JP2012002749A - レーダ装置、アンテナ制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ開口の方位の変更動作を行う際に、消費電力を抑えつつ、追尾を継続する。
【解決手段】アンテナ開口の方位の変更のために空中線部１−３を駆動させると、空中線部１−２のビーム走査範囲の端から空中線部１−３のビーム走査範囲の端までの範囲が、走査されない範囲となる。空中駆動部１−３を駆動させている間、空中駆動部１−３の駆動によって発生する走査されない範囲をカバーし、かつ空中駆動部１−２、１−３同士のビームの走査範囲が重複しないように、空中駆動部１−２、１−３のそれぞれのビームの走査範囲を逐次変更する。
【選択図】図６

Description

本発明は、レーダ装置等に関し、特に，可動フェーズドアレイアンテナによって監視制御を行うレーダ装置、アンテナ制御方法、および、その方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。

レーダ装置は、遠距離の小目標を高い分解能で追尾できる性能を有することが望ましい。このような性能を満足させるために、フェーズドアレイアンテナを複数組み合わせて、それぞれのフェーズドアレイアンテナの位置情報と放射ビーム指向方向のデータから最適な放射開口面を選定することにより、単独のフェーズドアレイアンテナより大きな開口面のアンテナを等価的に形成したレーダ装置の技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、フェーズドアレイアンテナの開口面を等価的に大きくすることができるので、より遠距離の小目標を高方位分解能で追尾することができる。しかしながら、複数のフェーズドアレイアンテナを組み合わせたレーダ装置は、複数のフェーズドアレイアンテナの何れかのフェーズドアレイアンテナが機能を喪失した場合、そのフェーズドアレイアンテナが分担していたビーム走査範囲の監視機能が喪失してしまうという問題があった。

また、特許文献２には、１つのフェーズドアレイアンテナに折れ曲がる機構を設け、複数の放射面を形成するレーダ装置の技術が開示されている。特許文献２によれば、各放射面の角度を任意に設定する駆動制御部を備え、当該放射面のそれぞれの角度に基づいて、所望のスキャンビームを形成することができる。しかし、特許文献２に記載のレーダ装置は、動的にビームの走査範囲を変更することができるが、複数の放射面のうち何れかの放射面のアンテナが機能を喪失した場合、その放射面が分担していたビーム走査範囲の監視機能が喪失してしまうという問題があった。

ここで、複数のフェーズドアレイアンテナを備えるレーダ装置のうち、一のフェーズドアレイアンテナが機能を喪失した場合の対策方法として、残りのフェーズドアレイアンテナのアンテナ開口の方位とビームの走査範囲とを変更することで、機能を喪失したフェーズドアレイアンテナの走査範囲をカバーする方法が考えられる。

以下に、当該方法の具体例を説明する。
レーダ装置は、フェーズドアレイアンテナを４つ備える。
第１のフェーズドアレイアンテナは、北方向を０°とした場合、アンテナ開口が０°方向を向き、アンテナ開口の方位の±４５°の範囲をビームの走査範囲とする。これにより、第１のフェーズドアレイアンテナは、−４５°（３１５°）〜４５°の範囲を走査する。
第２のフェーズドアレイアンテナは、アンテナ開口が９０°方向を向き、アンテナ開口の方位の±４５°の範囲をビームの走査範囲とする。これにより、第２のフェーズドアレイアンテナは、４５°〜１３５°の範囲を走査する。
第３のフェーズドアレイアンテナは、アンテナ開口が１８０°方向を向き、アンテナ開口の方位の±４５°の範囲をビームの走査範囲とする。これにより、第３のフェーズドアレイアンテナは、１３５°〜２２５°を走査する。
第４のフェーズドアレイアンテナは、アンテナ開口が２７０°方向を向き、アンテナ開口の方位の±４５°の範囲をビームの走査範囲とする。これにより、第４のフェーズドアレイアンテナは、２２５°〜３１５°（−４５°）を走査する。

ここで、第３のフェーズドアレイアンテナが機能を喪失した場合、レーダ装置は、各フェーズドアレイアンテナを以下に示すように制御する。
１．第１のフェーズドアレイアンテナの走査範囲をアンテナ開口の方位の±６０°の範囲とする。これにより、第１のフェーズドアレイアンテナは、−６０°（３００°）〜６０°の範囲を走査することとなる。
２．第２のフェーズドアレイアンテナのアンテナ開口を１２０°方向に向け、走査範囲をアンテナ開口の方位の±６０°の範囲とする。これにより、第２のフェーズドアレイアンテナは、６０°〜１８０°の範囲を走査することとなる。
３．第４のフェーズドアレイアンテナのアンテナ開口を２４０°方向に向け、走査範囲をアンテナ開口の方位の±６０°の範囲とする。これにより、第４のフェーズドアレイアンテナは、１８０°〜３００°（−６０°）の範囲を走査することとなる。
このような処理を行うことで、レーダ装置は、一のフェーズドアレイアンテナが機能を喪失した場合にも継続して同じ範囲に対する走査を行うことができる。

特開２００５−１８１２０３号公報 特開２００７−１７８３３２号公報

上述した一のフェーズドアレイアンテナが機能を喪失した場合における処理を行う場合、走査範囲を変更した後にアンテナ開口の方位を変更する方法と、アンテナ開口の方位を変更した後に走査範囲を変更する方法とが考えられる。
しかしながら、走査範囲を変更した後にアンテナ開口の方位を変更する場合、レーダ装置がアンテナ開口の方位の変更動作を完了するまでの間に、フェーズドアレイアンテナ間に走査範囲の重複が生じることとなる。そのため、走査範囲が重複する部分について過大なエネルギー照射を行うこととなり、不要に消費電力を増大させることとなる。

