特許 7039309 レーダ装置および誘導装置

(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】

(24)【登録日】2022-03-11

(45)【発行日】2022-03-22

(54)【発明の名称】レーダ装置および誘導装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/04 20060101AFI20220314BHJP

   G01S 7/41 20060101ALI20220314BHJP

   G01S 13/88 20060101ALI20220314BHJP

【ＦＩ】

G01S13/04

G01S7/41

G01S13/88 210

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2018020340

(22)【出願日】2018-02-07

(65)【公開番号】P2019138704

(43)【公開日】2019-08-22

【審査請求日】2020-12-01

(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】110000235

【氏名又は名称】特許業務法人 天城国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小島 治夫

【審査官】東 治企

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２７５６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１４９３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５３５８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０４２０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３０２４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０９０８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０４８１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１７１５４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－７／６４

Ｇ０１Ｓ １３／００－１７／９５

Ｇ０５Ｄ １／００－１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パルス変調されて送信されたレーダの送信信号が物体により反射され、受信されて得られた反射信号の内、前記送信信号の送信中に受信された重複部分を検出する重複検出装置と、
前記重複部分の検出の有無、および、検出された前記重複部分の強度に基づいて、前記レーダと前記物体とが近接しているか否かを検出する物体近接検出装置と、
を備え、
前記重複検出装置は、
第１の信号端子、第２の信号端子および第３の信号端子を備え、
前記第１の信号端子に入力された信号は、前記第２の信号端子に信号が入力されたときにのみ前記第３の信号端子から出力され、
前記第１の信号端子には前記反射信号が入力され、前記第２の信号端子には前記送信信号の一部が入力され、前記重複検出装置は、前記第２の信号端子に前記送信信号が入力されている間にのみ、前記第３の信号端子から前記第１の信号端子に入力された前記反射信号を前記物体近接検出装置に出力する、レーダ装置。

【請求項2】

前記重複検出装置は、前記第１の信号端子、前記第２の信号端子および前記第３の信号端子それぞれを、高周波数信号入力端子、局部信号入力端子および中間周波数信号出力端子とするバランストミクサ装置である
請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項3】

前記送信信号を前記重複検出装置に分配して前記第２の信号端子に出力するカプラ装置
をさらに有する請求項１または２に記載のレーダ装置。

【請求項4】

前記物体近接検出装置により、前記レーダと前記物体とが近接していることが検出されている間は、予め決められた第１の時間間隔で繰り返され、予め決められた第１のパルス幅のパルスを含む第１のパルス信号により高周波信号を変調して第１の送信信号を生成し、前記物体近接検出装置により、前記レーダと前記物体とが近接していることが検出されていない間は、予め決められた第２の時間間隔で繰り返され、前記第１のパルス幅より広い第２のパルス幅の第２のパルス信号により前記高周波信号を変調して第２の送信信号を生成する送信信号生成装置
をさらに備える請求項１～３のいずれか１項に記載のレーダ装置。

【請求項5】

前記レーダと前記物体とは相対的に移動し、前記送信信号の周波数と前記重複部分の周波数との間には、前記相対的な移動に起因するドップラー効果による周波数の差分が生じ、
前記物体近接検出装置は、
前記検出された重複部分に生じる前記周波数の差分を補償する周波数補償装置と、
前記周波数の差分が補償された前記重複部分の強度が、予め決められた閾値よりも大きいときに、前記レーダと前記物体とが近接していることを検出する検出装置と、
を備える請求項１～４のいずれか１項に記載のレーダ装置。

【請求項6】

指向性を変化させて、予め決められた範囲を走査して前記反射信号を受信する第１のアンテナと、
前記送信信号を送信する単一の第２のアンテナと、
を備える請求項１～５のいずれか１項に記載のレーダ装置。

【請求項7】

指向性を変化させて、予め決められた範囲を走査して前記送信信号を送信し、前記反射信号を受信する第１のアンテナ、
を備える請求項１～５のいずれか１項に記載のレーダ装置。

【請求項8】

前記第１のアンテナは、フェーズドアレイアンテナである、
請求項６または７に記載のレーダ装置。

【請求項9】

目的位置に移動する移動体に搭載された請求項６～８のいずれか１項に記載のレーダ装置と、
前記目的位置からの前記反射信号のパターンを記憶する記憶装置と、
前記予め決められた範囲を走査して受信された前記反射信号のパターンを生成するパターン生成装置と、
前記記憶装置により記憶された前記目的位置からの前記反射信号のパターンと、前記パターン生成装置により生成された前記反射信号のパターンとが一致または類似するか否かを判定するパターン判定装置と、
前記パターン判定装置により、前記記憶装置により記憶された目的位置からの前記反射信号のパターンと、前記パターン生成装置により生成された前記反射信号のパターンとが類似すると判定されたときに、この反射信号のパターンが得られた前記第１のアンテナの指向性が示す方向に、前記移動体を誘導するための信号を前記移動体の推進系の制御装置に出力する推進系制御装置と、
を備える誘導装置。

【請求項10】

前記推進系制御装置は、前記物体近接検出装置により、前記レーダと前記物体とが近接していることが検出されるたびに、前記移動体を誘導するための信号を、前記移動体の推進系の制御装置に出力する、
請求項９に記載の誘導装置。

【請求項11】

前記推進系制御装置は、前記パターン判定装置により、前記記憶装置により記憶された目的位置からの反射信号のパターンと、前記パターン生成装置により生成された反射信号のパターンとが一致または類似すると判定されたとき以外であって、前記反射信号により物体が検出されたときに、この物体が検出されたときの前記アンテナの指向性が示す方向以外に、前記移動体を誘導するための信号を、前記移動体の推進系の制御装置に出力する、
請求項９または１０に記載の誘導装置。

【請求項12】

前記レーダ装置において、
前記記憶装置は、前記目的位置への移動の障害となる物体からの前記反射信号のパターンをさらに記憶し、
前記パターン判定装置は、前記記憶装置により記憶された障害となる物体からの前記反射信号のパターンと、前記生成された前記反射信号のパターンとが一致または類似するか否かをさらに判定し、
前記記憶装置により記憶された障害となる物体からの前記反射信号のパターンと、前記パターン生成装置により生成された前記反射信号のパターンとが一致または類似すると判定されたときには、この反射信号のパターンが得られた前記第１のアンテナの指向性が示す方向以外に前記移動体を誘導するための信号を、前記移動体の推進系の制御装置に出力する、
請求項９または１０に記載の誘導装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、レーダ装置および誘導装置に関する。

