JP2008175582A - レーダ装置とそのｓｔｃ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非チャープ信号とパルス圧縮処理後のチャープ信号との間の振幅差を均一化する。
【解決手段】非チャープ信号による近距離用パルスを送信した後、チャープ信号による遠距離用パルスを送信してそれぞれのパルスの反射信号を受信して得られるレーダ信号に、ＳＴＣを施した後（４１）、非チャープ領域処理（５２）及びチャープ領域処理（５３）を独立して行い、それぞれの処理結果を所定のレンジで結合する（５８）。この場合に、ＳＴＣ（４１）に対して、近距離用の減衰量特性を持つ制御信号を生成して近距離に相当する非チャープ信号処理期間に与え（５４）、遠距離用の減衰量特性を持つ制御信号を生成して遠距離に相当するチャープ信号処理期間に与え（５５）、両減衰量特性の差分を算出し（５６）、その算出結果に基づいてレンジ結合前の非チャープ領域処理の出力レベルを補正する（５７）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーダ信号の受信時における飽和を防止するＳＴＣ（Sensitivity Time Control）機能を備えるレーダ装置とそのＳＴＣ処理方法に関する。

一般に、レーダ装置では、受信装置内部の周波数増幅部の飽和防止を目的として、ＳＴＣ回路が用いられる。このＳＴＣ回路は、目標からの反射エコーの強度が距離の４乗に逆比例することを考慮して、距離に応じて減衰量を制御する回路であり、近距離では目標を見失わない範囲で受信信号の減衰量を多くして感度を抑制し、遠距離になるに従って減衰量を少なくして感度を戻すようにしている（例えば、非特許文献１参照。）。このＳＴＣを採用することにより、近距離の地形や海面反射のクラッタ電力が強い場合でも、受信装置が飽和してクラッタと重畳する目標が検出できなくなるのを防ぐことが可能である。

ところで、レーダ装置では、近距離のブラインド領域をなくすため、近距離用に非チャープ信号によるパルスを送信した後、遠距離用にチャープ信号によるパルスを送信する方式が採用される。この方式によるレーダ装置では、ターゲットから反射される受信信号も非チャープ信号、チャープ信号の順で受信されるため、受信装置および信号処理装置において、一定の時間を境界にして非チャープ信号処理時間とチャープ信号処理時間とを有する。信号処理装置に入力された受信信号は２系統に分配され、一方の系統では非チャープ信号処理時間における非チャープ信号の処理が施され、他方の系統ではチャープ信号処理時間におけるチャープ信号のパルス圧縮処理が施されて互いにレンジ結合される。このとき、チャープ信号のパルス圧縮処理により、チャープ信号と非チャープ信号との間で信号の振幅レベルに違いが生じる。

そこで、従来のレーダ装置では、前述のＳＴＣ機能として、非チャープ信号領域とチャープ信号領域とで区別し、それぞれの領域で最適レベルとなるように減衰量の制御を行うようにしている。しかしながら、実際には非チャープ信号領域に対するＳＴＣ特性とチャープ信号領域に対するＳＴＣ特性との調整が煩雑で、領域切替の際に信号振幅に差が生じてしまい、目標の誤検出を招くおそれがあった。
吉田 孝 監修、「改定 レーダ技術」、電子情報通信学会出版、１９９６年１０月１日、ｐ．１８９−１９１。

以上述べたように、従来のレーダ装置では、近距離用の非チャープ信号による処理から遠距離用のチャープ信号による処理に切り替わる時点で、チャープ信号のパルス圧縮処理により、チャープ信号と非チャープ信号との間で信号振幅に差が生じないように、それぞれの領域でのＳＴＣの制御特性を切り換えるようにしているが、その調整作業は煩雑であることから適切なセッティングは困難な状況にある。この結果、領域切替の際に信号振幅に差が生じてしまい、目標の誤検出を招くおそれがあった。

本発明は、上記事情によりなされたもので、その目的は、非チャープ信号処理領域とチャープ信号処理領域との境界において、非チャープ信号とパルス圧縮処理後のチャープ信号との間の振幅差を均一化し、これによって誤検出確率の低減が可能なレーダ装置とそのＳＴＣ処理方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係るレーダ装置は、送信繰り返し周期内で、非チャープ信号による近距離用パルスを送信した後、チャープ信号による遠距離用パルスを送信してそれぞれのパルスの反射信号を受信して得られるレーダ信号に、ＳＴＣ（Sensitivity Time Control）を施した後、デジタル処理によって非チャープ領域処理及びチャープ領域処理を独立して行い、それぞれの処理結果をレンジに応じて選択的に結合する場合に、前記ＳＴＣに対して、前記近距離用に減衰量を第１の特性で制御する第１の制御信号を生成して前記近距離に相当する非チャープ信号処理期間に与え、前記遠距離用に減衰量を第２の特性で制御する第２の制御信号を生成して前記遠距離に相当するチャープ信号処理期間に与えるＳＴＣ制御手段と、前記第１の制御信号による減衰量の変化と前記第２の制御信号による減衰量の変化との差分を算出し、その算出結果に基づいて前記結合時の振幅レベル差が低減されるように前記非チャープ領域処理の入力レベル及び出力レベルのいずれか一方を補正する補正手段とを具備するようにしている。

