JP2011038948A - Transmission waveform generation method in pulse compression, transmission waveform generation program, and pulse compression device manufactured by the transmission waveform generation method - Google Patents

Transmission waveform generation method in pulse compression, transmission waveform generation program, and pulse compression device manufactured by the transmission waveform generation method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transmission waveform generation method in pulse compression having little S/N loss, capable of further lowering a side-lobe level. <P>SOLUTION: If the waveform of Fourier transformed pulse compression waveform, wherein a range side lobe becomes a desired level is defined as P(f), and that the waveform of a power spectrum density of a linear chirp wave is defined as P'(f); a nonlinear chirp waveform whose chirp rate c(t) is proportional to P'(f(t))/P(f(t)) is calculated based on a linear chirp waveform and is then multiplied by a window function w(t) for suppressing rise and fall of the waveform. Furthermore, the waveform is subjected to Fourier expansion, corrected so that its amplitude spectrum agrees with an amplitude spectrum of the waveform P(f), and is then subjected to inverse-Fourier transformation so as to acquire the transmission waveform. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、パルス圧縮における送信波形生成方法、送信波形生成プログラム及び該送信波形生成方法によって製造されたレーダ装置、超音波診断装置、超音波非破壊検査装置等のパルス圧縮装置に関する。   The present invention relates to a transmission waveform generation method in pulse compression, a transmission waveform generation program, and a pulse compression apparatus such as a radar apparatus, an ultrasonic diagnostic apparatus, and an ultrasonic nondestructive inspection apparatus manufactured by the transmission waveform generation method.

従来のパルス圧縮装置において、ハードウエア等の制約により送信電力を大きくすることができない状況下では、送信電力を疑似的に向上させ、遠距離の探知性能を向上させる技術としてパルス圧縮法を利用することが知られている。パルス圧縮法として、典型的な方法は、線形FM変調波(リニアチャープ波)を送信し、目標で反射してきた反射波を受信し、送信波と同じ波形の参照波と受信波との相関をとってパルス圧縮波とする方法である。   In a conventional pulse compression device, when the transmission power cannot be increased due to hardware restrictions, the pulse compression method is used as a technique for improving transmission performance in a pseudo manner and improving the long-range detection performance. It is known. As a pulse compression method, a typical method is to transmit a linear FM modulated wave (linear chirp wave), receive a reflected wave reflected by a target, and correlate a reference wave having the same waveform as the transmitted wave with the received wave. This is a method of making a pulse compression wave.

図12に示すように周波数を時間と共に線形に変化させた場合、そのパワースペクトル密度は矩形状である。パルス圧縮波は、パワースペクトル密度の逆フーリエ変換となるから、sinc関数として得られる。よって、メインローブの他に、その両側に、レンジサイドローブが現れるという問題がある。また、現実のパワースペクトル密度は理想的な矩形状にはなっておらず、周波数の立ち上がりと立ち下がりの部分にリンギングノイズ状のリプルが発生しており、このリプルによって、レンジサイドローブがより増幅される傾向となる、という問題が発生する。   As shown in FIG. 12, when the frequency is changed linearly with time, the power spectral density is rectangular. Since the pulse compression wave is an inverse Fourier transform of the power spectral density, it is obtained as a sinc function. Therefore, in addition to the main lobe, there is a problem that range side lobes appear on both sides thereof. In addition, the actual power spectral density is not an ideal rectangular shape, and ringing noise-like ripples are generated at the rising and falling parts of the frequency. This ripple further amplifies the range side lobe. The problem of becoming a tendency to be generated occurs.

従来このレンジサイドローブについての対策としては、次の方法が知られている。
1) パルス圧縮後段で、レンジサイドローブ抑圧処理を行う(例えば、特許文献1、非特許文献1、2)
2) 振幅変調をかけたレンジサイドローブレベルが低い送信波を使用する(例えば、特許文献2、非特許文献3)
3) 周波数変調をかけたレンジサイドローブレベルが低い送信波を使用する(例えば、非特許文献4、5)
Conventionally, the following method is known as a countermeasure for this range side lobe.
1) Range side lobe suppression processing is performed after pulse compression (for example, Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2).
2) A transmission wave having a low range sidelobe level subjected to amplitude modulation is used (for example, Patent Document 2 and Non-Patent Document 3).
3) A transmission wave having a low range sidelobe level subjected to frequency modulation is used (for example, Non-Patent Documents 4 and 5).