【背景技術】

【0002】

フェーズドアレイ（Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ）アンテナにより送受信されるパルス変調および位相変調された信号を用いることにより、複数の反射波がある環境中で、近接した目標を検出する装置が知られている。しかしながら、この装置は、遠い位置から目標を検出するときと近い位置から目標を検出するときとで、同じ距離分解能でしか目標を検出できない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】２０１３－１８５９５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施の形態は上述した問題を解消するためになされ、近い位置から目標を検出するときに、遠い位置から目標を検出するよりも高い距離分解能で目標を検出することができるレーダ装置を提供することを課題とする。また、本発明の実施の形態は、このレーダ装置を利用して移動体の進行方向を誘導する誘導装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記に記載された課題を解決するために、実施の形態にかかるレーダ装置は、パルス変調されて送信されたレーダの送信信号が物体により反射され、受信されて得られた反射信号の内、前記送信信号の送信中に受信された重複部分を検出する重複検出装置と、前記重複部分の検出の有無、および、検出された前記重複部分の強度に基づいて、前記レーダと前記物体とが近接しているか否かを検出する物体近接検出装置と、を備える。前記重複検出装置は、第１の信号端子、第２の信号端子および第３の信号端子を備える。前記第１の信号端子に入力された信号は、前記第２の信号端子に信号が入力されたときにのみ前記第３の信号端子から出力される。前記第１の信号端子には前記反射信号が入力され、前記第２の信号端子には前記送信信号の一部が入力される。前記重複検出装置は、前記第２の信号端子に前記送信信号が入力されている間にのみ、前記第３の信号端子から前記第１の信号端子に入力された前記反射信号を前記物体近接検出装置に出力する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1A】ドローンの例示的な上面図である。

【図1B】図１Ａに示されたドローンの例示的な側面図である。

【図2】図１Ａ，１Ｂに示されたドローンを誘導する第１のレーダ誘導装置の構成を示す図である。

【図3】図２に示されたレーダ誘導装置の内、ソフトウェア的に実現されうる構成要素のプログラムを実行するコンピュータの構成を例示する図である。

【図4】図２に示された第１の送信回路の構成を示す図である。

【図5】図２に示された送受信回路の構成を示す図である。

【図6】図２に示された第２の受信回路の構成を示す図である。

【図7】図２に示された近接検出回路の構成を示す図である。

【図8】図２に示された信号処理回路の構成を示す図である。

【図9】図１Ａ，図１Ｂに示されたドローンの飛行経路を例示する図である。

【図10】図１０は、図２に示されたレーダ誘導装置における各信号のタイミングを示す図であって、（Ａ）は、ドローンと、図９に示された目標位置との間の距離が、予め決められた距離以上であるか、予め決められた距離未満であるかを示し、（Ｂ）は、図２，図７に示された近接検出回路が出力する近接検出信号ＶＤ（Ｖｉｃｉｔｉｔｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）の論理値を示し、（Ｃ）は、図２に示されたパルス変調回路により生成される送信信号ＴＳ１の波形を示し、（Ｄ）は、図２に示された電源回路が出力する電源電圧（Ｖｃｃ／０Ｖ）を示し、（Ｅ）は、（Ｃ）に示された近接検出信号ＶＤが、ドローンと、図９に示された目標位置との間の距離が予め決められた距離未満であることを示すときに、図２に示される送受信回路から送信される送信信号の波形を示し、（Ｆ）は、（Ｃ）に示された近接検出信号ＶＤが、ドローンと、図９に示された目標位置との間の距離が予め決められた距離未満であることを示す間に、電源回路から送信回路および送受信回路に供給される送信用電力の電流値を示す。

【図11】図１Ａ，図１Ｂ～図８に示されたレーダ誘導装置の全体的な動作を示すフローチャートである。

【図12】図２に示されたレーダ誘導装置が近距離探索処理を行っているときに、電源回路が、送信信号と同じパルス幅の電源電力を、同じタイミングで供給したと仮定したときの各構成部分の波形を示す図であって、（Ａ）は、図１０（Ｃ）に示されたパルス幅０．１μｓの送信信号の波形を示し、（Ｂ）は、電源回路が、（Ａ）に示された送信信号と同じパルス幅および同じタイミングの電源電力を供給しようとしたときに、実際に得られる電源電圧の波形を示し、（Ｃ）は、（Ｂ）に示された電源電力を用いて送信回路が送信信号ＴＳ１を増幅して実際に得られる送信信号ＴＳ２の波形を示し、（Ｄ）は、電源回路が、（Ａ）に示された送信信号と同じパルス幅および同じタイミングの電源電力を供給しようとしたときに、実際に流れる電流を示す。

【図13】図２～図８に示されたレーダ誘導装置における各信号のタイミングの変形例を示す図であって、（Ａ）は、図１０（Ｃ）に示されたパルス幅０．１μｓの送信信号ＴＳ１を示し、（Ｂ）は、図１０（Ｂ）に示された近接検出信号ＶＤの論理値を示し、（Ｃ）は、第１の変形例において、電源回路から供給される電力電圧の波形を示す。

【図14】フェーズドアレイアンテナが受信専用とされ、図２に示された第１のレーダ誘導装置に置換され得る第２のレーダ誘導装置の構成を示す図である。

【図15】図２に示された第１のレーダ誘導装置のアンテナ素子が省略され、第１のフェーズドアレイアンテナと置換され得る第３のレーダ誘導装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

［実施の形態］
以下、実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下、各図において、同じ構成要素には同じ符号が付される。

【0008】

［ドローン１］
図１Ａは、ドローン１の例示的な上面図である。図１Ｂは、図１Ａに示されたドローン１の例示的な側面図である。図１Ａ，図１Ｂに示されるように、ドローン１は、その本体１０に取り付けられた飛行用の４個のロータと、着地用の４本の着地用の脚とを備える。また、ドローン１は、本体１０に取り付けられ、図１Ａ，図１Ｂに矢印で示す方向（前方）を撮影するカメラ１６と、それぞれロータを１つずつ駆動する４個のモータ１４ａ～１４ｄと、本体１０に着脱可能な入出力装置１００とをさらに備える。

【0009】

さらに、ドローン１は、構成要素の電源として本体１０に設けられたバッテリ１２と、前方に指向性を有するフェーズドアレイアンテナ２０およびアンテナ素子２０２とを備える。図１Ａ，図１Ｂに示されるように、ドローン１は、飛行するための基本的な構成要素を備える。なお、ドローン１は、その自立的で安定な長距離飛行、および、自立的で安定な着陸などのための機能を有する。

【0010】

［レーダ誘導装置２の構成］
図２は、図１Ａ，１Ｂに示されたドローン１を誘導する第１のレーダ誘導装置２の構成を示す図である。また、レーダ誘導装置２は、ドローン１の本体１０の中に収容される。図２に示されるように、第１のレーダ誘導装置２は、図１Ａ，図１Ｂに示されたフェーズドアレイアンテナ２０を含む。このフェーズドアレイアンテナ２０は、レーダによる探索のための電波信号を送信および受信するために用いられ、スタック状に配列されたアンテナ素子２００－１～２００－ｎを備える。

【0011】

なお、以下に示される各図において、受信用の回路用の電源の図示およびその説明は省略されている。また、アンテナ素子２００－１～２００－ｎなど、レーダ誘導装置２において複数あり得る構成要素が特定されずに示されるときには、アンテナ素子２００などと略記されることがある。また、アンテナ素子２００の数ｎは、一般的に数個（２個以上）から数百個程度である。

【0012】

レーダ誘導装置２は、図１Ａ，図１Ｂに示された電波信号の送信用のアンテナ素子２０２をさらに備え、アンテナ素子２０２には第１の送信回路（ＴＸ１）２２が接続され、送信回路２２には第２の受信回路（ＲＸ２）３０が接続される。また、アンテナ素子２００－１～２００－ｎそれぞれは、送受信回路（ＴＲＸ１～ｎ）２４－１～２４－ｎそれぞれと、指向性制御回路（ＤＣ；Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２１２とに接続される。また、送受信回路２４は、アンテナ素子２００からの受信信号を合成して出力し、送信回路２２からの送信信号を分配して出力する分配／合成回路（Ｄ／Ｃ）２０４を介して、送信回路２２および受信回路３０（ＲＸ１）に接続される。

