特許 6833344 アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6833344

(24)【登録日】2021年2月5日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/36 20060101AFI20210215BHJP

   G01S 13/44 20060101ALI20210215BHJP

   H01Q 25/02 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   G01S3/36

   G01S13/44

   H01Q25/02

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-98212(P2016-98212)

(22)【出願日】2016年5月16日

(65)【公開番号】特開2017-207305(P2017-207305A)

(43)【公開日】2017年11月24日

【審査請求日】2019年2月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 晋一

(72)【発明者】

【氏名】安達 正一郎

【審査官】 ▲高▼場 正光

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−０５９０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８７７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１４３４６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０４−３２３５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０１９８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６０８７９７４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 篠永充良，“5-2-2 測距・測角技術”，電子情報通信学会「知識ベース」[online]，２０１１年 ４月１５日，第11群第2編第5章，Pages 11-13，ＵＲＬ，http://www.ieice-hbkb.org/files/11/11gun_02hen_05.pdf

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ３／００ − Ｇ０１Ｓ ３／７４

Ｇ０１Ｓ ７／００ − Ｇ０１Ｓ ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００ − Ｇ０１Ｓ １３／９５

Ｈ０１Ｑ ３／００ − Ｈ０１Ｑ ３／４６

Ｈ０１Ｑ ２１／００ − Ｈ０１Ｑ ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに異なる第１の軸、第２の軸に沿って配列されるＮ×Ｍ（Ｎ、Ｍは２以上の自然数）アンテナ素子を有するアレイアンテナと、
前記Ｎ×Ｍアンテナ素子で形成されるビームの指向方向を決定するＮ×Ｍ移相器と、
前記Ｎ×Ｍ移相器で決定された方向にビームを指向させた場合の前記Ｎ×Ｍアンテナ素子からの信号をＡＺ面とＥＬ面で開口２分割して和ビーム（Σ）とＡＺ面差ビーム（ΔＡＺ）とＥＬ面差ビーム（ΔＥＬ）を形成し、それぞれの形成ビームからモノパルス信号（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）を取得するモノパルスビーム合成器と、
前記モノパルス信号（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）それぞれの出力をデジタル信号に変換して開口２分割した左開口ビームのアレイデジタル信号（Xa1）、右開口ビームのアレイデジタル信号（Xa2）、上開口ビームのアレイデジタル信号（Xb1）、下開口ビームのアレイデジタル信号（Xb2）を生成し、前記第１の軸については前記左開口ビームのアレイデジタル信号（Xa1）と前記右開口ビームのアレイデジタル信号（Xa2）を用いてビーム形成を含む信号処理を行い、前記第２の軸については前記上開口ビームのアレイデジタル信号（Xb1）と前記下開口ビームのアレイデジタル信号（Xb2）を用いてビーム形成を含む信号処理を行い、前記第１の軸の信号処理結果と前記第２の軸の信号処理結果とを統合して２次元のＤＢＦ相当の機能を持つ信号処理手段と
を具備するアンテナ装置。

【請求項2】

前記信号処理手段は、前記第１の軸のアレイデジタル信号、前記第２の軸のアレイデジタル信号により複数のモノパルスビームを形成してそれぞれ誤差電圧を算出し、前記複数のモノパルスビームのうち、前記誤差電圧が最小となるモノパルスビームの組み合わせを用いて測角を行う請求項１記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記信号処理手段は、前記第１の軸のアレイデジタル信号、前記第２の軸のアレイデジタル信号をメモリし、前記第１の軸と前記第２の軸でそれぞれ検出される同一のレンジ−ドップラセルのアレイデジタル信号を抽出し、前記メモリした信号を用いて、前記同一のレンジ−ドップラセルに対応する目標方向にビームを再形成する再形成手段を備える請求項１記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記信号処理手段は、前記第１の軸のアレイデジタル信号、前記第２の軸のアレイデジタル信号を用いて、前記第１の軸にＮa本、前記第２の軸にＮb本の受信用マルチビームを形成し、前記第１の軸の縦バーによるＡＺ面走査と前記第２の軸の横バー捜索によるＥＬ面走査を同時に行う請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

