JP6622118B2

JP6622118B2 - アンテナ装置及びレーダ装置

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Publication number: JP6622118B2
Application number: JP2016046096A
Authority: JP
Inventors: 晋一竹谷; 正一郎安達
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: JP2017161360A

Description

本実施形態は、アンテナ装置及びレーダ装置に関する。

従来のレーダ装置では、アンテナ装置におけるＤＢＦ（Digital Beam Forming）により、送信ビーム及び受信ビームをそれぞれペンシルビームにして、目標の捜索及び追跡を行っている。

特許第５１９３４５５号公報

ＤＢＦ（Digital Beam Forming）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.289-291(1996) ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output），JIAN LI,PETER STOICA,‘MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING’, WILEY, pp. 1-5(2009) パルス圧縮、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.275-280(1996) ＣＦＡＲ処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996) テーラー分布、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.134-135(1996) 測角方式（モノパルス）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.260-264(1996) ＳＬＣ（SideLobe Canceller）、ＳＬＢ（SideLobe Blanker）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.295-296(1996) ＳＴＡＰ（ポストドップラー型ＳＴＡＰ等）、Richard Klemm,‘Applications of Space-Time Adaptive Processing’, IEEE Radar, Sonar and Navigation series14, p.720-724(2004) マルチビーム、電子情報通信学会編、アンテナ工学ハンドブック第２版、Ohmsha、pp.419-424(2008) エレメントスペースとビームスペース、電子情報通信学会編、アンテナ工学ハンドブック第２版、Ohmsha、pp.458(2008)

以上述べたように、従来のレーダ装置では、アンテナ装置におけるＤＢＦにより、送信ビーム及び受信ビームをそれぞれペンシルビームにして、目標の捜索及び追跡を行っている。但し、この場合は、１ポジションあたりの時間制約があり、ヒット数が少ないため、低いＳＮであり、データレートも遅く、初探知が遅れ、追跡ロストする課題があった。また、マルチビームを実現する際には、特にＤＢＦを用いる場合には、処理規模が増大する課題があった。また、クラッタ等の不要波を抑圧する際に、補助アンテナを形成するために、主アンテナとは別の補助アンテナを装着する必要があった。

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、受信マルチビームを比較的小さい処理規模で実現することができ、データレートを向上させ、初探知を高速化し、追跡ロストを低減することができ、さらには不要波を抑圧する際の補助アンテナを不要とするアンテナ装置とレーダ装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本実施形態に係るアンテナ装置は、第１の軸（Ａ軸）に沿って一次元に配列したＮ（Ｎ≧１）個のサブアレイによりＮチャンネル×サブアレイビーム数Ｂｓａ（Ｂｓａ≧１）のビーム出力を得る第１の受信アレイと、前記Ａ軸と異なる第２の軸（Ｂ軸）に沿って一次元に配列したＭ（Ｍ≧１）個のサブアレイによりＭチャンネル×サブアレイビーム数Ｂｓｂ（Ｂｓｂ≧１）のビーム出力を得る第２の受信アレイと、前記Ａ軸のサブレアレイのビーム数Ｎ×Ｂｓａのビーム出力をＢｂａ（Ｂｂａ≧１）系統で合成してＡ軸のビーム数Ｎ×Ｂｓａ×Ｂｂａ＝Ｂａａｌｌのビーム合成信号を生成し、前記Ｂ軸のサブアレイのビーム数Ｍ×Ｂｓｂのビーム出力をＢｂｂ（Ｂｂｂ≧１）系統で合成してＢ軸のビーム数Ｍ×Ｂｓｂ×Ｂｂｂ＝Ｂｂａｌｌのビーム合成信号を生成するビーム合成器と、前記ビーム合成器で取得された前記Ａ軸のビーム数Ｂａａｌｌのビーム合成信号と前記Ｂ軸のビーム数Ｂｂａｌｌのビーム合成信号とを乗算して所定の角度範囲にビーム数Ｂａａｌｌ×Ｂｂａｌｌ＝Ｂａｌｌのマルチビームを形成する信号処理器とを具備する構成である。

