JP2006343131A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】増幅管の個体差や送信系の特性変化に依存せずにスプリアスを容易に低減する。
【解決手段】ＲＦ送信信号を送信信号解析部１７−１に分配供給し、ＲＦ送信信号の波形を解析して、その解析結果に基づいてスプリアスが低減されるＩＦ送信信号の波形データを作成し、ＩＦ送信信号発生部１１にそのデータを入力する。送信信号解析部１７−１で作成されたＩＦ送信信号の波形データは、周波数変換部１２から電力増幅部１３の出力までの周波数特性を補正したＩＦ送信信号となるため、電力増幅部１３から出力されるＲＦ送信信号は、スプリアスが低減された信号となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パルス方式またはパルス圧縮方式のレーダ装置に関する。

周知のように、パルス方式レーダ装置は、ＩＦ帯（中間周波数帯）送信信号を周波数変換してＲＦ帯（無線周波数帯）送信信号とし、これを電力増幅管が実装されている電力増幅部へ入力して増幅したのちに空中線から放射している。電力増幅管には、クライストロンやＴＷＴなどがよく用いられるが、これらの増幅管はスプリアスを発生することが知られている。従来では、電力増幅管単体の特性によりスプリアスの発生量が異なるため、個々の増幅管を長時間にわたって微調整することによりスプリアス低減を図っている。この調整作業は非常に煩雑であることから、増幅管の個体差に依存せずにＲＦ送信信号のスプリアス低減を可能とすることが強く望まれている。

一方、パルス圧縮方式レーダ装置は、上記パルス方式と同様の送信系を備え、ＩＦ帯送信信号を周波数変換してＲＦ送信信号とし、これを電力増幅部へ入力して増幅した後に空中線から放射する。受信系では、物標から反射するエコー信号を、空中線からサーキュレータを介して受信部へ入力し、信号処理部でパルス圧縮処理等を行った後に、データ解析部に入力し、レーダ方程式により電力強度分布等の解析を行って目標情報を抽出する。この場合、スプリアスの特性は送信系に依存する。

上記信号処理部内で行われるパルス圧縮処理は自己相関関数を求めることと同義であり、次式の形で表される。

送信信号と物標から反射されるエコー信号が等しければ、その自己相関関数の値は最大値を示すが、実際には電波伝搬による減衰等の波形歪が生じる。また、送信系の特性により所望の送信信号と実際の送信信号に差異が生じ、その差異のために自己相関関数において劣化が生じ、パルス圧縮処理の性能劣化につながっている。

以上のことから、パルス圧縮方式レーダ装置では、通常のパルス方式の場合と同様に、周波数変換部や電力増幅部等の機能を有する送信系の経年劣化や故障など特性の変化によりスプリアスの発生量が異なっているため、送信系の特性変化に依存せずに容易にスプリアスを低減できるようにすることが望まれている。

また、周波数変換部や電力増幅部等の機能を有する送信系の特性により、所望の送信信号と実際の送信信号が異なり、その結果、パルス圧縮処理の性能劣化が生じているため、その性能劣化の低減を図ることも要望されている。

尚、上記パルス方式及びパルス圧縮方式のレーダ装置の概要については、非特許文献１に説明されている。
吉田 孝著「改訂 レーダ技術」、発行：社団法人 電子情報通信学会、株式会社コロナ社

