JP2000137071A - レーダ装置 - Google Patents

レーダ装置

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JP2000137071A
JP2000137071A JP10310955A JP31095598A JP2000137071A JP 2000137071 A JP2000137071 A JP 2000137071A JP 10310955 A JP10310955 A JP 10310955A JP 31095598 A JP31095598 A JP 31095598A JP 2000137071 A JP2000137071 A JP 2000137071A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】レーダ装置において、アンテナによる受信RF
信号に対して、最良のNF(良さの指数)特性を保持し
つつ、飽和レンジを広げる。 【解決手段】受信RF信号を方向性結合器44で分配
し、スルーライン(1:1)と減衰ライン(例えば、略
−30dB)とに分ける。それぞれのラインでIF信号
に変換した後、電流加算回路68で合成し、合成IF信
号を得る。このようにすれば、スルーラインでは最良の
NF特性が保持され、一方、減衰ラインでは入力換算で
約30dB分ダイナミックレンジが広がる。合成IF信
号に基づく、表示装置上のレーダ映像では、例えば、近
距離の船舶とシークラッタ等の大レベルの受信RF信号
を区別して観測することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、アンテナから電
波を送信し、ターゲット等により一部反射した電波を前
記アンテナにより受信し、前記ターゲット等に係る映像
を表示装置のスクリーン上で観測することの可能なレー
ダ装置に関し、一層詳細には、広ダイナミックレンジと
良好なNF特性を同時に実現し得るフロントエンド部を
有するレーダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、レーダ装置は、船舶や航
空機等に搭載されて広範に利用され、船舶や航空機等の
安全航行等に寄与している。
【0003】このようなレーダ装置では、送信アンテナ
からレーダ電波を送信し、ターゲット等により反射した
電波の強度、すなわち受信信号の振幅に対応した映像を
表示装置のスクリーン上に表示するように構成されてい
る。
【0004】図5に従来技術に係るフロントエンド部を
有する船舶用のレーダ装置2の構成を示す。このレーダ
装置2は、基本的には、フロントエンド部4と、IF部
6と、指示機8と、表示装置10とから構成されてい
る。
【0005】図5において、図示していないアンテナを
介して供給されたRF(radio frequency )信号(高周
波信号)は、RF入力端子12を通じてフロントエンド
部4に供給される。
【0006】フロントエンド部4では、低雑音増幅器1
4によりRF信号を増幅する。低雑音増幅器14により
増幅されたRF信号は周波数変換回路であるミキサ16
の一方の入力端子に供給され、ミキサ16の他方の入力
端子には局部発振器18からのLO信号(ローカル信号
または局部発振信号)が供給される。
【0007】これにより、ミキサ16の出力側にはミキ
サ16により周波数変換されてダウンコンバートされた
IF(intermediate frequency)信号(中間周波信号)
が得られる。
【0008】このIF信号に対して低域通過フィルタ
(LPF)20を通すことにより不要な高周波が除去さ
れたIF信号のみがIF部6に供給される。
【0009】IF部6では、このIF信号を増幅器22
により増幅して指示機8に導く。指示機8は、導かれた
IF信号に対応する映像信号を生成し、表示装置10に
供給する。
【0010】これにより表示装置10のスクリーン上に
RF信号の強度に対応する画像、すなわちターゲットに
係るレーダ映像が表示される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、船舶用のレ
ーダ装置2のターゲットとしては、遠方に存在する船舶
や、近くの船舶や陸地等が存在し、さらに、ターゲット
ではないが、船舶や陸地等と同様に電波反射物である海
等の波面からの反射である、いわゆるシークラッタが存
在する。
【0012】この場合、遠方の船舶からの反射電波の強
度は微弱である。これに対して近くの船舶、陸地および
シークラッタによる反射電波の強度はきわめて大きい。
【0013】これらを反射電波の強度に応じて、例え
ば、輝度の異なる映像として表示装置10のスクリーン
上に表示するためには、多段増幅器の初段であると考え
られるフロントエンド部4において、広いダイナミック
レンジが要求される。このためフロントエンド部4に配
