JP2001091644A - パルスドップラレーダ装置及び同レーダ装置におけるクラッタ抑圧方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クラッタ抑圧性能の向上を図り、強いクラッタ
環境下でも十分にクラッタが抑圧できるようにする。 【解決手段】送信機１０１から所定の周波数のレーダパ
ルスを所定の繰り返し周期で放射する。このレーダパル
スのエコーはアンテナ１０３により受信されると、幾つ
かの回路を介して、繰り返し周期に対応した周波数帯域
より狭い帯域の狭帯域アナログフィルタ１０９に入力さ
れる。これにより、レーダパルスのエコーから目標信号
が抽出されると共にクラッタが抑圧される。フィルタ１
０９の出力信号は、混合器１１０，１１１、ＬＰＦ１１
４，１１５、Ａ／Ｄコンバータ１１６，１１７を介して
繰り返し周期に対応した周波数帯域を信号処理帯域とす
る広帯域デジタルフィルタ１１８に入力され、狭帯域ア
ナログフィルタ１０９で抑圧しきれなかったクラッタを
更に抑圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルスドップラレ
ーダ装置に係り、特に飛翔体に搭載して用いられるパル
スドップラレーダ装置及び同レーダ装置におけるクラッ
タ抑圧方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、飛翔体に搭載して用いられ、所
定の周波数のレーダパルスを所定の繰り返し周期で放射
し、このレーダパルスのエコーを空中線装置により捕捉
して当該エコーに基づき目標の移動速度及び距離を求め
る、飛翔体に搭載して用いられるパルスドップラレーダ
装置では、山や建造物といった固定物からのエコー（反
射波）、すなわちクラッタを抑圧して、移動目標からの
エコーのみを抽出できるようにすることが要求される。

【０００３】そこで従来は、移動目標からのエコー（目
標信号）に対応した狭帯域のアナログフィルタを用いる
ことで、クラッタ抑圧を実現していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが近年は、パル
スドップラレーダ装置を搭載した飛翔体の飛行高度が低
くなる傾向にあるため、レーダ装置と山や建造物といっ
た固定物との距離が飛行高度が高い場合に比べて短くな
って、クラッタのレベルが例えば８０〜９０ｄＢと大き
くなっている。

【０００５】このような強いクラッタ環境下では、狭帯
域アナログフィルタを用いたとしても、そのダイナミッ
クレンジはせいぜい６０〜７０ｄＢ程度であるため、８
０〜９０ｄＢのクラッタを抑圧するには不足する。この
強いクラッタ環境下での狭帯域アナログフィルタの出力
の周波数スペクトラムを図３に示す。この図からは、メ
インブロッククラッタが十分抑圧できないことが分か
る。

【０００６】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
でその目的は、クラッタ抑圧性能の向上が図れ、強いク
ラッタ環境下でも十分にクラッタが抑圧できるパルスド
ップラレーダ装置及び同レーダ装置におけるクラッタ抑
圧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】本発明は上記課題を解決
するため、飛翔体に搭載されて、所定の周波数のレーダ
パルスを所定の繰り返し周期で放射し、レーダパルスの
エコーを空中線装置により捕捉して当該エコーに基づき
目標の移動速度及び距離を求めるパルスドップラレーダ
装置において、上記レーダパルスのエコーより目標信号
を抽出するための上記繰り返し周期に対応した周波数帯
域より狭い帯域の狭帯域アナログフィルタと、この狭帯
域アナログフィルタの後段側にアナログ／ディジタルコ
ンバータを介して設けられ、上記繰り返し周期に対応し
た周波数帯域を信号処理帯域とする広帯域デジタルフィ
ルタとを備えたことを特徴とする。

【０００８】このような構成においては、狭帯域アナロ
グフィルタの後段側に、レーダパルスの繰り返し周波数
（ＰＲＦ）程度の信号処理帯域を持つ広帯域デジタルフ
ィルタを設けたことにより、狭帯域アナログフィルタで
抑圧しきれなかったクラッタが、当該狭帯域アナログフ
ィルタの帯域、つまりＰＲＦより狭い帯域の繰り返しで
折り返されるのを防止して、ＰＲＦ程度の広帯域内で目
標信号と当該クラッタとを周波数軸で容易に分離できる
ようにすることで、一層のクラッタ抑圧が実現される。
これにより、クラッタ抑圧性能の向上が図れ、強いクラ
ッタ環境下でも十分にクラッタを抑圧することができ
る。

