JP2009258050A - パルスレーダ装置、パルスレーダ装置を利用した情報伝送方法、及びパルスレーダ装置を利用した情報伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】 シンプルかつ低コストで実現可能な構成により、物標の存在の検出すると同時に、情報伝送を行うことができるパルスレーダによる情報伝送方法を提供する。
【解決手段】 本発明では、情報伝送を行わない従来のパルスレーダの場合に比べ、そのパルスの位置、すなわちパルス間隔を微小に変化させることで、本来のパルスレーダの動作には影響は与えずに、パルスレーダから送信されるパルス系列に情報をのせる。例えば、入力信号が“０”の場合は所定の繰返し周期Ｔのパルス波を出力するが、入力信号が“１”の場合には繰返し周期に比べ微小時間ｔ_ｄだけ長くなったパルス間隔でパルス波を出力するといった方法で、情報伝送を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、受信装置との間の情報伝送を行うパルスレーダ装置に関するものである。

従来のパルスレーダは一定の送信繰返し周期ごとに所定のパルス幅の単一のパルスにより変調された電波（以下パルス波と省略する）を、指向特性を有し機械的あるいは電子的に走査するアンテナを介して送信し、該アンテナの指向特性の方向から反射されて戻ってくる反射波を受信検出し、物標の存在を検出する。それと共に、アンテナの走査方位を物標の存在する方位とし、また、パルス波の送信から反射波の受信までの時間から物標までの距離を測定するものであった。しかしながら、パルスレーダ単体では、物標との間で情報伝送を行う機能を有しなかった（例えば、非特許文献１参照）。

吉田 孝 著 " 改訂 レーダ技術" 、電子情報通信学会（ １９９６）

従来のパルスレーダ単体では、物標の存在を検出するためだけにパルス波を送信しており、それ以上の効果は得られない。物標の存在を検出すると同時に、情報を伝送するには、別のシステムを用いることが必要であり、システム規模の拡大が問題であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、レーダ局は既存のレーダアンテナを用いるというシンプルかつ低コストで実現可能な構成により、パルスレーダの動作には影響を与えずに、パルスレーダから周辺に存在する各物標への情報伝送を行うことができることを特徴とするパルスレーダによる情報伝送の方法を得ることを目的とする。

この発明によるパルスレーダ装置は、所定の単一のパルスにより繰返し変調された電波を送信して物標を検出するとともに前記物標に対して符号化された情報を伝送するパルスレーダ装置であって、前記符号に対応したパルス間隔を設定するパルス制御部と、前記パルス間隔を有する電波を送信する送信部とを備える。

この発明のパルスレーダ装置によれば、簡易かつ低コストな構成で、受信装置との間で情報伝送を行うことができる。

実施の形態１．
本発明の好適な実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態の概略構成を示すものである。レーダ局１００は、レーダアンテナ１とレーダアンテナ１における送受信データを処理するレーダ局処理装置２からなる。レーダアンテナ１は、例えば陸上等に設置され、レーダが運転中にはそのメインローブを機械的もしくは電子的に走査している。レーダ局処理装置２は、図３中に示すように伝送信号生成手段２１とパルス生成タイミング制御器２２と送信部２３と受信部２４と表示装置２５からなる。３及び４はレーダアンテナ１の指向特性の例であり、一般に特定の方向にメインローブ３となる強い指向特性を持ち、レーダ装置の性能に十分見合うだけ抑圧されたサイドローブ４が存在する。
５はレーダアンテナの周辺に存在する物標であり、パルスレーダによって検知される。レーダ局１００の情報伝送の相手方である受信装置を持つ物標５は、例えば受信装置を持ち周辺を航行する船舶や航空機、ミサイル、車両等であり、図３に示すように受信用アンテナ６１と受信信号処理装置６２と表示装置６３で構成される受信装置６を備える。

図２は本発明に係るレーダ局からの送信パルス波とレーダ局および物標での受信パルス波の例を示すものである。
本発明においては、情報伝送を行わない従来のパルスレーダの場合に比べ、そのパルスの位置、すなわちパルス間隔を微小に変化させることで、パルスレーダから送信されるパルス系列に情報をのせる。
例えば、パルス系列にのせる情報が“０”（入力信号が“０”）の場合は所定の繰返し周期Ｔのパルス波を出力するが、パルス系列にのせる情報が“１” （入力信号が“１”）の場合には繰返し周期に比べ微小時間ｔ_ｄだけ長くなったパルス間隔でパルス波を出力する。この微小時間ｔ_ｄは、測定レンジの最大距離の劣化が許容できる、微小時間の差が検知可能である等を考慮して決めることが望ましい。
図２を用いてこの出力パルス波の例を説明する。図２では一例として入力信号が“０１０１１”の場合のレーダ局からの送信パルス波、受信装置をもつ物標５での受信パルス波、レーダ局での受信パルス波をそれぞれ示している。