特開平11−142507号公報JP-A-11-142507 特開平5−27019号公報JP-A-5-27019

Merrill Skolnik, “RADAR HANDBOOK Third Edition”, 2008, McGraw-HillMerrill Skolnik, “RADAR HANDBOOK Third Edition”, 2008, McGraw-Hill J.R.Klauder, A.C.Price, S.Darlington, and W.J.Albersheim, “The Theory and Design of Chirp Radars”, 1960, The Bell System Technical Journal vol.39J.R.Klauder, A.C.Price, S. Darlington, and W.J.Albersheim, “The Theory and Design of Chirp Radars”, 1960, The Bell System Technical Journal vol.39 Y.Takeuchi, “Chirped Excitation for <-100dB Time Sidelobe Echo Sounding”, 1995, IEEE Ultrasonics Symposium p1309-p1314Y. Takeuchi, “Chirped Excitation for <-100dB Time Sidelobe Echo Sounding”, 1995, IEEE Ultrasonics Symposium p1309-p1314 C.E.Cook, J.Paolillo, “A Pulse Compression Predistortion Function for Efficient Sidelobe Reduction in High-Power Radar”, 1964, Proc IEEE 52 p377-p389C.E.Cook, J.Paolillo, “A Pulse Compression Predistortion Function for Efficient Sidelobe Reduction in High-Power Radar”, 1964, Proc IEEE 52 p377-p389 Armin.W.Doerry, “Generating Nonlinear FM Chirp Waveforms for Radar”, 2006, SANDIA REPORTArmin.W.Doerry, “Generating Nonlinear FM Chirp Waveforms for Radar”, 2006, SANDIA REPORT

しかしながら、1)の方法では、パルス圧縮後段にレンジサイドローブ抑圧回路を設ける必要があり、回路規模が増大するという問題がある。また、レンジサイドローブ抑圧処理の結果としてS/N損失が悪化するという問題がある。例えば、非特許文献2の方法で行った場合、レンジサイドローブレベルを−40dB程度にするためには、S/Nが1dB程度損失する。   However, in the method 1), it is necessary to provide a range side lobe suppression circuit after the pulse compression, and there is a problem that the circuit scale increases. Further, there is a problem that the S / N loss is deteriorated as a result of the range side lobe suppression processing. For example, when the method of Non-Patent Document 2 is used, in order to make the range side lobe level about -40 dB, S / N is lost about 1 dB.

2)の方法では、振幅変調をかける範囲を長くとれば十分に低いサイドローブレベルを得ることができるものの、振幅変調をかけたことで送信電力が低下して、S/N損失が生じる。例えば、非特許文献3では、−100dB以下のサイドローブレベルを得ているものの、振幅変調の影響により、S/Nに6dBの損失が生じている。   In the method 2), a sufficiently low side lobe level can be obtained if the range to which amplitude modulation is applied is long, but transmission power is reduced and S / N loss is caused by applying amplitude modulation. For example, in Non-Patent Document 3, although a side lobe level of −100 dB or less is obtained, a loss of 6 dB occurs in the S / N due to the influence of amplitude modulation.

3)の方法では、S/Nの損失はないものの、得られるサイドローブレベルは−40〜−50dB程度である。   In the method 3), although there is no S / N loss, the obtained side lobe level is about −40 to −50 dB.

このように従来の方法では、それぞれ問題を有しており、特に1)、2)のようにS/Nが損失した場合にコストに与える影響が大きく、損失したS/Nを補うためには、送信電力を大きくしなければならない、という問題がある。   As described above, each of the conventional methods has problems. In particular, when the S / N is lost as in 1) and 2), the influence on the cost is large, and in order to compensate for the lost S / N. There is a problem that the transmission power must be increased.

また、要求されるサイドローブレベルが−50dB以下である場合には、3)の方法では限界がある。   When the required side lobe level is -50 dB or less, the method 3) has a limit.