されている低雑音増幅器14には、良好なSmin特性
(ノイズと信号を弁別可能な最小ノイズレベル弁別特
性)と大レベルの飽和レベル特性が要求される。
【0014】特に、小レベルのRF信号をノイズではな
く信号として認識するためにSmin特性はレーダ受信
機の特性の中でも最も重要な特性とされ、従来からフロ
ントエンド部4では、このSmin特性を重視した設計
が行われている。つまり、レーダ装置2では、フロント
エンド部4の感度を高くして最良なNF(良さの指数)
特性をもつことが要求されている。
【0015】ところが、最良のNF特性を求めようとす
ると、フロントエンド部4を構成する低雑音増幅器14
の利得をある程度大きくする必要がある。この理由は、
フロントエンド部4の構成に起因する。すなわち、フロ
ントエンド部4には、その機能上ミキサ16が含まれ、
RF帯におけるミキサ16のNFは、通常、その前段に
配される低雑音増幅器14に比較して劣るので、その前
段に高利得の低雑音増幅器14が必要になるからであ
る。
【0016】しかしながら、低雑音増幅器14を高利得
とした場合において、シークラッタに係る反射電波に対
応する大レベルのRF信号が入力されたとき、ミキサ1
6がすぐに飽和してしまい、結局、ダイナミックレンジ
が狭い範囲に制限されてしまうという問題がある。
【0017】この発明はこのような課題を考慮してなさ
れたものであり、広いダイナミックレンジと良好なNF
特性を同時に実現することを可能とするレーダ装置を提
供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】この項では、理解の容易
化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したが
って、この項に記載した内容がその符号を付けたものに
限定して解釈されるものではない。
【0019】この発明に係るレーダ装置では、アンテナ
36により受信されたRF信号を複数に分配するRF信
号分配手段44と、前記複数に分配されたRF信号をそ
れぞれ増幅する増幅器46、48と、前記各増幅器の出
力RF信号をそれぞれIF信号に変換するミキサ52、
54と、各IF信号を合成して合成IF信号を生成する
合成手段60とを備えることを特徴とする。
【0020】この発明によれば、RF信号分配手段によ
り複数に分配されたRF信号をそれぞれ増幅器により増
幅した後、各増幅器の出力RF信号を対応する各ミキサ
によりダウンコンバートしてIF信号に変換し、合成手
段により変換後のIF信号を合成するようにしている。
このように構成することにより、受信RF信号のレベル
に応じた信号処理が可能となり、結果として、広ダイナ
ミックレンジおよび最良のNF特性(Smin特性)を
同時に実現することができる。
【0021】ここで、前記RF信号分配手段として、前
記受信RF信号を略1:1で分配する手段と、少なくと
も1個の、前記受信RF信号を減衰して分配する手段と
を含ませることにより、略1:1で分配する系では、最
良のNF特性(Smin特性)を実現することができ、
減衰して分配する系では、その減衰度を適当に選択する
ことにより飽和レベルを高くすることができる。このた
め、遠方の船舶を観測できるとともに、近くの船舶・陸
地とシークラッタとを区別して観測することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。
【0023】図1および図2は、全体として、この発明
が適用された船舶用のレーダ装置30の構成を示してい
る。
【0024】このレーダ装置30は、基本的には、図1
に示した受信機部32と、図2に示した指示機部34と
から構成される。
【0025】受信機部32は、水平方向に回転するアン
テナ36を含み、このアンテナ36により得られる受信
RF信号が導波管37を通りトランスジューサ38によ
り同軸線上の受信RF信号(高周波信号)に変換されて
フロントエンド部40に供給される。
【0026】このフロントエンド部40では、RF入力
端子42を通った受信RF信号がRF信号分配手段とし
ての方向性結合器44に入力され、方向性結合器44の
スルーラインでは、−0.004dB減衰された減衰の
ほとんどない略1:1のRF信号として相対的に高利得
の低雑音増幅器46に供給されるとともに、方向性結合
器44の減衰ライン(結合ライン)では、略−30dB
減衰されたRF信号として、相対的に低利得の低雑音増
幅器48に供給される。
【0027】この場合、低雑音増幅器46と低雑音増幅
器48に供給されるそれぞれのRF信号は、波形的に相
似の信号になる。
【0028】この実施の形態において、低雑音増幅器4
6の利得は約15dBでNF(良さの指数)は、NF≒
1.7dBのものが使用され、低雑音増幅器48の利得
は約3dBでNFは、NF≒2.7dBのものが使用さ
れている。