さらに、送信信号を前記アレイアンテナの各アンテナ素子に送って所定の方向に送信ビームを形成する送信手段を備え、
前記信号処理手段は、前記送信ビームの方向に、前記第１の軸のアレイデジタル信号、前記第２の軸のアレイデジタル信号を用いて、前記第１の軸にＮa本、前記第２の軸にＮb本のマルチビームを形成し、所定の方向に指向した受信ビームを中心に十字型またはＴ字型の受信マルチビームを形成して所定範囲を走査する請求項１記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記信号処理手段は、さらに前記第１の軸のアレイデジタル信号、前記第２の軸のアレイデジタル信号を用いて形成した補助ビームとΣ、ΔＡＺ、ΔＥＬそれぞれのビームの中から補助チャンネルを選定し、その補助チャンネルを用いて、前記第１の軸のアレイデジタル信号及び前記第２の軸のアレイデジタル信号の不要波抑圧処理を施し、抑圧後の前記第１の軸のアレイデジタル信号及び前記第２の軸のアレイデジタル信号を用いてモノパルスビーム（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）を形成する請求項１記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、受信装置やレーダ装置に用いるアンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の受信装置やレーダ装置に用いるアンテナ装置には、ＲＦ（Radio Frequency）帯のアナログ合成器を用いたアレイアンテナ装置がよく用いられる。ところが、このアレイアンテナ装置では、アナログ合成器や移相器の量子化誤差により、高指向精度や低サイドロ−ブ（ＳＬ：SideLobe）を実現するのに限界があった。

【0003】

これに対して、アナログ回路をデジタル回路で実現するＤＢＦ（Digital Beam Forming）方式のアンテナ装置がある。特に、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。ＤＢＦ方式では、量子化の自由度が大きいため、アナログ方式に比して高指向精度、低サイドローブを実現できる。しかしながら、全素子信号をデジタル変換するために多数のＡＤ（Analog to Digital）変換器や大容量のデータ転送が必要となり、ＨＷ（Hardware）規模が大きく、コスト大となる問題があった。この対策のために、ＡＺ面かＥＬ面のいずれか一方をＤＢＦ化した１次元ＤＢＦのアンテナ装置があるが、いずれか一方の軸がアナログ回路であるため、ビーム品質が低下するという課題がある。

【0004】

また、角度高分解能処理やＳＬＣ（SideLobe Canceller）等の不要波抑圧処理を適用する際に、１次元ＤＢＦやサブアレイＤＢＦでは、ＤＢＦによる自由度を最大限に生かすことができなかった。これらは、受信アンテナや送受信を行うレーダ装置でも同様である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】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)

【非特許文献2】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)

【非特許文献3】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)

【非特許文献4】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)

【非特許文献5】位相によるパターン成形、Robert C. Voges, ‘Phase Optimization of Antenna Array Gain with Constrained Amplitude Excitation’, IEEE Trans. Antennas & Propagation, AP-20, No.4, pp.432-436(1972)

【非特許文献6】ＭＵＳＩＣ／ＥＳＰＲＩＴ、菊間、アダプティブアンテナ技術、Ohmsha、pp.137-164(2003)

【非特許文献7】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)

【非特許文献8】ＳＬＣ（SideLobe Canceller）とＳＬＢ（SideLobe Blanker）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.295-296(1996)

【非特許文献9】ＭＳＮ方式、菊間、“アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版、pp.67-86（1999）

【非特許文献10】直接解方式（ＳＭＩ方式等）、菊間、“アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版、pp.35-37, 98-99(1999)

【非特許文献11】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)

【非特許文献12】ＣＦＡＲ処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)

【非特許文献13】ＫＲ積アレイ、Wing-Kin Ma,“DOA Estimation of Quasi-Stationary Signals With Less Sensors Than Sources and Unkown Spatial Noise Covariance: A Khatri-Rao Subspace Approach”, IEEE Trans. Signal Process., vol.58, no.4, pp.2168-2180, April(2010)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

以上述べたように、従来の受信アンテナ装置やレーダアンテナ装置では、自由度が不足し、ビームの指向精度を向上させ、サイドローブを低減することが困難であった。また、角度高分解能や不要波抑圧を行う際に自由度が不足し、ＡＺ軸及びＥＬ軸で所定の性能を発揮することが困難な場合があった。