本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、S/Nの損失が少なくかつサイドローブレベルをより一層に低下させることができるパルス圧縮における送信波形生成方法、送信波形生成プログラム及び送信波形生成方法によって製造されたパルス圧縮装置を提供することである。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a transmission waveform generation method, a transmission waveform generation program, and transmission in pulse compression that can reduce the S / N loss and further reduce the side lobe level. It is to provide a pulse compression device manufactured by a waveform generation method.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1記載の発明は、チャープ波を用いて送信波を送信し、送信波の反射波を受信してその受信信号をパルス圧縮してパルス圧縮波形を得るパルス圧縮のための送信波形生成方法であって、
レンジサイドローブが所望のレベルとなるパルス圧縮波形のフーリエ変換の第1目的波形をP1(f)とし、リニアチャープ波形のパワースペクトル密度の波形をP’(f)としたときに、リニアチャープ波形に基づき、そのチャープ率c(t)がP’(f(t))/P1(f(t))に比例するようなノンリニアチャープ波形を算出する周波数変調工程と、
周波数変調工程で算出したノンリニアチャープ波形の立ち上がりと立下りを抑圧させる窓関数w(t)を乗じる振幅変調工程と、
振幅変調工程で得られた波形をさらにフーリエ級数展開し、その振幅スペクトルが送信波形のパワースペクトル密度の第2目的波形P2(f)の振幅スペクトルとなるように補正し、それを逆フーリエ変換した波形を生成する周波数軸上での補正工程と、
を備え、リニアチャープ波形から送信波形を生成するパルス圧縮における送信波形生成方法であることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 of the present invention transmits a transmission wave using a chirp wave, receives a reflected wave of the transmission wave, and pulse-compresses the received signal to generate a pulse compression waveform. A transmission waveform generation method for pulse compression to obtain
Linear chirp when the first target waveform of the Fourier transform of the pulse compression waveform at which the range side lobe is at a desired level is P 1 (f) and the power spectral density waveform of the linear chirp waveform is P ′ (f). A frequency modulation step of calculating a non-linear chirp waveform based on the waveform such that its chirp rate c (t) is proportional to P ′ (f (t)) / P 1 (f (t));
An amplitude modulation step of multiplying the window function w (t) for suppressing the rise and fall of the nonlinear chirp waveform calculated in the frequency modulation step;
The waveform obtained in the amplitude modulation process is further expanded in the Fourier series, and the amplitude spectrum is corrected so as to be the amplitude spectrum of the second target waveform P 2 (f) of the power spectrum density of the transmission waveform, and is subjected to inverse Fourier transform. Correction process on the frequency axis to generate
And a transmission waveform generation method in pulse compression for generating a transmission waveform from a linear chirp waveform.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の前記周波数変調工程において、チャープ率c(t)が前記振幅変調工程で乗じる窓関数w(t)の二乗に比例するような波形を算出することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the frequency modulation step according to the first aspect, a waveform is calculated such that the chirp rate c (t) is proportional to the square of the window function w (t) multiplied by the amplitude modulation step. It is characterized by.

請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記周波数変調工程で用いる前記第1目的波形P1(f)と、前記周波数軸上での補正工程において用いる前記第2目的波形P2(f)とは同一であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the first target waveform P 1 (f) used in the frequency modulation step and the second purpose used in the correction step on the frequency axis. The waveform P 2 (f) is the same.

請求項4記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記周波数軸上での補正工程において用いる前記第2目的波形P2(f)は、振幅変調工程で得られた前記波形のパワースペクトル密度の波形を平滑化したものであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the invention, in the first or second aspect of the invention, the second target waveform P 2 (f) used in the correction step on the frequency axis is the waveform of the waveform obtained in the amplitude modulation step. The power spectral density waveform is smoothed.

請求項5記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発明において、前記周波数変調工程で用いる前記第1目的波形P1(f)は、窓関数であることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the first target waveform P 1 (f) used in the frequency modulation step is a window function. To do.

