JP2003240852A - ドップラーレーダ用受信回路 - Google Patents

ドップラーレーダ用受信回路

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JP2003240852A
JP2003240852A JP2002042449A JP2002042449A JP2003240852A JP 2003240852 A JP2003240852 A JP 2003240852A JP 2002042449 A JP2002042449 A JP 2002042449A JP 2002042449 A JP2002042449 A JP 2002042449A JP 2003240852 A JP2003240852 A JP 2003240852A
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signal
frequency
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doppler radar
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JP2002042449A
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Shunpei Kameyama
俊平 亀山
Kimio Asaka
公雄 浅香
Toshiyuki Ando
俊行 安藤
Yoshihito Hirano
嘉仁 平野
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Mitsubishi Electric Corp
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比帯域の狭いVCOを用いて移動物体の移動
速度の影響を逐次キャンセルすることが可能なドップラ
ーレーダ用受信回路を提供する。 【解決手段】 ミキサと、単一周波数の発振信号を出力
する発振器と、VCO(Voltage Controlled Oscillato
r)とを有し、前記VCOから前記移動体の移動速度の
ドップラー周波数に関する周波数の信号を発振する機能
を有し、ビート信号と前記発振器からの信号とをミキシ
ングする機能と、前記VCOからの信号を用いて前記ビ
ート信号に含まれる前記移動体の移動速度の影響をキャ
ンセルする機能を有することを特徴とした。

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、ドップラーレー
ダ装置に係り、特に、航空機等の移動体に搭載するドッ
プラーレーダ用受信回路に関する。
【0002】
【従来の技術】移動体にドップラーレーダ装置を搭載し
て計測を行う場合、受信信号におけるドップラー周波数
には、ターゲットのドップラー周波数成分だけでなく、
移動体自身の移動速度のドップラー周波数成分が含まれ
ている。移動体の移動速度が大きい場合には、A/D変
換におけるサンプリング周波数をそれに応じて大きくす
る必要があり、それにしたがって高価なA/D変換器が
必要となる。
【0003】この問題を解決するための従来の技術とし
て、例えば特開平1−114774号公報に記載されて
いるものがある。前記公報においては、受信信号に含ま
れる移動速度の影響を、移動速度のドップラー周波数と
同じ周波数の信号を発振する電圧制御発振器(以下、V
COと称す。VCO:Voltage Controlled Oscillato
r)からの信号を用いてミキシングして差周波成分を抽
出することによりキャンセルしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、例えばレーザ
ードップラでの計測時において、送信光の波長が1.5
μmであり、飛行速度が0m/s(静止状態)〜約30
0m/s(旅客機の巡航速度)の範囲で変化する場合、
従来技術におけるドップラーレーダ用受信回路では、V
COに発振周波数範囲がDC〜400MHz程度のもの
を使用する必要があるが、このような比帯域幅(発振周
波数範囲幅/発振周波数範囲におけるセンター値)の広
いVCOは、実現性および入手性が低いことが知られて
いる。したがって、システム全体を容易に構成するのが
難しかった。
【0005】この発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、従来と比較して比帯域の狭いVCOを用いて移動物
体の移動速度の影響を逐次キャンセルすることが可能な
ドップラーレーダ用受信回路を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係るドップラ
ーレーダ用受信回路は、移動体に搭載されたドップラー