【0013】

送信回路２２には、パルス変調回路（ＰＭ）２０８と、制御回路（ＣＯＮＴ；Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２１０とが接続され、制御回路２１０には、図１Ａ，図１Ｂに示された入出力装置１００その他が接続される。また、パルス変調回路２０８には、発振回路（ＯＳＣ）２０６と電源回路（ＰＳ；Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）２１６とが接続される。受信回路３０には、近接検出回路（ＶＤ；Ｖｉｃｉｎｉｔｙ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）３２と、信号処理回路（ＳＰ；Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）３４とが接続される。信号処理回路３４には、誘導装置（Ｇ；Ｇｕｉｄａｎｃｅ）２１４が接続される。

【0014】

図３は、図２に示されたレーダ誘導装置２の内、ソフトウェア的に実現されうる構成要素のプログラムを実行するコンピュータ１８の構成を例示する図である。以上説明したレーダ誘導装置２の各構成要素の内、アンテナ素子２００など、その性質上、ハードウェアのみにより実現され得るアンテナ素子２００などの構成要素以外は、ハードウェア的（専用回路）にもソフトウェア的にも実現され得る。ソフトウェア的に実現される構成要素のプログラムは、図３に示されるコンピュータ１８により実行される。

【0015】

［コンピュータ１８］
なお、図３に示されるように、コンピュータ１８は、ＣＰＵ、ＤＳＰおよびこれらの周辺回路を含む演算処理回路１８０と、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを含むメモリ１８２と、本体１０の各構成要素との間で信号の入出力を行うＩ／Ｏ回路１８４と、フラッシュメモリなどを含む記録回路１８６とを備える。つまり、コンピュータ１８は、記録回路１８６などを介してメモリ１８２にロードされ、ドローン１およびレーダ誘導装置２の各構成要素との間で信号を入出力して制御するプログラムを実行する一般的なコンピュータとして必要とされる構成要素を備える。

【0016】

［送信回路２２］
図４は、図２に示された第１の送信回路２２の構成を示す図である。図４に示されるように、送信回路２２は、制御回路２１０の制御に従って、エコー対策のために、パルス変調された第１の送信信号（ＴＳ１）の各パルスをＭ符号により０°と１８０°（０－π）との間で位相変調する位相変調回路（φ）２２０を備える。また、送信回路２２は、それぞれＧａＮ高電子移動度ＦＥＴまたはデプレッションＭＯＳ ＦＥＴ（不図示）を電力増幅素子として含む電力増幅回路（ＢＦＡ，ＭＰＡ，ＨＰＡ）２２２，２２４，２２６を備える。電力増幅回路２２２，２２４，２２６は、制御回路２１０の制御に従って、電源回路２１６から供給される送信用電力を用いて、位相変調された送信信号を増幅する

【0017】

また、送信回路２２は、電力増幅回路（ＨＰＡ）２２６から入力される送信信号を、制御回路２１０の制御に従って、３ｎｓ以下で切り替え、接点ａ，ｂのいずれかから出力するＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ）形式の高周波スイッチ２２８をさらに備える。なお、電力増幅回路２２６に入力された送信信号は、高周波スイッチ２２８の接点ａからアンテナ素子２０２に第２の送信信号ＴＳ２として出力され、接点ｂから分配／合成回路２０４に第３の送信信号ＴＳ３として出力される。また、送信回路２２は、高周波スイッチ２２８に接続された方向性結合器（ＣＰ）２３０と、方向性結合器（ＣＰ）２３０と、ＳＰＳＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ）形式の高周波スイッチ２３２をさらに備える。

【0018】

［送受信回路２４］
図５は、図２に示された送受信回路２４の構成を示す図である。図５に示されるように、送受信回路（ＴＲＸ）２４は、分配／合成回路２０４から入力された送信回路を増幅する第２の送信回路（ＴＸ２）２６と、アンテナ素子２００から入力された受信信号を増幅する第１の受信回路２８（ＲＸ１）とを備える。また、送受信回路２４は、送信回路２６および受信回路２８に接続されたサーキュレータ２４２と、これに接続されたバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２４０とを備える。

【0019】

また、第２の送信回路２６は、図４に示された電力増幅回路２２２，２２４，２２６と、指向性制御回路２１２の制御に従って、電力増幅回路２２６から出力された送信信号を移相する移相回路（ＰＳＨ）２６０とを備える。また、受信回路２８は、ＳＰＳＴ形式の高周波スイッチ２８０を備える。また、受信回路２８は、高周波スイッチ２８０に接続された低雑音増幅回路（ＬＮＡ）２８２，２８４を備える。また、受信回路２８は、低雑音増幅回路２８４の出力に接続された移相回路２８６を備える。

【0020】

図６は、図２に示された第２の受信回路３０の構成を示す図である。図６に示されるように、第２の受信回路３０は、図５に示され、分配／合成回路２０４からの第１の受信信号が入力される高周波スイッチ２８０と、低雑音増幅回路２８２，２８４とを備える。また、受信回路３０は、低雑音増幅回路２８４に接続されたミクサ（ＭＩＸ）３００と、ミクサ３００に接続された近接検出回路３２および信号処理回路３４とを備える。

【0021】

図７は、図２に示された近接検出回路３２の構成を示す図である。図７に示されるように、近接検出回路３２は、受信回路３０に接続されるリミッタ回路（ＬＩＭ）３２０と、このリミッタ回路３２０の出力に接続されるビデオアンプ（ＶＡ；Ｖｉｄｅｏ Ａｍｐ）３２２とを備える。

【0022】

また、近接検出回路３２は、制御回路２１０により制御されるドップラーフィルタ（ＤＦ；Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｆｉｌｔｅｒ）３２４と、ドップラーフィルタ３２４の出力に接続された積分回路（∫）３２６とを備える。また、近接検出回路３２は、制御回路２１０により制御される検波回路（ＤＥＴ）３２８と、検波回路３２８の出力に接続されたレベル判定回路（ＬＤ；Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）３３０を備える。なお、近接検出回路３２により処理された信号は、図２に示されたように、近接検出信号ＶＤとして信号処理回路３４、制御回路２１０および誘導装置２１４に出力される。

【0023】

［信号処理回路３４］
図８は、図２に示された信号処理回路３４の構成を示す図である。図８に示されるように、信号処理回路（ＳＰ；Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）３４は、送信回路２２からの分配信号（ＣＯ）と、受信回路３０からの受信信号（ＲＳ２）とが入力される距離検出回路（ＤＳＤ；ＤｉＳｔａｎｃｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）３４０を備える。また、信号処理回路３４は、受信信号（ＲＳ２）が入力される信号強度検出回路（ＳＳＤ；Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）３４２を備える。

【0024】

また、信号処理回路３４は、距離検出回路３４０と、信号強度検出回路３４２と指向性制御回路２１２とに接続される方向検出回路（ＤＲＤ；ＤｉＲｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）３４４とをさらに備える。また、信号処理回路３４は、信号強度検出回路３４２と指向性制御回路２１２とに接続されるパターン生成回路（ＰＧ；Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３４６をさらに備える。また、信号処理回路３４は、パターン生成回路３４６と制御回路２１０とに接続される比較回路（ＣＭＰ）３４８をさらに備える。信号処理回路３４により生成された各信号（ＤＳ，ＤＲ，ＣＲ）は誘導装置２１４に出力される。

