JP6044116B2 - レーダ装置、測角方法およびプログラム - Google Patents

レーダ装置、測角方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、目標を検出するレーダ装置に関し、特に目標の仰角情報を検出する際に地面や海面等からの反射波があるマルチパス環境下であるか否かを判定するマルチパス有無判定技術に関する。
レーダ装置は、一般に空間に電波を発射し、目標にて反射された電波を受信することにより、目標の存在を探知し、目標の位置や目標の運動状況などを観測する。
レーダ装置においては、電波である送信ビームが、空中線から空間に発射され、目標に当たって反射された後、再び空中線で受信され、空中線から受信器等へレーダ受信信号として出力される。レーダ受信信号は、所定のサンプリング間隔でＡ／Ｄ変換されてディジタル受信信号となる。各サンプリング点のディジタル受信信号の振幅値はしきい値と比較され、しきい値以上のディジタル受信信号が、目標の存在を示す目標信号として検出される。また、レーダ装置は、電波を発射した時刻と目標信号を検出した時刻との差分により、目標の距離情報を得る。この目標の探知と距離情報の測定が、レーダ装置の基本機能である。
また、レーダ装置は、送信ビームの方位を変化させ、方位の異なるレーダ受信信号を得て方位測角処理を行うことにより、目標の方位情報を得ることができる。
さらに、レーダ装置は、仰角の異なる複数の送信ビームを発射し、同じ目標から反射信号を受信して仰角の異なる受信信号の振幅差や位相差を使って仰角測角処理を行うことによって目標の高度情報を得ることができる。
観測したい空間に一通り電波を発射することをスキャンと呼び、レーダ装置はスキャンの動作を繰り返し行うことで、目標情報を所定の間隔で連続して取得することができる。
代表的な仰角方向の測角方式として、例えば振幅比較方式やモノパルス方式が知られている。
振幅比較方式では、レーダ装置は、仰角方向に連続して形成した複数の受信ビームで目標を検出し、目標仰角（目標の仰角）と各受信ビームにおける目標信号の振幅または位相の比が一定の関係にあることを利用して目標仰角を求める。
振幅比較方式では、マルチパスが有る場合、測角精度が劣化することが特許文献１に記載されている。
図２３は、レーダ装置の空中線１が、目標Ｔからの直接波に加え、地面または海面からの反射波であるマルチパス波を受信している様子を示している。
空中線１に入力される直接波とマルチパス波の位相関係は、目標Ｔまでの距離等に依存する。マルチパスが有る場合、直接波とマルチパス波の合成波が目標信号として検出されるため、上記関係が成立しなくなり、測角精度が劣化する。
モノパルス方式では、レーダ装置は、Σ（和）ビームとΔ（差）ビームの２種類の受信ビームパターンを同時に形成して和差除算信号Δ／Σが目標仰角に対して一定の特性曲線を描く関係となることを利用して直接波の到来角を求める。
モノパルス方式でも、マルチパスが有る場合は、振幅比較方式の場合と同様、測角精度が劣化することが非特許文献１および特許文献２に記載されている。
マルチパス対策として、様々な手法が知られている。
一般的なマルチパス対策としてはダイバーシティ方式がある。ダイバーシティ方式は、複数の周波数やアンテナを使用して、マルチパスの影響が異なる複数のデータを取得して処理することにより、マルチパスの影響を軽減するものである。
ダイバーシティ方式以外で、特に振幅比較方式における対策としては、受信ビームの指向中心を上方にずらして設定（オフボア）する方式が知られている。このオフボア方式により、地面や海面からのマルチパス波の受信電力を低減してその影響を軽減する。
また、モノパルス方式における対策として、測角精度を向上させるために、直接波とマルチパス波の到来角を推定する測角方法が、特許文献３に記載されている。
特開２００６−０７８３４２号公報 特開２０００−２８７０４号公報 特開２００２−２４３８２４号公報
Ｓａｍｕｅｌ Ｍ． Ｓｈｅｒｍａｎ；"Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ" ， Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ， Ｉｎｃ． １９８３
マルチパス環境外の受信ビームに対して上記マルチパス対策を行うと、以下の問題が生ずる。
マルチパス対策としてオフボア方式を採用した場合、低い仰角の目標からの受信信号も弱くなってしまい、オフボアをしない場合に比べて目標検出が困難になるという問題がある。
特許文献３に記載の測角方法においては、直接波とマルチパス波の到来角を推定するため演算負荷が大きくなるという問題がある。
周波数ダイバーシティ方式においては、複数の周波数の信号を送受信するため、同時に複数の周波数で送信できないレーダ装置においては同一方向に複数回送信を行う必要があり、データレートが低下するという問題がある。
本発明の目的は、上記課題を解決可能なレーダ装置、測角方法およびプログラムを提供することにある。
本発明のレーダ装置は、
互いに仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、各受信ビームでの受信信号を抽出するビーム形成部と、
前記各受信ビームでの受信信号に基づいて、目標の存在を示す目標信号を検出する目標検出部と、
前記複数の受信ビームのうち前記目標信号が検出された受信ビームを含む複数の選択受信ビームでの受信信号に基づいて、マルチパスの有無を判定するマルチパス有無判定部と、
前記マルチパスが無しと判定された場合に、マルチパス対策が施されていない第１測角処理を行い、前記マルチパスが有りと判定された場合に、マルチパス対策が施された第２測角処理を行う処理部と、を有し、
前記マルチパス有無判定部は、
前記複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出する位相差算出部と、
前記マルチパスがない状況における前記２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する位相差予測部と、
前記位相差算出部の算出結果と前記位相差予測部の予測結果との差に基づいて、前記マルチパスの有無を判定する判定部と、を含み、
前記ビーム形成部は、前記複数の受信ビームとして、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる２本以上の同時Σビームを形成し、
前記マルチパス有無判定部は、さらに、前記位相差を予測する上で必要となるパラメータを前記位相差予測部に出力する出力部を含み、
前記位相差予測部は、前記２本の特定受信ビームの仰角と前記パラメータとに基づいて、前記位相差を予測する。
本発明の測角方法は、レーダ装置での測角方法であって、
互いに仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、各受信ビームでの受信信号を抽出するビーム形成ステップと、
前記各受信ビームでの受信信号に基づいて、目標の存在を示す目標信号を検出する目標検出ステップと、
前記複数の受信ビームのうち前記目標信号が検出された受信ビームを含む複数の選択受信ビームでの受信信号に基づいて、マルチパスの有無を判定するマルチパス有無判定ステップと、
前記マルチパスが無しと判定された場合に、マルチパス対策が施されていない第１測角処理を行い、前記マルチパスが有りと判定された場合に、マルチパス対策が施された第２測角処理を行う処理ステップと、を有し、
前記マルチパス有無判定ステップは、
前記複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出する位相差算出ステップと、
前記マルチパスがない状況における前記２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する位相差予測ステップと、
前記位相差の算出結果と前記位相差の予測結果との差に基づいて、前記マルチパスの有無を判定する判定ステップと、を含み、
前記ビーム形成ステップでは、前記複数の受信ビームとして、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる２本以上の同時Σビームを形成し、
前記マルチパス有無判定ステップでは、さらに、前記位相差を予測する上で必要となるパラメータを前記位相差予測部に出力し、
前記位相差予測ステップでは、前記２本の特定受信ビームの仰角と前記パラメータとに基づいて、前記位相差を予測する。
本発明のプログラムは、コンピュータに、
互いに仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、各受信ビームでの受信信号を抽出するビーム形成手順と、
前記各受信ビームでの受信信号に基づいて、目標の存在を示す目標信号を検出する目標検出手順と、
前記複数の受信ビームのうち前記目標信号が検出された受信ビームを含む複数の選択受信ビームでの受信信号に基づいて、マルチパスの有無を判定するマルチパス有無判定手順と、