また、本実施形態に係るレーダ装置は、観測範囲に送信ビームを形成する送信アンテナと、第１の軸（Ａ軸）に沿って一次元に配列したＮ（Ｎ≧１）個のサブアレイによりＮチャンネル×サブアレイビーム数Ｂｓａ（Ｂｓａ≧１）のビーム出力を得る第１の受信アレイと、前記Ａ軸と異なる第２の軸（Ｂ軸）に沿って一次元に配列したＭ（Ｍ≧１）個のサブアレイによりＭチャンネル×サブアレイビーム数Ｂｓｂ（Ｂｓｂ≧１）のビーム出力を得る第２の受信アレイと、前記Ａ軸のサブレアレイのビーム数Ｎ×Ｂｓａのビーム出力をＢｂａ（Ｂｂａ≧１）系統で合成してＡ軸のビーム数Ｎ×Ｂｓａ×Ｂｂａ＝Ｂａａｌｌのビーム合成信号を生成し、前記Ｂ軸のサブアレイのビーム数Ｍ×Ｂｓｂのビーム出力をＢｂｂ（Ｂｂｂ≧１）系統で合成してＢ軸のビーム数Ｍ×Ｂｓｂ×Ｂｂｂ＝Ｂｂａｌｌのビーム合成信号を生成するビーム合成器と、前記ビーム合成器で取得された前記Ａ軸のビーム数Ｂａａｌｌのビーム合成信号と前記Ｂ軸のビーム数Ｂｂａｌｌのビーム合成信号とを乗算して所定の角度範囲にビーム数Ｂａａｌｌ×Ｂｂａｌｌ＝Ｂａｌｌのマルチビームを形成する信号処理器とを具備する構成である。

第１の実施形態に係るレーダ装置に適用されるアンテナ装置の概略構成を示すブロック図。図１に示すアンテナ装置の全体系統の構成を示すブロック図。図１に示す受信アンテナのサブアレイ系統の構成を示すブロック図。図１に示すアンテナ装置を備える機上搭載レーダ装置の観測座標系を示す図。図１に示すアンテナ装置による受信ビームの形成方法を説明するための概念図。第１の実施形態において、Ａ軸ビームとＢ軸ビームそれぞれの形成パターンを示す概念図。第１の実施形態において、１ビーム分と全体ビームの形成パターンを示す概念図。第１の実施形態において、モノパル測角のためのΣ、ΔＡＺを形成する手法を示す概念図。第１の実施形態において、モノパル測角のためのΣ、ΔＥＬを形成する手法を示す概念図。第１の実施形態において、ΣとΔビームの特性と誤差電圧との関係を示す図。第２の実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置の概略構成を示すブロック図。第２の実施形態において、補助アンテナを形成する様子を示す概念図。第２の実施形態において、不要波抑圧前と不要波抑圧後を比較して示す図。第２の実施形態において、不要波抑圧処理として用いるＳＬＣ処理回路の構成を示すブロック図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。なお、以下の説明において、アンテナ装置の実施形態はレーダ装置に適用されるものとする。

（第１の実施形態）
図１乃至図６を参照して、第１の実施形態について説明する。本実施形態では、異なる２軸のリニアアレイの出力を用いて、乗算演算により全体ビームを形成する手法について述べる。

図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置が適用されるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１において、１０Ａ１〜１０ＡＮ，１０Ｂ１〜１０ＢＭは受信アンテナを構成するサブアレイ（ビーム数：Ａ軸Ｎ×Ｂｓａ、Ｂ軸Ｍ×Ｂｓｂ）、２０Ａ１〜２０ＡＢｓａ，２０Ｂ１〜２０ＢＢｓｂはサブアレイ単位で受信信号のデジタル化、ノイズ除去等の処理を行うビーム合成器であり、それぞれＡ軸Ｎｃｈ×サブアレイビーム数Ｂｓａの系統とＢ軸Ｍｃｈ×サブアレイビーム数Ｂｓｂの系統に設けられる。各系統のサブアレイビーム合成出力（ビーム数：Ａ軸Ｂａａｌｌ＝Ｎ×Ｂｓａ×Ｂｂａ、Ｂ軸Ｂｂａｌｌ＝Ｍ×Ｂｓｂ×Ｂｂｂ）は信号処理器３０Ａ１〜３０ＡＢａｌｌ，３０Ｂ１〜３０ＢＢａｌｌに送られ、Ｎ×Ｍｃｈ×サブアレイビーム数によるマルチビームが形成される。ここで形成されたマルチビームの各ビーム出力はビーム乗算器４０で所定ビーム数Ｂａｌｌ＝Ｂａａｌｌ×Ｂｂａｌｌに合成され、信号処理器５０に送られる。この信号処理器５０は、入力合成ビーム出力から目標を検出し追跡するレーダ信号Ｂａｌｌを生成出力する。

