報を生成する構成とされているレーダ装置を実現する。

また、上記空中線装置は、上記走査制御信号に基づいて上記各アンテナ素子に給電する位相を制御する移相手段を有し、上記ビーム走査制御手段は、上記走査制御信号を上記移相手段に与える構成とされている。上記ビーム走査制御手段は、上記方向監視範囲、上記空中線装置の正面方向の上記送受信ビームの幅及び上記最大利得変動を含む諸元データを設定すると共に、上記ビームスケジュールを設定するデータ設定手段と、同データ設定手段で設定された上記諸元データに基づいて、上記スタックファクタを可変して、上記方向情報として、当該送受信ビームの利得の変動と隣接送受信ビームのビームが交差する点の利得変動との和が一定となるように各ビームノーズ角を算出すると共に、上記各ビームノーズ角に基づいて方向ステップ数及び方向ステップ番号を算出する方向情報生成手段と、上記データ設定手段で設定された上記ビームスケジュール、及び上記方向情報生成手段で算出された上記各ビームノーズ角、方向ステップ数及び方向ステップ番号に基づいて上記走査制御信号を生成するビーム制御手段とを有する。上記方向監視範囲は、上記空中線装置の上記アンテナ素子の正面方向を基準として設定された方位及び／又は仰角の範囲である。

実施形態

図１は、この発明の一実施形態であるレーダ装置の要部の電気的構成を示すブロック図である。
この形態のレーダ装置では、同図に示すように、図４中のデータ処理部６及び方位ステップ数算出部９に代えて、異なる機能を有するデータ処理部６Ａ及び方位ステップ数算出部９Ａが設けられている。データ処理部６Ａは、表示部７により指定された方位監視範囲（方向監視範囲）２＊Δθ、空中線装置１のアンテナ素子１１のアンテナアレイの正面方向のビーム幅θ_B 、及び同方位監視範囲２＊Δθ内の方位角（方向角）におけるアンテナ利得の変動と空中線装置１により走査される送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の谷のアンテナ利得の相対変動との和を表す最大利得変動Ｌを含む諸元データを設定すると共に、ビーム制御部８に対してビームスケジュールを設定する。特に、この実施形態では、データ処理部６Ａは、上記方位監視範囲２＊Δθ内の方位角におけるアンテナ利得の変動と送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の谷のアンテナ利得の相対変動とによる利得低下の和を上記最大利得変動Ｌとして設定する。また、データ処理部６Ａでは、データ処理部６で一定とされていたスタックファクタＳＦが、可変となっている。

方位ステップ数算出部９Ａは、方位監視範囲２＊Δθ内の全ての方位角において当該最大利得変動Ｌが一定となるように、当該送受信ビームｂｍ（方位ビーム）と隣接送受信ビームｂｍ（方位ビーム）との重なり率を表すスタックファクタを可変して送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の方向に対応する方位情報ｄｒ（方向情報）を生成する。特に、この実施形態では、方位ステップ数算出部９Ａは、データ処理部６Ａで設定された上記諸元データに基づいて、上記スタックファクタを可変して、上記方位情報ｄｒとして、当該送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の利得の変動と隣接送受信ビームｂｍ（方位ビーム）のビームが交差する点の利得変動との和が一定となるように各方位ビームノーズ角Ａ（ｋ）を算出すると共に、同各方位ビームノーズ角に基づいて方位ステップ数Ｎ及び方位ステップ番号ｋ（０〜Ｎ）を算出する。ビーム制御部８は、データ処理部６Ａにより設定されているビームスケジュールに基づく制御データｓｃ及び上記方位情報ｄｒに基づいて、走査方位制御信号ｔｃ（走査制御信号）を生成して空中線装置１に与える。空中線装置１は、走査方位制御信号ｔｃに基づいて各アンテナ素子１１に給電する位相を制御して送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の走査を行う。上記データ処理部６Ａ、方位ステップ数算出部９Ａ及びビーム制御部８により、ビーム走査制御手段が構成されている。ビーム走査制御手段は、コンピュータで構成され、コンピュータ読み取り可能なビーム走査制御プログラムに基づいて動作する。