以上述べたように、従来のレーダ装置では、パルス方式全般として、増幅管の個体差や送信系の特性変化によって発生量の異なるスプリアスを容易に低減できるようにすることが要望されている。また、パルス圧縮方式では、所望の送信信号と実際の送信信号が異なることによるパルス圧縮処理の性能劣化を低減することも要望されている。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、パルス方式全般については、増幅管の個体差や送信系の特性変化に依存せずにスプリアスを容易に低減することができ、パルス圧縮方式については、所望の送信信号と実際の送信信号が異なることによるパルス圧縮処理の性能劣化を低減することができるレーダ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、パルス波形の送信信号を送出して目標によって反射されたエコーを受信し、その受信信号を解析して目標情報を算出するパルス方式のレーダ装置において、予め格納された波形データから前記送信信号を生成する送信信号生成手段と、この手段で生成された送信信号を無線周波数帯に変換し、電力増幅する送信系装置と、前記電力増幅された送信信号を送出し、目標によって反射されたエコーを捕捉する空中線系装置と、前記空中線系装置で捕捉されたエコー信号を復調検波する受信系装置と、前記復調検波された受信信号を解析して目標情報を算出する受信信号解析手段と、前記電力増幅後の送信信号を分配する分配手段と、前記分配手段で分配された送信信号の波形を解析し、その解析結果に基づいてスプリアスが低減される送信信号の波形データを作成し、前記送信信号生成手段にその波形データを入力する送信信号解析手段とを具備することを特徴とする。

上記構成によるパルス方式のレーダ装置は、送信信号を送信信号解析手段に分配供給し、送信信号の波形を解析して、その解析結果に基づいてスプリアスが低減される送信信号の波形データを作成し、送信信号生成手段にその波形データを入力する。送信信号解析手段で作成された送信信号の波形データは、送信系装置の周波数特性を補正した送信信号となるため、電力増幅される送信信号は、スプリアスが低減された信号となる。

また、パルス波形の送信信号を送出して目標によって反射されたエコーを受信し、その受信信号をパルス圧縮した後に解析して目標情報を算出するパルス圧縮方式のレーダ装置において、予め格納された波形データから前記送信信号を生成する送信信号生成手段と、この手段で生成された送信信号を無線周波数帯に変換し、電力増幅する送信系装置と、前記電力増幅された送信信号を送出し、目標によって反射されたエコーを捕捉する空中線系装置と、前記空中線系装置で捕捉されたエコー信号を復調検波する受信系装置と、前記復調検波された受信信号をパルス圧縮処理する信号処理手段と、前記パルス圧縮処理された受信信号を解析して目標情報を算出する受信信号解析手段と、前記電力増幅後の送信信号を分配する分配手段と、前記分配手段で分配された送信信号の波形を解析し、その解析結果に基づいてスプリアスが低減される送信信号の波形データを作成し、前記送信信号生成手段にその波形データを入力すると共に、その送信信号を使用した場合におけるパルス圧縮処理の最適なフィルタ係数を計算し、その結果を前記信号処理手段に設定する送信信号解析手段とを具備することを特徴とする。

上記構成によるパルス圧縮方式のレーダ装置は、送信信号を送信信号解析手段に分配供給し、送信信号の波形を解析して、その解析結果に基づいてスプリアスが低減される送信信号の波形データを作成し、前記送信信号生成手段にその波形データを入力する。送信信号解析手段で作成された送信信号の波形データは、送信系装置の周波数特性を補正した送信信号となるため、電力増幅される送信信号は、スプリアスが低減された信号となる。また、送信信号解析手段は、送信信号を使用した場合におけるパルス圧縮処理の最適なフィルタ係数を計算し、その結果を信号処理手段に設定するため、電力増幅部１３から出力されるＲＦ送信信号は、パルス圧縮処理の性能劣化を低減可能な信号となる。

以上述べたように、本発明に係るレーダ装置は、パルス方式全般については、増幅管の個体差や送信系の特性変化に依存せずにスプリアスを容易に低減することができ、パルス圧縮方式については、所望の送信信号と実際の送信信号が異なることによるパルス圧縮処理の性能劣化を低減することができるレーダ装置を提供することができる。

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。

（パルス方式レーダ装置の実施の形態）
図１は本発明に係るパルス方式レーダ装置の第１の実施形態を示す機能ブロック図である。図１において、ＩＦ送信信号発生部１１は、システム・タイミング制御部１０からの指示に従って中間周波数帯（ＩＦ帯）のパルス波形による送信信号を発生する。このＩＦ送信信号は周波数変換部１２で無線周波数帯（ＲＦ帯）にアップコンバートされ、さらに電力増幅管が実装されている電力増幅部１３で電力増幅される。このようにして生成されたＲＦ送信信号は、送受切替器（サーキュレータ）１４、方向性結合器１５を介して空中線１６に送られ、当該空中線１６によって所定の空間に向けて送出される。