【0007】

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、十分な自由度が得られ、ビームの指向精度を向上させ、サイドローブを低減することができ、さらには角度高分解能や不要波抑圧を行う際の自由度を確保することができ、ＡＺ軸及びＥＬ軸で所定の性能を発揮することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、互いに異なる第１の軸、第２の軸に沿って配列されるＮ×Ｍ（Ｎ、Ｍは２以上の自然数）アンテナ素子を有するアレイアンテナと、前記Ｎ×Ｍアンテナ素子で形成されるビームの指向方向を決定するＮ×Ｍ移相器と、前記Ｎ×Ｍ移相器で決定された方向にビームを指向させた場合の前記Ｎ×Ｍアンテナ素子からの信号をＡＺ面とＥＬ面で開口２分割して和ビーム（Σ）とＡＺ面差ビーム（ΔＡＺ）とＥＬ面差ビーム（ΔＥＬ）を形成し、それぞれの形成ビームからモノパルス信号（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）を取得し、前記モノパルス信号それぞれの出力をデジタル信号に変換して開口２分割した前記左開口ビームのアレイデジタル信号（Xa1）、前記右開口ビームのアレイデジタル信号（Xa2）、前記上開口ビームのアレイデジタル信号（Xb1）、前記下開口ビームのアレイデジタル信号（Xb2）を生成し、前記第１の軸については前記左開口ビームのアレイデジタル信号（Xa1）と前記右開口ビームのアレイデジタル信号（Xa2）を用いてビーム形成を含む信号処理を行い、前記第２の軸については前記上開口ビームのアレイデジタル信号（Xb1）と前記下開口ビームのアレイデジタル信号（Xb2）を用いてビーム形成を含む信号処理を行い、前記第１の軸の信号処理結果と前記第２の軸の信号処理結果とを統合して２次元のＤＢＦ相当の機能を持つ。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１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2】図１に示すアンテナ装置の信号処理の流れを示す概念図。

【図3】図２に示す信号処理を説明するための観測座標系を示す図。

【図4】第２の実施形態に係るアンテナ装置のΣ、Σ2選定方法を説明するためのモノパルスビームを示す図。

【図5】図４に示すモノパルスビームによる測角処理を説明するための図。

【図6】第３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7】第３の実施形態において、ビーム再形成の様子を示す図。

【図8】第３の実施形態において、ヌル劣化を補正する様子を示す図。

【図9】第３の実施形態において、開口２分割信号について同一セルにより振幅を補正する様子を示す図。

【図10】第３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。

【図11】第４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】第４の実施形態において、開口２分割信号それぞれの移相器による指向方向制御を説明するための概念図。

【図13】第４の実施形態において、捜索空間内に形成される受信ビームの走査を説明するための図。

【図14】第５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15】第５の実施形態において、開口２分割信号それぞれの捜索空間における送受信ビームの形成方法を説明するための図。

【図16】第５の実施形態において、開口２分割信号それぞれの捜索空間における送受信ビームのクロスマルチビームを説明するための図。

【図17】第６の実施形態に係るアンテナ装置を構成を示すブロック図。

【図18】第６の実施形態において、補助ビームによるＳＬＣ処理を説明するための図。

【図19】第６の実施形態に用いられるＳＬＣ回路の具体的な構成を示すブロック図。

【図20】第６の実施形態において、ＳＬＣ処理後のモノパルスビーム形成を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

（第１の実施形態）（モノパルスビームによる信号処理）
図１乃至図３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、モノパルスビームを用いて2(Na)×2(Nb)のアレイを形成して信号処理する方式について述べる。

【0012】

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受信系統の構成を示すブロック図である。図１において、アレイアンテナ１を構成するＮ×Ｍ個のアンテナ素子１１１〜１ＮＭから入力した信号は、それぞれビ−ム走査するための所定の位相が設定された移相器２１１〜２ＮＭで移相処理された後、モノパルスビーム合成器３０に送られる。このモノパルスビーム合成器３０は、移相処理によりビーム走査されたアンテナ素子１１１〜１ＮＭからの信号をＡＺ面とＥＬ面で開口分割して和ビーム（Σ）とＡＺ面差ビーム（ΔＡＺ）とＥＬ面差ビーム（ΔＥＬ）を形成し、それぞれの形成ビームからモノパルス信号（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）を取得する。