図２は、アンテナ利得の変動と方位ビームの谷のアンテナ利得の変動との和を一定にした場合の概念を示す図、及び、図３が、図１中の方位ステップ数算出部９Ａの動作を示すフローチャートである。
これらの図を参照して、この形態のレーダ装置に用いられるビーム走査方法の処理内容について説明する。
このレーダ装置では、ビーム走査制御手段（データ処理部６Ａ、方位ステップ数算出部９Ａ、ビーム制御部８）により、設定された方位監視範囲２＊Δθ（方向監視範囲）内の方位角（方向角）におけるアンテナ利得の変動と送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の谷のアンテナ利得の相対変動との和を表す最大利得変動Ｌが設定され、上記方位監視範囲２＊Δθ内の全ての方位角（方向角）において当該最大利得変動Ｌが一定となるように、当該送受信ビームｂｍ（方位ビーム）と隣接送受信ビームｂｍ（方位ビーム）との重なり率を表すスタックファクタが可変されて送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の方位（方向）に対応する方位情報ｄｒ（方向情報）が生成され、設定されているビームスケジュール及び上記方位情報ｄｒ（方向情報）に基づいて、走査方位（方向）制御信号ｔｃが生成されて空中線装置１に与えられる（ビーム走査制御処理）。空中線装置１では、走査方位制御信号ｔｃが移相手段（移相器モジュール又は送受信モジュール１２）に与えられ、各アンテナ素子１１に給電する位相を制御して送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の走査が行われる。

上記ビーム走査制御処理では、ビーム走査制御手段により、上記アンテナアレイの正面方向のアンテナ利得を基準として、方位監視範囲２＊Δθ内の方位角におけるアンテナ利得の変動と送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の谷のアンテナ利得の相対変動とによる利得低下の和が最大利得変動Ｌとして設定され、方位監視範囲２＊Δθ内の全ての方位角において当該最大利得変動Ｌが一定となるように上記スタックファクタが可変されて方位情報ｄｒが生成される。

この場合、データ設定手段（データ処理部６Ａ）により、方位監視範囲２＊Δθ、空中線装置１の正面方向の送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の幅（ビーム幅）及び最大利得変動Ｌ（利得低下の和）を含む諸元データが設定されると共に、上記ビームスケジュールが設定される（データ設定処理）。また、方向情報生成手段（方位ステップ数算出部９Ａ）により、上記データ設定手段（データ処理部６Ａ）で設定された上記諸元データに基づいて、スタックファクタが可変され、方位情報ｄｒとして、当該送受信ビームｂｍ（方位ビーム）の利得の変動と隣接送受信ビームｂｍ（方位ビーム）のビームが交差する点の利得変動との和が一定となるように各方位ビームノーズ角が算出されると共に、同各方位ビームノーズ角に基づいて方向ステップ数及び方向ステップ番号が算出される（方向情報生成処理）。そして、ビーム制御手段（ビーム制御部８）により、データ設定手段（データ処理部６Ａ）で設定されたビームスケジュール、及び方向情報生成手段（方位ステップ数算出部９Ａ）で算出された各方位ビームノーズ角、方向ステップ数及び方向ステップ番号に基づいて走査方位制御信号ｔｃが生成される（ビーム制御処理）。