請求項6記載の発明は、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の発明において、前記周波数軸上での補正工程は、振幅変調工程で得られた前記波形をフーリエ級数展開して得られた振幅スペクトルをA(f)としたときに、振幅スペクトルA(f)に√(P2(f))/A(f)を乗じて振幅スペクトルの補正を行うことを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the correction step on the frequency axis is obtained by Fourier series expansion of the waveform obtained in the amplitude modulation step. When the obtained amplitude spectrum is A (f), the amplitude spectrum is corrected by multiplying the amplitude spectrum A (f) by √ (P 2 (f)) / A (f).

請求項7記載の発明は、チャープ波を用いて送信波を送信し、送信波の反射波を受信してその受信信号をパルス圧縮してパルス圧縮波形を得るパルス圧縮のための送信波形生成プログラムであって、
コンピュータに、
レンジサイドローブが所望のレベルとなるパルス圧縮波形のフーリエ変換の第1目的波形をP1(f)とし、リニアチャープ波形のパワースペクトル密度の波形をP’(f)としたときに、リニアチャープ波形に基づき、そのチャープ率c(t)がP’(f(t))/P1(f(t))に比例するようなノンリニアチャープ波形を算出する周波数変調工程と、
周波数変調工程で算出したノンリニアチャープ波形の立ち上がりと立下りを抑圧させる窓関数w(t)を乗じる振幅変調工程と、
振幅変調工程で得られた波形をさらにフーリエ級数展開し、その振幅スペクトルが送信波形のパワースペクトル密度の第2目的波形P2(f)の振幅スペクトルとなるように補正し、それを逆フーリエ変換した波形を生成する周波数軸上での補正工程と、
を実行させて、リニアチャープ波形から送信波形を生成するパルス圧縮における送信波形生成プログラムであることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is a transmission waveform generation program for pulse compression that transmits a transmission wave using a chirp wave, receives a reflected wave of the transmission wave, and pulse-compresses the received signal to obtain a pulse compression waveform. Because
On the computer,
Linear chirp when the first target waveform of the Fourier transform of the pulse compression waveform at which the range side lobe is at a desired level is P 1 (f) and the power spectral density waveform of the linear chirp waveform is P ′ (f). A frequency modulation step of calculating a non-linear chirp waveform based on the waveform such that its chirp rate c (t) is proportional to P ′ (f (t)) / P 1 (f (t));
An amplitude modulation step of multiplying the window function w (t) for suppressing the rise and fall of the nonlinear chirp waveform calculated in the frequency modulation step;
The waveform obtained in the amplitude modulation process is further expanded in the Fourier series, and the amplitude spectrum is corrected so as to be the amplitude spectrum of the second target waveform P 2 (f) of the power spectrum density of the transmission waveform, and is subjected to inverse Fourier transform. Correction process on the frequency axis to generate
And a transmission waveform generation program in pulse compression for generating a transmission waveform from a linear chirp waveform.

請求項8記載の発明は、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法により生成された送信波形を格納するメモリと、該メモリから送信波形信号を読み出す波形読み出し部と、送信波形信号をD/A変換してアナログ送信信号に変換するD/Aコンバータと、送信信号を増幅する増幅器と、増幅された送信信号を送信波として放射すると共に送信波の反射波を受信するトランスデューサと、受信波をA/D変換して受信波形信号に変換するA/Dコンバータと、受信波形信号と参照波形信号との相関をとってパルス圧縮波形信号を求めるパルス圧縮部と、を備えるパルス圧縮装置であることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a memory for storing the transmission waveform generated by the method according to any one of the first to sixth aspects, a waveform reading unit for reading out the transmission waveform signal from the memory, and a transmission waveform signal. A D / A converter that converts the signal into an analog transmission signal, an amplifier that amplifies the transmission signal, a transducer that radiates the amplified transmission signal as a transmission wave and receives a reflected wave of the transmission wave, and A pulse compression apparatus comprising: an A / D converter that A / D converts a received wave into a received waveform signal; and a pulse compression unit that obtains a pulse compressed waveform signal by correlating the received waveform signal and the reference waveform signal It is characterized by being.