【0013】

上記モノパルスビーム合成器３０で取得されたモノパルス信号（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）は、ＡＤ変換器３１によって周波数変換後にデジタル信号に変換されて開口分割信号生成器４０に送られる。この開口分割信号生成器４０は、モノパルス出力信号（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）から開口２分割信号Xa1（左開口ビーム）, Xa2（右開口ビーム）, Xb1（上開口ビーム）, Xb2（下開口ビーム）を生成する。開口２分割信号（アレイデジタル信号）を生成するには、次式を用いる。

【数1】

【0014】

これらの開口２分割信号（Xa1, Xa2, Xb1, Xb2）はビーム形成器６０に送られる。

【0015】

ビーム形成器６０は、縦方向の軸（以下、Ａ軸）のアレイについてはXa1とXa2の信号を、横方向の軸（以下、Ｂ軸）のアレイについてはXb1とXb2の信号を用いてビーム形成を行う。このビーム形成全体系統を図２に示す。このアレイデジタル信号Xdata（Xa1, Xa2, Xb1, Xb2）は、ビーム形成器６０によりＤＢＦ（デジタルビーム形成）され、さらに信号処理器７０により所定の信号処理が実施される。この信号処理としては、図２に示すようにＡ軸信号処理（７１）とＢ軸信号処理（７２）があり、それらの信号処理結果を用いて、更に、両者を用いた統合処理（７３）を行って出力を得る。

【0016】

このビーム形成の部分を定式化する。まず、観測方向（AZ,EL）を含めた２軸の入力信号をそれぞれXa，Xbと表すと、図３に示す座標系により次式となる。なお、Ａ軸とＢ軸のアンテナアレイの位相中心は一致している。

【数2】

【0017】

【数3】

【0018】

【数4】

【0019】

以上より、平面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。

【数5】

【0020】

受信ビーム出力は、ビーム形成器６０において、ビーム指向方向制御用の複素ウェイトが乗算された後、ＤＢＦによる加算が行われ、次式となる。

【数6】

【0021】

【数7】

【0022】

ビーム指向方向制御用のウェイトWapnm, Wbpnmは次式で表現できる。

【数8】

【0023】

【数9】

【0024】

このビーム出力はＤＢＦによる処理結果である。ＤＢＦでは自由度が高いため、本実施形態では、モノパルスビーム出力を用いて開口分割信号を生成し、ＤＢＦ処理によりビームを形成して、２次元のＤＢＦ相当の機能性能を発揮することに特徴がある。

【0025】

（第２の実施形態）（モノパルスビームによる測角）
図４及び図５を参照して、第２の実施形態について説明する。なお、系統図は図１と同様であるので割愛する。第１の実施形態では、モノパルス出力を用いてアレイデジタル信号を生成し、信号処理する手法について述べたが、本実施形態では、信号処理器７０内のモノパルス測角に適用する場合について述べる。

【0026】

モノパルス測角（非特許文献３）としては、位相モノパルスやスクイントモノパルスがあるが、ここではスクイントモノパルスの場合について述べる。

【0027】

スクイントモノパルスはΣビームとΣ2ビームにより測角する手法である。この手法を適用する場合は、図４（ａ）に示すように、Σの候補とΣ2の候補を抽出し、図４（ｂ）に示すように、目標に対してマルチパスの影響が小さくなるようにΣとΣ2を選定する。

【0028】

レーダ反射信号には、目標信号の他に、地表面や海面からのマルチパス波がある場合がある。これを避けるには、極力マルチパスの影響を受けないようにビーム形成する必要がある。このため、図４（ａ）に示すように、目標方向に対して、アレイデジタル信号を用いてΣ（Ｎ本）とΣ2（Ｎ2本）の複数のビームを形成し、図５（ａ）に示すΣとΣ2の組み合わせで、図５（ｂ）に示す各々誤差電圧εの虚数部を算出して目標角度を求める。

【0029】

ここで、Σ2としては、下方からのマルチパスの場合には、Ａ軸のアレイデジタル信号を用いるが、側方からのマルチパスの場合には、Ｂ軸のアレイデジタル信号を用いる。また、マルチパスの方向が混在する場合は、Ａ軸とＢ軸のアレイデジタル信号を用いることになる。

