JP6908406B2 - Radar transmission beam calibration equipment, programs and methods - Google Patents
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Description
本開示は、気象レーダ等として用いられビーム方向の電子走査を行なうフェーズドアレイレーダにおける、送信ビーム方向を校正する技術に関する。 The present disclosure relates to a technique for calibrating the transmission beam direction in a phased array radar that is used as a weather radar or the like and performs electron scanning in the beam direction.
気象レーダ等として、仰角方向の電子走査を行なうことにより、高速スキャンを行なうことができる、フェーズドアレイレーダが知られている。フェーズドアレイレーダでは、送受信アンテナの各アンテナ素子の励振位相を調整することにより、送受信ビームの仰角方向の指向性を制御することができる。 As a weather radar or the like, a phased array radar capable of performing high-speed scanning by performing electronic scanning in the elevation angle direction is known. In the phased array radar, the directivity in the elevation angle direction of the transmission / reception beam can be controlled by adjusting the excitation phase of each antenna element of the transmission / reception antenna.
ところで、レーダ装置の出荷時には、送受信アンテナの各アンテナ素子の励振位相のオフセット値は、キャリブレーションされている。しかし、経時変化又は温度変化により、送受信アンテナの各アンテナ素子の励振位相のオフセット値は、変化してしまうことがある。その結果、実際の送受信ビームの仰角方向の指向性は、本来の送受信ビームの仰角方向の指向性から、ずれてしまうことがある。 By the way, at the time of shipment of the radar device, the offset value of the excitation phase of each antenna element of the transmitting / receiving antenna is calibrated. However, the offset value of the excitation phase of each antenna element of the transmitting / receiving antenna may change due to a change with time or a change in temperature. As a result, the directivity in the elevation angle direction of the actual transmission / reception beam may deviate from the directivity in the elevation angle direction of the original transmission / reception beam.
気象レーダにおける降水量は、受信電力及び送受信アンテナのゲインに基づいて算出される。よって、送受信ビームの仰角方向の指向性のずれにより、実際に測定される降水量は、本来測定される降水量から、ずれてしまうことがある。 Precipitation in a weather radar is calculated based on the received power and the gain of the transmitting and receiving antennas. Therefore, the amount of precipitation actually measured may deviate from the amount of precipitation originally measured due to the deviation of the directivity in the elevation angle direction of the transmission / reception beam.
そこで、送受信アンテナの各アンテナ素子の移相器として、経時変化又は温度変化による特性変化が小さいデバイスを利用する。あるいは、特許文献１、２のように、送受信アンテナの各アンテナ素子の移相器について、経時変化又は温度変化による位相特性変化をモニタして、位相特性を校正している。
Therefore, as a phase shifter for each antenna element of the transmitting / receiving antenna, a device having a small characteristic change due to a change with time or a change in temperature is used. Alternatively, as in
しかし、上記のように経時変化等が小さいデバイスの採用には、コスト及び部品選定の点で限界がある。一方、特許文献１、２では、経時変化又は温度変化による位相特性変化をモニタする装置を必要として、レーダ装置を簡素化することができない。さらに、特許文献１、２では、送受信アンテナの各アンテナ素子の移相器の校正を行なうときには、レーダ測定のステップとは別に校正のステップが必要となり、常時に渡ってはレーダ測定を行なうことができない。
However, as described above, there are limits to the adoption of devices with small changes over time in terms of cost and component selection. On the other hand, in
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、（１）送受信アンテナの各アンテナ素子の移相器に特別な機構を設けることなく、かつ、経時変化又は温度変化による位相特性変化をモニタする装置を不要として、レーダ装置を簡素化すること、及び、（２）送受信アンテナの各アンテナ素子の移相器の校正を行ないつつも、気象レーダにおける降水量等の測定を行なうことにより、常時に渡ってレーダ測定を行なうことを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present disclosure (1) monitors a change in phase characteristics due to a change over time or a change in temperature without providing a special mechanism in the phase shifter of each antenna element of the transmitting / receiving antenna. By eliminating the need for a device, simplifying the radar device, and (2) calibrating the phase shifter of each antenna element of the transmitting and receiving antennas, and measuring the amount of precipitation, etc. with the weather radar, at all times. The purpose is to make radar measurements across.
本開示のフェーズドアレイレーダでは、送信ビームのビーム幅を広くするとともに、受信ビームのビーム幅を狭くすることにより、複数の受信ビームを送信ビーム内に同時に形成する。そして、送信ビーム方向を切り替えることにより、ビーム方向の高速スキャンを行なう。 In the phased array radar of the present disclosure, a plurality of received beams are simultaneously formed in the transmitted beam by widening the beam width of the transmitted beam and narrowing the beam width of the received beam. Then, by switching the transmission beam direction, high-speed scanning in the beam direction is performed.
