JP2000275330A - ドプラレーダ装置およびレーダパルスの送信方法 - Google Patents

ドプラレーダ装置およびレーダパルスの送信方法

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JP2000275330A
JP2000275330A JP11078957A JP7895799A JP2000275330A JP 2000275330 A JP2000275330 A JP 2000275330A JP 11078957 A JP11078957 A JP 11078957A JP 7895799 A JP7895799 A JP 7895799A JP 2000275330 A JP2000275330 A JP 2000275330A
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radar
pulse
transmission
signal
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Takayuki Matsuda
貴幸 松田
Yuji Matsumoto
裕治 松本
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】送信周波数切り替えに伴う周波数偏移の変化に
よらず、受信エコーを角速度的に連続した信号として取
り扱うことができるようにし、受信処理にかかる負荷の
軽減を図る。 【解決手段】局部発振器1が生成する周波数f1−fI
Fなる発振信号と、局部発振器2が生成する周波数f2
−fIFなる発振信号とを、局部発振器3が生成する周
波数fIFなる発振信号とそれぞれミキサ4にて混合し
てf1、f2なる周波数のレーダパルスを生成する。そ
の際、信号f1を間隔Tにてミキサ4に送出すること
で、送信繰り返し周期Tなるレーダパルスf1を得る。
また、信号f2を間隔T・(f1/f2)にてミキサ4
に送出することで、レーダパルスf2の送信繰り返し周
期をT・(f1/f2)とするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば風速、降
雨、降雪、および気象状況の立体的な把握を目的とする
気象レーダなどとして用いられるドプラレーダ装置と、
この種のドプラレーダ装置におけるレーダパルスの送信
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えば気象レーダや、飛翔体
の軌道計算のために用いられるレーダ装置としてドプラ
レーダ装置が用いられている。ドプラレーダ装置は、目
標に対してレーダパルスを繰り返し放射して、そのエコ
ーの周波数偏移をもとに目標の移動速度を求めるもので
ある。
【0003】ところで、測定可能距離とパルス繰り返し
周期との間には密接な関係が有り、測定可能距離を延ば
すためにはパルス間隔を長くせざるを得ないことは良く
知られている。ところが、パルス間隔を長くすると、目
標の時々刻々の変化に追従することが難しくなる。この
ため、特に目標の移動速度の速い気象レーダや追尾レー
ダなどにあっては、測定可能距離の延長とパルス間隔の
短縮とを両立させ、遠距離目標に対して時間的に密な計
測を実現することが望まれていた。
【0004】このような事情から、パルスヒットの度ご
とに、送信パルスの周波数を例えば二つの異なる周波数
に切り替えることで、測定可能距離を延ばしつつ時間的
に密な計測を行えるようにした周波数切替型のレーダ装
置が考案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この種のレ
ーダ装置にあっては、送信パルスの周波数が一定でない
ことから、同じ目標からのエコーであっても、その周波
数偏移がパルスヒットの度ごとに一定にならない。この
ため、これらのエコーを角速度的に連続した信号として
取り扱うことができず、受信処理段階において何らかの
補正処理が必要となる。もし補正を行わないと、パルス
ヒットの度ごとに目標の移動速度が変わって見えてしま
うなどの不都合を生じてしまう。したがって、受信処理
