JP6797330B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
目標を検出するレーダ装置が、電離層に反射された短波帯の電波を利用すれば、見通し外の遠方に存在している目標を検出することが可能である。
しかし、特許文献1に開示されている伝搬経路計算装置は、短波帯の電波の伝搬経路から、短波帯の電波の放射方向を算出するものではない。
したがって、従来のレーダ装置は、特許文献1に開示されている伝搬経路計算装置を用いることが可能であるとしても、目標を検出する上で適正な電波の放射方向を算出することができない。つまり、所望の領域に存在している目標に電波を照射して、目標を検出できないことがあるという課題があった。
図1は、実施の形態1によるレーダ装置を示す構成図である。
図2は、図1に示すレーダ装置の信号処理装置20のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図1において、電波源1は、図1に示すレーダ装置から直線距離でRdだけ離れている位置に設置されており、短波帯の電波を放射する。短波帯の電波の周波数は、3〜30MHzである。
電波源1から放射される短波帯の電波の周波数f及び直線距離Rdは、図1に示すレーダ装置において既知である。
分配器3は、送信器2から出力されたレーダ信号をN(Nは1以上の整数)個に分配し、分配後のそれぞれのレーダ信号を位相制御部4に出力する。
移相器4−1〜4−Nは、ビーム指向方向設定部25から出力された制御信号Cpに従って分配器3から出力されたそれぞれのレーダ信号の位相を調整し、位相調整後のそれぞれのレーダ信号を可変利得アンプ5−1〜5−Nに出力する。
振幅制御部5は、N個の可変利得アンプ5−1〜5−Nを備えている。
可変利得アンプ5−1〜5−Nは、ビーム指向方向設定部25から出力された制御信号Caに従って、移相器4−1〜4−Nから出力されたそれぞれのレーダ信号の振幅を調整し、振幅調整後のそれぞれのレーダ信号を送信アンテナ6−1〜6−Nに出力する。
送信アレイアンテナ6は、N個の送信アンテナ6−1〜6−Nを備えている。
送信アンテナ6−1〜6−Nは、可変利得アンプ5−1〜5−Nからそれぞれのレーダ信号を受けると、レーダ波として、短波帯の電波を空間に放射する。
送信アンテナ6−1〜6−Nとしては、ダイポールアンテナ又はモノポールアンテナなどを用いることができる。
受信アンテナ7−1〜7−Mは、電離層に反射された短波帯の電波を受信し、電波の受信信号を可変利得アンプ8−1〜8−Mに出力する。
受信アンテナ7−1〜7−Mとしては、ダイポールアンテナ又はモノポールアンテナなどを用いることができる。
振幅制御部8は、M個の可変利得アンプ8−1〜8−Mを備えている。
可変利得アンプ8−1〜8−Mは、ビーム指向方向設定部25から出力された制御信号Caに従って、受信アンテナ7−1〜7−Mから出力されたそれぞれの受信信号の振幅を調整し、振幅調整後のそれぞれの受信信号を移相器9−1〜9−Mに出力する。
位相制御部9は、M個の移相器9−1〜9−Mを備えている。
移相器9−1〜9−Mは、ビーム指向方向設定部25から出力された制御信号Cpに従って可変利得アンプ8−1〜8−Mから出力されたそれぞれの受信信号の位相を調整し、位相調整後のそれぞれの受信信号を合成器10に出力する。
合成器10は、移相器9−1〜9−Mから出力されたM個の受信信号を合成し、合成した受信信号である合成信号を受信器12に出力する。
受信アンテナ11としては、ダイポールアンテナ又はモノポールアンテナなどを用いることができる。
受信器12は、合成器10から出力された合成信号を復調し、復調後の合成信号をA/D変換器13に出力する。
また、受信器12は、受信アンテナ11から出力された直接波の受信信号を復調し、復調後の受信信号をA/D変換器13に出力する。
A/D変換器13は、送信器2から出力されたレーダ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を送信データTxとして相関判定部21に出力する。
また、A/D変換器13は、受信器12から出力された合成信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を合成データRxSとして相関判定部21に出力する。
さらに、A/D変換器13は、受信器12から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を受信データRxDとして相関判定部21に出力する。
相関判定部21は、例えば、図2に示す相関判定回路31によって実現される。
相関判定部21は、A/D変換器13から出力された送信データTxと、A/D変換器13から出力された合成データRxSとの相関を判定する。
相関判定部21は、送信データTxと合成データRxSとの間に相関があれば、合成データRxSを距離速度算出部26に出力する。
相関判定部21は、送信データTxと合成データRxSとの間に相関がなければ、合成データRxS及び受信データRxDのそれぞれを高度算出部22に出力する。
