JP2008145236A

JP2008145236A - 等価時間サンプリング方式レーダ

Info

Publication number: JP2008145236A
Application number: JP2006332006A
Authority: JP
Inventors: Naohide Yoshimura; 尚秀吉村
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-26
Also published as: US20080136703A1; DE102007058287A1

Abstract

【課題】受信信号の信号強度を距離によらずに等化するための新規な手法を提供する。
【解決手段】受信信号の信号強度を等化するために、振幅が可変である電力制御信号を生成する電力制御信号発生部２と、電力制御信号の振幅に応じて利得を調整することによって、パルス列状の送信信号の送信電力を制御する増幅部４とを送信側に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、等価時間サンプリング方式レーダに関する。

検出対象の分解能向上を図るための手法として、例えば特許文献１に開示されているような等価時間サンプリング方式が知られており、これを用いたパルス型レーダも提案されている。図１に示すように、等価時間サンプリングとは、パルス列中の個々の送信パルスに対する目標からの応答波に対して、１周期毎に少しずつオフセットした時刻で標本化を行い、複数のパルスの反射波に基づいて、反射波の波形を時間軸上で伸張して再現する方式である。また、特許文献２には、受信信号の強度（受信電力）を距離によらず等化するために、一定強度の電波を放射し、目標からの反射波を受信側で利得調整するレーダ探査装置が開示されている。具体的には、受信側にＳＴＣ（Sensitivity Time Control）回路を設け、近距離では利得を下げて感度を抑制し、遠距離になるにしたがって感度を上げていくといった如く、信号強度の調整を行う。このようなＳＴＣ方式によれば、近距離のクラッタ等の不要反射波を低減し、受信強度を距離に依存することなく一定することによって、受信信号が飽和するのを抑制できる。さらに、特許文献３には、送信パルス波の送出直後は受信回路の増幅度を小さくし、時間経過に伴い受信回路の増幅度が大きくなるように制御するパルス波レーダ装置が開示されている。

特開平１−２３５８６３号公報米国特許第５８０５１１０号明細書特開２００６−６４６４４号公報

しかしながら、上述したＳＴＣ方式では、反射波強度対ノイズの関係（Ｓ／Ｎ比）が距離に対して一定ではなく、遠距離になるほどＳ／Ｎ比が小さくなるという問題がある。これに対処すべく、受信側で遠距離の利得を上げた場合には、ノイズ成分も共に増幅されてしまうという不都合がある。また、近距離においては、受信利得を下げるために、反応が小さい目標を検出することが困難になってしまう。

そこで、本発明の目的は、受信信号の信号強度を距離によらずに等化するための新規な手法を提供することである。

かかる課題を解決すべく、第１の発明は、等価時間サンプリング方式レーダにおいて、受信信号の信号強度を等化するために、送信側に、標本化時刻に応じて送信電力を制御する手段を設ける。

また、第２の発明は、受信信号の信号強度を等化するために、振幅が可変である電力制御信号を生成する電力制御信号発生部と、電力制御信号の振幅に応じて利得を調整することによって、パルス列状の送信信号の送信電力を制御する増幅部と、増幅部によって送信電力が制御された送信信号を送信する送信アンテナとを有する等価時間サンプリング方式レーダを提供する。

ここで、第２の発明において、増幅部は、標本化時刻の推移に応じて、送信電力を非線形に増加させる処理を繰り返すことが好ましい。この場合、電力制御信号の振幅は、時間軸上において非線形的に繰り返し増大することが望ましい。