ここで、上記方向性結合器１５は、送受切替器１４からの送信信号を送信信号解析部１７−１に分配供給するもので、送信信号解析部１７−１は、入力されたＲＦ送信信号の波形を解析し、その解析結果に基づいてスプリアスが低減されるＩＦ送信信号の波形データを作成し、ＩＦ送信信号発生部１１にそのデータを入力する。

また、空中線１６の送受信指向方向（方位角及び仰角）は空中線駆動部１８によって駆動制御されるようになされており、システム・タイミング制御部１０は、予め決められた運用内容に従い、空中線駆動部１８を通じて空中線１６の送受信指向方向を駆動制御する。

上記空中線１６から送出されたＲＦ送信信号は空中の雨雪の粒で反射され、エコーとして空中線１６で捕捉される。空中線１６で受けたエコーの受信信号は方向性結合器１５及び送受切替器１４を介して受信部１９に供給される。この受信部１９は、受信信号を低雑音増幅してＩＦ帯に周波数変換し、システム・タイミング制御部１０からの指示に基づいて変調成分を復調検波するもので、その出力は信号処理部２０に供給される。

上記信号処理部２０は、受信部１９で復調検波された信号について各種信号処理（ＦＦＴ処理、周波数スペクトル積算処理、速度算出処理等）を行うもので、その処理結果はデータ解析部２１に送られる。このデータ解析部２１は、システム・タイミング制御部１０からの指示に従い、入力信号についてレーダ方程式により電力強度分布等の解析を行って目標情報を抽出する。

本実施形態の送信信号解析部１７−１はＲＦ送信信号を解析するものであり、方向性結合器１５から送信信号解析部１７の入力までのＩＦ送信信号の波形データを補正するための補正テーブルを有するか、又は伝達関数を導出しＩＦ送信信号を補正する等のＩＦ送信信号の波形データ生成機能を有する。

すなわち、上記構成によるパルス方式レーダ装置では、ＲＦ送信信号を送信信号解析部１７−１に分配供給し、ＲＦ送信信号の波形を解析して、その解析結果に基づいてスプリアスが低減されるＩＦ送信信号の波形データを作成し、ＩＦ送信信号発生部１１にそのデータを入力する。送信信号解析部１７−１で作成されたＩＦ送信信号の波形データは、周波数変換部１２から電力増幅部１３の出力までの周波数特性を補正したＩＦ送信信号となるため、電力増幅部１３から出力されるＲＦ送信信号は、スプリアスが低減された信号となる。

以上に述べたように、上記構成によるパルス方式レーダ装置によれば、電力増幅管の個体差に依存せずにＲＦ送信信号のスプリアスを容易に低減することができる。

図２は本発明に係るパルス方式レーダ装置の第２の実施形態を示す機能ブロック図である。図２において、図１に示す構成と同一部分については同一符号を付して示す。本実施形態のレーダ装置が図１に示すレーダ装置と異なる点は、受信部１９の入力側及び出力側に切替スイッチ２２，２３を介在させ、ＲＦ送信信号の送信時には、方向性結合器１５の分配出力がスイッチ２２、受信部１９、スイッチ２３を介して送信信号解析部１７−２に入力され、空中線１６からのエコー受信時には、当該受信信号がサーキュレータ１４、スイッチ２２、受信部１９、スイッチ２３を介して信号処理部２０に入力されるようにしたことにある。

尚、この場合の送信信号解析部１７−２は、方向性結合器１５から送信信号解析部１７−２の入力までのＩＦ送信信号を補正するための補正テーブルを有するか、又は伝達関数を導出しＩＦ送信信号を補正する等のＩＦ送信信号の波形データ生成機能を有する。

