JP2000227471A - レーダ装置 - Google Patents

レーダ装置

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JP2000227471A
JP2000227471A JP11026698A JP2669899A JP2000227471A JP 2000227471 A JP2000227471 A JP 2000227471A JP 11026698 A JP11026698 A JP 11026698A JP 2669899 A JP2669899 A JP 2669899A JP 2000227471 A JP2000227471 A JP 2000227471A
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chirp signal
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Isamu Ueda
勇 上田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】広帯域チャープ信号をビーム方向が周波数によ
り変化する空中線により送受信することによる角度計測
精度の劣化を防止する。 【解決手段】空中線1の周波数変位によるビーム指向方
向のずれが、ビーム幅に比べ十分小さくなるような帯域
幅をdFとする。分割チャープ信号発生部4は、所望の
距離分解能が得られる帯域幅ΔFのチャープ信号を、帯
域幅がdFより小さいn個のチャープ信号に時間軸上で
分割し1パルスづつ出力する。この結果ビーム指向方向
の有害なずれが生じない。一方、受信側では、信号記録
部9に入力された各分割受信チャープ信号を、それぞれ
所定の時間遅延した上で信号加算部10で加算すること
により、等価的に帯域幅ΔFの受信チャープ信号が得ら
れ、空中線のビーム特性による角度計測精度の劣化を生
じることなく所望の距離分解能が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーダ装置に関し、
特に、時間と共に周波数が単調に変化するパルス信号
(以下チャープ信号と呼ぶ)を送受信して受信後パルス
圧縮を行うレーダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、チャープ信号によりパルス圧縮
を行うレーダ装置の従来例を示すブロック図である。チ
ャープ信号発生部12は、図8に示すような帯域幅Δ
F、パルス幅τのチャープ信号32を発生し、送信ミキ
サー部3に出力する。送信ミキサー部3は発振部5から
入力された周波数Fのローカル信号と、チャープ信号発
生部12から入力された帯域幅ΔFのチャープ信号32
を混合し、周波数F、帯域幅ΔFの送信チャープ信号を
送信増幅部2に出力する。送信増幅部2は、送信チャー
プ信号を増幅し空中線部1に出力する。空中線部1は、
送信チャープ信号を所定の方向の空間に放射する。
【0003】電波放射方向の距離Rに目標が存在すれ
ば、送信タイミングから2R/C(但しCは光速)だけ
遅延して受信チャープ信号が受信され受信増幅部6に出
力される。受信増幅部6は、受信チャープ信号を増幅し
て受信ミキサー部7に出力する。受信ミキサー部7は、
発振部5から入力された周波数Fのローカル信号と、受
信増幅部6から入力された周波数F、帯域幅ΔFなる受
信チャープ信号を混合し、位相検波を行って図9に示す
ような帯域幅ΔF、パルス幅τ、送信タイミングからの
遅延が2R/Cである受信チャープ信号33をA/D変
換部8に出力する。
【0004】A/D変換部8は、受信チャープ信号33
をA/D変換し、その結果をパルス圧縮部11に出力す
る。パルス圧縮部11は、入力信号に対し帯域幅ΔFな
る参照信号を用いてパルス圧縮処理を行い、次処理に出
力する。以上が従来のレーダのパルス圧縮までの動作の
概要である。パルス圧縮以降、更にクラッタ抑圧、目標