図２（ａ）はレーダ局からの送信パルス波を示している。１パルス目は前のパルスとの間隔が規定できないため、情報伝送はできない。２パルス目以降から情報伝送を行う。２パルス目は入力信号が“０”であるため、１パルス目と２パルス目の間隔は所定の繰返し周期Ｔで送信する。次の３パルス目については、入力信号が“１”であるため、パルス間隔を微小時間ｔ_ｄだけ長くしたＴ＋ｔ_ｄで送信する。以降、“０１１”の入力信号に対して、パルス間隔はＴ、Ｔ＋ｔ_ｄ、Ｔ＋ｔ_ｄとなる。

図２（ｂ）は受信装置をもつ物標５での受信パルス波の一例を示している。図２（ｂ）の例では、レーダ局から送信されたパルス波はレーダアンテナ１と物標５の間の伝播にかかる時間ｔ／２だけ遅れて物標５の受信装置６で受信される。受信装置６では受信されたパルス波のパルス間隔を測定し、パルス間隔が所定のパルス間隔Ｔであれば信号“０”、Ｔ＋ｔ_ｄであれば信号“１”として復調することで、情報伝送が実現できる。

図２（ｃ）はレーダ局での受信パルス波を示している。レーダ局での受信パルス波は送信パルス波に比べ、レーダアンテナ１と物標５の間の往復にかかる時間ｔだけ遅れてレーダアンテナ１で受信される。なお、パルス間隔を変えても、各パルスの送信タイミングから受信までの時間を測定することで、パルスレーダの動作には影響はない。また、通常レーダの処理として実施するＭＴＩ（Moving Target Indicator）処理、積分処理等、複数のパルスを用いて行う処理についても、送信パルス位置が既知であるため問題なく処理が可能である。

なお、パルス間隔については、信号入力が“０”のときにＴ＋ｔ_ｄ、“１”の場合にＴとしてもよい。この場合、以降で記す、受信装置をもつ物標５側ではレーダ局との取り決めに従って処理すればよい。
すなわち、レーダ局１００はパルス系列にのせる情報（“０”、“１”）により、各々異なるパルス間隔を用いて信号送信を行い、受信装置をもつ物標５側ではレーダ局との取り決めに従って処理する。

図３は、本発明に係るパルスレーダを用いた情報伝送装置のブロック図である。図３においてレーダ局１００は、パルスを送受するレーダアンテナ１と伝送信号生成手段２１及びパルス生成タイミング制御器２２を含み、例えば陸上等のレーダ局に設置される。また、不特定多数の物標５は受信用アンテナ６１によりレーダ局１００からの送信パルスを受信すると、受信信号処理手段６２により、レーダ局からの受信信号６４を解読処理し表示装置等６３に出力する。

伝送信号発生手段２１は、不特定多数の物標５に伝送する情報をビット列に変換する。物標５に伝送する情報は、例えばレーダ局１００の位置、時刻、周辺の気象状況等であるが、その他ミッションを達成するための情報であってもよく特に限定されるものではない。

パルス生成タイミング制御器２２は、パルス系列にのせて物標５に向けて伝送する入力信号に応じて、パルスレーダの送信パルス列のパルス間隔を変えるための制御を行う。

レーダの送信部２３は、パルス生成タイミング制御器２２で制御されたパルス間隔で所定のパルス幅の送信電波１０１を発生し、レーダアンテナ１を介して電波を送信する。

受信部２４は、物標から反射されレーダアンテナ１を介して受信された受信信号を増幅検波して、アンテナの走査方位及び受信信号１０２が得られた時間等から物標の位置情報を得る。

表示装置２５は例えばＰＰＩ（Plan Position Indicator）であり、物標５の存在する方向や、物標までの距離等を表示する。

図３において、２６は伝送信号生成手段によって生成された伝送信号の流れを示している。２７及び２８はレーダアンテナ１の走査方向情報の流れを示している。２９は送信タイミング情報の流れであり、受信部において、パルスの送信から受信までの時間測定の開始時間を規定するものである。

一方、受信装置６をもつ物標５側の受信用アンテナ６１は、レーダ局１００のレーダアンテナ１から送信されるパルス波（送信電波）１０１を受信する。物標５がどの方向を向いていてもレーダ局１００からの電波が受信できるよう、その指向特性は方向によっての利得低下が小さく、かつ、偏波による特性の変化が小さい特性を持つことが望ましい。

受信信号処理手段６２は、受信されたパルス波のパルス間隔に基づき伝送された情報を解読し、受信信号６４を得る。得られた受信信号６４は、例えば図３の６３に示す表示装置等に出力される。