【０００９】ここで、上記狭帯域アナログフィルタとア
ナログ／ディジタルコンバータとの間に、繰り返し周期
に対応した周波数帯域の広帯域アナログフィルタを設け
るとよい。

【００１０】この場合、広帯域アナログフィルタの周波
数帯域外のクラッタ等がサンプリングされるのを防止で
きるため、広帯域デジタルフィルタでのクラッタ抑圧が
より効果的に行える。

【００１１】なお、ＰＲＦは変動するため、上記広帯域
デジタルフィルタ及び広帯域アナログフィルタの周波数
帯域、つまりＰＲＦに対応した周波数帯域（ＰＲＦ程度
の周波数帯域）を、ＰＲＦの最大値に設定するとよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
図面を参照して説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施形態に係るパルスド
ップラレーダ装置の受信系を中心とする構成を示すブロ
ック図である。図１のパルスドップラレーダ装置は、所
定の周波数のレーダパルスを所定の繰り返し周期で放射
し、このレーダパルスのエコーに基づき目標の移動速度
及び距離を求めるもので、飛翔体に搭載して用いられ
る。

【００１４】図１において、送信機１０１は、例えば所
定の送信周波数Ｔｘのレーダパルスを、所定のパルス繰
り返し周波数ＰＲＦ（Pulse Repetetion Frequency）
で、即ち所定のパルス繰り返し周期Ｔｍ（＝１／ＰＲ
Ｆ）で送出する。なお本実施形態では、Ｔｘには、例え
ばＸ帯（バンド）の周波数（８０００〜１２０００ＭＨ
ｚ）が用いられる。また、ＰＲＦは例えば２５６ＫＨｚ
である。

【００１５】送信機１０１から送出されレーダパルス
は、送信系と受信系とを切り替えるサーキュレータ１０
２を介して、空中線装置としてのアンテナ１０３により
放射される。アンテナ１０３から放射されたレーダパル
スに基づく移動目標等からのエコー（反射波）のうち、
当該アンテナ１０３に到来するエコーが当該アンテナ１
０３により受信（捕捉）される。アンテナ１０３により
受信された信号は、サーキュレータ１０２、受信増幅器
１０４を介して第１の混合器１０５に入力される。

【００１６】第１の混合器１０５は、例えばＤＲＯ（誘
電体共振器）を用いて構成される安定局部発振器１０６
により発生される、周波数が例えばＴｘ−２００ＭＨｚ
の信号を受信信号（つまりレーダパルスのエコー）に混
合して、受信信号の周波数を２００ＭＨｚに変換する。
ここで、移動目標からのエコー（目標信号）の周波数
は、移動目標と本レーダ装置（を搭載した飛翔体）との
相対速度で決まるドプラ周波数ｆｄだけ、送信周波数Ｔ
ｘからずれるため、第１の混合器１０５の出力信号に関
しても、上記２００ＭＨｚから＋ｆｄまたは−ｆｄだけ
ずれる。

【００１７】第１の混合器１０５の出力信号は第２の混
合器１０７に入力される。第２の混合器１０７は、第１
の混合器１０５から出力される受信信号に、図示せぬ局
部発振器を内蔵するＰＬＬ回路（位相ロックループ回
路）１０８により発生される、周波数が例えば２１０Ｍ
Ｈｚ＋Δまたは２１０ＭＨｚ−Δ（Δはドプラ周波数ｆ
ｄに対応）の信号を混合して、受信信号の周波数を１０
ＭＨｚに変換する。

