JP2007240485A - パルスレーダ装置及び測距方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ターゲットからの反射信号である一次エコーだけを出力する帯域合成処理を用いたパルスレーダ装置を得る。
【解決手段】 送信信号に２ＰＲＩ周期で０度／１８０度の位相変調を施して送信する。ターゲットからの反射信号を送信信号と同一符号で復調することで、一次エコーは送信の位相変調が消えるのに対し、二次エコーはＰＲＩ毎に０度／１８０度の位相変調が加えられる。受信信号を合成帯域処理することで全セル数の半分に相当する距離だけ移動することを利用して、二次エコーの識別を行う。一次エコーと二次エコーのドップラ周波数の差分によって一次エコーが同様に移動してしまうことがあるため、処理フレーム毎に変調を施すフレームと変調を施さないフレームを交互に送信することで、ドップラ周波数によらず２フレームに１回は必ず一次エコーと二次エコーの分離を可能とした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ステップチャープ送信により高距離分解能を得る帯域合成処理を用いたパルスレーダ装置及びターゲットまでの距離を測定する測距方法に関するものである。

送信パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ：Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）で目標物に対してパルス信号を送信するＰＲＦレーダ装置における高距離分解能処理としては、帯域合成処理が一般的に有効であることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２３１０４７号公報（第５頁、第1図） 特開２００２−２１４３３０号公報（第６頁、第２図）

ＬＰＲＦレーダの利点は、反射信号の時間遅れを直接測定することにより測距性能が優れていることである。しかしながら、パルス繰り返し周期（以下、ＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）と称す）を超えた時間遅れの距離からの反射信号、いわゆる二次エコーの誤測距により、十分な測距性能が得られなくなるという課題があった。
図１０は従来のＬＰＲＦレーダ装置の信号波形を示す説明図である。図１０のように、通常のレーダでは不必要な地面や海などの地表からの反射、いわゆるクラッタが二次エコーとして大電力で受信される場合が多く、ＰＲＩ内の時間遅れで反射する本来の信号、いわゆる一次エコーに重畳し、一次エコーの検出ミスも発生する。このため、従来のＬＰＲＦレーダでは送信毎にＰＲＩを変えるスタガＰＲＩを適用して２次エコーを識別し、２次エコー成分を消去している（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、帯域合成法を用いたＬＰＲＦレーダ装置では逆周波数解析を行なうため、その処理の間、ＰＲＩを一定にしなければならず、二次エコーを出力してしまうという課題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、逆周波数解析で一次エコーと二次エコーとを分離して、ターゲットからの反射信号である一次エコーだけを出力する帯域合成処理を用いたパルスレーダ装置を提供することを目的とする。

この発明に係るパルスレーダ装置は、送信パルス変調信号と送信周波数設定信号と位相変調信号と位相復調信号と位相変調情報とを出力するタイミング発生部と、
前記送信周波数設定信号によりパルス繰返し周期ＰＲＩ毎に所定の周波数だけ増加あるいは減少する周波数に設定された送信周波数信号とローカル信号とを出力する発振部と、
前記送信周波数信号を前記位相変調信号により位相変調して位相変調送信信号を出力する位相変調部と、
前記位相変調送信信号を前記送信パルス変調信号によりパルス変調すると共に電力増幅して送信信号を出力する送信部と、
前記送信信号を空間に放射するとともに、ターゲットで反射された真の反射信号である一次エコーとターゲット以外で反射された反射信号である二次エコーとを含む反射波を受信して受信信号として出力するアンテナ部と、
前記受信信号を前記ローカル信号により周波数変換、電力増幅、位相検波し、アナログの位相変調ビデオ信号として出力する受信部と、
前記アナログの位相変調ビデオ信号をデジタル信号に変換してデジタル位相変調ビデオ信号を出力するＡ/Ｄ変換部と、
前記ターゲットの移動速度を検出して速度情報を出力する速度検出部と、
前記速度情報を用いて前記二次エコーのドップラ周波数を算出し、前記デジタル位相変調ビデオ信号に含まれる前記二次エコーのドップラ周波数項を除去して速度補償位相変調ビデオ信号を出力する速度補償部と、
前記速度補償位相変調ビデオ信号を前記位相復調信号により位相復調して位相復調ビデオ信号を出力する位相復調部と、
前記位相復調ビデオ信号を逆周波数解析し距離方向に順に番号を付したＮ個のセルで分解されたターゲットのレンジプロファイルを演算する帯域合成部と、
前記レンジプロファイルと前記位相変調情報とを用いて前記一次エコーを選択する一次エコー選択部とを備え、
前記位相変調信号は、２倍の前記パルス繰返し周期ＰＲＩの周期で０度の符号と１８０度の符号とで変調を繰り返す変調有信号と常に０度の符号で変調を繰り返す変調無信号とを交互に繰り返した信号であり、
前記位相復調信号は、前記位相変調信号と同一の符号からなる信号であり、
前記一次エコー選択部は、
前記一次エコーについては、前記位相変調信号が変調有信号の時と変調無信号の時とで前記レンジプロファイルの最大値を与える前記セルの番号が同一であり、
前記二次エコーについては、前記位相変調信号が変調有信号の時は、前記レンジプロファイルの最大値を与える前記セルの番号がＮ／２以上Ｎ未満の範囲にあり、前記位相変調信号が変調無信号の時は、前記レンジプロファイルの最大値を与える前記セルの番号がゼロ以上Ｎ／２未満の範囲にあることに基づいて前記一次エコーを選択するようにした。