検出、目標計測、表示等の処理が行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】空中線は、そのビーム
形成方式によっては周波数によりビーム指向方向が変化
する場合がある。例えば、ある周波数fにて、ある方
向D1にビームが指向している時、異なる周波数f
対しては別の方向Dにビームが指向しているというも
のである。ただし空中線の制御を変更することにより周
波数fにおいても方向Dにビームを指向させること
は可能である。
【0006】しかしこのような制御の変更は、通常、空
中線内部の信号伝送路に挿入した移相器を操作する必要
があり、送信中、受信中に切り替えると切り替え時間の
間、送信、受信信号が中断してしまうため、送受切り替
え時のみ実施可能である。従って、送信中および受信中
には、ある特定の周波数とその近傍の限定された帯域幅
内においてある特定の方向にビームを指向する設定が可
能であるが、送信中あるいは受信中にこの設定を変更す
ることはできない。
【0007】ここで、単位周波数当たりのビーム指向方
向の変化量をb、チャープ信号の帯域幅をΔF、ビーム
幅をθとすると、このような方式の空中線を採用した場
合は、送信中、受信中の空中線ビーム指向方向の変化が
ビーム幅θに比べ十分小さくしておく必要がある。具体
的にはb×ΔF<<θを満たすようにチャープ信号の帯
域幅ΔFを制限する必要がある。
【0008】一般に、チャープ信号を用いたレーダ装置
の距離分解能を向上させるためにはチャープ信号の帯域
幅ΔFの増大が必要である。従って、このような周波数
によりビーム指向方向が変化する空中線を用いたレーダ
装置では、チャープ信号の帯域幅ΔFが制限されるた
め、高距離分解能は実現できなかった。また、無理にチ
ャープ信号の帯域幅ΔFを大きくして距離分解能を向上
させた場合、送信中、受信中にパルス内でビーム指向方
向の変化が生じ、逆に探知能力の低下、特に方位方向の
角度計測精度の劣化を招くことになる。
【0009】本発明の目的は、ビーム指向方向が周波数
により変化する空中線を用いて、チャープ信号による高
距離分解能計測を実施した場合でも、角度計測精度の劣
化を防止することが可能なレーダ装置を提供することに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のレーダ装置は、
周波数変位による空中線のビーム指向方向のずれが、空
中線のビーム幅に比べ十分小さくなるような帯域幅をd
F、所望の距離分解能が得られる帯域幅がΔFであり、
dF<<ΔFである場合、帯域幅ΔF、パルス幅τのチ
ャープ信号を、帯域幅がそれぞれdFより小さいΔ
、ΔF、…、ΔF(但しΔF+ΔF+…+
ΔF=ΔF、ΔF=0)であり、i番目(1≦i≦
n)のチャープ信号の中心周波数fが、f=−ΔF
/2+ΔF+ΔF+…+ΔFi−1+ΔF/2で
あり、パルス幅がそれぞれτ、τ、…、τ(但し
τ+τ+…+τ=τ、τ=0)となるように時
間軸上でn個に分割して、順次出力する分割チャープ信
号発生部と、1からn番目の送信チャープ信号に対応す
る受信チャープ信号をそれぞれ入力し、i番目(1≦i
≦n)の受信チャープ信号に対しT=τ+τ+…
+τi−1だけ時間遅延させて記録する信号記録部と、
該信号記録部から、時間遅延を行ったn個の受信チャー
プ信号を入力し、同一時刻の信号を加算する信号加算部
と、帯域幅ΔFなる参照信号を用いてパルス圧縮処理を
行うパルス圧縮部を有していることを特徴とする。
【0011】すなわち本発明は、周波数の変位による空
中線のビーム指向方向のずれが空中線のビーム幅に比べ
十分小さくなる帯域幅dFよりも、所望の距離分解能を
満足する帯域幅ΔFの方が大きい場合、送受信するチャ
ープ信号の帯域幅ΔFがdFより小さくなるよう帯域
幅ΔFのチャープ信号をn個のチャープ信号に分割して
送受信を行う。従って、i番目(1≦i≦n)に送受信
するチャープ信号の中心周波数をFとすると、チャー
プ信号を送受信する毎にチャープ信号の中心周波数がF