高度算出部22は、電波源1から放射された短波帯の電波のうち、電離層に反射されていない直接波の電波の受信時刻と、電離層に反射された電波の受信時刻との時刻差Δtを算出する。
即ち、高度算出部22は、相関判定部21から出力された受信データRxDを時間方向に遅延させながら、当該受信データRxDと合成データRxSとの間で相関が認められる遅延時間tdを探索することで、双方の受信時刻の時刻差Δtを算出する。
高度算出部22は、時刻差Δtと電波源1の位置とを用いて、電離層の高度hを算出し、電離層の高度hを位相速度算出部23に出力する。
位相速度算出部23は、IRI(International Reference Ionosphere)モデルを参照して、高度算出部22から出力された高度hにおける電離層の電子密度edhを推定し、電子密度edhから高度hにおける短波帯の電波の位相速度vhを算出する。
また、位相速度算出部23は、IRIモデルを参照して、高度hよりも、1つ上の高度(h+1)における電離層の電子密度edh+1を推定し、電子密度edh+1から高度(h+1)における短波帯の電波の位相速度vh+1を算出する。
高度hよりも1つ上の高度(h+1)は、IRIモデルのモデル分解能において、1つ上の高度である。
位相速度算出部23は、高度hにおける短波帯の電波の位相速度vhと、高度(h+1)における短波帯の電波の位相速度vh+1とから、電離層に対する短波帯の電波の入射角度θhを推定する。
位相速度算出部23は、電波の位相速度vh及び入射角度θhのそれぞれをビーム指向方向算出部24に出力する。
ビーム指向方向算出部24は、位相速度算出部23から出力された電波の位相速度vh及び入射角度θhと、地上における短波帯の電波の位相速度v0とから、短波帯の電波のビーム指向方向θ0を算出する。
ビーム指向方向算出部24は、短波帯の電波のビーム指向方向θ0をビーム指向方向設定部25に出力する。
ビーム指向方向設定部25は、送信アンテナ6−1〜6−Nから放射される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に設定するため、移相器4−1〜4−Nの移相量及び可変利得アンプ5−1〜5−Nの利得のそれぞれを制御する。
また、ビーム指向方向設定部25は、受信アンテナ7−1〜7−Nにより受信される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に設定するため、可変利得アンプ8−1〜8−Nの利得及び移相器9−1〜9−Nの移相量のそれぞれを制御する。
距離速度算出部26は、相関判定部21より出力された合成データRxSから、目標までの距離L及び目標の速度Vのそれぞれを算出する。
ここで、相関判定回路31、高度算出回路32、位相速度算出回路33、ビーム指向方向算出回路34、ビーム指向方向設定回路35及び距離速度算出回路36のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、DSP(Digital Signal Processor)が該当する。
図3は、信号処理装置20がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
信号処理装置20がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合、相関判定部21、高度算出部22、位相速度算出部23、ビーム指向方向算出部24、ビーム指向方向設定部25及び距離速度算出部26の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ41に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ42がメモリ41に格納されているプログラムを実行する。
図4は、信号処理装置20がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合の処理手順を示すフローチャートである。
図5において、相関処理部21aは、A/D変換器13から出力された送信データTx、合成データRxS及び受信データRxDのそれぞれを取得する。
相関処理部21aは、送信データTxと合成データRxSとの相関処理を実施し、相関処理結果を相関判定処理部21bに出力する。
相関処理部21aは、送信データTx、合成データRxS及び受信データRxDのそれぞれを相関判定処理部21bに出力する。
相関判定処理部21bは、相関処理部21aから出力された相関処理結果が、送信データTxと合成データRxSが相関している旨を示していれば、合成データRxSを距離速度算出部26に出力する。
相関判定処理部21bは、相関処理部21aから出力された相関処理結果が、送信データTxと合成データRxSが相関していない旨を示していれば、合成データRxS及び受信データRxDのそれぞれを高度算出部22に出力する。
図6において、相関処理部22aは、相関判定部21から出力された受信データRxDを時間方向に遅延させながら、当該受信データRxDと合成データRxSとの相関処理を実施し、相関処理結果を時刻差算出部22bに出力する。