この発明によれば、パルスレーダ装置は逆周波数解析により一次エコーと二次エコーとを分離することが可能となり本来の一次エコーだけを出力することができるため、目標物に対し高距離分解能を得ることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置１００のブロック図である。ＬＰＲＦレーダ装置１００は、送信パルス変調信号１０１、送信周波数設定信号１０２、位相変調信号１０３、位相復調信号１０４、位相変調情報１０５を出力するタイミング発生部１、送信周波数設定信号１０２によりパルス繰返し周期ＰＲＩ毎に所定の周波数だけ増加あるいは減少する周波数に設定された送信周波数信号１０７とローカル信号１０６とを出力する発振部２、送信周波数信号１０７を位相変調信号１０３により位相変調して位相変調送信信号１０８を出力する位相変調部３、位相変調送信信号１０８を送信パルス変調信号１０１によりパルス変調すると共に電力増幅して送信信号１０９を出力する送信部４、送信信号１０９を空間に放射するとともに、ターゲットで反射された真の反射信号である一次エコー成分とターゲット以外のもので反射された反射信号である二次エコー成分とを含む反射波を受信して受信信号１１０として出力するアンテナ部７、送信信号１０９と受信信号１１０を切換える送受信切替部６、受信信号１１０をローカル信号により周波数変換、増幅、位相検波し、アナログの位相変調ビデオ信号１２０を出力する受信部５、アナログの位相変調ビデオ信号１２０をデジタル信号に変換してデジタル位相変調ビデオ信号１１１を出力するＡ／Ｄ変換部８、ターゲットの移動速度を検出して速度情報１１２を出力する速度検出部１０、速度情報１１２を用いて二次エコー成分のドップラ周波数を算出し、デジタル位相変調ビデオ信号１１１に含まれる二次エコー成分のドップラ周波数項を除去して速度補償位相変調ビデオ信号１１３を出力する速度補償部９、前記速度補償位相変調ビデオ信号１１３を位相復調信号１０４により位相復調して位相復調ビデオ信号１１４を出力する位相復調部１１、位相復調ビデオ信号１１４を逆周波数解析し距離方向に順に番号を付したＮ個のセルで分解されたターゲットのレンジプロファイル１１５を演算する帯域合成部１２、レンジプロファイル１１５を一時保存するメモリ回路部１４、レンジプロファイル１１５と位相変調情報１０５とを用いて一次エコー成分を選択する一次エコー選択部１３を備える。

次に図１と図２に基づいて、この発明に係るＬＰＲＦレーダ装置１００の動作を説明する。

図２は、ＬＰＲＦレーダ装置１００の動作の概略を説明するフローチャート図である。図２において、まず、アンテナ部は、目標情報（距離情報）取得の対象であるターゲットに対して、所定の符号で位相変調を施した送信信号を送信する（Ｓ１０１）。

次に、位相復調部は、送信した送信信号がターゲット及びターゲット以外で反射され戻ってきた一次エコーと二次エコーとを含む受信信号を、送信信号に位相変調を施した所定の符号と同一符号を用いて復調する（Ｓ１０２）。ここで、一次エコーとは、ターゲットで反射されＰＲＩ内の時間遅れで反射されてきた正規の受信信号を言い、二次エコーとは、地表クラッタなどのターゲット以外で反射されてきた受信信号を言う。

位相復調部は、位相復調により、受信信号の一次エコーについては送信信号にかけた位相が元に戻るが、二次エコーについてはＰＲＩ毎に０／１８０度と交互に位相がずれたビデオ信号を出力する（Ｓ１０３）。

次に、帯域合成部は、復調したビデオ信号の合成帯域処理を行う（Ｓ１０４）。

帯域合成部は、合成帯域処理により得られた一次エコーの検出セルは位相変調の有無に関わらず移動はせず、同じく合成帯域処理により得られた二次エコーの検出セルは位相変調有りと無しとでは全セル数の半分の距離を移動する、という処理結果を出力する（Ｓ１０５）。