上記構成において、さらに具体的な系統構成を図２に示し、各サブアレイの系統構成を図３に示す。代表として、Ａ軸サブアレイ１０Ａ１は、図３に示すように、ｓｎ個のアンテナ素子１１１〜１１ｓｎと、ｓｎ個の増幅器１２１〜１２ｓｎと、周波数変換器１３と、ＡＤ変換器１４と、サブアレイビーム合成器１５を備える。ｓｎ個のアンテナ素子１１１〜１１ｓｎは、Ａ軸方向に一次元に配列される。増幅器１２１〜１２ｓｎは、それぞれ対応するアンテナ素子１１１〜１１ｓｎから出力される信号を低雑音で増幅する。周波数変換器１３は、ｓｎ個の増幅器１２１〜１２ｓｎから出力される信号をそれぞれベースバンドに周波数変換する。ＡＤ変換器１４は、ベースバンドに周波数変換された信号をデ０ジタル化してＳｎチャンネル（＃１〜＃Ｓｎ）の受信信号を得る。サブアレイビーム合成器１５は、デジタル化された受信信号によりＢｓチャンネル（＃１〜＃Ｂｓ）のマルチビーム出力を得る。以上の構成は、他のサブアレイ及びＢ軸系統のサブアレイについても同様である。

上記Ａ軸サブアレイ１０Ａ１〜１０ＡＢｓａで得られたサブアレイビーム数Ｂｓａの受信信号は、図２に示すように、ビーム合成器２０Ａ１〜２０ＡＢｓａによって周波数変換、デジタル化、サブアレイビーム合成（高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、パルス圧縮（ＰＣ）等）がなされた後、サブアレイのビーム毎に分岐出力され、Ｂｓａ系統それぞれの信号処理器３０Ａｉ（ｉ＝１〜Ｂａａｌｌ，Ｂａａｌｌ＝Ｂｓａ×Ｂｂａ）に送られる。同様に、Ｍ系統それぞれのＢ軸サブアレイ１０Ｂ１〜１０ＢＢｓｂで得られたサブアレイビーム数Ｂｓｂの受信信号は、ビーム合成器２０Ｂ１〜２０ＢＢｓｂによってデジタル化された後、サブアレイのビーム毎に分岐出力され、Ｂｓｂ系統それぞれの信号処理器３０Ｂｌ（ｌ＝１〜Ｂｂａｌｌ，Ｂｂａｌｌ＝Ｂｓｂ×Ｂｂｂ）に送られる。

上記信号処理器３０Ａｉ，３０Ｂｌでは、Ｎ×Ｍ×サブアレイビーム数によるマルチビームが形成されるが、ここで形成されたマルチビームの各ビーム出力はビーム乗算器４０に送られて所定ビーム数Ｂａｌｌに合成される。さらに、信号処理器５０に送られて目標検出及び追跡処理が実行され、全ビームＢａｌｌの同時形成によるレーダ信号が得られる。

図４に、図１に示すアンテナ装置を備える機上搭載レーダ装置の観測座標系を示し、図５及び図６にビームスペース型（非特許文献１０参照）２次元アレイによるビーム形状を示す。ここで、本実施形態では、素子やサブアレイをもとに全体ビーム形成する手法をエレメントスペース、また、素子やサブアレイをもとに部分開口であるリニアアレイのビームを形成後、全体ビームを形成する手法をビームスペースと呼ぶことにする。縦方向の軸のアレイをＡ軸アレイ、横方向の軸のアレイをＢ軸アレイとする。また、各々のアレイは、一般的に複数素子のサブアレイとするが、単一素子も含むものとする。