前記マルチパスが無しと判定された場合に、マルチパス対策が施されていない第１測角処理を行い、前記マルチパスが有りと判定された場合に、マルチパス対策が施された第２測角処理を行う処理手順と、を実行させ、
前記マルチパス有無判定手順は、
前記複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出する位相差算出手順と、
前記マルチパスがない状況における前記２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する位相差予測手順と、
前記位相差の算出結果と前記位相差の予測結果との差に基づいて、前記マルチパスの有無を判定する判定手順と、を含み、
前記ビーム形成手順では、前記複数の受信ビームとして、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる２本以上の同時Σビームを形成し、
前記マルチパス有無判定手順では、さらに、前記位相差を予測する上で必要となるパラメータを前記位相差予測部に出力し、
前記位相差予測手順では、前記２本の特定受信ビームの仰角と前記パラメータとに基づいて、前記位相差を予測する。
本発明によれば、マルチパスがない状況でマルチパス対策によって発生する不具合を回避することが可能になる。
本発明の実施形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１におけるマルチパス有無判定器の構成を示すブロック図である。 電波がリニアアレイアンテナ正面方向に対して角度αの方向から到来した状態を示す図である。 本発明の実施形態１においてマルチパスが無い場合に得られる受信信号Σ1と受信信号Σ2を複素平面で示した図である。 本発明の実施形態１においてマルチパスが無い場合に得られる受信信号の位相とその受信信号を得る際に用いた受信ビームのノーズ仰角との関係を示す図である。 本発明の実施形態１においてマルチパスが有る場合に得られる受信信号Σ1と受信信号Σ2を複素平面で示した図である。 本発明の実施形態１においてマルチパスが有る場合に得られる受信信号の位相とその受信信号を得る際に用いた受信ビームのノーズ仰角との関係を示す図である。 本発明の実施形態１においてマルチパスが無い場合に得られる２本のビームのノーズ仰角の差分と、受信信号Σ1と受信信号Σ2の位相差の関係を示す図である。 本発明の実施形態１においてマルチパスが有る場合に得られる２本のビームのノーズ仰角の差分と、受信信号Σ1と受信信号Σ2の位相差の関係を示す図である。 本発明の実施形態２におけるマルチパス有無判定器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態２においてマルチパスが無い場合に得られるビーム仰角と受信信号の位相の関係を示す図である。 本発明の実施形態２においてマルチパスが有る場合に得られるビーム仰角と受信信号の位相の関係を示す図である。 本発明の実施形態２における補正値算出部６６での処理内容をビーム仰角と受信信号の位相の関係を用いて説明した図である。 本発明の実施形態２においてマルチパスが無い場合に得られる受信信号の位相とその受信信号を得る際に用いた受信ビームのノーズ仰角との関係を示す図である。 本発明の実施形態２においてマルチパスが有る場合に得られる受信信号の位相とその受信信号を得る際に用いた受信ビームのノーズ仰角との関係を示す図である。 本発明の実施形態３におけるマルチパス有無判定器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態３においてマルチパスが無い場合に得られる受信信号Σと受信信号Δを複素平面で示した図である。 本発明の実施形態３においてマルチパスが有る場合に得られる受信信号Σと受信信号Δを複素平面で示した図である。 本発明の実施形態４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１において、マルチパスが有る場合に得られる受信信号Σ1とΣ2の位相差が、位相差予測値φ0と同じ値になる例を示す図である。 本発明の実施形態３において、マルチパスが有る場合に得られる受信信号Σと受信信号Δの位相差が、位相差予測値φ0と同じ値になる例を示す図である。 本発明の実施形態５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 マルチパスの様子を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜実施形態１＞
図１は、実施形態１のレーダ装置１０を示すブロック図である。
図１において、本実施形態１のレーダ装置１０は、空中線１、送受信部２、ビーム形成器３、目標信号検出器４、ビーム選択器５、マルチパス有無判定器６、切替器７、マルチパス外測角処理器８１、およびマルチパス内測角処理器８２を含む。切替器７とマルチパス外測角処理器８１とマルチパス内測角処理器８２は、処理部Ａに含まれる。ビーム形成器３と目標信号検出器４とビーム選択器５とマルチパス有無判定器６と処理部Ａは、信号処理器Ｂに含まれる。
送受信部２は、送信波信号（例えば、高周波信号）を空中線１へ出力する。
空中線１は、複数のアンテナを含み、送信波信号に応じた電波を空中の所定の方向に向けて放射する。また、空中線１は、目標にて反射された電波を受信し、受信した電波に応じた信号を送受信部２へ出力する。
送受信部２は、空中線１より送られた信号を検波し、その信号をＡ／Ｄ変換してディジタル受信信号を生成し、ディジタル受信信号をビーム形成器３に出力する。なお、送受信部２は、アンテナごとにディジタル受信信号を生成し、アンテナごとのディジタル受信信号をビーム形成器３に出力する。
ビーム形成器３は、ビーム形成部の一例である。ビーム形成器３は、送受信部２から送られてくる複数のディジタル受信信号に基づいて、目標信号が検出された受信ビームを含む２本以上の受信用マルチビームを同時に形成するとともに、形成した各受信ビームでの受信信号を算出する。通常、受信マルチビーム形成を行う場合はディジタルビーム形成（ＤＢＦ）技術が使われるが、アナログビーム形成（ＡＢＦ）技術が使用されても良い。
目標信号検出器４は、目標検出部の一例である。目標信号検出器４は、ビーム形成器３で形成された各受信ビームの受信信号をあらかじめ設定された目標検出閾値と比較して、目標検出閾値以上の受信信号を目標信号として検出する。目標信号検出器４は、目標信号を用いて、距離情報および方位角情報を検出する。例えば、目標信号検出器４は、空中線１が電波を発射した時刻と目標信号を検出した時刻との差分により、目標の距離情報を得る。また、目標信号検出器４は、目標信号の元となった電波の放射（送信）方向から、目標の方位角情報を得る。目標信号検出器４は、ビーム形成器３の出力と目標信号検出器４の検出結果とをビーム選択器５に出力する。
ビーム選択器５は、ビーム形成器３が形成した同時マルチビームの数が２本以上の場合に、目標信号が検出された受信ビームを含む２本の受信ビーム（選択受信ビーム）、およびその受信ビーム（選択受信ビーム）により算出された受信信号を選択し、選択した２本の受信ビームおよび受信信号を、マルチパス有無判定器６に出力する。
また、ビーム選択器５は、マルチパス有無判定器６において判定された結果を基に、測角に必要な受信ビーム、およびその受信ビームにより算出された受信信号を選択し、その選択結果（測角に必要な受信ビームと、その受信ビームにより算出された受信信号）を、切替器７に出力する。
また、ビーム選択器５は、ビーム形成器３が形成した同時マルチビームの数が２本の場合は、全ての受信ビーム（選択受信ビーム）の仰角、およびその受信ビームにより算出された受信信号を、マルチパス有無判定器６、および切替器７に出力する。
マルチパス有無判定器６は、マルチパス有無判定部の一例である。マルチパス有無判定器６は、ビーム選択器５より選択された２本の受信ビーム（選択受信ビーム）の仰角、およびその受信ビーム（選択受信ビーム）により算出された受信信号を基に、マルチパスの有無を判定し、その判定結果をビーム選択器５および切替器７に出力する。構成の詳細は後述する。
切替器７は、マルチパス有無判定器６においてマルチパス無しと判定された場合はマルチパス外測角処理器８１で測角処理を行うことを選択し、マルチパス有りと判定された場合はマルチパス内測角処理器８２で測角処理を行うことを選択する。
マルチパス外測角処理器８１、マルチパス内測角処理器８２は、ともに、検出された目標に対して測角演算を行って目標仰角を算出する。
マルチパス外測角処理器８１は、振幅比較測角方式等のマルチパス対策を施さない通常の測角処理（第１測角処理）により目標仰角を算出するのに対し、マルチパス内測角処理器８２は、例えばオフボア方式を採用した振幅比較測角方式等のマルチパス対処を施した測角処理（第２測角処理）により目標仰角を算出する。
処理部Ａは、マルチパスが無しと判定された場合に、マルチパス対策が施されていない第１測角処理を行い、マルチパスが有りと判定された場合に、マルチパス対策が施された第２測角処理を行う。
信号処理器Ｂは、例えば、コンピュータである。
