JP2012002749A - レーダ装置、アンテナ制御方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
Claims (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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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