【数10】

【0030】

このεimagが大きいとマルチパスの影響が大きいため、これが最小となるΣとΣ2の組み合わせの誤差電圧εを次式により算出する。

【数11】

【0031】

この誤差電圧εを用いて、測角テーブルを参照して測角値を算出する。

【0032】

以上は、スクイント測角の場合について述べたが、位相モノパルスの場合でも、ΣとΔビームを複数形成して、同様の手法でマルチパスの影響を抑圧することができる。

【0033】

（第３の実施形態）（再形成ビーム）
図６乃至図１０を参照して、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、再形成ビームを用いて2(Na)×2(Nb)のアレイを形成して信号処理する方式について述べる。

【0034】

図６は第３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受信系統の構成を示すブロック図である。但し、図６において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。

【0035】

本実施形態では、図６に示すように、ビーム形成器６０の前段にデータ保存器５０を設け、開口分割信号生成器４０で生成されたＡ軸とＢ軸のアレイデジタル信号をデータ保存器５０にメモリしておく。ビーム形成器６０で形成したビームを信号処理器７０で目標検出処理した後、検出した目標方向（測角値）をビーム形成器６０に送り、当該ビーム形成器６０でメモリした信号を用いてビームを再形成する。

【0036】

その例を以下に示す。まず、図７（ａ）に示すように、一度形成したビームで、次式の誤差電圧εを用いて、誤差電圧と角度のテーブルを引用したモノパルス測角（非特許文献３）を行う。

【数12】

【0037】

この測角値によりオフボアサイト方向に目標がある場合には、図７（ｂ）に示すように、目標がボアサイト方向になるように、（８）及び（９）式によりビーム指向方向を変えて、ビーム形成器６０によりデータ保存器５０で保存していたアレイデジタル信号を用いてビームを再形成する。

【0038】

更に、図８（ａ）に示すヌルの劣化を図８（ｂ）に示すように補正する手法について述べる。図９（ａ）〜（ｄ）にそれぞれＡ軸及びＢ軸の各々のアレイデジタル信号（Xa1, Xa2, Xb1, Xb2）のレンジ−ドップラ（周波数）の信号を示す。Ａ軸とＢ軸の各々で、所定のスレショルドを超えて検出したレンジ−ドップラセルのうち、同一のセルのアレイデジタル信号を抽出し、これらを用いて、次式により、開口分割ビーム信号を補正する。

【数13】

【0039】

【数14】

【0040】

【数15】

【0041】

【数16】

【0042】

これにより、図８に示すように振幅を補正してΔビームのヌルディプスを深くし、図１０（ａ）に示すモノパルス測角において図１０（ｂ）に示す誤差電圧εの傾斜を大きくすることで、測角精度を向上させることができる。

【0043】

なお、本手法は、主にヌルディプスを深くするのが目的であり、Σa及びΣbについては、（１３）〜（１６）の補正をしない再形成ビ−ムを用いてもよい。

【0044】

（第４の実施形態）（受信用マルチビーム）
図１１乃至図１３を参照して、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、アレイデジタル信号を用いて受信用マルチビームを形成する手法について述べる。

【0045】

図１１は第４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受信系統の構成を示すブロック図である。但し、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、ここでは重複する説明を省略する。

【0046】

本実施形態では、図１１に示すように、移相器２１１〜２ＮＭは、所定の方向θB（θAZ、θEL）にビーム指向するように設定し、Ａ軸において、ＥＬ面にＤＢＦによりマルチビ−ムを形成し、同様にＢ軸において、ＡＺ面にマルチビームを形成する。すると、図１２に示すように、所定の方向θBを通るマルチビーム（十字型またはＴ字型）を形成することができる。例えば、Ａ軸アレイを用いた場合には、図１２のＺ軸を軸とする円錐状にマルチビームが形成される。また、Ｂ軸アレイを用いた場合には、Ｙ軸を軸とする円錐状にマルチビームが形成される。

【0047】

これを用いて、例えば、図１３に示すように、所定の空間ΩをＡ軸による縦バーによるＡＺ面走査とＢ軸による横バーによるＥＬ面走査を同時に行うことで、捜索空間Ωの中の任意の領域を２回観測することになり、１バーによる走査の場合よりもデータレートを２倍にすることができる。

【0048】

（第５の実施形態）（レーダ用マルチビーム）
図１４乃至図１６を参照して、第５の実施形態について説明する。第４の実施形態では受信のみの系統について述べたが、本実施形態では送信系統を付加したレーダ装置について述べる。