【0025】

［ドローン１の飛行経路］
図９は、図１Ａ，図１Ｂに示されたドローン１の飛行経路を例示する図である。図１Ａ，図１Ｂに示されたドローン１は、図２に示されるように、港湾のふ頭側から、ふ頭に接岸した船舶の艦橋に対して煙突と反対側（前方）の甲板上を目的位置として飛行する。なお、ふ頭には、ドローン１の障害物として鉄塔が存在する。以下、説明の明確化および具体化のために、図９に示されたドローン１の飛行経路が適宜、参照される。

【0026】

［レーダ誘導装置２の動作の概要］
レーダ誘導装置２には、図９に例示されるようにドローン１を誘導して飛行させるために、フェーズドアレイアンテナ２０によって受信される目的位置からの反射波（反射信号）のパターン（反射パターン）と、障害物の反射パターンとが予め設定される。レーダ誘導装置２は、フェーズドアレイアンテナ２０により受信された目的位置、障害物およびその他の物体の反射信号から反射パターンを生成する。

【0027】

レーダ誘導装置２は、生成された反射パターンが目的位置の反射パターンと一致するか類似するときに、この反射パターンを与えるフェーズドアレイアンテナ２０の指向性の方向にドローン１の飛行方向を誘導する。また、レーダ誘導装置２は、生成された反射パターンが障害物の反射パターンと一致するか類似するときに、ドローン１を、この反射パターンを与えるフェーズドアレイアンテナ２０の指向性の方向から外れるようにドローン１の飛行方向を誘導し、障害物を回避させる。また、レーダ誘導装置２は、何らかの物体の反射パターンが、目的位置および障害物の反射パターンと一致も類似もしないときに、この反射パターンを与える指向性の方向から外れるようにドローン１の飛行方向を誘導し、この物体を回避させる。

【0028】

［レーダ誘導装置２の各構成要素］
以下、図２～図８に示されたレーダ誘導装置２の各構成要素の動作を説明する。図１０（Ａ）～（Ｆ）は、図２に示されたレーダ誘導装置２における各信号のタイミングを示す図である。

【0029】

図１０（Ａ）は、ドローン１と、図９に示された目標位置との間の距離が、予め決められた距離以上であるか、予め決められた距離未満であるかを示す。図１０（Ｂ）は、図２，図７に示された近接検出回路３２が出力する近接検出信号ＶＤ（Ｖｉｃｉｔｉｔｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）の論理値を示す。図１０（Ｃ）は、図２に示されたパルス変調回路２０８により生成される送信信号ＴＳ１の波形を示す。図１０（Ｄ）は、図２に示された電源回路２１６が出力する電源電圧（Ｖｃｃ／０Ｖ）を示す。

【0030】

図１０（Ｅ）は、図１０（Ｃ）に示された近接検出信号ＶＤが、ドローン１と、図９に示された目標位置との間の距離が予め決められた距離未満であることを示すときに、図２に示される送受信回路２４から送信される送信信号の波形を示す。図１０（Ｆ）は、図１０（Ｃ）に示された近接検出信号ＶＤが、ドローン１と、図９に示された目標位置との間の距離が予め決められた距離未満であることを示す間に、電源回路２１６から送信回路２２および送受信回路２４に供給される送信用電力の電流値を示す。ただし、図１０（Ａ）～図１０（Ｆ）において、各波形の時間の比は必ずしも正確ではない。

【0031】

発振回路２０６は、アンテナ素子２００，２０２から送信されるＫｕバンドの周波数の周波数信号を生成し、パルス変調回路２０８に出力する。パルス変調回路２０８は、図１０（Ａ）～図１０（Ｃ）に示されるように、ドローン１（レーダ誘導装置２）と、図９に示された目標位置との間の距離が予め決められた距離以上のときには、遠距離探索のための処理を行う。つまり、パルス変調回路２０８は、１マイクロ秒（μｓ）のパルス幅およびデューテイ比１／２０（２０μｓ周期）のパルス信号で、発振回路２０６から入力された周波数信号を変調する。

【0032】

また、パルス変調回路２０８は、図１０（Ａ）～図１０（Ｃ）に示されるように、ドローン１と、図９に示された目標位置との間の距離が予め決められた距離未満のときには、近距離探索のための処理を行う。つまり、パルス変調回路２０８は、０．１μｓのパルス幅およびデューテイ比１／２０（２μｓ周期）のパルス信号で、発振回路２０６から入力された周波数信号を変調する。

【0033】

なお、ドローン１と目標位置との間で予め決められた距離は、送信信号のパルス幅により定義される。つまり、アンテナ素子２００からの送信信号が、物体により反射されてアンテナ素子２００により受信されるまで往復することを考慮すると、遠距離探索の際のパルス幅が１μｓの送信信号が用いられるときには、この距離は約１５０ｍ（＝約（３×１０８×１０^－６）／２ｍ）である。同様に、近距離探索の際のパルス幅が０．１μｓの送信信号が用いられるときには、この距離は約１５ｍ（＝約（３×１０８×１０^－７）／２ｍ）である。これら距離１５０ｍ，１５ｍは、レーダ誘導装置２による遠距離探索および近距離探索の距離的な分解能に対応する。また、送信信号のパルス幅は、レーダ誘導装置２の時間的な分解能に対応する。

【0034】

図２に示された電源回路２１６は、図１０（Ａ）などに示されるように、レーダ誘導装置２が遠距離探索を行う間は、送信信号が送信される間だけ、送信回路２２および送受信回路２４にパルス状の送信用電源電力を供給する。つまり、電源回路２１６は、パルス変調回路２０８における周波数信号のパルス変調に用いられるパルスと同じタイミングで電力増幅回路２２２，２２４，２２６に電源電力を供給する。一方、電源回路２１６は、図１０（Ａ）などに示されるように、レーダ誘導装置２が近距離探索を行う間は、送信信号が送信される間だけではなく、連続的に送信回路２２および送受信回路２４に送信用電源電力を供給する。

【0035】

図２，図４に示された送信回路２２において、電力増幅回路２２２，２２４，２２６は、送信信号ＴＳ１を３段で電力増幅して高周波スイッチ２２８に出力する。図１０（Ａ）に示された遠距離探索処理においては、制御回路２１０により、少なくとも最も大きい電力を消費する電力増幅回路２２６の無信号時の電流は、そのＩｄｓｓの１／３～１／４程度となるように設定される。また、図１０（Ａ）に示された近距離探索処理においては、制御回路２１０により、電力増幅回路２２６の無信号時の電流は、そのＩｄｓｓの１／２程度に設定される。

【0036】

また、遠距離探索処理において、制御回路２１０により、電力増幅回路２２６は、最大出力電力の送信信号ＴＳ２をアンテナ素子２０２に出力するように制御される。一方、近距離探索処理において、制御回路２１０により、電力増幅回路２２６は、図１０（Ｅ）に示されるように、最大出力電力よりも－２０ｄＢ～－３０ｄＢ程度と小さい電力の送信信号ＴＳ２をアンテナ素子２０２に出力するように制御される。また、電力増幅回路２２６が、最大出力電力よりも－２０ｄＢ～－３０ｄＢ程度小さい電力の送信信号を出力するタイミングで、電源回路２１６から電力増幅回路２２６に供給される電流の値は、図１０（Ｆ）に示されるように少しだけ増加する。

