JP2002139565A - レーダ装置 - Google Patents

レーダ装置

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JP2002139565A
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radar
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Masakazu Wada
将一 和田
Masaharu Akei
正治 明井
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Toshiba Corp
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電波干渉の影響を低減し、より広い覆域での
観測を可能とする。 【解決手段】 変調パルス生成部１２において、互いに
相関性の低い複数の変調方式を用い、各変調方式をサイ
クリックに切り替えて、それぞれの変調パルスが一定の
繰り返し周期となるように繰り返し送信パルスを生成す
る。送受信装置１５、空中線装置１６により、上記繰り
返し送信パルスを送出し、その反射パルスを受信し、こ
の受信された信号を復調部１９にて送信パルス生成部１
２で用いた複数の変調方式でそれぞれ復調し、信号処理
装置１１にて、各復調信号をそれぞれ同一変調パルスの
送信パルス繰り返し周期で強度、速度、速度幅などの算
出処理を行う。このように、送信パルスを順次異なる変
調方式で送信することにより、当該送信パルスと少なく
とも１つ以上前の送信パルスからの反射波の混信を避
け、測定精度の向上と覆域の拡大を図ることが可能とな
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、気象防災に資する
気象レーダ装置等のレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の気象レーダ装置にあっては、送信
波がパルス変調されているが、パルス内の周波数や位相
が意図的に変調されることはなかった。送信パルスに変
調を加えない場合、放射方向においてパルス幅より短い
長さの空間分解能を得ることが原理的に不可能なため、
従来の気象レーダ装置では短いパルス幅で可能な限り大
きなピーク電力での送信を行っていた。このことから、
気象レーダ装置では、広範囲にわたり電波干渉の影響を
考慮し、個別の周波数が割り当てられている。これによ
り、周波数の割り当てが枯渇するなどの問題が生じてい
る。
【０００３】特に、気象ドップラーレーダ装置において
は、移動現象の検出速度の最大値を大きくするために、
パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）をできるだけ高くする
必要があるが、このことが覆域の縮小につながるという
問題を引き起こしている。
【０００４】一方、気象レーダ装置の他、目的別に多数
のレーダ装置が設置されているが、レーダ装置間で電波
干渉が生じないように、隣接レーダ装置間で使用周波数
を大きく離す等の処置が施されている。しかしながら、
このような手法では、既存の複数のレーダ装置の覆域内
に新たなレーダ装置を設置する場合、周波数の割り当て
変更が余儀なくされるといった問題が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の気象レーダ装置に代表されるレーダ装置では、送信
パルスのピーク電力を大きくすると、電波干渉が広範囲
に及んでしまう。また、パルス繰り返し周波数を高くし
て速い移動現象を観測しようとすると、覆域が縮小され
てしまう。さらに、他のレーダ装置の覆域内に新たなレ
ーダ装置を設置する場合には、周波数の割り当て変更が
余儀なくされる場合がある。
【０００６】本発明は、上記の問題を解決し、電波干渉
の影響が少なく、より広い覆域での観測が可能なレーダ
装置を提供することを第１の目的とし、さらに他のレー
ダ装置との間で電波干渉を低減することのできるレーダ
装置を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために本発明に係るレーダ装置は、以下のような特徴
的構成を備える。
【０００８】（１）繰り返し送信パルスを生成し、各パ
ルスを少なくとも１つ前の変調方式とは互いに相関性の