【0049】

図１４は第５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送受信系統の構成を示すブロック図である。但し、図１４において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。

【0050】

図１４において、送信系統では、Ａ軸とＢ軸の各々について、送信器９０により送信信号を生成し、その送信信号を送信分配器８０によりＮＭ系統に分配し、送信移相器４１１〜４ＮＭによりビーム走査のための所定の移相量を設定した後、送信増幅器５１１〜５ＮＭにより電力増幅して、サーキュレータ６１１〜６ＮＭを介してアンテナ素子１１１〜１ＮＭから送出する。受信系統では、アンテナ素子１１１〜１ＮＭで受けた信号をサーキュレータ６１１〜６ＮＭを介して取り込み、それぞれ受信増幅器７１１〜７ＮＭにより低雑音増幅し、受信移相器２１１〜２ＮＭでビーム走査のための所定の移相量を設定し、送信ビームを形成した捜索空間Ωの範囲内に受信マルチビームを形成する。

【0051】

すなわち、本実施形態のビ−ム形成手法としては、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、Ａ軸とＢ軸の各々について、送信器９０により送信信号を生成し、それを送信分配器８０により分配して、送信移相器４１１〜４ＮＭによりビーム走査のための所定の移相量を設定した後、送信増幅器５１１〜５ＮＭにより増幅して、送信ビームを所定の捜索空間Ωに形成し、その範囲内に受信マルチビームを任意に形成することにより、同時に広角範囲を観測することができる。

【0052】

また、図１６に示すように、送信用移相器４１１〜４ＮＭにより、所定の捜索範囲Ωにおいて送信ビームを広範囲に形成した場合（非特許文献５）には、受信用移相器２１１〜２ＮＭにより所定の方向に指向した受信ビームを中心に、十字型またはＴ字型の受信マルチビームを形成することで、高データレートに観測することができる。

【0053】

（第６の実施形態）（不要波抑圧ビーム）
図１７乃至図２０を参照して、第６の実施形態について説明する。本実施形態ではアレイデジタル信号を用いて不要波を抑圧する手法について述べる。

【0054】

図１７は第６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受信系統の構成を示すブロック図である。但し、図１７において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。

【0055】

本実施形態では、図１７に示すように、補助ビーム形成器６０１、不要波抑圧信号処理器７０１、モノパルスビーム形成器８０１を備える。補助ビーム形成器６０１は、モノパルスビーム（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）と開口２分割信号（Xa1, Xa2, Xb1, Xb2）から妨害レベルの大きな補助ビームを形成する。不要波抑圧信号処理器７０１は、補助ビーム出力を補助チャンネルとして入力し、この補助チャンネルを用いて主チャンネル（Xa1、Xa2、Xb1、Xb2）のＳＬＣ処理を行う。モノパルスビーム形成器８０１は、ＳＬＣ処理された主チャンネルからモノパルスビームを形成し、測角処理の対象とする。

【0056】

すなわち、本実施形態では、不要波抑圧処理として、ＳＬＣ（非特許文献８）を適用する。この場合には、補助チャンネルの選定が必要となる。アンテナ開口面に専用の補助アンテナを用いるのが通常であるが、本実施形態では、ハードウェア（ＨＷ）の規模を縮小するために、モノパルスビーム（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）を用いる。補助チャンネルの選定の際には、主ビーム方向にヌルをもつビームを選定することで、ＳＬＣによる指向精度の劣化を抑圧ことができる。このため、図１８に示すように、ΔＡＺ、ΔＥＬを候補とする。

【0057】

ΔＡＺとΔＥＬで妨害方向を全て覆うことができない場合には、更に補助ビームの候補を選定する必要がある。ここで、（１）式を用いてXa1、Xa2、Xb1、Xb2のアレイデジタル信号を生成できるため、このアレイデジタル信号を用いて、ＡＺ軸、ＥＬ軸のうち、ΔＡＺとΔＥＬで覆えない方向にビームΣauxn（n=1〜Naux）を形成する。この際、Σauxnのアレイデジタル信号は、主ビーム方向を中心にビーム幅をもつ。

【0058】

ここで、アレイデジタル信号Σauxnを用いて合成するビームには、元々のアレイデジタル信号の角度応答の制約がある。但し、ΔＡＺとΔＥＬが覆えない範囲に応答をもつビームを形成することが目的であり、Σauxnのアレイデジタル信号は、指向方向を制御することができるため、妨害方向を全て覆うビームを形成することができる。