ＬＰＲＦレーダ装置１００の一次エコー選択部は、Ｓ１０５で得られた結果に基づき一次エコーのみを選択し出力する（Ｓ１０６）。

このようにして、ＬＰＲＦレーダ装置１００は逆周波数解析で一次エコーと二次エコーとを分離して、本来の信号である一次エコーだけを出力する。

次に、ＬＰＲＦレーダ装置１００の動作の詳細を、図１、図２に基づいて説明する。
まず、タイミング発生部１は、送信部４、発信部２、位相変調部３、位相復調部１１、一次エコー選択部１３の各々に対して、送信パルス変調信号１０１、送信周波数の周波数を設定する送信周波数設定信号１０２、２ＰＲＩの周期で０／１８０度の位相変調を繰り返し施す位相変調信号１０３、位相変調信号１０３と同一の符号で位相復調する位相復調信号１０４、位相変調の値を記録する位相変調情報１０５を出力する。

送信周波数設定信号１０２を受けた発振部２は、送信周波数設定信号１０２を用いて、ＰＲＩ毎にステップ周波数だけ増加あるいは減少する周波数ｆに設定された送信周波数信号１０７及びローカル信号１０６のうち、ローカル信号１０６を受信部５に対して出力し、送信周波数信号１０７を位相変調部３に対し出力する。

位相変調部３は、送信周波数信号１０７を位相変調信号Φ１０３に基づいて、逆周波数解析（ＩＦＦＴ：inverse fast Fourier transform）処理フレーム毎に、０度／１８０度で位相変調を行ったり、０度／０度で位相変調を行う。逆周波数解析処理フレームについては、後ほど説明する。そして、位相変調部３は位相変調後の位相変調送信信号１０８を送信部４に出力する。

ここで、送信周波数信号１０７に位相変調を施すときは、位相変調部３は２ＰＲＩの周期で０度／１８０度の位相変調を施す。以下の実施の形態１の説明では、位相変調部３において２ＰＲＩの周期で送信周波数信号１０７に対して０度／１８０度の位相変調を施すことを、「変調あり」と記載する。

一方、位相変調部３において送信周波数信号１０７をそのままの位相で出力する際は、０度／０度の位相変調を施すことにする（以下、位相変調部３が０度／０度の位相変調を施すことを、「変調なし」と記述する）。

パルスレーダにおいて、送信周波数はＰＲＩ毎に一定のステップ周波数ΔＦだけ増加するよう設定される。

送信部４は位相変調送信信号１０８を、送信パルス変調信号Ｐｍｏｄ１０１に基づいてパルス変調する。そして電力増幅した後、送信信号１０９として送受信切替部６へ送出する。

ここで、送信信号１０９のパルス幅の設定について説明する。一般にパルスレーダでは、連続的にＡ／Ｄ変換できるように、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周期Ｔｓは送信信号のパルス幅（以下、送信パルス幅Ｔｐｗ）以下に設定する。これに対して帯域合成を用いるレーダでは、帯域合成幅を逆周波数解析した際の時間幅に相当するアンビギュイティ時間Ｔｕによる曖昧さを避けるために、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周期Ｔｓと送信パルス幅Ｔｐｗとをアンビギュイティ時間Ｔｕ以下に設定する。以下の説明では、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周期Ｔｓ及び送信パルス幅Ｔｐｗとはアンビギュイティ時間Ｔｕの１／２に等しい、すなわち式（１）で表されるものとする。

これにより、送信パルス変調信号Ｐｍｏｄ１０１も、送信パルス幅Ｔｐｗがアンビギュイティ時間Ｔｕの１／２になるように出力される。

送受信切替部６へ送出された送信信号１０９は、アンテナ部７を経て空間へ放射される。空間に放射された送信信号１０９はターゲットや海面などの地表クラッタで反射され、反射された信号は受信信号１１０としてアンテナ部７で受信される。受信信号１１０は、送受信切替部６、受信部５、Ａ／Ｄ変換部８を経て式（２）〜（５）で示されるディジタル位相変調ビデオ信号１１１として速度補償部９へ送出される。
ここで、ディジタル位相変調ビデオ信号Ｖｂｄ１１１は次の（２）〜（５）式で表される。