ここで、送信ビームのビーム幅を広くするために、送信アンテナのアンテナ素子数を少なくしている。よって、送信アンテナの数個のアンテナ素子の移相器が経時変化又は温度変化したときには、実際の送信ビームの指向性は、本来の送信ビームの指向性から、大きくずれてしまう。 Here, in order to widen the beam width of the transmitting beam, the number of antenna elements of the transmitting antenna is reduced. Therefore, when the phase shifters of several antenna elements of the transmitting antenna change with time or the temperature, the directivity of the actual transmitting beam deviates greatly from the directivity of the original transmitting beam.
一方で、受信ビームのビーム幅を狭くするために、受信アンテナのアンテナ素子数を多くしている。よって、受信アンテナの数個のアンテナ素子の移相器が経時変化又は温度変化したときでも、実際の受信ビームの指向性は、本来の受信ビームの指向性から、大きくずれる可能性は低い。 On the other hand, in order to narrow the beam width of the receiving beam, the number of antenna elements of the receiving antenna is increased. Therefore, even when the phase shifters of several antenna elements of the receiving antenna change with time or the temperature, it is unlikely that the directivity of the actual receiving beam deviates significantly from the directivity of the original receiving beam.
よって、送信アンテナのゲインが落ちているビーム方向において、つまり、送信ビームの切り替わりのビーム方向付近において、送信ビームの方向誤差に応じて送信アンテナのゲインが大きく変動する。ここで、送信アンテナのゲインと受信アンテナのゲインとを掛け合わせた値を用いて、気象レーダにおける降水量等の測定値を算出する。よって、送信アンテナのゲインが落ちているビーム方向において、つまり、送信ビームの切り替わりのビーム方向付近において、気象レーダにおける降水量等の測定値は、不連続に変化してしまう。 Therefore, in the beam direction in which the gain of the transmitting antenna is lowered, that is, in the vicinity of the beam direction in which the transmitting beam is switched, the gain of the transmitting antenna fluctuates greatly according to the direction error of the transmitting beam. Here, the measured value such as the amount of precipitation in the weather radar is calculated by using the value obtained by multiplying the gain of the transmitting antenna and the gain of the receiving antenna. Therefore, in the beam direction in which the gain of the transmitting antenna is low, that is, in the vicinity of the beam direction in which the transmitting beam is switched, the measured values such as precipitation by the weather radar change discontinuously.
本開示のフェーズドアレイレーダでは、気象レーダにおける降水量等の測定値の不連続性を逆手にとって利用する。つまり、気象レーダにおける降水量等の測定値の不連続幅に基づいて、送信アンテナのゲインの不連続幅を算出する。そして、送信アンテナのゲインの不連続幅に基づいて、送信ビームの指向性のずれ幅を算出する。さらに、送信ビームの指向性のずれ幅が低減されるように、送信アンテナの各アンテナ素子の励振位相のオフセット値を校正する。 In the phased array radar of the present disclosure, the discontinuity of the measured values such as precipitation in the weather radar is used in reverse. That is, the discontinuity width of the gain of the transmitting antenna is calculated based on the discontinuity width of the measured value such as the amount of precipitation in the weather radar. Then, the deviation width of the directivity of the transmission beam is calculated based on the discontinuous width of the gain of the transmission antenna. Further, the offset value of the excitation phase of each antenna element of the transmitting antenna is calibrated so that the deviation width of the directivity of the transmitting beam is reduced.
具体的には、本開示は、ビーム方向の電子走査を行なうフェーズドアレイレーダにおける、送信ビーム方向を校正するレーダ送信ビーム校正装置であって、ビーム幅が受信ビームより広い送信ビームで電波が送信された後に、反射又は散乱された電波をビーム幅が送信ビームより狭い受信ビームで受信する電波受信部と、送信ビームの切り替わりのビーム方向付近における受信電力のビーム方向依存性の不連続幅が低減されるように、送信ビーム方向の校正幅を算出する送信ビーム校正部と、を備えることを特徴とするレーダ送信ビーム校正装置である。 Specifically, the present disclosure is a radar transmission beam calibrator that calibrates the transmission beam direction in a phased array radar that performs electron scanning in the beam direction, and radio waves are transmitted by a transmission beam having a beam width wider than that of a reception beam. After that, the discontinuity of the beam direction dependence of the received power in the vicinity of the beam direction of switching between the radio wave receiving unit that receives the reflected or scattered radio waves with a receiving beam whose beam width is narrower than that of the transmitting beam is reduced. As described above, the radar transmission beam calibration device is provided with a transmission beam calibration unit for calculating a calibration width in the transmission beam direction.