【0029】この場合、低雑音増幅器46を含む伝送路
が第1のRFライン(主ラインともいう。)とされ、こ
の第1のRFラインは、Smin特性(ノイズと信号が
弁別可能な最小の信号レベルの特性)が最良となる特徴
を持つラインに設計されている。つまり、NF特性が最
良となるように低雑音増幅器46の利得をある程度高い
利得としている。
【0030】これに対して、方向性結合器44の結合度
は、第1のRFラインに対する影響が少ないように、−
30dB〜−40dB程度に選択する必要がある(上述
したように、図1例では、−30dBに選択してい
る。)。
【0031】このため、第2のRFライン(副ライン)
としての低雑音増幅器48を含む伝送路は、高い飽和レ
ベルを持つことになる。
【0032】第1のRFラインの低雑音増幅器46の出
力RF信号は、局部発振器(ローカルオシレータ)50
からの局部発振信号(ローカル信号またはLO信号とい
う。)が一方の入力に供給されているミキサ52の他方
の入力に供給される。
【0033】また、第2のRFラインの低雑音増幅器4
8の出力RF信号は、局部発振器50からのLO信号が
一方の入力端子に供給されているミキサ54の他方の入
力端子に供給される。この場合、ミキサ54に入力され
るRF信号は、受信RF信号が−30dB程度減衰され
たRF信号を3dB増幅した信号であるため、RF入力
端子42に供給されるRF信号、すなわち受信RF信号
が大きいレベルの信号であっても、ミキサ54の出力I
F信号は飽和することなくダウンコンバートされた信号
にすることができる。
【0034】この実施の形態において、RF信号の周波
数は、Xバンドの周波数である9410MHzとされ、
LO信号の発振周波数が、9470MHzにされている
ので、ミキサ52、54の出力には、それぞれ、中心周
波数60MHzのIF信号が出力される。
【0035】各IF信号は、それぞれ、ミキサ52の出
力以降の第1のIFラインおよびミキサ54の出力以降
の第2のIFライン中に配された低域通過フィルタ(L
PF)56、58を介して不要な高周波成分が除去され
た後、IF部60に供給される。
【0036】このIF部60で、第1のIFラインのI
F信号と第2のIFラインのIF信号が合成され、出力
端子62には合成IF信号が供給される。
【0037】この場合、LPF56の出力IF信号は、
前置増幅器64および3段の対数増幅器66a、66
b、66cからなる対数増幅器66を介して電流信号に
変換され、電流加算回路68の一方の入力端子に供給さ
れる。なお、対数増幅器66を3段従属構成としたの
は、第1のIFラインが対数増幅器3段相当のダイナミ
ックレンジを受け持っていることを意味している。
【0038】一方、LPF58の出力IF信号は、レベ
ル調整回路70を介してレベルが調整され、さらに、対
数増幅器72を介して電流信号に変換され、電流加算回
路68の他方の入力端子に供給される。
【0039】電流加算回路68では、対数信号に変換さ
れた第1のIFラインのIF信号と第2のIFラインの
IF信号の合成信号に対応する電圧合成信号(合成IF
信号ともいう。)が生成され出力される。
【0040】図3は、図1のフロントエンド部40から
IF部60までの改善されたダイナミックレンジに係わ
る入出力特性74を示している。
【0041】図3において、電流加算回路68における
第1のIFラインの入力電流の変化範囲を電流(入力レ
ベル)In1〜In2の範囲とすると、電流加算回路6
8の出力レベル(電流加算回路の出力では電圧値とな
る。)の変化範囲は、出力レベルOut1〜Out2の
範囲となる。出力レベルOut1は、低雑音増幅器46
のSmin特性レベルに対応する電圧である。したがっ
て、入力レベルが入力レベルIn1以下の範囲では、出
力レベルは一定レベル(ノイズと信号の弁別レベル)で
ある出力レベルOut1に制限される。
【0042】前置増幅器64および対数増幅器66を含
む第2のIFラインのダイナミックレンジ特性は、Sm
inレベルに対応する領域の線分76a、線形な領域の
線分76b、および第1のRFラインと第1のIFライ
ン(第1のRF・IFライン)の飽和領域に対応する線
分76cからなる特性76で表される。この特性76は
固定的な特性である。
【0043】一方、レベル調整回路70および対数増幅
器72を含む第1のIFラインのダイナミックレンジ特
性は、第2のRFラインと第2のIFライン(第2のR
F・IFライン)のSminレベルに対応する線分78
a、線形な領域の線分78bおよび第2のRF・IFラ
インの飽和領域に対応する線分78cからなる特性78
で表される。
【0044】レベル調整回路70を調整することによ
り、線分78bの方向に沿って特性78が変化する(線
分78bの長さは変化しない。)。したがって、レベル
調整回路70は、特性76に対して特性78を線形に接
続するためのものである。出力レベルOut3は、線分