すなわち、本実施形態の送信信号解析部１７−２は、受信部１９を介して入力される送信信号を解析するため、受信部１９の特性に対する補償も加味される。

以上に述べたように、上記構成によるパルス方式レーダ装置でも、電力増幅管の個体差に依存せずにＲＦ送信信号のスプリアスを容易に低減することができる。

図３は本発明に係るパルス方式レーダ装置の第３の実施形態を示す機能ブロック図である。図３において、図２に示す構成と同一部分については同一符号を付して示す。本実施形態のレーダ装置が図２に示すレーダ装置と異なる点は、受信部１９の出力側にのみ切替スイッチ２３を介在させ、ＲＦ送信信号の送信時には、サーキュレータ１４から漏れ混む送信信号が受信部１９、スイッチ２３を介して送信信号解析部１７−３に入力され、空中線１６からのエコー受信時には、当該受信信号がサーキュレータ１４、受信部１９、スイッチ２３を介して信号処理部２０に入力されるようにしたことにある。

尚、この場合の送信信号解析部１７−３は、サーキュレータ１４から送信信号解析部１７−３の入力までのＩＦ送信信号を補正するための補正テーブルを有するか、又は伝達関数を導出しＩＦ送信信号を補正する等のＩＦ送信信号の波形データ生成機能を有する。

すなわち、本実施形態の送信信号解析部１７−３は、サーキュレータ１４から漏れ混むＲＦ送信信号を受信部１９を介して入力して解析するため、第２の実施形態のスイッチ２２、放送性結合器１５が不要となる。

以上に述べたように、上記構成によるパルス方式レーダ装置でも、電力増幅管の個体差に依存せずにＲＦ送信信号のスプリアスを容易に低減することができる。

（パルス圧縮方式レーダ装置の実施の形態）
図４乃至図６は、それぞれ本発明をパルス圧縮方式のレーダ装置に適用した場合の第１乃至第３の実施形態を示す機能ブロック図である。尚、パルス圧縮方式は、前述のように、パルス方式レーダ装置の構成において、信号処理部でパルス圧縮処理（自己相関関数を求める）を行うものである。したがって、本発明を適用した場合の構成は上記パルス方式のレーダ装置の場合と同様であるので、図４乃至図６において、図１乃至図３の構成と同一部分には同一符号を付して示す。

図４に示す第１の実施形態のパルス圧縮方式レーダ装置において、ＩＦ送信信号発生部１１で発生されるＩＦ送信信号は周波数変換部１２で周波数変換されてＲＦ送信信号となる。このＲＦ信号は電力増幅部１３で電力増幅された後、送受切替器１４、方向性結合器１５を介して空中線１６に送られ、所定の空間に向けて送出される。送出されたＲＦ送信信号は空中の雨雪の粒で反射され、エコーとして空中線１６で捕捉される。空中線１６で受けたエコーの受信信号は方向性結合器１５及び送受切替器１４を介して受信部１９に供給され、ここで低雑音増幅されると共にＩＦ帯に周波数変換され、変調成分が復調検波される。この復調検波信号は信号処理部２０に供給され、各種信号処理（ＦＦＴ処理、周波数スペクトル積算処理、速度算出処理等）を受ける。その処理結果はデータ解析部２１に送られる。このデータ解析部２１は、入力信号についてレーダ方程式により電力強度分布等の解析を行って目標情報を抽出する。

ここで、上記方向性結合器１５は、送受切替器１４からの送信信号を送信信号解析部１７−４に分配供給するもので、送信信号解析部１７−４は、入力されたＲＦ送信信号の波形を解析し、その解析結果に基づいてスプリアスを低減可能で、かつパルス圧縮処理における性能劣化を低減可能なＩＦ送信信号の波形データを作成し、ＩＦ送信信号発生部１１にそのデータを入力する。また、そのＩＦ送信信号を使用した場合におけるパルス圧縮処理の最適なフィルタ係数を計算し、その結果を信号処理部２０に設定する。