【0037】

高周波スイッチ２２８は、制御回路２１０からの制御に従って接点ａ，ｂのいずれかを選択し、電力増幅回路２２６から入力された送信信号を、電力増幅回路２２６から入力された送信信号を、接点ａから方向性結合器２３０に出力する。また、高周波スイッチ２２８は、電力増幅回路２２６から入力された送信信号を、接点ｂから送信信号ＴＳ２としてアンテナ素子２０２に出力する。

【0038】

方向性結合器２３０は、高周波スイッチ２２８から入力された送信信号の殆ど全てを高周波スイッチ２３２に出力する。一方、高周波スイッチ２２８は、入力された送信信号の１／１０００の電力を、分配信号ＣＯ（Ｃｏｕｐｌｅｒ Ｏｕｔｐｕｔ）として、受信回路３０および信号処理回路３４に出力する。高周波スイッチ２３２は、制御回路２１０の制御に従って、方向性結合器２３０とアンテナ素子２０２との間を、３ｎｓ以下の切り替え時間で接続または切断する。また、高周波スイッチ２３２は、方向性結合器２３０から入力された送信信号を、送信信号ＴＳ３として分配／合成回路２０４に出力する。アンテナ素子２０２は、ドローン１の前方向に高い利得を示す指向特性で、送信回路２２から入力された送信信号ＴＳ２を送信する。

【0039】

図２に示された分配／合成回路２０４は、送信回路２２から入力された送信信号ＴＳ３を、送受信回路２４－１～２４－ｎそれぞれに均等に分配する。また、分配／合成回路２０４は、送受信回路２４－１～２４―ｎそれぞれから入力された受信信号を合成し、受信信号ＲＳ１として受信回路３０に出力する。

【0040】

図２，図５に示された送受信回路２４それぞれの送信回路２６において、移相回路２６０は、制御回路２１０の制御に従って、分配／合成回路２０４により分配されて入力された送信信号ＴＳ３を移相する。送受信回路２４それぞれの移相回路２６０による送信信号ＴＳ３の移相により、アンテナ素子２００全体としてのフェーズドアレイアンテナ２０の送信信号への指向特性が実現される。移相回路２６０は、移相された送信信号ＴＳを、電力増幅回路２２２に出力する。送信回路２６は、電力増幅回路２２２，２２４，２２６により電力増幅された送信信号を、サーキュレータ２４２に出力する。

【0041】

サーキュレータ２４２は、送信回路２６の電力増幅回路２２６から入力された送信信号をバンドパスフィルタ２４０に出力し、逆方向に、バンドパスフィルタ２４０から出力された受信信号を受信回路２８に出力する。バンドパスフィルタ２４０は、アンテナ素子２００とサーキュレータ２４２との間で、送信信号および受信信号の物体の探索に用いられる帯域の信号をフィルタリングし、アンテナ素子２００それぞれと送受信回路２４との間で双方向に入力および出力する。なお、図２，図４に示された送信回路２２から送信信号が送受信回路２４それぞれの送信回路２６に供給されるときには、その電力は、分配／合成回路２０４における損失、および、送信回路２６の利得および出力に応じて調整される。

【0042】

図２，図５に示された送受信回路２４それぞれの受信回路２８において、高周波スイッチ２８０は、制御回路２１０の制御に従って、サーキュレータ２４２からの受信信号を、３ｎｓ以下の切り替え時間で接続または切断する。低雑音増幅回路２８２，２８４は、高周波スイッチ２８０から入力された受信信号を低雑音で２段増幅し、移相回路２８６に出力する。

【0043】

移相回路２８６は、指向性制御回路２１２の制御に従って、低雑音増幅回路２８４から出力された受信信号を移相して分配／合成回路２０４に出力する。送受信回路２４それぞれの移相回路２６０による受信信号の移相により、アンテナ素子２００全体としてのフェーズドアレイアンテナ２０の受信信号への指向特性が実現される。

【0044】

図２，図６に示された受信回路３０において、ミクサ３００は、ダブルバランストミクサ（ＤＢＭ）である。ミクサ３００は、低雑音増幅回路２８２，２８４により増幅された受信信号ＲＳ１をＲＦ端子から受け入れ、送信回路２２の方向性結合器２３０からの分配信号ＣＯをＬｏ端子から受け入れる。ドローン１と探索対象の物体とが、遠距離探索または近距離探索の距離的な分解能よりも遠く離れているときには、分配信号ＣＯと物体からの反射信号とは重ならない。つまり、図９に示された鉄塔または船舶とドローン１と同じ円内にないときには、ミクサ３００のＩＦ端子からは何の信号も出力されない。さらに、ミクサ３００において、信号ＣＯと反射信号との間の相関が得られ、反射信号に含まれるエコー成分がキャンセルされる。

【0045】

一方、ドローン１と探索対象の物体とが、遠距離探索または近距離探索の距離的な分解能よりも近い距離に位置するときには、分配信号ＣＯと物体からの反射信号とが重なる。つまり、図９に示された鉄塔または船舶とドローン１とが同じ１５０ｍ半径の円内にあるときには、ミクサ３００のＩＦ端子からは、分配信号ＣＯと、ドップラー効果により周波数が変化した反射信号との差分のＩＦ信号が出力される。同様に、図９に示された鉄塔または船舶とドローン１との間の距離が１５０ｍ未満となると、ミクサ３００のＩＦ端子からは、分配信号ＣＯと、ドップラー効果により周波数が変化した反射信号との差分のＩＦ信号が出力される。受信回路３０の低雑音増幅回路２８４の出力は、受信信号ＲＳ２として信号処理回路３４に出力され、ミクサ３００のＩＦ端子から出力されるＩＦ信号は近接検出回路３２に出力される。

【0046】

図２，図７に示された近接検出回路３２のドップラーフィルタ３２４、積分回路３２６、検波回路３２８およびレベル判定回路３３０には、遠距離探索のときにはそのための処理に適したパラメータが設定される。また、近接検出回路３２のこれらの構成要素には、近距離探索のときにはそのための処理に適したパラメータが設定される。リミッタ回路３２０は、受信回路３０から入力される受信信号ＲＳ３の振幅（強度）を制限してビデオアンプ３２２に出力し、ビデオアンプ３２２は、振幅が制限された受信信号を広帯域増幅し、ドップラーフィルタ３２４に出力する。

【0047】

ドップラーフィルタ３２４は、ＩＦ信号の内、制御回路２１０により設定されたパラメータを用いて、探索対象の物体からの一次的な反射による成分のみを通過させ、その他の反射による成分以外を遮断してフィルタリングし、積分回路３２６に出力する。積分回路３２６は、制御回路２１０により設定されたパラメータを用いて、ドップラーフィルタ３２４によりフィルタリングされたＩＦ信号の振幅の絶対値を、パルス周期ごとに積分して検波回路３２８に出力する。

【0048】

検波回路３２８は、制御回路２１０により設定されたパラメータを用いて、積分回路３２６により積分されたＩＦ信号の振幅の絶対値を検出し、レベル判定回路３３０に出力する。レベル判定回路３３０は、制御回路２１０により設定されたパラメータを用いて、積分回路３２６により検出されたＩＦ信号の振幅の絶対値（レベル）が、遠距離探索または近距離探索のための閾値を超えるか否かを判定する。