他方、アンテナ開口の方位を変更した後に走査範囲を変更する場合、レーダ装置がアンテナ開口の方位の変更動作を完了するまでの間に、フェーズドアレイアンテナ間で、走査されない範囲が生じることとなる。そのため、アンテナ開口の方位の変更以前に追尾していた目標を見失ってしまう惧れがある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、異なる方位に向けて設置された複数のフェーズドアレイアンテナを備えるレーダ装置であって、前記複数のフェーズドアレイアンテナの中から少なくとも１つのフェーズドアレイアンテナを選択する選択部と、前記選択部が選択したフェーズドアレイアンテナ以外のフェーズドアレイアンテナである非選択アンテナのビームの走査範囲であって、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を組み合わせることで予め定められた範囲をもれなくカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないような、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を算出する走査範囲算出部と、前記非選択アンテナのそれぞれが前記走査範囲算出部が算出したビームの走査範囲をカバーするときの、前記非選択アンテナのそれぞれのアンテナ開口の方位を算出する方位算出部と、前記非選択アンテナのアンテナ開口が、前記方位算出部が算出したアンテナ開口の方位と同一の方位を向くように前記非選択アンテナを駆動する駆動部と、前記駆動部が前記非選択アンテナを駆動させている間、前記非選択アンテナの駆動によって発生する走査されない範囲をカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないように、前記非選択アンテナのそれぞれのビームの走査範囲を逐次変更する走査範囲制御部とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、異なる方位に向けて設置された複数のフェーズドアレイアンテナを備えるレーダ装置のアンテナ制御方法であって、選択部は、前記複数のフェーズドアレイアンテナの中から少なくとも１つのフェーズドアレイアンテナを選択し、走査範囲算出部は、前記選択部が選択したフェーズドアレイアンテナ以外のフェーズドアレイアンテナである非選択アンテナのビームの走査範囲であって、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を組み合わせることで予め定められた範囲をもれなくカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないような、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を算出し、方位算出部は、前記非選択アンテナのそれぞれが前記走査範囲算出部が算出したビームの走査範囲をカバーするときの、前記非選択アンテナのそれぞれのアンテナ開口の方位を算出し、駆動部は、前記非選択アンテナのアンテナ開口が、前記方位算出部が算出したアンテナ開口の方位と同一の方位を向くように前記非選択アンテナを駆動し、走査範囲制御部は、前記駆動部が前記非選択アンテナを駆動させている間、前記非選択アンテナの駆動によって発生する走査されない範囲をカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないように、前記非選択アンテナのそれぞれのビームの走査範囲を逐次変更することを特徴とする。

また、本発明は、異なる方位に向けて設置された複数のフェーズドアレイアンテナを備えるレーダ装置を、前記複数のフェーズドアレイアンテナの中から少なくとも１つのフェーズドアレイアンテナを選択する選択部、前記選択部が選択したフェーズドアレイアンテナ以外のフェーズドアレイアンテナである非選択アンテナのビームの走査範囲であって、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を組み合わせることで予め定められた範囲をもれなくカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないような、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を算出する走査範囲算出部、前記非選択アンテナのそれぞれが前記走査範囲算出部が算出したビームの走査範囲をカバーするときの、前記非選択アンテナのそれぞれのアンテナ開口の方位を算出する方位算出部、前記非選択アンテナのアンテナ開口が、前記方位算出部が算出したアンテナ開口の方位と同一の方位を向くように前記非選択アンテナを駆動する駆動部、前記駆動部が前記非選択アンテナを駆動させている間、前記非選択アンテナの駆動によって発生する走査されない範囲をカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないように、前記非選択アンテナのそれぞれのビームの走査範囲を逐次変更する走査範囲制御部として機能させるためのプログラムである。

本発明によれば、走査範囲制御部は、非選択アンテナを駆動させている間、非選択アンテナの駆動によって発生する走査されない範囲をカバーし、かつ非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないように、非選択アンテナのそれぞれのビームの走査範囲を逐次変更する。これにより、アンテナ開口の方位の変更動作を行う際に、消費電力を抑えつつ、追尾を継続することができる。

Ｎ個の空中線部を有する第１実施形態のレーダ装置の構成図である。 空中線部のアンテナ開口の方位を変更する動作を示すフローチャートである。 空中線部のアンテナ開口の方位及びビームの走査範囲の例を示す図である。 特定方位が指定された場合の設定方位およびビーム走査範囲の一例を示す図である。 機能を喪失した空中線部が指定された場合の設定方位およびビーム走査範囲の一例を示す図である 非選択アンテナの駆動によって発生する走査されない範囲の補正方法を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るレーダ装置の一実施形態について詳細に説明する。
図１は、Ｎ個の空中線部を有する第１実施形態のレーダ装置の構成図である。図１に示すように、レーダ装置は、空中線部１−１〜１−ｎ（以下、空中線部１−１〜１−ｎを総称する場合は、空中線部１と表記する）、空中線駆動部２−１〜２−ｎ（駆動部：以下、空中線駆動部２−１〜２−ｎを総称する場合は、空中線駆動部２と表記する）、空中線部１のそれぞれのアンテナ開口の方位を検出する方位検出器３−１〜３−ｎ（以下、方位検出器３−１〜３−ｎを総称する場合は、方位検出器３と表記する）、セクタ切替部４、送受信切替器５、受信部６、信号処理部７、データ処理部８、表示・操作部９（選択部）、目標走査範囲算出部１０（走査範囲算出部）、空中線駆動制御部１１（方位算出部）、ビーム制御部１２（走査範囲制御部）、送信部１３、ビーム走査範囲算出器１４を備える。