図２は、第１実施形態のマルチパス有無判定器６を示したブロック図である。なお、図２において、図１に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。
図２において、マルチパス有無判定器６は、位相差算出部６１、位相差予測部６２、比例係数出力部６３、許容誤差設定部６４、および判定部６５を含む。
位相差算出部６１は、ビーム選択器５から入力された２つの受信信号の位相差を算出する。なお、入力された２つの受信信号は、ビーム選択器５にて選択された２本の選択受信ビームである２本の特定受信ビームでの受信信号である。
位相差予測部６２は、マルチパスが無い場合において、ビーム選択器５にて選択された２つの受信ビーム（特定受信ビーム）より得られた各受信信号の位相差として取りうる理論値を予測値として算出する。
比例係数出力部６３は、出力部の一例である。比例係数出力部６３は、位相差予測部６２が位相差の予測値を算出する上で必要となる情報（パラメータ）を、位相差予測部６２に出力する。
許容誤差設定部６４は、設定部の一例である。許容誤差設定部６４は、マルチパス無しに相当する位相差の値の範囲を設定する上で必要となる位相差の許容誤差を設定する。
判定部６５は、位相差算出部６１で算出された値と位相差予測部６２で算出された値の差に基づいて、マルチパスの有無を判定する。本実施形態では、判定部６５は、位相差算出部６１で算出された値と位相差予測部６２で算出された値の差が許容誤差設定部６４で設定した許容誤差以内であればマルチパス無しと判定し、その差が許容誤差を超えている場合はマルチパス有りと判定する。判定部６５は、判定結果をビーム選択器５および切替器７に出力する。
ここで、位相差算出部６１に入力される２つの受信信号は、２本の受信ビーム（特定受信ビーム）で同時に受信された信号であり、２本の受信ビームをビーム１、ビーム２とし、ビーム１についての受信信号を受信信号１とし、ビーム２についての受信信号を受信信号２とする。なお、受信信号１および２はいずれも複素数で表される。
位相差予測部６２は、マルチパスが無い場合において、２つの受信ビーム（特定受信ビーム）より得られた受信信号の位相差として取りうる理論値を出力するが、この値の算出方法は受信ビームの形成方法、すなわち測角方法により異なる。
本実施形態１では２本の受信ビームとしては、互いに仰角の異なる２本の同時Σビームが用いられるが、２本の同時Σビームの代わりにモノパルスビーム（Σ、Δビーム）が用いられることも可能である。モノパルスビーム使用時における判定基準設定については実施形態３で述べる。
図３に示したように、空中線１が、Ｎ個のアンテナ素子＃１〜＃Ｎが等間隔に配置されたリニアアレイ（間隔ｄ）により形成されているとする。
なお、図３では、電波（平面波）がアンテナ正面方向に対して角度αの方向から到来した状態を示す。
各アンテナ素子を左から順にアンテナ＃１、アンテナ＃２、・・・アンテナ＃Ｎとすると、各アンテナ素子の出力（受信された信号）は、それぞれ可変移相器３１を経て加算器３２で加算される。可変移相器３１と加算器３２はビーム形成器３に含まれる。図３では、説明の簡略化を図るため、送受信部２が省略されている。
ここで、説明の簡略化を図るため各アンテナ素子の受信特性は互いに等しいとし、アンテナ＃１での受信信号をＥ1（ｔ，α）とする。このときアンテナ＃ｎとアンテナ＃１との経路差はｄ・（ｎ−１）・ｓｉｎαとなるため、送信周波数における波長をλとすると、アンテナ＃ｎでの受信信号Ｅn（ｔ，α）は以下の式で表される。
Ｅn（ｔ，α）＝Ｅ1（ｔ，α）ｅｘｐ［−ｊ２π（ｄ／λ）・（ｎ−１）ｓｉｎα］
・・・（１）
ここで、アレーアンテナの受信ビームのノーズ方向がアンテナ正面方向から角度θk（ｋ＝１、２）となるようにビームを形成したとすると、このビームｋにおけるアンテナ＃ｎの受信信号は可変移相器を経た時点で、
Ｅn（ｔ，α）・ｅｘｐ［ｊ２π（ｄ／λ）・（ｎ−１）ｓｉｎθk］
＝Ｅ1（ｔ，α）ｅｘｐ［ｊ２π（ｄ／λ）・（ｎ−１）・（ｓｉｎθk−ｓｉｎα）］
・・・（２）
ビームｋで受信された受信信号Σkは式（２）の合成出力であることから、受信信号Σkは以下の式で表される。
Σk＝Ｅ1（ｔ，α）・Σｅｘｐ［ｊ２π（ｄ／λ）・（ｎ−１）・（ｓｉｎθk−ｓｉｎα）］
・・・（３）
ただし、式（３）での右式のΣはｎ＝０〜Ｎ−１までの和を表す。このとき受信信号Σkの位相ａｒｇΣkは以下の式となる。
ａｒｇΣk＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］
＋ａｒｇ（Σｅｘｐ［ｊ２π（ｄ／λ）・（ｎ−１）・（ｓｉｎθk−ｓｉｎα）］）
・・・（４）
ここでθk−αが十分に小さい場合、以下の近似が成り立つ。
ｓｉｎθk−ｓｉｎα＝ｓｉｎθk−ｓｉｎ（θk−（θk−α））
≒ｓｉｎθk−［ｓｉｎθk−ｃｏｓθk・（θk−α）］
＝ｃｏｓθk・（θk−α） ・・・（５）
となる。式（５）が成立するとき、受信信号Σkの位相は以下の通りとなる。
ａｒｇΣk＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］
＋ａｒｇ（Σｅｘｐ［ｊ２π（ｄ／λ）・（ｎ−１）・ｃｏｓθk・（θk−α）］）
＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋ψ（ｘk） ・・・（６）
ただし、
ψ（ｘk）＝ａｒｇ（Σｅｘｐ［ｊ２π（ｄ／λ）・（ｎ−１）・ｘk］） ・・・（７）
ｘk＝ｃｏｓθk・（θk−α） ・・・（８）
としたとき、θk−αは十分に小さいとしているため、ｘkも十分に小さいとみなせる。よって、ψ（ｘn）をｘnの１次関数と近似的に表すことが可能となり、以下の関係が成り立つ。
ψ（ｘk）＝ψ（０）＋ψ ’（０）・ｘk ・・・（９）
ただし、ψ’（ｘ）はψ（ｘ）の導関数であり、ψ’（０）はθk、αには依存しない定数である。また、
ψ（０）＝ａｒｇ（Σｅｘｐ［２π（ｄ／λ）・０］）＝ａｒｇＮ＝０
より、式（９）は以下のように変形できる。
ψ（ｘk）＝Ｃ・ｘk＝Ｃ・ｃｏｓθk・（θk−α） （Ｃ≡ψ ’（０））・・・（１０）
ここで、ビーム１およびビーム２の間隔が狭い場合、
ｃｏｓθ1≒ｃｏｓθ2 ・・・（１１）
と見なせる。通常マルチパスが問題となるのは、ビームのノーズ仰角方向、および到来波方向がともに水平方向に近い場合であるため、θk−αは十分に小さいと考えて良い。また、ビーム間隔についても、例えばθ1＝＋０°の場合、−８°＜θ2＜８°であれば、ｃｏｓθ2＞０．９９となり、両者の差は１％以下となるため、通常はｃｏｓθ1≒ｃｏｓθ2≒１が成立しているとみなしても実用上差し支えない。
以上より、ビーム１で受信された受信信号Σ1の位相、およびビーム２で受信された受信信号Σ2の位相は式（６）、（１０）および（１１）より以下の通りとなる。
ａｒｇΣ1＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋ψ（ｘ1）
＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋Ｃ・ｃｏｓθ1・（θ1−α） ・・・（１２）
ａｒｇΣ2＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋ψ（ｘ2）
＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋Ｃ・ｃｏｓθ1・（θ2−α） ・・・（１３）
よって受信信号Σ1と受信信号Σ2の位相差は以下の通りとなる。
ａｒｇΣ2−ａｒｇΣ1＝Ｃ・ｃｏｓθ1・（θ2−θ1）＝φ0 ・・・（１４）
定数Ｃ＝ψ’（０）はアンテナ素子数Ｎ、アンテナ素子間隔ｄ、および波長λの関数となるが、これらは既知のため算出可能である。また、ビームノーズ仰角θ1およびθ2ともに既知であるため、マルチパスが無い場合は受信信号Σ1と受信信号Σ2の位相差φ0
はあらかじめ予測可能である。
ここで、式（６）を使って、到来波方向がαでマルチパスが無い場合の受信信号Σkを以下の通りに表すことができる。
Σ1＝Ｒ1t・ｅｘｐ（ｊχ）・ｅｘｐ［ｊψ（ｘ1）］ ・・・（１５）
Σ2＝Ｒ2t・ｅｘｐ（ｊχ）・ｅｘｐ［ｊψ（ｘ2）］ ・・・（１６）
Ｒkt： ビームｋより得られる直接波受信信号の振幅強度
χ＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］
このとき、マルチパスが無い場合における受信信号Σ1と受信信号Σ2を複素平面で表すと、図４に示す通りである。図５はマルチパスが無い場合における受信信号の位相とその受信信号を得る際に用いた受信ビームのノーズ仰角との関係を示す。図５において黒丸は受信ビーム１より得られた点を、黒四角は受信ビーム２より得られた点をそれぞれ示す。式（１２）および（１３）が示す通り、この黒丸と黒四角を通過する直線の傾きは、一定値Ｃ・ｃｏｓθ1となる。
一方、マルチパス波がアンテナ正面方向に対して角度βの方向から到来した場合の受信電力は、直接波による寄与とマルチパス波による寄与との和となり、以下の式で表される。