また、本発明に係るレーダ装置のＳＴＣ処理方法は、送信繰り返し周期内で、非チャープ信号による近距離用パルスを送信した後、チャープ信号による遠距離用パルスを送信してそれぞれのパルスの反射信号を受信して得られたレーダ信号にＳＴＣ（Sensitivity Time Control）を施した後、デジタル処理によって非チャープ領域処理及びチャープ領域処理を独立して行い、それぞれの処理結果をレンジに応じて選択的に結合するレーダ装置に用いられ、前記ＳＴＣに対して、前記近距離用に減衰量を第１の特性で制御する第１の制御信号を生成して前記近距離に相当する非チャープ信号処理期間に与え、前記ＳＴＣに対して、前記遠距離用に減衰量を第２の特性で制御する第２の制御信号を生成して前記遠距離に相当するチャープ信号処理期間に与え、前記第１の制御信号による減衰量の変化と前記第２の制御信号による減衰量の変化との差分を算出し、前記差分の算出結果に基づいて前記結合時の振幅レベル差が低減されるように前記非チャープ領域処理の入力レベル及び出力レベルのいずれか一方を補正するようにしている。

すなわち、本発明では、上記のような手段を講じて、ＳＴＣに対する第１の制御信号による減衰量の変化と第２の制御信号による減衰量の変化との差分を算出し、その算出結果に基づいて結合時の振幅レベル差が低減されるように非チャープ領域処理の入力レベル及び出力レベルのいずれか一方を補正することにより、非チャープ信号処理領域とチャープ信号処理領域との境界において、非チャープ信号とパルス圧縮処理後のチャープ信号との間の振幅差を均一化するようにしている。

本発明によれば、非チャープ信号処理時間とチャープ信号処理時間との境界において、非チャープ信号とパルス圧縮処理後のチャープ信号との間の振幅差を均一化することができ、これによって誤検出確率の低減が可能なレーダ装置とそのＳＴＣ処理方法を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、送信装置１は、送信繰り返し周期内で、非チャープ信号による近距離用パルスと、チャープ信号による遠距離用パルスとを発生する。この送信装置１にて発生した送信信号は、サーキュレータ２を経由し、空中線装置３から空間に放射される。このように空間に放射された送信信号は、航空機等のターゲットにより反射され、レーダエコーとして空中線装置３で捕捉される。捕捉された信号は、サーキュレータ２を経由して受信装置４に供給される。

上記受信装置４に供給された受信信号はＳＴＣ回路４１にて所定の減衰量が与えられた後、高周波増幅部４２で増幅され、周波数変換部４３で中間周波数帯に変換されて信号処理装置５に供給される。上記ＳＴＣ回路４１は、受信信号の信号レベルの減衰を行うことで、高周波増幅部４２における飽和を防止する。

上記信号処理装置５に供給された中間周波数帯の受信信号はアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換部５１でデジタル信号に変換されて２系統に分配され、一方は非チャープ領域処理部５２に供給され、他方はチャープ領域処理部５３に供給される。非チャープ領域処理部５２は、入力信号から非チャープ領域に対応する非チャープ信号処理期間において、入力信号の処理を行う。また、チャープ領域処理部５３は、入力信号からチャープ領域に対応するチャープ信号処理期間においてチャープ信号のパルス圧縮処理を行う。

上記信号処理装置５は、さらに、ＳＴＣ回路４１に対する非チャープ領域用の減衰量特性を持つ制御信号ＳＴＡ１を生成する非チャープＳＴＣ制御部５４と、ＳＴＣ回路４１に対するチャープ領域用の減衰量特性を持つ制御信号ＳＴＡ２を生成するチャープＳＴＣ制御部５５とを備える。また、非チャープ領域用減衰量特性の制御信号ＳＴＡ１とチャープ領域用減衰量特性の制御信号ＳＴＡ２との差分を算出するＳＴＣ補正値算出部５６と、ＳＴＣ補正値算出部５６の算出結果に基づいて非チャープ信号処理期間において非チャープ信号を補正するＳＴＣ補正部５７と、補正された非チャープ信号とパルス圧縮処理されたチャープ信号とを所定のレンジ（距離）で結合してデジタルビデオ信号を生成するレンジ結合部５８とを備える。