空中線部１は、フェーズドアレイアンテナを有し、ビーム制御部１２によって決められた範囲をビームで走査する。
空中線駆動部２は、空中線駆動制御部１１が生成した制御データに基づいて、空中線部１のそれぞれのアンテナ開口の方位を機械的に変更する。
方位検出器３は、空中線部１のそれぞれのアンテナ開口の方位を検出し、検出した方位を示す方位データを、ビーム走査範囲算出器１４に出力する。
セクタ切替部４は、所定の空中線部１のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が入出力できるように切り替えを行う。
送受信切替器５は、信号系統の送受信の切り替えを行う。

受信部６は、送受信切替器５から受信ＲＦ信号を受信してＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号に変換し、信号処理部７に出力する。
信号処理部７は、受信部６から入力したＩＦ信号に対して目標検出処理を行う。
データ処理部８は、信号処理部７による目標検出処理結果に基づいて検出目標の追尾処理を行う。
表示・操作部９は、データ処理部８による検出目標の追尾状況を表示する。また、表示・操作部９は、操作員から空中線部１による検出目標の集中監視命令、または機能を喪失した空中線部１の情報の入力を受け付ける。
目標走査範囲算出部１０は、表示・操作部９が入力を受け付けた空中線部１以外の空中線部１である非選択空中線部１´のビームの走査範囲を算出する。具体的には、目標走査範囲算出部１０は、非選択空中線部１´のビームの走査範囲を組み合わせることで方位全周をもれなくカバーし、かつ非選択空中線部１´同士のビームの走査範囲が重複しないような、ビームの走査範囲を算出する。
空中線駆動制御部１１は、空中線部１の各設定方位を計算して空中線駆動部２の制御を行うための制御データを生成し、空中線駆動部２に出力する。
ビーム制御部１２は、ビーム走査範囲算出器１４が算出したビームの走査範囲に基づいて、方位全周を常時走査する捜索ビームを形成するための制御データを生成する。
送信部１３は、ビーム制御部１２が生成した制御データを送受信切替器５へ送信する。
ビーム走査範囲算出器１４は、方位検出器３が検出した方位に基づいて空中線部１の駆動中におけるビームの走査範囲を算出する。

すなわち、図１に示すレーダ装置は、Ｎ面のフェーズドアレイアンテナから成る空中線部１とセクタ切替部４とを接続し、このセクタ切替部４によって、送受信ＲＦ信号の入出力を実行する空中線部１を適宜に切り替える。また、セクタ切替部４から送受信切替器５へ接続して受信ＲＦ信号を受信部６へ伝送する。さらに、送受信切替器５は、送信部１３からの送信ＲＦ信号を受信してセクタ切替部４へ伝送する。

また、送受信切替器５から受信部６へ入力された受信ＲＦ信号は、受信ＩＦ信号に変換された後に、信号処理部７で目標検出を行い、さらに、データ処理部８で検出目標の追尾を行う。そして、検出目標の追尾状況は表示・操作部９の画面に表示されて、操作員が検出目標の追尾状況を視認する。また、データ処理部８による追尾処理結果はビーム制御部１２へ伝送され、追尾目標に対して照射する追尾ビームを形成するための制御データが生成される。さらに、ビーム制御部１２では、方位全周を常時走査する捜索ビームを形成するための制御データも生成される。これらの制御データは、送信部１３→送受信切替器５→セクタ切替部４→空中線部１のルートで伝送される。

また、送信部１３は、ビーム制御部１２で生成された制御データに基づいて、送信ＲＦ信号を生成して送受信切替器５へ伝送し、さらに、セクタ切替部４が、所定の空中線部のＲＦ信号が空中線部１へ入出力できるように切り替えを行う。そして、空中線部１では、それぞれのフェーズドアレイアンテナが所定の方向にビームを形成する。

また、操作員は、表示・操作部９にて目標の追尾状況を視認し、特に重点的に監視が必要と判断した特定方位を手動で表示・操作部９より入力する。これによって、特定方位のデータは、表示・操作部９から目標走査範囲算出部１０へ伝送される。ここで、目標走査範囲算出部１０は、特定方位のデータに応じて、その方位へのビーム形成に用いるフェーズドアレイアンテナの開口の大きさやアンテナ素子数が増大するように、各空中線部１によるビームの走査範囲を算出する。ここで算出する走査範囲は、ある方位（例えば、北方向）を基準とした角度によって表されるものである。そして、目標走査範囲算出部１０は、算出した走査範囲を示すデータを、空中線駆動制御部１１へ伝送する。

また、操作員は、機能を喪失した空中線部のデータを表示・操作部９より手動で入力する。これによって、機能が喪失した空中線部のデータは、表示・操作部９から目標走査範囲算出部１０へ伝送される。そして、目標走査範囲算出部１０は、機能が喪失した空中線部１のデータの内容に応じて、当該空中線部１が分担していた監視方位範囲を他の空中線部１で補完できるように、各空中線部１によるビームの走査範囲を算出する。そして、目標走査範囲算出部１０は、算出した走査範囲を示す目標走査範囲データを、空中線駆動制御部１１へ伝送する。

ここで、空中線駆動制御部１１は、目標走査範囲データに応じて、当該データが示す走査範囲をカバーするときの空中線部１のそれぞれのアンテナ開口の方位を算出すると共に方位制御データを生成する。そして、空中線駆動制御部１１で生成された方位制御データは、空中線駆動部２へ伝送され、各空中線部１が所定の方位に設定されるように機械的に駆動させる。

また、空中線駆動制御部１１が方位制御データを伝送することで空中線部１を駆動させている間、ビーム走査範囲算出器１４は、方位検出器３から空中線部１の現在のアンテナ開口の方位を示す方位データを逐次入力し、当該方位データを用いて、動的に各空中線部１によるビームの走査範囲を算出する。そして、ビーム走査範囲算出器１４が算出した走査範囲を示す走査範囲制御データは、ビーム制御部１２へ伝送され、各空中線部１のビームの走査範囲が所定の範囲になるように、ビームの形成を行う。