にかかる負担が大きく、装置にかかるコストの増加、構
成の肥大、重量増などの不具合を生じていた。
【0006】本発明は上記事情によりなされたもので、
その目的は、送信周波数切り替え型のドプラレーダ装置
において、送信周波数切り替えに伴う周波数偏移の変化
によらず、受信エコーを角速度的に連続した信号として
取り扱うことができ、これにより受信処理にかかる負荷
の軽減を図ったドプラレーダ装置およびレーダパルスの
送信方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、互いに異なるf1,f2,…,fn(nは
2以上の自然数)なる周波数のレーダパルスをそれぞれ
一定の送信繰り返し周期で放射し、各レーダパルスのエ
コーに基づき目標の移動速度および距離を求めるドプラ
レーダ装置にあって、f1なる周波数のレーダパルスの
送信繰り返し周期をTとしたとき、fm(mは1からn
までの任意の自然数)なる周波数のレーダパルスの送信
繰り返し周期Tmを、Tm=(f1/fm)・Tとした
ことを特徴とする。
【0008】また本発明にかかるレーダパルスの送信方
法においても同様に、f1なる周波数のレーダパルスの
送信繰り返し周期をTとしたとき、fmなる周波数のレ
ーダパルスを、Tm=(f1/fm)・Tなる送信繰り
返し周期Tmで送出するようにした。
【0009】このようにすると、送信周波数の違いに起
因する各レーダパルスエコーの位相変化量を、送信周波
数によらず時間に対して等しくすることが可能となる。
この結果、受信段階においてそれぞれのエコーを、あた
かも同一の周波数にて送信したように取り扱うことがで
きるようになる。この結果、各周波数の受信エコーから
目標の移動速度や位置を一意に求めることが可能とな
り、周波数切替型レーダのメリットを生かしつつ、その
処理負荷を軽減することが可能となる。
【0010】また本発明にかかるレーダ装置は、f1>
f2>…>fnとし、各周波数のレーダパルスの最初の
パルスをf1,f2,…,fnの順で順次送出するとし
た場合に、f1なる周波数のレーダパルスの最初のパル
スの送出時点と、fmなる周波数のレーダパルスの最初
のパルスの送出時点との時間差Imを、Im=(f1/
fm)×(T・(m−1)/n)としたことを特徴とす
る。
【0011】また本発明にかかるレーダパルスの送信方
法においても同様に、f1>f2>…>fnとし、各周
波数のレーダパルスの最初のパルスをf1,f2,…,
fnの順で順次送出し、f1なる周波数のレーダパルス
の最初のパルスと、fmなる周波数のレーダパルスの最
初のパルスとを、それぞれIm=(f1/fm)×(T
・(m−1)/n)なる時間差Imをもって送出するよ
うにした。
【0012】このようにすることで、上記の利点に加
え、受信処理系に与えられるパルスエコー間隔を見かけ
上均一にすることができる。これは、移動する目標に対
する計測の時間間隔を均等にすることに相当し、したが
って計測の取りこぼしを無くすことが可能となる。
【0013】より具体的には、例えば2周波切替型のパ
ルスレーダ装置にあっては、(f1−fIF)なる周波
数の第1の周波数信号を発生する第1の局部発振器と、
(f2−fIF)なる周波数の第2の周波数信号を発生
する第2の局部発振器と、前記第1および第2の周波数
信号を送信周波数に変換するためのfIFなる周波数の
中間周波数信号を発生する第3の局部発振器と、Tなる
繰り返し周期の第1のトリガと、(T・f1/f2)な
る繰り返し周期の第2のトリガとを生成するトリガ生成
手段と、前記第1および第2の周波数信号を、それぞれ
前記第1および第2のトリガに基づきパルス状に切り替
え出力する切替手段と、この切替手段から送出されるパ
ルス状の前記第1および第2の周波数信号をそれぞれ前
記第3の局部発振器から出力される中間周波数信号で送
信周波数に周波数変換して、それぞれf1およびf2な
る周波数の第1および第2の高周波信号を生成する周波
数変換手段と、これらの第1および第2の高周波信号を
変調し送信電力増幅して第1および第2のレーダ送信信
号を生成する送信信号生成手段と、この送信信号生成手
段から出力される前記第1および第2のレーダ送信信号