すなわち、上記構成によるレーダ装置において、ＳＴＣ回路４１には、非チャープＳＴＣ制御部５４から非チャープ領域用の減衰量特性を持つ制御信号ＳＴＡ１が入力され、同様に、チャープＳＴＣ制御部５５からチャープ領域用の減衰量特性を持つ制御信号ＳＴＡ２が入力される。ＳＴＣ回路４１は、これらの制御信号に従い、受信信号に対するチャープ信号と非チャープ信号の減衰量を設定する。図２に、制御信号ＳＴＡ１による非チャープ領域用の減衰量特性及び制御信号ＳＴＡ２によるチャープ領域用の減衰量特性を示す。

また、非チャープ領域用の減衰量特性を有する制御信号ＳＴＡ１とチャープ領域用の減衰量特性を有する制御信号ＳＴＡ２は、いずれもＳＴＣ補正値算出部５６に供給され、このＳＴＣ補正値算出部５６にて、制御信号ＳＴＡ１，ＳＴＡ２それぞれの減衰量の差分が算出される。この算出結果はＳＴＣ補正部５７に入力され、ＳＴＣ補正部５７により非チャープ信号処理期間における非チャープ信号の振幅レベルが補正される。図３に、ＳＴＣ補正値算出部５６の算出結果に基づく非チャープ信号処理期間における非チャープ信号の補正特性を示す。

なお、ＳＴＣ補正値算出部５６にて設定する補正値は、図３に示すように、時間的に連続した変化が必要となるが、デジタル信号に対する処理となるため、ソフトウェアによる演算で実現可能であり、またＳＴＣ調整による振幅再調整を行う必要もない。

次に、上記構成によるレーダ装置について、以下、図４を参照してその処理動作を説明する。図４は、上記信号処理装置５における非チャープ信号の補正動作を示すフローチャートである。まず、信号処理装置５は、非チャープＳＴＣ制御部５４およびチャープＳＴＣ制御部５５によりそれぞれ非チャープ領域用の減衰量特性を持つ制御信号ＳＴＡ１およびチャープ領域用の減衰量特性を持つ制御信号ＳＴＡ２を生成し（ステップＳＴ４ａ）、ＳＴＣ回路４１とＳＴＣ補正値算出部５６とへ出力する（ステップＳＴ４ｂ）。ＳＴＣ補正値算出部５６では、入力された制御信号ＳＴＡ１が示す非チャープ領域用の減衰量および制御信号ＳＴＡ２が示すチャープ領域用の減衰量の差分を算出する（ステップＳＴ４ｃ）。

続いて、信号処理装置５は、受信信号をアナログ−デジタル変換部５１によりデジタル変換する（ステップＳＴ４ｄ）。デジタル変換された受信信号のうち、非チャープ信号領域は、非チャープ領域処理部５２により非チャープ信号処理期間において処理され、受信信号のうちチャープ信号領域は、チャープ領域処理部５３によりチャープ信号処理期間においてパルス圧縮処理される（ステップＳＴ４ｅ）。処理された非チャープ信号は、ＳＴＣ補正値算出部５６により算出される非チャープ領域用減衰量とチャープ領域用減衰量との差分に基づいて、ＳＴＣ補正部５７により、非チャープ信号処理期間において補正される（ステップＳＴ４ｆ）。

以上のように、上記構成によるレーダ装置では、信号処理装置５に入力された受信信号を非チャープ領域処理部５２およびチャープ領域処理部５３で処理する。この非チャープ領域処理部５２の出力をＳＴＣ補正値算出部５６での算出結果に基づいてＳＴＣ補正部５７により補正し、このＳＴＣ補正部５７の出力とチャープ領域処理部５３の出力とをレンジ結合部５８にて結合するようにしている。

先に述べたように、従来技術では、非チャープ信号処理期間とチャープ信号処理期間との境界における両信号の振幅を整合する際に、時間的に変化しない一定値をどちらかの信号に対するＳＴＣの減衰量に付与していたため、ＳＴＣの減衰量の傾きによっては整合が取れない場合があるという問題点があった。これに対し、本実施形態では、ＳＴＣカーブの差分を考慮することができるため、ＳＴＣの変更による非チャープ信号処理期間とチャープ信号処理期間との境界における振幅変化を低減することができる。