すなわち、方位ステップ数算出部９Ａでは、図３に示すように、ステップＢ１で、初期値として、空中線装置１のアンテナアレイ（アンテナ素子１１）正面方向の方位ステップ番号ｋ（＝０）、方位ビームノーズ角Ａ（ｋ）（＝０）、方位ビーム幅Ｃ（ｋ）（＝θ_B ）、及び、アンテナ利得の変動Ｄ（ｋ）と方位ビームの谷のアンテナ利得の変動Ｅ（ｋ）との和（Ｄ（ｋ）＋Ｅ（ｋ）＝Ｌ、一定）が設定される。ステップＢ２では、アンテナ利得の変動Ｄ（ｋ）＝２０＊ｌｏｇ（ｃｏｓ（Ａ（ｋ）））に基づいて、方位ステップ番号ｋ＝０、すなわち、アンテナアレイ正面方向でのアンテナ利得の変動Ｄ（０）が算出される。ステップＢ３では、方位ビームの谷のアンテナ利得の変動Ｅ（ｋ）＝Ｌ−Ｄ（ｋ）に基づいて、方位ステップ番号ｋ＝０、すなわち、アンテナアレイ正面方向での方位ビームの谷のアンテナ利得の変動Ｅ（０）が算出される。ステップＢ４では、方位ビームのクロス角Ｂ（ｋ）＝（（−Ｅ（ｋ）＊Ｃ（ｋ）² ）／２４）^1/2 ＋Ａ（ｋ）に基づいて、アンテナアレイ正面方向の方位ビームと隣接する方位ビームとの交点の角度Ｂ（０）が算出される。

ステップＢ５では、方位ステップ番号ｋがインクリメント（ｋ＝ｋ＋１）される。ステップＢ６、ステップＢ７、ステップＢ８、ステップＢ９、及びステップＢ１０では、それぞれ、当該方位ステップ番号（ｋ＝ｋ＋１）での方位ビームノーズ角Ａ（ｋ）＝２＊Ｂ（ｋ−１）−Ａ（ｋ−１）、ビーム幅Ｃ（ｋ）＝Ｃ（０）／ｃｏｓ（Ａ（ｋ））、アンテナ利得の変動Ｄ（ｋ）＝２０＊ｌｏｇ（ｃｏｓ（Ａ（ｋ）））、方位ビームの谷のアンテナ利得の変動Ｅ（ｋ）＝Ｌ−Ｄ（ｋ）、及び、方位ビームクロス角Ｂ（ｋ）＝（（−Ｅ（ｋ）＊Ｃ（ｋ）² ）／２４）^1/2 ＋Ａ（ｋ）が算出される。

この場合、全ての方位角Ｂ（ｋ）において、アンテナ利得の変動Ｄ（ｋ）と方位ビームの谷のアンテナ利得の変動Ｅ（ｋ）との和Ｌ（最大利得変動）が一定となるように、スタック間隔（スタックファクタ）が設定される。つまり、スタックファクタを可変させて、Ｓ／Ｎ（所望信号のノイズに対する電力レベル比）の最適化が行われる。この後、ステップＢ１１〜ステップＢ１６で、図７中のステップＡ６〜ステップＡ１１と同様の処理が行われる。

ここで、方位監視覆域の最大値θmax を、たとえば４５度（ｄｅｇ）とし、図２に示すように、アンテナ利得の変動Ｄ（ｋ）と方位ビームの谷のアンテナ利得の変動Ｅ（ｋ）との和（最大利得変動Ｌ）を、たとえば−６ｄＢとした場合の方位ステップ数Ｎと、図６に示す方法による方位ステップ数Ｎとを比較する。この場合、最大値θmax を４５度としてビーム走査したときの利得低下を合わせるため、図６に示す方法におけるスタックファクタＳＦを、ＳＦ＝１／√２（＝０．７０７…）としている。方位ステップ数Ｎを、図７のフローチャートに基づいて求めると、図５に示す右側の方位ステップ数Ｎは２６ステップとなる。従って、方位監視範囲２＊Δθでのステップ数は、２６＊２＋１＝５３ステップとなる。一方、方位ステップ数Ｎを、この実施形態の図３のフローチャートに基づいて求めると、方位ステップ数Ｎは２０ステップとなり、方位監視範囲２＊Δθでのステップ数は、２０＊２＋１＝４１ステップとなる。従って、スタックファクタを可変とし、走査ビームのＳ／Ｎの最適化を行うことにより、１２（＝５３−４１）方位ステップが低減される。