【0049】

つまり、レベル判定回路３３０は、ＩＦ信号の振幅の絶対値（レベル）が遠距離探索または近距離探索のための閾値を超えるときには、ドローン１と物体との距離が、遠距離探索または近距離探索の範囲内にあると判定する。一方、レベル判定回路３３０は、これ以外のときには、ドローン１と物体との距離が、遠距離探索または近距離探索の範囲外にあると判定する。レベル判定回路３３０は、図１０（Ｂ）に示されたように、これらの判定結果を示す近接検出信号ＶＤの論理値を、距離検出回路３４０および制御回路２１０に出力する。

【0050】

なお、近接検出信号ＶＤの論理値の初期値はＬであり、ドローン１と物体との距離が、遠距離探索の範囲から近距離探索の範囲に移行したときには、レベル判定回路３３０は判定信号の論理値をＨに変更する。さらに、ドローン１と目標位置との距離が１５ｍ未満となったときには、レベル判定回路３３０は判定信号の論理値をＬに戻す。つまり、レベル判定回路３３０は、ドローン１が物体から１５０ｍ未満の距離にあることが検出されたタイミングと、１５ｍ未満にあることが検出されたタイミングとで、近接検出信号ＶＤの論理値を反転させる。

【0051】

図２，図８に示された信号処理回路３４は、探索対象の物体からの反射信号パターンを生成し、予め設定された目標位置および障害物からの反射信号パターンと比較することにより物体を認識する。さらに、信号処理回路３４は、レーダ誘導装置２に対する物体の方向、および、レーダ誘導装置２と物体との間の距離を求める。

【0052】

信号処理回路３４の距離検出回路３４０は、送信回路２２から入力された分配信号ＣＯと、受信回路３０から入力された反射信号とから、ドローン１と物体との間の距離を示す信号を求める。距離検出回路３４０は、求められたドローン１と物体との間の距離を示す信号ＤＳ（ＤｉＳｔａｎｃｅ）を、方向検出回路３４４および誘導装置２１４に出力する。

【0053】

信号強度検出回路３４２は、受信回路３０から入力された受信信号ＲＳ２の信号強度を検出し、受信信号ＲＳ２の信号強度を示す信号を、方向検出回路３４４およびパターン生成回路３４６に出力する。方向検出回路３４４は、信号強度を示す信号および信号ＤＳと、指向性制御回路２１２がフェーズドアレイアンテナ２０に設定した指向性の方向を示す信号ＤＣとを対応づける。さらに、方向検出回路３４４は、探索対象の物体が、フェーズドアレイアンテナ２０に対していずれの方向のどのような距離にあるかを検出する。物体がフェーズドアレイアンテナ２０に対していずれの方向のどのような距離にあるかを示す信号ＤＲ（ＤｉＲｅｃｔｉｏｎ）もまた、誘導装置２１４に出力される。

【0054】

パターン生成回路３４６は、送受信回路２４それぞれが受信した受信信号の強度を示す信号および信号ＤＳと、信号ＤＣとを対応づけ、送受信回路２４それぞれが受信した物体からの反射信号（受信信号）の強度のパターン、つまり、反射パターンを生成する。つまり、パターン生成回路３４６は、ｎ個の送受信回路２４から得られた受信信号に基づいて、探索対象の物体の形状を示す反射パターンを生成し、このパターンを示す信号を比較回路３４８に出力する。

【0055】

比較回路３４８は、制御回路２１０に設定された目的位置（図９に示された船舶およびその艦橋）および障害物（鉄塔）の形状を示す反射パターンそれぞれと、パターン生成回路３４６が生成した物体からの反射パターンとを比較する。また、比較回路３４８は、この比較の結果を処理して、パターン生成回路３４６が生成した物体の反射パターンが、制御回路２１０に設定された目的位置および障害物の反射パターンのいずれかに一致または類似するか否かを検出する。

【0056】

さらに、比較回路３４８は、反射パターンの一致または類似を判断すると、この反射パターンを与える物体を、この反射パターンと一致または類似する反射パターンを与える目的位置および障害物の反射パターンのいずれかであると識別する。この識別結果もまた、信号ＣＲ（Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ Ｒｅｓｕｌｔ）として誘導装置２１４に出力される。

【0057】

誘導装置２１４は、比較回路３４８から入力された信号ＤＳ，ＤＲ，ＣＲと、近接検出信号ＶＤとを処理して、ドローン１の推進系制御装置（不図示）にモータ１４などを制御させ、図９に示された出発位置から目標位置までの飛行を誘導する。さらに、誘導装置２１４は、ドローン１のカメラ１６を制御し、ドローン１の飛行中に画像を撮影させる。制御回路２１０は、以上説明したように、ドローン１の各構成要素から得られた信号を処理して、制御信号ＣＯＮＴを介し、送信回路２２、受信回路３０、パルス変調回路２０８、誘導装置２１４および電源回路２１６を制御する。

【0058】

［レーダ誘導装置２の全体的動作］
以下、レーダ誘導装置２の全体的な動作を説明する。図１１は、図１Ａ，図１Ｂ～図８に示されたレーダ誘導装置２の全体的な動作を示すフローチャートである。ステップＳ１００において、ドローン１が、図９に示された出発位置にあるときに、ドローン１のユーザは、レーダ誘導装置２の制御回路２１０に、入出力装置１００を介して、障害物としての鉄塔、および、目標位置としての船舶およびその艦橋の反射パターンを設定する。

【0059】

反射パターンの設定直後、船舶が前方に位置するようにドローン１の方向が合わされ、入出力装置１００は、ドローン１から取り外される。入出力装置１００が取り外されると、レーダ誘導装置２は、ドローン１を上昇させ、その推進系制御装置を制御して飛行を開始させる。さらに、レーダ誘導装置２は、その各構成要素を制御して、遠距離探索のための処理を開始する。

【0060】

ステップＳ１０４において、制御回路２１０は、送信回路２２の高周波スイッチ２２８に接点ａを選択させ、パルス変調回路２０８に、図１０（Ｃ），（Ｄ）に示された送信信号ＴＳ１を出力させ、送信回路２２に遠隔探索における電力増幅を行わせる。アンテナ素子２０２から送信された送信信号ＴＳ１は、図９に示された鉄塔および船舶（艦橋）から反射され、これらの反射信号としてフェーズドアレイアンテナ２０に受信される。

【0061】

フェーズドアレイアンテナ２０のアンテナ素子２００それぞれに受信された反射信号は、送受信回路２４それぞれにより増幅され、分配／合成回路２０４により合成され、受信回路３０により受信信号ＲＳ１としてさらに増幅される。受信回路３０は、増幅された受信信号ＲＳ１の大部分を受信信号ＲＳ２として信号処理回路３４に出力し、ごく一部を分配信号ＣＯとして近接検出回路３２に出力する。近接検出回路３２は、信号処理回路３４は、遠隔探索処理のための近接検出を開始する。信号処理回路３４は、受信信号ＲＳ２と、指向性制御回路２１２からの信号ＤＣとから、探索対象の反射パターンを生成する。

【0062】

ステップＳ１０６において、信号処理回路３４は、生成された反射パターンと、制御回路２１０に設定された反射パターンとを比較し、反射パターンを与えた目的位置、障害物およびその他の物体（以下、これらは総称されて「物体」とも記される）を識別する。