Ｖｂｄ１、Ｖｂｄ２はそれぞれディジタル位相変調ビデオ信号の一次エコー成分及び二次クラッタ成分、ａ１、ａ２はそれぞれ一次エコー及び二次クラッタの複素振幅、ｎは送信回数、ｊは虚数単位、Ｔｐは送信信号のＰＲＩを表している。またτ０はレーダ装置が送信した時点から物体に反射し、レーダ装置で受信されるまでの時間遅れτをＡ／Ｄ変換のサンプリング周期Ｔｓで割った余り（以下、剰余遅延時間という）、Ψ１、Ψ２は位相変調信号Φによる一次エコー、二次クラッタの位相である。ｆｄｔ、ｆｄｃはそれぞれ一次エコー及び二次クラッタのドップラ周波数で、送信周波数に比例する。ただし、通常はステップ周波数ΔＦが送信周波数に対し小さいため、次式に示す一定値に近似される。

ここで、Ｖｔは目標とレーダとの相対速度、Ｖｃはクラッタとレーダとの相対速度、ｃは光速、ｆ０はＮ回送信での送信周波数ｆの平均値である。

図３は、この発明のＬＰＲＦレーダ装置の二次クラッタの位相ずれを説明する図である。図３のように、一次エコーの受信信号は、同じＰＲＩ内で反射され戻ってくるので、一次エコーの位相Ψ１を位相変調信号Φ１０３で表すと（10）式のようになる。また、二次クラッタの受信信号は、送信パルスを送信したＰＲＩの次のＰＲＩ内で戻ってくるので、Ｎ回目のタイミングで帰ってくる二次クラッタの位相Ψ２は、Ｎ−１回目に送信した位相変調信号Φであり、つまり（11）式のように示される。

ここで、ＰＲＩは後で説明する（１７）式のｍ（任意の整数）により設定することができる。

一方、速度検出部１０は移動体であるターゲットの速度を例えばレーダ速度計により検出し、速度情報１１２として速度補償部９へ送出する。速度補償部９は速度情報１１２に基づき（7）式によりドップラ周波数ｆｄｃを算出し、前記ディジタル位相変調ビデオ信号Ｖｂｄ１１１に対し（１２）式で示した演算を行う。これにより、（５）式で示した二次クラッタにおけるドップラ周波数ｆｄｃに係る項をキャンセルすることができる。そして、速度補償部９は演算結果を速度補償位相変調ビデオ信号１１３として位相復調部１１へ送出する。

ここでＶｂｈは速度補償位相変調ビデオ信号１１３を表し、Ｖｂｈ１、Ｖｂｈ２はそれぞれ速度補償位相変調ビデオ信号１１３の一次エコー成分及び二次クラッタ成分を表す。

ここで、ＰＲＩである繰り返し周期時間Ｔｐの設定について説明する。本発明では、繰り返し周期時間Ｔｐは、（１）式、（１６）式に基づき、（１７）式で示すように、ステップ周波数ΔＦを２倍した値の逆数の整数倍に設定する。

ここで、ｍは任意の整数である。

（１７）式の繰り返し周期時間Ｔｐを（１５）式に代入することで、（１８）式が得られる。

このように、繰り返し周期時間Ｔpを（17）式のように設定することで、速度補償位相変調ビデオ信号の二次クラッタ成分Ｖｂｈ２はステップ周波数ΔFと剰余遅延時間τ0で決まる。

次に、位相復調部１１へ送出された速度補償位相変調ビデオ信号１１３は、位相復調部１１において、位相変調信号Φ１０３と同じ位相パターンを有する位相復調信号Θ１０４で復調される。復調後の速度補償位相変調ビデオ信号１１３は、位相復調ビデオ信号Ｖｂ１１４として帯域合成部１２へ送出される。

また、位相復調部１１において、位相復調ビデオ信号Ｖｂ１１４のうち、前記位相変調信号Φ１０３と位相復調信号Θ１０４に起因する一次エコーの位相項Ｐ１と二次クラッタの位相項Ｐ２とを算出する。

（１０）式、（１１）式及び位相変調が０度／１８０度の２位相であることを考慮すると、変調ありの場合の一次エコーの位相項Ｐ１と二次クラッタの位相項Ｐ２はそれぞれ、（１９）式、（２０）式で示される。