を空間に放射すると共にそれぞれのエコーを捕捉する空
中線装置と、この空中線装置で捕捉されたエコーを取り
込んで前記第1のレーダ送信信号のエコー成分を抽出す
る系統と前記第2のレーダ送信信号のエコー成分を抽出
する系統に振り分け、各系統の出力について検波処理を
施す受信手段とを具備することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は本発明に係るドプラ
レーダ装置の一実施形態の構成を示すもので、1は周波
数(f1−fIF)の第1の局部発振信号を発生する第
1の高安定局部発振器、2は周波数(f2−fIF)の
第2の局部発振信号を発生する第2の高安定局部発振器
である。
【0015】これらの局部発振器1,2で発生された第
1及び第2の局部発振信号は混合器12で混合された
後、ローパスフィルタ13に供給される。このローパス
フィルタ13は混合器12の出力から低域成分fCLK
(=|f1−f2|)を抽出するもので、その出力は制
御回路14に供給され、タイミング信号として使用され
る。
【0016】一方、上記局部発振器1,2から出力され
る第1、第2の局部発振信号は切替回路3に供給され
る。この切替回路3は制御回路14からのトリガ信号で
第1、第2の局部発振信号をそれぞれ切り替えて出力す
るもので、すなわち第1の局部発振信号をパルス送信繰
り返し周期Tで、第2の局部発振信号を(T・f1/f
2)なる周期で送出する。この出力は混合器4にてIF
局部発振器5で発生されるIF信号と混合された後、ハ
イパスフィルタ6に供給される。このハイパスフィルタ
6は混合器4の出力から高域成分(f1またはf2)を
抽出するもので、その出力は変調回路15に供給され
る。
【0017】この変調回路15はハイパスフィルタ6の
出力信号を制御回路14からのトリガ信号に基づいてパ
ルス変調するもので、その出力は送信増幅器7により電
力増幅され、周波数がf1のレーダパルス(以後レーダ
パルスf1と称する)と、周波数がf2のレーダパルス
(以後レーダパルスf2と称する)とがサーキュレータ
10を介して2周波共用のアンテナ8により所定の覆域
に向けて放射される。
【0018】また、上記アンテナ8により受信した信号
はサーキュレータ10、受信増幅器11を介して分配器
9に供給され、レーダパルスf1に基づくエコーとレー
ダパルスf2に基づくエコーとに分配され、それぞれ混
合器17、29へ出力される。
【0019】混合器17は、第1の局部発振器1で発生
される周波数がf1−fIFの信号をレーダパルスf1
のエコーに混合するもので、その出力はフィルタ18に
供給されて中間周波信号(IF)となり、検波回路19
に与えられる。検波回路19は、与えられた信号に対し
て直交検波を施すもので、これによって複素形式の直交
検波信号f1(I)I、f1(Q)を得る。この検波回
路19の出力はA/D(アナログ/デジタル)変換器2
0によりデジタル信号に変換され、図示しない信号処理
回路に出力される。
【0020】一方、混合器29は、第2の局部発振器2
で発生される周波数がf2−fIFの信号をレーダパル
スf2のエコーに混合するもので、その出力はフィルタ
30に供給されてIF信号となり、検波回路31に与え
られる。検波回路31は、与えられた信号に対して直交
検波を施すもので、これによって複素形式の直交検波信
号f2(I)I、f2(Q)を得る。この検波回路19
の出力はA/D変換器32によりデジタル信号に変換さ
れ、図示しない信号処理回路に出力される。
【0021】なお、上記A/D変換器20、32の変換
処理は、制御回路14で生成されるサンプルクロックn
/fCLKに基づいて行われる。
【0022】上記構成によれば、各レーダパルスf1、
f2の送出タイミングは図2に示すようになる。すなわ
ち、レーダパルスf1は図2(a)に示すようにパルス
繰り返し周期Tで、レーダパルスf2は図2(b)に示
すように、これを(f1/f2)倍したT・(f1/f
2)なる繰り返し周期にてそれぞれ送出される。これに
より、アンテナ8から放出されるレーダパルスは、図2
(c)なるタイミングで放射されることになる。以下、
