JP2006197242A

JP2006197242A - 送信装置

Info

Publication number: JP2006197242A
Application number: JP2005006613A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takeya; 晋一竹谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】温度が変化した場合であっても、スプリアスを十分に抑圧できる送信装置を提供する。
【解決手段】入力された送信種信号を増幅してアンテナ素子に送る送信モジュールが複数配列されたアクティブアレイアンテナ３と、アクティブアレイアンテナ３に含まれる複数の送信モジュールの近傍に配置された温度センサ３４と、温度センサ３４で検出された温度に応じて送信種信号の時間波形の窓関数の形状を選定する窓関数選定部４ａと、窓関数選定部４ａで選定された窓関数に従って送信種信号を生成する信号生成器１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクティブアレイアンテナを用いて送信を行う送信装置に関し、特にスプリアス（不要波）を抑圧する技術に関する。

従来、個体化送信モジュールや電子管を含むアクティブフェーズドアレイアンテナを用いて送信を行う送信装置が知られている（例えば非特許文献１参照）。図４は、従来の送信装置が適用されたレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、信号生成器１、励振器２、アンテナ３、レーダ制御器７、受信器５および信号処理器６から構成されている。

このレーダ装置においては、レーダ制御器７は、所定の窓関数を表す窓関数制御信号を信号生成器１に送る。信号生成器１は、内部で発生したパルス波形に、レーダ制御器７から送られてくる窓関数制御信号によって表される窓関数（非特許文献１参照）を乗じて送信種信号を生成する。

信号生成器１で生成された送信種信号は、励振器２で増幅され、アンテナ３の給電回路３３で分配され、ｎ（ｎは２以上の整数）個の送受信モジュール３２に入力される。ｎ個の送受信モジュール３２は、入力された送信種信号を位相制御した後に増幅し、送信信号としてｎ個のアンテナ素子３１にそれぞれ送る。このように、パルス波形に窓関数を乗じることによって生成した送信種信号を送信することにより送信スプリアスを低減することができる。

また、目標からの反射信号は、ｎ個のアンテナ素子３１で受信されてｎ個の送受信モジュール３２にそれぞれ送られる。ｎ個の送受信モジュール３２の各々の内部では、アンテナ素子３１からの信号が低雑音増幅され、移相制御されて給電回路３３に送られる。給電回路３３は、ｎ個の送受信モジュール３２からの信号を合成して受信器５に送る。受信器５は、給電回路３３からの信号の周波数変換を行い受信デジタル信号として信号処理器６に送る。信号処理機６は、受信器からの受信デジタル信号に所定の処理を施すことにより目標検出の結果を出力信号として外部に出力する。
吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、初版、社団法人電子情報通信学会、平成１５年２月１５日、ｐｐ．２８８−２８９日野幹雄、「スペクトル解析」、朝倉書店、１９７７年１０月、ｐｐ．１６７−１６８

ところで、上述した従来の送信装置で使用されている固体化送信モジュールは、温度に対する変動量を抑圧したり、固体化送信モジュールの固体間のばらつきを抑制するために、一般に、送信レベルを飽和させて使用される。

しかしながら、送信レベルを飽和させて使用することにより、本来は図５に破線で示すような窓関数の形状を有するべきところ、図５に実線で示すように、送信装置から出力される送信時間波形の振幅が飽和レベルで規制されることになり、送信種信号の窓関数の形状が保持されなくなる。その結果、送信スプリアスを十分に抑圧できないという問題を生じていた。

この問題を解消するために、送信装置の出力に対して、パルス波形の両端に勾配（テーパ）を持たせた台形の形状にして、送信スプリアスを低減させることが行われている。この場合、高出力の送信波形を制御するために送信装置の電圧等を制御する必要があり、送信種信号を制御する場合のように、任意の窓関数を与えることができない。従って、直線形状のパルス波形による制御では、やはりスプリアスを十分に抑圧できない。

以上のように、従来の送信装置は、温度変化による固体化送信モジュール等の飽和により、送信信号の時間波形が所望の波形とは異なってしまい、スプリアスを十分に抑圧できないという問題がある。

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その課題は、温度が変化した場合であっても、スプリアスを十分に抑圧できる送信装置を提供することにある。