低い変調方式で変調するものとし、それぞれの変調パル
スが一定の繰り返し周期となるように、各変調方式をサ
イクリックに切り替える送信パルス生成手段と、この送
信パルス生成手段で生成された繰り返し送信パルスを送
出し、その反射パルスを受信する送受信手段と、この送
受信手段で受信された信号を前記送信パルス生成手段で
用いた複数の変調方式でそれぞれ復調する復調手段と、
この復調手段で得られる複数の復調信号をそれぞれ同一
変調パルスの送信パルス繰り返し周期で信号処理する信
号処理手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】上記構成によれば、送信パルスを少なくと
も１つ前のパルス毎に異なる変調方式で送信することに
より、当該送信パルスと少なくとも１つ以上前の送信パ
ルスからの反射波の混信を避け、測定精度の向上と覆域
の拡大を図ることが可能となる。
【００１０】（２）（１）の構成において、前記複数の
変調方式は、周波数変調、位相変調、符号変調またはこ
れらの組み合わせの少なくともいずれかを利用できる。
【００１１】（３）（１）の構成において、前記送信パ
ルス生成手段は、予め複数の変調方式による変調パルス
の波形パターンを記憶する波形パターン記憶手段と、こ
の波形パターン記憶手段から送信トリガ及び変調方式選
択制御信号により決定される波形パターンを読み出す波
形パターン選択手段と、この波形パターン選択手段によ
り読み出された波形パターンをアナログ信号に変換する
デジタル・アナログ変換手段とを備えることで実現可能
である。
【００１２】（４）（１）の構成において、前記復調手
段は、前記送受信手段で得られた受信信号をデジタル信
号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、このアナ
ログ・デジタル変換手段でデジタル化された受信信号
を、デジタル処理により複数の変調方式による復調を同
時に処理するデジタル復調処理手段とを備えることで実
現可能である。
【００１３】また、上記第２の目的を達成するために本
発明に係るレーダ装置は、以下のような特徴的構成を備
える。
【００１４】（５）他のレーダ装置が発する送信パルス
の変調方式とは相関性の低い変調方式で送信パルスを変
調し、受信信号を自己の発した送信パルスの変調方式で
復調することを特徴とする。
【００１５】上記構成によれば、近傍のレーダ装置との
電波干渉が小さくなるような変調方式を選択することに
より、他のレーダ装置との電波干渉を低減することが可
能となる。
【００１６】（６）（５）の構成において、前記他のレ
ーダ装置の変調方式と自己のレーダ装置の変調方式と
は、周波数変調、位相変調、符号変調またはこれらの組
み合わせの少なくともいずれかを利用可能である。
【００１７】（７）（５）の構成において、前記他のレ
ーダ装置の変調方式と自己の変調方式に互いに相関性の
低い符号による位相変調を用いると、符号の割り当てだ
けでレーダ装置間の電波干渉を低減できる。
【００１８】
【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。
【００１９】図１は本発明に係る気象ドップラーレーダ
装置の構成を示すブロック図である。図１において、変
調パルス生成部１２は、デジタル処理により、互いに干
渉を生じにくい複数の変調方式によってパルス内が周波
数または位相変調された変調パルス信号を選択的に生成
するものである。具体的には、波形パターンメモリ１２
１に予め複数の変調方式による波形パターンを登録して
おき、読み出し制御部１２２により順次切り替ながら読
み出し出力する。その発生タイミングは信号処理装置１
１からの送信トリガにより決定され、パルス内の変調方
式は信号処理装置１１からの変調選択制御信号により決
定される。
【００２０】上記変調パルス生成部１２で生成されたベ
ースバンドの変調パルス信号は、直交変調部１３にて、
デジタル処理によって直交変調された後、Ｄ／Ａ（デジ
タル／アナログ）変換部１４により中間周波数ｆｉのア
ナログ信号に変換される。このようにして生成された送
信パルス信号は、送受信装置１５により送信周波数ｆ０
に変換された後、電力増幅されて、空中線装置１６から
送出される。
【００２１】上記空中線装置１６から送出された周波数
ｆ０の送信波は、目標（雨粒等）に当たって戻ってくる
