JP2005300446A

JP2005300446A - チャープ信号発生装置

Info

Publication number: JP2005300446A
Application number: JP2004119978A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Yamashita; 登志彦山下; Makoto Suzuki; 鈴木　　誠
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】パルス内で振幅の変化を抑えた、周波数特性のリニアリティ性の良い、安定したチャープ信号発生装置を安価に提供する。
【解決手段】ディジタルチャープ信号波形データをアナログ信号に変換したチャープ源信号により、発振器から発振されたマイクロ波を変調して増幅し、送信信号を形成するチャープ信号発生装置であって、現実の送信信号と予め設定された送信信号とを比較して、ディジタルチャープ信号波形データを修正して、送信出力が常に一定となるように演算する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、チャープ方式レーダ装置に使用されるチャープ信号発生装置に関する。

チャープ方式レーダ装置に用いられるチャープ信号発生装置には、出力が周波数成分の時系列となるようなインパルス応答をもつフィルタ、すなわち周波数ごとに異なる遅延を与える機能が必要であり、具体的には弾性表面波（ＳＡＷ）素子が用いられている。しかし、ＳＡＷ素子は回路を簡素化できる反面、素子の温度変化や精度に問題があるといわれ、最近ではディジタル回路による処理が主流になっている（例えば、特許文献１）。

ディジタル方式のチャープ信号発生装置は、ＲＯＭ内にあらかじめ記憶させたチャープ信号波形データを所定の速度で読み出し、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器によってアナログ信号に変換する方法と、ＶＣＯ（電圧制御発振器）へ供給する印加電圧をディジタル化してＲＯＭ内に記憶させ、このＶＣＯによってチャープ信号を発生させて、これをＤ／Ａ変換器によってアナログ信号に変換して供給する方法とがある。

このうち、チャープ信号波形データをＲＯＭに記憶させておく方法は、Ｄ／Ａ変換器の変換速度に限界があることと、生成したチャープ信号（中間周波数）が、ＩＦ増幅器、マイクロ波変調器およびＲＦ増幅器などを経てアンテナより送信される間に、各素子の周波数特性や温度特性にバラツキがあるため、送信周波数の全帯域にわたって変動のない一定の出力を得ることが難しかった。

図５〜図７は、ＶＣＯへ供給する印加電圧をＲＯＭに記憶させておく方法について説明した図である。図５は従来のチャープ信号発生装置のブロック図である。ＲＯＭ１６には、ＶＣＯ１７に供給する印加電圧データがディジタル化されて記憶されており、所定の速度で順次そのデータが読み出され、Ｄ／Ａ変換器２を介してＶＣＯ１７へ出力される。この印加電圧データにより、ＶＣＯ１７よりチャープ源信号が生成される。

図６はＶＣＯ１７の印加電圧と発振周波数の関係を示した一例である。また図７（１）、（２）および（３）は、それぞれＶＣＯの印加電圧、送信出力および送信周波数についてタイミング特性を示した図である。図７（３）に示すようにパルス幅ｔｐ（μｓｅｃ）で送信周波数が９４５０ＭＨｚから９４７０ＭＨｚまで変化するチャープ信号を得るためには、図７（１）に示すようなパルス幅内で徐々に変化するような電圧をＶＣＯ１７に印加すればよい。

ＶＣＯ１７の出力（チャープ源信号）は、ＲＦ発振器６の出力とミキサ５でミキシングされてチャープ信号マイクロ波信号となる。このミキサ５で発生したマイクロ波信号はバンドパスフィルタ７によって所望の周波数帯域のみ、ＲＦアンプ８で電力増幅され、送受切替器９を介して、送信信号としてアンテナ１０より空中に放射する。アンテナ１０から放射された送信信号は、図７（２）および（３）に示すチャープ信号となっている。

物標から反射された受信信号（送信信号の反射波）は、再びアンテナ１０で受信され、送受切替器９を通って受信器１１に送られる。受信器１１では、マッチドフィルタを用いて受信した受信信号（チャープ信号）を圧縮処理し、分解能の高いレーダ映像として表示するので、送信時のチャープ信号（送信信号）のリニアリティ性（周波数の直線性）が圧縮特性に直接影響することになる。したがって、アンテナ１０より空中に放射されるチャープ信号（送信信号）のパルス幅内で振幅の変化を抑え、かつ周波数の直線性を確保しておく必要がある。