各レーダパルスf1、f2の送出タイミングを上記のご
とく設定することにより生じる作用を説明する。
【0023】一般に、ドプラ効果により生じる周波数偏
移fdは、次式で表される。
【0024】
【数1】
【0025】送信周波数f0が変化しないのであれば、
速度成分と周波数偏移との間には一意の関係が保たれ、
周波数偏移から一意に目標の移動速度を求めることがで
きる。
【0026】一方、レーダパルスf1に基づくエコーR
x1、レーダパルスf2に基づくエコーRx2は、それ
ぞれ次式で表される。
【0027】
【数2】
【0028】ここでtは時間、fd1、fd2は各エコ
ーのドプラ周波数、φ1、φ2は送受信系統の違いによ
る固定位相、λ1、λ2はレーダパルスf1、f2の波
長、Emは受信強度である。
【0029】式(2)、(3)において、カッコ内第2
項、第3項は定数であるので、これを改めて定数φ1、
φ2として書くと、次式を得る。
【0030】
【数3】
【0031】さて、レーダパルスf1は繰り返し周期T
にて送出されているので、時間tをTの整数倍としてn
Tで表せる。また、fd1を式(1)を用いて表すと、
次式を得る。
【0032】
【数4】
【0033】一方、レーダパルスf2は繰り返し周期
(T・f1/f2)にて送出されているので、時間tを
n(T・f1/f2)で表せる。また、fd2を式
(1)を用いて表し、式(4)と同様に次式を得る。
【0034】
【数5】
【0035】式(4)と式(5)とを比較すると、カッ
コ内の定数φ1、φ2を除き、同じとなっている。ここ
に、定数φ1、φ2は送受信系統の違いに起因する固定
量であるから予め求めておくことができ、また受信処理
の際に計算で消去することが可能である。これにより、
式(4)と式(5)とを、角速度的に連続する量として
取り扱うことが可能となる。
【0036】このことは、図3に示すように、レーダパ
ルスf1とf2のエコーを共通の位相ベクトル空間で表
した場合、その時間変化量が同じになることを意味す
る。すなわち目標の移動速度が一定なら、f1の位相が
回転する時間と、f2の位相が回転する時間とが同じに
なる。
【0037】一方、従来のドプラレーダ装置では、図4
に示すように両エコーの位相の回転する速度が同じでは
なく、その差が次第に大きくなっていったりする。この
ため受信処理段階において位相のずれを補正する必要が
生じ、これが処理処理系の負担を大きくさせる原因とな
っていた。
【0038】これに比べて本発明に係わるドプラレーダ
装置では、位相誤差を生じず、したがってその補正の必
要も無く、受信処理にかかる負担を大幅に減らすことが
可能となる。
【0039】かくして本実施形態では、局部発振器1が
生成する周波数f1−fIFなる発振信号と、局部発振
器2が生成する周波数f2−fIFなる発振信号とを、
局部発振器3が生成する周波数fIFなる発振信号とそ
れぞれミキサ4にて混合してf1、f2なる周波数の送
信信号を生成する。その際、信号f1を間隔Tにてミキ
サ4に送出することで、送信繰り返し周期Tなるレーダ
パルスf1を得る。また、信号f2を間隔T・(f1/
f2)にてミキサ4に送出することで、レーダパルスf
2の送信繰り返し周期をT・(f1/f2)とするよう
にしている。
【0040】このようにしたので、送信周波数切り替え
に伴う周波数偏移の変化によらず、受信エコーを角速度
的に連続した信号として取り扱うことができ、これによ
り受信処理にかかる負荷の軽減を図ることが可能とな
る。またその結果、装置の低コスト化、サイズ縮小、重
量の軽減を図ることが可能となる。
【0041】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。例えば上記実施形態ではf1、f2な
る2種類の波長を使用するようにしたが、もっと多種の
波長を用いるようにしても良い。このようにすること
で、速度分解能をさらに向上させると共に、最大探知距
離を延ばすことができることは良く知られているが、こ
のようなレーダ装置に対して本発明の思想を適用するに
は、レーダパルスの周波数に対応させてその送信繰り返
し周期を可変設定すれば良い。
【0042】すなわち、f1,f2,…,fnなる周波