また、本開示は、ビーム方向の電子走査を行なうフェーズドアレイレーダにおける、送信ビーム方向を校正するレーダ送信ビーム校正プログラムであって、ビーム幅が受信ビームより広い送信ビームで電波が送信された後に、反射又は散乱された電波をビーム幅が送信ビームより狭い受信ビームで受信する電波受信ステップと、送信ビームの切り替わりのビーム方向付近における受信電力のビーム方向依存性の不連続幅が低減されるように、送信ビーム方向の校正幅を算出する送信ビーム校正ステップと、をコンピュータに順に実行させるためのレーダ送信ビーム校正プログラムである。 Further, the present disclosure is a radar transmission beam calibration program for calibrating the transmission beam direction in a phased array radar that performs electronic scanning in the beam direction, after radio waves are transmitted by a transmission beam having a beam width wider than that of a reception beam. To reduce the beam direction-dependent discontinuity of the received power near the beam direction of switching the transmission beam and the radio reception step of receiving the reflected or scattered radio waves with a reception beam whose beam width is narrower than that of the transmission beam. , A radar transmission beam calibration program for causing a computer to sequentially execute a transmission beam calibration step for calculating a calibration width in the transmission beam direction.
また、本開示は、ビーム方向の電子走査を行なうフェーズドアレイレーダにおける、送信ビーム方向を校正するレーダ送信ビーム校正方法であって、ビーム幅が受信ビームより広い送信ビームで電波が送信された後に、反射又は散乱された電波をビーム幅が送信ビームより狭い受信ビームで受信する電波受信ステップと、送信ビームの切り替わりのビーム方向付近における受信電力のビーム方向依存性の不連続幅が低減されるように、送信ビーム方向の校正幅を算出する送信ビーム校正ステップと、を順に備えることを特徴とするレーダ送信ビーム校正方法である。 Further, the present disclosure is a radar transmission beam calibration method for calibrating the transmission beam direction in a phased array radar that performs electron scanning in the beam direction, after radio waves are transmitted by a transmission beam having a beam width wider than that of a reception beam. To reduce the beam direction-dependent discontinuity of the received power near the beam direction of switching the transmission beam and the radio reception step of receiving the reflected or scattered radio waves with a reception beam whose beam width is narrower than that of the transmission beam. , A radar transmission beam calibration method comprising, in order, a transmission beam calibration step for calculating a calibration width in the transmission beam direction.
この構成によれば、送信アンテナの各アンテナ素子の移相器に特別な機構を設けることなく、かつ、気象レーダにおける降水量等の測定値をモニタする通常の構成のみを必要として、レーダ装置を簡素化することができる。そして、気象レーダにおける降水量等の測定を行ないながら、送信アンテナの各アンテナ素子の移相器の校正を行なうことにより、常時に渡ってレーダ測定を行なうことができる。 According to this configuration, the radar device requires only a normal configuration for monitoring measured values such as precipitation in a weather radar without providing a special mechanism for the phase shifter of each antenna element of the transmitting antenna. It can be simplified. Then, by calibrating the phase shifter of each antenna element of the transmitting antenna while measuring the amount of precipitation in the weather radar, the radar measurement can be performed at all times.
また、本開示は、算出された送信ビーム方向の前記校正幅に基づいて、送信ビーム方向の指向性を制御する移相器を校正する移相器校正部、をさらに備えることを特徴とするレーダ送信ビーム校正装置である。 Further, the present disclosure further includes a phase shifter calibration unit that calibrates a phase shifter that controls directivity in the transmit beam direction based on the calculated calibration width in the transmit beam direction. It is a transmission beam calibration device.
この構成によれば、送信アンテナの各アンテナ素子の移相器の校正を行なった後に、気象レーダにおける降水量等の測定値の不連続性を低減することができる。 According to this configuration, it is possible to reduce the discontinuity of the measured values such as precipitation in the weather radar after calibrating the phase shifter of each antenna element of the transmitting antenna.
また、本開示は、算出された送信ビーム方向の前記校正幅に基づいて、受信電力のビーム方向依存性から前記不連続幅を低減するデータ校正部、をさらに備えることを特徴とするレーダ送信ビーム校正装置である。 Further, the present disclosure further includes a data calibration unit that reduces the discontinuous width from the beam direction dependence of the received power based on the calculated calibration width in the transmission beam direction. It is a calibration device.
この構成によれば、送信アンテナの各アンテナ素子の移相器の校正を行なわなくても、気象レーダにおける降水量等の測定値の不連続性を低減することができる。 According to this configuration, it is possible to reduce the discontinuity of the measured values such as precipitation in the weather radar without calibrating the phase shifter of each antenna element of the transmitting antenna.
このように、本開示によれば、（１）送受信アンテナの各アンテナ素子の移相器に特別な機構を設けることなく、かつ、経時変化又は温度変化による位相特性変化をモニタする装置を不要として、レーダ装置を簡素化すること、及び、（２）送受信アンテナの各アンテナ素子の移相器の校正を行ないつつも、気象レーダにおける降水量等の測定を行なうことにより、常時に渡ってレーダ測定を行なうことができる。 As described above, according to the present disclosure, (1) without providing a special mechanism in the phase shifter of each antenna element of the transmitting / receiving antenna, and eliminating the need for a device for monitoring the phase characteristic change due to the aging change or the temperature change. Radar measurement at all times by simplifying the radar device and (2) calibrating the phase shifter of each antenna element of the transmitting and receiving antennas while measuring the amount of precipitation in the weather radar. Can be done.