Σ1＝Ｒt・ｅｘｐ（ｊχ）・ｅｘｐ［ｊψ1（ｘ1）］＋Ｒt’・ｅｘｐ（ｊχ’）・ｅｘｐ［ｊψ1（ｘ1’）］ ・・・（１７）
Σ2＝Ｒt・ｅｘｐ（ｊχ）・ｅｘｐ［ｊψ2（ｘ2）］＋Ｒt’・ｅｘｐ（ｊχ’）・ｅｘｐ［ｊψ2（ｘ2’）］ ・・・（１８）
Ｒ’t：ビームｋより得られるマルチパス波受信信号の振幅強度
χ’＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，β）］
ｘn’＝ｃｏｓθn・（θn−β） ・・・（１９）
このとき、マルチパスが有る場合における受信信号Σ1と受信信号Σ2を複素平面で表すと、図６に示す通りである。図６において、点線が直接波による寄与を表し、破線がマルチパス波による寄与を表す。マルチパス波による寄与が加算されるため、受信信号Σ1と受信信号Σ2の位相がマルチパスの無い場合とは異なる値を取ることが図６より分かる。
図７はマルチパスが有る場合における受信信号の位相とその受信信号を得る際に使用した受信ビームのノーズ仰角との関係を示す。
図７において黒丸は受信ビーム１より得られた点を、黒四角は受信ビーム２より得られた点をそれぞれ示す。比較のために、マルチパスが無い場合において、受信ビーム１より得られた点を白丸で、受信ビーム２より得られた点を白四角でそれぞれ示す。マルチパスが無い場合に得られる２点については、白丸を通る傾きＣ・ｃｏｓθ1の直線上に白四角が乗っているのに対して、マルチパスが有る場合に得られる２点については、黒丸を通る傾きＣ・ｃｏｓθ1の直線から外れた位置に黒四角が通常存在することが分かる。
マルチパスが無い場合に受信信号Σ1と受信信号Σ2の位相差として取りうる値を位相差予測値φ0とすると、以下の関係が成り立つ。
φ0＝Ｃ・ｃｏｓθ1・（θ2−θ1） ・・・（２０）
位相差予測値φ0と、実際に得られた受信信号Σ1と受信信号Σ2の位相差の値を比較したときに、両者の値が異なっていればマルチパスが有ると推定でき、また両者の値が近ければマルチパスが無いと推定できる。
判定部６５は、位相差算出部６１で算出された値であるΣ2−Σ1と、位相差予測部６２で算出された位相差予測値φ0を比較し、両者の差が許容誤差設定部６４で設定した許容誤差δφ以内であればマルチパス無しと判定し、許容誤差δφを超えている場合はマルチパス有りと判定し、その判定結果をビーム選択器５および切替器７に出力する。
図８と図９はともに使用した２本の受信ビームのノーズ仰角の差分θ2−θ1と、受信信号Σ1と受信信号Σ2の位相差の関係を示す。ａｒｇΣ2−ａｒｇΣ1は実際に得られた受信信号から算出された値であり、位相差予測値φ0は式（２０）より得られた値である。図８はａｒｇΣ2−ａｒｇΣ1とφ0の差分が許容誤差δφ以内であることからマルチパス無しと判定されるケースに相当し、ａｒｇΣ2−ａｒｇΣ1とφ0の差分が許容誤差δφ以内であることが分かる。一方、図９はマルチパス有りと判定されるケースに相当する。
次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態１のレーダ装置１０によれば、位相差算出部６１、位相差予測部６２、比例係数出力部６３、許容誤差設定部６４、判定部６５を備えたマルチパス有無判定器６を用いたことにより、マルチパスの有無判定が可能となる。また、切替器７、マルチパス外測角処理器８１、マルチパス内測角処理器８２を組み合わせることにより、マルチパスが有る場合にのみマルチパス対策処理を行うことが可能となる。
本実施形態によれば、ビーム形成器３は、互いに仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、各受信ビームでの受信信号を抽出する。目標信号検出器４は、各受信ビームでの受信信号に基づいて、目標の存在を示す目標信号を検出する。マルチパス有無判定器６は、複数の受信ビームのうち目標信号が検出された受信ビームを含む複数の選択受信ビームでの受信信号に基づいて、マルチパスの有無を判定する。処理部Ａは、マルチパスが無しと判定された場合に、マルチパス対策が施されていない第１測角処理を行い、マルチパスが有りと判定された場合に、マルチパス対策が施された第２測角処理を行う。
マルチパス有無判定器６は、位相差算出部６１と、位相差予測部６２と、判定部６５と、を含む。位相差算出部６１は、複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出する。位相差予測部６２は、前記マルチパスがない状況における前記２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する。判定部６５は、位相差算出部６１の算出結果と位相差予測部６２の予測結果との差に基づいて、マルチパスの有無を判定する。
このため、２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差と、マルチパスがない状況での予測位相差と、を用いて、マルチパスの有無を判定することが可能になる。そして、マルチパスの有無を判定することによって、マルチパスが有る場合にのみマルチパス対策処理を行うことが可能となる。
また、本実施形態では、許容誤差設定部６４は、位相差算出部６１の算出結果と位相差予測部６２の予測結果との差の許容値を設定する。判定部６５は、位相差算出部６１の算出結果と位相差予測部６２の予測結果との差が許容値よりも大きい場合に、マルチパスが有ると判定し、その差が許容値以下である場合に、マルチパスが無いと判定する。このため、許容値の設定の仕方によって、マルチパス有無判定の精度を調整することが可能になる。
また、本実施形態では、ビーム形成器３は、複数の受信ビームとして、目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる２本以上の同時Σビームを形成する。マルチパス有無判定器６は、位相差を予測する上で必要となるパラメータを位相差予測部６２に出力する比例係数出力部６３を含む。位相差予測部６２は、２本の特定受信ビームの仰角と比例係数出力部６３からのパラメータとに基づいて、マルチパスがない状況での位相差を予測する。
このため、複数の受信ビームとして、目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる２本以上の同時Σビームを形成されても、位相差予測部６２は、マルチパスがない状況での位相差を予測することが可能になる。
また、本実施形態では、複数の選択受信ビームおよび２本の特定受信ビームは、ビーム形成器３が形成した２本以上の同時Σビームのうち、目標信号が検出された同時Σビームを含む２本の同時Σビームである。位相差予測部６２は、２本の特定受信ビームの仰角に基づいて、マルチパスがない状況における２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する。
このため、２本の同時Σビームを用いてマルチパスの有無を判定可能になる。
＜実施形態２＞
実施形態１においては、使用するビームの間隔が狭い場合、つまり式（１１）の関係が成り立つことを前提としているが、実施形態２では、使用するビームの間隔が広く、式（１１）の関係が成り立たない場合についてもマルチパスの有無判定が可能となる。ただし、実施形態１では同時マルチビームとして２本以上あれば良いのに対して、実施形態２では同時マルチビームとして３本以上が必要となる。
図１０は、実施形態２におけるマルチパス有無判定器６Ａを示すブロック図である。図１０において、図２に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。
実施形態２において、実施形態１と異なる点は、実施形態１で用いられたビーム選択器５およびマルチパス有無判定器６の代わりに、ビーム選択器５Ａおよびマルチパス有無判定器６Ａが用いられ、実施形態１ではビーム選択器５が、目標信号が検出されたビームを含む２本同時ビームを使用したのに対し、実施形態２においてはビーム選択器５Ａが、目標信号が検出されたビームを含む３本同時ビームを使用し、マルチパス有無判定器６Ａ内に、マルチパス有無判定器６の構成に加えて補正値算出部６６が追加されている点である。
ビーム選択器５Ａは、ビーム形成器３が形成した同時マルチビーム（複数の同時Σビーム）の数が４本以上の場合に３本の受信ビーム（選択受信ビーム）、およびその受信ビームにより算出された受信信号を選択し、その選択結果（選択受信ビームの仰角と受信信号）をマルチパス有無判定器６Ａに出力する。
また、ビーム選択器５Ａは、マルチパス有無判定器６Ａにおいて判定された結果を基に、測角に必要な受信ビーム、およびその受信ビームにより算出された受信信号を選択し、その選択結果を切替器７に出力する。
なお、ビーム形成器３が形成した同時マルチビームの数が３本の場合は、ビーム選択器５Ａは、全ての受信ビーム（選択受信ビーム）、およびその受信ビームにより算出された受信信号をマルチパス有無判定器６Ａに出力する。
ここで、図１０が示す通り、ビーム選択器５Ａで選択された３本の受信ビームおよびその受信ビームにより得られた受信信号のうち、２本の受信ビーム（２本の受信ビームの仰角）およびその受信ビームにより得られた受信信号については、マルチパス有無判定器６Ａ内の補正値算出部６６に送られる。