、F、…、Fと変化することになる。
【0012】空中線は、送受信するチャープ信号の中心
周波数がF、F、…、Fと変化するのに応じ、送
受信の切り替えタイミングに同期して(言い換えれば送
受信するチャープ信号の中心周波数の変化するタイミン
グに同期して)ビーム指向方向が常に所望の方向となる
よう制御を行う。以上の作用によりn回の送受信の間、
各送受信チャープ信号の帯域幅ΔFはdFより小さい
ため、空中線のビームは常に所望の方向に指向する事が
できる。
【0013】次に受信信号の処理について説明する。1
からn番目の送信チャープ信号に対応する受信チャープ
信号をそれぞれ入力し、i番目(1≦i≦n)の受信チ
ャープ信号に対しT=τ+τ+…+τi−1だけ
時間遅延させて記録する信号遅延、記録手段と、信号遅
延、記録手段からの1からnまでのn個の出力を用いて
同一時刻の信号を加算する信号加算手段の作用により距
離Rの目標からのn個の受信チャープ信号は時間軸上の
始点が2R/C、パルス幅τ、帯域幅ΔFなる1つの信
号に合成される。
【0014】この合成された受信チャープ信号は、パル
ス幅τ、帯域幅ΔF、距離Rからの受信チャープ信号と
等価である。よって、この合成された受信チャープ信号
に対し帯域幅ΔFなる参照信号を用いてパルス圧縮処理
を行うことにより、所望の距離分解能を得ることができ
る。以上の作用により空中線のビーム指向方向の変化に
よる探知能力の低下及び角度計測精度の劣化等を招くこ
となく所望の距離分解能を得ることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態を示
すブロック図である。図1において、分割チャープ信号
発生部4は、図2(A)に示すような、所望の距離分解
能を満足する帯域幅ΔF、パルス幅τの分割前のチャー
プ信号20を生成し、これを時間軸上でn個のチャープ
信号に分割する。分割されたチャープ信号は、それぞれ
の帯域幅ΔF(1≦i≦n)が周波数の変位による空
中線部1のビーム指向方向のずれが空中線部1のビーム
幅に比べ十分小さくなる帯域幅dF以下となるように分
割される。
【0016】従って、ΔF≦dF(1≦i≦n)かつ
ΔF+ΔF+…+ΔF=ΔFなる関係式が成立す
る。また、分割されたチャープ信号のパルス幅をτ
(1≦i≦n)とするとτ+τ+…+τ=τな
る関係式が成立する。更に分割されたi番目(1≦i≦
n)のチャープ信号の中心周波数fは、f=−ΔF
/2+ΔF+ΔF+…+ΔFi−1+ΔF/2
(但しΔF=0)により求められる。
【0017】具体例として、図2(B)に、分割された
チャープ信号の数nが、n=3の場合を示す。分割前の
チャープ信号20は、帯域幅ΔF、パルス幅τ1を有
する分割された#1チャープ信号21と、帯域幅Δ
、パルス幅τを有する分割された#2チャープ信
号22と、帯域幅ΔF、パルス幅τ3を有する分割さ
れた#3チャープ信号23の3つのチャープ信号に分割
される。また、ΔF≦dF(i=1,2,3)、ΔF
+ΔF+ΔF=ΔF、τ+τ+τ=τなる
関係式が成立している。
【0018】分割チャープ信号発生部4は、分割された
チャープ信号を、距離R内の目標からの反射信号を受
信するため2R/Cの時間間隔で1つずつ送信ミキサ
ー部3に出力する。但しRはレーダ装置の最大探知距
離、Cは光速である。n=3の場合には、図3に示され
ているように、分割された#1チャープ信号21と、分
割された#2チャープ信号22と、分割された#3チャ
ープ信号23の3つのチャープ信号がそれぞれ、2R
/Cの時間間隔で1つずつ送信ミキサー部3に出力され
ることになる。
【0019】送信ミキサー部3は、入力された中心周波
数fの分割されたチャープ信号と、発振部5から入力
された周波数Fのローカル信号を混合し周波数F=f
+Fなる送信チャープ信号を送信増幅部2に出力す
る。出力された送信チャープ信号は、送信増幅部2で増
幅され空中線部1に入力される。空中線部1は各周波数