時刻差算出部22bは、相関処理部22aから出力された相関処理結果が、受信データRxDと合成データRxSが相関している旨を示す受信データRxDの遅延時間tdを探索する。
時刻差算出部22bは、電離層に反射されていない直接波の電波の受信時刻と、電離層に反射された電波の受信時刻との時刻差Δtとして、遅延時間tdを距離算出部22cに出力する。
反射高度算出部22dは、電波源1の位置として、図1に示すレーダ装置と電波源1との間の直線距離Rdを保持している。
反射高度算出部22dは、直線距離Rdと、距離算出部22cから出力された距離drとを用いて、電離層の高度hを算出し、電離層の高度hを位相速度算出部23に出力する。
図1に示すレーダ装置からの直線距離Rdが既知である電波源1が複数存在しており、複数の電波源1からそれぞれ放射される短波帯の電波の周波数fが、レーダ装置において既知であるものとする。
図1に示すレーダ装置では、例えば、レーダ装置からの直線距離が100km付近の目標を検出する場合、レーダ装置からの直線距離Rdが約100kmの電波源1から放射される電波を利用して、ビーム指向方向を設定する。
また、図1に示すレーダ装置では、例えば、レーダ装置からの直線距離が200km付近の目標を検出する場合、レーダ装置からの直線距離Rdが約200kmの電波源1から放射される電波を利用して、ビーム指向方向を設定する。
受信アンテナ7−1〜7−Mは、電波源1から放射されたのち、電離層に反射された短波帯の電波を受信できるように、ビーム指向方向が概ね垂直方向(仰角が約90度の方向)に設定されている。
受信器12は、受信アンテナ11が複数の電波源1から放射された電波の直接波を受信すると、複数の直接波の中から、直線距離Rdが約100kmの電波源1から放射された電波の直接波を抽出する。
受信器12には、複数の電波源1からそれぞれ放射される電波の周波数fが登録されているため、受信器12は、複数の直接波の中から、直線距離Rdが約100kmの電波源1から放射された電波の直接波を抽出することができる。
受信器12は、直線距離Rdが約100kmの電波源1から放射される電波の直接波を抽出すると、抽出した直接波の受信信号を復調し、復調後の受信信号をA/D変換器13に出力する。
A/D変換器13は、受信器12から受信信号を受けると、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を受信データRxDとして相関判定部21に出力する。
可変利得アンプ8−1〜8−Mは、受信アンテナ7−1〜7−Mが電離層に反射された短波帯の電波を受信すると、それぞれの電波の受信信号の振幅を調整し、振幅調整後のそれぞれの受信信号を移相器9−1〜9−Mに出力する。
移相器9−1〜9−Mは、可変利得アンプ8−1〜8−Mからそれぞれの受信信号を受けると、それぞれの受信信号の位相を調整し、位相調整後のそれぞれの受信信号を合成器10に出力する。
合成器10は、移相器9−1〜9−Mからそれぞれの受信信号を受けると、それぞれの受信信号の中から、直線距離Rdが約100kmの電波源1から放射された電波の受信信号を抽出する。
合成器10には、複数の電波源1からそれぞれ放射される電波の周波数fが登録されているため、合成器10は、受信信号の中から、直線距離Rdが約100kmの電波源1から放射された電波の受信信号を抽出することができる。
合成器10は、抽出したM個の受信信号を合成し、合成した受信信号である合成信号を受信器12に出力する。
受信器12は、合成器10から合成信号を受けると、合成信号を復調し、復調後の合成信号をA/D変換器13に出力する。
A/D変換器13は、受信器12から合成信号を受けると、合成信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を合成データRxSとして相関判定部21に出力する
A/D変換器13は、送信器2からレーダ信号を受けると、レーダ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を送信データTxとして相関判定部21に出力する。
ここでは、送信器2が、レーダ信号を分配器3及びA/D変換器13のそれぞれに出力している。しかし、現段階では、ビーム指向方向設定部25が、ビーム指向方向θ0を設定していないため、ビーム指向方向設定部25が、ビーム指向方向θ0を設定するまでの間、送信器2が、レーダ信号を出力しないようにしてもよい。
送信データTxと合成データRxSとの相関処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
また、相関処理部21aは、送信データTx、合成データRxS及び受信データRxDのそれぞれを相関判定処理部21bに出力する。
相関処理部21aは、A/D変換器13から送信データTxを受けていなければ、相関処理を実施していない旨を相関判定処理部21bに通知する。
また、相関処理部21aは、合成データRxS及び受信データRxDのそれぞれを相関判定処理部21bに出力する。