比例係数出力部６３は、実施形態１同様に位相差の予測値を算出する上で必要となる情報を位相差予測部６２に出力するほか、補正値算出部６６が算出する受信信号（２本の特定受信ビームの一方）の位相ａｒｇΣ'および２本の特定受信ビームの一方（以下「補正したビーム」とも称する）のノーズ仰角θ'を算出する上で必要となる情報を補正値算出部６６にも出力する。
補正値算出部６６は、算出部の一例である。補正値算出部６６は、ビーム選択器５Ａから入力される２本の受信ビームについてのノーズ仰角および受信信号の位相と、比例係数出力部６３から入力される定数Ｃを元に、補正した受信信号（２本の特定受信ビームの一方での受信信号）の位相ａｒｇΣ2'および補正したビーム（２本の特定受信ビームの一方）のノーズ仰角θ2'を算出し、補正した受信信号の位相ａｒｇΣ2'を位相差算出部６１に、補正したビームのノーズ仰角θ2'を位相差予測部６２に出力する。
補正値算出部６６で算出される補正したビームのノーズ仰角θ2'は、実施形態１におけるビーム２のノーズ仰角θ2に相当し、補正した受信信号の位相ａｒｇΣ2'は実施形態１におけるビーム２で受信された受信信号の位相Σ2に相当するため、位相差算出部６１、位相差予測部６２、許容誤差設定部６４、判定部６５における処理は、実施形態１と同じである。
マルチパスが無い場合、ビーム選択器５Ａで選択された３本の受信ビームにより得られた受信信号の位相は、式（６）、（１０）より以下の通りとなる。
ビーム１：ａｒｇΣ1＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋ψ（ｘ1）
＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋Ｃ・cosθ1・（θ1−α）・・・（２１）
ビーム２：ａｒｇΣ2＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋ψ（ｘ2）
＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋Ｃ・cosθ2・（θ2−α）・・・（２２）
ビーム３：ａｒｇΣ3＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋ψ（ｘ3）
＝ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］＋Ｃ・cosθ3・（θ3−α）・・・（２３）
図１１はマルチパスが無い場合におけるビーム仰角と受信信号の位相の関係を、図１２はマルチパスが有る場合におけるビーム仰角と受信信号の位相の関係を示す。いずれの図も横軸が仰角θ、縦軸が受信信号の位相ａｒｇΣに相当する。
ｋ=１、２、３とすると、いずれの図においても、黒丸で示した点（θk，ａｒｇΣk）は、それぞれビームノーズ仰角θkのときに得られる受信信号の位相がａｒｇΣkであることを示している。
ここで、点（θ1，ａｒｇΣ1）を通り傾きがＣ・ｃｏｓθ1となる直線を実線、点（θ2，ａｒｇΣ2）を通り傾きがＣ・ｃｏｓθ2となる直線を点線、点（θ3，ａｒｇΣ3）を通り傾きがＣ・ｃｏｓθ3となる直線を一点破線で表すと、マルスパスが無い場合には図１１が示すとおり、３本の直線が横軸θ＝αにおいて一点（α，ａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］）で必ず交わる。
これに対し、マルスパスが有る場合には、図１２が示すとおり通常３本の直線は一点では交わらない。
この特性の違いを利用することにより、マルチパスの有無判定が可能となる。以下、マルチパスの有無判定の手順を示す。
図１３は補正値算出部６６における処理内容をビーム仰角と受信信号の位相の関係を用いて説明した図である。図１３では、横軸が仰角θ、縦軸が受信信号の位相ａｒｇΣに相当する。
ビーム選択器５Ａから入力される２本受信ビームをそれぞれ受信ビーム２、受信ビーム３とし、それぞれのビームから得られた点を（θ2，ａｒｇΣ2）および（θ3，ａｒｇΣ3）とする。このとき図１３において、点（θ2，ａｒｇΣ2）を通り傾きがＣ・ｃｏｓθ2となる直線と、点（θ3，ａｒｇΣ3）を通り傾きがＣ・ｃｏｓθ3となる直線と、を引くことにより交点が得られる。この交点の横軸座標が、補正したビームのノーズ仰角θ2'に相当し、交点の縦軸座標が、補正した受信信号の位相ａｒｇΣ2'に相当する。これより、補正した受信信号の位相ａｒｇΣ2'および補正したビームのノーズ仰角θ2'が算出される。なお、補正した受信信号の位相ａｒｇΣ2は式（２１）におけるａｒｇ［Ｅ1（ｔ，α）］に、また補正したビームのノーズ仰角θ2'は電波の到来波方向αになる。
図１４はマルチパスが無い場合における受信信号の位相とその受信信号を得る際に用いた受信ビームのノーズ仰角との関係を示す。図１４において黒丸は受信ビーム１より得られた点を、白丸は補正したビームより得られた点をそれぞれ示す。図１１が示す通り、図１４のおける黒丸と白丸を通過する直線の傾きは、一定値Ｃ・ｃｏｓθ1となる。
図１５はマルチパスが有る場合における受信信号の位相とその受信信号を得る際に使用した受信ビームのノーズ仰角との関係を示す。図１５において黒丸は受信ビーム１より得られた点を、白丸は補正したビームより得られた点をそれぞれ示す。マルチパスが無い場合、図１４が示す通り白丸を通る傾きＣ・ｃｏｓθ1の直線上に黒丸が乗っているのに対して、マルチパスが有る場合に得られる２点については、白丸を通る傾きＣ・ｃｏｓθ1の直線から外れた位置に黒丸が通常存在することが分かる。
図５と図１４、もしくは図７と図１５を比較することにより、実施形態２における補正したビームのノーズ仰角θ2'は、実施形態１におけるビーム２のノーズ仰角θ2に相当し、補正した受信信号の位相ａｒｇΣ2'は実施形態１におけるビーム２で受信された受信信号の位相Σ2に相当することが分かる。
マルチパスが無い場合に受信信号Σ1と補正した受信信号Σ2'の位相差として取りうる値を位相差予測値φ0とすると、以下の関係が成り立つ。
φ0＝Ｃ・ｃｏｓθ1・（θ2'−θ1） ・・・（２４）
判定部６５は、位相差算出部６１で算出された値であるａｒｇΣ2'− ａｒｇΣ1と、位相差予測部６２で算出された位相差予測値φ0を比較し、両者の差が許容誤差設定部６４で設定した許容誤差δφ以内であればマルチパス無しと判定し、許容誤差δφを超えている場合はマルチパス有りと判定し、その判定結果をビーム選択器５Ａおよび切替器７に出力する。
本実施形態では、ビーム形成器３は、複数の受信ビームとして、目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる３本以上の同時Σビームを形成する。複数の選択受信ビームは、ビーム形成器３が形成した３本以上の同時Σビームのうち、目標信号が検出された同時Σビームを含む３本の同時Σビームである。補正値算出部６６は、選択受信ビームである３本の同時Σビームのうちの２本の同時Σビームの各仰角とこの２本の同時Σビームでの各受信信号とに基づいて、２本の特定受信ビームの一方の特定受信ビームの仰角と、この一方の特定受信ビームでの受信信号を生成する。選択受信ビームである３本の同時Σビームのうち残りの１本の同時Σビームは、２本の特定受信ビームの他方の特定受信ビームとなる。位相差予測部６２は、２本の特定受信ビームの仰角に基づいて、マルチパスが無い状況における２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を予測する。
このため、本実施形態２のレーダ装置１０によれば、使用するビームの間隔が広く、式（１１）の関係が成り立たない場合についてもマルチパスの有無判定が可能となるため、実施形態１同様にマルチパスが有る場合にのみマルチパス対策処理を行うことが可能となる。
＜実施形態３＞
実施形態１、および実施形態２においては、振幅比較測角方式を採用することを前提としているが、実施形態３では、モノパルス方式を採用する場合についてもマルチパスの有無判定が可能となる。
図１６は、実施形態３におけるマルチパス有無判定器６Ｂの構成を示すブロック図である。図１６において、図２に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。
実施形態３において、実施形態１と異なる点は、ビーム選択部５およびマルチパス有無判定器６の代わりに、ビーム選択器５Ｂおよびマルチパス有無判定器６Ｂが用いられ、マルチパス有無判定器６Ｂが、マルチパス有無判定器６の構成から比例係数出力部６３を除かれた構成を有する点である。
ΣビームのパターンをＳ（θ）、ΔビームのパターンをＤ（θ）とすると、各受信ビームでの受信信号Σ、Δはそれぞれ以下の式で表される。
Σ＝Ｒt・ｅｘｐ（jχΣΔ）・［Ｓ（α）＋γ・Ｓ（β）・ｅｘｐ（ｊψΣΔ）］
・・・（２５）
Δ＝Ｒt・ｅｘｐ（jχΣΔ）・［Ｄ（α）＋γ・Ｄ（β）・ｅｘｐ（ｊψΣΔ）］
・・・（２６）
α： 直接波の仰角
β： マルチパス波の仰角
Ｒt： 直接波の振幅強度