しかし、上記のチャープ信号発生装置を構成する各素子の周波数特性がパルス幅内で一定でない場合、送信出力が変動する。その結果、図７（２）に破線で示したように、送信出力が周波数の高い領域で低下してしまう。
特開２００２−１４８３３２号公報

このように従来のディジタル方式のチャープ信号発生装置において、チャープ信号波形データをＲＯＭに記憶させておく方法は、Ｄ／Ａ変換器の変換速度に限界があることと、生成したチャープ源信号（中間周波数）が、ＩＦ増幅器、マイクロ波変調器およびＲＦ増幅器などを経てアンテナより送信される間に、素子の周波数特性や温度特性にバラツキがあるため、送信周波数の全帯域にわたって変動のない一定の出力を得ることが難しいという問題があった。

また、ＶＣＯへ供給する印加電圧をＲＯＭに記憶させておく方法では、Ｄ／Ａ変換器の変換速度については問題にならないが、ＶＣＯによって生成されるチャープ信号のリニアリティ（周波数の直線性）や出力安定度等が問題になるほか、前述のチャープ信号発生回路同様、チャープ信号発生回路を構成する各回路、各素子の周波数特性や温度特性のバラツキがあり、各回路ユニットや各素子をバラツキの少ないもの構成しようとすると、その規格、調整に厳しい条件をつける必要があり、結果として高価なものになるという問題があった。

本発明は上記問題点を解消し、チャープ信号発生装置を構成する各回路、各素子の周波数特性や温度特性に多少のバラツキがあっても、周波数のリニアリティ性が良く、安定したチャープ信号が得られるチャープ信号発生装置を、安価に提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、ディジタルチャープ信号波形データを記憶する記憶手段と、該記憶手段から読み出された前記ディジタルチャープ信号波形データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、該Ｄ／Ａ変換手段によりアナログ信号に変換されたチャープ源信号により、発振器から発振されたマイクロ波を変調する変調手段と、該変調手段により変調されたチャープマイクロ波信号を増幅し、送信信号を形成する増幅手段とを有するチャープ信号発生装置であって、前記送信信号の一部を入力する検出手段と、該検出手段に入力した前記送信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段により変換された前記ディジタル信号と、予め設定した送信信号をディジタル信号に変換した設定値とを比較し、両者が一致するように、前記記憶手段に記憶されている前記ディジタルチャープ信号波形データを修正する演算手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のチャープ信号発生装置において、前記Ｄ／Ａ変換手段から出力されるアナログ信号を入力するＣＣＤ素子と、該ＣＣＤ素子の駆動回路とを備え、前記アナログ信号に変換されたチャープ源信号を所定のクロック周波数により前記ＣＣＤ素子に記憶させた後、前記所定のクロック周波数と異なるクロック周波数で読み出したＣＣＤ出力を前記チャープ源信号として、前記マイクロ波を変調することを特徴とするものである。

本発明のチャープ信号発生装置は、送信信号を検出して、予め設定した送信信号と比較し、ディジタルチャープ信号波形データを修正することができるため、使用されるミキサやＲＦアンプ、フィルタ等について厳しい周波数特性や温度特性等を要求しなくても、常に精度の良い送信信号を形成することができ、安価に構成することができる。

また、ＣＣＤ素子を使用することにより、入出力時のクロック周波数の比で、チャープ信号の帯域幅を広げることができ、また同一の帯域幅で良い場合にはＤ／Ａ変換速度を１／２にすることが可能で、安価に構成できる利点がある。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１のチャープ信号発生装置のブロック図で、図３はこのブロック構成におけるデータの流れを説明した図である。図３に示すように、最初にチャープ信号波形データ（オリジナルディジタルデータ）を記憶した演算装置１からＤ／Ａ変換器２に順次データが送られ、アナログのチャープ源信号が作成される。本例の場合、図６に示すように、パルス幅ｔｐ内で周波数が５０ＭＨｚから７０ＭＨｚまで変化する波形データを記憶しており、Ｄ／Ａ変換器２の変換速度は、通常必要とされる周波数の３〜４倍以上に設定するから、７０ＭＨｚまで周波数を振るため変換速度を２１０ＭＨｚ以上に設定している。