相関判定処理部21bは、相関処理部21aから出力された相関処理結果が、送信データTxと合成データRxSが相関していない旨を示していれば(図4のステップST2:NOの場合)、合成データRxS及び受信データRxDのそれぞれを高度算出部22に出力する。
また、相関判定処理部21bは、相関処理部21aから相関処理を実施していない旨の通知を受けていれば、合成データRxS及び受信データRxDのそれぞれを高度算出部22に出力する。
受信データRxDと合成データRxSとの相関処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
相関処理部22aは、それぞれの遅延時間tdでの相関処理結果を時刻差算出部22bに出力する。
時刻差算出部22bは、電離層に反射されていない直接波の電波の受信時刻と、電離層に反射された電波の受信時刻との時刻差Δtとして、遅延時間tdを距離算出部22cに出力する。
式(1)において、cは、電波の伝搬速度である。
距離算出部22cは、距離drを反射高度算出部22dに出力する。
位相速度算出部23は、電子密度edhを推定すると、以下の式(3)に示すように、電子密度edhから高度hにおける短波帯の電波の位相速度vhを算出する(図4のステップST7)。
式(3)において、ωは、電離層の電子密度edhによって決まるプラズマ振動数、kは、波数である。
高度hよりも1つ上の高度(h+1)は、IRIモデルのモデル分解能において、1つ上の高度である。
位相速度算出部23は、高度hにおける短波帯の電波の位相速度vhと、高度(h+1)における短波帯の電波の位相速度vh+1とから、電離層に対する短波帯の電波の入射角度θhを推定する。
即ち、位相速度算出部23は、位相速度vh及び位相速度vh+1を以下の式(4)に代入し、式(4)が成立する電波の入射角度θhを探索する。
短波帯の電波は、式(4)が成立する入射角度θhであるときに電離層によって反射される。
位相速度算出部23は、電波の位相速度vh及び入射角度θhのそれぞれをビーム指向方向算出部24に出力する。
地上における短波帯の電波の位相速度v0は、既知である。ここでの地上は、受信アンテナ7−1〜7−Mが設置されている高度に対応する。
式(5)において、θwは、送信アンテナ6−1〜6−Nから放射される短波帯の電波のビーム幅である。
ビーム指向方向算出部24は、短波帯の電波のビーム指向方向θ0をビーム指向方向設定部25に出力する。
また、ビーム指向方向設定部25は、受信アンテナ7−1〜7−Nにより受信される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に設定するため、可変利得アンプ8−1〜8−Nの利得及び移相器9−1〜9−Nの移相量のそれぞれを制御する(図4のステップST9)。
即ち、ビーム指向方向設定部25は、電波の方向をビーム指向方向θ0に設定するためのレーダ信号の振幅及び位相を算出する。
そして、ビーム指向方向設定部25は、当該振幅を示す制御信号Caを可変利得アンプ5−1〜5−N及び可変利得アンプ8−1〜8−Nのそれぞれに出力する。
また、ビーム指向方向設定部25は、当該位相を示す制御信号Cpを移相器4−1〜4−N及び移相器9−1〜9−Nのそれぞれに出力する。
ビーム指向方向θ0に対応する振幅及び位相の算出処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
移相器4−1〜4−Nは、ビーム指向方向設定部25から出力された制御信号Cpに従って分配器3から出力されたそれぞれのレーダ信号の位相を調整し、位相調整後のそれぞれのレーダ信号を可変利得アンプ5−1〜5−Nに出力する。
可変利得アンプ5−1〜5−Nは、ビーム指向方向設定部25から出力された制御信号Caに従って、移相器4−1〜4−Nから出力されたそれぞれのレーダ信号の振幅を調整し、振幅調整後のそれぞれのレーダ信号を送信アンテナ6−1〜6−Nに出力する。
送信アンテナ6−1〜6−Nから放射される電波のビーム指向方向θ0は、レーダ装置からの直線距離Rdが約100kmの電波源1から放射される電波を利用して設定されているため、直線距離が100km付近の目標に電波を照射することが可能である。
受信アンテナ7−1〜7−Mにより受信される電波のビーム指向方向θ0は、レーダ装置からの直線距離Rdが約100kmの電波源1から放射される電波を利用して設定されているため、直線距離が100km付近の目標に反射された電波を受信することが可能である。
なお、ビーム指向方向算出部24により算出されているビーム指向方向θ0は、仰角方向であり、方位角方向ではない。
したがって、送信アンテナ6−1〜6−Nから放射される電波の方位角方向は、事前に設定されている方向であってもよいし、0〜360度の範囲で回転するものであってもよい。
また、受信アンテナ7−1〜7−Mにより受信される電波の方位角方向は、事前に設定されている方向であってもよいし、0〜360度の範囲で回転するものであってもよい。
ただし、送信アンテナ6−1〜6−Nについての電波の方位角方向と、受信アンテナ7−1〜7−Mについての電波の方位角方向との間で同期がとれている必要がある。