本発明に係る送信装置は、上記課題を解決するために、入力された送信種信号を増幅してアンテナ素子に送る送信モジュールが複数配列されたアクティブアレイアンテナと、アクティブアレイアンテナに含まれる複数の送信モジュールの近傍に配置された温度センサと、温度センサで検出された温度に応じて送信種信号の時間波形の窓関数の形状を選定する窓関数選定部と、窓関数選定部で選定された窓関数に従って送信種信号を生成する信号生成器とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る送信装置によれば、飽和レベルは温度により大きく影響されるため、送信モジュールの近傍の温度を検出し、検出された温度に応じて飽和レベルを予測し、飽和した場合にスプリアスを抑制できる所望の時間波形になるように窓関数を選定する。これにより、送信モジュールの温度が変化した場合であっても、送信スプリアスを十分に抑圧することができる。

以下、本発明の実施例に係るレーダ装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る送信装置が適用されたレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、信号生成器１、励振器２、アンテナ３、レーダ制御器４、受信器５および信号処理器６から構成されている。レーダ制御器４は、窓関数選定部４ａを含む。

信号生成器１は、内部で発生したパルス波形に、レーダ制御器４から送られてくる窓関数制御信号によって表される窓関数を乗じて送信種信号を生成する。この信号生成器１で生成された送信種信号は、励振器２に送られる。励振器２は、信号生成器１から送られてくる送信種信号を増幅し、アンテナ３に送る。

アンテナ３は、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子３１、ｎ個の送受信モジュール３２、給電回路３３およびｍ個（ｍは２以上の整数）の温度センサ３４から構成されており、アクティブフェーズドアレイ構成を採用している。本発明の送信モジュールは、送受信モジュール３２に対応する。

アンテナ素子３１は、送受信モジュール３２から送られてくる高周波信号を空中に向けて送信するとともに、空中からの信号、つまり目標からの反射波を受信し、送受信モジュール３２に送る。

送受信モジュール３２は、図２に示すように、サーキュレータ３２１、高出力増幅器３２２ｓ、送信側移相器３２３ｓ、低雑音増幅器３２２ｒおよび受信側移相器３２３ｒから構成されている。サーキュレータ３２１は、高出力増幅器３２２ｓから送られてくる高周波送信信号をアンテナ素子３１に送るか、アンテナ素子３１から送られてくる高周波受信信号を低雑音増幅器３２２ｒに送るかを切り替える。

高出力増幅器３２２ｓは、送信側移相器３２３ｓから送られてくる高周波送信信号を増幅し、サーキュレータ３２１に送る。送信側移相器３２３ｓは、給電回路３３から送られてくる送信信号の位相を調整して高周波送信信号に変換し、高出力増幅器３２２ｓに送る。低雑音増幅器３２２ｒは、サーキュレータ３２１から送られてくる高周波受信信号を増幅し、送信側移相器３２３ｓに送る。受信側移相器３２３ｒは、低雑音増幅器３２２ｒから送られてくる高周波受信信号の位相を調整して中間周波信号に変換し、受信信号として給電回路３３に送る。

給電回路３３は、励振器２から送られてくる信号を電力分配してｎ個の送受信モジュール３２に送る。また、給電回路３３は、ｎ個の送受信モジュール３２から送られてくる受信信号を合成して受信器５に送る。ｍ個の温度センサ３４は、ｎ個の送受信モジュール３２の近傍に配置されており、送受信モジュール３２の周囲の温度を検出する。ここで、温度センサ３４の個数ｍは送受信モジュール３２の個数ｎに等しくする必要はなく、任意である。ｍ個の温度センサ３４で検出された温度を表す温度センサ信号は、レーダ制御器４に送られる。

レーダ制御器４は、信号生成器１における送信種信号の生成を制御する。このレーダ制御器４に含まれる窓関数選定部４ａは、アンテナ３に含まれる複数の温度センサ３４から送られてくる温度センサ信号に基づき窓関数制御信号を生成する。

具体的には、窓関数選定部４ａは、複数の温度に対応させて異なる形状を有する送信種信号の時間波形の窓関数を記憶しており、温度センサ３４から送られてくる温度センサ信号によって示される温度に対応する窓関数を選定し、選定した窓関数を窓関数制御信号として信号生成器１に送る。この窓関数選定部４ａで選定される窓関数の詳細は後述する。

受信器５は、アンテナ３の給電回路３３から送られてくる信号を周波数変換し、さらにデジタル信号に変換する。この受信器５で得られたデジタル信号は、受信デジタル信号として信号処理器６に送られる。

信号処理器６は、受信器５から送られてくる受信デジタル信号に対し、レーダの種類に応じて、ＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標検出）処理、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation；離散フーリエ変換）処理、パルス圧縮処理、最大値検出処理、目標検出処理などを行い、目標検出の結果を出力信号として外部に出力する。