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the embodiments of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.
（本開示の送信ビーム校正装置の校正原理）
本開示のレーダ装置の構成を図１に示す。レーダ装置Ａは、仰角方向の電子走査を行なうフェーズドアレイレーダに適用され、送信ビーム形成装置１、受信ビーム形成装置２、送信ビーム校正装置３及びデータ表示装置４から構成される。
(Calibration principle of the transmission beam calibration apparatus of the present disclosure)
The configuration of the radar device of the present disclosure is shown in FIG. The radar device A is applied to a phased array radar that performs electron scanning in the elevation angle direction, and includes a transmission
送信ビーム形成装置１は、仰角方向のビーム幅がより広い送信ビームで、電波を物標Ｔへと照射するために、発振器１１、複数の送信アンテナ素子１３、及び、各送信アンテナ素子１３についての各移相器１２から構成される。
The transmission
受信ビーム形成装置２は、仰角方向のビーム幅がより狭い受信ビームで、物標Ｔから反射又は散乱された電波を受信するために、複数の受信アンテナ素子２１、各受信アンテナ素子２１についての各移相器２２、及び、各移相器２２からの出力を合成する合成器２３から構成される。また、複数の受信ビームを送信ビーム内に同時に形成するために、各々の受信ビームについて複数の受信アンテナ素子２１を共用したうえで、各々の受信ビームについて各々の受信ビーム形成装置２を搭載している。
The reception
本開示の送受信ビームの指向性を図２に示す。本開示の送受信ビームのスキャンを図３に示す。本開示のフェーズドアレイレーダでは、送信ビームの仰角方向のビーム幅（図２、３では、約１０°）を広くするとともに、受信ビームの仰角方向のビーム幅（図２、３では、約１°）を狭くすることにより、複数の受信ビームを送信ビーム内に同時に形成する。そして、送信ビームの仰角方向を切り替えることにより、仰角方向の高速スキャンを行なう。 The directivity of the transmission / reception beam of the present disclosure is shown in FIG. A scan of the transmit and receive beams of the present disclosure is shown in FIG. In the phased array radar of the present disclosure, the beam width in the elevation angle direction of the transmission beam (about 10 ° in FIGS. 2 and 3) is widened, and the beam width in the elevation angle direction of the reception beam (about 1 ° in FIGS. 2 and 3) is widened. ) Is narrowed to form a plurality of receiving beams in the transmitting beam at the same time. Then, by switching the elevation angle direction of the transmission beam, high-speed scanning in the elevation angle direction is performed.
まず、第１の送受信では、０°から９°までの仰角範囲において、約１０°の仰角方向のビーム幅を有する１本の送信ビームを形成し、約１°の仰角方向のビーム幅を有する１０本の受信ビームを同時に形成する。次に、第２の送受信では、１０°から１９°までの仰角範囲において、約１０°の仰角方向のビーム幅を有する１本の送信ビームを形成し、約１°の仰角方向のビーム幅を有する１０本の受信ビームを同時に形成する。次に、第３の送受信では、２０°から２９°までの仰角範囲において、約１０°の仰角方向のビーム幅を有する１本の送信ビームを形成し、約１°の仰角方向のビーム幅を有する１０本の受信ビームを同時に形成する。３０°から９０°までの仰角範囲においても、以上と同様の送受信を繰り返す。
First, in the first transmission / reception, one transmission beam having a beam width in the elevation angle direction of about 10 ° is formed in an elevation angle range from 0 ° to 9 °, and has a beam width in the elevation angle direction of about 1 °.
ここで、送信ビームの仰角方向のビーム幅を広くするために、送信アンテナ素子１３の個数を少なくしている。よって、数個の送信アンテナ素子１３の移相器１２が経時変化又は温度変化したときには、実際の送信ビームの仰角方向の指向性は、本来の送信ビームの仰角方向の指向性から、大きくずれてしまう。
Here, in order to widen the beam width in the elevation angle direction of the transmission beam, the number of
一方で、受信ビームの仰角方向のビーム幅を狭くするために、受信アンテナ素子２１の個数を多くしている。よって、数個の受信アンテナ素子２１の移相器２２が経時変化又は温度変化したときでも、実際の受信ビームの仰角方向の指向性は、本来の受信ビームの仰角方向の指向性から、大きくずれる可能性は低い。
On the other hand, the number of receiving
本開示の送信ビームの仰角方向のビームずれ「発生」を図４に示す。本開示の送信ビームの仰角方向のビームずれ「発生」時における、本来の受信電力に対する実際の受信電力の割合の仰角方向依存性を図５に示す。 FIG. 4 shows the “occurrence” of the beam shift “occurrence” of the transmission beam of the present disclosure in the elevation angle direction. FIG. 5 shows the dependence of the ratio of the actual received power to the original received power in the elevation direction when the beam shift “occurs” in the elevation direction of the transmitted beam of the present disclosure.