において所望の方向Dにビームが指向できるよう
に、各放射周波数F毎にその指向特性が制御される。
【0020】その結果送信チャープ信号は、放射周波数
の全てにおいて所望の方向Dに放射され、その方向
の距離Rに目標が存在すれば2R/Cの時間経過の後再
び空中線部1で受信され、受信増幅部6で増幅された後
受信ミキサー部7に入力される。この所望の方向Dに対
する送受信動作は、2R/Cの時間間隔でn回繰り返
される。以上の動作によりn回の送受信の間、各送受信
チャープ信号の帯域幅ΔFはdFより小さいため、空
中線部1のビームは常に所望の方向Dに指向する事がで
きる。
【0021】以下、本発明の動作について図1〜図6を
参照して説明する。図3は、n=3の場合の本発明にお
けるチャープ信号の送信パターンを示しており、送信ミ
キサー部3において、まず、中心周波数fの分割され
た#1チャープ信号21と周波数Fのローカル信号が混
合され、周波数F=f+Fの#1送信チャープ信号
24が送信増幅部2に出力される。送信増幅部2は、#
1送信チャープ信号24を増幅し空中線部1に出力す
る。
【0022】空中線部1は、周波数Fにおいて所望の
方向Dにビームが指向できるよう制御を行う。その結
果、#1送信チャープ信号24は所望の方向Dに放射さ
れ、その方向の距離R(但しR≦R)に目標が存在す
れば2R/Cの時間経過の後再び空中線部1で受信さ
れ、受信増幅部6で増幅されたのち受信ミキサー部7に
入力される。
【0023】#1送信チャープ信号24が放射されてか
ら2R/Cの時間経過後に、中心周波数fの分割さ
れた#2チャープ信号22が送信ミキサー部3に入力さ
れ周波数Fのローカル信号と混合され、周波数F=f
+Fの#2送信チャープ信号25が送信増幅部2に出
力される。送信増幅部2は、#2送信チャープ信号25
を増幅し空中線部1に出力する。
【0024】空中線部1は、周波数Fにおいて所望の
方向Dにビームが指向できるよう制御を行う。その結
果、#2送信チャープ信号25は所望の方向Dに放射さ
れ、その方向の距離Rに目標が存在すれば2R/Cの時
間経過の後再び空中線部1で受信され、受信増幅部6で
増幅されたのち受信ミキサー部7に入力される。
【0025】以下同様に、2R/Cの時間経過後に、
中心周波数f3の分割された#3チャープ信号23が周
波数F=f+Fの#3送信チャープ信号26に変換
される。空中線部1は、周波数Fにおいて所望の方向
Dにビームが指向できるよう制御を行い、距離Rに目標
が存在すれば2R/Cの時間経過の後再び空中線部1で
受信され、受信増幅部6で増幅されたのち、受信ミキサ
ー部7に入力される。
【0026】従って、所望の方向D対する送受信動作
が、#1〜#3のチャープ信号によって2R/Cの時
間間隔で3回繰り返される。この動作により3回の送受
信の間、各送受信チャープ信号の帯域幅ΔF,Δ
,ΔFはdFより小さいため、空中線部1のビー
ムは常に所望の方向Dに指向する事ができる。
【0027】受信ミキサー部7は、入力された周波数F
=f+Fなる受信チャープ信号と、発振部5から入
力された周波数Fのローカル信号を混合し中心周波数f
の受信チャープ信号をA/D変換部8に出力する。
【0028】図4は、n=3の場合の受信パターンを示
しており、受信ミキサー部7は、入力された周波数F
=f+Fなる受信チャープ信号と、発振部5から入力
された周波数Fのローカル信号を混合し、中心周波数f
の#1受信チャープ信号27をA/D変換部8に出力
する。以下同様にして、2R/Cの時間経過後に中心
周波数fの#2受信チャープ信号28がA/D変換部
8に出力され、更に2R/Cの時間経過後に中心周波
数fの#3受信チャープ信号29がA/D変換部8に
出力される。
【0029】A/D変換部8は、受信チャープ信号をデ
ィジタル信号に変換し、信号記録部9に出力する。信号
記録部9は、入力されたi番目(1≦i≦n)の受信チ
ャープ信号に対しT=τ+τ+…+τi−1だけ
時間遅延させて記録する。更に信号記録部9は同一方向
