JP4025328B2 - バイスタティックアクティブ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに異なる位置に存在する送信アレイと受信アレイを用い、特にＲＤＴ送信方式を用いて目標の位置局限をおこなうバイスタティックアクティブ処理と装置に関する。

従来のバイスタティック処理方法では、送信アレイを中心として一度に全ての方向に信号を送波するＯＤＴ(Omni Directional Transmission)送信方式を用い、目標からの反射信号を受信アレイで受信し、送信信号と受信信号とを比較することにより目標を検出すると共に、送信時刻と目標からの反射信号の受信時刻間の時間差と、反射信号の受信方位に基づいて位置の局限を行っている。

従来のＯＤＴ送信方式を用いるバイスタティック処理方法における位置局限方法の説明において定式化を簡単にするために、送信アレイおよび受信アレイはＸ軸上にあり、両アレイの中間に原点があるものとして説明するが、このような場合以外も座標軸を適当に選択することにより、容易に変換可能である。送信アレイ中心Ｓおよび受信アレイ中心Ｒとの間隔Ｌであるときに、時刻ＴｓにおいてＯＤＴ送信により全方位に向けて送信された送信信号が目標Ｔ（ｘ、ｙ）に到達後反射し、時刻Ｔｒにおいて方位θｒで受信された場合を想定する。目標Ｔの位置は、送信アレイ中心Ｓと受信アレイ中心Ｒとを焦点とする信号の伝播速度ｃと伝播時間Ｔｒ-Ｔｓとから求まる伝播距離ｃ(Ｔｒ-Ｔｓ)が一定の楕円上に存在する。この楕円と受信方位線の交点を求めることにより、目標の位置が局限され以下のようになる。

特開平９−２６４７４号公報

しかしながら、ＯＤＴ送信では送信器から一度に全ての方向に信号を送信するため一方向当たりの送信信号出力が弱くなってしまい、遠距離の探知をすることは困難であった。一方、送信器から一方向ずつ順番に信号を送信するＲＤＴ送信の場合、同じ出力パワーを持つものであれば原理的にＯＤＴ送信よりも一方向当たりの送信信号出力が強くなるため、遠距離探知には優れている。しかし、ＲＤＴ送信を用いる場合、受信信号がどの送信信号に対するものであるかの判別が困難であるため、バイスタティック処理により目標物の位置を局限することはできなかった。

以下第２図を用いて課題を説明する。第２図はＲＤＴ送信を用いた場合のバイスタティック処理の問題点を表わす図である。送信器より出力された送信信号が目標に反射して反射信号が生じ、受信器において時刻Ｔｒ、方位θｒで受信された場合を想定する。ＲＤＴ送信の場合、時間とともに送信ビームを回転させているため、時刻Ｔｓにおいて方位θｓへ送波した送信信号が目標Ｔから反射して戻って来た場合も、時刻Ｔｇにおいて方位θｇへ送波した送信信号が目標Ｇから反射して戻って来た場合も、受信方位θｒで受信される。すなわち受信方位θｒの方位線上には、方位θｇと方位θｓの複数の送信ビームに対応した目標が存在する可能性があり、送信ビームの区別ができない。このようにＲＤＴ送信方式では、１つの受信方位でも複数の送信ビームによる反射の可能性がある。このため、送信ビームが特定できなければ目標の位置局限が困難であるという問題があった。

RDT(Rotational Directional Transmission)送信方式により所定の送信順序に従って信号を送信する送信器と、送信器とは異なる位置に存在し、送信器から送信された信号を受信する受信器と、送信器の基準方位が入力される第１の入力端子と送信器の位置情報が入力される第２の入力端子と受信器の位置情報が入力される第３の入力端子とを有し、送信器の送信基準方位から見た受信器中心の方位との相対角を検出する相対角検出手段と、送信器に事前に設定され送信器基準方位に対する送信設定方位が入力される第４の入力端子を有し、相対角検出手段によって検出された相対角に基づき受信器中心の方位に対する送信器基準方位の右側で受信器中心の方位から遠ざかる方向の方位である右側送信開始方位および送信器基準方位の左側で受信器中心の方位から遠ざかる方向の方位である左側送信開始方位を出力する送信開始方位決定手段と、送信開始方位決定手段から出力された右側送信開始方位に基づき右側送信順序を決定する右側送信順序決定手段と、送信開始方位決定手段から出力された左側送信開始方位に基づき左側送信順序を決定する左側送信順序決定手段と、を備え右側送信順序決定手段および左側送信順序決定手段によって決定される送信器から送信する信号の送信順序は、受信器に近い方向から順次離れる方向へ送信する。

本発明の具体例１によれば、送信アレイ基準方位および送受信アレイ位置情報を用いて、送信ビームを受信アレイの方向から順次離れる方向へ送信するように送信順序を決定して送信しているため、バイスタティック処理方法に適したRDT送信方法が実現され、送信ビーム毎の受信方位-受信時間特性が交わることなく分離し、目標の位置局限が可能となる。