次に、信号の流れに沿って第１実施形態のレーダ装置の動作を詳細に説明する。Ｎ面のフェーズドアレイアンテナから成る空中線部１で受信された受信ＲＦ信号は、セクタ切替部４を経由して送受信切替器５へ伝送される。このとき、セクタ切替部４は、ビーム制御部１２からの制御信号によって、どの空中線部からの受信ＲＦ信号を入力するかを選択的に切り替える。送受信切替器５は、セクタ切替部４から入力された受信ＲＦ信号を受信部６へ伝送する。そして、受信部６が、受信ＲＦ信号をＩＦ信号に変換し信号処理部７へ伝送する。

さらに、信号処理部７が、目標に相当する信号を抽出する目標検出処理を行い、目標の検出時刻、位置情報などの目標検出データをデータ処理部８へ伝送する。これによって、データ処理部８は、目標検出データに基づいて、現時点における目標位置、速度、および針路の推定や、未来時刻の目標位置、速度、および針路の予測を行う。そして、データ処理部８は、推定した目標位置、速度、および針路のデータを表示・操作部９へ伝送し、表示・操作部９において、表示画面に目標の位置、速度、および針路のデータなどを表示して、操作員に視認させる。

また、データ処理部８で得られる未来時刻の目標位置のデータはビーム制御部１２へ伝送され、ビーム制御部１２が、当該時刻になったら目標位置に対してビームを照射する追尾ビームの制御データを生成する。なお、ビーム制御部１２は、追尾ビームの他に、方位全周を常時ビーム走査するための捜索ビームの制御データも生成する。ビーム制御部１２で生成された制御データは、送信部１３→送受信切替器５→セクタ切替部４→空中線部１のルートで伝送される。

このとき、送信部１３は、制御データにより指定される所定のタイミングで送信ＲＦ信号を発生し、この送信ＲＦ信号を、送受信切替器５を経由してセクタ切替部４へ伝送する。セクタ切替部４は、ビーム制御部１２からの制御データに基づいて、所定の方位にビームを形成するよう空中線部１のうち、必要な空中線部１に送信ＲＦ信号の伝送先を切り替える。そして、空中線部１は、入力されたＲＦ送信信号と、ビーム制御部１２からの制御データとに基づいて、所定の空中線部１のフェーズドアレイアンテナが送信ビームを形成する。

一方、操作員は、表示・操作部９に表示される目標の位置、速度、進行方向、および種別などのデータから状況を把握し、必要と判断する場合には、重点的に監視を行うための特定方位を表示・操作部９から手動で指定する。このとき指定した特定方位のデータは、表示・操作部９から目標走査範囲算出部１０へ伝送される。これによって、目標走査範囲算出部１０は、特定方位へのビーム形成に用いるフェーズドアレイアンテナの開口の大きさやアンテナ素子数が増大するように、各空中線部１のビームの走査範囲を算出する。次に、空中線駆動制御部１１は、算出した走査範囲を示す目標走査範囲データを、空中線駆動制御部１１へ伝送する。これによって、空中線駆動制御部１１は、目標走査範囲データに応じて、当該データが示す走査範囲をカバーするときの空中線部１のそれぞれのアンテナ開口の方位を計算する。通常は、１つの空中線部１でビーム形成を行うが、特定方位へは複数の空中線部を同時に用いてビーム形成を行う。

ここで、複数の空中線部で特定方位のビーム形成を行うように空中線部の方位設定角を変えると、方位全周を走査する捜索ビームを形成する際に、アンテナ開口の法線方向に対して左右のいずれかに大きくビーム形成の方位を傾ける必要が生じる。その結果、ビーム形成方位から見たアンテナ開口が実効的に小さくなるために、目標の探知性能の低下を招くおそれがある。また、ビームの半値幅が大きくなるために、方位分解性能も低下する。このような悪影響を軽減させるために、特定方位へビームを形成する空中線部の方位設定角だけでなく、それ以外の領域へビームを形成する空中線部の方位設定角も変化させる。

また、操作員は、機能を喪失した空中線部のデータを表示・操作部９から手動で入力する。これによって、機能を喪失した空中線部のデータは、表示・操作部９から目標走査範囲算出部１０へ伝送される。ここで、空中線部の機能が喪失されると、その空中線部が分担していた方位範囲のビーム走査ができなくなる。そのため、機能を喪失した空中線部の情報に応じて、その空中線部が分担していたビーム走査範囲を他の空中線部で補完できるように、目標走査範囲算出部１０は、各空中線部１のビームの走査範囲を算出すると共に目標走査範囲データを生成する。当該目標走査範囲データは、空中線駆動制御部１１に伝送され、空中線駆動制御部１１は、当該目標走査範囲データに応じて、当該データが示す走査範囲をカバーするときの空中線部１のそれぞれのアンテナ開口の方位を計算すると共に、方位制御データを生成する。そして、空中線駆動制御部１１で計算された各空中線部の設定方位角は空中線駆動部２に伝送され、空中線部１がそれぞれ指定の方位に設定されるよう機械的に駆動させる。

空中線駆動部２が空中線部１を駆動させると、方位検出器３は、それぞれの空中線部１のアンテナ開口の方位を示す方位データをビーム走査範囲算出器１４に伝送する。ビーム走査範囲算出器１４は、方位検出器３から方位データを入力し、当該方位データを用いて、動的に各空中線部１によるビームの走査範囲を算出すると共に、当該走査範囲を示す走査範囲制御データを生成する。そして、走査範囲制御データは、ビーム制御部１２へ伝送され、ビーム制御部１２が各空中線部１のビームの走査範囲が所定の範囲になるように、ビームの形成を行うための制御データを生成し、当該制御データを空中線部１に伝送する。