本発明を用いて情報を伝送する場合、伝送容量は送信パルス数や繰返し周期等に関係して決まる。しかし、それらは自由に決めてよいわけではなく、情報伝送を行った場合でもパルスレーダの動作に影響を与えないようにする必要がある。そのため、伝送容量は限られている。したがって、伝送先を特定するような情報の不要な、周囲に存在する受信装置をもつ物標５に対して同じ情報を送信する放送型の伝送が伝送効率の観点で好ましい。一方で、ヘッダを付与したり、時分割多重やスペクトル拡散等の２次変調を施す等、通信方式を工夫したりすることにより、受信装置をもつ物標５のうち特定の物標に対してだけに情報伝送をすることも可能であり、適用してもよい。

さらに、レーダアンテナ１の走査方向によって、伝送する情報を変えてもよい。例えば、受信装置をもつ物標５がレーダアンテナ１から遠距離にある場合、サイドローブ４の方向では受信信号対雑音比が小さく、パルスを認識できない場合がある。このときには、受信装置をもつ物標５はメインローブ３によって放射されたパルス波しか受信できない。これを利用して、例えば、局地的な気象状況をその周辺にだけ送信するといった、遠距離の特定の方向に存在する受信装置をもつ物標５に対してのみ情報を送信するようにしてもよい。もちろん、送信する情報は気象状況に限ったものではない。このように、走査方向によって伝送情報を変える場合、レーダアンテナ１の走査方向情報２７を利用し、信号を伝送信号生成手段２１により作成し、レーダアンテナ１の走査方向が、特定の情報を送信したい方向へ向いている時間だけ選択的にパルス生成タイミング制御器２２および送信部２３を介してレーダアンテナ１から放射する方法等がある。

なお、図１、図３に示す構成および、図２のパルス波形は、一例であり、パルス間隔を変更し、情報を伝送できる構成であれば、適宜変更可能であり同様の効果を得ることができる。

また、図２のパルス波形では、レーダの送信繰返し周期が、レーダの測定レンジの最大距離を電波が往復するのに要する伝播所要時間よりも長い、すなわち送信繰返し周波数の低い低ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）レーダに本発明を適用した例を示したが、送信繰返し周期の短い、すなわち送信繰返し周波数の高い高ＰＲＦレーダ等、繰返し周期が短くても、パルスを遅延させ送信するときに次のパルスとは重ならないようにする、位相の補正をする等の配慮をすれば、本発明は適用可能である。さらに言うなれば、繰返し周期が短い分高ＰＲＦレーダの方が伝送速度は大きくなるため、本発明を適用したときの効果は高い。

実施の形態２．
上記実施の形態１で示したパルス間隔の与え方は一例であり、他の方法によってもよい。例えば、信号入力が“０”の場合には、必ず本来のパルス送信時間にパルスを送信し、信号入力が“１”の場合のみパルスの位置を変化させる方式を用いてもよい。
図４は本発明に係る実施の形態２の場合のレーダ局からの送信パルス波とレーダ局および物標での受信パルス波の例を説明する図である。本実施の形態では、実施の形態１のように送信タイミングのずれが蓄積されない。受信装置６での受信の際には、ひとつ前のパルス間隔と比較し、パルス間隔が長いときには“１”、短いときには“０”、同じ時には前のビットと同じという様に、ひとつ前パルス間隔との差分を用いて受信系列を復調すればよい。言い換えれば、入力信号が“０”のときに本来のパルス位置で送信し、入力信号が“１”の時には常に本来のパルス位置からｔ_ｄだけ遅れた位置で送信することで実現する。

図４の例では、入力信号が“０１０１１”の場合のレーダ局からの送信パルス波、受信装置をもつ物標５の受信装置６での受信パルス波、レーダ局での受信パルス波をそれぞれ示している。図４（ａ）はレーダ局からの送信パルス波を示しており、１パルス目は前のパルスとの間隔が規定できないため、情報伝送はできない。２パルス目以降から情報伝送を行う。２パルス目は入力信号が“０”であるため、１パルス目と２パルス目の間隔は所定の繰返し周期Ｔで送信する。次の３パルス目は、入力信号が“１”であるため、パルス間隔を微小時間ｔ_ｄだけ長くしたＴ＋ｔ_ｄで送信する。４パルス目では、入力信号が“０”であるため、本来の送信タイミングで送信する。５パルス目は入力信号が“１”であるため、４パルス目とのパルス間隔を“Ｔ＋ｔ_ｄ”とする。次の入力信号は“１”であり、本来のパルス位置に比べｔ_ｄだけ遅れた時間にパルスを送信する。このため、４パルス目と５パルス目の間のパルス間隔はＴとなる。