【００１８】第２の混合器１０７の出力信号は、例えば
帯域幅が８ＫＨｚの狭帯域アナログフィルタ１０９に入
力される。ここで、第２の混合器１０７の出力信号に含
まれる、移動目標からのエコー、つまり目標信号の周波
数は、後述する補償回路１１９の制御に基づくＰＬＬ回
路１０８の動作により、狭帯域アナログフィルタ１０９
の帯域の中心周波数に一致するように調整されている。

【００１９】このように、第２の混合器１０７の出力信
号が狭帯域アナログフィルタ１０９に入力されることに
より、当該フィルタ１０９の帯域に含まれる移動目標か
らのエコー、つまり目標信号が抽出されると共に、その
帯域外にあるクラッタが抑圧される。但し、［発明が解
決しようとする課題］の欄で述べたように、クラッタの
レベルが８０〜９０ｄＢといった強いクラッタ環境下で
は、狭帯域アナログフィルタ１０９だけでは十分なクラ
ッタ抑圧が行えない。

【００２０】狭帯域アナログフィルタ１０９の出力信号
は第３の混合器１１０と第４の混合器１１１に入力され
る。混合器１１０は、狭帯域アナログフィルタ１０９の
出力信号に、局部発振器１１２により発生される、周波
数が例えば１０Ｍｚの信号を混合し、目標信号の周波数
がＤＣ（直流）〜フィルタ１０９の帯域幅（８ＫＨｚ）
の１／２である４ＫＨｚの範囲となる、当該出力信号と
同相の信号Ｉに変換する。

【００２１】一方、混合器１１１は、局部発振器１１２
により発生される上記１０Ｍｚの信号が位相器１１３に
より９０度位相シフトされた信号を、狭帯域アナログフ
ィルタ１０９の出力信号に混合し、目標信号の周波数が
ＤＣ（直流）〜４ＫＨｚの範囲となる、当該出力信号と
位相が９０度異なる信号Ｑに変換する。つまり、混合器
１１０，１１１により、複素形式の信号Ｉ，Ｑに変換さ
れる。

【００２２】混合器１１０，１１０の出力信号Ｉ，Ｑ
は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１４，１１５に入力
される。ローパスフィルタ１１４，１１５は、信号Ｉ，
ＱからＤＣ〜４ＫＨｚの目標信号を含む１２８ＫＨｚ以
下の低域成分のみを抽出する。ここで、信号Ｉ，Ｑは位
相が９０度異なる。したがって、当該信号Ｉ，Ｑをロー
パスフィルタ１１４，１１５に入力して１２８ＫＨｚ以
下の低域成分のみを抽出することは、帯域幅が２５６Ｋ
Ｈｚ、つまりＰＲＦ程度の帯域幅の広帯域アナログフィ
ルタを使用することと等価である。したがって信号Ｉ，
Ｑに対し、ローパスフィルタ１１４，１１５の対により
帯域幅２５６ＫＨｚの広帯域アナログフィルタを実現し
ていることになる。なお、ＰＲＦ（パルス繰り返し周波
数）は基本的には一定（２５６ＫＨｚ）であるが、レー
ダパルスのエコーの受信のために送信が一時的に遅延さ
れる場合には、見かけ上一時的に低くなる。つまりＰＲ
Ｆは変動する。そこで、ＰＲＦの変動を考慮して、広帯
域アナログフィルタの帯域幅をＰＲＦの最大値に設定す
るとよい。

【００２３】ローパスフィルタ１１４，１１５の出力信
号はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータ１１６，
１１７に入力される。Ａ／Ｄコンバータ１１６，１１７
は、ローパスフィルタ１１４，１１５から入力された信
号を所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換す
る。

【００２４】もし、ローパスフィルタ１１４，１１５の
対により等価的に実現される、ＰＲＦ程度の帯域幅（２
５６ＫＭｚ）の広帯域アナログフィルタを通さずにＡ／
Ｄ変換した場合、狭帯域アナログフィルタ１０９で抑圧
しきれなかったクラッタが目標信号と共に当該フィルタ
１０９の帯域幅（８ＫＨｚ）で折り返されてしまう。こ
の場合、ＰＲＦ（レーダパルスの繰り返し周波数）とは
無関係に、狭帯域アナログフィルタ１０９の帯域幅の繰
り返し毎に、クラッタと目標信号が現れることになり、
後述するデジタルフィルタ１１８で両者を識別・分離す
ることができなくなる。これに対して本実施形態では、
ＰＲＦ程度の帯域幅（２５６ＫＭｚ）の広帯域アナログ
フィルタに通した後にＡ／Ｄ変換していることから、ク
ラッタ（及び目標信号）が折り返されるのを防止でき
る。