χΣΔ： 直接波の絶対位相
γ： 直接波に対するマルチパス波の相対振幅比
ψΣΔ： 直接波に対するマルチパス波の相対位相差
マルチパスが無い状況ではマルチパス波を受けないため、直接波に対するマルチパス波の相対振幅比γ＝０となり、式（２５）および式（２６）より、以下の通りとなる。
ａｒｇΔ−ａｒｇΣ＝ａｒｇ（Ｄ（α）／Ｓ（α）） ・・・（２７）
ここで、式（２７）においてＤ（α）／Ｓ（α）が実数となることが非特許文献１より知られているため、マルチパスが無い状況でモノパルス方式により得られるΣ、Δ信号の位相差は、アンテナ素子数やアンテナ素子間隔によらず０またはπとなることから、以下の関係が成立する。
φ0＝ａｒｇΔ−ａｒｇΣ＝０またはπ ・・・（２８）
位相差予測値φ0を求める上で実施形態１において必要となったパラメータＣは不要となるため、実施形態３においては、図１６に示す通り比例係数出力部６３は必要なくなる。
図１７はマルチパスが無い状況における受信信号Σ、Δを式（２５）および式（２６）に基づき複素平面上で示した図である。黒丸がΣ信号、黒四角がΔ信号をそれぞれ示す。図１７ではΔ／Σが負の値を取る例を示しており、受信信号Σ、Δの位相差がπとなっていることが分かる。
一方、図１８はマルチパスが有る状況における受信信号Σ、Δを式（２５）および式（２６）に基づき複素平面上で示した図である。黒丸が受信信号Σ、黒四角が受信信号Δをそれぞれ示す。点線が直接波による寄与を、破線がマルチパス波による寄与をそれぞれ示している。さらに比較のため、マルチパスが無い状況におけるΣ信号を白丸で、Σ信号を白四角でそれぞれ示している。受信信号Σ、Δの位相差が０でもなく、またπでも無い値となっていることが分かる。
よって、式（２８）で与えられる位相差予測値φ0と、実際に得られた受信信号Σ、Δの位相差の値を比較したときに、両者の値が異なっていればマルチパスが有ることが推定でき、また両者の値が近ければマルチパスが無いことが推定できる。
判定部６５は、位相差算出部６１で算出された値であるａｒｇΔ−ａｒｇΣと、位相差予測部６２から出力される位相差予測値φ0を比較し、両者の差が許容誤差設定部６４で設定した許容誤差δφ以内であればマルチパス無しと判定し、許容誤差δφを超えている場合はマルチパス有りと判定し、その判定結果をビーム選択器５Ｂおよび切替器７に出力する。
なお、本実施形態では、マルチパス外測角処理器８１は、マルチパス対策を施さない通常のモノパルス方式の測角処理（第１測角処理）を行い、マルチパス内測角処理器８２は、特許文献３に示されたような、マルチパス対策を施したモノパルス方式の測角処理（第２測角処理）を行う。
本実施形態では、ビーム形成器３は、複数の受信ビームとして、ΣビームとΔビームとを有するモノパルスビームを形成する。モノパルスビームは、複数の選択受信ビームおよび２本の特定受信ビームとなる。このため、測角方式をモノパルス方式とした場合についてもマルチパスの有無判定が可能となるため、実施形態１同様にマルチパスが有る場合にのみマルチパス対策処理を行うことが可能となる。
＜実施形態４＞
実施形態１〜３では、受信ビーム、および受信ビームにより算出された受信信号といったマルチパスの有無判定に必要な１組のデータをビーム選択器５、５Ａまたは５Ｂで選択し、マルチパス有無判定器６、６Ａまたは６Ｂに出力するが、実施形態４では、マルチパスの有無判定に必要なデータを複数用いて、多数決処理により、マルチパスの有無判定を行う。これにより、マルチパスの有無判定の精度が向上する。
図１９は、実施形態４におけるレーダ装置１０Ｃを示すブロック図である。図１９において、図１に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。
実施形態４において、実施形態１と異なる点は、実施形態１の構成に、メモリ９１と多数決処理器９２が追加されている点である。メモリ９１と多数決処理器９２は、判定処理部Ｃに含まれる。なお、図１９において、ビーム選択器５およびマルチパス有無判定器６の代わりに、ビーム選択器５Ａおよびマルチパス有無判定器６Ａ、または、ビーム選択器５Ｂおよびマルチパス有無判定器６Ｂが用いられてもよい。
マルチパス無しの時には、異なる受信ビームで得られた受信信号の位相差を予測できるのに対し、マルチパス有りの場合は空中線１と目標の位置や、電波伝搬経路により、マルチパスの影響が複雑に変化するため、位相差の予測は通常不可能である。
しかしながら、マルチパス有りの場合における受信信号の位相差が偶然位相差予測値φ0に対して許容誤差δφ以内の値となり、判定部６５においてマルチパス無しと誤判定される場合も起こりうる。
図２０は実施形態１において、マルチパス有りの場合における受信信号Σ1、Σ2の位相差が、位相差予測値φ0と同じ値になる例を示す。図２０では受信信号Σ1における直接波成分とマルチパス波成分の位相差が０、受信信号Σ2における直接波成分とマルチパス波成分の位相差がπとなった場合の例であるが、実施形態１の場合、受信信号Σ1、Σ2それぞれについて、直接波成分とマルチパス波成分の位相差が０またはπとなる場合、マルチパスが存在したとしても、受信信号Σ1、Σ2の位相差は偶然位相差予測値φ0に対して許容誤差δφ以内の値になる。
図２１は実施形態３において、マルチパス有りの場合における位相差が位相差予測値φ0に対して許容誤差δφ以内の値になる例を示す。実施形態１の場合と同様に、実施形態３においても受信信号Σ、Δそれぞれについて、直接波成分とマルチパス波成分の位相差が０またはπとなる場合、マルチパスが存在したとしても、受信信号Σ、Δの位相差は偶然位相差予測値φ0に対して許容誤差δφ以内の値になる。
この場合、マルチパスの影響を受けているにも関わらず、マルチパス対策を施さない通常の測角処理を行うため、測角精度が低下する。
しかしながら、マルチパス無し時における受信信号の位相差が必ず位相差予測値φ0と一致するのに対し、マルチパス有りの場合における位相差が位相差予測値φ0と偶然同じ値となるケースは極めて稀であるため、複数個のデータを取ることにより、判定の精度を上げることが可能となる。
複数個のデータとしては、例えば複数目標が近接した距離範囲内で検出された場合、複数目標から得られるデータを組み合わせて複数個のデータとすることが可能である。
また、同時マルチビームによる振幅比較測角を採用する実施形態１や実施形態２においては、マルチパスの有無判定に必要な本数以上の受信ビームをビーム選択器５または５Ａにて選択することにより、複数個のデータを取ることが可能となる。例えば実施形態１において４本の受信ビームをビーム選択器５にて選択した場合、組み合わせとしてビーム１とビーム２、ビーム１とビーム３、ビーム１とビーム４、ビーム２とビーム３、ビーム２とビーム４、ビーム３とビーム４の計６つ組み合わせが可能となる。
マルチパス有無判定器６、６Ａまたは６Ｂで得られた複数個のデータについてのマルチパス有無判定結果はメモリ９１に記憶される。メモリ９１に所定の数の組み合わせのデータ（マルチパス有無判定結果）が記憶されたら、それらのデータは多数決処理器９２に出力される。
多数決処理器９２では、メモリ９１から入力されるマルチパス有無に関する複数個の判定結果を元に多数決処理を行うことによりマルチパス有無の判定を行う。多数決処理器９２は、マルチパス有無判定器６、６Ａまたは６Ｂでマルチパス無しと判定されたデータ数が所定の数以上であればマルチパス無しと判定し、所定の数未満であればマルチパス有りと判定する。
本実施形態では、位相差算出部６１は、複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームの組み合わせごとに、２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出する。位相差予測部６２は、２本の特定受信ビームの組み合わせごとに、マルチパスがない状況における２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する。判定部６５は、２本の特定受信ビームの組み合わせごとに、位相差算出部６１の算出結果と位相差予測部６２の予測結果との差に基づいてマルチパスの有無を判定する。判定処理部Ｃは、２本の特定受信ビームの組み合わせごとの判定部６５の判定結果に基づいて、マルチパスの有無を判定する。処理部Ａは、判定処理部Ｃがマルチパス無しと判定した場合に第１測角処理を行い、判定処理部Ｃがマルチパス有りと判定した場合に第２測角処理を行う。
このため、２本の特定受信ビームの組み合わせごとの複数の判定結果に基づいてマルチパスの有無を判定するため、マルチパスの有無判定の精度向上が可能となる。
＜実施形態５＞
実施形態４では、マルチパスの有無判定に必要なデータを複数用いてマルチパスの有無判定を行うことにより、マルチパス有りの場合にマルチパス無しと誤判定される確率を低減させることが可能となっているが、実施形態５では、ある目標距離、仰角、方位角におけるマルチパス有無に関する過去の情報を参照することにより、実施形態４に比べてマルチパス有りの場合にマルチパス無しと誤判定される確率をさらに低減させることが可能となっている。