レーダの一部の構成をなし、単一周波数の発振信号を出
力する発振器と、前記移動体の移動速度のドップラー周
波数に前記発振器からの発信周波数を合計した周波数の
信号を発振するVCO(Voltage Controlled Oscillato
r)と、前記ドップラーレーダによりへテロダイン検波
されたビート信号と前記発振器からの信号とをミキシン
グするミキサと、前記VCOからの信号と前記ミキサか
らの信号に基づいて前記ビート信号に含まれる前記移動
体の移動速度のドップラー周波数をキャンセルする手段
とを備えたことを特徴とする。
【0007】また、前記移動体の移動速度のドップラー
周波数をキャンセルする手段は、前記ミキサからの信号
を2分配する0°分配器と、前記VCOからの信号を9
0°位相差を付けて2分配する90°分配器と、前記0
°分配器からの信号と前記90°分配器からの信号とを
それぞれミキシングする一対のミキサとから構成したこ
とを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】実施の形態1.この発明の実施の
形態1に係るドップラーレーダ用受信回路について、図
1を用いて説明する。図1は、この発明の実施の形態1
に係るドップラーレーダ用受信回路を有するレーダ装置
の構成を示す図であり、ドップラーレーダ装置がレーザ
ードップラーレーダ装置である場合について示してい
る。
【0009】図1において、1はドップラーレーダ用受
信回路である。また、11はVCO、12は0°分配
器、13は90°分配器である。14はミキサであり、
3つのミキサ141、142、143が図1には示され
ている。ミキサ141および142は、RF信号とLO
信号の差周波成分を出力するダウンコンバータであり、
ミキサ143は、ミキサ141および142とは異な
り、RF信号とLO信号の和周波成分を出力するアップ
コンバータである。15は発振器であり、予め定めた単
一の周波数fsの信号を発振するものである。
【0010】また、2は光源、3は光カップラ、4は光
強度変調器、5は光増幅器、6は送受光学系であり、光
サーキュレータとしての機能を有している。7はヘテロ
ダインレシーバであり、ローカル光と受信光とをヘテロ
ダイン検波してビート信号を出力する機能を有してい
る。8はA/D変換器であり、2つのA/D変換器81
と82が図1には示されている。9は速度情報出力部で
ある。
【0011】図1に示したドップラーレーダ装置は、図
には示さないが航空機に搭載されており、送信光の送信
方向は、航空機の飛行方向としている。また、以下の説
明においては、図1のドップラーレーダ装置は、風速検
出を目的として風速のドップラー周波数を求めるものと
して説明するが、ドップラー周波数を求める用途であれ
ば何にでも使用することができ、例えば他の航空機の飛
行速度のドップラー周波数を求めることも可能である。
【0012】なお、本明細書においては、ドップラーレ
ーダを航空機に搭載する場合について述べるが、搭載す
る対象は航空機に限らず、車等の移動物体であれば適用
可能である。また、この発明における「ドップラー周波
数」という文言は、ドップラー効果により周波数シフト
を受けた際のシフト量という意味を持つ。
【0013】図1において、光源2は光カップラ3に接
続されている。光カップラ3からの信号の内の一方は光
強度変調器4に、他の一方はヘテロダインレシーバ7に
接続されている。光強度変調器4は光増幅器5に、光増
幅器5は送受光学系6に接続されている。送受光学系6
はヘテロダインレシーバ7に接続されている。ヘテロダ
インレシーバ7はドップラーレーダ用受信回路1中のミ
キサ143のRF端子に接続されている。ミキサ143
のIF端子は0°分配器12の入力端子に接続されてい
る。
【0014】また、速度情報出力部9はVCO11の発
振周波数制御端子に接続されている。0°分配器12の
2つの出力端子は、ミキサ141とミキサ142のRF
端子にそれぞれ接続されている。VCO11の発振信号
出力端子は、90°分配器13の入力端子に接続されて
いる。90°分配器13の2つの出力端子は、ミキサ1
41およびミキサ142のLO端子に接続されている。
ミキサ141およびミキサ142のIF端子は、A/D
変換器81および82にそれぞれ接続されている。発振
器15はミキサ143のLO端子に接続されている。
【0015】また、図1において、光源2と光カップラ
3の間、光カップラ3とヘテロダインレシーバ6の間、
光カップラ3と光強度変調器4の間、光強度変調器4と
光増幅器5との間、光増幅器5と送受光学系6との間、
および送受光学系6とヘテロダインレシーバ7の間は、
それぞれ光ファイバケーブルにより接続されている。他
の部品間は電線ケーブルにより接続されている。
【0016】次に、図1のドップラーレーダ装置の動作