数を使用するとすれば、fm(mは1からnまでの任意
の自然数)なる周波数のレーダパルスの送信繰り返し周
期Tmを、Tm=(f1/fm)・Tとすることで、更
なる速度分解能の向上と最大探知距離の延伸を図れるに
加え、上記と同様の効果をも得ることができる。
【0043】さらに、f1>f2>…>fnとしたと
き、各レーダパルスの最初のパルスを、f1なる周波数
の最初のパルスの送出時点に対してIm=(f1/f
m)×(T・(m−1)/n)なる時間差Imをもって
送出するようにしても良い。
【0044】このことを、図5を参照して説明する。図
5は、f1〜f4なる異なる4つの周波数に対して上記
のごとく時間差を設定した場合を示す。図5(b)に示
す繰返し周期Tのf1レーダパルスに対して、次に周波
数の低いf2レーダパルスを、図5(c)のごとく(f
1/f2)×(T・1/4)なる時間差をもって送出す
る。以後同様に、f3、f4レーダパルスに対してそれ
ぞれ(f1/f3)×(T・2/4)、(f1/f4)
×(T・3/4)なる時間差を設定する。
【0045】このようにすることで、受信処理系に与え
られるパルスエコー間隔を、図5(a)のごとく均一に
することができる。これは、移動する目標に対する計測
の時間間隔を均等にすることに相当する。これにより計
測の取りこぼしを無くすことが可能となる。
【0046】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変形実施を行うことができる。
【0047】
【発明の効果】以上詳述したように本発明は、互いに異
なるf1,f2,…,fn(nは2以上の自然数)なる
周波数のレーダパルスをそれぞれ一定の送信繰り返し周
期で放射し、各レーダパルスのエコーに基づき目標の移
動速度および距離を求めるドプラレーダ装置において、
f1なる周波数のレーダパルスの送信繰り返し周期をT
としたとき、fm(mは1からnまでの任意の自然数)
なる周波数のレーダパルスの送信繰り返し周期Tmを、
Tm=(f1/fm)・Tとしたので、送信周波数切り
替えに伴う周波数偏移の変化によらず、受信エコーを角
速度的に連続した信号として取り扱うことができ、これ
により受信処理にかかる負荷の軽減を図ることが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るドプラレーダ装置の一実施形態
の構成を示す図。
【図2】 本発明に係るドプラレーダ装置のレーダパル
スの送出タイミングを示す図。
【図3】 本発明に係わるドプラレーダ装置における受
信エコーの位相状態を示す位相ベクトル図。
【図4】 従来のドプラレーダ装置における受信エコー
の位相状態を示す位相ベクトル図。
【図5】 複数のレーダパルスの送信開始時点を特別に
設定した際の効果を説明するための図。
【符号の説明】
1…第1の高安定局部発振器 2…第2の高安定局部発振器 3…切替回路 4…混合器 5…IF局部発振器 6…ハイパスフィルタ 7…送信増幅器 8…アンテナ 9…分配器 10…サーキュレータ 11…受信増幅器 12…混合器 13…ローパスフィルタ 14…制御回路 15…変調回路 17,29…混合器 18,30…偏波成分抽出フィルタ 19,31…検波回路 20,32…アナログ/ディジタル変換器(A/D)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J070 AB03 AB06 AC02 AC06 AE12 AE13 AH23 AH31 AH34 AH39 AH50 AJ04 AJ10 AK01 AK22 AK40 BA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに異なるf1,f2,…,fn(n
    は2以上の自然数)なる周波数のレーダパルスをそれぞ
    れ一定の送信繰り返し周期で放射し、各レーダパルスの
    エコーに基づき目標の移動速度および距離を求めるドプ
    ラレーダ装置において、 f1なる周波数のレーダパルスの送信繰り返し周期をT
    としたとき、fm(mは1からnまでの任意の自然数)
