JPH08105955A - レーダ装置 - Google Patents

レーダ装置

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JPH08105955A
JPH08105955A JP6260897A JP26089794A JPH08105955A JP H08105955 A JPH08105955 A JP H08105955A JP 6260897 A JP6260897 A JP 6260897A JP 26089794 A JP26089794 A JP 26089794A JP H08105955 A JPH08105955 A JP H08105955A
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transmission
antenna
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array antenna
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譲治 桜井
Masanobu Yajima
正信 谷島
Yasumasa Hisada
安正 久田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的小さなアンテナを用い等価的にビーム
幅を狭くして高分解能が得られるようにしたレーダ装置
を提供する。 【構成】 月周回観測衛星1などに搭載するレーダ装置
において、送受兼用アンテナとしてフェーズドアレイア
ンテナ4を用い、各アンテナ素子に対する給電位相を調
整して送信時の送信ビーム6と受信時の受信ビーム7の
各ビーム軸8,9を異ならせ、観測対象領域における送
信ビームパターンと受信ビームパターンの一部のみが互
いに重なり合うようにし、等価的に狭いビーム幅ωの合
成送受信ビーム15を形成するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、等価的にビーム幅を
狭くして高分解能を得るようにしたレーダ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般にレーダ装置においては、送受切換
部を介して単一のアンテナで送受信を行うようになって
おり、その方位方向の分解能は、アンテナから観測対象
に向けて照射される電波のビーム幅に関係し、高い分解
能(小さい物体を識別する能力)を得るためには、狭い
ビーム幅が必要となる。そして、狭いビーム幅を形成す
るには、大開口のアンテナが必要となることは良く知ら
れている。しかし、レーダシステムの一部として用いる
アンテナの大きさには、宇宙機等の飛翔体に搭載される
ものでは勿論のこと、地上設置のものでも限度がある。
また観測する物体(対象物)の性質や周波数の有効利用
による観点から、送信周波数にも制限がある。このよう
な制約から、一般にアンテナのビーム幅は、これらの2
つのパラメータにより決定されるので、自由度は少な
く、ある程度のところで妥協しているのが現状である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特に宇宙機
等に搭載されるレーダ装置においては、アンテナの大き
さは出来るだけ小型化し且つビーム幅を小さくして高い
分解能をもつことが要望されているが、上記の制約下に
おいては、対象物に対して高い分解能を得ようとする
と、必然的に大開口のアンテナが必要となり、したがっ
て高い分解能の実現は極めて困難であるという問題点が
あった。
【0004】本発明は、従来のレーダ装置における上記
問題点を解消するためになされたもので、比較的小さな
アンテナを用いながら実質的にビーム幅を狭くして高分
解能が得られるようにしたレーダ装置を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、地上設置用又は宇宙機等の飛翔
体に搭載されるレーダ装置において、送受兼用アンテナ
としてフェーズドアレーアンテナを備え、各アンテナ素
子に対する給電位相を調整して送信時の送信ビームと受
信時の受信ビームの各ビーム軸を異ならせ、観測対象領
域において送信時のビームパターンと受信時のビームパ
ターンの一部のみが互いに重なり合うように構成し、等
価的に狭いビーム幅を形成するようにするものである。
【0006】このように、フェーズドアレイアンテナを
送受兼用アンテナとして用い、給電位相を調整して、送