サブアレイの内部では、図３に示したように、アンテナ１１１〜１１ｓｎで受信した信号を周波数変換器１３でベースバンドに周波数変換して、ＡＤ変換器１４によりディジタル信号に変換した後、サブアレイビーム合成器１５でＢｓ本のマルチビームを形成する。このサブアレイでは、アナログビ−ム合成でもよい。アナログビームによる構成法としては、バトラーマトリクスやマトリクス給電回路（非特許文献９参照）等を用いて複数ビームを形成するようにしてもよい。

このサブアレイ信号を用いて、ビーム形成について定式化する。まず、観測方向（ＡＺ,ＥＬ）を含めた２軸のサブアレイ信号を、それぞれXa，Xbとし、アレイの位相中心に入力される信号をxinとすると、２軸の信号XaとXbは次式となる。

なお、Ａ軸アレイとＢ軸アレイの離隔距離が大きい場合を考えて、ＡＺ角とＥＬ角を、添え字のａ，ｂをつけて区分けしているが、離隔距離が小さい場合には、Ａ軸アレイとＢ軸アレイから見たＡＺ角とＥＬ角は等しくなるので、ＡＺ、ＥＬとする。これを用いて、各軸でリニアアレイのビーム合成演算を行うと次式となる。

このリニアアレイビーム出力を用いて、Ａ軸とＢ軸の乗算演算を行うと次式となる。

１ビーム分について、Ａ軸ビームとＢ軸ビームから全体ビームが形成される様子を座標系で示すと図５に示すようになり、ＡＺ−ＥＬの２次元で表現すると図６に示すようになる。図５では、Ａ軸アレイはＺ軸にあり、ＥＬビーム方向にＺ軸を中心とした円錐状のビームができる。一方、Ｂ軸アレイはＹ軸にあり、ＡＺビーム方向にＹ軸を中心とした円錐状のビームができる。図５では円錐状のビームで示しているが、サブアレイの指向性があるため、実際にはサブアレイビームの指向性を乗算し、Ａ軸ビームは図６（ａ）の形、Ｂ軸ビームは図６（ｂ）に示す形となる。Ａ軸とＢ軸の乗算ビームとしては、図７（ａ）に示すように、両者が交差する方向にペンシルビームが形成される。また、マルチビームを考えると、図７（ｂ）に示すように、サブアレイビーム内で多数のビームが形成されることになる。また、サイドローブを低減したテイラーウェイト（非特許文献５参照）等を設定する際には、ビーム合成器Ａ軸及びビーム合成Ｂ軸で、リニアアレイのビーム形成する際に設定すればよい。

次に、乗算アレイビーム形成に用いるＡ軸及びＢ軸アレイの信号成分Ｓとノイズ成分Ｎを考えると、次式で表現することができる。

したがって、（７）式で表現されるＡ軸アレイビームとＢ軸アレイビームの乗算出力のＳＮは次式となる。

これは、Ａ軸アレイビームとＢ軸アレイビームの乗算前の各々の出力信号のＳＮ（信号対ノイズ電力比）が２乗になることを表している。この場合、SN≧0dBであれば、ＳＮは２乗により向上するが、SN＜0ｄBであると、２乗により、更にＳＮが低下することになる。このため、ビーム乗算前のＡ軸及びＢ軸のビーム出力では、SN≧0dBであることが望ましい。SN≧0dBを満足するために、必要に応じて、ビーム乗算前に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）、パルス圧縮（ＰＣ、非特許文献３参照）等の信号処理を行ってＳＮを向上させる。

乗算ビームの形成後、信号処理器５０において、検出処理（ＣＦＡＲ、非特許文献４参照）等の信号処理を行い、レーダ信号出力とする。この信号処理としては、クラッタ等の不要波を抑圧するＭＴＩ（Moving Target Indicator：移動目標検出装置）、アダプティブアレイ（非特許文献７参照）、ＳＴＡＰ（Space Time Adaptive Processing：時空間適応処理、非特許文献８参照）等の処理を追加してもよい。

図２は、サブアレイビーム数Ｂｓから全体ビーム数Ｂａｌｌまでの関係をわかりやすくしたものである。アンテナ開口長の小さいサブアレイの広ビーム幅によるマルチビームとアンテナ開口長の大きな全体開口の狭ビーム幅のマルチビーム形成の関係を示している。