次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係る送信装置が適用されたレーダ装置の動作を説明する。

まず、信号生成器１から出力された送信種信号は、励振器２で増幅され、アンテナ３の給電回路３３で分配されてｎ個の送受信モジュール３２に入力される。ｎ個の送受信モジュール３２の各々の内部では、入力された送信種信号は、送信側移相器３２３ｓ、高出力増幅器３２２ｓおよびサーキュレータ３２１を経由してアンテナ素子３１に送られる。

また、目標からの反射信号は、ｎ個のアンテナ素子３１で受信されてｎ個の送受信モジュール３２にそれぞれ送られる。ｎ個の送受信モジュール３２の各々の内部では、アンテナ素子３１からの信号は、サーキュレータ３２１、低雑音増幅器３２２ｒ、受信側移相器３２３ｒを経由して給電回路３３に送られる。給電回路３３は、ｎ個の送受信モジュール３２からの信号を合成して受信器５に送る。受信器５は、給電回路３３からの信号の周波数変換を行い受信デジタル信号として信号処理器６に送る。信号処理機６は、受信器からの受信デジタル信号に所定の処理を施すことにより目標検出の結果を出力信号として外部に出力する。

次に、信号生成器１で生成される送信種信号について説明する。信号生成器１の内部で生成されるパルス波形をｐ（ｔ）とすると、この信号生成器１から出力されるパルス波形である送信種信号Ｐ（ｔ）は、下記式（１）で表すことができる。

ここで、Ｗ（ｔ）は窓関数、ｐ（ｔ）はパルス波形である。

窓関数Ｗ（ｔ）は、送受信モジュール３２の近傍に配置されている温度センサ３４から出力される温度センサ信号に応じて飽和レベルは予測できるため、図３に示すように、飽和レベルに応じて、飽和時に所望の窓関数になるように選定される。図３では、温度Ｔ₁で飽和する第１飽和レベルに対応する第１窓関数および温度Ｔ₂で飽和する第２飽和レベルに対応する第２窓関数の例を示している。

窓関数としては、具体的には、ハニングの窓関数やハミングの窓関数を用いることができる。ハニングの窓関数が使用される場合は、窓関数Ｗ（ｔ）の形状は、下記式（２）〜（４）で表すことができる。

ここで、Ｗ₀はパルス幅、ｔ＝０〜ｗ、ｔ＝Ｗ₀-ｗ〜Ｗ₀は窓関数の両端部、Ａ（Ｔ）は温度Ｔの場合の飽和時の予測振幅である。

また、ハミングの窓関数が使用される場合は、窓関数Ｗ（ｔ）の形状は、下記式（５）〜（７）で表すことができる。

なお、窓関数としては、ハミングの窓関数やハニングの窓関数に限らず、他の種類の窓関数、例えば方形窓や三角窓の窓関数を用いることができる。

また、上述した実施例１では、本発明の送信装置を、送受信機能を持つレーダ装置に適用した例を説明したが、本発明は送信波形の制御に関するものであり、送信機能のみを有するレーダ装置に適用できることは勿論である。

また、この実施例１では、アクティブフェーズドアレイのような固体化送受信モジュールが用いられる場合について説明したが、電子管を用いる場合であっても、飽和させて使用する場合は、本発明を適用できる。

本発明は、アクティブアレイアンテナを用いて送信を行う送信装置を有するレーダ装置に適用可能である。

本発明の実施例１に係る送信装置が適用されたレーダ装置の構成を示す図である。図１に示した送受信モジュールの詳細な構成を示す図である。本発明の実施例１に係る送信装置の動作を説明するための図である。従来の送信装置が適用されたレーダ装置の構成を示す図である。従来の送信装置の動作を説明するための図である。

符号の説明

１信号生成器
２励振器
３アレイアンテナ
４レーダ制御器
４ａ窓関数選定部
５受信器
６信号処理器
３１アンテナ素子
３２送受信モジュール
３３給電回路
３４温度センサ
３２１サーキュレータ
３２２ｓ高出力増幅器
３２２ｒ低雑音増幅器
３２３ｓ送信側移相器
３２３ｒ受信側移相器

Claims

入力された送信種信号を増幅してアンテナ素子に送る送信モジュールが複数配列されたアクティブアレイアンテナと、
前記アクティブアレイアンテナに含まれる前記複数の送信モジュールの近傍に配置された温度センサと、
前記温度センサで検出された温度に応じて前記送信種信号の時間波形の窓関数の形状を選定する窓関数選定部と、
前記窓関数選定部で選定された窓関数に従って前記送信種信号を生成する信号生成器と、
を備えたことを特徴とする送信装置。
前記窓関数は、ハニングの窓関数またはハミングの窓関数を含むことを特徴とする請求項１記載の送信装置。