以上のように、この実施形態では、スタックファクタを可変とし、各走査ビームのＳ／Ｎの最適化を行うことにより、同スタックファクタを一定値にする場合に比べて、方位ステップ数が低減され、捜索データレートが向上する。

以上、この発明の実施形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成は同実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、上記実施形態では、方向監視範囲は、空中線装置１のアンテナ素子１１の正面方向を基準として設定された方位監視範囲としたが、仰角監視範囲としても、上記実施形態とほぼ同様の作用、効果が得られる（請求項５、１０に対応）。

この発明は、フェーズドアレイ方式のレーダ装置全般に適用できる。

１ 空中線装置
２ サーキュレータ（レーダ装置の一部）
３ 送信機又は励振部（レーダ装置の一部）
４ 受信機（レーダ装置の一部）
５ 信号処理部（レーダ装置の一部）
６Ａ データ処理部（データ設定手段、ビーム走査制御手段の一部）
７ 表示部（レーダ装置の一部）
８ ビーム制御部（ビーム制御手段、ビーム走査制御手段の一部）
９Ａ 方位ステップ数算出部（方向情報生成手段、ビーム走査制御手段の一部）
１１ アンテナ素子（空中線装置の一部、アンテナアレイ）
１２ 移相器モジュール又は送受信モジュール（移相手段、空中線装置の一部）
１３ 分配合成部（空中線装置の一部）
ｂｍ 送受信ビーム
ｔｃ 走査方位制御信号（走査制御信号）
２＊Δθ 方位監視範囲（方向監視範囲）
θ_B ビーム幅
Ｌ 最大利得変動
ｋ（０〜Ｎ） 方位ステップ数Ｎ及び方位ステップ番号
Ａ（ｋ） 方位ビームノーズ角
ｄｒ 方位情報

Claims (11)