また、第２の発明において、電力制御信号発生部は、受信信号を標本化するためのパルス位置変調信号に電力制御信号を同期させることが好ましい。

本発明によれば、送信側にて送信信号の電力調整を行うことにより、受信側で受信信号の利得調整を行わなくても、受信信号の信号強度を等化することができる。

図１は、本実施形態に係る等価時間サンプリング方式レーダの構成図である。このレーダは、電波を送信してから、目標からの反射波を受信するまでの時間から距離を計測する原理を用いたパルス型レーダ（センサ）であって、特に近距離における距離分解能の向上を図るべく、等価時間サンプリング方式を用いたものである。このレーダは、送信信号発生部１と、電力制御信号発生部２と、ゲイン制御部３と、増幅器４と、送信アンテナ５と、受信アンテナ６と、等価時間サンプリング処理部７と、ＰＰＭ信号発生部８とを主体に構成されている。送信信号発生部１は、図２（ａ）に示したように、時間軸上において同一振幅のパルス（インパルス信号）が繰り返される、パルス列状の送信信号を生成する。電力制御信号発生部２は、振幅が可変である電力制御信号を生成する。図２（ｂ）に示したように、電力制御信号は、時間軸上において非線形的に振幅が増大する波形の繰り返しによって構成されている。この電力制御信号は、同期制御部９の同期制御の下、受信信号を標本化するために用いられる後述するパルス位置変調信号（以下「ＰＰＭ信号」という）に同期、すなわち距離に同期している。

ゲイン制御部３は、電力制御信号に基づいて、その振幅に応じた利得を増幅器４に設定する。電力制御信号の時間軸上の推移に伴い、利得も経時的に変化する。増幅器４は、送信信号発生部１から出力された送信信号を、これにゲイン制御部３によって設定された利得にて増幅する。これにより、図２（ｃ）に示したように、送信信号の電力は、標本化時刻に応じて調整・制御される。そして、電力制御された送信信号は、送信アンテナ５を介して目標１および目標２に向けて送信される。

一方、目標１の反射波および目標２の反射波は、受信信号として、受信アンテナ６によって受信される。等価時間サンプリング処理部７は、ＰＰＭ信号発生部８にて発生したＰＰＭ信号に基づいて、受信信号を入力とした等価時間サンプリングを行う。等価時間サンプリングとは、距離分解能の向上を図るべく、短周期の繰り返し信号（すなわち、個々の送信パルスに対する目標からの応答波）を長周期の繰り返し信号へと変換する処理である。図３は、等価時間サンプリングの説明図である。同図（ａ）に示したように、受信信号に対して、スライドオフセットした時刻による標本化が行われる。短周期の繰り返し信号に対して、この繰り返し周期よりも十分に大きい一定時間間隔（フレーム周期）内で、周期毎に１点ずつサンプリング（標本化）が行われる。その際、各サンプリング時刻を繰り返し信号の繰り返し点からシフトさせる。このシフト処理を時間走査という。これにより、同図（ｂ）に示したように、複数のパルスの反射波に基づき、上記フレーム周期を周期とする長周期の繰り返し信号が生成される（波形の時間軸上での伸張）。ここで、１周期毎に標本化時刻をオフセットするということは、見方を変えると、オフセットした時刻に対応した距離に応じて、異なる送信パルスの応答信号を受信することになる。これは、目標までの距離に応じて、送信パルスを割り当てていることと等価である。従来技術であるＳＴＣ方式は、この点に着目して受信側にて受信電力を調整するのに対して、本実施形態は、標本化時刻（目標までの距離）に応じて、送信側にて送信電力を調整するものである。等価時間サンプリング処理部７からの出力信号には、図１に示した近い目標１のピークと、同図に示した遠い目標２のピークとが顕在化しており、これらのピークはほぼ同様の高さ（電力）となって出現する（距離依存性が低減される）。

図４は、従来技術であるＳＴＣ方式と送信電力制御との対比説明図である。同図（ａ）に示すように、ＳＴＣ方式では、一定電力にて送信信号が送信される。この場合、受信信号の強度には距離依存性が生じるため、受信信号の増幅に際して利得調整が行われる。これにより、利得調整後の受信信号は距離によらずに等化され、近距離の目標１と遠距離の目標２とがほぼ同様のピークにて顕在化する。これに対して、同図（ｂ）に示すように、本実施形態に係る送信電力制御では、このような距離依存性を見越した上で、送信電力自体を可変に調整した送信信号が送信される。これにより、受信側で利得調整を行わなくても、受信信号が有効に等化される。

このように、本実施形態によれば、送信側において、標本化時刻に応じて送信電力を制御することにより、従来技術であるＳＴＣ方式の問題を解消しつつ、受信信号の信号強度を等化することができる。一般に、受信信号（反射波）の電力Ｐrは、下記のレーダ方程式で表される。ここで、Ｐtは送信電力、Ｇtは送信アンテナ利得、σは距離Ｒにおける目標の散乱断面積、Ａtは受信アンテナの有効面積である。