実際の送信ビームの仰角方向の指向性は、本来の送信ビームの仰角方向の指向性から、低仰角方向にずれている。よって、０°、１０°、２０°、・・・の仰角方向において、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインは、送信ビームの仰角方向のビームずれ発生時には、送信ビームの仰角方向のビームずれ発生前より、増加している。そして、９°、１９°、２９°、・・・の仰角方向において、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインは、送信ビームの仰角方向のビームずれ発生時には、送信ビームの仰角方向のビームずれ発生前より、減少している。
The directivity in the elevation angle direction of the actual transmission beam deviates from the original directivity in the elevation angle direction of the transmission beam in the low elevation angle direction. Therefore, in the elevation angle directions of 0 °, 10 °, 20 °, ... Is increasing. Then, in the elevation angles of 9 °, 19 °, 29 °, ..., The gains of the plurality of transmitting
よって、複数の送信アンテナ１３のゲインが落ちているビーム方向において、つまり、送信ビームの切り替わりの仰角方向付近（９°と１０°の間、１９°と２０°の間、２９°と３０°の間、・・・）において、送信ビームの方向誤差に応じて複数の送信アンテナ１３のゲインが大きく変動する。ここで、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインと複数の受信アンテナ素子２１によるゲインとを掛け合わせた値を用いて、気象レーダにおける降水量等の測定値を算出する。よって、複数の送信アンテナ１３のゲインが落ちているビーム方向において、つまり、送信ビームの切り替わりの仰角方向付近（９°と１０°の間、１９°と２０°の間、２９°と３０°の間、・・・）において、気象レーダにおける降水量等の測定値は、不連続に変化してしまう。
Therefore, in the beam direction in which the gains of the plurality of transmitting
本開示の送信ビームの仰角方向のビームずれ「校正」を図６に示す。本開示の送信ビームの仰角方向のビームずれ「校正」時における、本来の受信電力に対する実際の受信電力の割合の仰角方向依存性を図７に示す。 The beam deviation “calibration” of the transmission beam of the present disclosure in the elevation angle direction is shown in FIG. FIG. 7 shows the dependence of the ratio of the actual received power to the original received power in the elevation direction during the beam deviation “calibration” of the transmitted beam of the present disclosure in the elevation direction.
実際の送信ビームの仰角方向の指向性は、本来の送信ビームの仰角方向の指向性へと、高仰角方向に校正される。よって、０°、１０°、２０°、・・・の仰角方向において、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインは、送信ビームの仰角方向のビームずれ校正時には、送信ビームの仰角方向のビームずれ校正前より、減少している。そして、９°、１９°、２９°、・・・の仰角方向において、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインは、送信ビームの仰角方向のビームずれ校正時には、送信ビームの仰角方向のビームずれ校正前より、増加している。
The directivity in the elevation angle direction of the actual transmission beam is calibrated in the high elevation angle direction to the directivity in the elevation angle direction of the original transmission beam. Therefore, in the elevation angles of 0 °, 10 °, 20 °, ..., The gains of the plurality of transmitting
よって、複数の送信アンテナ１３のゲインが落ちているビーム方向において、つまり、送信ビームの切り替わりの仰角方向付近（９°と１０°の間、１９°と２０°の間、２９°と３０°の間、・・・）において、送信ビームの方向誤差が生じず複数の送信アンテナ１３のゲインが連続的に推移する。ここで、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインと複数の受信アンテナ素子２１によるゲインとを掛け合わせた値を用いて、気象レーダにおける降水量等の測定値を算出する。よって、複数の送信アンテナ１３のゲインが落ちているビーム方向において、つまり、送信ビームの切り替わりの仰角方向付近（９°と１０°の間、１９°と２０°の間、２９°と３０°の間、・・・）において、気象レーダにおける降水量等の測定値は、連続的に推移するようになる。
Therefore, in the beam direction in which the gains of the plurality of transmitting
そこで、本開示のフェーズドアレイレーダでは、気象レーダにおける降水量等の測定値の不連続性を逆手にとって利用する。つまり、気象レーダにおける降水量等の測定値の不連続幅（図５に示した受信電力の不連続幅）に基づいて、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインの不連続幅（図４に示したゲインの増加幅と減少幅の和）を算出する。そして、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインの不連続幅に基づいて、送信ビームの仰角方向の指向性のずれ幅（図４に示したビームのずれ幅）を算出する。さらに、送信ビームの仰角方向の指向性のずれ幅が低減されるように、各送信アンテナ素子１３についての各移相器１２のオフセット値を校正する。