すなわち、一次エコーの位相項Ｐ１は常にゼロであり、二次クラッタの位相項Ｐ２はＰＲＩ毎に０度／１８０度で切り替わることがわかる。

同様に、変調なしの場合についての、一次エコーの位相項Ｐ１'と二次クラッタの位相項Ｐ２'はそれぞれ、（２１）式、（２２）式で示される。

先ほどの変調ありの場合の一次エコーの位相項Ｐ１、Ｐ２とは異なり、一次エコー、二次クラッタの位相項Ｐ１'、Ｐ２'は常にゼロとなることがわかる。

図４は、変調ありの場合における、送信パルス変調信号Ｐｍｏｄ、位相変調信号Φ、速度補償位相変調ビデオ信号Ｖｂｄの一次エコー成分Ｖｂｄ１の２位相変調項Ψ１、速度補償位相変調ビデオ信号Ｖｂｄの二次クラッタ成分Ｖｂｄ２の２位相変調項Ψ２、位相復調信号Θ、ビデオ信号Ｖｂの一次エコー成分の位相項Ｐ１、ビデオ信号Ｖｂの二次クラッタ成分の位相項Ｐ２を時間軸上で示した図である。
図３のように、Ψ１は、ＰＲＩ内に受信信号が帰ってくるので、位相変調信号Φと同じタイミングで位相がはいるが、Ψ２はＰＲＩ内に帰ってこず次のＰＲＩの時に帰ってくるので、位相変調信号Φとタイミングが１つずれてしまう。この位相を位相変調信号Φと同じタイミングで復調するので、復調後の一次エコーの位相項Ｐ１はすべて０度になるが、二次クラッタの位相項Ｐ２は０度／１８０度と交互に現れる。

図５は、変調なしの場合における、送信パルス変調信号Ｐｍｏｄ、位相変調信号Φ、速度補償位相変調ビデオ信号Ｖｂｄの一次エコー成分Ｖｂｄ１の２位相変調項Ψ１、速度補償位相変調ビデオ信号Ｖｂｄの二次クラッタ成分Ｖｂｄ２の２位相変調項Ψ２、位相復調信号Θ、ビデオ信号Ｖｂの一次エコー成分の位相項Ｐ１'、ビデオ信号Ｖｂの二次クラッタ成分の位相項Ｐ２'を時間軸上で示した図である。
図４で示した変調ありの時と同様に二次クラッタの位相はずれるのだが、すべて０度で変調して、０度で復調するので、Ｐ１、Ｐ２ともに位相は０度となる。

このように、位相変調部３は、位相変調信号１０３に基づき、送信周波数信号１０７に位相変調を施す場合（変調ありの場合）は２ＰＲＩの周期で０度／１８０度の位相変調を施すようにし、送信周波数信号１０７をそのままの位相で出力する場合（変調なしの場合）は全て０度で位相変調するようにした。そして、位相復調部１１は、ターゲットで反射された信号を、位相変調信号Φ１０３と同じ位相パターンを有する位相復調信号Θ１０４で復調するようにした。これにより、一次エコーの位相項Ｐ１は、位相変調部３が位相変調を施した場合は常にゼロであり、位相変調を施さない場合も常にゼロとなる。一方、二次クラッタの位相項Ｐ２は、位相変調部３が位相変調を施した場合はＰＲＩ毎に０度／１８０度で切替わり、位相変調を施さない場合は常にゼロとなる。

次に、位相復調部は、位相復調ビデオ信号Ｖｂ１１４を帯域合成部１２へ出力する。ここでは、ＰＲＩ毎の位相復調ビデオ信号１１４をＮ個保持した後、逆周波数解析される。よって、逆周波数解析を行う逆周波数解析処理フレームのフレーム幅は、位相復調ビデオ信号Vb１１４をＮ個保持するまでの時間となる。帯域合成部１２は、逆周波数解析された結果を、（２３）〜（２８）式で示される目標のレンジプロファイルＢ１１５として一次エコー選択部１３へ送出する。

ここで、Ｂ１は変調ありの場合におけるレンジプロファイルの一次エコー成分（以下、変調あり一次エコーレンジプロファイル）、Ｂ２は変調ありの場合におけるレンジプロファイルの二次クラッタ成分（以下、変調あり二次クラッタレンジプロファイル）である。

ここで、Ｂ１'は変調なしの場合におけるレンジプロファイルの一次エコー成分（以下、変調なし一次エコーレンジプロファイル）、Ｂ２'は変調なしの場合におけるレンジプロファイルの二次クラッタ成分（以下、変調なし二次クラッタレンジプロファイル）である。

（２４）式、（２５）式より、変調あり一次エコーレンジプロファイルＢ１、変調あり二次クラッタレンジプロファイルＢ２の最大値は、（２４）式、（２５）式の指数関数項がゼロの時であるので、レンジプロファイルのセル番号ｋはそれぞれ（２９）式、（３０）式で与えられる。

同様に、一次エコーレンジプロファイルＢ１'、二次クラッタレンジプロファイルＢ２'の最大値は（２７）式及び（２８）式の指数関数項がゼロの時であり、その出力セル番号はそれぞれ（３１）式、（３２）式で与えられる。