信ビームと受信ビームのビーム軸を異ならせ、観測対象
領域において送信ビームパターンと受信ビームパターン
の一部のみが互いに重なり合うように構成することによ
り、重なり合う狭い領域に照射された送信ビームの反射
ビームのみを受信ビームとして受信することになり、し
たがって実質的に狭いビーム幅のアンテナで電波を照射
したと同等の効果が得られる。なお、この場合、電力的
な損失は大きくなるが、これは送信電力を増加させるこ
とで容易に対応させることが可能である。
【0007】
【実施例】次に実施例について説明する。図1は本発明
に係るレーダ装置を、月周回観測衛星に搭載する月地下
探査レーダシステムに適用した実施例の概念図で、図2
は、図1に示した実施例の横方向からみた概略図で、図
3は、同じく図1に示した実施例の上方向からみた概略
図である。図において、1は月周回観測衛星で、月面2
上70〜100 kmの高度で月を周回するようになっており、
該衛星1には送受信装置3、フェーズドアレイアンテナ
4等からなるレーダ装置5が搭載されている。6はフェ
ーズドアレイアンテナ4における各アンテナ素子への給
電位相を調整して形成された送信ビームで、7は同じく
送信ビーム6と時間的にずらして形成された受信ビーム
である。8,9は前記送信ビーム6及び受信ビーム7の
各ビーム軸であり、各ビーム軸8,9は月面2に対する
垂直軸10に関して、それぞれオフセット角θt ,θ
r で、垂直軸から反対方向に偏倚し、月面2上において
各ビームパターンの一部が互いに重なるように、フェー
ズドアレイアンテナの各アンテナ素子の位相が調整され
ている。なお、図1において、2−1,2−2,2−3
は月面2の第1表面、第2表面、第3表面を示してお
り、また衛星1に付した矢印は衛星1の進行方向を示し
ている。
【0008】このように構成されたレーダ装置5のフェ
ーズドアレイアンテナ4から、図2に示すように送信ビ
ーム6がビーム幅βで月面2に向けて放射されると、月
面2において、図3に示す円形領域11が送信ビームで照
射されることになる。これに対してフェーズドアレイア
ンテナ4で時間的にずらして形成された受信ビーム7の
ビーム幅は同様にβであり、月面2上の受信ビームパタ
ーンによる領域12は、送信ビーム6のビームパターンに
よる領域11と一部互いに重なり合う重なり部分13をもつ
領域となる。
【0009】このように、フェーズドアレイアンテナ4
による送信ビームパターンと受信ビームパターンの一部
分のみが、観測対象領域である月面2上において互いに
重なるように構成されているため、受信ビーム7は、重
なり部分13からの反射ビームのみを受信することにな
り、したがってフェーズドアレイアンテナ4は、送信ビ
ームパターンと受信ビームパターンの重なり部分に対応
する狭い等価ビーム幅ωをもつ合成送受信ビーム15を形
成していると等価になり、分解能を向上させることが可
能となる。
【0010】この実施例において、送信ビーム幅及び受
信ビーム幅βを16度とし、各ビーム軸を垂直軸に対して
それぞれ反対方向に6度程度ずらすことにより、等価ビ
ーム幅ωを4度程度にすることができる。図4は、単一
のフェーズドアレイアンテナからビーム幅β=16°でオ
フセット角θt =6°の送信時の送信ビームと、ビーム
幅β=16°でオフセット角θr =6°の受信時の受信ビ
ームを形成し、各ビームを重ね合わせて、等価ビーム幅
ω=3.8 °とした合成ビームを形成する場合の各ビーム
パターンの計算例を示す図であり、aは送信ビームパタ
ーン,bは受信ビームパターン,cは合成ビームパター
ンを示している。
【0011】また、上記実施例のレーダ装置において
は、月面の表土の厚さと高分解能で計測することが可能
となる。すなわち、月面表土の厚さを計測するために
は、フェーズドアレイアンテナ4で形成された送信ビー
ム6が月面2の第1表面2−1から反射して戻って来る
反射ビームと、第2表面2−2から反射して戻って来る
反射ビームとを受信機において物理的に区別できなけれ
ばならない。上記実施例は、送信ビームパターンと受信
ビームパターンとを部分的に重ね合わせ、狭い等価的な
ビーム幅ωを有する合成送受信ビーム15を形成するよう
にしているものであるので、上記物理的区別を、フェー
ズドアレイアンテナ4からこの合成送受信ビーム15が形
成されているものとして説明すると、図2において、合
成送受信ビーム15のビームパターンの端部(フェーズド
アレイアンテナ4から最も距離が長い部分)と月面の第
1表面2−1との一つの交点Aからの反射ビームが、受
信機に到達し終わった後に、フェーズドアレイアンテナ