1. 所定数のアンテナ素子が平面状に配列されて構成されたアンテナアレイを有し、与えられた走査制御信号に基づいて前記各アンテナ素子に給電する位相を制御して送受信ビームの走査を行う空中線装置と、
   設定された方向監視範囲内の方向角におけるアンテナ利得の変動と前記送受信ビームの谷のアンテナ利得の相対変動との和を表す最大利得変動を設定し、前記方向監視範囲内の全ての方向角において当該最大利得変動が一定となるように、当該送受信ビームと隣接送受信ビームとの重なり率を表すスタックファクタを可変して前記送受信ビームの方向に対応する方向情報を生成し、設定されているビームスケジュール及び前記方向情報に基づいて、前記走査制御信号を生成して前記空中線装置に与えるビーム走査制御手段とを備えてなることを特徴とするレーダ装置。
2. 前記ビーム走査制御手段は、
   前記アンテナアレイの正面方向のアンテナ利得を基準として、前記方向監視範囲内の方向角におけるアンテナ利得の変動と前記送受信ビームの谷のアンテナ利得の相対変動とによる利得低下の和を前記最大利得変動として設定し、前記方向監視範囲内の全ての方向角において当該最大利得変動が一定となるように前記スタックファクタを可変して前記方向情報を生成する構成とされていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 前記空中線装置は、
   前記走査制御信号に基づいて前記各アンテナ素子に給電する位相を制御する移相手段を有し、
   前記ビーム走査制御手段は、
   前記走査制御信号を前記移相手段に与える構成とされていることを特徴とする請求項１又は２記載のレーダ装置。
4. 前記ビーム走査制御手段は、
   前記方向監視範囲、前記空中線装置の正面方向の前記送受信ビームの幅及び前記最大利得変動を含む諸元データを設定すると共に、前記ビームスケジュールを設定するデータ設定手段と、
   該データ設定手段で設定された前記諸元データに基づいて、前記スタックファクタを可変して、前記方向情報として、当該送受信ビームの利得の変動と隣接送受信ビームのビームが交差する点の利得変動との和が一定となるように各ビームノーズ角を算出すると共に、前記各ビームノーズ角に基づいて方向ステップ数及び方向ステップ番号を算出する方向情報生成手段と、
   前記データ設定手段で設定された前記ビームスケジュール、及び前記方向情報生成手段で算出された前記各ビームノーズ角、方向ステップ数及び方向ステップ番号に基づいて前記走査制御信号を生成するビーム制御手段とを有することを特徴とする請求項１、２又は３記載のレーダ装置。
5. 前記方向監視範囲は、
   前記空中線装置の前記アンテナアレイの正面方向を基準として設定された方位及び／又は仰角の範囲であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のレーダ装置。
6. 所定数のアンテナ素子が平面状に配列されて構成されたアンテナアレイを有し、与えられた走査制御信号に基づいて前記各アンテナ素子に給電する位相を制御して送受信ビームの走査を行う空中線装置を有するレーダ装置に用いられるビーム走査方法であって、
   ビーム走査制御手段が、設定された方向監視範囲内の方向角におけるアンテナ利得の変動と前記送受信ビームの谷のアンテナ利得の相対変動との和を表す最大利得変動を設定し、前記方向監視範囲内の全ての方向角において当該最大利得変動が一定となるように、当該送受信ビームと隣接送受信ビームとの重なり率を表すスタックファクタを可変して前記送受信ビームの方向に対応する方向情報を生成し、設定されているビームスケジュール及び前記方向情報に基づいて、前記走査制御信号を生成して前記空中線装置に与えるビーム走査制御処理を行うことを特徴とするビーム走査方法。
7. 前記ビーム走査制御処理では、
   ビーム走査制御手段が、前記アンテナアレイの正面方向のアンテナ利得を基準として、前記方向監視範囲内の方向角におけるアンテナ利得の変動と前記送受信ビームの谷のアンテナ利得の相対変動とによる利得低下の和を前記最大利得変動として設定し、前記方向監視範囲内の全ての方向角において当該最大利得変動が一定となるように前記スタックファクタを可変して前記方向情報を生成することを特徴とする請求項６記載のビーム走査方法。
8. 前記空中線装置は、前記走査制御信号に基づいて前記各アンテナ素子に給電する位相を制御する移相手段を有し、
   前記ビーム走査制御処理では、
   前記ビーム走査制御手段が、前記走査制御信号を前記移相手段に与えることを特徴とする請求項６又は７記載のビーム走査方法。
9. 前記ビーム走査制御処理では、
   データ設定手段が、前記方向監視範囲、前記空中線装置の正面方向の前記送受信ビームの幅及び前記最大利得変動を含む諸元データを設定すると共に、前記ビームスケジュールを設定するデータ設定処理と、
   方向情報生成手段が、前記データ設定手段で設定された前記諸元データに基づいて、前記スタックファクタを可変して、前記方向情報として、当該送受信ビームの利得の変動と隣接送受信ビームのビームが交差する点の利得変動との和が一定となるように各ビームノーズ角を算出すると共に、前記各ビームノーズ角に基づいて方向ステップ数及び方向ステップ番号を算出する方向情報生成処理と、
   ビーム制御手段が、前記データ設定手段で設定された前記ビームスケジュール、及び前記方向情報生成手段で算出された前記各ビームノーズ角、方向ステップ数及び方向ステップ番号に基づいて前記走査制御信号を生成するビーム制御処理とを行うことを特徴とする請求項６、７又は８記載のビーム走査方法。
10. 前記方向監視範囲は、
    前記空中線装置の前記アンテナアレイの正面方向を基準として設定された方位及び／又は仰角の範囲であることを特徴とする請求項６、７、８又は９記載のビーム走査方法。
11. コンピュータを請求項１乃至５のいずれか一に記載のビーム走査制御手段として機能させるためのコンピュータ読み取り可能なビーム走査制御プログラム。

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