尚、送信信号解析部１７−４は、方向性結合器１５から送信信号解析部１７−４の入力までのＩＦ送信信号を補正するための補正テーブルを有するか、又は伝達関数を導出しＩＦ送信信号を補正する等のIF送信信号の波形データ作成機能を有する。

すなわち、送信信号解析部１７−４で作成されるＩＦ送信信号の波形データは、周波数変換部１２から電力増幅部１３の出力までの特性を補正したＩＦ送信信号となるため、電力増幅部１３から出力されるＲＦ送信信号は、スプリアス低減、且つパルス圧縮処理の性能劣化を低減可能な信号となる。

したがって、上記構成によれば、電力増幅管の個体差等の送信系の特性に依存せずにＲＦ送信信号のスプリアス低減、及びパルス圧縮処理の性能劣化の低減を実現することができる。

図５は、本発明に係るパルス圧縮方式レーダ装置の第２の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態は、図２に示したパルス方式レーダ装置の第２の実施形態に対応するもので、本実施形態のレーダ装置が図５に示すレーダ装置と異なる点は、受信部１９の入力側及び出力側に切替スイッチ２２，２３を介在させ、ＲＦ送信信号の送信時には、方向性結合器１５の分配出力がスイッチ２２、受信部１９、スイッチ２３を介して送信信号解析部１７−５に入力され、空中線１６からのエコー受信時には、当該受信信号がサーキュレータ１４、スイッチ２２、受信部１９、スイッチ２３を介して信号処理部２０に入力されるようにしたことにある。

尚、この場合の送信信号解析部１７−５は、方向性結合器１５から送信信号解析部１７−５の入力までのＩＦ送信信号を補正するための補正テーブルを有するか、又は伝達関数を導出しＩＦ送信信号を補正する等のＩＦ送信信号の波形データ生成機能を有する。

すなわち、送信信号解析部１７−５で作成されるＩＦ送信信号の波形データは、周波数変換部１２から受信部１９の出力までの特性を補正したＩＦ送信信号となるため、電力増幅部１３から出力されるＲＦ送信信号は、スプリアス低減、且つパルス圧縮処理の性能劣化を低減可能な信号となる。

したがって、上記構成によっても、電力増幅管の個体差等の送信系の特性に依存せずにＲＦ送信信号のスプリアス低減、及びパルス圧縮処理の性能劣化の低減を実現することができる。

図６は、本発明に係るパルス圧縮方式レーダ装置の第３の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態は、図３に示したパルス方式レーダ装置の第３の実施形態に対応するもので、本実施形態のレーダ装置が図５に示すレーダ装置と異なる点は、受信部１９の出力側にのみ切替スイッチ２３を介在させ、ＲＦ送信信号の送信時には、サーキュレータ１４から漏れ混む送信信号が受信部１９、スイッチ２３を介して送信信号解析部１７−６に入力され、空中線１６からのエコー受信時には、当該受信信号がサーキュレータ１４、受信部１９、スイッチ２３を介して信号処理部２０に入力されるようにしたことにある。

尚、この場合の送信信号解析部１７−６は、サーキュレータ１４から送信信号解析部１７−６の入力までのＩＦ送信信号を補正するための補正テーブルを有するか、又は伝達関数を導出しＩＦ送信信号を補正する等のＩＦ送信信号の波形データ生成機能を有する。

すなわち、本実施形態の送信信号解析部１７−６は、サーキュレータ１４から漏れ混むＲＦ送信信号を受信部１９を介して入力して解析するため、第２の実施形態のスイッチ２２、放送性結合器１５が不要となる。

したがって、上記構成によっても、電力増幅管の個体差等の送信系の特性に依存せずにＲＦ送信信号のスプリアス低減、及びパルス圧縮処理の性能劣化の低減を実現することができる。

尚、本発明は上記した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形して具体化することができる。また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。