が、目標の移動によりドップラー周波数ｆｄを伴ってい
る。この反射波の周波数をｆｒ＝ｆ０＋ｆｄとする。空
中線装置１６で受けた受信信号（周波数ｆ０＋ｆｄ）
は、送受信装置１５で増幅された後、中間周波数ｆｉ＋
ｆｄに変換される。続いて、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタ
ル）変換部１７でデジタル値に変換された後、直交検波
部１８にてデジタル処理により直交検波されてベースバ
ンドのビデオ信号に変換される。
【００２２】直交検波されたビデオ信号は復調部１９に
供給される。この復調部１９は、デジタル処理により、
送信側の変調パルス生成部１２が備える複数の変調方式
で同時に入力ビデオ信号を復調する。各変調方式で復調
された信号は、信号処理装置１１に供給される。この信
号処理装置１１は、同一変調パルスの送信パルス繰り返
し周期でその変調方式の復調信号を取り込み、強度、速
度、速度幅などの算出処理を行う。
【００２３】尚、本発明においてＤ／Ａ変換部１４とＡ
／Ｄ変換部１７は必要不可欠なものではなく、変調パル
スの選択的な生成処理、直交変調・復調処理、複数の変
調方式による復調処理をアナログ処理で行う場合には不
要である。
【００２４】上記構成において、以下にその動作を説明
する。
【００２５】本発明の特徴は、変調パルス生成部１２、
復調部１９、さらにＤ／Ａ変換部１４、Ａ／Ｄ変換部１
７に集約される。従来の気象レーダ装置において、送信
波の元となる中間周波信号はアナログ信号として生成さ
れており、パルス内の周波数あるいは位相を意図的に変
化させることはなかった。例えば、２次エコー除去のた
めに送信波の位相を変化させることがあるが、これはパ
ルス内で位相を変化させるのではなく、パルス全体の平
均位相あるいは初期位相を変化させることを目的として
実施している場合に限られている。
【００２６】これに対し、本発明ではパルス内で周波数
あるいは位相を変化させた複数の変調方式による中間周
波信号の送信パルスをデジタル処理で生成し、Ｄ／Ａ変
換部１４でこれをアナログ化し、これを元に送信信号を
生成している。受信系においては受信波をデジタル信号
として直交検波し、復調部１９にて本発明の特徴である
複数の変調方式による復調処理を行うようにしている。
このように、複数の変調方式により変調、復調すること
により、多次エコーの除去性能を高めたり、あるいは多
次エコーを抽出することができるようになるという効果
を生むことができる。
【００２７】上記の２次エコー除去・抽出性能の向上技
術について、さらに詳述する。
【００２８】一般に気象レーダ装置は、送信パルスを一
定間隔で繰り返し送出する。したがって、受信される信
号には、最も近い時間に送出したパルスからの反射波、
すなわち１次エコーだけでなく、１つ以上前のパルスか
らの反射波すなわち多次エコーが含まれる。
【００２９】従来の気象レーダ装置では、送信パルスの
平均位相あるいは初期位相をパルス毎に変化させ、周波
数軸上での処理により１次エコーのみを抽出する処理が
行われてきた。しかし、遠距離のエコーが強く、近距離
のエコーが弱い場合などの条件においては、多次エコー
を十分に除去し、１次エコーのみを抽出することが困難
であった。また、低次のエコーを除去し、より高次のエ
コーを抽出することはさらに困難であるが、これが可能
となれば気象レーダ装置の覆域を広げることが可能とな
る。
【００３０】特に、気象ドップラーレーダ装置の場合に
は、検出できる速度の最大値を高くするためにパルス繰
り返し間隔を短くするが、従来の気象ドップラーレーダ
装置においてはこれが覆域を狭めてしまうという問題に
つながっていた。本発明はこれを解決する手段となりう
る。
【００３１】本発明においては、従来の気象レーダ装置
におけるパルス毎の平均位相制御に加え、パルス毎に変
調方式を変えることにより、これらの問題を解決する。
図２に２次エコーの検出・除去を実現する例を示し、以
下に説明する。
【００３２】送信パルスにおける２つの変調方式を変調
１、変調２とする。周波数を変調する方式においては、
例えば低い周波数から高い周波数に変化させる（アップ
チャープ）送信パルスを変調１、高い周波数から低い周
波数に変化させる（ダウンチャープ）送信パルスを変調
２とすることが考えられる。この場合の送信信号の例を
図３に示す。また、パルス内の位相をコード化する方式
においては、相関性の低いコードを２組準備し、それぞ