移相器9−1〜9−Mは、ビーム指向方向設定部25から出力された制御信号Cpに従って可変利得アンプ8−1〜8−Mから出力されたそれぞれの受信信号の位相を調整し、位相調整後のそれぞれの受信信号を合成器10に出力する。
受信器12は、合成器10から合成信号を受けると、合成信号を復調し、復調後の合成信号をA/D変換器13に出力する。
A/D変換器13は、受信器12から合成信号を受けると、合成信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を合成データRxSとして相関判定部21に出力する
また、相関処理部21aは、送信データTx、合成データRxS及び受信データRxDのそれぞれを相関判定処理部21bに出力する。
ここでは、受信アンテナ7−1〜7−Mが、送信アンテナ6−1〜6−Nから放射されたのち、目標に反射されて戻ってきた短波帯の電波を受信しているため、送信データTxと合成データRxSは相関している。
合成データRxSから、目標までの距離L及び目標の速度Vを算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
実施の形態2では、複数の電波源1から放射される電波を利用して、電波のビーム指向方向θ0を設定するレーダ装置について説明する。
図8は、図7に示すレーダ装置の信号処理装置20のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図7及び図8において、図1及び図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
ビーム指向方向補間部27は、例えば、図8に示すビーム指向方向補間回路37によって実現される。
ビーム指向方向補間部27は、ビーム指向方向算出部24により算出された複数のビーム指向方向の間を補間する。
図7に示すレーダ装置では、相関判定部21、高度算出部22、位相速度算出部23及びビーム指向方向算出部24が、実施の形態1と同様に、1つの電波源1から放射される電波を利用して、電波のビーム指向方向θ0を算出する。
また、図7に示すレーダ装置では、相関判定部21、高度算出部22、位相速度算出部23及びビーム指向方向算出部24が、上記の電波源1と異なる1つの電波源1から放射される電波を利用して、電波のビーム指向方向θ0を算出する。
図7に示すレーダ装置では、相関判定部21、高度算出部22、位相速度算出部23及びビーム指向方向算出部24が、複数の電波源1から放射される電波をそれぞれ利用して、電波のビーム指向方向θ0をそれぞれ算出する。
図9は、レーダ装置から複数の電波源1への直線距離Rdとビーム指向方向θ0の対応関係、及び補間処理後の直線距離Rdとビーム指向方向θ0との関係を示す補間データを示す説明図である。
図9では、電波源1への直線距離Rdとビーム指向方向θ0の組として、4つの組を例示している。
ビーム指向方向補間部27が、補間処理を実施することで、2つの直線距離Rdの中間の距離に対応するビーム指向方向θ0を特定することが可能になる。
補間処理としては、最小二乗法又はスプライン補間などの処理を用いることができる。
ビーム指向方向補間部27は、補間処理後の直線距離Rdとビーム指向方向θ0との関係を示す補間データをビーム指向方向設定部25に出力する。
ビーム指向方向設定部25は、送信アンテナ6−1〜6−Nから放射される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に設定するため、移相器4−1〜4−Nの移相量及び可変利得アンプ5−1〜5−Nの利得のそれぞれを制御する。
また、ビーム指向方向設定部25は、受信アンテナ7−1〜7−Nにより受信される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に設定するため、可変利得アンプ8−1〜8−Nの利得及び移相器9−1〜9−Nの移相量のそれぞれを制御する。
実施の形態1,2のレーダ装置は、ビーム指向方向を可変するために、振幅制御部5,8及び位相制御部4,9を備えている。
実施の形態3では、ビーム指向方向を可変するために、送信デジタルビームフォーミング部53及び受信デジタルビームフォーミング部54を備えるレーダ装置について説明する。
図11は、図10に示すレーダ装置の信号処理装置20のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図10及び図11において、図1、図2、図7及び図8と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
信号生成部51は、例えば、図11に示す信号生成回路61によって実現される。
信号生成部51は、図1に示すA/D変換器13から出力される送信データTxに相当する送信データを生成し、送信データを送信デジタルビームフォーミング部53及び相関判定部21に出力する。
ビーム指向方向設定部52は、送信アンテナ6−1〜6−Nから放射される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に設定するため、送信デジタルビームフォーミング部53における電波の方向の調整を制御する。
