特許 7353835 レーダ装置及びその運用方法

(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】2023-09-22

(45)【発行日】2023-10-02

(54)【発明の名称】レーダ装置及びその運用方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/12 20060101AFI20230925BHJP

   G01S 7/03 20060101ALI20230925BHJP

   G01S 7/282 20060101ALI20230925BHJP

   G01S 13/66 20060101ALI20230925BHJP

【ＦＩ】

G01S13/12

G01S7/03 234

G01S7/282 200

G01S13/66

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019130459

(22)【出願日】2019-07-12

(65)【公開番号】P2021015061

(43)【公開日】2021-02-12

【審査請求日】2022-06-13

(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】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三上 成

【審査官】佐藤 宙子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１９４３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１５２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０５１２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５５５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４１７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１１００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－００４９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１８１２７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

目標からの反射波が戻ってから次のパルスを送信して前記反射波の受信信号から目標を検出するＬＰＲＦ（Low Pulse Repeat Frequency：低パルス繰り返し周波数）レーダ処理と、反射波の戻り時間よりも前に次のパルスを送信して前記反射波の受信信号から目標を検出するＨＰＲＦ（High Pulse Repeat Frequency：高パルス繰り返し周波数）レーダ処理とが選択的に稼働するレーダ処理部と、
前記ＬＰＲＦレーダ処理及び前記ＨＰＲＦレーダ処理で共用し、少なくとも前記ＬＰＲＦレーダ処理の稼働状態で素子の発熱を抑圧する冷却装置を搭載する空中線と、
前記ＬＰＲＦレーダ処理及び前記ＨＰＲＦレーダ処理それぞれの目標検出結果を統合して検出情報を出力する統合処理部と、
前記空中線の素子温度を検出する温度センサと、
前記レーダ処理部に対して前記ＬＰＲＦレーダ処理及び前記ＨＰＲＦレーダ処理を選択的に切り替えて稼働させ、前記ＨＰＲＦレーダ処理の稼働状態で、前記温度センサで得られる前記空中線の素子温度が閾値を超えるとき、前記ＬＰＲＦレーダ処理の稼働状態に切換制御する運用管理部と
を具備するレーダ装置。

【請求項2】

前記運用管理部は、一定間隔で前記ＬＰＲＦレーダ処理を前記ＨＰＲＦレーダ処理に切り替える請求項１記載のレーダ装置。

【請求項3】

前記運用管理部は、所定のスケジュールで前記ＬＰＲＦレーダ処理を前記ＨＰＲＦレーダ処理に切り替える請求項１記載のレーダ装置。

【請求項4】

前記運用管理部は、ユーザの指示に応じて前記ＬＰＲＦレーダ処理を前記ＨＰＲＦレーダ処理に切り替える請求項１記載のレーダ装置。

【請求項5】

目標からの反射波が戻ってから次のパルスを送信して前記反射波の受信信号から目標を検出するＬＰＲＦ（Low Pulse Repeat Frequency：低パルス繰り返し周波数）レーダ処理と、反射波の戻り時間よりも前に次のパルスを送信して前記反射波の受信信号から目標を検出するＨＰＲＦ（High Pulse Repeat Frequency：高パルス繰り返し周波数）レーダ処理とが選択的に稼働するレーダ処理部と、
前記ＬＰＲＦレーダ処理及び前記ＨＰＲＦレーダ処理で共用し、少なくとも前記ＬＰＲＦレーダ処理の稼働状態で素子の発熱を抑圧する冷却装置を搭載する空中線と、
前記ＬＰＲＦレーダ処理及び前記ＨＰＲＦレーダ処理それぞれの目標検出結果を統合して検出情報を出力する統合処理部と、
前記空中線の素子温度を検出する温度センサと
を具備するレーダ装置に用いられ、
前記レーダ処理部に対して前記ＬＰＲＦレーダ処理及び前記ＨＰＲＦレーダ処理を選択的に切り替えて稼働させ、
前記ＨＰＲＦレーダ処理の稼働状態で、前記温度センサで得られる前記空中線の素子温度が閾値を超えるとき、前記ＬＰＲＦレーダ処理の稼働状態に切換制御する
レーダ装置の運用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、レーダ装置及びその運用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