Therefore, in the phased array radar of the present disclosure, the discontinuity of the measured values such as precipitation in the weather radar is used in reverse. That is, the gain discontinuity width by the plurality of transmitting antenna elements 13 (shown in FIG. 4) is based on the discontinuity width of the measured values such as the amount of precipitation in the weather radar (the discontinuity width of the received power shown in FIG. 5). Calculate the sum of the gain increase and decrease). Then, the deviation width of the directivity in the elevation angle direction of the transmission beam (the deviation width of the beam shown in FIG. 4) is calculated based on the discontinuous width of the gain by the plurality of transmitting
より一般的には、図１において、送信ビーム校正装置３は、送信ビームの仰角方向を校正するために、電波受信部３１、送信ビーム校正部３２、移相器校正部３３及びデータ校正部３４から構成される。
More generally, in FIG. 1, the transmitting
電波受信部３１は、仰角方向のビーム幅が受信ビームより広い送信ビームで電波が送信された後に、物標Ｔから反射又は散乱された電波を各仰角方向の受信ビームで受信する。送信ビーム校正部３２は、送信ビームの切り替わりの仰角方向付近における受信電力の仰角方向依存性の不連続幅が低減されるように、送信ビームの仰角方向の校正幅を算出する。
The radio
よって、各送信アンテナ素子１３についての各移相器１２に特別な機構を設けることなく、かつ、気象レーダにおける降水量等の測定値をモニタする電波受信部３１のみを必要として、レーダ装置Ａを簡素化することができる。そして、気象レーダにおける降水量等の測定を行ないながら、各送信アンテナ素子１３についての各移相器１２の校正を行なうことにより、常時に渡ってレーダ測定を行なうことができる。
Therefore, the radar device A is required without providing a special mechanism in each
移相器校正部３３は、算出された送信ビームの仰角方向の上記校正幅に基づいて、送信ビームの仰角方向の指向性を制御する移相器１２を校正する。
The phase
よって、各送信アンテナ素子１３についての各移相器１２の校正を行なった後に、気象レーダにおける降水量等の測定値の不連続性を低減することができる。
Therefore, after calibrating each
移相器校正部３３が、各送信アンテナ素子１３についての各移相器１２の校正を行なった後に、データ表示装置４は、受信電力の仰角方向依存性を、電波受信部３１から取得してディスプレイにおいて表示してもよい。
After the phase
データ校正部３４は、算出された送信ビームの仰角方向の上記校正幅に基づいて、受信電力の仰角方向依存性から上記不連続幅を低減する。
The
よって、各送信アンテナ素子１３についての各移相器１２の校正を行なわなくても、気象レーダにおける降水量等の測定値の不連続性を低減することができる。
Therefore, it is possible to reduce the discontinuity of the measured values such as the amount of precipitation in the weather radar without calibrating each
移相器校正部３３が、各送信アンテナ素子１３についての各移相器１２の校正を行なわなくても、データ表示装置４は、受信電力の仰角方向依存性を、データ校正部３４から取得してディスプレイにおいて表示してもよい。
Even if the phase
なお、本開示の送信ビーム校正処理の各ステップは、送信ビーム校正装置３にインストールされたプログラムにより、実現することができる。
Each step of the transmission beam calibration process of the present disclosure can be realized by a program installed in the transmission
（本開示の送信ビーム校正装置の校正結果）
本開示のレーダ装置の測定結果を図８に示す。図８では、気象レーダにおいて、降水量に応じて変化するレーダ反射因子の測定値を算出している。図８の上段では、とある特定の仰角方向における、方位角方向及びレーダ装置Ａからの距離に対する、受信電力の依存性を示す。図８の中段では、方位角方向での受信電力の平均処理の後における、仰角方向及びレーダ装置Ａからの距離に対する、受信電力の依存性を示す。
(Calibration result of the transmission beam calibration device of the present disclosure)
The measurement results of the radar device of the present disclosure are shown in FIG. In FIG. 8, in the weather radar, the measured value of the radar reflection factor that changes according to the amount of precipitation is calculated. The upper part of FIG. 8 shows the dependence of the received power on the azimuth direction and the distance from the radar device A in a certain elevation angle direction. The middle part of FIG. 8 shows the dependence of the received power on the elevation direction and the distance from the radar device A after the average processing of the received power in the azimuth direction.