以上説明したように、本発明のレーダ装置は、フェーズドアレイアンテナを有する空中線部１の方位を機械的に変更するための空中線駆動部２を設け、さらに、それらの空中線部１の設定方位を計算して空中線駆動部２を制御するための制御データを生成する空中線駆動制御部１１を設けている。これによって、操作員が表示・操作部９から指定した特定方位へのビームを形成するためのフェーズドアレイアンテナのアンテナ素子数を増大させ、さらに、水平方向のアンテナ開口を等価的に増大させるように、空中線駆動制御部１１が、各空中線部１のアンテナ開口の設定方位を決定し、対応する方位制御データを生成する。

また、機能を喪失した空中線部を操作員が表示・操作部９から指定することにより、機能を喪失した空中線部が分担していた監視方位範囲を、他の空中線部で補完できるように、空中線駆動制御部１１が各空中線部のアンテナ開口の設定方位を決定し、対応する方位制御データを生成する。そして、その方位制御データは空中線駆動部２へ送信され、それらの空中線駆動部２がその方位制御データにしたがって各空中線部１の方位を機械的に設定する。これによって、特定方位の目標の探知性能や方位分解性能を高めることができると共に、複数のフェーズドアレイアンテナのうちの少なくとも１つが機能を喪失しても、そのフェーズドアレイアンテナが分担していた方位範囲の監視機能を維持することができ、方位全周の常時走査を行うこともできる。

次に、空中線部１のアンテナ開口の方位を変更する際の動作について具体的に説明する。
図２は、空中線部のアンテナ開口の方位を変更する動作を示すフローチャートである。
まず、表示・操作部９は、操作員から、重点的に監視を行うための特定方位の指定を受け付けた場合、または機能を喪失した空中線部１のデータの入力を受け付けた場合、複数の空中線部１の中から１つまたは複数の空中線部１を、全周走査のための構成から除外する空中線部１として選択する（ステップＳ１）。具体的には、機能を喪失した空中線部１のデータの入力を受け付けた場合、表示・操作部９は、当該入力されたデータが示す空中線部１を選択する。他方、特定方位の指定を受け付けた場合、表示・操作部９は、当該特定方位をビームの走査範囲内とする空中線部１を選択する。

次に、目標走査範囲算出部１０は、表示・操作部９によって選択されなかった空中線部１である複数の非選択空中線部１´のビームの走査範囲を算出する（ステップＳ２）。例えば、方位全周である３６０°を、非選択空中線部１´の個数で除算して得られる角度を、非選択空中線部１´それぞれの走査範囲とすることが考えられる。具体的には、非選択空中線部１´が４個である場合、目標走査範囲算出部１０は、３６０÷４を算出して得られる９０°の範囲（即ち、アンテナ開口の方向の±４５°の範囲）を、非選択空中線部１´それぞれの走査範囲として決定する。これにより、目標走査範囲算出部１０が算出した走査範囲は、非選択空中線部１´のビームの走査範囲を組み合わせることで方位全周をもれなくカバーし、かつ非選択空中線部１´同士のビームの走査範囲が重複しない走査範囲となる。

目標走査範囲算出部１０が非選択空中線部１´のビームの走査範囲を算出すると、非選択空中線部１´それぞれの走査範囲を示す目標走査範囲データを生成し、空中線駆動制御部１１に出力する。次に、空中線駆動制御部１１は、表示・操作部９が入力を受け付けたデータが、特定方位を指定するデータであるか、機能を喪失した空中線部１のデータであるかを判定する（ステップＳ３）。
表示・操作部９が入力を受け付けたデータが、特定方位を指定するデータである場合（ステップＳ３：特定方位）、空中線駆動制御部１１は、表示・操作部９が選択した空中線部１の設定方位を、特定方位と同じ方位に決定する（ステップＳ４）。また、空中線駆動制御部１１は、複数の非選択空中線部１´のうち、アンテナ開口の方位と当該特定方位とのなす角が最も小さいものの設定方位を、特定方位と同じ方位に決定する（ステップＳ５）。これにより、特定方位に向けるビーム形成に用いるアンテナ開口とアンテナ素子数を増大させることができる。
次に、空中線駆動制御部１１は、ステップＳ５で設定方位を決定した非選択空中線部１´以外の非選択空中線部１´の設定方位を、現在のアンテナ開口の方位との差が最も小さく、かつビームの走査範囲を目標走査範囲データが示す走査範囲に変更した場合に、当該走査範囲が他の非選択空中線部１´のビームの走査範囲と重複しない方位に決定する（ステップＳ６）。

ここで、目標の重点監視が必要と判断されたために操作員により特定方位が指定された場合の動作を具体的な例を用いて説明する。
図３は、空中線部のアンテナ開口の方位及びビームの走査範囲の例を示す図である。
ここでは、空中線部１の数が４である場合のレーダ装置の動作について説明する。
表示・操作部９において空中線部１の機能喪失及び特定方位の入力が無い場合、すなわち初期状態では、空中線部１のアンテナ開口の方位及びビームの走査範囲は、図３に示す状態となる。なお、図３は、４面のフェーズドアレイアンテナを上方から見下ろしたときの、各フェーズドアレイアンテナの配置とビーム走査範囲を表している。図２において、空中線部１−１〜空中線部１−４は、それぞれのフェーズドアレイアンテナの中心を軸として空中線駆動部２−１〜２−４が回転動作を行い、空中線部１の方位を変更させる。

ここで、説明を簡単にするために、空中線部１−１のアンテナ開口の方位を０°とし、時計回りに値が増大するものと定義する。特定方位の指定が無い場合は、図２に示す通り、空中線部１−１〜１−４の方位設定角を、それぞれ、０°、９０°、１８０°、および２７０°に設定する。また、それぞれの空中線部１は、アンテナ開口の方位の±４５°の範囲をビームの走査範囲とする。これにより、空中線部１−１は−４５°（３１５°）〜４５°の範囲を走査し、空中線部１−２は、４５°〜１３５°の範囲を走査し、空中線部１−３は、１３５°〜２２５°を走査し、空中線部１−４は、２２５°〜３１５°（−４５°）を走査する。