Ａ軸及びＢ軸の各々のサブアレイ１０Ａ，１０Ｂにおいて、それぞれ、Bsa（Bsa≧1）本及びBsb（Bsb≧1）本のビームを形成する。これをビーム合成器２０Ａ１〜２０ＡＢｓａと、ビーム合成２０Ｂ１〜２０ＢＢｓｂに入力し、それぞれBaall本とBball本のビームを形成する。形成したマルチビーム毎にＡ軸信号処理器３０Ａ１〜３０ＡＢａａｌｌとＢ軸信号処理器３０Ｂ１〜３０ＢＢｂａｌｌで所定の信号処理を実施した後、ビーム乗算器４０で乗算することで、最大数Ball＝Baall×Bballのマルチビームを形成することができる。この中から、必要に応じて、信号処理器５０でＣＦＡＲ等の検出処理を実施する。

次に、モノパル測角（非特許文献６参照）のためのΣ、ΔＡＺ，ΔＥＬを形成する手法について、図８及び図９を用いて述べる。まず、Σについては、Ａ軸ΣビームとＢ軸Σビームの乗算により形成する。一方、ΔＡＺビームについては、横軸（ＡＺ軸）のリニアアレイのＢ軸のアレイを開口２分割して形成した差ビームとＡ軸のΣビームを乗算して形成する。また、一方、ΔＥＬビームについては、縦軸（ＥＬ軸）のリニアアレイのＡ軸のアレイを開口２分割して形成した差ビームとＢ軸のΣビームを乗算して形成する。Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬビームを形成した後は、次式により誤差電圧を計算する。

この誤算電圧と角度（ＡＺ，ＥＬ）を予めテーブル化しておき、観測した誤差電圧によりテーブルを引用して、角度（ＡＺ、ＥＬ）を出力すればよい。この様子を図１０に示す。

なお、サブアレイからのマルチビーム出力のデータ容量が大きく処理規模が増える場合には、観測空間を分割して、時分割で順に処理してもよい。

以上のように、第１の実施形態では、一次元に配列したＮ（Ｎ≧１）個のサブアレイによる受信アレイ（Ｘａｎ、ｎ＝１〜Ｎ）（Ａ軸）と、それと異なる軸（Ｂ軸）の一次元に配列したＭ（Ｍ≧１）サブアレイによる受信アレイ（Ｘｂｍ、ｍ＝１〜Ｍ）において、Ａ軸とＢ軸の各々のサブアレイのビーム出力に対して、ビーム合成し、さらに信号処理（ＦＦＴ、パルス圧縮ＰＣ、不要波抑圧等）を実施したＡ軸とＢ軸のビーム信号の乗算により、所定の角度範囲のマルチビームを形成する。また、Ａ軸（Ｂ軸）でΣ、Ｂ軸（Ａ軸）でΔビームを形成して、両軸のビーム出力を乗算することによりΔＥＬ（ΔＡＺ）ビームを形成して、モノパルス測角を行う。

すなわち、本実施形態によれば、異なる２軸のＮ段とＭ列のサブアレイ信号を用いて、各軸でビーム形成後、信号処理することにより、ＳＮ（信号対雑音電力）を向上させた上で、ビーム乗算によって平面アレイと同等のマルチビームを処理規模を低減した上で実現することができる。そして、Ａ軸とＢ軸のいずれか一方をΣビ−ムとΔビームに組み合わせて乗算することにより、全体ビームでΣとΔビームを形成して、モノパルス測角を行うことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、Ａ軸とＢ軸のアレイを形成した後、乗算により全体ビームを形成する手法について述べた。本実施形態では、不要波抑圧用の処理をするために、補助アンテナを形成する手法について述べる。

図１１は第２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１２は補助アンテナを形成する様子を示す概念図である。図１１において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。図１１に示すアンテナ装置は、Ａ軸系統のサブアレイ出力の一部とＢ軸系統のサブアレイ出力の一部を取り出して、それぞれ信号処理器６０Ａ１〜６０ＡＮａ，６０Ｂ１〜６０ＢＮｂに入力し、２乗演算によるＳＮ低下対策としての信号処理を実施し、仮想アレイ変換器７０において、受信Ｎａ（Ｎａ≦Ｎ）×受信Ｎｂ（Ｎｂ≦Ｍ）の乗算演算を行い、その仮想サブアレイ出力のうち、補助ｃｈ選定器７１で所定のＮaux素子を選定して補助ｃｈとして、信号処理器５０に対して不要波抑圧処理を実施する。