また、ビーム指向方向設定部52は、受信アンテナ7−1〜7−Nにより受信される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に設定するため、受信デジタルビームフォーミング部54における電波の方向の調整を制御する。
送信デジタルビームフォーミング部53は、信号生成部51から出力された送信データをN個に分配する。
送信デジタルビームフォーミング部53は、送信アンテナ6−1〜6−Nから放射される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に調整するため、ビーム指向方向設定部52から出力された制御信号に従って、分配後のそれぞれの送信データを制御する。
送信デジタルビームフォーミング部53は、制御後のそれぞれの送信データをデジタルアナログ変換器(以下、「D/A変換器」と称する)55−1〜55−Nに出力する。
受信デジタルビームフォーミング部54は、受信アンテナ7−1〜7−Nにより受信される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に調整するため、ビーム指向方向設定部52から出力された制御信号に従って、A/D変換器56−1〜56−Mから出力されたそれぞれの受信データを制御する。
受信デジタルビームフォーミング部54は、制御後のそれぞれの受信データを合成し、受信データの合成データを、図1に示すA/D変換器13から出力される合成データRxSに相当するデータとして、相関判定部21に出力する。
D/A変換器55−1〜55−Nは、送信デジタルビームフォーミング部53から出力されたそれぞれの送信データをデジタル信号からアナログ信号に変換し、それぞれのアナログ信号をレーダ信号として、送信アンテナ6−1〜6−Nに出力する。
アナログデジタル変換部56は、M個のA/D変換器56−1〜56−Mを備えている。
A/D変換器56−1〜56−Mは、受信アンテナ7−1〜7−Nにより受信されたそれぞれの受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、それぞれのデジタル信号を受信データとして、受信デジタルビームフォーミング部54に出力する。
A/D変換器57は、受信アンテナ11から出力された直接波の受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を、図1に示すA/D変換器13から出力される受信データRxDに相当するデータとして、相関判定部21に出力する。
ただし、信号生成部51、ビーム指向方向設定部52、送信デジタルビームフォーミング部53、受信デジタルビームフォーミング部54、デジタルアナログ変換部55、アナログデジタル変換部56及びA/D変換器57以外は、実施の形態1,2と同様である。
ここで、実施の形態1,2と相違する部分のみを説明する。
ビーム指向方向設定部52は、ビーム指向方向補間部27から電波のビーム指向方向θ0を受けると、送信アンテナ6−1〜6−Nから放射される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に設定するため、送信デジタルビームフォーミング部53における電波の方向の調整を制御する。
また、ビーム指向方向設定部52は、受信アンテナ7−1〜7−Nにより受信される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に設定するため、受信デジタルビームフォーミング部54における電波の方向の調整を制御する。
送信デジタルビームフォーミング部53は、送信アンテナ6−1〜6−Nから放射される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に調整するため、ビーム指向方向設定部52から出力された制御信号に従って、分配後のそれぞれの送信データを制御する。
送信アンテナ6−1〜6−Nから放射される短波帯の電波の方向をビーム指向方向θ0に調整するために、分配後のそれぞれの送信データを制御する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
送信デジタルビームフォーミング部53は、制御後のそれぞれの送信データをD/A変換器55−1〜55−Nに出力する。
D/A変換器55−1〜55−Nは、送信デジタルビームフォーミング部53から出力されたそれぞれの送信データをデジタル信号からアナログ信号に変換し、それぞれのアナログ信号をレーダ信号として、送信アンテナ6−1〜6−Nに出力する。
A/D変換器57は、受信アンテナ11から出力された直接波の受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を、図1に示すA/D変換器13から出力される受信データRxDに相当するデータとして、相関判定部21に出力する。
受信デジタルビームフォーミング部54は、制御後のそれぞれの受信データを合成し、受信データの合成データを、図1に示すA/D変換器13から出力される合成データRxSに相当するデータとして、相関判定部21に出力する。