したがって、上記構成によるレーダ装置によれば、比較的簡易な演算で、非チャープ信号処理期間とチャープ信号処理期間との境界における両信号の振幅分布の均一化が可能となり、これに伴う誤検出の抑制が実現可能となる。これにより、レンジ合成後の検出処理において、非チャープ信号処理期間における非チャープ信号とチャープ信号処理期間におけるチャープ信号の両方を一括して処理できるようになる。また、ＳＴＣ調整による振幅再調整も不要となる。

なお、本実施形態では、ＳＴＣ補正部５７を非チャープ領域処理部５２とレンジ結合部５８との間に設置する例について説明したが、このＳＴＣ補正部５７を非チャープ領域処理部５２の前段に設置する場合でも同様に実施可能である。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図５において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。

図５におけるレーダ装置は、図１において非チャープ領域処理部５２とレンジ結合部５８との間に設置していたＳＴＣ補正部５７を、チャープ領域処理部５３の前段に設置した点に特徴がある。すなわち、Ａ／Ｄ変換部５１でデジタル変換された受信信号は、非チャープ領域処理部５２に供給されると共に、ＳＴＣ補正部５７を経由してチャープ領域処理部５３に供給され、それぞれの領域について処理された後、レンジ結合部５８にて結合される。

このとき、ＳＴＣ回路４１には、ＳＴＣ制御部５４から非チャープ領域用の減衰量特性を持つ制御信号ＳＴＡ１が入力され、同様に、ＳＴＣ制御部５５からチャープ領域用の減衰量特性を持つ制御信号ＳＴＡ２が入力される。ＳＴＣ回路４１は、これらの信号に従い、受信信号に対するチャープ信号と非チャープ信号の減衰量特性を設定する。制御信号ＳＴＡ１，ＳＴＡ２による非チャープ領域用の減衰量特性及びチャープ領域用の減衰量特性は、図２に示した通りである。

ＳＴＣ補正値算出部５６では、制御信号ＳＴＡ１，ＳＴＡ２による非チャープ領域用の減衰量特性とチャープ領域用の減衰量特性との間の差分が算出され、この算出結果がＳＴＣ補正部５７へ出力される。ＳＴＣ補正部５７によりチャープ信号処理期間におけるチャープ信号が補正される。図６に、ＳＴＣ補正値算出部５６の算出結果に基づくチャープ信号処理期間におけるチャープ信号の補正特性を示す。

以上のように、上記第２の実施形態では、信号処理装置５に入力された受信信号のうち非チャープ領域は、非チャープ領域処理部５２で処理され、チャープ領域は、ＳＴＣ補正部５７の補正処理を受けた後にチャープ領域処理部５３で処理される。そして、非チャープ領域処理部５２およびチャープ領域処理部５３からの出力がレンジ結合部５８にて結合される。このように、本実施形態においても、ＳＴＣカーブの差分を考慮しているため、ＳＴＣの変更による非チャープ信号処理期間とチャープ信号処理期間との境界における振幅変化が低減される。

したがって、上記構成によるレーダ装置によれば、比較的簡易な演算で、非チャープ信号処理期間とチャープ信号処理期間との境界における両信号の振幅分布の均一化が可能となり、これに伴う誤検出の抑制が実現可能となる。これにより、レンジ合成後の検出処理において、非チャープ信号処理期間における非チャープ信号とチャープ信号処理期間におけるチャープ信号の両方を一括して処理できるようになる。また、ＳＴＣ調整による振幅再調整も不要となる。

なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、受信装置がＳＴＣ回路と、高周波増幅部と、周波数変換部とから構成される例について説明したが、これら以外の構成要素を具備していても同様に実施可能である。

さらに、この発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施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よい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係るレーダ装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図。 上記第１の実施形態のＳＴＣ制御信号による非チャープ領域用及びチャープ領域用それぞれの減衰量特性を示す特性図。 上記第１の実施形態のＳＴＣ補正値算出部の算出結果に基づく非チャープ信号処理期間における非チャープ信号の補正特性を示す図。 上記第１の実施形態の信号処理装置における非チャープ信号処理期間の補正手順を示すフローチャート。 本発明に係るレーダ装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図。 上記第２の実施形態のＳＴＣ補正値算出部の算出結果に基づくチャープ信号処理期間におけるチャープ信号の補正特性を示す図。

符号の説明

１…送信装置、２…サーキュレータ、３…空中線装置、４…受信装置、５…信号処理装置、４１…ＳＴＣ回路、４２…高周波増幅部、４３…周波数変換部、５１…Ａ／Ｄ変換部、５２…非チャープ領域処理部、５２…チャープ領域処理部、５４…非チャープＳＴＣ制御部、５５…チャープＳＴＣ制御部、５６…ＳＴＣ補正値算出部、５７…ＳＴＣ補正部、５８…レンジ結合部。