【００２５】Ａ／Ｄコンバータ１１６，１１７の出力信
号は、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて構成
される、信号処理帯域がＰＲＦ程度（２５６ＫＨｚ）
で、分解能が１２８Ｈｚの広帯域デジタルフィルタ１１
８に入力される。この広帯域デジタルフィルタ１１８及
び後述する補償回路１１９は、例えばＤＳＰ（デジタル
・シグナル・プロセッサ）を用いて実現される。

【００２６】このように、狭帯域アナログフィルタ１０
９、ローパスフィルタ１１４，１１５、Ａ／Ｄコンバー
タ１１６，１１７を介して送られる信号をＰＲＦ程度の
信号処理帯域の広帯域デジタルフィルタ１１８に入力す
ることで、周波数軸で、移動目標からのエコー（目標信
号）と、狭帯域アナログフィルタ１０９では抑圧しきれ
なかったクラッタとを分離して、当該クラッタを（２５
〜３０ｄＢ程度）抑圧することができる。これにより、
十分なクラッタ抑圧が実現できる。しかも、狭帯域アナ
ログフィルタ１０９と広帯域デジタルフィルタ１１８と
の間（更に詳細に述べるならば、狭帯域アナログフィル
タ１０９と広帯域デジタルフィルタ１１８の前段のＡ／
Ｄコンバータ１１６，１１７との間）にローパスフィル
タ１１４，１１５（の対と等価なＰＲＦ程度の帯域幅の
広帯域アナログフィルタ）を設け、広帯域デジタルフィ
ルタ１１８の信号処理帯域に一致する帯域の信号成分の
みを抽出して、Ａ／Ｄコンバータ１１６，１１７を介し
て当該デジタルフィルタ１１８に入力するようにしてい
るため、Ａ／Ｄ変換においてその帯域外のクラッタ等が
サンプリングされるのが防止されており、クラッタ抑圧
がより効果的に行える。

【００２７】ここで広帯域デジタルフィルタ１１８によ
るクラッタ抑圧度は、主として当該デジタルフィルタ１
１８に適用する窓関数に依存する。窓関数としては、方
形窓、三角窓、ハニング窓、ハミング窓、カイザー窓、
テイラー窓、ブラック窓等が知られており、いずれの窓
関数を適用するかは、本レーダ装置が扱う信号と要求さ
れるクラッタの抑圧レベルとに応じて適宜選択すればよ
い。

【００２８】図２に、強いクラッタ環境下での広帯域デ
ジタルフィルタ１１８によるフィルタリングの様子を示
す。この図から、クラッタ領域のスペクトラムを捨てる
ことで十分なクラッタ抑圧が実現できることが分かる。

【００２９】さて、デジタルフィルタ１１８の出力信号
は図示せぬ信号処理回路に供給されると共に、補償回路
１１９に供給される。この補償回路１１９は、目標信号
の周波数がＰＲＦの中心周波数に位置するように、つま
り目標信号の周波数とアナログフィルタ１０９の周波数
帯域の中心周波数とのずれが０となるように、ＰＬＬ回
路１０８にフィードバックをかける。これによりＰＬＬ
回路１０８は、目標信号の周波数とアナログフィルタ１
０９の周波数帯域の中心周波数とのずれが０となるよう
に、発振周波数を可変する。