78cに対応する電圧で高レベル側の飽和電圧となる。
【0045】ここで、従来技術に係るダイナミックレン
ジと、この実施の形態のダイナミックレンジの広狭を比
較する。
【0046】図5例に示した従来技術、換言すれば、第
2のRFラインと第2のIFラインの処理系が存在しな
い技術(すなわち、第1のRFラインと第1のIFライ
ンのみ存在する技術)によれば、IF部6の出力におい
て、フロントエンド部4からIF部6のダイナミックレ
ンジが、線分76bに対応する範囲となる。この範囲
は、入力レベルIn1〜In2に対して、出力レベルO
ut1〜Out2をとる範囲である。
【0047】これに対して、この実施の形態では、換言
すれば、第1のRF・IFラインと第2のRF・IFラ
インの両ラインが並列的に存在する技術では、ダイナミ
ックレンジが、線分76bと線分78bの加算的な値に
対応し、ダイナミックレンジの範囲が、入力レベルIn
1〜In3に対して出力レベルOut1〜Out3の範
囲にまで拡大される。
【0048】ここで、Smin特性に対応する入出力レ
ベル(In1,Out1)は、この実施の形態において
も、従来技術によるものでも、同等のレベル(In1,
Out1)である。
【0049】したがって、この実施の形態では、Smi
n特性を最良に保持したまま、飽和レベルを、入力換算
では、約30dB増加させることができ、結果として、
ダイナミックレンジを、入力換算では約30dB拡大す
ることができる。
【0050】次に、電流加算回路68から出力される合
成IF信号は、図2に示すIF入力端子80を介して指
示機本体82を構成する可変利得増幅器84の信号入力
端子に供給される。
【0051】可変利得増幅器84の利得は、以下に説明
するように調整される。すなわち、指示機部34を構成
するコントロールパネル86中の図示していない利得調
整用つまみをユーザが調整することにより、コントロー
ル回路88で、ユーザのつまみ調整量に対応する制御電
圧量に変換され、この制御電圧量が可変増幅器84の利
得調整端子に供給され、これにより、可変利得増幅器8
4の利得が調整される。
【0052】可変利得増幅器84の利得調整に伴い、合
成IF信号の振幅が可変されてA/D変換器90に入力
される。
【0053】A/D変換器90は、アナログ信号である
合成IF信号をデジタル信号に変換する。A/D変換器
90の出力デジタル信号に対して、図示していない信号
処理器により相関処理等の信号処理がなされた後、スキ
ャンコンバータ92によりXY座標上における走査線毎
の画素データに変換され、フレームメモリ94に記憶さ
れる。
【0054】フレームメモリ94から読み出された走査
線毎の画素データは、D/A変換器96によりアナログ
信号に変換され、このアナログ信号が表示装置98に供
給されることで、表示装置98のスクリーン上に、アン
テナ36により得られた受信RF信号に対応するレーダ
映像が表示される。
【0055】このレーダ映像上では、例えば、自船から
見て遠方に存在するターゲットのように、受信RFレベ
ルの小さいターゲットを、ノイズレベルと弁別してスク
リーン上に確実に表示することが可能であるとともに、
近くの船舶や陸地あるいはシークラッタ等の受信RFレ
ベルが高くなる物標が存在する場合でも、広ダイナミッ
クレンジを有しているので、スクリーン上の輝度差から
前記近くの船舶や陸地等のターゲットとシークラッタを
弁別することができる。もちろん、近くの船舶と陸地等
を弁別することも可能である。
【0056】この実施の形態では、フロントエンド部4
0を構成する低雑音増幅器46、ミキサ52、局部発振
器50およびLPF56として、図5例に示した従来技
術に係る低雑音増幅器14、ミキサ16、局部発振器1
8およびLPF20からなるフロントエンド部4を、S
min特性を劣化させることなく、そのまま使用するこ
とができる。また、ダイナミックレンジを広げるに当た
り、ゲインコントロール機能等を追加する必要がない。
【0057】図4は、入力換算のダイナミックレンジを
さらに10dB増加させる場合のフロントエンド部40
AとIF部60Aの他の実施の形態の構成を示してい
る。なお、この図4において、図1に示したものと対応
するものには、同一の符号を付けている。
【0058】この図4例では、受信機部32Aのフロン
トエンド部40Aを構成する方向性結合器44の減衰ラ
インに新たな方向性結合器100を従属接続し、この新
たな方向性結合器100の略−10dBの減衰ラインに
新たな低雑音増幅器102、ミキサ104、LPF10
6、レベル調整回路108および対数増幅器110の直
列回路を設けている。
【0059】さらに、IF部60A側では、対数増幅器
66(66a、66b、66c)、72、110の3つ
の電流出力を加算するための3入力の電流加算回路68
Aを設ける構成としている。
【0060】この図4例の構成を有するレーダ装置30