送信デジタルビームフォーミング部53及び受信デジタルビームフォーミング部54を備えるレーダ装置についても、図1及び図7に示すレーダ装置と同様に、所望の領域に存在している目標を検出することができる。
実施の形態1では、送信アンテナ6−1〜6−N及び受信アンテナ7−1〜7−Nとして、ダイポールアンテナ又はモノポールアンテナを用いている。
実施の形態4では、送信アンテナ6−1〜6−N及び受信アンテナ7−1〜7−Nのそれぞれが、アンテナ素子長が調整されることで、ビーム指向方向が可変されるアンテナであるレーダ装置について説明する。
図12において、アンテナ素子71−1〜71−6は、送信アンテナ6−nに含まれている素子である。
アンテナ素子71−1は、基端側の素子であり、可変利得アンプ5−nと接続されている。
アンテナ素子71−6は、先端側の素子である。
図12では、送信アンテナ6−nが、6つのアンテナ素子71−1〜71−6を含んでいる。しかし、これは一例に過ぎず、送信アンテナ6−nが、2つ以上5つ以下のアンテナ素子を含んでいるものであってもよいし、7つ以上のアンテナ素子を含んでいるものであってもよい。
スイッチ72−2は、スイッチ72−1がアンテナ素子71−1とアンテナ素子71−2との間を接続しているとき、アンテナ素子71−2とアンテナ素子71−3との間の接続状態を切り換える素子である。
スイッチ72−3は、スイッチ72−2がアンテナ素子71−2とアンテナ素子71−3との間を接続しているとき、アンテナ素子71−3とアンテナ素子71−4との間の接続状態を切り換える素子である。
スイッチ72−4は、スイッチ72−3がアンテナ素子71−3とアンテナ素子71−4との間を接続しているとき、アンテナ素子71−4とアンテナ素子71−5との間の接続状態を切り換える素子である。
スイッチ72−5は、スイッチ72−4がアンテナ素子71−4とアンテナ素子71−5との間を接続しているとき、アンテナ素子71−5とアンテナ素子71−6との間の接続状態を切り換える素子である。
スイッチ72−1〜72−5における接続状態の切り換えの制御は、ビーム指向方向設定部25によって行われる。
図13において、アンテナ素子81−1〜81−6は、受信アンテナ7−mに含まれている素子である。
アンテナ素子81−1は、基端側の素子であり、可変利得アンプ8−mと接続されている。
アンテナ素子81−6は、先端側の素子である。
図13では、受信アンテナ7−mが、6つのアンテナ素子81−1〜81−6を含んでいる。しかし、これは一例に過ぎず、受信アンテナ7−mが、2つ以上5つ以下のアンテナ素子を含んでいるものであってもよいし、7つ以上のアンテナ素子を含んでいるものであってもよい。
スイッチ82−2は、スイッチ82−1がアンテナ素子81−1とアンテナ素子81−2との間を接続しているとき、アンテナ素子81−2とアンテナ素子81−3との間の接続状態を切り換える素子である。
スイッチ82−3は、スイッチ82−2がアンテナ素子81−2とアンテナ素子81−3との間を接続しているとき、アンテナ素子81−3とアンテナ素子81−4との間の接続状態を切り換える素子である。
スイッチ82−4は、スイッチ82−3がアンテナ素子81−3とアンテナ素子81−4との間を接続しているとき、アンテナ素子81−4とアンテナ素子81−5との間の接続状態を切り換える素子である。
スイッチ82−5は、スイッチ82−4がアンテナ素子81−4とアンテナ素子81−5との間を接続しているとき、アンテナ素子81−5とアンテナ素子81−6との間の接続状態を切り換える素子である。
スイッチ82−1〜82−5における接続状態の切り換えの制御は、ビーム指向方向設定部25によって行われる。
送信アンテナ6−nのアンテナ素子長は、ビーム指向方向設定部25が、スイッチ72−1のみをON(接続状態)にして、スイッチ72−2〜72−5をOFF(非接続状態)に制御する場合に最も短くなる。
送信アンテナ6−nのアンテナ素子長は、ビーム指向方向設定部25が、スイッチ72−1〜72−5の全てをONに制御する場合に最も長くなる。
ビーム指向方向設定部25が、スイッチ72−1〜72−5のON/OFFを制御することで、送信アンテナ6−nのアンテナ素子長が変化する。
送信アンテナ6−1〜6−Nのアンテナ素子長が短いときの送信アンテナ6−1〜6−Nのビーム指向方向を示す仰角は、送信アンテナ6−1〜6−Nのアンテナ素子長が長いときの送信アンテナ6−1〜6−Nのビーム指向方向を示す仰角よりも小さくなる。
したがって、ビーム指向方向設定部25が、スイッチ72−1〜72−5のON/OFFを制御することで、送信アンテナ6−1〜6−Nのビーム指向方向を可変することができる。
受信アンテナ7−mのアンテナ素子長は、ビーム指向方向設定部25が、スイッチ82−1〜82−5の全てをONに制御する場合に最も長くなる。
ビーム指向方向設定部25が、スイッチ82−1〜82−5のON/OFFを制御することで、受信アンテナ7−mのアンテナ素子長が変化する。
受信アンテナ7−1〜7−Mのアンテナ素子長が短いときの受信アンテナ7−1〜7−Mのビーム指向方向を示す仰角は、受信アンテナ7−1〜7−Mのアンテナ素子長が長いときの受信アンテナ7−1〜7−Mのビーム指向方向を示す仰角よりも小さくなる。