【００３０】以上に述べた実施形態では、狭帯域アナロ
グフィルタ１０９と広帯域デジタルフィルタ１１８との
間に、（ローパスフィルタ１１４，１１５の対により実
現される）ＰＲＦ程度の帯域の信号成分を抽出する広帯
域アナログフィルタを設けた場合について説明したが、
これに限るものではない。例えば広帯域アナログフィル
タ（を実現するローパスフィルタ１１４，１１５の対）
は必ずしも必要でなく、狭帯域アナログフィルタ１０９
の後段側にＡ／Ｄコンバータを介して広帯域デジタルフ
ィルタ１１８を設けるだけで、従来よりは十分にクラッ
タ抑圧を行うことができる。但し、上記実施形態の方が
より強いクラッタ抑圧が可能となる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、狭
帯域アナログフィルタの後段側に、ＰＲＦ程度の信号処
理帯域を持つ広帯域デジタルフィルタを設け、目標信号
と狭帯域アナログフィルタで抑圧しきれなかったクラッ
タとを周波数軸で分離することでクラッタ抑圧を行うよ
うにしたので、クラッタ抑圧性能の向上が図れ、強いク
ラッタ環境下でも十分にクラッタが抑圧できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るパルスドップラレー
ダ装置の受信系を中心とする構成を示すブロック図。

【図２】同実施形態における強いクラッタ環境下での広
帯域デジタルフィルタ１１８によるフィルタリングの様
子を示す図。

【図３】従来のパルスドップラレーダ装置において適用
される狭帯域アナログフィルタの出力の周波数スペクト
ラムを示す図。

【符号の説明】

１０３…アンテナ １０５，１０７，１１０…混合器 １０９…狭帯域アナログフィルタ １１４，１１５…ローパスフィルタ（ＬＰＦ、広帯域ア
ナログフィルタ） １１６，１１７…Ａ／Ｄコンバータ １１８…広帯域デジタルフィルタ １１９…補償回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 飛翔体に搭載されて、所定の周波数のレ
   ーダパルスを所定の繰り返し周期で放射し、前記レーダ
   パルスのエコーを空中線装置により捕捉して当該エコー
   に基づき目標の移動速度及び距離を求めるパルスドップ
   ラレーダ装置において、 前記レーダパルスのエコーより目標信号を抽出するため
   の前記繰り返し周期に対応した周波数帯域より狭い帯域
   の狭帯域アナログフィルタと、 前記狭帯域アナログフィルタの後段側にアナログ／ディ
   ジタルコンバータを介して設けられ、前記繰り返し周期
   に対応した周波数帯域を信号処理帯域とする広帯域デジ
   タルフィルタとを具備することを特徴とするパルスドッ
   プラレーダ装置。
2. 【請求項２】 前記狭帯域アナログフィルタと前記アナ
   ログ／ディジタルコンバータとの間に、前記繰り返し周
   期に対応した周波数帯域の広帯域アナログフィルタを更
   に具備することを特徴とする請求項１記載のパルスドッ
   プラレーダ装置。
3. 【請求項３】 飛翔体に搭載されて、所定の周波数のレ
   ーダパルスを所定の繰り返し周期で放射し、前記レーダ
   パルスのエコーを空中線装置により捕捉して当該エコー
   に基づき目標の移動速度及び距離を求めるパルスドップ
   ラレーダ装置におけるクラッタ抑圧方法であって、 前記レーダパルスのエコーを前記繰り返し周期に対応し
   た周波数帯域より狭い帯域の狭帯域アナログフィルタに
   入力することで、目標信号を抽出すると共にクラッタを
   抑圧し、 前記目標信号が抽出され且つクラッタが抑圧された信号
   をアナログ／ディジタルコンバータによりデジタル信号
   に変換し、 前記デジタル信号を、前記繰り返し周期に対応した周波
   数帯域を信号処理帯域とする広帯域デジタルフィルタに
   入力することで、前記狭帯域アナログフィルタで抑圧し
   きれなかったクラッタを更に抑圧するクラッタ抑圧方
   法。
4. 【請求項４】 前記狭帯域アナログフィルタの出力信号
   を前記繰り返し周期に対応した周波数帯域の広帯域アナ
   ログフィルタに入力し、当該広帯域アナログフィルタの
   出力信号を前記アナログ／ディジタルコンバータに入力
   することを特徴とする請求項３記載のクラッタ抑圧方
   法。