れを変調１、変調２とすることが考えられる。この場合
の送信信号の例を図４に示す。さらには、周波数変調と
位相変調を組み合わせることも考えられる。
【００３３】本発明においては、まず変調１による送信
パルスを送信し、反射波を変調１により復調する。次
に、パルス繰り返し時間経過後に変調２による送信パル
スを送信する。この時、受信される信号は変調２による
反射波すなわち１次エコーだけでなく、変調１による１
つ前のパルスからの反射波すなわち２次エコーも含まれ
る。本発明では、復調処理を２系統用意することによ
り、１次エコー、２次エコーそれぞれを分離して抽出
し、以降の処理を行う。
【００３４】図２では、例として２次エコーまでの抽出
・除去の方式を示したが、３次以上の多次エコーの抽出
・除去も同様であり、３つ以上の変調方式とそれぞれに
対応する復調処理により、同様の機能が実現できる。
【００３５】以上述べた処理において、送信パルスの繰
り返し周波数（ＰＲＦ）は、ドップラーレーダの場合、
例えば９００Ｈｚが用いられ、この場合の探知距離は従
来の気象レーダでは１５０ｋｍとなる。本発明では、２
次エコーまでの抽出・除去を考える場合、例えば覆域を
１５０ｋｍとした場合でも、ＰＲＦを２倍の１８００Ｈ
ｚとすることができ、パルスヒット数を２倍にすること
ができる。これにより、観測できるドップラー速度の範
囲を２倍にすることができると共に、速度の算出精度を
向上させることができ、さらに雨量演算精度の向上も図
ることができる。また、ＰＲＦを９００Ｈｚとした場合
は、従来のシステムと同様の精度を維持したまま、覆域
を２倍の３００ｋｍに拡大することができる。
【００３６】本発明においては上記の観測速度の向上、
覆域の拡大に加え、レーダ間の電波干渉を低減すること
ができる。以下、電波干渉の低減機能について説明す
る。
【００３７】従来の気象レーダ装置は、パルス内の信号
に変調は与えず、高いピーク電力で短いパルス幅の送信
波を送信していたため、電波干渉が大きな問題となって
いた。本発明においては、次の２つの方法により干渉の
低減を図ることができる。 （１）低いピーク電力のパルスを送信する。 （２）近傍の気象レーダ装置との相関が小さい変調方式
を採用する。
【００３８】（１）については、送信パルスに変調を加
えることにより実現される。すなわち、送信パルスに変
調を加え、変調特性とは逆特性で復調することによりパ
ルス圧縮がかかり、パルス幅を長くしても高い空間分解
能を得ることが可能となる。同じ平均電力を送信する場
合、パルス幅を長くすればピーク電力を小さくすること
ができるため、本発明による気象レーダ装置から送信さ
れる電磁波が他のレーダ装置へ与える影響は小さくな
る。
【００３９】また、他のレーダ装置からの送信パルスを
本発明による気象レーダ装置が受信する場合、復調処理
の過程でエネルギーが距離方向に分散されるため、干渉
波の影響は同様に軽減される。加えて、ピーク電力を低
くできることから、送信装置の小型化・低価格化が期待
できるという利点もある。
【００４０】（２）については、送信波に変調を与える
レーダ装置同士において、さらなる電波干渉の低減を図
る方法である。本発明による気象レーダ装置を含む近傍
のレーダ装置の変調方式に対して相関性の少ない変調方
式を選択することにより、干渉の影響を（１）よりも低
減させることが可能となる。
【００４１】この場合の変調方式としては、符号変調が
有効である。すなわち、レーダ装置間で、互いに相関性
の少ない変調符号を定めることで、同一周波数を使用し
てもそれぞれの装置が持つ変調符号との相関をとること
で、自己の発した送信波の反射成分のみを取り出すこと
ができる。互いに相関性の少ない変調符号については、
コードの相関性に関する論文として、「"High-Resoluti
on Radar, Second Edition" Donald R. Wehner 著、Art
ech House Boston・London 発行」にその詳細が述べら
れているので、ここでは説明を省略する。
【００４２】尚、上述の周波数変調、位相変調、符号変
調の各方式自体は、パルス圧縮レーダの手法として既に
周知技術であるが、本発明はこれらの変調方式により、
送信パルスの識別、自他装置間の識別に利用した点に特
徴がある。
【００４３】また、上記実施形態では、気象ドップラー