に対するn回の送受信が完了した時点で、記録したn個
の受信データを信号加算部10に出力する。
【0030】図5は、n=3の場合の記録例を示してい
る。まず、#1受信チャープ信号27がA/D変換部8
においてA/D変換され、信号記録部9に入力される
と、#1受信チャープ信号27は1番目の受信チャープ
信号であるので、T=τ=0となり、信号記録部9
は#1受信チャープ信号27を時間遅延させずに記録す
る。次に2R/Cの時間経過後、#2受信チャープ信
号28がA/D変換部8においてA/D変換され、信号
記録部9に入力されると、#2受信チャープ信号28は
2番目の受信チャープ信号であるので、T=τとな
り、信号記録部9は#2受信チャープ信号28をτ
け時間遅延させて、時間遅延された#2受信チャープ信
号30として記録する。
【0031】更に2R/Cの時間経過後、#3受信チ
ャープ信号29がA/D変換部8においてA/D変換さ
れ、信号記録部9に入力されると、#3受信チャープ信
号29は3番目の受信チャープ信号であるので、T
τ+τとなり、信号記録部9は#3受信チャープ信
号29をτ+τだけ時間遅延させて、時間遅延され
た#3受信チャープ信号31として記録する。信号記録
部9は、同一方向に対する3回の送受信が完了した時点
で、記録した3個の受信データを信号加算部10に出力
する。
【0032】信号加算部10は、信号記録部9から入力
されたn個の受信データを用いて、同一時刻の信号を加
算する。加算された結果はパルス幅τ、帯域幅ΔF、距
離Rの受信チャープ信号と等価となる。従って、各送受
信チャープ信号の帯域幅がΔFより小さいにも拘わら
ず、帯域幅ΔFの受信チャープ信号と等価の信号が得ら
れたことになる。加算結果はパルス圧縮部11に出力さ
れ、帯域幅ΔFなる参照信号を用いてパルス圧縮処理が
行われ所望の距離分解能が得られる。
【0033】図6は、n=3の場合の加算結果を示して
おり、信号加算部10は、信号記録部9から入力され
た、#1受信チャープ信号27を含む1番目の受信デー
タと、τだけ時間遅延された#2受信チャープ信号3
0を含む2番目の受信データと、τ+τだけ時間遅
延された#3受信チャープ信号31を含む3番目の受信
データの計3個の受信データを用いて、同一時刻の信号
を加算する。加算された結果は、パルス幅τ、帯域幅Δ
F、距離Rからの受信チャープ信号と等価である。
【0034】従って、3個の送受信チャープ信号の帯域
幅がΔFより小さいにも拘わらず、帯域幅ΔFの受信チ
ャープ信号と等価の信号が得られたことになる。加算結
果はパルス圧縮部11に出力され、帯域幅ΔFなる参照
信号を用いてパルス圧縮処理が行われ所望の距離分解能
が得られる。
【0035】以上が本発明のレーダ装置のパルス圧縮ま
での動作の概要である。パルス圧縮以降の動作は、従来
のレーダ装置と同様に、クラッタ抑圧、目標検出、目標
計測、表示等の処理が行われる。また、分割数nが3の
場合の実施例について説明したが、nは2以上の任意の
数とすることができることは云うまでもない。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、各送受信チャープ信号
の帯域幅を、周波数の変位による空中線のビーム指向方
向のずれが空中線のビーム幅に比べ十分小さくなる帯域
幅dF以下としたことによりビーム指向方向の有害なず
れが生じることがない。
【0037】また、受信チャープ信号をその送信タイミ
ングに応じて時間遅延させた後、加算することにより等
価的に広帯域のチャープ信号を用いた場合と同等の受信
信号が得られるため、ビーム指向方向が周波数により変
化する空中線を用いて、高距離分解能計測のため広帯域
のチャープ信号を送受信した場合においても、探知能力
の低下、角度計測精度の劣化を生じることなく、高距離
分解能計測が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】本発明におけるチャープ信号の分割の一例を示
す図である。