ここで、特定方位４５°が指定されると、４５°を走査する空中線部１−１を特定方向の走査に充当するため、Ｓ１により表示・選択部９は、ステップＳ１により空中線部１−１を選択する。これにより、空中線部１−２〜１−４は非選択空中線部１´となる。

次に、目標走査範囲算出部１０は、ステップＳ２により、非選択空中線部１´の数が３であることから、包囲前周を３で除算して得られる１２０°の範囲を、空中線部１−２〜１−４のそれぞれに走査させることに決定する。次に、空中線駆動制御部１１は、ステップＳ４により、表示・操作部９が選択した空中線部１−１の設定方位を、特定方位である４５°に決定する。
次に、空中線駆動制御部１１は、アンテナ開口の方位と特定方位とがなす角が最小となる非選択空中線部１´を特定する。

図３を参照すると、空中線部１−２のアンテナ開口の方位は９０°であり、特定方位となす角は４５°となる。空中線部１−３のアンテナ開口の方位は１８０°であり、特定方位となす角は１３５°となる。空中線部１−４のアンテナ開口の方位は２７０°であり、特定方位となす角は２２５°となる。
したがって、空中線駆動制御部１１は、アンテナ開口の方位と特定方位とがなす角が最小となる非選択空中線部１´が、空中線部１−２であると特定する。そのため、空中線駆動制御部１１は、ステップＳ５により、当該空中線部１−２の設定方位を特定方位である４５°に決定する。これにより、空中線部１−２の設定方位が４５°であるため、空中線部１−２のビーム走査範囲は、−１５°（３４５°）〜１０５°となる。

次に、空中線駆動制御部１１は、ステップＳ６により、空中線部１−２のビーム走査範囲と重複しないように、残りの空中線部１−３、１−４の設定方位を決定する。空中線部１−２のビーム走査範囲が−１５°（３４５°）〜１０５°であるため、残りの空中線部１−３、１−４は、１０５°〜２２５°の範囲と、２２５°〜３４５°の範囲を走査する必要がある。１０５°〜２２５°の範囲を走査するには、アンテナ開口を１６５°に向ける必要があり、２２５°〜３４５°の範囲を走査するには、アンテナ開口を２８５°に向ける必要がある。そこで、空中線駆動制御部１１は、現在のアンテナ開口の方位との差が最も小さくなるよう、空中線部１−３の設定方位を、１６５°に決定し、空中線部１−４の設定方位を、２８５°に決定する。

図４は、特定方位が指定された場合の設定方位およびビーム走査範囲の一例を示す図である。
図４に示すように、空中線部１−１と空中線部１−２のアンテナ開口の方位を特定方位に向けることで、ビーム形成に用いるアンテナ開口とアンテナ素子数を増大させることができる。また、空中線部１−３、１−４の方位設定角も変化させることで、方位全周をもれなく走査することができる。

他方、ステップＳ３で、表示・操作部９が入力を受け付けたデータが、機能を喪失した空中線部１のデータである場合（ステップＳ３：機能喪失）、空中線駆動制御部１１は、各非選択空中線部１´の設定方位を、現在のアンテナ開口の方位との差が最も小さく、かつビームの走査範囲を目標走査範囲データが示す走査範囲に変更した場合に、当該走査範囲が他の非選択空中線部１´のビームの走査範囲と重複しない方位に決定する（ステップＳ７）。

ここで、空中線部１−１が機能を喪失したために、操作員により当該空中線部１−１のデータの入力を受け付けた場合の動作を具体的な例を用いて説明する。なお、空中線部１の配置の初期状態は、図３に示す状態であるものとする。
機能を喪失した空中線部１−１のデータが入力されると、表示・選択部９は、ステップＳ１により、入力されたデータが示す空中線部１−１を選択する。これにより、空中線部１−２〜１−４は非選択空中線部１´となる。

次に、目標走査範囲算出部１０は、ステップＳ２により、非選択空中線部１´の数が３であることから、包囲前周を３で除算して得られる１２０°の範囲を、空中線部１−２〜１−４のそれぞれに走査させることに決定する。

次に、空中線駆動制御部１１は、ステップＳ７により、非選択空中線部１´同士のビーム走査範囲が重複しないように、非選択空中線部１´の設定方位を決定する。ここでは、各非選択空中線部１´が走査する範囲がそれぞれ１２０°であるため、それぞれのアンテナ開口の方位の差が１２０°となる必要がある。そこで、現在のアンテナ開口の方位との差が最も小さくなるよう、空中線部１−２の設定方位を、６０°に決定し、空中線部１−３の設定方位を、１８０°に決定し、空中線部１−４の設定方位を、３００°に決定する。

図５は、機能を喪失した空中線部が指定された場合の設定方位およびビーム走査範囲の一例を示す図である。
図５に示すように、空中線部１−２〜１−４の方位設定角を変化させることで、方位全周をもれなく走査することができる。

ステップＳ６またはステップＳ７で非選択空中線部１´の設定方位を決定すると、空中線駆動制御部１１は、当該設定方位を示す制御データを生成し、空中線駆動部２に伝送する（ステップＳ８）。これにより、空中線駆動部２は、非選択空中線部１´のアンテナ面が、制御データが示す方位と同一の方位を向くように非選択空中線部１´を駆動する。

空中線部１が駆動を開始すると、ビーム走査範囲算出器１４は、方位検出部３から空中線部１のアンテナ開口の方位を示す方位データを読み出す（ステップＳ９）。次に、ビーム走査範囲算出器１４は、読み出した方位データが示す方位と空中線駆動制御部１１がステップＳ８で生成した制御データが示す方位とが一致するか否かを判定する（ステップＳ１０）。
ビーム走査範囲算出器１４は、方位データが示す方位と制御データが示す方位とが一致しないと判定した場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、読み出した方位データを用いて、一の非選択空中線部１´のビームの走査範囲と、当該非選択空中線部１´に隣接する他の非選択空中線部１´のビームの走査範囲との間に発生する走査されない範囲を算出する（ステップＳ１１）。