周知のように、ＬＰＲＦ（Low Pulse Repeat Frequency：低パルス繰り返し周波数）方式のレーダ装置は、最も遠くの目標からの反射波が戻ってから次のパルスを送信するもので、距離方向に不確定性がないが、クラッタの影響を受けやすい。

【0003】

一方、ＨＰＲＦ（High Pulse Repeat Frequency：高パルス繰り返し周波数）方式のレーダ装置は、反射波の戻り時間よりも前に次のパルスを送信するもので、距離方向は不明確であるが、ドップラ積分によってクラッタの影響を小さくすることが可能な特徴を有する。ただし、ＨＰＲＦレーダ装置は、送信期間の割合が大きく（高デューティ比）、空中線の発熱が大きくなり、冷却能力の制約を受けるという問題を有している。

【0004】

以上のことから、従来では、使用環境に応じてＬＰＲＦレーダ装置、ＨＰＲＦレーダ装置を使い分けて運用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－２８１６８９号公報

【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、従来では、ＬＰＲＦ方式、ＨＰＲＦ方式それぞれのレーダ装置を使用環境に応じて使い分けて運用しているため、使用環境によっては両方式のレーダ装置を個別に配置する必要があった。

【0007】

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、ＬＰＲＦ方式、ＨＰＲＦ方式それぞれの特徴を活かして、距離方向の確実性を保持しつつ、クラッタの影響を小さくすることができ、発熱の影響も低減されて冷却能力の制約から解放することのできるレーダ装置とその運用方法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、本実施形態に係るレーダ装置は、目標からの反射波が戻ってから次のパルスを送信して前記反射波の受信信号から目標を検出するＬＰＲＦ（Low Pulse Repeat Frequency：低パルス繰り返し周波数）レーダ処理と、反射波の戻り時間よりも前に次のパルスを送信して前記反射波の受信信号から目標を検出するＨＰＲＦ（High Pulse Repeat Frequency：高パルス繰り返し周波数）レーダ処理とが選択的に稼働するレーダ処理部と、前記ＬＰＲＦレーダ処理及び前記ＨＰＲＦレーダ処理で共用し、少なくとも前記ＬＰＲＦレーダ処理の稼働状態で素子の発熱を抑圧する冷却装置を搭載する空中線と、前記ＬＰＲＦレーダ処理及び前記ＨＰＲＦレーダ処理それぞれの目標検出結果を統合して検出情報を出力する統合処理部と、前記空中線の素子温度を検出する温度センサと、前記レーダ処理部に対して前記ＬＰＲＦレーダ処理及び前記ＨＰＲＦレーダ処理を選択的に切り替えて稼働させる運用管理部とを備える。前記運用管理部は、前記ＨＰＲＦレーダ処理の稼働状態で、前記温度センサで得られる前記空中線の素子温度が閾値を超えるとき、前記ＬＰＲＦレーダ処理の稼働状態に切換制御する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、図１に示す実施形態において、図１に示すレーダ装置の具体的な構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、図１に示すレーダ装置のＬＰＲＦ／ＨＰＲＦ切替処理の流れを示すフローチャートである。

【図4】図４は、図１に示すレーダ装置において、図３に示すＬＰＲＦ／ＨＰＲＦ切替処理を具体的に示すタイミング波形図である。

【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。

【0011】

図１は本実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、レーダ処理部１１として、ＬＰＲＦレーダ処理部１１ａ、ＨＰＲＦレーダ処理部１１ｂを備える。また、運用管理部１２、空中線１３、統合処理部１４及び温度センサ１５を備える。