レーダ反射因子Ｚは、以下のように算出される：Ｚ＝Ｒ２ＣＰＷ／（ＧＴＸＧＲＸ）。ここで、Ｒは、レーダ装置Ａからの距離であり、Ｃは、一定の係数であり、ＰＷは、受信電力であり、ＧＴＸは、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインであり、ＧＲＸは、複数の受信アンテナ素子２１によるゲインである。
The radar reflection factor Z is calculated as follows: Z = R 2 CP W / (G TX G RX ). Here, R is the distance from the radar device A, C is a constant coefficient, P W is the received power, G TX is the gain from the plurality of transmitting
ここで、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインが、ＧＴＸからＧＴＸ’へとずれても、受信電力は、ＰＷからＰＷ’へとずれるが、レーダ反射因子は、Ｚのままであるはずである。つまり、Ｚ＝Ｒ２ＣＰＷ’／（ＧＴＸ’ＧＲＸ）が成り立つ。しかし、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインが、ＧＴＸのままであると想定されたうえで、受信電力が、ＰＷからＰＷ’へとずれると、レーダ反射因子は、ＺからＺ’へとずれる。つまり、Ｚ’＝Ｒ２ＣＰＷ’／（ＧＴＸＧＲＸ）が成り立つ。よって、複数の送信アンテナ素子１３によるゲインが、ＧＴＸからＧＴＸ’へとずれると、レーダ反射因子は、ＺからＺ’＝Ｚ（ＧＴＸ’／ＧＴＸ）へとずれる。
Here, the gain of a plurality of transmit
図８の中段では、送信ビームの切り替わりの仰角方向付近（９°と１０°の間、１９°と２０°の間、２９°と３０°の間、・・・における、紙面左右方向の白い帯を参照。）において、レーダ反射因子の測定値は、不連続に変化してしまう。 In the middle part of FIG. 8, a white band in the left-right direction of the paper surface near the elevation angle direction of the switching of the transmission beam (between 9 ° and 10 °, between 19 ° and 20 °, between 29 ° and 30 °, ... In), the measured value of the radar reflection factor changes discontinuously.
本開示の送信ビームの仰角方向のビームずれ「発生」時における、受信電力の測定結果の仰角方向依存性を図９に示す。図９では、レーダ装置Ａからの距離方向での受信電力の平均処理の後における、受信電力の仰角方向依存性を示す。 FIG. 9 shows the dependence of the measurement result of the received power in the elevation direction when the beam shift “occurs” in the elevation direction of the transmission beam of the present disclosure. FIG. 9 shows the dependence of the received power in the elevation direction after the average processing of the received power in the distance direction from the radar device A.
送信ビームの仰角方向のビームずれ発生時では、送信ビームの切り替わりの仰角方向付近（９°と１０°の間、１９°と２０°の間、２９°と３０°の間、及び、３９°と４０°の間等）において、レーダ反射因子の測定値が、不連続に変化してしまう。 When a beam shift occurs in the elevation angle direction of the transmission beam, the transmission beam is switched in the vicinity of the elevation angle direction (between 9 ° and 10 °, between 19 ° and 20 °, between 29 ° and 30 °, and 39 °. At 40 °, etc.), the measured value of the radar reflection factor changes discontinuously.
本開示の送信ビームの仰角方向のビームずれ「校正」時における、受信電力の測定結果の仰角方向依存性を図１０に示す。図１０では、レーダ装置Ａからの距離方向での受信電力の平均処理の後における、受信電力の仰角方向依存性を示す。 FIG. 10 shows the dependence of the measurement result of the received power in the elevation direction at the time of beam deviation “calibration” in the elevation direction of the transmission beam of the present disclosure. FIG. 10 shows the dependence of the received power in the elevation direction after the average processing of the received power in the distance direction from the radar device A.
送信ビームの仰角方向のビームずれ校正時では、送信ビームの切り替わりの仰角方向付近（９°と１０°の間、１９°と２０°の間、２９°と３０°の間、及び、３９°と４０°の間等）において、レーダ反射因子の測定値が、連続的に推移するようになる。 At the time of beam deviation calibration in the elevation angle direction of the transmission beam, near the elevation angle direction of switching of the transmission beam (between 9 ° and 10 °, between 19 ° and 20 °, between 29 ° and 30 °, and 39 °. At 40 °, etc.), the measured value of the radar reflection factor will change continuously.
（以上の実施形態に対する変形例）
以上の実施形態では、仰角方向の電子走査を行なうフェーズドアレイレーダにおいて、送信ビームの仰角方向を校正している。しかし、変形例として、方位角方向の電子走査を行なうフェーズドアレイレーダにおいて、送信ビームの方位角方向を校正してもよい。つまり、一般的には、ビーム方向の電子走査を行なうフェーズドアレイレーダにおいて、送信ビーム方向を校正してもよい。ここで、送信ビームの仰角方向を校正することに代えて、送信ビームの方位角方向を校正するためには、送信アンテナ素子１３及び受信アンテナ素子２１を９０°回転させたうえで、以上の実施形態のアルゴリズムと同様なアルゴリズムを適用すればよい。
(Variation example for the above embodiment)
In the above embodiment, the elevation direction of the transmission beam is calibrated in the phased array radar that performs electron scanning in the elevation angle direction. However, as a modification, the azimuth direction of the transmission beam may be calibrated in a phased array radar that performs electron scanning in the azimuth direction. That is, in general, the transmission beam direction may be calibrated in a phased array radar that performs electron scanning in the beam direction. Here, instead of calibrating the elevation angle direction of the transmission beam, in order to calibrate the azimuth angle direction of the transmission beam, the
本開示のレーダ送信ビーム校正装置、プログラム及び方法は、気象レーダにおいて降水量等の測定値を算出する等の目的で適用することができる。 The radar transmission beam calibration device, program and method of the present disclosure can be applied for the purpose of calculating measured values such as precipitation in a weather radar.