図２２は、実施形態５におけるレーダ装置１０Ｄの構成を示すブロック図である。図２２において、図１９に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。
実施形態５において、図１９に示した実施形態４と異なる点は、実施形態４の構成に、マップ発生器１００とマップメモリ１１０が追加されている点である。
マップ発生器１００は、判定制御部の一例である。マップ発生器１００は、目標信号検出器４で検出された目標の距離、方位角、および検出に用いたビーム仰角から、所定の距離範囲、方位角範囲、ビーム仰角範囲毎に区分した小領域単位に、多数決処理器９２によるマルチパス有無の判定結果をマッピングしてマップ情報を生成して、そのマップ情報をマップメモリ１１０に出力する。
マップメモリ１１０は、記憶部の一例である。マップメモリ１１０には、過去のマップ情報が記録されており、マップ発生器１００でマップ情報が新たに発生するとマップ情報が更新される。なお、マップ情報は、目標の距離情報、目標の方位角情報および処理部Ａの測角処理の結果と、判定処理部Ｃの判定結果と、の関係の履歴を表す関係履歴情報の一例である。
マップ発生器１００におけるマルチパス有無に関するマップ情報の生成方法について以下詳細を述べる。
マップ発生器１００にはマップメモリ１１０より過去のマップ情報が入力されるとともに、目標信号検出器４と多数決処理器９２より最新情報が入力される。目標信号検出器４から入力されるのは、目標の距離、方位角、および検出に用いたビーム仰角に関する情報であり、多数決処理器９２から入力されるのはマルチパス有無に関する情報である。
マップ発生器１００は、マップメモリ１１０より入力された過去複数スキャンのマップ情報と、上述の最新情報と、を用いて多数決処理を行う。マップ発生器１００は、マルチパス無しと判定された回数が所定の数以上である場合はマルチパス無しというマップ情報を発生し、マルチパス無しと判定された回数が所定の数未満である場合はマルチパス有りというマップ情報を発生する。マップ発生器１００は、この新たに発生したマップ情報をマップメモリ１１０に記録して、マップメモリ１１０に記録されているマップ情報を更新する。
マップメモリ１１０内のマップ情報に記載されたマルチパス有無の判定結果は、切替器７に送られる。
本実施形態では、目標信号検出器４は、目標信号に基づいて、目標の距離情報および目標の方位角情報を生成する。マップメモリ１１０は、目標の距離情報、目標の方位角情報および処理部Ａの測角処理の結果と、判定処理部Ｃの判定結果と、の関係の履歴を表すマップ情報（関係履歴情報）を記憶する。マップ発生器１００は、マップメモリ１１０内のマップ情報に基づいて、マルチパスの有無を判定する。処理部Ａは、判定処理部Ｃの代わりにマップ発生器１００がマルチパス無しと判定した場合に第１測角処理を行い、判定処理部Ｃの代わりにマップ発生器１００がマルチパス有りと判定した場合に第２測角処理を行う。
このため、本実施形態５のレーダ装置１０Ｄによれば、過去のマルチパス有無に関するマップ情報を用いることから、実施形態４に比べてマルチパス有りの場合にマルチパス無しと誤判定される確率をさらに低減させることが可能となる。
なお、上記各実施形態において、信号処理器Ｂはコンピュータにて実現されてもよい。この場合、このコンピュータは、コンピュータにて読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）のような記録媒体に記録されたプログラムを読込み実行して、信号処理器Ｂが有する機能を実行する。なお、記録媒体は、ＣＤ−ＲＯＭに限らず適宜変更可能である。
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
１ 空中線
＃１〜＃Ｎ アンテナ
２ 送受信部
３ ビーム形成器
３１ 可変移相器
３２ 加算器
４ 目標信号検出器
５、５Ａ、５Ｂ ビーム選択器
６、６Ａ、６Ｂ マルチパス有無判定器
６１ 位相差算出部
６２ 位相差予測部
６３ 比例係数出力部
６４ 許容誤差設定部
６５ 判定部
６６ 補正値算出部
７ 切替器
８１ マルチパス外測角処理器
８２ マルチパス内測角処理器
９１ メモリ
９２ 多数決処理部
１００ マップ発生器
１１０ マップメモリ
１０、１０Ｃ、１０Ｄ レーダ装置
Ａ 処理部
Ｂ 信号処理器
Ｃ 判定処理部

Claims (10)

  1. 互いに仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、各受信ビームでの受信信号を抽出するビーム形成部と、
    前記各受信ビームでの受信信号に基づいて、目標の存在を示す目標信号を検出する目標検出部と、
    前記複数の受信ビームのうち前記目標信号が検出された受信ビームを含む複数の選択受信ビームでの受信信号に基づいて、マルチパスの有無を判定するマルチパス有無判定部と、
    前記マルチパスが無しと判定された場合に、マルチパス対策が施されていない第１測角処理を行い、前記マルチパスが有りと判定された場合に、マルチパス対策が施された第２測角処理を行う処理部と、を有し、
    前記マルチパス有無判定部は、
    前記複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出する位相差算出部と、
    前記マルチパスがない状況における前記２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する位相差予測部と、
    前記位相差算出部の算出結果と前記位相差予測部の予測結果との差に基づいて、前記マルチパスの有無を判定する判定部と、を含み、
    前記ビーム形成部は、前記複数の受信ビームとして、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる２本以上の同時Σビームを形成し、
    前記マルチパス有無判定部は、さらに、前記位相差を予測する上で必要となるパラメータを前記位相差予測部に出力する出力部を含み、
    前記位相差予測部は、前記２本の特定受信ビームの仰角と前記パラメータとに基づいて、前記位相差を予測する、レーダ装置。
  2. 互いに仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、各受信ビームでの受信信号を抽出するビーム形成部と、
    前記各受信ビームでの受信信号に基づいて、目標の存在を示す目標信号を検出する目標検出部と、
    前記複数の受信ビームのうち前記目標信号が検出された受信ビームを含む複数の選択受信ビームでの受信信号に基づいて、マルチパスの有無を判定するマルチパス有無判定部と、
    前記マルチパスが無しと判定された場合に、マルチパス対策が施されていない第１測角処理を行い、前記マルチパスが有りと判定された場合に、マルチパス対策が施された第２測角処理を行う処理部と、を有し、
    前記マルチパス有無判定部は、
    前記複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出する位相差算出部と、
    前記マルチパスがない状況における前記２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する位相差予測部と、
    前記位相差算出部の算出結果と前記位相差予測部の予測結果との差に基づいて、前記マルチパスの有無を判定する判定部と、を含み、
    前記ビーム形成部は、前記複数の受信ビームとして、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる２本以上の同時Σビームを形成し、
    前記複数の選択受信ビームおよび前記２本の特定受信ビームは、前記２本以上の同時Σビームのうち、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む２本の同時Σビームであり、
    前記位相差予測部は、前記２本の特定受信ビームの仰角に基づいて、前記位相差を予測する、レーダ装置。
  3. 互いに仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、各受信ビームでの受信信号を抽出するビーム形成部と、
    前記各受信ビームでの受信信号に基づいて、目標の存在を示す目標信号を検出する目標検出部と、
    前記複数の受信ビームのうち前記目標信号が検出された受信ビームを含む複数の選択受信ビームでの受信信号に基づいて、マルチパスの有無を判定するマルチパス有無判定部と、
    前記マルチパスが無しと判定された場合に、マルチパス対策が施されていない第１測角処理を行い、前記マルチパスが有りと判定された場合に、マルチパス対策が施された第２測角処理を行う処理部と、を有し、
    前記マルチパス有無判定部は、
    前記複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出する位相差算出部と、