【0012】

上記ＬＰＲＦレーダ処理部１１ａ、ＨＰＲＦレーダ処理部１１ｂは、それぞれ運用管理部１２からの切替制御に応答して稼働状態となり、共用の空中線１３を通じてＬＰＲＦまたはＨＰＲＦによる送信／受信ＲＦ信号を送受して目標検出処理を行い、その検出処理結果を統合処理部１４に送る。統合処理部１４は、ＬＰＲＦ／ＨＰＲＦレーダ処理部１１ａ，１１ｂからの目標検出結果をレンジ軸、時間軸に沿って取りまとめ、検出情報として出力する。

【0013】

上記運用管理部１２は、ＬＰＲＦ／ＨＰＲＦレーダ処理部１１ａ，１１ｂの切替制御を行う。さらに、運用管理部１２は、空中線１３に取り付けられた温度センサ１５で測定される空中線の温度情報を入力し、ＨＰＲＦレーダ処理の選択中に空中線１３の発熱によって測定温度が許容値を超えた場合に、強制的にＬＰＲＦレーダ処理に切り替えるセーフティ機能を備えている。

【0014】

図２は、図１に示すレーダ装置の具体的な構成を示すブロック図である。図２において、レーダ処理部１１は、送信信号生成器１１１とＨＰＲＦ／ＬＰＲＦ信号処理器１１２とを備える。上記送信信号生成器１１１は統合処理部１４から与えられる送信パルス種信号からＬＰＲＦ／ＨＰＲＦ用送信信号を生成する。ＨＰＲＦ／ＬＰＲＦ信号処理部１１２は、上記ＬＰＲＦレーダ処理部１１ａ及び上記ＨＰＲＦレーダ処理部１１ｂの機能をあわせ持ち、運用管理部１２からのＬＰＲＦ／ＨＰＲＦ切替制御によっていずれかの機能を切替設定可能な構成であり、位相制御を受けた受信信号から不要波を抑圧し、送信信号の反射成分を抽出して目標検出を行う。

【0015】

上記空中線１３は、送信信号をｎ系統に分配し、ｎ系統の受信信号を合成する合成／分配器１３１と、送受信系統Ａ１～Ａｎを備えるアレイアンテナとを備える。送受信系統Ａ１～Ａｎは、それぞれ移相器１３２、パワーアンプ（ＰＡ）１３３、サーキュレータ１３４、アンテナ素子１３５、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１３６、移相器１３７、冷却器１３８、電源１３９を備える。

【0016】

上記移相器１３２は、送信信号の位相を送信ビームの形状に合わせて制御する。上記パワーアンプ１３３は、ＬＰＲＦ／ＨＰＲＦ切替制御に合わせて送信信号を電力増幅して出力する。

【0017】

上記サーキュレータ１３４は、送信信号をアンテナ素子１３５に導き、アンテナ素子１３５で得られた受信信号をローノイズアンプ１３６に出力する。このローノイズアンプ１３６は受信信号を低雑音で増幅して移相器１３７に出力する。この移相器１３７は、増幅された受信信号の位相を受信ビームの指向方向に合わせて制御する。上記冷却器１３８は、運用管理部１２からの指示に応じて上記パワーアンプ１３３及びローノイズアンプ１３６を冷却して発熱を抑制する。上記電源１３９は、運用管理部１２からの指示によりＬＰＲＦ方式、ＨＰＲＦ方式それぞれに対応する電力供給を行う。

【0018】

上記統合処理部１４は、上記レーダ処理部１１のＨＰＲＦ／ＬＰＲＦ信号処理器１１２レーダ送受信系統Ａ１～Ａｎで行ったＬＰＲＦ方式またはＨＰＲＦ方式の目標検出結果を出力する。上記運用管理部１２は、レーダ処理の運用を開始すると、定期的に、あるいはスケジュールに従って、あるいはユーザの要求に応じてレーダ処理をＬＰＲＦ方式またはＨＰＲＦ方式に切替設定する。また、運用開始と共に、送受信系統Ａ１～Ａｎの冷却器１３８を稼働してパワーアンプ（ＰＡ）１３３及びローノイズアンプ（ＬＮＡ）１３６の発熱を抑制する。