【0063】

ステップＳ１０８において、信号処理回路３４は、Ｓ１０６の処理により物体が識別されたか否かを判断する。物体が識別されたとき（Ｓ１０８の処理においてＹ）には、レーダ誘導装置２はＳ１０６の処理に進み、これ以外のとき（Ｓ１０８の処理においてＮ）には、レーダ誘導装置２はＳ１０４の処理に戻る。

【0064】

ステップＳ１１０において、信号処理回路３４は、識別された物体が障害物（図９においては「鉄塔」）であるか否かを判断する。識別された物体が障害物であるとき（Ｓ１１０の処理においてＹ）には、レーダ誘導装置２はＳ１１８の処理に進み、これいがいのとき（Ｓ１１０の処理においてＮ）にはＳ１２０の処理に進む。

【0065】

ステップＳ１１２において、制御回路２１０は、近接検出回路３２から出力される近接検出信号ＶＤが、論理値ＬからＨに変化したか、つまり、ドローン１（レーダ誘導装置２）と、識別された物体との間の距離が１５０ｍ未満の近接距離であるか否かを判断する。ドローン１と、識別された物体との間の距離が近接距離より短いとき（Ｓ１１２の処理においてＹ）ときには、レーダ誘導装置２は、Ｓ１１４の処理に進み、これ以外のとき（Ｓ１１２の処理においてＮ）にはＳ１０６の処理に戻る。

【0066】

ステップＳ１１４において、制御回路２１０は、各構成要素を制御して、近距離探索処理を行わせる。具体的には、制御回路２１０は、図１０（Ｅ）に示されたように、パルス変調回路２０８に送信信号ＴＳ１を出力させ、送信回路２２に近距離探索処理における電力増幅を行わせる。

【0067】

ステップＳ１１６において、信号処理回路３４は、識別された物体が目的位置（図９においては「船舶」の「艦橋」の前の「甲板」）であるか否かを判断する。識別された物体が目的位置であるとき（Ｓ１１６の処理においてＹ）には、レーダ誘導装置２はＳ１２０の処理に進み、これ以外のとき（Ｓ１１６の処理においてＮ）にはＳ１２０の処理に進む。

【0068】

ステップＳ１１８において、誘導装置２１４は、識別された物体を回避するようにドローン１を誘導する。つまり、識別された物体が、目的位置以外であるときには、誘導装置２１４は、ドローン１を識別された物体を回避するように誘導する。

【0069】

ステップＳ１２０において、誘導装置２１４は、識別された目的位置の方向に飛行するように誘導するようにドローン１を誘導する。

【0070】

ステップＳ１２２において、制御回路２１０は、近接検出回路３２により、ドローン１と、識別された物体との間の距離が１５ｍ未満であると検出されたか否か、つまり、ドローン１が目標位置に到達したか否かを判断する。ドローン１が目標位置に到達したとき（Ｓ１２２の処理においてＹ）には、レーダ誘導装置２はＳ１２２の処理に進み、これ以外のとき（Ｓ１２２の処理においてＮ）にはＳ１１４の処理に戻る。

【0071】

ステップＳ１２４の処理において、ドローン１が、図９に示された目標位置を中心とした半径１５ｍの円内に入ると、誘導装置２１４は、ドローン１を目的位置に降下するように誘導する。ドローン１は、この誘導に従い、さらに、安定着陸のための機能を用いて目的位置に降下する。

【0072】

［技術的効果］
以下、実施の形態にかかるレーダ誘導装置２により達成される技術的効果を説明する。

【0073】

以上説明されたレーダ誘導装置２によれば、フェーズドアレイアンテナ２０を反射信号の受信に利用できるので、ドローン１と物体との近接を検出するためだけに使用される受信用アンテナを省略することができる。また、レーダ誘導装置２は、受信にフェーズドアレイアンテナ２０を常に用いるので、物体の位置および距離を正確に検出することができる。従って、レーダ誘導装置２は、ドローン１を正確に目的位置まで飛行するように誘導することができ、また、確実に目的位置以外の物体を回避するように誘導することができる。

【0074】

図１２は、図２に示されたレーダ誘導装置２が近距離探索処理を行っているときに、電源回路２１６が、送信信号と同じパルス幅の電源電力を、同じタイミングで供給したと仮定したときの各構成部分の波形を示す図である。図１２（Ａ）は、図１０（Ｃ）に示されたパルス幅０．１μｓの送信信号の波形を示す。図１２（Ｂ）は、電源回路２１６が、図１２（Ａ）に示された送信信号と同じパルス幅および同じタイミングの電源電力を供給しようとしたときに、実際に得られる電源電圧の波形を示す。図１２（Ｃ）は、図１２（Ｂ）に示された電源電力を用いて送信回路２２が送信信号ＴＳ１を増幅して実際に得られる送信信号ＴＳ２の波形を示す。図１２（Ｄ）は、電源回路２１６が、図１２（Ａ）に示された送信信号と同じパルス幅および同じタイミングの電源電力を供給しようとしたときに、実際に流れる電流を示す。

【0075】

図１０（Ｃ），図１２（Ａ）に示されるように、レーダ誘導装置２においては、遠距離探索処理における送信信号のパルス幅は１μｓであるのに対して、近距離探索処理における送信信号のパルス幅は０．１μｓとなる。このように、近距離探索処理においてと同様に、送信信号と同じ狭いパルス幅で同じタイミングで電源回路２１６により送信用の電源を供給しようとすると、図１２（Ｂ）に示されるように、電源回路２１６からは、実際には、パルスの両端での立ち上がりおよび立ち下がりが遅延した電源が供給されてしまう。

【0076】

電源が供給されてから電力増幅回路２２２，２２４，２２６の動作が安定するまでにも遅延が生じるので、近距離探索処理における送信信号のパルス波形は、図１２（Ｃ）に示されるように、狭くなってしまう。さらに、近距離探索処理における電力増幅回路２２２，２２４，２２６の無信号時の電流をＩｄｓｓの１／３～１／４とし、最大の出力電力を得ようとすると、図１２（Ｄ）に示されるように、電源回路２１６からは、０．１μｓの間にＩｄｓｓの１／３～１／４からＩｄｓｓまで、狭い波形で急激に変化する電源電流供給されることになる。

【0077】

図１２（Ｃ）に示されたような出力波形の送信信号を用いると、近接探索処理が正常に行われない可能性が生じる。また、図１２（Ｄ）に示されるように、０．１μｓの間に、狭い波形で急激に変化する電源電流を供給する必要があると、電源回路２１６自体に不具合が生じたり、さらには、レーダ誘導装置２の他の構成要素に不具合が生じたりする可能性がある。

【0078】

一方、レーダ誘導装置２においては、図１０（Ｄ）に示されたように、最初の近接探索処理の送信信号のパルスが立ち上がる前に、電源回路２１６、送信回路２２および送受信回路２４の動作が安定するまでに予め十分な時間をおいて、連続的に電源電力が供給される。従って、レーダ誘導装置２においては、電源電力の波形および送信信号の波形に、図１２（Ｂ）～図１２（Ｄ）に示されるような不具合が生じることはない。