4から月面2に下ろした垂線と第2表面2−2との交点
B(フェーズドアレイアンテナ4と第2表面2−2との
最も距離が短い部分)からの反射ビームが届くようにし
て、両者を区別する必要がある。
【0012】月面2の第1表面2−1のA点からの反射
ビームのパワーの方が第2表面2−2のB点からの反射
ビームのパワーよりもかなり大きいため、A点とB点か
ら反射ビームを明確に区別するためには、パルス幅を無
視した場合、フェーズドアレイアンテナ位置をOとする
と、次式(1)が成立すればよいことがわかる OAの長さ<OBの長さ ・・・・・・・(1)
【0013】上記(1)式が成立すれば、第1層の厚さ
HB(深さ分解能)を計測することが可能となるが、こ
の深さ分解能を向上させるためには、OAの長さを短
く、すなわちAHの長さを短くすればよいことになる。
なお、H点はフェーズドアレイアンテナ4から月面2に
下ろした垂線と第1表面2−1との交点である。AHの
長さを短くするためには、一般的には非常に狭いビーム
幅を形成する大開口アンテナを必要とするが、本発明に
おいては、上記のように単一のフェーズドアレイアンテ
ナ4を用いて等価的に狭いビーム幅ωの合成送受信ビー
ムを形成するようにしているので、AHの長さを短くし
て、OAの長さを短くでき、したがって短いHBの距離
も計測可能となり、深さ分解能を向上させることができ
る。
【0014】パルス幅τ(s)を考慮すると、(1)式
は次式(2)のように表される。 OAの長さ<OBの長さ−cτ/2 ・・・・・・・(2) ここで、cは光速である。(2)式からもわかるよう
に、深さ分解能を上げるには、ビーム幅を狭くするだけ
でなく、パルス幅τも短くすることが必要である。従来
の通常のレーダにおいてはビーム幅で定まる方位分解能
と、パルス幅で定まる距離分解能とは独立しているが、
本発明に係るレーダ装置においては、距離分解能に対応
する深さ分解能は、上記(2)式の条件を満たすBHの
最小値で表され、(2)式は方位分解能を表すAHの項
が関与しているため、通常のレーダとは異なり、深さ分
解能(距離分解)は方位分解能と関連をもっていること
がわかる。
【0015】なお、上記実施例では、月周回観測衛星に
搭載した月地下探査レーダに本発明を適用したものを示
したが、本発明はこれに限らず、地上用、宇宙機搭載
用、移動体用のレーダなど広範囲に亘って適用できるも
のであり、また本実施例では単体のフェーズドアレイア
ンテナを用いたものを示したが、パラボラアンテナ等を
用いて、一次輻射器配置部分にフェーズドアレイアンテ
ナを設けて反射鏡を利用するように構成することもでき
る。
【0016】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、単一のフェーズドアレイアンテナを用
いて、等価的に狭いビーム幅の合成送受信ビームを形成
するように構成したので、小型のアンテナで等価的にビ
ーム幅を狭くすることができ、宇宙機等への搭載を容易
にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーダ装置の一実施例を示す概念
図である。
【図2】図1に示した実施例を横方向からみた概略図で
ある。
【図3】図1に示した実施例の月面上におけるビームパ
ターンの広がり状態を示す図である。
【図4】図1に示した実施例において、送信ビームと受
信ビームと合成送受信ビームの各ビームパターンの計算
例を示す図である。
【符号の説明】
1 月周回観測衛星 2 月面 3 送受信装置 4 フェーズドアレイアンテナ 5 レーダ装置 6 送信ビーム 7 受信ビーム 8 送信ビーム軸 9 受信ビーム軸 10 垂直軸 11 送信ビームパターン領域 12 受信ビームパターン領域 13 重なり部分 15 合成送受信ビーム

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地上設置用又は宇宙機等の飛翔体に搭載
    されるレーダ装置において、送受兼用アンテナとしてフ
    ェーズドアレーアンテナを備え、各アンテナ素子に対す
    る給電位相を調整して送信時の送信ビームと受信時の受
    信ビームの各ビーム軸を異ならせ、観測対象領域におい
    て送信時のビームパターンと受信時のビームパターンの
    一部のみが互いに重なり合うように構成し、等価的に狭
    いビーム幅を形成するようにしたことを特徴とするレー
    ダ装置。
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