【0059】

この際、主ビーム方向に所定のレベル以上の応答を持ち、ＳＬＣ処理後に主ビームの指向精度やΔビームのヌル形成に影響を及ぼす場合が考えられる。その場合には、もともとあるモノパルスビームのΣ等を用いて、アレイデジタル信号を用いて形成した補助ビームΣauxnとΣの主ビーム方向の振幅及び位相とΣを合わせて減算することにより、補助ビームΣauxnの主ビーム方向のレベルを低下すればよい。

【0060】

これらの候補ビーム（ΔAZ,、ΔEL、Σauxn）の中で、補助ビーム形成器６０１において、妨害レベルの大きなビームを選定して、不要波抑圧信号処理器７０１の補助チャンネルとして入力する。この補助チャンネルを用いて、（Xa1、Xa2、Xb1、Xb2）を主チャンネルとして、不要波抑圧信号処理器７０１内でＳＬＣ処理を行う。図１９にＳＬＣ処理回路の具体的な構成を示す。このＳＬＣ処理回路は、補助チャンネルの信号AUX1〜AUXNaで得られる不要波成分をウェイト制御して主チャンネルの信号Σから減算処理することで不要波を抑圧する。このＳＬＣ処理のウェイト制御としては、ＭＳＮ方式（非特許文献９）、ＳＭＩ方式（非特許文献１０）等、種々の方式が適用できる。

【0061】

本実施形態では、不要波抑圧後の信号Xa（Ａ軸のXa1, Xa2）とXb（Ｂ軸のXb1, Xb2）を用いて、（６）、（７）式と同様に、図２０に示すようにモノパルスビーム（Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬ）を形成する。一般に、特にΔビームは、ＳＬＣ前のサイドローブが高く、補助チャンネルでそのサイドローブを覆うことが困難な場合に、ＳＬＣによる不要波抑圧効果が低下する場合がある。しかしながら、本手法によれば、アレイデジタル信号に対してＳＬＣ処理した後、ΣとΔビーム（ΔＡＺ、ΔＥＬ）を形成するため、Δビームに対しても効果的なＳＬＣ処理を行うことができる。

【0062】

上記Σ、ΔＡＺ、ΔＥＬそれぞれのビームを用いて、信号処理器９０１により、例えば、パルス圧縮（非特許文献１１）、ＦＦＴ処理を施してＣＦＡＲ検出（非特許文献１２）をした後、検出したレンジ−ドップラセルに対して測距処理、測角処理を行う。これにより、十分な自由度が得られ、ビームの指向精度を向上させ、サイドローブを低減することができる。また、角度高分解能や不要波抑圧を行う際の自由度を確保することができ、ＡＺ軸及びＥＬ軸で所定の性能を発揮することができる。

【0063】

なお、本実施形態において、モノパルスビーム出力についてデジタルアレイ信号を用いて性能を向上させる他の手法として、ＫＲ積アレイ（非特許文献１３）等の角度高分解能処理が可能となる。

【0064】

また、上記実施形態はモノパルス出力を入力として開口分割信号を生成して処理する手法であるが、もともと開口４分割信号を入力できる場合は、それを用いて第１、第２の軸のアレイデジタル信号を生成し、以降の同様の処理を適用できるのは言うまでもない。

【0065】

なお、上記実施形態では、レーダ装置を例にして説明したが、パッシブ型のように送信系統を持たない受信装置のアンテナ装置に適用することも可能である。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。

【符号の説明】

【0066】

１１１〜１ＮＭ…アンテナ素子、２１１〜２ＮＭ…受信移相器、４１１〜４ＮＭ…送信移相器、５１１〜５ＮＭ…送信増幅器、６１１〜６ＮＭ…サーキュレータ、７１１〜７ＮＭ…受信増幅器、３０…モノパルスビーム合成器、３１…ＡＤ変換器、４０…開口分割信号生成器、５０…データ保存器、６０…ビーム形成器、６０１…補助ビーム形成器、７０…信号処理器、７１…Ａ軸信号処理、７２…Ｂ軸信号処理、７３…統合処理、７０１…不要波抑圧信号処理器、８０１…モノパルスビーム形成器、８０…送信分配器、９０…送信器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】