ここで、不要波抑圧処理として、代表的なＳＬＣ（SideLobe Canceller、非特許文献７参照）の原理を図１３と図１４に示す。ＳＬＣは、全体開口で形成した主ビームのサイドローブ方向から到来する不要波を、補助アンテナの受信信号を用いて抑圧する処理である。そのために、図１４に示すウェイト処理回路により、主アンテナ（主ｃｈ）６１で受けたΣ信号と補助アンテナ（補助ｃｈ）６２１〜６２Ｎａで受けた補助信号ＡＵＸ１〜ＡＵＸＮａを乗算器６３，６４で乗算した後、ＬＰＦ（Low Pass Filter）６５，６６の出力を通過させて対応するチャンネルの補助信号との相関演算を実施し、相関があれば乗算器６７，６８でウェイトを変化させて、減算器６９により補助ｃｈに乗算した信号を主ｃｈの信号から減算する。このアダプテーションにより、出力には不要波を抑圧した信号が得られる。これをアンテナパターンで説明すると、図１２に示すようになる。すなわち、ウェイトを変化させると、主ｃｈのサイドローブレベルと補助ｃｈの振幅と位相が揃うので、減算することによって不要波の到来方向にヌルが形成され、これによって不要波を抑圧することができる。このアダプテーションは、ＳＴＡＰ（特許文献１参照）におけるクラッタと不要波を抑圧する際の空間軸の補助アンテナとしても用いることができる。また、主ｃｈのサイドローブからの不要波レベルと補助ｃｈの不要波レベルとを比較して、補助ｃｈ＞主ｃｈの場合に、受信OFFとすることにより、パルス状の不要波やクラッタを抑圧するＳＬＢ（非特許文献７参照）の補助アンテナとても使うことができる。また、主ｃｈとしてΣビームについて述べたが、主ｃｈとしてΔＡＺとΔＥＬビームに適用してもよい。

次に本実施形態の内容として、この補助アンテナをＡ軸とＢ軸の実アレイに用いて、仮想アレイにより構成する手法について述べる。補助アンテナで用いる仮想アレイ素子を生成するために、（１）式の信号を用いて両ベクトルの乗算を行うと、次式となる。

次に、各要素は次式となる。

ここで、Ａ軸アレイとＢ軸アレイの離隔距離が小さい場合を考えて、ka＝kbとすると、次式となる。

これは、図１２に示すように、乗算演算により、anとbmの位置ベクトルの加算の位置に仮想素子信号が生成されることを示している。これはＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output、非特許文献２参照）において、Ｎaｃｈの送信信号とＮｂｃｈの受信信号より、Ｎａ×Ｎｂの仮想アレイ信号を得る方式に相当する。この場合、送信して受信する信号に対して自動的に乗算演算を実施しているのに対して、本方式では仮想アレイ変換器７０において、受信Ｎａ（Ｎａ≦Ｎ）×受信Ｎｂ（Ｎｂ≦Ｍ）の乗算演算を行っていることに相当する。この仮想サブアレイ（素子）のうち、補助ｃｈ選定器７１で所定のＮaux素子を選定すれば、補助ｃｈとして用いることができる。なお、仮想アレイ変換器７０の前の信号処理器６０Ａ１〜６０ＡＮａ，６０Ｂ１〜６０ＢＮｂにおいては、前述の通り、２乗演算を行うことによるＳＮ低下への対策として信号処理を実施することで、ＳＮを向上させている。