次に、作成されたチャープ源信号は５０〜７０ＭＨｚのみを通過するバンドパスフィルタ３を経由して高調波成分等が取り除かれ、波形整形した後に、ＩＦアンプ４により増幅されて、ミキサ５に送られる。一方ＲＦ発振器６の出力は、例えばレーダ装置で使用される９４００ＭＨｚで発振させておき、ミキサ５でチャープマイクロ波信号により変調する。

続いて、ミキサ５で変調したＲＦ波（チャープマイクロ波信号）は、９４５０〜９４７０ＭＨｚを通過させるバンドパスフィルタ７を経由してＲＦアンプ８により電力増幅され、送受切替器９を通ってアンテナ１０に送られ、送信信号（チャープ信号）として空中に放射される。

他方、ＲＦアンプ８の出力（送信信号）の一部は検波器１２に入力し、さらにＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器１３によりディジタルデータに変換され、検波出力として演算装置１に取り込まれる。演算装置１内には、検波出力（送信信号）の目標値（規格）が予め記憶されており、この目標値と実際の検波出力との差を演算する。そしてその差が零となるよう、再計算され、ディジタルデータを作成し、フィードバック処理が行われる。具体的には、元のチャープ信号波形データ（オリジナルディジタルデータ）を修正して、再計算後のディジタルデータとして記憶し、この再計算後のディジタルデータを基にして、上述の処理を行い、送信信号を形成する。送信信号の一部は、検波器１２に入力し、目標値と一致するまで、フィードバック処理が繰り返されることにより、ＲＦアンプ８の出力は目標値に一致していく。なお、目標値は通常パルス内で常に一定値を取るような理想的な値を設定しておく。

図３に示す例では、ＲＦアンプ８の出力である送信電力（振幅）がパルスの後方で低下し、目標値との差が拡大している。この差は演算装置１で検知できるので、次にＤ／Ａ変換器に送出するデータを、この低下分を補正するようにパルスの後方に向けて順に振幅を増加するように修正することになる。このように構成することにより、常にフィードバック制御がかかるので、送信出力が安定したチャープ信号を送信することができるようになる。

従って、チャープ信号発生装置を構成するミキサやＲＦアンプ、フィルタ等について厳しい周波数特性や温度特性等を要求しなくても、常に精度の良い送信信号を形成することができることになる。

図２は本発明の実施例２におけるチャープ信号発生回路のブロック図で、図４は実施例２の動作を説明するための図である。図２に示すように、ＣＣＤ素子１４およびＣＣＤ素子１４を駆動するためのクロック回路１５が、Ｄ／Ａ変換器２とバンドパスフィルタ３の間に設けられている。クロック周波数およびクロックのスタート、ストップを制御するクロック回路１５の制御は、演算装置１により行われる。その他の構成は図１と同じである。

図４に示すように、演算装置１から出力されるディジタルチャープ信号波形データに従って、Ｄ／Ａ変換器２によりチャープ源信号が生成されるが、このチャープ源信号は、まずＣＣＤ素子１４に記憶される。例えば、この時のＣＣＤ素子のクロック周波数を５０ＭＨｚとしてチャープ源信号の中心周波数を２０ＭＨｚとし、ＣＣＤ素子１４にチャープ源信号が全て記憶される。その後、クロック周波数を５０ＭＨｚから１００ＭＨｚにしてＣＣＤ素子１４からチャープ源信号を出力させると、周波数変換されて４０ＭＨｚのチャープ源信号となる。

ＣＣＤ素子により、周波数変換されたチャープ源信号は、実施例１同様、バンドパスフィルタ３により必要な周波数成分のみ取り出されて、ＩＦアンプ４で増幅され、ミキサ５に送られる。ミキサ５でＲＦ発振器６から供給されるマイクロ波とミキシング（変調）されて、チャープマイクロ波信号となる。
次に、図１に示すように作成されたチャープ信号は５０〜７０ＭＨｚのみを通過するバンドパスフィルタ３を経由して高調波成分等が取り除かれ、波形整形した後に、ＩＦアンプ４により増幅されて、ミキサ５に送られる。一方ＲＦ発振器６の出力は、例えばレーダ帯である９４００ＭＨｚで発振させておき、ミキサ５でチャープマイクロ波信号により変調される。