について説明する。まず、光源2から連続波からなる光
信号を送信し、光カップラ3によりこの信号を分割す
る。分割した2つの信号の内、一方はローカル光として
ヘテロダインレシーバ7に送られる。他の一方は、光強
度変調器4により強度変調されてパルス化され、光増幅
器5により増幅された後、送受光学系6を介して大気中
に送信信号として送信される。
【0017】大気中に送信された送信信号は、例えばエ
アロゾルといった大気中の散乱体により散乱された後に
受信される。このとき、受信光のキャリア周波数は、送
信信号のキャリア周波数に対し、航空機の飛行速度に相
当するドップラー周波数をfaとし、航空機の飛行方向
に関する風速のドップラー周波数をfdとした場合、f
a+fdだけシフトした値となる。
【0018】受信光は送受光学系6を介してヘテロダイ
ンレシーバ7に送られる。ヘテロダインレシーバ7で
は、ローカル光と受信光とがヘテロダイン検波され、2
つの信号のビート信号が検出される。このとき、ビート
信号のキャリア周波数はfa+fdとなる。
【0019】図1において、速度情報出力部9からはド
ップラーレーダ用受信回路1に対して、航空機の飛行速
度情報に関する信号が逐次出力される。この信号の電圧
はVCO11が航空機の飛行速度のドップラー周波数f
aに発振器15からの発振周波数fsを合計した値fa
+fsと同じ周波数の発振信号を発振するための発振周
波数制御電圧に相当している。
【0020】ヘテロダインレシーバ7からドップラーレ
ーダ用受信回路1に入力した信号は、ミキサ143によ
り発振器15からの信号とミキシングされてアップコン
バートされる。このとき、発振器15の発振周波数をf
sとすると、アップコンバートされた信号の周波数はf
d+fa+fsとなる。アップコンバートされた信号
は、0°分配器12により2分される。速度情報出力部
9からドップラーレーダ用受信回路1に入力された信号
はVCO11に送られ、VCO11は航空機の飛行速度
のドップラー周波数faと同じ周波数の発振信号に発振
器15の発振周波数fsを加えた周波数fa+fsの信
号を発振する。VCO11からの発振信号は90°分配
器13により90°位相差を付けて2分される。
【0021】次に、0°分配器12からの2つの信号を
RF信号、90°分配器13からの2つの信号をLO信
号とし、ミキサ141およびミキサ142においてそれ
ぞれミキシングしてダウンコンバートした後、A/D変
換器81および82に送る。これにより、A/D変換器
81および82に送られる信号のキャリア周波数は(f
d+fa)−fa=fdとなり、航空機の飛行速度に相
当するドップラー周波数faがキャンセルされて風速の
みのドップラー周波数fdの信号となる。A/D変換器
81および82に送られた信号は、IQ信号としてA/
D変換される。この信号を周波数解析することにより風
速のドップラー周波数が求められる。
【0022】以上に述べたこの発明の実施の形態1に係
るドップラーレーダ用受信回路においては、VCO11
を用いることにより、ヘテロダインレシーバ7からの信
号の周波数から、航空機の飛行速度に相当するドップラ
ー周波数faをキャンセルすることができる。したがっ
て、航空機の飛行速度が早くドップラー周波数faの値
が大きいためにそのままA/D変換するとサンプリング
周波数において高速なサンプリングが必要になる場合に
おいても、必要サンプリング周波数をfd程度に抑える
ことが可能となり、ドップラーレーダ用受信回路に接続
するA/D変換器への負担を軽減することが可能とな
る。また、VCO11を用いているので航空機の飛行速
度が逐次変化する場合においても、VCO11から飛行
速度のドップラー周波数faと同じ周波数の発振信号を
逐次発振して飛行速度の影響をキャンセルすることが可
能であるので、風速のみのドップラー周波数を検出する
ことが可能となる。
【0023】また、従来例において述べたように、ドッ
プラーレーダでの計測時において、例えば送信光の波長
が1.5μmであり、飛行速度が0m/s(静止状態)
〜約300m/s(旅客機の巡航速度)の範囲で変化す
る場合、従来のドップラーレーダ用受信回路では、VC
O11に発振周波数範囲がDC〜400MHz程度のも
のを使用する必要があるが、このような比帯域幅(発振
周波数範囲幅/発振周波数範囲のセンター値)の広いV
COは、実現性および入手性が低く、高価なものとな
る。
【0024】しかし、この発明に係るドップラーレーダ
用受信回路では、例えば発振器15の発振周波数を50
0MHzとした場合、VCO11に要求される発振周波
数範囲を、周波数500〜900MHzとし、従来のド
ップラーレーダ用受信回路と比較して比帯域幅の狭いも
のを使用することが可能となる。同じ発振周波数幅の場
合、比帯域幅の狭いものの方が実現および入手性が高
く、廉価である。したがって、ドップラーレーダ用受信