（レーダ方程式）
Ｐr＝｛（Ｐt・Ｇt・σ）／（４πＲ²）²｝・Ａr

この方程式より、受信電力Ｐrは、距離Ｒの４乗に反比例する。したがって、距離の４乗に比例した送信電力で電波を送出すれば、距離によらず一定強度を有する受信信号、すなわち、等化された受信信号を得ることができる。これにより、例えば、受信信号に対して直接Ａ／Ｄ変換を行っても、全ビットを有効に使用したディジタル化が可能になる。

また、本実施形態によれば、直接波の影響を低減することができる。至近距離におけるレーダ探査では、送信アンテナから受信アンテナに直接回り込む直接波が観測される。遠距離目標に合わせた送信電力では、この直接波の影響により受信信号が飽和するため、この直接波の影響を低減できる。

また、本実施形態によれば、近距離のクラッタの影響を低減することができる。至近距離におけるレーダ探査では、アンテナ付近に定在する構造物などの不要な反射波が大きく影響する。遠距離目標に合わせた送信電力では、直接波の影響により受信信号が飽和するため、近距離のクラッタの影響を低減できる。

また、本実施形態によれば、受信信号の信号対雑音比を等化することができる。従来の方式では、遠方の微弱な反射波を増幅して受信信号を等化した場合でもＳ／Ｎの比率は小さくなる。受信側で利得調整するのではなく、送信側で送出電力を調整すれば、受信アンプの増幅度は距離に対して一定であるため、Ｓ／Ｎ比が改善される。これにより、受信信号において、ある閾値を用いて目標の判定を行う場合、閾値を一定にしても誤警報が距離によらずほぼ一定に維持される。

さらに、本実施形態によれば、環境に応じた送信制御が可能になる。すなわち、レーダの使用環境に応じて、送信電力を制御することが可能である。例えば、アンテナと主目標の間に障害となる物体が存在する場合、障害物の存在する距離から遠方の送信利得を増大させることによって、主目標の検出精度の低下を抑えることが可能になる。その他環境に応じた送信電力制御信号を送信アンプに与えることによって、柔軟で精度の高い観測を行うことができる。また、例えば地中レーダとして使用する場合は、地中の目標と比較し地表面からの反射強度が非常に強い。そのような場合は、地表面までの距離では送信電力を落とし、それ以上の距離では電力を上げることによって目標検出精度を高めることができる。

本実施形態に係る等価時間サンプリング方式レーダの構成図送信側の信号波形の説明図等価時間サンプリングの説明図ＳＴＣ方式と送信電力制御との対比説明図

符号の説明

１送信信号発生部
２電力制御信号発生部
３ゲイン調整部
４増幅器
５送信アンテナ
６受信アンテナ
７等価時間サンプリング処理部
８ＰＰＭ信号発生部

Claims

等価時間サンプリング方式レーダにおいて、
受信信号の信号強度を等化するために、送信側に、標本化時刻に応じて送信電力を制御する手段を設けたことを特徴とする等価時間サンプリング方式レーダ。
等価時間サンプリング方式レーダにおいて、
受信信号の信号強度を等化するために、振幅が可変である電力制御信号を生成する電力制御信号発生部と、
前記電力制御信号の振幅に応じて利得を調整することによって、パルス列状の送信信号の送信電力を制御する増幅部と、
前記増幅部によって送信電力が制御された前記送信信号を送信する送信アンテナと
を有することを特徴とする等価時間サンプリング方式レーダ。
前記増幅部は、近距離に対応する送電電力よりも遠距離に対応する送信電力の方を大きくすることを特徴とする請求項２に記載された等価時間サンプリング方式レーダ。
前記電力制御信号の振幅は、時間軸上において非線形的に繰り返し増大することを特徴とする請求項３に記載された等価時間サンプリング方式レーダ。
前記電力制御信号発生部は、前記受信信号を標本化するためのパルス位置変調信号に前記電力制御信号を同期させることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載された等価時間サンプリング方式レーダ。