    前記マルチパスがない状況における前記２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する位相差予測部と、
    前記位相差算出部の算出結果と前記位相差予測部の予測結果との差に基づいて、前記マルチパスの有無を判定する判定部と、を含み、
    前記ビーム形成部は、前記複数の受信ビームとして、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる３本以上の同時Σビームを形成し、
    前記複数の選択受信ビームは、前記３本以上の同時Σビームのうち、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む３本の同時Σビームであり、
    前記マルチパス有無判定部は、前記３本の同時Σビームのうちの２本の同時Σビームの各仰角と前記２本の同時Σビームでの各受信信号とに基づいて、前記２本の特定受信ビームの一方の仰角と前記一方での受信信号を生成する算出部を含み、
    前記３本の同時Σビームのうち残りの１本の同時Σビームは、前記２本の特定受信ビームの他方となり、
    前記位相差予測部は、前記２本の特定受信ビームの仰角に基づいて、前記位相差を予測する、レーダ装置。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーダ装置において、
    前記マルチパス有無判定部は、さらに、前記位相差算出部の算出結果と前記位相差予測部の予測結果との差の許容値を設定する設定部を含み、
    前記判定部は、前記位相差算出部の算出結果と前記位相差予測部の予測結果との差が前記許容値よりも大きい場合に、前記マルチパスが有ると判定し、前記差が前記許容値以下である場合に、前記マルチパスが無いと判定する、レーダ装置。
  5. 請求項１に記載のレーダ装置において、
    前記ビーム形成部は、前記複数の受信ビームとして、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる２本以上の同時Σビームを形成し、
    前記複数の選択受信ビームおよび前記２本の特定受信ビームは、前記２本以上の同時Σビームのうち、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む２本の同時Σビームであり、
    前記位相差予測部は、前記２本の特定受信ビームの仰角に基づいて、前記位相差を予測する、レーダ装置。
  6. 請求項１に記載のレーダ装置において、
    前記ビーム形成部は、前記複数の受信ビームとして、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる３本以上の同時Σビームを形成し、
    前記複数の選択受信ビームは、前記３本以上の同時Σビームのうち、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む３本の同時Σビームであり、
    前記マルチパス有無判定部は、前記３本の同時Σビームのうちの２本の同時Σビームの各仰角と前記２本の同時Σビームでの各受信信号とに基づいて、前記２本の特定受信ビームの一方の仰角と前記一方での受信信号を生成する算出部を含み、
    前記３本の同時Σビームのうち残りの１本の同時Σビームは、前記２本の特定受信ビームの他方となり、
    前記位相差予測部は、前記２本の特定受信ビームの仰角に基づいて、前記位相差を予測する、レーダ装置。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のレーダ装置において、
    前記位相差算出部は、前記複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームの組み合わせごとに、前記２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出し、
    前記位相差予測部は、前記２本の特定受信ビームの組み合わせごとに、前記マルチパスがない状況における前記２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測し、
    前記判定部は、前記２本の特定受信ビームの組み合わせごとに、前記位相差算出部の算出結果と前記位相差予測部の予測結果との差に基づいて前記マルチパスの有無を判定し、
    前記２本の特定受信ビームの組み合わせごとの前記判定部の判定結果に基づいて、前記マルチパスの有無を判定する判定処理部を含み、
    前記処理部は、前記判定処理部が前記マルチパス無しと判定した場合に前記第１測角処理を行い、前記判定処理部が前記マルチパス有りと判定した場合に前記第２測角処理を行う、レーダ装置。
  8. 請求項７に記載のレーダ装置において、
    前記目標検出部は、前記目標信号に基づいて、前記目標の距離情報および前記目標の方位角情報を生成し、
    前記目標の距離情報、前記目標の方位角情報および前記処理部の測角処理の結果と、前記判定処理部の判定結果と、の関係の履歴を表す関係履歴情報を記憶する記憶部と、
    前記関係履歴情報に基づいて、前記マルチパスの有無を判定する判定制御部と、を含み、
    前記処理部は、前記判定処理部の代わりに前記判定制御部が前記マルチパス無しと判定した場合に前記第１測角処理を行い、前記判定処理部の代わりに前記判定制御部が前記マルチパス有りと判定した場合に前記第２測角処理を行う、レーダ装置。
  9. レーダ装置での測角方法であって、
    互いに仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、各受信ビームでの受信信号を抽出するビーム形成ステップと、
    前記各受信ビームでの受信信号に基づいて、目標の存在を示す目標信号を検出する目標検出ステップと、
    前記複数の受信ビームのうち前記目標信号が検出された受信ビームを含む複数の選択受信ビームでの受信信号に基づいて、マルチパスの有無を判定するマルチパス有無判定ステップと、
    前記マルチパスが無しと判定された場合に、マルチパス対策が施されていない第１測角処理を行い、前記マルチパスが有りと判定された場合に、マルチパス対策が施された第２測角処理を行う処理ステップと、を有し、
    前記マルチパス有無判定ステップは、
    前記複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出する位相差算出ステップと、
    前記マルチパスがない状況における前記２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する位相差予測ステップと、
    前記位相差の算出結果と前記位相差の予測結果との差に基づいて、前記マルチパスの有無を判定する判定ステップと、を含み、
    前記ビーム形成ステップでは、前記複数の受信ビームとして、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる２本以上の同時Σビームを形成し、
    前記マルチパス有無判定ステップでは、さらに、前記位相差を予測する上で必要となるパラメータを前記位相差予測部に出力し、
    前記位相差予測ステップでは、前記２本の特定受信ビームの仰角と前記パラメータとに基づいて、前記位相差を予測する、測角方法。
  10. コンピュータに、
    互いに仰角の異なる複数の受信ビームを形成し、各受信ビームでの受信信号を抽出するビーム形成手順と、
    前記各受信ビームでの受信信号に基づいて、目標の存在を示す目標信号を検出する目標検出手順と、
    前記複数の受信ビームのうち前記目標信号が検出された受信ビームを含む複数の選択受信ビームでの受信信号に基づいて、マルチパスの有無を判定するマルチパス有無判定手順と、
    前記マルチパスが無しと判定された場合に、マルチパス対策が施されていない第１測角処理を行い、前記マルチパスが有りと判定された場合に、マルチパス対策が施された第２測角処理を行う処理手順と、を実行させ、
    前記マルチパス有無判定手順は、
    前記複数の選択受信ビームから特定される２本の特定受信ビームでの受信信号の位相差を算出する位相差算出手順と、
    前記マルチパスがない状況における前記２本の特定受信ビームでの各受信信号の位相差を予測する位相差予測手順と、
    前記位相差の算出結果と前記位相差の予測結果との差に基づいて、前記マルチパスの有無を判定する判定手順と、を含み、
    前記ビーム形成手順では、前記複数の受信ビームとして、前記目標信号が検出された同時Σビームを含む互いに仰角の異なる２本以上の同時Σビームを形成し、
    前記マルチパス有無判定手順では、さらに、前記位相差を予測する上で必要となるパラメータを前記位相差予測部に出力し、
    前記位相差予測手順では、前記２本の特定受信ビームの仰角と前記パラメータとに基づいて、前記位相差を予測する、プログラム。
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