本発明の具体例２によれば、送波器アレイの後方に受波器アレイを配置するバイスタティックアクティブ処理方法において、具体例１の効果に加え、右側の領域は送信ビームの送信順を、右後方から右前方へと回転させ、左側の領域は送信ビームの送信順を、左後方から左前方へと回転させて送信すればよいため、送受信アレイの位置や方位によって送信ビームの送信順序を変更する必要がなく処理が簡単になり容易に実現できる、という効果がある。

《具体例１》
図３は本発明の具体例１のバイスタティック処理装置の機能ブロック図である。

送信アレイ基準方位が入力される送信アレイ基準方位入力端子1および送信アレイ位置情報が入力される送信アレイ位置入力端子2および受信アレイ位置情報が入力される受信アレイ位置入力端子3は、アレイ相対角算出手段4に接続する。送信アレイに事前設定されている(送信アレイ基準方位に対する)送信方位(以下送信設定方位と呼ぶ)が入力される送信設定方位入力端子5は、送信開始方位決定手段6に接続する。

送信アレイ基準方位および送信アレイ位置、受信アレイ位置が入力されるアレイ相対角算出手段4は、送信開始方位決定手段6に接続し、送信開始方位決定手段6は、右側送信順序決定手段7-1および左側送信順序決定手段7-2に接続する。右側送信順序決定手段7-1および左側送信順序決定手段7-2は、送信アレイ8に接続する。

次に、このバイスタティック送信装置の動作について説明する。送信アレイ基準方位入力端子1から入力される送信アレイ基準方位情報および送信アレイ位置入力端子2から入力される送信アレイ位置情報および受信アレイ位置入力端子3から入力される受信アレイ位置情報は、アレイ相対角算出手段4へ送られる。アレイ相対角算出手段4は送信アレイ基準方位からみた受信アレイ中心の相対角を算出し、結果を送信開始方位決定手段6へ送る。

送信設定方位入力端子5から入力される送信設定方位は、送信開始方位決定手段6へ送られる。送信開始方位決定手段6では送信設定方位の中から最もアレイ相対角に近くアレイ相対角を挟む角度を選択し、右側送信開始方位を右側送信順序決定手段7-1へまた左側送信開始方位を左側送信順序決定手段7-2へ送る。

図６を用いて送信開始方位の決定方法について説明する。図６は具体例１のバイスタティック処理装置における送信開始方位および順序の説明図であり、a〜jは送信設定方位である。いま受信アレイが送信アレイの後方に位置し、送信アレイと受信アレイとの相対角が方位Rの場合を想定する。送信設定方位の中で最もRに近い方位はeとfである。このとき送信アレイ基準方位の右側でRから遠ざかる方向の方位eを右側送信開始方位として選び、送信アレイ基準方位の左側でRから遠ざかる方向の方位fを左側送信開始方位として選ぶ。受信アレイが送信アレイの前方に位置し、アレイ相対角がFの場合には、同様にしてcを右側送信開始方位とし、bを左側送信開始方位として選ぶ。

以下に、上記のように送信開始方位を決定する理由を説明する。いま送受信アレイの中心間の距離をL、信号の伝播速度をｃ、送信ビーム方位をθ_si、受信ビーム方位θ_rとすると、送信時刻tiにおいて送信されたビームの中心方位線上に反射体が存在したと想定した場合に、反射体からの反射波の受信時刻trは以下のようになる。

ここで、送信ビームの送信順番を受信アレイの外側の方向から順次接近する方向（図1に示すＡ方向）へ送信する場合を考える。図４は受信アレイの外側の方向から順次接近する方向へビームを送信したときの受信方位-受信時間曲線のプロット図である。送信ビーム方位θsiをパラメータとし、 Yが正の半面についての受信方位-受信時間曲線をプロットしたものである。D点●は目標からの反射信号の受信時刻と受信方位を表している。図４の場合、近距離において過去に送信された送信ビームによる反射信号が、それ以降に送信された送信ビームによる反射信号よりも早く受信される場合がある。この場合、D点に対応する送信ビームを特定することは困難であり、よって送信から受信までの伝播時間が定めらないため、目標の位置局限は不可能である。

次に、送信ビームの送信順番を受信アレイの側の方向から順次離れる方向（図1に示すＢ方向）へ送信する場合を考える。図５は受信アレイの側の方向から順次離れる方向へビームを送信したときの受信方位-受信時間曲線のプロット図である。送信ビーム方位θsiをパラメータとし、 Yが正の半面についての受信方位-受信時間曲線をプロットしたものである。D点●は、目標からの反射信号の受信時刻と受信方位を表している。図５より、送信ビームの送信順に反射信号を受信することができるため、送信ビーム毎の受信方位-受信時間特性が交わることなく分離し、送信ビームを特定することが可能であることがわかる。このように、RDT送信の送信ビームの送信順番を受信アレイの側の方向から順次離れる方向(図1に示すＢ方向およびＣ方向)へ送信することにより、送信ビームを特定することができ目標の位置局限が可能となる。