回路全体の実現の容易性を向上し、価格を廉価にする効
果が新たに生じる。
【0025】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、移動
体に搭載されたドップラーレーダの一部の構成をなし、
単一周波数の発振信号を出力する発振器と、前記移動体
の移動速度のドップラー周波数に前記発振器からの発信
周波数を合計した周波数の信号を発振するVCO(Volt
age Controlled Oscillator)と、前記ドップラーレー
ダによりへテロダイン検波されたビート信号と前記発振
器からの信号とをミキシングするミキサと、前記VCO
からの信号と前記ミキサからの信号に基づいて前記ビー
ト信号に含まれる前記移動体の移動速度のドップラー周
波数をキャンセルする手段とを備えたので、従来と比較
して比帯域の狭いVCOを用いて移動物体の移動速度の
影響を逐次キャンセルすることができる。
【0026】また、前記移動体の移動速度のドップラー
周波数をキャンセルする手段を、前記ミキサからの信号
を2分配する0°分配器と、前記VCOからの信号を9
0°位相差を付けて2分配する90°分配器と、前記0
°分配器からの信号と前記90°分配器からの信号とを
それぞれミキシングする一対のミキサとから構成したの
で、ドップラーレーダ用受信回路全体の実現の容易性を
向上し、価格を廉価にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1のドップラーレーダ
用受信回路構成を示す構成図である。
【符号の説明】
1 ドップラーレーダ用受信回路、2 光源、3 光カ
ップラ、4 光強度変調器、5 光増幅器、6 送受光
学系、7 ヘテロダインレシーバ、8 A/D変換器、
9 速度情報出力部、11 VCO、12 0°分配
器、13 90°分配器、14 ミキサ、15 発振
器、81 A/D変換器、82 A/D変換器、141
ミキサ、142 ミキサ、143 ミキサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 俊行 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 平野 嘉仁 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5J070 AA02 AC06 AE04 AF06 AH31 5J084 AA07 AB08 AC02 AC04 AD04 CA07 CA24 CA42 CA49 CA50 DA01 EA07 EA15

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動体に搭載されたドップラーレーダの
    一部の構成をなし、 単一周波数の発振信号を出力する発振器と、 前記移動体の移動速度のドップラー周波数に前記発振器
    からの発信周波数を合計した周波数の信号を発振するV
    CO(Voltage Controlled Oscillator)と、 前記ドップラーレーダによりへテロダイン検波されたビ
    ート信号と前記発振器からの信号とをミキシングするミ
    キサと、 前記VCOからの信号と前記ミキサからの信号に基づい
    て前記ビート信号に含まれる前記移動体の移動速度のド
    ップラー周波数をキャンセルする手段とを備えたことを
    特徴とするドップラーレーダ用受信回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のドップラーレーダ用受
    信回路において、 前記移動体の移動速度のドップラー周波数をキャンセル
    する手段は、前記ミキサからの信号を2分配する0°分
    配器と、前記VCOからの信号を90°位相差を付けて
    2分配する90°分配器と、前記0°分配器からの信号
    と前記90°分配器からの信号とをそれぞれミキシング
    する一対のミキサとから構成したことを特徴とするドッ
    プラーレーダ用受信回路。
JP2002042449A 2002-02-20 2002-02-20 ドップラーレーダ用受信回路 Withdrawn JP2003240852A (ja)

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Cited By (4)

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WO2006030502A1 (ja) * 2004-09-15 2006-03-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 光波レーダ装置
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