ここで、Ｋ１、Ｋ１'は一次エコーレンジプロファイルＢ１、Ｂ１'の最大値を与えるセル番号、Ｋ２、Ｋ２'は二次クラッタレンジプロファイルＢ２、Ｂ２'の最大値を与えるセル番号である。

（２９）式及び（３０）式からわかるとおり、変調ありの場合の一次エコーレンジプロファイルＢ１と、変調なしの場合の一次エコーレンジプロファイルＢ１'の最大値を与えるセル番号Ｋ１、Ｋ１'は、従来のレーダ装置同様、ドップラ周波数でセル番号が移動する。しかし、変調ありの場合の二次クラッタレンジプロファイルＢ２と、変調なしの場合の二次クラッタレンジプロファイルＢ２'の最大値を与えるセル番号Ｋ２、Ｋ２'は、剰余遅延時間のみで決まる。

さらに（１７）式で示したように送信パルス幅Ｔｐｗがステップ周波数ΔＦの２倍した値の逆数以下に設定されるため、変調ありの場合の二次クラッタレンジプロファイルＢ２と、変調なしの場合の二次クラッタレンジプロファイルＢ２'の最大値を与えるセル番号Ｋ２、Ｋ２'の範囲は、（２７）式と（２９）式とから（３３）式、（３４）式で示される範囲となる。

すなわち、変調ありの場合のセル番号Ｋ２はＮ／２セル以上N未満の範囲にある。そして、変調なしの場合のセル番号Ｋ２'はゼロ以上Ｎ／２未満の範囲にある。

上記のとおり、二次クラッタレンジプロファイルの最大値を与えるセル番号は、変調ありの場合はＮ／２以上に出現し、変調なしの場合はＮ／２未満に出現する。これに対し、一次エコーレンジプロファイルの最大値を与えるセル番号は、ドップラ周波数の影響でどこに出現するかわからないが、変調ありなしに関わらず同じ位置に出現する。
つまり、変調ありと変調なしのレンジプロファイルを比べて、同じ位置に出現しているものは一次エコー、セル番号Ｎ／２を中心に対称な位置に出現しているものは二次クラッタであると区別することができる。

この一次エコーと二次クラッタの区別の方法を図６を用いて説明する。図６は、実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置の変調あり、変調なしの場合の一次エコーと二次クラッタの出現パターンを示した図である。

図６で示した一次エコーと二次クラッタの出現パターンから、変調を施した場合（変調あり）に一次エコーと二次クラッタが分離できない時は、変調を施さないようにする（変調なしにする）ことで、一次エコーと二次クラッタを分離することができる。また、変調を施さない場合（変調なし）に一次エコーと二次クラッタが分離できない時は、変調を施すようにする（変調ありにする）ことで、一次エコーと二次クラッタとを分離することができる、ことがわかる。

次に、図７〜図９に基づいて、一次エコーと二次クラッタの分離方法について説明する。本発明では、上記のような一次エコーと二次クラッタの分離を実現するために、例えば図７のタイミングチャートに示すような、判別前処理を実施する。図７は、一次エコーと二次クラッタを分離するための判別前処理の方式を説明する図である。図８は一次エコーと二次クラッタの判別方法の概略を説明する図であり、図９は一次エコーと二次クラッタの判別方法のフローチャートである。

図７において、送信部４は、逆周波数解析処理フレームごとに変調あり変調なしを交互に繰り返し送信し、１つ前の処理フレームのレンジプロファイルB１１５をメモリ回路部１４に保存する。そして、現在の処理フレームのレンジプロファイルB１１５が一次エコー選択部１３に入力された時点で、タイミング発生部１から現在の処理フレームに変調を施したかどうかの位相変調情報１０５を一次エコー選択部に渡し、メモリ回路部１４に保存した１つ前の処理フレームのレンジプロファイルと比較をする（図８参照）。

図７のように、送信部４は、変調ありと変調なしを繰り返し送信しているので、現在の処理フレームと１つ前の処理フレームのうち、どちらか一方は、一次エコーと二次クラッタが分離できている。

図９のステップＳ２０１において、一次エコー選択部１３では、現在のフレームにおいて一次エコーと二次クラッタが分離できているかを判断する。分離できていれば、一次エコー選択部１３は、現在の処理フレームを目標検出フレームとして選択する（Ｓ２０２）。分離できていなければ、一つ前の処理フレームを目標検出フレームとして選択する（Ｓ２０３）。