Aによれば、最良のSmin特性を保持しつつ、さらに
ダイナミックレンジを入力換算で約10dB増加させる
ことができる。
【0061】なお、この図4例において、指示機部34
は、図2に示したものと同一のものを使用することがで
きる。
【0062】また、この発明は、上述の実施の形態に限
らず、船舶用のレーダ装置ではなく、例えば、航空機用
のレーダ装置に適用する等、この発明の要旨を逸脱する
ことなく、種々の構成を採り得ることはもちろんであ
る。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、RF信号分配手段により複数に分配されたRF信号
をそれぞれ増幅器により増幅した後、各増幅器の出力R
F信号を対応する各ミキサによりダウンコンバートして
IF信号に変換し、合成手段により変換後のIF信号を
合成するようにしている。このように構成することによ
り、受信RF信号のレベルに応じた信号処理が可能とな
り、結果として、広いダイナミックレンジ特性(高飽和
レベル特性)と最良のRF特性(Smin特性)を同時
に達成することができる。
【0064】この結果、従来、識別が不可能であった大
信号の識別、例えば、近距離における反射強度の高いク
ラッタと、同様に反射強度の高い近距離のターゲットと
の識別が可能となる。すなわち、区別して観測すること
が可能となる。
【0065】したがって、この発明によれば、最良のR
F特性(Smin特性)を保持することにより遠距離感
度を劣化させることなく、広いダイナミックレンジを合
わせて保持することにより近距離電波反射物体の識別能
力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態の構成の一部(1/
2)を示す回路ブロック図である。
【図2】この発明の一実施の形態の構成の残りの部分
(2/2)を示す回路ブロック図である。
【図3】ダイナミックレンジ拡大の説明に供される特性
図である。
【図4】さらにダイナミックレンジを拡大した実施の形
態の構成の一部を示す回路ブロック図である。
【図5】従来技術に係るレーダ装置の構成を示す電気回
路ブロック図である。
【符号の説明】
30、30A…レーダ装置 32、32A…受
信機部 34…指示機部 36…アンテナ 37…導波管 38…トランスジ
ューサ 40、40A…フロントエンド部 44、100…方
向性結合器 46、48…低雑音増幅器 50…局部発振器 52、54、104…ミキサ 56、58、10
6…LPF 60、60A…IF部 66、66a〜66c、72、110…対数増幅器 68、68A…電流加算回路 70…レベル調整
回路 74…入出力特性 76…特性(スル
ーライン側) 78…特性(減衰ライン側) 82…指示機本体 84…可変利得増幅器 86…コントロー
ルパネル 88…コントロール回路 90…A/D変換
器 92…スキャンコンバータ 94…フレームメ
モリ 98…表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 1/26 H04B 1/26 J Fターム(参考) 5J067 AA01 CA32 CA41 FA01 KA00 KA18 KA23 KA26 KA32 KA34 KA42 KA67 KA68 KS01 LS01 SA00 TA01 TA02 5J070 AD01 AE02 AF05 AH04 AH14 AH31 AH32 AH33 AH39 AJ03 AJ08 AJ10 AJ13 AK13 AK28 AK34 BG06 BG21 5J092 AA01 CA32 CA41 FA01 KA00 KA18 KA23 KA26 KA32 KA34 KA42 KA67 KA68 SA00 TA01 TA02 UR14 5K020 DD21 EE01 EE04 EE16 FF00 LL01 5K052 BB09 DD01 GG12 GG19 GG26

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アンテナにより受信されたRF信号を複数
    に分配するRF信号分配手段と、 前記複数に分配されたRF信号をそれぞれ増幅する増幅
    器と、 前記各増幅器の出力RF信号をそれぞれIF信号に変換
    するミキサと、 各IF信号を合成して合成IF信号を生成する合成手段
    とを備えることを特徴とするレーダ装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のレーダ装置において、 前記RF信号分配手段は、 前記受信RF信号を略1:1で分配する手段と、 少なくとも1個の、前記受信RF信号を減衰して分配す
    る手段とを含むことを特徴とするレーダ装置。
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