A02 赤道大気レーダー高度利用技術と 環境計測の研究

京都大学大学院　情報学研究科通信情報システム専攻

佐藤　亨

より精度の高いレーダーへ 問題点

風速を決定する際に、大気の空間一様性の仮定をしている。

山などのハードターゲットによる影響 解決方法

ディジタル受信機を用いたシステム導入（既存のハードウエアを変更することなく

機能拡張できる。）

大気の３次元構造の観測

現在は風速場の空間一様性を仮定して、風速を決定

より詳しい大気構造を知るためには、ある観測点を３点から同時観測する必要

マルチスタティックレーダー

マルチスタティックレーダーの構成

任意の送信ビーム捜査に追随する受信アレーの構成が必要。

ディジタル受信機アレー

x 面でビームを走査した場合、高度によって方位角が異なる。

高度ごとにアンテナパターンを制御する必要。

各受信素子でＡＤ変換し、信号を合成するＤＢＦ方式を採用する。

制御アルゴリズムの開発が必要。

受信した信号の処理や予想される誤差についての検討

クラッタ抑圧

＜問題＞　　観測対象のエコーに比べて、山などからの反射波が十分大きいため、サイドローブでの抑圧では不十分。

＜方法＞　　妨害波を確実に抑圧するために、アダプティブなクラッタ抑圧を行う方法を検討する。

観測対象からのエコー

強い反射波

（アンテナパターン）

アダプティブなクラッタ抑圧

＜大型レーダーに適用する場合＞レーダーでは主ビーム形状を保つ必要ある。大型フェーズドアレイレーダーそのものをアダプティブに制御するのは困難。

ＥＡＲのアンテナ数　５６０本

サブアレー方式でアダプティブなクラッタ抑圧を行う。

（主アレー）

サブアレー方式でのクラッタ抑圧

受信専用アレー（サブアレー）をレーダーの周りに配置する。

主アレーとサブアレーにおいて、アダプティブなクラッタ抑圧アルゴリズムを適用する。

　　＜特徴＞　　 レーダー自体を制御する場合に比べて、計算量が少なくて

すむ。 レーダーのハードウエアを変更する必要がないため、既存

のレーダーシステムにも利用できる。

- 90 - 70 - 50 - 30 - 10 10 30 50 70 90- 60

- 40

- 20

0

20

40

degree

制御アルゴリズム

＜ DCMP の原理＞　 ある方向のアンテナパターン

を一定にするようなウエイトに関する拘束条件の下で出力電力を最小化する方法

HCW

WRWPW

H

xxH

subject to

2

1out

min

所望波方向　０ °

妨害波方向８０ °

アンテナパター

ン

DCMP

Lagrange の未定係数法で解く

主ビームに影響を与えずクラッタのみを抑圧するアルゴリズムが必要

解決方法（ＤＣＭＰ -ＣＮの提案）

＜ DCMP-CN の原理＞ DCMP に更にウエイトノルムに関する　　拘束条件を付け加える

NWW

HCW

WRWPW

H

H

xxH

subject to

2

1out

min

])[(])}(abs[{2

1)( 2'2 WWNHCWWRWWQ H

kH

kxxH

k

＜罰金関数法＞

m

ri

r

ikk xgxgxfxP1

2

1

2 )}({)}({)()(

ｆ（ｘ）は最小にすべき関数、ｇ（ｘ）が制約条件である。この評価関数Ｐ（ｘ）を制約なし最適アルゴリズムを用いて最適

化する。そして徐々に罰金率ρを大きくすると制約付き最適解となる。

評価関数を以下のように決め、罰金関数法で解く

- 90 - 70 - 50 - 30 - 10 10 30 50 70 90- 60

- 40

- 20

0

20

40

degree- 90 - 70 - 50 - 30 - 10 10 30 50 70 90

- 60

- 40

- 20

0

20

40

degree

DCMP-CN と DCMP の比較

所望波電力　２０ｄＢ 妨害波電力　８０ｄＢ

DCMP-CN

所望波方向　０ °

妨害波方向８０ °

所望波方向　０ ° 妨害波方向８０ °

[dB]

DCMP

アンテナパター

ン

- 40 - 20 0 20 40 60 80- 10

0

10

20

30

40

50

60DCMP DCMP- CN Sidelobe(DCMP) Sidelobe(DCMP- CN)

-40 -20 0 20 40 60 80-6

-4

-2

0

2

4

DCMP DCMP- CN Sidelobe(DCMP) Sidelobe(DCMP- CN)

DCMP と DCMP-CN の比較（２）

所望波：２０ｄＢ

妨害波電力

ＳＩＮＲ

所望波：－３０ｄＢ

妨害波電力

ＳＩＮＲ

[dB] [dB]

所望波及び妨害波の電力を変えて、DCMP と DCMP-CN の方法の比較する。

平成 13 年度のまとめ レーダーをより高度に利用する方法を検討した。

大気の３次元構造観測（マルチスタティックレーダー） アンテナパターンを制御するため、ＤＢＦ方式を採用。 制御アルゴリズムの開発が必要。 受信した信号の処理や予想される誤差についての検討

アダプティブクラッタ抑圧 サブアレー方式でクラッタ抑圧する方法を採用。 制御アルゴリズムとして DCMP-CN を提案し、従来法である

DCMP との比較を行った。

（いずれも既存のハードウエアを変更することなく機能拡張可能）