続いて、ミキサ５で変調されたＲＦ波（チャープマイクロ波信号）は９４５０〜９４７０ＭＨｚを通過させるバンドパスフィルタ７を経由してＲＦアンプ８により電力増幅された後、送受切替器９を通ってアンテナ１０に送られ、送信信号として空中に放射される。

他方、ＲＦアンプ８の出力（送信信号）の一部が検波器１２に入力し、さらにＡ／Ｄ変換器１３によりディジタルデータに変換され、検波出力として演算装置１に取り込まれる。この過程では、検波出力（送信信号）の目標値（規格）が予め演算装置１内に記憶されており、この目標値と実際の検波出力との差が零となるよう、フィードバック処理を行う。具体的には、元のチャープ信号波形データ（オリジナルディジタルデータ）を修正して、再計算後のディジタルデータとして記憶し、この再計算後のディジタルデータを基にして、上述の処理を行い、送信信号を形成する。送信信号の一部は、検波器１２に入力し、目標値と一致するまで、フィードバック処理が繰り返され、ＲＦアンプ８の出力は目標値に一致していく。なお、目標値は通常パルス内で常に一定値を取るような理想的な値を設定する。

このように構成することにより、通常は、チャープ信号の周波数の３〜４倍以上必要とされるＤ／Ａ変換器の変換速度が１／２以下の低変換速度のものを使用できるようになるので、さらに低価格で図１と同様に、リニアリティの良いチャープ信号を得ることができる。このことは変換速度を基準に考えれば変換速度はそのままで倍以上の周波数帯域をもつチャープ信号を得ることに相当する。

なお、本発明に用いられる演算装置は、マイクロコンピュータや同等の機能をもつ演算装置を専用プロセッサで実現したものを含むものである。

本発明の実施例１のチャープ信号発生装置のブロック図である。本発明の実施例２のチャープ信号発生装置のブロック図である。本発明の実施例１におけるチャープ信号発生装置を説明する図である。本発明の実施例２の動作を説明する図である。従来のチャープ信号発生装置のブロック図である。従来のチャープ信号発生装置に用いられるＶＣＯの印加電圧に対する発振周波数特性図である。従来のチャープ信号発生回路のＶＣＯ印加電圧、送信出力および周波数のタイミング特性を説明した図である。

符号の説明

１；演算装置、２；Ｄ／Ａ変換器、３；バンドパスフィルタ、４；ＩＦアンプ、５；ミキサ、６；ＲＦ発振器、７；バンドパスフィルタ、８；ＲＦアンプ、９；送受切替器、１０；アンテナ、１１；受信器、１２；検波器、１３；Ａ／Ｄ変換器、１４；ＣＣＤ素子、１５；クロック発生回路、１６；ＲＯＭ、１７；ＶＣＯ

Claims

ディジタルチャープ信号波形データを記憶する記憶手段と、該記憶手段から読み出された前記ディジタルチャープ信号波形データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、該Ｄ／Ａ変換手段によりアナログ信号に変換されたチャープ源信号により、発振器から発振されたマイクロ波を変調する変調手段と、該変調手段により変調されたチャープマイクロ波信号を増幅し、送信信号を形成する増幅手段とを有するチャープ信号発生装置であって、
前記送信信号の一部を入力する検出手段と、該検出手段に入力した前記送信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段により変換された前記ディジタル信号と、予め設定した送信信号をディジタル信号に変換した設定値とを比較し、両者が一致するように、前記記憶手段に記憶されている前記ディジタルチャープ信号波形データを修正する演算手段とを備えたことを特徴とするチャープ信号発生装置。
前記Ｄ／Ａ変換手段から出力されるアナログ信号を入力するＣＣＤ素子と、該ＣＣＤ素子の駆動回路とを備え、
前記アナログ信号に変換されたチャープ源信号を所定のクロック周波数により前記ＣＣＤ素子に記憶させた後、前記所定のクロック周波数と異なるクロック周波数で読み出したＣＣＤ出力を前記チャープ源信号として、前記マイクロ波を変調することを特徴とする請求項１記載のチャープ信号発生装置。