以上のように、第２の実施形態では、一次元に配列したＮ（Ｎ≧１）個のサブアレイによる受信アレイ（Ｘａｎ、ｎ＝１〜Ｎ）（Ａ軸）と、それと異なる軸（Ｂ軸）の一次元に配列したＭ（Ｍ≧１）サブアレイによる受信アレイ（Ｘｂｍ、ｍ＝１〜Ｍ）において、Ａ軸とＢ軸の各々のサブアレイのビーム出力に対して、ビーム合成し、更に信号処理（ＦＦＴ、パルス圧縮ＰＣ、不要波抑圧等）を実施したＡ軸とＢ軸のビーム信号の乗算により、所定の角度範囲のマルチビームを形成し、また、Ａ軸とＢ軸のサブアレイ信号に必要に応じて信号処理を実施した後、サブアレイ間の乗算により形成した補助チャンネルを用いて、マルチビームの信号処理を実施する。すなわち、異なる２軸のＮ段とＭ列のサブアレイ信号を用いて、各軸でビーム形成後、信号処理することにより、ＳＮを向上させた上で、ビーム乗算により、平面アレイと同等のマルチビームを形成することができる。更に、異なる２軸の信号処理によりＳＮを向上させた後の素子乗算により、仮想アレイによる補助アンテナを形成し、不要波抑圧（クラッタ）等の信号処理を、処理規模を低減した上で実現することができる。

なお、第１の実施形態及び第２の実施形態は、受信装置について述べたが、送信装置を加えれば、レーダ装置を構成することができる。また、上記実施形態は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。更に、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。

１０Ａ１〜１０ＡＮ，１０Ｂ１〜１０ＢＭ…サブアレイ、１１１〜１１ｓｎ…アンテナ素子、１２１〜１２ｓｎ…増幅器、１３…周波数変換器、１４…ＡＤ変換器、１５…サブアレイビーム合成器、２０Ａ１〜２０ＡＢｓａ，２０Ｂ１〜２０ＢＢｓｂ…ビーム合成器、３０Ａ１〜３０ＡＢａｌｌ，３０Ｂ１〜３０ＢＢａｌｌ…信号処理器、４０…ビーム乗算器、５０…信号処理器、６０Ａ１〜６０ＡＮａ，６０Ｂ１〜６０ＢＮｂ…信号処理器、７０…仮想アレイ変換器、７１…補助ｃｈ選定器。