本発明に係るパルス方式レーダ装置の第１の実施形態の構成を示す機能ブロック図。 本発明に係るパルス方式レーダ装置の第２の実施形態の構成を示す機能ブロック図。 本発明に係るパルス方式レーダ装置の第３の実施形態の構成を示す機能ブロック図。 本発明に係るパルス圧縮方式レーダ装置の第１の実施形態の構成を示す機能ブロック図。 本発明に係るパルス圧縮方式レーダ装置の第２の実施形態の構成を示す機能ブロック図。 本発明に係るパルス圧縮方式レーダ装置の第３の実施形態の構成を示す機能ブロック図。

符号の説明

１０…システム・タイミング制御部、１１…ＩＦ送信信号発生部、１２…周波数変換部、１３…電力増幅部、１４…送受切替器（サーキュレータ）、１５…方向性結合器、１６…空中線、１７−１，１７−２，１７−３，１７−４，１７−５，１７−６…送信信号解析部、１８…空中線駆動部、１９…受信部、２０…信号処理部、２１…データ解析部、２２，２３…切替スイッチ。

Claims (6)

1. パルス波形の送信信号を送出して目標によって反射されたエコーを受信し、その受信信号を解析して目標情報を算出するレーダ装置において、
   予め格納された波形データから前記送信信号を生成する送信信号生成手段と、
   この手段で生成された送信信号を無線周波数帯に変換し、電力増幅する送信系装置と、
   前記電力増幅された送信信号を送出し、目標によって反射されたエコーを捕捉する空中線系装置と、
   前記空中線系装置で捕捉されたエコー信号を復調検波する受信系装置と、
   前記復調検波された受信信号を解析して目標情報を算出する受信信号解析手段と、
   前記電力増幅後の送信信号を分配する分配手段と、
   前記分配手段で分配された送信信号の波形を解析し、その解析結果に基づいてスプリアスが低減される送信信号の波形データを作成し、前記送信信号生成手段にその波形データを入力する送信信号解析手段と、
   を具備することを特徴とするレーダ装置。
2. さらに、前記送信信号の送出時に、前記分配手段で分配された送信信号を、前記受信系装置を介して前記送信信号解析手段に導出する切替手段を備えることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 前記空中線系装置が送受切替器によって送信信号と受信信号の入出力切替を行うとき、さらに、前記送信信号の送出時に、前記送受信切替器から漏れ混む送信信号を、前記受信系装置を介して前記送信信号解析手段に導出する切替手段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. パルス波形の送信信号を送出して目標によって反射されたエコーを受信し、その受信信号を解析して目標情報を算出するレーダ装置において、
   予め格納された波形データから前記送信信号を生成する送信信号生成手段と、
   この手段で生成された送信信号を無線周波数帯に変換し、電力増幅する送信系装置と、
   前記電力増幅された送信信号を送出し、目標によって反射されたエコーを捕捉する空中線系装置と、
   前記空中線系装置で捕捉されたエコー信号を復調検波する受信系装置と、
   前記復調検波された受信信号をパルス圧縮処理する信号処理手段と、
   前記パルス圧縮処理された受信信号を解析して目標情報を算出する受信信号解析手段と、
   前記電力増幅後の送信信号を分配する分配手段と、
   前記分配手段で分配された送信信号の波形を解析し、その解析結果に基づいてスプリアスが低減される送信信号の波形データを作成し、前記送信信号生成手段にその波形データを入力すると共に、その送信信号を使用した場合におけるパルス圧縮処理の最適なフィルタ係数を計算し、その結果を前記信号処理手段に設定する送信信号解析手段と、
   を具備することを特徴とするレーダ装置。
5. さらに、前記送信信号の送出時に、前記分配手段で分配された送信信号を、前記受信系装置を介して前記送信信号解析手段に導出する切替手段を備えることを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
6. 前記空中線系装置が送受切替器によって送信信号と受信信号の入出力切替を行うとき、さらに、前記送信信号の送出時に、前記送受信切替器から漏れ混む送信信号を、前記受信系装置を介して前記送信信号解析手段に導出する切替手段を備えることを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。

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