レーダ装置を例にして説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、他の目的で使用されるパルスレー
ダ装置全般に適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、探知距離
が広く、空間分解能が高く、強度・速度の検出精度が高
く、レーダ間の干渉が少なく、小型で安価なレーダ装置
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を気象ドップラーレーダ装置に適用し
た場合の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】 同実施形態の復調処理を説明するための図。
【図３】 同実施形態において、変調方式にアップチャ
ープとダウンチャープによる周波数変調を用いた場合の
送信パルスの例を示す図。
【図４】 同実施形態において、変調方式に互いに相関
性の低いコードで位相変調を施す符号変調を用いた場合
の送信パルスの例を示す図。
【符号の説明】
１１…信号処理装置 １２…変調パルス生成部 １２１…波形パターンメモリ １２２…読み出し制御部 １３…直交変調部 １４…Ｄ／Ａ変換部 １５…送受信装置 １６…空中線装置 １７…Ａ／Ｄ変換部 １８…直交検波部 １９…復調部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 繰り返し送信パルスを生成し、各パルス
    を少なくとも１つ前の変調方式とは互いに相関性の低い
    変調方式で変調するものとし、それぞれの変調パルスが
    一定の繰り返し周期となるように、各変調方式をサイク
    リックに切り替える送信パルス生成手段と、 この送信パルス生成手段で生成された繰り返し送信パル
    スを送出し、その反射パルスを受信する送受信手段と、 この送受信手段で受信された信号を前記送信パルス生成
    手段で用いた複数の変調方式でそれぞれ復調する復調手
    段と、 この復調手段で得られる複数の復調信号をそれぞれ同一
    変調パルスの送信パルス繰り返し周期で信号処理する信
    号処理手段とを具備することを特徴とするレーダ装置。
  2. 【請求項２】 前記複数の変調方式は、周波数変調、位
    相変調、符号変調またはこれらの組み合わせの少なくと
    もいずれかであ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】 前記送信パルス生成手段は、予め複数の
    変調方式による変調パルスの波形パターンを記憶する波
    形パターン記憶手段と、この波形パターン記憶手段から
    送信トリガ及び変調方式選択制御信号により決定される
    波形パターンを読み出す波形パターン選択手段と、この
    波形パターン選択手段により読み出された波形パターン
    をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換手段
    とを備えることを特徴とする請求項１記載のレーダ装
    置。
  4. 【請求項４】 前記復調手段は、前記送受信手段で得ら
    れた受信信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジ
    タル変換手段と、このアナログ・デジタル変換手段でデ
    ジタル化された受信信号を、デジタル処理により複数の
    変調方式による復調を同時に処理するデジタル復調処理
    手段とを備えることを特徴とする請求項１記載のレーダ
    装置。
  5. 【請求項５】 他のレーダ装置が発する送信パルスの変
    調方式とは相関性の低い変調方式で送信パルスを変調
    し、受信信号を自己の発した送信パルスの変調方式で復
    調することを特徴とするレーダ装置。
  6. 【請求項６】 前記他のレーダ装置の変調方式と自己の
    レーダ装置の変調方式とは、周波数変調、位相変調、符
    号変調またはこれらの組み合わせの少なくともいずれか
    であることを特徴とする請求項５記載のレーダ装置。
  7. 【請求項７】 前記他のレーダ装置の変調方式と自己の
    変調方式に互いに相関性の低い符号による位相変調を用
    いることを特徴とする請求項５記載のレーダ装置。
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