Ａ：レーダ装置
１：送信ビーム形成装置
２：受信ビーム形成装置
３：送信ビーム校正装置
４：データ表示装置
１１：発振器
１２：移相器
１３：送信アンテナ素子
２１：受信アンテナ素子
２２：移相器
２３：合成器
３１：電波受信部
３２：送信ビーム校正部
３３：移相器校正部
３４：データ校正部
A: Radar device 1: Transmit beam forming device 2: Receive beam forming device 3: Transmit beam calibration device 4: Data display device 11: Oscillator 12: Phase shifter 13: Transmit antenna element 21: Receive antenna element 22: Phase shifter 23: Synthesizer 31: Radio wave receiving unit 32: Transmission beam calibration unit 33: Phase shifter calibration unit 34: Data calibration unit
Claims (5)
ビーム幅が受信ビームより広い送信ビームで電波が送信された後に、反射又は散乱された電波をビーム幅が送信ビームより狭い受信ビームで受信する電波受信部と、
送信ビームのビーム幅分、送信ビーム方向を切り替える際の、切り替え前の送信ビームと切り替え後の送信ビームとの中間付近において、受信電力のビーム方向依存性の不連続幅が低減されるように、送信ビーム方向の校正幅を算出する送信ビーム校正部と、
を備えることを特徴とするレーダ送信ビーム校正装置。 A radar transmission beam calibration device that calibrates the transmission beam direction in a phased array radar that performs electron scanning in the beam direction.
A radio wave receiver that receives reflected or scattered radio waves with a reception beam whose beam width is narrower than the transmission beam after the radio waves are transmitted with a transmission beam whose beam width is wider than the reception beam.
When switching the transmission beam direction by the beam width of the transmission beam, the discontinuity width of the beam direction dependence of the received power is reduced in the vicinity of the middle between the transmission beam before switching and the transmission beam after switching. A transmission beam calibration unit that calculates the calibration width in the transmission beam direction,
A radar transmission beam calibration device characterized by being equipped with.
ことを特徴とする、請求項１に記載のレーダ送信ビーム校正装置。 The first aspect of claim 1, further comprising a phase shifter calibration unit that calibrates the phase shifter that controls the directivity of the transmit beam direction based on the calculated calibration width of the transmit beam direction. Radar transmission beam calibration device.
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーダ送信ビーム校正装置。 The invention according to claim 1 or 2, further comprising a data calibration unit that reduces the discontinuity width from the beam direction dependence of the received power based on the calculated calibration width in the transmission beam direction. Radar transmission beam calibration device.
ビーム幅が受信ビームより広い送信ビームで電波が送信された後に、反射又は散乱された電波をビーム幅が送信ビームより狭い受信ビームで受信する電波受信ステップと、
送信ビームのビーム幅分、送信ビーム方向を切り替える際の、切り替え前の送信ビームと切り替え後の送信ビームとの中間付近において、受信電力のビーム方向依存性の不連続幅が低減されるように、送信ビーム方向の校正幅を算出する送信ビーム校正ステップと、
をコンピュータに順に実行させるためのレーダ送信ビーム校正プログラム。 A radar transmission beam calibration program that calibrates the transmission beam direction in a phased array radar that performs electron scanning in the beam direction.
A radio wave reception step in which a radio wave is transmitted by a transmission beam having a beam width wider than the reception beam and then the reflected or scattered radio wave is received by a reception beam having a beam width narrower than the transmission beam.
When switching the transmission beam direction by the beam width of the transmission beam, the discontinuity width of the beam direction dependence of the received power is reduced in the vicinity of the middle between the transmission beam before switching and the transmission beam after switching. A transmission beam calibration step that calculates the calibration width in the transmission beam direction, and
Radar transmission beam calibration program to let the computer execute in sequence.
ビーム幅が受信ビームより広い送信ビームで電波が送信された後に、反射又は散乱された電波をビーム幅が送信ビームより狭い受信ビームで受信する電波受信ステップと、
送信ビームのビーム幅分、送信ビーム方向を切り替える際の、切り替え前の送信ビームと切り替え後の送信ビームとの中間付近において、受信電力のビーム方向依存性の不連続幅が低減されるように、送信ビーム方向の校正幅を算出する送信ビーム校正ステップと、
を順に備えることを特徴とするレーダ送信ビーム校正方法。 A radar transmission beam calibration method for calibrating the transmission beam direction in a phased array radar that performs electron scanning in the beam direction.
A radio wave reception step in which a radio wave is transmitted by a transmission beam having a beam width wider than the reception beam and then the reflected or scattered radio wave is received by a reception beam having a beam width narrower than the transmission beam.
When switching the transmission beam direction by the beam width of the transmission beam, the discontinuity width of the beam direction dependence of the received power is reduced in the vicinity of the middle between the transmission beam before switching and the transmission beam after switching. A transmission beam calibration step that calculates the calibration width in the transmission beam direction, and
A radar transmission beam calibration method characterized in that
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