図４（ｂ）は受信装置６での受信パルス波を示している。レーダ局から送信されたパルス波はレーダアンテナ１と物標５の間の伝播にかかる時間ｔ／２だけ遅れて物標５の受信アンテナで受信される。受信装置６では受信されたパルス波のパルス間隔を測定することで、パルス間隔がＴ−ｔ_ｄであれば信号“０”、Ｔ＋ｔ_ｄであれば信号“１”、Ｔであればひとつ前のビットと同じ信号と復調することで、情報伝送が実現できる。

図４（ｃ）に示すレーダ局での受信パルス波は、実施の形態１と同じようにレーダ局での受信パルス波は送信パルス波に比べ、レーダアンテナ１と物標５の間の往復にかかる時間ｔだけ遅れてレーダアンテナ１で受信されるため、各パルスの送信タイミングから受信までの時間を測定することで、パルスレーダの動作には影響はない。

実施の形態３．
上記実施の形態１及び２では、パルス間隔は２パターンであり、１つのパルスで１ビットの伝送しか行えない。しかし、パルス間隔のパターンを増やし、パルス位置変調を用いて伝送してもよい。この場合にもパルス間隔は、測定レンジの最大距離の劣化が許容できる、微小時間の差が検知可能である等を考慮して決めることができる。

本発明に係る実施の形態１のを説明するための概略構成図である。 本発明に係るレーダ局からの送信パルス波とレーダ局および物標での受信パルス波の例を説明する図である。 本発明に係るパルスレーダを用いた情報伝送装置のブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の場合のレーダ局からの送信パルス波とレーダ局および物標での受信パルス波の例を説明する図である。

符号の説明

１ レーダアンテナ、２ レーダ局処理装置、３ メインローブ、４ サイドローブ、５ 受信装置を持つ物標、６ 受信装置、２１ 伝送信号生成手段、２２ パルス生成タイミング制御器、２３ 送信部、２４ 受信部、２５ 表示装置、２６ 伝送信号、２７ 走査方向情報、２８ 走査方向情報、２９ 送信タイミング情報、６１ 受信用アンテナ、６２ 受信信号処理手段、６３ 表示装置、６４ 受信信号、１００ レーダ局、１０１ 送信電波、１０２ 受信電波。

Claims (7)

1. 所定の単一のパルスにより繰返し変調された電波を送信して物標を検出するとともに前記物標に対して符号化された情報を伝送するパルスレーダ装置であって、
   前記符号に対応したパルス間隔を設定するパルス制御部と、
   前記パルス間隔を有する電波を送信する送信部と、
   を備えることを特徴とするパルスレーダ装置。
2. 前記パルス制御部は、送信する電波の１パルス目と２パルス目のパルス間隔により基準のパルス間隔を設定し、前記基準のパルス間隔と前記基準のパルス間隔より長いパルス間隔あるいは短いパルス間隔とを用いて前記情報を符号化することを特徴とする請求項１記載のパルスレーダ装置。
3. 前記電波を放射するレーダアンテナが特定の方向に向いているときだけ、前記パルス制御部は前記符号に対応したパルス間隔を設定することを特徴とする請求項１、２のいずれか記載のパルスレーダ装置。
4. 所定の単一のパルスにより変調された電波を送信して物標を検出するパルスレーダ装置と、前記パルスレーダ装置からの電波を受信する物標とからなるパルスレーダ装置を利用した情報伝送システムであって、
   前記パルスレーダ装置は、前記物標に対して伝送する符号に対応したパルス間隔を設定するパルス制御部と、前記パルス間隔を有する電波を送信する送信部とを備え、
   前記物標は、受信した前記電波のパルス間隔に基づき前記符号を取得する処理部を備えることを特徴とするパルスレーダ装置を利用した情報伝送システム。
5. 前記物標は無指向性受信アンテナを備え、前記処理部は前記電波のサイドローブを受信して前記符号を取得することを特徴とする請求項４記載のパルスレーダ装置を利用した情報伝送システム。
6. 一定の送信繰返し周期ごとに所定の単一のパルスにより変調された電波を送信して物標を検出するとともに、前記物標に対して符号化された情報を伝送するパルスレーダ装置であって、
   前記一定の送信繰返し周期において、前記物標に対して伝送する符号に対応したパルスの位置を設定するパルス制御部と、
   前記パルス制御部において設定されたパルスを有する電波を送信する送信部と、
   を備えることを特徴とするパルスレーダ装置。
7. 所定の単一のパルスにより変調された電波を送信して物標を検出するパルスレーダ装置を利用して前記物標に対して符号化された情報を伝送するパルスレーダ装置を利用した情報伝送方法であって、
   前記物標に対して伝送する符号に対応したパルス間隔を設定するステップと、
   前記パルス間隔が設定された電波を送信するステップと、
   を有することを特徴とするパルスレーダ装置を利用した情報伝送方法。

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