次に、ビーム走査範囲算出器１４は、当該されない範囲の半分を、一の非選択空中線部１´のビームの走査範囲に含め、残り半分を他の非選択アンテナ１´のビームの走査範囲に含めるように、非選択アンテナ１´のそれぞれのビームの走査範囲を決定する（ステップＳ１２）。次に、ビーム走査範囲算出器１４は、当該走査範囲を示す走査範囲制御データをビーム制御部１２に伝送する。そして、ビーム制御部１２は、ビーム制御部１２が各空中線部１のビームの走査範囲が所定の範囲になるように、ビームの形成を行うための制御データを生成し、当該制御データを空中線部１に伝送する。以下、ステップＳ９に戻り、処理を繰り返す。

以下に、ステップＳ１１、Ｓ１２の処理の具体例を示す。
図６は、非選択アンテナの駆動によって発生する走査されない範囲の補正方法を示す図である。
今回ステップＳ９で方位データを読み出した時刻を時刻ｔとおき、前回ステップＳ９で方位データを読み出した時刻（初めてステップＳ９を実行する場合は、空中線部１の駆動開始前の時刻）を時刻ｔ−１とおく。時刻ｔ−１の時点では、図６（Ａ）に示すように、非選択空中線部１´である空中線部１−２のアンテナ開口の方位は９０°、ビームの走査範囲は、アンテナ開口の方位から±４５°の範囲である。また、時刻ｔ−１における、空中線部１−２に隣接する非選択空中線部１´である空中線部１−３のアンテナ開口の方位は、１８０°、ビームの走査範囲は、アンテナ開口の方位から±４５°の範囲である。

ここで、時刻ｔにおける空中線部１−２のアンテナ開口の方位が９０°、空中線部１−３のアンテナ開口の方位が１８６°である場合、図６（Ｂ）に示すように、空中線部１−２のビーム走査範囲の端である１３５°から空中線部１−３のビーム走査範囲の端である１４１°までの範囲が、走査されない範囲となる。そこで、ビーム走査範囲算出器１４は、図６（Ｃ）に示すように、当該走査されない範囲の半分である１３５°〜１３８°の範囲を空中線部１−２のビーム走査範囲に含め、また、残り半分である１３８°〜１４１°の範囲を空中線部１−３のビーム走査範囲に含める。
このように、ビーム走査範囲算出器１４は、非選択空中線部１´の駆動によって発生する走査されない範囲をカバーすることができる。

ビーム走査範囲算出器１４は、ステップＳ１０で、方位データが示す方位と制御データが示す方位とが一致すると判定した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ビーム走査範囲算出器１４は、非選択空中線部１´のそれぞれのビームの走査範囲を、目標走査範囲算出部１０がステップＳ２で算出した走査範囲に決定し（ステップＳ１３）、当該走査範囲を示す走査範囲制御データをビーム制御部１２に伝送する。そして、ビーム制御部１２は、ビーム制御部１２が各空中線部１のビームの走査範囲が所定の範囲になるように、ビームの形成を行うための制御データを生成し、当該制御データを空中線部１に伝送し、処理を終了する。

このように、本実施形態によるレーダ装置は、空中線駆動部２が非選択空中線部１´を駆動させている間、走査されない範囲をカバーし、かつ非選択空中線部１´同士のビームの走査範囲が重複しないように、非選択空中線部１´のそれぞれのビームの走査範囲を逐次変更する。これにより、空中線部１のアンテナ開口の方位を変更する際に、消費電力を抑えつつ、追尾を継続することができる。

ここで、空中線駆動制御部１１による各空中線駆動部２の駆動制御について説明する。
上述したように、ビーム走査範囲算出器１４の処理により、非選択空中線部１´のそれぞれのビームの走査範囲は、駆動によって発生する走査されない範囲をカバーし、かつ非選択空中線部１´同士のビームの走査範囲が重複しないように変更される。このとき、各非選択空中線部１´の走査の精度を高く保つためには、非選択空中線部１´の走査範囲がアンテナ開口の方位から正方向及び負方向に均等になるように非選択空中線部１´のアンテナ開口の方位を変更する必要がある。これは、送出するビームの方向がアンテナ開口の方位から離れるに従って、ビーム形成時の利得が低下するためである。

ここで、空中線駆動部２が、非選択空中線部１´のそれぞれを同一の角速度で駆動させてしまうと、非選択空中線部１´のそれぞれの間に発生する走査されない範囲の間隔が均一にならない。そのため、上述したステップＳ１１、Ｓ１２の処理により、非選択空中線部１´の走査範囲は、アンテナ開口の方位から正方向及び負方向に均等にならなくなってしまう。

そのため、空中線駆動制御部１１は、非選択空中線部１´のそれぞれの間に発生する走査されない範囲の間隔が等しくなるよう、以下に示す方法を用いて空中線駆動部２に伝送する制御データを生成する。
まず、空中線駆動制御部１１は、非選択空中線部１´のうち、現在のアンテナ開口の方位と設定方位との差が最も大きい非選択空中線部１´のアンテナ開口の方位が、設定方位になるまでに要する必要駆動時間を算出する。例えば、現在のアンテナ開口の方位と設定方位との差が最も大きい非選択空中線部１´のアンテナ開口の方位が９０°であり、当該非選択空中線部１´の設定方位が１２０°であった場合、空中線駆動制御部１１は、必要駆動時間として、非選択空中線部１´のアンテナ開口の方位を３０°動かすのに要する時間を算出する。

