JP2005257435A - ウェイト関数生成方法、参照信号生成方法、送信信号生成装置、信号処理装置及びアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ウェイト関数の範囲を決める矩形波S11をFFT等11によって周波数領域に変換し、乗算器12にて周波数軸上に生成した窓関数(ブラックマンハリス窓等)S12と乗算した後、IFFT等13によって時間領域に戻すことによりウェイト関数S13を生成するようにした。このようにして生成されたウェイト関数は、信号処理ロスが改善されているため、時間軸上での立ち上がり立ち下がりが急峻となり、ロス分を数%程度まで低減することができる。窓関数は、ブラックマンハリス窓に限らず、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、フラットトップ窓等のいずれでも効果が得られる。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明に係る第1の実施形態として、ウェイト関数生成のための処理構成を示すブロック図、図2はその処理上の波形図である。図1において、時間領域のウェイト関数が図2(a)に示すような矩形波形範囲に選定されたとする。仮にこのウェイト関数の範囲に従来の窓関数(ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓、フラットトップ窓等)で点線のように適用すると、時間×振幅の面積比において最悪約50%のロスが生じてしまうことになる。そこで、本発明では、図2(a)の基となる矩形波S11をFFT(高速フーリエ変換)等11によって周波数領域に変換し、乗算器12にて図2(b)に示す周波数軸上に生成した窓関数(ブラックマンハリス窓等)S12と乗算した後、IFFT(逆高速フーリエ変換)等13によって時間領域に戻すことによりウェイト関数S13を生成するようにした。このようにして生成されたウェイト関数は、信号処理ロスが改善されているため、図2(c)中実線で示すように、時間軸上での立ち上がり立ち下がりが急峻となり、ロス分を数%程度まで低減することができる。
図3は、本発明に係る第2の実施形態として、相関処理用の参照信号生成のための処理構成を示すブロック図である。基準信号S21は、乗算器21に送られ、ウェイト関数S22と乗算される。ここで、ウェイト関数S22は、第1の実施形態の手法で生成されたウェイト関数である。このウェイト関数S22を乗じられた基準信号S21′は、時間領域の参照信号S23となる。このようにして生成された参照信号S23は、第1の実施形態で生成されたウェイト関数が乗じられているため、信号処理ロス及びレンジサイドローブが低減されており、参照信号として理想的な波形となる。
図4は、本発明に係る第3の実施形態として、第2の実施形態とは異なる手法で、相関処理用の参照信号生成のための処理構成を示すブロック図である。
図5は、本発明に係る第4の実施形態として、送信信号生成装置に本発明を適用した場合の構成を示すブロック図である。図5において、ウェイト関数S41は送信信号S42の周波数スプリアスを抑圧するためのウェイト関数である。このウェイト関数S41は、第1の実施形態の手法により、周波数領域においてブラックマンハリス窓等の窓関数を乗じて時間領域に戻したものを使用する。上記ウェイト関数S41は乗算器41にて送信信号S42に乗算された後、送信器42によって出力される。
図6は、本発明に係る第5の実施形態として、パルス圧縮レーダ装置に本発明を適用した場合の構成を示すブロック図である。このレーダ装置では、送信信号関数発生部51にて発生される送信信号は乗算器52に供給され、ウェイト関数格納部53に格納されているウェイト関数と乗じられてパルス波形信号に変換された後、送信信号格納部54に格納される。
ところで、パルス圧縮レーダ装置において、近距離から反射してきたデータはS/N比が大きい。そこで、第6の実施形態では、第5の実施形態に示すレーダ装置において、近距離には、従来の「ロスは大きいがサイドローブを大きく落とすウェイト関数」を用い、遠距離では、本発明で得られる「ロスが少なくサイドローブを低減することができるウェイト関数」を用いるというように使い分けることで、効率良くサイドローブを低減することができるようにしている。
(1)近距離信号に対しては、レンジサイドローブを抑圧したい。但し、パルス圧縮ゲインは高くなくてもよい。
(2)遠距離信号に対しては、パルス圧縮ゲインは高くしたい。但し、レンジサイドローブはあまり抑圧する必要がない。
があげられる。上記の相反する要求をまとめると、図9(a)のように図示される。近距離用関数を図9(b)中の左側に示し、遠距離用関数を図9(b)中の右側に示す。基本関数の形態を図9に示すように複数に分割することにより、さらに理想的なパルス圧縮を行うことができる。この場合、図9(b)に示す近距離関数/遠距離関数は、窓関数の帯域を最適値に調整することにより生成することができる。
図10は、本発明に係る第7の実施形態として、信号(時間領域の入力データ)をフーリエ変換して周波数軸上の分布に変換して信号解析を行う信号処理装置に本発明を適用した場合の処理構成を示すブロック図である。図10において、ウェイト関数S51はスプリアスリークを抑圧するためのウェイト関数であって、予め時間領域から周波数領域に変換し、周波数領域において窓関数(ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓、フラットトップ窓等)と乗算した後、時間領域に戻して生成されたウェイト関数である。このウェイト関数S51を時間領域で入力信号に乗じた後に、フーリエ変換して周波数領域に変換することで周波数軸上の入力データ解析結果を得る。