次に、選択した目標検出フレームが、変調ありであるか否かを判断する（Ｓ２０４、Ｓ２０５）。選択した目標検出フレームが、変調ありであるか否かは、タイミング発生部１から得た変調の有無の情報から取得する。Ｓ２０４において、分離できている処理フレームが変調ありの場合、二次クラッタは必ずＮ／２以上に出現するので、Ｎ／２以上に出現したものが二次クラッタ（Ｓ２０６）、Ｎ／２以下に出現したものが一次エコーである（Ｓ２０７）と判別する。分離できている処理フレームが変調なしの場合、二次クラッタは必ずＮ／２以下に出現するので、Ｎ／２以下に出現したものが二次クラッタ、Ｎ／２以上に出現したものが一次エコーであると区別することができる。

このように、本発明にかかる実施の形態１のパルスレーダ装置は、以下の処理（処理１）〜（処理４）を行うようにした。

（処理１）送信信号に２PRI周期で０／１８０度の位相変調を施して送信し、受信信号を同一符号で復調するようにした。これにより、一次エコーは送信の位相変調が消えるのに対し、二次クラッタはPRI毎に０／１８０度の位相変調が加えられるようになる。

（処理２）送信信号のパルス幅Tpwをアンビギュイティ時間Tuの１／２とし、かつPRIをTu／２の整数倍に設定し、送信信号に２PRI周期で０／１８０度の位相変調を施して（変調あり）送信し、受信信号を送信信号と同一符号で復調するようにした。これにより、IFFT後の二次クラッタは必ずN／２以上に現れるようになる。

（処理３）送信信号のパルス幅Tpwをアンビギュイティ時間Tuの１／２にとし、かつPRIをTu／２の整数倍に設定し、送信信号に０度の位相変調を施して（変調なし）送信し、受信信号を送信信号と同一符号で復調するようにした。これにより、IFFT後の二次クラッタは必ずN／２以下に現れるようになる。

（処理４）変調ありと変調なしをIFFT処理フレームごとに切り替えて送信し、変調ありのIFFT処理フレームから求めたレンジプロファイルと変調なしのIFFT処理フレームから求めたレンジプロファイルを比較するようにした。これにより、必ず一方は、一次エコーと二次クラッタが分離したレンジプロファイルを選択することができる。

これにより、二次クラッタによる目標の検出ミスや二次クラッタの誤検出を防ぐこと可能となり、本来の信号である一次エコーだけを出力する帯域合成処理を用いたパルスレーダ装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置のブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置の二次クラッタの位相ずれを説明する図である。 この発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置の変調ありの場合の位相変復調の様子を時間軸で示した図である。 この発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置の変調なしの場合の位相変復調の様子を時間軸で示した図である。 この発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置の変調あり、変調なしの場合の一次エコーと二次クラッタの出現パターンを示した図である。 この発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置の判別前処理を実施する方式を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置の一次エコーと二次クラッタの判別方法の概略を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦレーダ装置の一次エコーと二次クラッタの判別方法のフローチャートである。 従来のＬＰＲＦレーダ装置の信号波形を示す説明図である。

符号の説明

１ タイミング発生部、２ 発振部、３ 送信部、４ 受信部、５ 送受信切替部、６ アンテナ部、７ Ａ／Ｄ変換部、８ 帯域合成部、９ 位相変調部、１０ 速度補償部、１１ 速度検出部、１２ 位相復調部、１３ 一次エコー選択部、１４ メモリ回路部、１００ ＬＰＲＦレーダ装置、１０１ 送信パルス変調信号、１０２ 送信周波数設定信号、１０３ 位相変調信号、１０４ 位相復調信号、１０５ 位相変調情報、１０６ ローカル信号、１０７ 送信周波数信号、１０８ 位相変調送信信号、１０９ 送信信号、１１０ 受信信号、１１１ ディジタル位相変調ビデオ信号、１１２ 速度情報、１１３ 速度補償位相変調ビデオ信号、１１４ 位相復調ビデオ信号、１１５ レンジプロファイル、１２０ アナログの位相変調ビデオ信号。

Claims (2)