次に、右側および左側の送信開始方位の決定結果がそれぞれ、右側送信順序決定手段7-1および左側送信順序決定手段7-2に入力されると、該右側送信順序決定手段7-1および左側送信順序決定手段7-2では、送信ビームを、アレイ相対角の方向から順次離れる方向へ送信するようにビームの送信順序を決定し、結果を送信アレイ8へ出力する。

たとえば図６においてアレイ相対角がRの場合を想定すると、右側送信順序はe,d,c,b,aとなり、左側送信順序はf,g,h,i,jとなる。またアレイ相対角がFの場合は、右側送信順序はc,d,e,f,gとなり、左側送信順序はb,a,j,i,hとなる。送信順序が送信アレイ3へ入力されると、送信アレイは送信ビームの送信順序に従って送信を行う。

上記の例では、右側および左側毎に分けて送信した場合であるが、右側および左側交互に送信することもできる。図６においてアレイ相対角がRの場合を想定すると、右側e、左側f、以下交互にd、ｇ、c、ｈ、b、ｉ、a、ｊとなる。この場合、送信ビーム毎の受信方位-受信時間特性の時間間隔が開くことから送信ビームの特定がより容易に行える。

以上のように本発明によれば、送信アレイ基準方位および送受信アレイ位置情報を用いて、送信ビームを受信アレイの方向から順次離れる方向へ送信するように送信順序を決定して送信しているため、バイスタティック処理方法に適したRDT送信方法が実現され、送信ビーム毎の受信方位-受信時間特性が交わることなく分離し、目標の位置局限が可能となる。

《具体例２》
図７は本発明の具体例２のバイスタティック処理装置における送信開始方位および順序の説明図である。

送波器アレイを設置した艦船の後方に受波器アレイを曳航するバイスタティックアクティブ処理装置においては、RDT送信における送信ビームの送信順序を、右舷側のビームは右後方より右前方へ回転させ、左舷側のビームは左後方より左前方へ回転させる。図７に示す送信ビーム構成の場合、 右側送信順序はe,d,c,b,aとし、左側送信順序をf,g,h,i,jとする。

動作は具体例１と同様であるが、送信アレイと受波アレイとの相対角は常に一定であるため、送信順序を予め求めておくことができる。

以上のように、本発明によれば、送波器アレイの後方に受波器アレイを配置するバイスタティックアクティブ処理方法において、具体例１の効果に加え、右側の領域は送信ビームの送信順を、右後方から右前方へと回転させ、左側の領域は送信ビームの送信順を、左後方から左前方へと回転させて送信すればよいため、送受信アレイの位置や方位によって送信ビームの送信順序を変更する必要がなく処理が簡単になり容易に実現できる、という効果がある。

従来のODT送信方式を用いるバイスタティック処理方法における位置局限方法の説明図である。 ＲＤＴ送信を用いた場合のバイスタティック処理の問題点を表わす図である。 本発明の具体例１のバイスタティック処理装置の機能ブロック図である。 受信アレイの外側の方向から順次接近する方向へビームを送信したときの受信方位-受信時間曲線のプロット図である。 受信アレイの側の方向から順次離れる方向へビームを送信したときの受信方位-受信時間曲線のプロット図である。 本発明の具体例１のバイスタティック処理装置における送信開始方位および送信順序の説明図である。

符号の説明

１：位置入力端子
２：送信アレイ位置入力端子
３：受信アレイ位置入力端子3
４：アレイ相対角算出手段4
５：送信設定方位入力端子5
６：送信開始方位決定手段6
７−１：右側送信順序決定手段7-1
７−２：左側送信順序決定手段7-2
８：送信アレイ

Claims (1)

1. RDT(Rotational Directional Transmission)送信方式により所定の送信順序に従って信号を送信する送信器と、
   前記送信器とは異なる位置に存在し、前記送信器から送信された信号を受信する受信器と、
   前記送信器の基準方位が入力される第１の入力端子と該送信器の位置情報が入力される第２の入力端子と前記受信器の位置情報が入力される第３の入力端子とを有し、該送信器の送信基準方位から見た該受信器中心の方位との相対角を検出する相対角検出手段と、
   前記送信器に事前に設定され前記送信器基準方位に対する送信設定方位が入力される第４の入力端子を有し、前記相対角検出手段によって検出された相対角に基づき前記受信器中心の方位に対する該送信器基準方位の右側で該受信器中心の方位から遠ざかる方向の方位である右側送信開始方位および該送信器基準方位の左側で該受信器中心の方位から遠ざかる方向の方位である左側送信開始方位を出力する送信開始方位決定手段と、
   前記送信開始方位決定手段から出力された前記右側送信開始方位に基づき右側送信順序を決定する右側送信順序決定手段と、
   前記送信開始方位決定手段から出力された前記左側送信開始方位に基づき左側送信順序を決定する左側送信順序決定手段と、
   を備え
   前記右側送信順序決定手段および前記左側送信順序決定手段によって決定される前記送信器から送信する信号の送信順序は、
   前記受信器に近い方向から順次離れる方向へ送信することを特徴とするバイスタティックアクティブ処理装置。
   

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