したがって、ビーム指向方向設定部25が、スイッチ82−1〜82−5のON/OFFを制御することで、受信アンテナ7−1〜7−Mのビーム指向方向を可変することができる。
Claims (11)
- 短波帯の電波を放射する電波源の位置を用いて、前記短波帯の電波を反射する電離層の高度を算出する高度算出部と、
前記高度算出部により算出された高度における短波帯の電波の位相速度を算出し、前記位相速度を用いて、前記電離層に対する前記短波帯の電波の入射角度を推定する位相速度算出部と、
前記位相速度算出部により算出された位相速度、前記入射角度及び地上における短波帯の電波の位相速度から、短波帯の電波のビーム指向方向を算出するビーム指向方向算出部と、
送信アンテナから放射される短波帯の電波の方向及び受信アンテナにより受信される短波帯の電波の方向のそれぞれを前記ビーム指向方向算出部により算出されたビーム指向方向に設定するビーム指向方向設定部と
を備えたレーダ装置。 - 前記高度算出部は、前記電波源から放射された短波帯の電波のうち、前記電離層に反射されていない直接波の電波の受信時刻と、前記電離層に反射された電波の受信時刻との時刻差を算出し、前記時刻差と前記電波源の位置とを用いて、前記電離層の高度を算出することを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
- 前記送信アンテナから短波帯の電波が放射されたのち、前記受信アンテナにより受信された短波帯の電波の受信信号から、目標までの距離及び前記目標の速度のそれぞれを算出する距離速度算出部を備えたことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
- 前記送信アンテナから放射される短波帯の電波の送信信号と、前記受信アンテナにより受信された短波帯の電波の受信信号との相関を判定する相関判定部を備え、
前記距離速度算出部は、前記相関判定部により相関があると判定されたとき、前記受信信号から、前記目標までの距離及び前記目標の速度のそれぞれを算出することを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。 - 短波帯の電波を放射する電波源が複数あり、
前記高度算出部は、それぞれの電波源の位置を用いて、前記電離層のそれぞれの高度を算出し、
前記位相速度算出部は、前記高度算出部により算出されたそれぞれの高度における短波帯の電波の位相速度を算出し、
前記ビーム指向方向算出部は、前記位相速度算出部により算出されたそれぞれの位相速度を用いて、短波帯の電波のそれぞれのビーム指向方向を算出し、
前記ビーム指向方向算出部により算出された複数のビーム指向方向の間を補間するビーム指向方向補間部を備えたことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 - 前記送信アンテナから放射される短波帯の電波の方向を調整する送信デジタルビームフォーミング部と、
前記受信アンテナにより受信される短波帯の電波の方向を調整する受信デジタルビームフォーミング部とを備え、
前記ビーム指向方向設定部は、前記ビーム指向方向算出部により算出されたビーム指向方向に従って前記送信デジタルビームフォーミング部における電波の方向の調整を制御するとともに、前記ビーム指向方向に従って前記受信デジタルビームフォーミング部における電波の方向の調整を制御することを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 - 前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのそれぞれは、ダイポールアンテナであることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
- 前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのそれぞれは、モノポールアンテナであることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
- 前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのそれぞれは、アンテナ素子長が調整されることで、ビーム指向方向が可変されるアンテナであることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。
- 前記送信アンテナ及び前記受信アンテナのそれぞれは、
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子の間の接続状態を切り替えるスイッチとを備えており、
前記ビーム指向方向設定部によって、前記スイッチが制御されることで、前記アンテナ素子長が調整されることを特徴とする請求項10記載のレーダ装置。
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