【0019】

上記構成において、図３に示す運用管理のフローチャート、図４に示すＬＰＲＦ／ＨＰＲＦ切替（ａ）及び温度変化（ｂ）のタイミング波形図を参照して、運用管理部１５の処理手順を説明する。

【0020】

運用管理部１２では、運用開始が指示されると、レーダ処理部１１をＬＰＲＦに設定する（ステップＳ１１）。これにより、運用開始時には、遠方の目標を探索するレーダとして機能する。このとき、運用管理部１２は、温度センサ１５で検出される空中線１３の温度を監視し、その温度が基準値を超えた場合には、空中線１３の冷却器１３８を稼働して、空中線１３の発熱を抑制する。この結果、図４（ｂ）に示すように、ＬＰＲＦ運用中は空中線１３の発熱を抑制し、ほぼ一定に維持することができる。

【0021】

次に、スケジュールにより、ＬＰＲＦからＨＰＲＦへの切替指示があると（ステップＳ１２）、レーダ処理部１１及び空中線１３をＨＰＲＦに設定する（ステップＳ１３）。これにより、近傍の目標を探索するレーダとして機能する。このとき、運用管理部１２は、ＬＰＲＦへの切替指示を待機する（ステップＳ１４）と共に、空中線１３に取り付けられた温度センサ１５で検出される温度情報を監視して、空中線１３の温度が閾値以上となったか判定する（ステップＳ１５）。すなわち、ＨＰＲＦでは、図４（ａ）に示すように、パルスの送信繰り返し周波数が高いため、温度上昇が大きく、ＬＰＲＦの冷却では温度上昇を抑制することができない。その結果、ＨＰＲＦを継続稼働すると、空中線１３が高温となって損傷してしまう。そこで、本実施形態では、ＨＰＲＦ稼動中では、基本的にＬＰＲＦへの切替指示を待機するが、その前に空中線１３の温度が閾値以上となった場合には、強制的にＬＰＲＦに切り替え、空中線素子の損傷を抑制しつつ、目標捜索を継続する。

【0022】

以上のように、ＨＰＲＦレーダ単体では、送信期間の割合が大きく（高デューティ比）空中線１３の発熱が大きくなって冷却能力の制約を受けるが、本実施形態に係るレーダ装置は、ＨＰＲＦレーダ処理とＬＰＲＦレーダ処理の２つのレーダ処理を有し、これを所定のスケジュールタイミングで切り替えるとともに、統合処理にて各検出情報の一元化を行い、検出情報として出力するようにしているので、ＨＰＲＦレーダとして動作する期間の割合を変化させることができ、空中線の発熱量をコントロールすることが可能である。また、ＨＰＲＦレーダの「目標距離が不明確であるが、クラッタの影響を受けずに目標を検出できる」という特徴と、ＬＰＲＦレーダの「目標距離が正確にわかる」という特徴を統合することで、ＨＰＲＦレーダの有する短所をカバーした運用が可能となる。

【0023】

なお、上記実施形態では、スケジュールに従ってＬＰＲＦとＨＰＲＦを切り替える運用を説明したが、一定周期で、あるいはユーザの指示に応じて切り替える運用でもよい。

【0024】

その他、本発明は上記実施形態を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】

【0025】

１１…レーダ処理部、１１ａ…ＬＰＲＦレーダ処理部、１１ｂ…ＨＰＲＦレーダ処理部、１１１…送信信号生成器、１１２…ＨＰＲＦ／ＬＰＲＦ信号処理器、１２…運用管理部、１３…空中線、Ａ１～Ａｎ…送受信系統、１３１…送信信号生成器、１３２…移相器、１３３…パワーアンプ（ＰＡ）、１３４…サーキュレータ、１３５…アンテナ素子、１３６…ローノイズアンプ（ＬＮＡ）、１３７…移相器、１３８…冷却器、１３９…電源、１４…統合処理部、１５…温度センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】