【図3】本発明における送信チャープ信号の一例を示す
図である。
【図4】本発明における受信チャープ信号の一例を示す
図である。
【図5】本発明における各送信信号に対応する距離Rの
目標の受信チャープ信号に対する時間遅延処理を説明す
るための図である。
【図6】本発明における各チャープ信号を加算した状態
を示す図である。
【図7】従来例を示すブロック図である。
【図8】従来例における送信チャープ信号を説明するた
めの図である。
【図9】従来例における受信チャープ信号を説明するた
めの図である。
【符号の説明】
1 空中線部 2 送信増幅部 3 送信ミキサー部 4 分割チャープ信号発生部 5 発振部 6 受信増幅部 7 受信ミキサー部 8 A/D変換部 9 信号記録部 10 信号加算部 11 パルス圧縮部 12 チャープ信号発生部 20 分割前のチャープ信号 21 分割されたチャープ信号#1 22 分割されたチャープ信号#2 23 分割されたチャープ信号#3 24 送信チャープ信号#1 25 送信チャープ信号#2 26 送信チャープ信号#3 27 受信チャープ信号#1 28 受信チャープ信号#2 29 受信チャープ信号#3 30 時間遅延された受信チャープ信号#2 31 時間遅延された受信チャープ信号#3 32 チャープ信号 33 受信チャープ信号

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 帯域幅ΔF、パルス幅τのチャープ信号
    を、帯域幅がそれぞれΔF、ΔF、…、ΔF(但
    しΔF+ΔF+…+ΔF=ΔF、ΔF =0)で
    あり、i番目(1≦i≦n)のチャープ信号の中心周波
    数fがf=−ΔF/2+ΔF+ΔF+…+ΔF
    i−1+ΔF/2であり、パルス幅がそれぞれτ
    τ、…、τ(但しτ+τ+…+τ=τ、τ
    =0)となるように時間軸上でn個に分割し、2R
    Cの時間間隔(但しRはレーダ装置の最大探知距離、
    Cは光速)で順次出力する分割チャープ信号発生手段
    と、 ローカル信号を発生するローカル信号発生手段と、 前記n個の分割されたチャープ信号と前記ローカル信号
    を混合してn個の分割送信チャープ信号を発生する手段
    と、 前記n個の分割送信チャープ信号を増幅する増幅手段
    と、 前記n個の分割送信チャープ信号のそれぞれの中心周波
    数に応じてビームが所望の方向に指向するように制御さ
    れる空中線と、 前記空中線で受信されたn個の受信チャープ信号を増幅
    する手段と、 増幅された前記n個の受信チャープ信号と前記ローカル
    信号を混合し位相検波を行うことにより、前記n個の分
    割チャープ信号を復調する手段と、 前記復調されたn個の分割チャープ信号をディジタル信
    号に変換する手段と、 ディジタル信号に変換された前記n個の分割チャープ信
    号を入力し、i番目(1≦i≦n)の分割チャープ信号
    に対しT=τ+τ+…+τi−1だけ時間遅延さ
    せて記録する信号遅延、記録手段と、 前記時間遅延処理されたn個の分割チャープ信号を加算
    する信号加算手段と、 前記信号加算手段の出力に対し帯域幅ΔFなる参照信号
    を用いてパルス圧縮処理を行うパルス圧縮手段と、を有
    することを特徴とするレーダ装置。
  2. 【請求項2】 前記帯域幅ΔFは、所望の距離分解能が
    得られる帯域幅に選定されていることを特徴とする請求
    項1記載のレーダ装置。
  3. 【請求項3】 前記分割チャープ信号の帯域幅ΔF
    (1≦i≦n)は、前記空中線のビーム幅に比べて前
    記空中線の周波数変位によるビーム指向方向のずれが十
    分小さくなるように設定された帯域幅よりも狭い帯域幅
    となるように選定することを特徴とする請求項1記載の
    レーダ装置。
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