次に、空中線駆動制御部１１は、算出した必要駆動時間で、非選択空中線部１´のアンテナ開口の方位を設定方位まで駆動するのに要する角速度を非選択空中線部１´のそれぞれに対して算出する。そして、空中線駆動制御部１１は、空中線駆動部２に対し、当該算出した角速度で非選択空中線部１´を駆動させる制御データを生成し、空中線駆動部２に伝送する。そして、空中線駆動部２は、当該制御データが示す角速度を用いて、非選択空中線部１´のそれぞれを駆動する。
これにより、非選択空中線部１´のそれぞれの間に発生する走査されない範囲の間隔を等しくすることができる。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

上述のレーダ装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１、１−１〜１−ｎ…空中線部 １´…非選択空中線部 ２、２−１〜２−ｎ…空中線駆動部 ３、３−１〜３−ｎ…方位検出器 ４…セクタ切替部 ５…送受信切替器 ６…受信部 ７…信号処理部 ８…データ処理部 ９…表示・操作部 １０…目標走査範囲算出部 １１…空中線駆動制御部 １２…ビーム制御部 １３…送信部 １４…ビーム走査範囲算出器

Claims (5)

1. 異なる方位に向けて設置された複数のフェーズドアレイアンテナを備えるレーダ装置であって、
   前記複数のフェーズドアレイアンテナの中から少なくとも１つのフェーズドアレイアンテナを選択する選択部と、
   前記選択部が選択したフェーズドアレイアンテナ以外のフェーズドアレイアンテナである非選択アンテナのビームの走査範囲であって、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を組み合わせることで予め定められた範囲をもれなくカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないような、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を算出する走査範囲算出部と、
   前記非選択アンテナのそれぞれが前記走査範囲算出部が算出したビームの走査範囲をカバーするときの、前記非選択アンテナのそれぞれのアンテナ開口の方位を算出する方位算出部と、
   前記非選択アンテナのアンテナ開口が、前記方位算出部が算出したアンテナ開口の方位と同一の方位を向くように前記非選択アンテナを駆動する駆動部と、
   前記駆動部が前記非選択アンテナを駆動させている間、前記非選択アンテナの駆動によって発生する走査されない範囲をカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないように、前記非選択アンテナのそれぞれのビームの走査範囲を逐次変更する走査範囲制御部と
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 前記走査範囲制御部は、
   一の非選択アンテナのビームの走査範囲と当該一の非選択アンテナに隣接する他の非選択アンテナのビームの走査範囲との間に発生する走査されない範囲の半分を前記一の非選択アンテナのビームの走査範囲に含め、残り半分を前記他の非選択アンテナのビームの走査範囲に含めるように、前記非選択アンテナのそれぞれのビームの走査範囲を変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記非選択アンテナのうち、現在のアンテナ開口の方位と前記方位算出部が算出した方位との差が最も大きい非選択アンテナのアンテナ開口の方位が、前記方位算出部が算出した方位になるまでに要する時間を算出する駆動完了時間算出部と、
   前記駆動完了時間算出部が算出した時間で、非選択アンテナのアンテナ開口の方位を前記方位算出部が算出した方位まで駆動するのに要する、前記非選択アンテナのそれぞれの角速度を算出する駆動速度算出部と
   を備え、
   前記駆動部は、前記駆動速度算出部が算出した角速度を用いて、前記非選択アンテナのそれぞれを駆動する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
4. 異なる方位に向けて設置された複数のフェーズドアレイアンテナを備えるレーダ装置のアンテナ制御方法であって、
   選択部は、前記複数のフェーズドアレイアンテナの中から少なくとも１つのフェーズドアレイアンテナを選択し、
   走査範囲算出部は、前記選択部が選択したフェーズドアレイアンテナ以外のフェーズドアレイアンテナである非選択アンテナのビームの走査範囲であって、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を組み合わせることで予め定められた範囲をもれなくカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないような、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を算出し、
   方位算出部は、前記非選択アンテナのそれぞれが前記走査範囲算出部が算出したビームの走査範囲をカバーするときの、前記非選択アンテナのそれぞれのアンテナ開口の方位を算出し、
   駆動部は、前記非選択アンテナのアンテナ開口が、前記方位算出部が算出したアンテナ開口の方位と同一の方位を向くように前記非選択アンテナを駆動し、
   走査範囲制御部は、前記駆動部が前記非選択アンテナを駆動させている間、前記非選択アンテナの駆動によって発生する走査されない範囲をカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないように、前記非選択アンテナのそれぞれのビームの走査範囲を逐次変更する
   ことを特徴とするアンテナ制御方法。
5. 異なる方位に向けて設置された複数のフェーズドアレイアンテナを備えるレーダ装置を、
   前記複数のフェーズドアレイアンテナの中から少なくとも１つのフェーズドアレイアンテナを選択する選択部、
   前記選択部が選択したフェーズドアレイアンテナ以外のフェーズドアレイアンテナである非選択アンテナのビームの走査範囲であって、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を組み合わせることで予め定められた範囲をもれなくカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないような、前記非選択アンテナのビームの走査範囲を算出する走査範囲算出部、
   前記非選択アンテナのそれぞれが前記走査範囲算出部が算出したビームの走査範囲をカバーするときの、前記非選択アンテナのそれぞれのアンテナ開口の方位を算出する方位算出部、
   前記非選択アンテナのアンテナ開口が、前記方位算出部が算出したアンテナ開口の方位と同一の方位を向くように前記非選択アンテナを駆動する駆動部、
   前記駆動部が前記非選択アンテナを駆動させている間、前記非選択アンテナの駆動によって発生する走査されない範囲をカバーし、かつ前記非選択アンテナ同士のビームの走査範囲が重複しないように、前記非選択アンテナのそれぞれのビームの走査範囲を逐次変更する走査範囲制御部
   として機能させるためのプログラム。

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