Claims

第１の軸（Ａ軸）に沿って一次元に配列したＮ（Ｎ≧１）個のサブアレイによりＮチャンネル×サブアレイビーム数Ｂｓａ（Ｂｓａ≧１）のビーム出力を得る第１の受信アレイと、
前記Ａ軸と異なる第２の軸（Ｂ軸）に沿って一次元に配列したＭ（Ｍ≧１）個のサブアレイによりＭチャンネル×サブアレイビーム数Ｂｓｂ（Ｂｓｂ≧１）のビーム出力を得る第２の受信アレイと、
前記Ａ軸のサブレアレイのビーム数Ｎ×Ｂｓａのビーム出力をＢｂａ（Ｂｂａ≧１）系統で合成してＡ軸のビーム数Ｎ×Ｂｓａ×Ｂｂａ＝Ｂａａｌｌのビーム合成信号を生成し、前記Ｂ軸のサブアレイのビーム数Ｍ×Ｂｓｂのビーム出力をＢｂｂ（Ｂｂｂ≧１）系統で合成してＢ軸のビーム数Ｍ×Ｂｓｂ×Ｂｂｂ＝Ｂｂａｌｌのビーム合成信号を生成するビーム合成器と、
前記ビーム合成器で取得された前記Ａ軸のビーム数Ｂａａｌｌのビーム合成信号と前記Ｂ軸のビーム数Ｂｂａｌｌのビーム合成信号とを乗算して所定の角度範囲にビーム数Ｂａａｌｌ×Ｂｂａｌｌ＝Ｂａｌｌのマルチビームを形成する信号処理器と
を具備するアンテナ装置。
前記信号処理器は、
前記Ａ軸のビーム合成信号でＡ軸の和ビームを形成し、前記Ｂ軸のビーム合成信号でＢ軸の和ビームを形成し、前記Ａ軸の和ビームの出力及び前記Ｂ軸の和ビームの出力を乗算して全体の和ビームを形成し、
前記Ｂ軸のサブアレイを開口２分割して前記Ｂ軸の差ビームを形成し、前記Ｂ軸の差ビームの出力及び前記Ａ軸の和ビームの出力を乗算して縦軸の差ビームを形成し、前記全体の和ビームの出力及び前記縦軸の差ビームの出力を用いてモノパルス測角を行う第１の測角処理、及び、前記Ａ軸のサブアレイを開口２分割して前記Ａ軸の差ビームを形成し、前記Ａ軸の差ビームの出力及び前記Ｂ軸の和ビームの出力を乗算して横軸の差ビームを形成し、前記全体の和ビームの出力及び前記横軸の差ビームの出力を用いてモノパルス測角を行う第２の測角処理の少なくともいずれか一方の測角処理を行う
請求項１記載のアンテナ装置。
前記信号処理器は、さらに、前記Ａ軸のサブアレイから選定されるいずれかのサブアレイまたは素子の信号と前記Ｂ軸のサブアレイから選定されるいずれかのサブアレイまたは素子の信号とを乗算して仮想サブアレイによる補助チャンネルの信号を取得し、前記補助チャンネルの信号を用いて前記マルチビームの出力の不要波抑圧の信号処理を行う請求項１記載のアンテナ装置。
観測範囲に送信ビームを形成する送信アンテナと、
第１の軸（Ａ軸）に沿って一次元に配列したＮ（Ｎ≧１）個のサブアレイによりＮチャンネル×サブアレイビーム数Ｂｓａ（Ｂｓａ≧１）のビーム出力を得る第１の受信アレイと、
前記Ａ軸と異なる第２の軸（Ｂ軸）に沿って一次元に配列したＭ（Ｍ≧１）個のサブアレイによりＭチャンネル×サブアレイビーム数Ｂｓｂ（Ｂｓｂ≧１）のビーム出力を得る第２の受信アレイと、
前記Ａ軸のサブレアレイのビーム数Ｎ×Ｂｓａのビーム出力をＢｂａ（Ｂｂａ≧１）系統で合成してＡ軸のビーム数Ｎ×Ｂｓａ×Ｂｂａ＝Ｂａａｌｌのビーム合成信号を生成し、前記Ｂ軸のサブアレイのビーム数Ｍ×Ｂｓｂのビーム出力をＢｂｂ（Ｂｂｂ≧１）系統で合成してＢ軸のビーム数Ｍ×Ｂｓｂ×Ｂｂｂ＝Ｂｂａｌｌのビーム合成信号を生成するビーム合成器と、
前記ビーム合成器で取得された前記Ａ軸のビーム数Ｂａａｌｌのビーム合成信号と前記Ｂ軸のビーム数Ｂｂａｌｌのビーム合成信号とを乗算して所定の角度範囲にビーム数Ｂａａｌｌ×Ｂｂａｌｌ＝Ｂａｌｌのマルチビームを形成する信号処理器と
を具備するレーダ装置。
前記信号処理器は、
前記Ａ軸のビーム合成信号でＡ軸の和ビームを形成し、前記Ｂ軸のビーム合成信号でＢ軸の和ビームを形成し、前記Ａ軸の和ビームの出力及び前記Ｂ軸の和ビームの出力を乗算して全体の和ビームを形成し、
前記Ｂ軸のサブアレイを開口２分割して前記Ｂ軸の差ビームを形成し、前記Ｂ軸の差ビームの出力及び前記Ａ軸の和ビームの出力を乗算して縦軸の差ビームを形成し、前記全体の和ビームの出力及び前記縦軸の差ビームの出力を用いてモノパルス測角を行う第１の測角処理、及び、前記Ａ軸のサブアレイを開口２分割して前記Ａ軸の差ビームを形成し、前記Ａ軸の差ビームの出力及び前記Ｂ軸の和ビームの出力を乗算して横軸の差ビームを形成し、前記全体の和ビームの出力及び前記横軸の差ビームの出力を用いてモノパルス測角を行う第２の測角処理の少なくともいずれか一方の測角処理を行う
請求項４記載のレーダ装置。
前記信号処理器は、さらに、前記Ａ軸のサブアレイから選定されるいずれかのサブアレイまたは素子の信号と前記Ｂ軸のサブアレイから選定されるいずれかのサブアレイまたは素子の信号とを乗算して仮想サブアレイによる補助チャンネルの信号を取得し、前記補助チャンネルの信号を用いて前記マルチビームの出力の不要波抑圧の信号処理を行う請求項４記載のレーダ装置。