ところで、実際の送受信器の内部には、帯域外の妨害を抑圧するために、狭帯域フィルタが挿入されている。この狭帯域フィルタには、急峻な抑圧特性が要求されるが、この抑圧特性を実現するためには、信号品質を維持するのに必要なフィルタ通過群遅延特性が犠牲となる。このことから、従来ではやむなく狭帯域フィルタの群遅延特性の劣化が生じてしまい、基信号に対して位相歪みを発生させてしまっている。しかしながら、この位相歪みは、パルス圧縮などの相関処理においては、圧縮ゲイン目標の未達成、レンジサイドローブの悪化等を引き起こす原因となる。
次に、本発明の第9の実施形態として、フェーズドアレイアンテナ装置のアンテナ開口面分布を決定するウェイト関数に本発明を適用した場合について説明する。
以上、本発明の実施の形態について、主にレーダ装置に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、信号処理全般に適用可能である。
Claims (14)
- 時間領域で入力信号に所定の特性を与えるウェイト関数を生成するウェイト関数生成方法において、
前記ウェイト関数を使用する前に、いったん周波数領域に変換し、周波数領域において窓関数と乗じた後、時間領域に戻しておくことを特徴とするウェイト関数生成方法。 - 前記窓関数は、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓、フラットトップ窓のいずれかであることを特徴とする請求項1記載のウェイト関数生成方法。
- 基準信号に時間領域で所定のウェイト関数を乗じて入力信号との相関をとるための時間領域の参照信号を生成する参照信号生成方法において、
前記ウェイト関数を使用する前に、いったん周波数領域に変換し、周波数領域において窓関数と乗じた後、時間領域に戻しておき、
前記基準信号に前記周波数領域の窓関数が乗じられたウェイト関数を乗じて前記時間領域の参照信号を生成することを特徴とする参照信号生成方法。 - 基準信号に時間領域で所定のウェイト関数を乗じて入力信号との相関をとるための周波数領域の参照信号を生成する参照信号生成方法において、
前記基準信号を時間領域から周波数領域に変換し、周波数領域において窓関数を乗じて前記周波数領域の参照信号を生成することを特徴とする参照信号生成方法。 - 前記窓関数は、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓、フラットトップ窓のいずれかであることを特徴とする請求項3または記載の参照信号生成方法。
- 送信信号の周波数スプリアスを抑圧するためのウェイト関数であって、予め時間領域から周波数領域に変換し、周波数領域において窓関数と乗算した後、時間領域に戻して生成されたウェイト関数を前記送信信号の原信号に乗じて前記送信信号を生成することを特徴とする送信信号生成装置。
- 前記ウェイト関数を前記送信信号のシンボルレートに合わせて乗算することを特徴とする請求項6記載の送信信号生成装置。
- 前記窓関数は、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓、フラットトップ窓のいずれかであることを特徴とする請求項6記載の送信装置。
- 送信信号の反射波を受信する受信装置と、
前記送信信号に時間領域で所定のウェイト関数を乗じて前記受信装置の受信信号をパルス圧縮するための複素共役関数を生成する複素共役関数生成手段と、
前記受信装置の受信信号に前記複素共役関数生成手段で生成される複素共役関数を乗じてパルス圧縮するパルス圧縮手段とを具備し、
前記複素共役関数生成手段は、予め周波数領域において窓関数が乗じられた後に時間領域に戻されたウェイト関数を前記送信信号に乗算することで前記複素共役関数を生成することを特徴とする信号処理装置。 - 前記複素共役関数生成手段は、予め周波数領域で互いに異なる窓関数を乗じられて時間領域に戻された複数のウェイト関数をそれぞれ送信信号に乗じることで生成される複数の複素共役関数を格納する複数共役関数格納部を備え、
前記パルス圧縮手段は、前記複素共役関数格納部から探知距離に対応する複素共役関数を切り替えてパルス圧縮することを特徴とする請求項8記載の信号処理装置。 - 信号をフーリエ変換して周波数軸上の分布に変換して信号解析を行う信号処理装置において、
前記信号のスプリアスリークを抑圧するためのウェイト関数であって、予め時間領域から周波数領域に変換し、周波数領域において窓関数と乗算した後、時間領域に戻して生成されたウェイト関数を前記フーリエ変換前の時間領域の信号に乗じることを特徴とする信号処理装置。 - 前記窓関数は、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓、フラットトップ窓のいずれかであることを特徴とする請求項9または11記載の信号処理装置。
- アレイ状に配列された複数のエレメント素子それぞれの給電振幅を制御して任意の開口面分布を形成するアンテナ装置において、
前記開口面分布に対応する各エレメント素子のゲインウェイト関数であって、予め時間領域から周波数領域に変換し、周波数領域において窓関数と乗算した後、時間領域に戻して生成されたゲインウェイト関数に基づいて前記エレメント素子それぞれの給電振幅を制御することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記窓関数は、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓、フラットトップ窓のいずれかであることを特徴とする請求項13記載のアンテナ装置。
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