    なる周波数のレーダパルスの送信繰り返し周期Tmを、 Tm=(f1/fm)・T としたことを特徴とするドプラレーダ装置。
  2. 【請求項2】 f1>f2>…>fnとし、各周波数の
    レーダパルスの最初のパルスをf1,f2,…,fnの
    順で順次送出するとした場合に、 f1なる周波数のレーダパルスの最初のパルスの送出時
    点と、fmなる周波数のレーダパルスの最初のパルスの
    送出時点との時間差Imを、 Im=(f1/fm)×(T・(m−1)/n) としたことを特徴とする請求項1に記載のドプラレーダ
    装置。
  3. 【請求項3】 (f1−fIF)なる周波数の第1の周
    波数信号を発生する第1の局部発振器と、 (f2−fIF)なる周波数の第2の周波数信号を発生
    する第2の局部発振器と、 前記第1および第2の周波数信号を送信周波数に変換す
    るためのfIFなる周波数の中間周波数信号を発生する
    第3の局部発振器と、 Tなる繰り返し周期の第1のトリガと、(T・f1/f
    2)なる繰り返し周期の第2のトリガとを生成するトリ
    ガ生成手段と、 前記第1および第2の周波数信号を、それぞれ前記第1
    および第2のトリガに基づきパルス状に切り替え出力す
    る切替手段と、 この切替手段から送出されるパルス状の前記第1および
    第2の周波数信号をそれぞれ前記第3の局部発振器から
    出力される中間周波数信号で送信周波数に周波数変換し
    て、それぞれf1およびf2なる周波数の第1および第
    2の高周波信号を生成する周波数変換手段と、 これらの第1および第2の高周波信号を変調し送信電力
    増幅して第1および第2のレーダ送信信号を生成する送
    信信号生成手段と、 この送信信号生成手段から出力される前記第1および第
    2のレーダ送信信号を空間に放射すると共にそれぞれの
    エコーを捕捉する空中線装置と、 この空中線装置で捕捉されたエコーを取り込んで前記第
    1のレーダ送信信号のエコー成分を抽出する系統と前記
    第2のレーダ送信信号のエコー成分を抽出する系統に振
    り分け、各系統の出力について検波処理を施す受信手段
    とを具備することを特徴とするドプラレーダ装置。
  4. 【請求項4】 互いに異なるf1,f2,…,fn(n
    は2以上の自然数)なる周波数のレーダパルスをそれぞ
    れ一定の送信繰り返し周期で放射し、各レーダパルスの
    エコーに基づき目標の移動速度および距離を求めるドプ
    ラレーダ装置における前記レーダパルスの送信方法であ
    って、 f1なる周波数のレーダパルスの送信繰り返し周期をT
    としたとき、 fm(mは1からnまでの任意の自然数)なる周波数の
    レーダパルスを、Tm=(f1/fm)・Tなる送信繰
    り返し周期Tmで送出するようにしたことを特徴とする
    レーダパルスの送信方法。
  5. 【請求項5】 f1>f2>…>fnとし、各周波数の
    レーダパルスの最初のパルスをf1,f2,…,fnの
    順で順次送出し、 f1なる周波数のレーダパルスの最初のパルスと、fm
    なる周波数のレーダパルスの最初のパルスとを、それぞ
    れIm=(f1/fm)×(T・(m−1)/n)なる
    時間差Imをもって送出するようにしたことを特徴とす
    る請求項4に記載のレーダパルスの送信方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010048761A (ja) * 2008-08-25 2010-03-04 Toshiba Corp レーダ装置
JP2013224884A (ja) * 2012-04-23 2013-10-31 Japan Radio Co Ltd 水蒸気観測装置および気象レーダ
KR20160079312A (ko) * 2014-12-26 2016-07-06 한국공항공사 주파수 시퀀시 작성 방법 및 주파수 시퀀시 작성 장치

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