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公開番号2025156422
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2025127119,2022018493
出願日2025-07-30,2022-02-09
発明の名称送信ビームパターン形成装置及びレーダ装置
出願人日本無線株式会社,国立大学法人大阪大学,国立大学法人電気通信大学
代理人弁理士法人アイル知財事務所
主分類G01S 13/95 20060101AFI20251002BHJP(測定;試験)
要約【課題】本開示は、アレイアンテナを用いるレーダ装置(気象の用途に非限定)において、物標が所望方向に抽出される一方でクラッタがその電力分布方向に抑圧されるような、送受信ビームパターンをビーム幅の劣化もなくリアルタイム処理により形成する。
【解決手段】本開示は、クラッタの電力分布の情報を取得したうえで、受信ビームパターンが所望方向にメインローブを形成する一方でクラッタの電力分布方向にヌルを形成するような、各素子の受信励振係数を算出する。そして、クラッタの電力分布の情報を取得したうえで、送信ビームパターンが所望方向にメインローブを形成する一方でクラッタの電力分布方向にヌルを形成するような、各素子の送信励振係数を算出する。
【選択図】図4

特許請求の範囲【請求項１】
クラッタの電力分布の情報を取得するクラッタ電力分布取得部と、
アレイアンテナの送信ビームパターン（前記クラッタに対するヌル形成前）及び前記クラッタの電力分布に基づいて、又は、前記クラッタの電力分布に基づいて、前記アレイアンテナの送信ビームパターン（前記クラッタに対するヌル形成後）が所望方向にメインローブを形成する一方で前記クラッタの電力分布方向にヌルを形成するような、前記アレイアンテナの各素子の送信励振係数を算出する送信励振係数算出部と、
を備えることを特徴とする送信ビームパターン形成装置。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記アレイアンテナの送信ビームパターン及び前記クラッタの電力分布に基づいて、又は、前記クラッタの電力分布に基づいて、前記アレイアンテナの受信ビームパターンが前記所望方向にメインローブを形成する一方で前記クラッタの電力分布方向にヌルを形成するような、前記アレイアンテナの各素子の受信励振係数を算出する受信励振係数算出部と、
前記アレイアンテナの各素子の受信信号及び受信励振係数に基づいて、物標が前記所望方向に抽出される一方で前記クラッタが前記クラッタの電力分布方向に抑圧されるような、前記アレイアンテナの各方向の受信信号を算出する受信信号算出部と、
前記アレイアンテナの各素子の受信信号に適応して、サイドローブが非所望方向に抑圧されるような、前記アレイアンテナの各方向の受信信号を算出する適応信号処理部と、
前記受信信号算出部が算出した前記アレイアンテナの各方向の受信信号と、前記適応信号処理部が算出した前記アレイアンテナの各方向の受信信号と、の間の差分が所定値以上であるときに、新たな前記クラッタの電力分布に基づいて、前記送信励振係数算出部に前記アレイアンテナの各素子の送信励振係数を更新させる送信励振係数更新部と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の送信ビームパターン形成装置。
【請求項３】
前記アレイアンテナの送信ビームパターンは、高精度な観測が必要な方向にくし型ビームパターンであり、高精度な観測が不要な方向にファン型ビームパターンである
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の送信ビームパターン形成装置。
【請求項４】
アレイアンテナの送信ビームパターンは、高精度な観測が必要な方向にくし型ビームパターンであり、高精度な観測が不要な方向にファン型ビームパターンであることを特徴とするレーダ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、アレイアンテナの送受信ビームパターンを形成する技術に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
パラボラアンテナを用いて、降雨分布を観測する気象レーダ装置が、一般的に利用されている。パラボラアンテナを用いる気象レーダ装置は、仰角方向に機械回転を必要とし、全仰角方向を高速スキャンできないが、送受信ビームパターンのメインローブを狭くでき、送受信ビームパターンのサイドローブを抑圧でき、仰角方向の分解能を高くできる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Ｍｏｒｏｔｏｍｉ，Ｋ．，Ｓｈｉｍａｍｕｒａ，Ｓ．，Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｆ．，Ｔａｋａｍｕｒａ，Ｔ．，Ｔａｋａｎｏ，Ｔ．，Ｈｉｇｕｃｈｉ，Ａ．，＆Ｉｗａｓｈｉｔａ，Ｈ．，“ＥｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆａＴｏｒｎａｄｏａｎｄＤｅｂｒｉｓＢａｌｌＡｓｓｏｃｉａｔｅｄＷｉｔｈＳｕｐｅｒＴｙｐｈｏｏｎＨａｇｉｂｉｓ２０１９ＯｂｓｅｒｖｅｄｂｙＸ‐ＢａｎｄＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙＷｅａｔｈｅｒＲａｄａｒｉｎＪａｐａｎ” ，ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＬｅｔｔｅｒｓ，４７（２４），２０２０．
Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，Ｅ．，Ｕｓｈｉｏ，Ｔ．，＆Ｋｉｋｕｃｈｉ，Ｈ．，“ＡＳｔｕｄｙｏｆＣｏｍｂＢｅａｍＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｎＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙＷｅａｔｈｅｒＲａｄａｒｓ” ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇ，５９（８），２０２１．
Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，Ｅ．，Ｕｓｈｉｏ，Ｔ．，Ｋａｗａｓａｋｉ，Ｚ．，Ｙｏｓｈｉｄａ，Ｓ．，Ｍｏｒｉｍｏｔｏ，Ｔ．，Ｍｉｚｕｔａｎｉ，Ｆ．，＆Ｗａｄａ，Ｍ．，“ＭＭＳＥＢｅａｍＦｏｒｍｉｎｇｏｎＦａｓｔ－ＳｃａｎｎｉｎｇＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙＷｅａｔｈｅｒＲａｄａｒ” ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇ，５１（５），２０１３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アレイアンテナを用いて、降雨分布を観測する気象レーダ装置が、非特許文献１、２に開示されている。アレイアンテナを用いる気象レーダ装置は、仰角方向に機械回転を不要とし、全仰角方向を高速スキャンできる。非特許文献１に開示された気象レーダ装置は、送信ビームパターンとしてファン型ビームパターンを形成する。非特許文献２に開示された気象レーダ装置は、送信ビームパターンとしてくし型ビームパターンを形成する。
【０００５】
従来技術のファン型ビームパターンを図１に示す。送信ビームパターンＦ１（黒色）は、メインローブが広いファン型ビームパターンである。受信ビームパターンＦ２（黒色）は、ソフトウェア処理により、送信ビームパターンＦ１のうちの選択した仰角方向のメインローブが狭くなる。送受合計ビームパターンＦ３（黒色）は、メインローブを狭くできるが、サイドローブを抑圧できず、仰角方向の分解能を高くできない。ただし、送信ビームパターンＦ１を形成するのみで、仰角方向に密に観測でき、観測時間も短縮できる。
【０００６】
従来技術のくし型ビームパターンを図２に示す。送信ビームパターンＣ１（黒色）は、メインローブが狭いくし型ビームパターンである。受信ビームパターンＣ２（黒色）は、ヌル形成処理により、送信ビームパターンＣ１のうちの選択した仰角方向のメインローブが狭くなる。送受合計ビームパターンＣ３（黒色）は、メインローブを狭くでき、サイドローブを抑圧でき、仰角方向の分解能を高くできる。ただし、送信ビームパターンＣ１を複数形成しなければ、仰角方向に密に観測できず、観測時間も短縮できない。
【０００７】
従来技術の降雨分布観測のシミュレーションを図３に示す。図３の左欄では、降雨Ｒ及び地表面Ｇの距離及び高さを設定した。図３の中欄では、送信ビームパターンＦ１及び受信ビームパターンＦ２を用いて、降雨Ｒを観測したが、送受合計ビームパターンＦ３のサイドローブを抑圧できず、地表面クラッタＣによる偽像が強く現れ、降雨Ｒの観測が大きく妨害された。図３の右欄では、送信ビームパターンＣ１及び受信ビームパターンＣ２を用いて、降雨Ｒを観測したが、送受合計ビームパターンＣ３のサイドローブを抑圧できるが、地表面クラッタＣによる偽像が弱く現れ、降雨Ｒの観測が多少は妨害された。
【０００８】
そこで、アレイアンテナを用いる気象レーダ装置は、窓関数処理により、又は、適応信号処理（非特許文献３を参照）により、受信ビームパターンのサイドローブを抑圧する。なお、パラボラアンテナを用いる気象レーダ装置は、適切なアンテナ設計により、送受信ビームパターンのサイドローブを抑圧する。しかし、アレイアンテナを用いる気象レーダ装置は、窓関数処理により、受信ビームパターンのビーム幅を劣化させ、観測性能を悪化させ、適応信号処理により、各素子の受信信号のデータ毎に処理を必要とし、リアルタイム処理に不向きである。なお、パラボラアンテナを用いる気象レーダ装置は、送受信ビームパターンのサイドローブを、アンテナ設計時の設計値以上に抑圧できない。
【０００９】
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、アレイアンテナを用いるレーダ装置（気象の用途に非限定）において、全方向の高速スキャン、各方向の分解能向上及び各方向の密な観測を両立させることを目的とする。そして、前記課題を解決するために、本開示は、アレイアンテナを用いるレーダ装置（気象の用途に非限定）において、物標が所望方向に抽出される一方でクラッタがその電力分布方向に抑圧されるような、送受信ビームパターンをビーム幅の劣化もなくリアルタイム処理により形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、クラッタの電力分布の情報を取得したうえで、送信ビームパターンが所望方向にメインローブを形成する一方でクラッタの電力分布方向にヌルを形成するような、各素子の送信励振係数を算出することとした。
（【００１１】以降は省略されています）

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