【0079】

［変形例］
以下、図２～図８に示されたレーダ誘導装置２の変形例を説明する。
［第１の変形例］
まず、第１の変形例を説明する。図１３は、図２～図８に示されたレーダ誘導装置２における各信号のタイミングの変形例を示す図である。図１３（Ａ）は、図１０（Ｃ）に示されたパルス幅０．１μｓの送信信号ＴＳ１を示し、図１３（Ｂ）は、図１０（Ｂ）に示された近接検出信号ＶＤの論理値を示し、図１３（Ｃ）は、第１の変形例において、電源回路２１６から供給される電力電圧の波形を示す。

【0080】

以上説明されたレーダ誘導装置２においては、一度、近接検出信号ＶＤの論理値がＬからＨになり、レーダ誘導装置２が近距離探索処理に移行すると、電源回路２１６は、電力増幅回路２２２，２２４，２２６への送信用の電力を連続的に供給する。しかしながら、ドローン１が目標位置においてホバリングするときなどにおいては、電力増幅回路２２２，２２４，２２６への連続的な送信用の電力の供給による電力を節約する必要がある。このようなときには、電源回路２１６の動作を変更し、近距離探索処理において、送信信号ＴＳ１のパルス幅の前後に、電力増幅回路２２２，２２４，２２６の安定動作のための余裕（α，β秒；ただし、βは必ずしも必要ではない）の余裕を持たせて、パルス状の電力を供給させてもよい。

【0081】

［第２の変形例］
図１４は、フェーズドアレイアンテナ２０が受信専用とされ、図２に示された第１のレーダ誘導装置２に置換され得る第２のレーダ誘導装置３の構成を示す図である。フェーズドアレイアンテナ２０が受信のみに使用されるときには、第１のレーダ誘導装置２の代わりに、図１４に示される第２のレーダ誘導装置３が用いられ得る。なお、レーダ誘導装置においては、図２，図４に示された送受信回路２４の代わりに、これからサーキュレータ２４２および送信回路２６が除かれた送受信回路４０が用いられる。

【0082】

なお、レーダ誘導装置３においては、図４に示された送信回路２２の高周波スイッチ２２８の接続は端子ａ側に固定される。あるいは、レーダ誘導装置３の送信回路２２においては、高周波スイッチ２２８が省略され、電力増幅回路２２６の出力が、アンテナ素子２０２に直結されてもよい。

【0083】

［第３の変形例］
図１５は、図２に示された第１のレーダ誘導装置２のアンテナ素子２０２が省略され、第１のフェーズドアレイアンテナ２０と置換され得る第３のレーダ誘導装置４の構成を示す図である。図１５に示されるように、フェーズドアレイアンテナ２０が送受および受信の両方に使用されるときには、第１のレーダ誘導装置２の代わりに、図１５に示された第３のレーダ誘導装置４が用いられ得る。

【0084】

なお、レーダ誘導装置４においては、図４に示された送信回路２２の高周波スイッチ２２８の接続は端子ｂ側に固定される。あるいは、レーダ誘導装置３の送信回路２２においては、高周波スイッチ２２８自体が省略され、電力増幅回路２２６の出力が、分配／合成回路２０４に直結されてもよい。

【0085】

［その他の変形例］
なお、以上、ドローン１が、停止している船舶の艦橋前方の甲板を目的位置とする場合について説明されたが、ドローン１の目的位置は、航行中の船舶の甲板であってもよい。また、レーダ誘導装置２においては、Ｋｕバンドの電波信号がレーダによる探索に用いられるが、レーダ誘導装置２において用いられる電波信号は、用途に応じて、マイクロ波（一般に３００ＭＨｚ以上）より短い波長の電波信号であればよい。

【0086】

また、アンテナ素子２００はスタック状に配列されていなくてもよく、例えばスタガ（ｓｔａｇｇｅｒ）状に配列されていてもよい。また、方向性結合器２３０が出力信号の電力は、送信信号の１／１０００でなくともよく、レーダ誘導装置２の構成および用途に応じて適宜、変更されうる。また、レーダ誘導装置２による遠距離探索処理と近距離探索処理との境界は、物体とドローン１との距離が１５０ｍでなくともよい。また、レーダ誘導装置２による近距離探索処理とドローン１の降下のための誘導との境界は、物体とドローン１との距離が１５ｍでなくともよい。これらの境界は、単に、遠距離探索処理における送信信号ＴＳ１のパルス幅と、近距離探索処理における送信信号ＴＳ１のパルス幅とに応じて適宜、変更されればよい。

【0087】

また、レーダ誘導装置２が移動を誘導する装置は、ドローン１に限らず、有人または無人の飛翔体、自動車、船舶であってもよい。また、送信信号のパルス幅およびデューテイ比は、１μｓ、０．１μｓおよび１／２０の他、レーダ誘導装置２の目的および構成により適宜、変更されうる。また、近距離探索処理が行われるときのパルス幅は、近距離探索処理が行われるときのパルス幅の１／１０以下であってもよい。

【0088】

なお、図９には、目的位置および障害物が１つずつ示されているが、レーダ誘導装置２により識別されるべき目的位置および障害物はそれぞれ複数であってもよい。また、レーダ誘導装置２は、目的位置の周りを旋回させたり、移動している船舶を追跡させたり、目標位置まで１５ｍに近づいた位置の空中でホバリングさせて船舶を撮影させたり、目標位置を単に通過させるように、ドローン１を様々な態様で誘導および制御してもよい。

【0089】

本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、例として提示されたものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0090】

１ ドローン
１０ 本体
１２ バッテリ
１４ モータ
１６ カメラ
１８ コンピュータ
２，３，４ レーダ誘導装置
２０ フェーズドアレイアンテナ
２００，２０２ アンテナ素子
２０４ 分配／合成回路
２０６ 発振回路（ＯＳＣ）
２０８ パルス変調回路（ＰＭ）
２１０ 制御回路（ＣＯＮＴ）
２１２ 指向性制御回路（ＤＣ）
２１４ 誘導装置（Ｇ）
２１６ 電源回路（ＰＳ）
２２，２６ 送信回路（ＴＸ１）
２２０ 位相変調回路（φ）
２２２，２２４，２２６ 電力増幅回路（ＢＰＡ，ＭＰＡ，ＨＰＡ）
２２８，２３２，２８０ 高周波スイッチ（ＳＰＤＴ，ＳＰＳＴ）
２３０ 方向性結合器（ＣＰ）
２４ 送受信回路（ＴＲＸ）
２４０ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２４２ サーキュレータ（ＣＩＲ）
２６０ 移相回路（ＰＳＨ）
２８，３０ 受信回路（ＲＸ２）
２８２，２８４ 低雑音増幅回路（ＬＮＡ）
３００ ミクサ（ＭＩＸ）
３２ 近接検出回路（ＶＤ）
３２０ リミッタ回路（ＬＩＭ）
３２２ ビデオアンプ（ＶＡ）
３２４ ドップラーフィルタ（ＤＦ）
３２６ 積分回路（∫）
３２８ 検波回路（ＤＥＴ）
３３０ レベル判定回路（ＬＤ）
３４ 信号処理回路（ＳＰ）
３４０ 距離検出回路（ＤＳＤ）
３４２ 信号強度検出回路（ＳＳＤ）
３４４ 方向検出回路（ＤＲＤ）
３４６ パターン生成回路（ＰＧ）
３４８ 比較回路（ＣＭＰ）

【図1A】

【図1B】

【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】