1. 送信パルス変調信号と送信周波数設定信号と位相変調信号と位相復調信号と位相変調情報とを出力するタイミング発生部と、
   前記送信周波数設定信号によりパルス繰返し周期ＰＲＩ毎に所定の周波数だけ増加あるいは減少する周波数に設定された送信周波数信号とローカル信号とを出力する発振部と、
   前記送信周波数信号を前記位相変調信号により位相変調して位相変調送信信号を出力する位相変調部と、
   前記位相変調送信信号を前記送信パルス変調信号によりパルス変調すると共に電力増幅して送信信号を出力する送信部と、
   前記送信信号を空間に放射するとともに、ターゲットで反射された真の反射信号である一次エコーとターゲット以外で反射された反射信号である二次エコーとを含む反射波を受信して受信信号として出力するアンテナ部と、
   前記受信信号を前記ローカル信号により周波数変換、電力増幅、位相検波し、アナログの位相変調ビデオ信号として出力する受信部と、
   前記アナログの位相変調ビデオ信号をデジタル信号に変換してデジタル位相変調ビデオ信号を出力するＡ/Ｄ変換部と、
   前記ターゲットの移動速度を検出して速度情報を出力する速度検出部と、
   前記速度情報を用いて前記二次エコーのドップラ周波数を算出し、前記デジタル位相変調ビデオ信号に含まれる前記二次エコーのドップラ周波数項を除去して速度補償位相変調ビデオ信号を出力する速度補償部と、
   前記速度補償位相変調ビデオ信号を前記位相復調信号により位相復調して位相復調ビデオ信号を出力する位相復調部と、
   前記位相復調ビデオ信号を逆周波数解析し距離方向に順に番号を付したＮ個のセルで分解されたターゲットのレンジプロファイルを演算する帯域合成部と、
   前記レンジプロファイルと前記位相変調情報とを用いて前記一次エコーを選択する一次エコー選択部とを備え、
   前記位相変調信号は、２倍の前記パルス繰返し周期ＰＲＩの周期で０度の符号と１８０度の符号とで変調を繰り返す変調有信号と常に０度の符号で変調を繰り返す変調無信号とを交互に繰り返した信号であり、
   前記位相復調信号は、前記位相変調信号と同一の符号からなる信号であり、
   前記一次エコー選択部は、
   前記一次エコーについては、前記位相変調信号が変調有信号の時と変調無信号の時とで前記レンジプロファイルの最大値を与える前記セルの番号が同一であり、
   前記二次エコーについては、前記位相変調信号が変調有信号の時は、前記レンジプロファイルの最大値を与える前記セルの番号がＮ／２以上Ｎ未満の範囲にあり、前記位相変調信号が変調無信号の時は、前記レンジプロファイルの最大値を与える前記セルの番号がゼロ以上Ｎ／２未満の範囲にあることに基づいて前記一次エコーを選択することを特徴とするパルスレーダ装置。
2. 送信パルス変調信号と、送信周波数設定信号と、２倍のパルス繰返し周期ＰＲＩの周期で０度の符号と１８０度の符号とで変調を繰り返す変調有信号と常に０度の符号で変調を繰り返す変調無信号とを交互に繰り返した位相変調信号と、前記位相変調信号と同一の符号からなる位相復調信号と、位相変調情報とを出力するステップと、
   前記送信周波数設定信号により前記パルス繰返し周期ＰＲＩ毎に所定の周波数だけ増加あるいは減少する周波数に設定された送信周波数信号とローカル信号とを出力するステップと、
   前記送信周波数信号を前記位相変調信号により位相変調して位相変調送信信号を出力するステップと、
   前記位相変調送信信号を前記送信パルス変調信号によりパルス変調すると共に電力増幅して送信信号を出力するステップと、
   前記送信信号を空間に放射するとともに、ターゲットで反射された真の反射信号である一次エコーとターゲット以外で反射された反射信号である二次エコーとを含む反射波を受信して受信信号として出力するステップと、
   前記受信信号を前記ローカル信号により周波数変換、電力増幅、位相検波し、アナログの位相変調ビデオ信号として出力するステップと、
   前記アナログの位相変調ビデオ信号をデジタル信号に変換してデジタル位相変調ビデオ信号を出力するステップと、
   前記ターゲットの移動速度を検出して速度情報を出力するステップと、
   前記速度情報を用いて前記二次エコーのドップラ周波数を算出し、前記デジタル位相変調ビデオ信号に含まれる前記二次エコーのドップラ周波数項を除去して速度補償位相変調ビデオ信号を出力するステップと、
   前記速度補償位相変調ビデオ信号を前記位相復調信号により位相復調して位相復調ビデオ信号を出力するステップと、
   前記位相復調ビデオ信号を逆周波数解析し距離方向に順に番号を付したＮ個のセルで分解されたターゲットのレンジプロファイルを演算するステップと、
   前記一次エコーについては、前記位相変調信号が変調有信号の時と変調無信号の時とで前記レンジプロファイルの最大値を与える前記セルの番号が同一であり、前記二次エコーについては、前記位相変調信号が変調有信号の時は、前記レンジプロファイルの最大値を与える前記セルの番号がＮ／２以上Ｎ未満の範囲にあり、前記位相変調信号が変調無信号の時は、前記レンジプロファイルの最大値を与える前記セルの番号がゼロ以上Ｎ／２未満の範囲にあることに基づいて、前記一次エコーを選択するステップとを備えた前記ターゲットまでの距離を測定する測距方法。

Images