Claims (4)

1. 送信繰り返し周期内で、非チャープ信号による近距離用パルスを送信した後、チャープ信号による遠距離用パルスを送信してそれぞれのパルスの反射信号を受信して得られるレーダ信号に、ＳＴＣ（Sensitivity Time Control）を施した後、デジタル処理によって非チャープ領域処理及びチャープ領域処理を独立して行い、それぞれの処理結果をレンジに応じて選択的に結合するレーダ装置において、
   前記ＳＴＣに対して、前記近距離用に減衰量を第１の特性で制御する第１の制御信号を生成して前記近距離に相当する非チャープ信号処理期間に与え、前記遠距離用に減衰量を第２の特性で制御する第２の制御信号を生成して前記遠距離に相当するチャープ信号処理期間に与えるＳＴＣ制御手段と、
   前記第１の制御信号による減衰量の変化と前記第２の制御信号による減衰量の変化との差分を算出し、その算出結果に基づいて前記結合時の振幅レベル差が低減されるように前記非チャープ領域処理の入力レベル及び出力レベルのいずれか一方を補正する補正手段と
   を具備することを特徴とするレーダ装置。
2. 送信繰り返し周期内で、非チャープ信号による近距離用パルスを送信した後、チャープ信号による遠距離用パルスを送信してそれぞれのパルスの反射信号を受信して得られるレーダ信号にＳＴＣ（Sensitivity Time Control）を施した後、デジタル処理によって非チャープ領域処理及びチャープ領域処理を独立して行い、それぞれの処理結果をレンジに応じて選択的に結合するレーダ装置において、
   前記ＳＴＣに対して、前記近距離用に減衰量を第１の特性で制御する第１の制御信号を生成して前記近距離に相当する非チャープ信号処理期間に与え、前記遠距離用に減衰量を第２の特性で制御する第２の制御信号を生成して前記遠距離に相当するチャープ信号処理期間に与えるＳＴＣ制御手段と、
   前記第１の制御信号による減衰量の変化と前記第２の制御信号による減衰量の変化との差分を算出し、その算出結果に基づいて前記結合時の振幅レベル差が低減されるように前記チャープ領域処理の入力レベルを補正する補正手段と
   を具備することを特徴とするレーダ装置。
3. 送信繰り返し周期内で、非チャープ信号による近距離用パルスを送信した後、チャープ信号による遠距離用パルスを送信してそれぞれのパルスの反射信号を受信して得られたレーダ信号にＳＴＣ（Sensitivity Time Control）を施した後、デジタル処理によって非チャープ領域処理及びチャープ領域処理を独立して行い、それぞれの処理結果をレンジに応じて選択的に結合するレーダ装置に用いられ、
   前記ＳＴＣに対して、前記近距離用に減衰量を第１の特性で制御する第１の制御信号を生成して前記近距離に相当する非チャープ信号処理期間に与え、
   前記ＳＴＣに対して、前記遠距離用に減衰量を第２の特性で制御する第２の制御信号を生成して前記遠距離に相当するチャープ信号処理期間に与え、
   前記第１の制御信号による減衰量の変化と前記第２の制御信号による減衰量の変化との差分を算出し、
   前記差分の算出結果に基づいて前記結合時の振幅レベル差が低減されるように前記非チャープ領域処理の入力レベル及び出力レベルのいずれか一方を補正することを特徴とするレーダ装置のＳＴＣ処理方法。
4. 送信繰り返し周期内で、非チャープ信号による近距離用パルスを送信した後、チャープ信号による遠距離用パルスを送信してそれぞれのパルスの反射信号を受信して得られたレーダ信号にＳＴＣ（Sensitivity Time Control）を施した後、デジタル処理によって非チャープ領域処理及びチャープ領域処理を独立して行い、それぞれの処理結果をレンジに応じて選択的に結合するレーダ装置に用いられ、
   前記ＳＴＣに対して、前記近距離用に減衰量を第１の特性で制御する第１の制御信号を生成して前記近距離に相当する非チャープ信号処理期間に与え、
   前記ＳＴＣに対して、前記遠距離用に減衰量を第２の特性で制御する第２の制御信号を生成して前記遠距離に相当するチャープ信号処理期間に与え、
   前記第１の制御信号による減衰量の変化と前記第２の制御信号による減衰量の変化との差分を算出し、
   前記差分の算出結果に基づいて前記結合時の振幅レベル差が低減されるように前記チャープ領域処理の入力レベルを補正することを特徴とするレーダ装置のＳＴＣ処理方法。

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