本発明によれば、パルス圧縮のための送信波形を生成するにあたり、周波数変調工程において、リニアチャープ波形に基づき周波数変調を行ってノンリニアチャープ波形とし、そのパワースペクトル密度が、レンジサイドローブが十分に低い所望のレベルとなる理想のパルス圧縮波形のフーリエ変換である第1目的波形となるように周波数変調を行い、振幅変調工程において、ノンリニアチャープ波形の立ち上がりと立下りに窓関数を乗ずることで、周波数変調工程で算出されたノンリニアチャープ波形のパワースペクトル密度のリプルを除去することができ、さらに周波数軸上での補正工程において、周波数軸上でスペクトルを合わせることで、振幅変調工程で落としきれないリプルをさらに除去する。このようにして生成される送信波形を用いて、送受信を行いパルス圧縮を行うと、S/N損失が少なくかつ所望の低いレベルのサイドローブレベルを持つパルス圧縮波形とすることができる。   According to the present invention, when generating a transmission waveform for pulse compression, in the frequency modulation step, frequency modulation is performed based on the linear chirp waveform to form a non-linear chirp waveform, and the power spectral density is sufficiently high for the range side lobe. By performing frequency modulation so as to be a first target waveform that is a Fourier transform of an ideal pulse compression waveform that has a low desired level, and by multiplying the rising and falling edges of the nonlinear chirp waveform by a window function in the amplitude modulation process, Ripple of the power spectrum density of the nonlinear chirp waveform calculated in the frequency modulation process can be removed, and furthermore, in the correction process on the frequency axis, the spectrum is matched on the frequency axis so that it cannot be dropped in the amplitude modulation process Remove further ripple. When the transmission waveform generated in this way is used to perform transmission and reception and pulse compression, a pulse compression waveform with a small S / N loss and a desired low sidelobe level can be obtained.

周波数変調工程において、チャープ率を、振幅変調工程で乗じる窓関数の二乗に比例するようにすることで、振幅変調工程による抑圧によるパワースペクトル密度の変動を予め考慮して変調を行うことができ、パルス圧縮波形のレンジサイドローブが所望のレベルとなるようにすることができる。   In the frequency modulation step, by making the chirp rate proportional to the square of the window function multiplied in the amplitude modulation step, it is possible to perform modulation in consideration of fluctuations in power spectral density due to suppression in the amplitude modulation step, The range side lobe of the pulse compression waveform can be set to a desired level.

また、周波数変調工程で用いる第1目的波形P1(f)と、周波数軸上での補正工程において用いる第2目的波形P2(f)とを、同じとすることで、パルス圧縮波形を前記レンジサイドローブが所望のレベルとなったパルス圧縮波形とすることができる。または、周波数軸上での補正工程において用いる第2目的波形P2(f)を、振幅変調工程で得られた波形のパワースペクトル密度の波形を平滑化したものとすることで、周波数軸上での補正工程での負荷を低減させることができる。 Further, the first target waveform P 1 (f) used in the frequency modulation step and the second target waveform P 2 (f) used in the correction step on the frequency axis are made the same, so that the pulse compression waveform is A pulse compression waveform with a range side lobe at a desired level can be obtained. Alternatively, the second target waveform P 2 (f) used in the correction process on the frequency axis is obtained by smoothing the waveform of the power spectrum density of the waveform obtained in the amplitude modulation process. The load in the correction process can be reduced.

また、第1目的波形P1(f)を任意の窓関数から選択することにより、その逆フーリエ変換した波形がレンジサイドローブの低い波形とすることができる。 Further, by selecting the first target waveform P 1 (f) from an arbitrary window function, the inverse Fourier transformed waveform can be made a waveform having a low range side lobe.

本発明によるパルス圧縮における送信波形生成方法によって製造されたパルス圧縮装置の全体を表す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram showing the whole pulse compression device manufactured by the transmission waveform generation method in pulse compression by the present invention. リニアチャープ波形とノンリニアチャープ波形の時間と瞬時周波数との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the time of a linear chirp waveform and a non-linear chirp waveform, and an instantaneous frequency. リニアチャープ波形とノンリニアチャープ波形のパワースペクトル密度の関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the power spectrum density of a linear chirp waveform and a non-linear chirp waveform. 周波数変調後のチャープ波の説明図である。It is explanatory drawing of the chirp wave after frequency modulation. 振幅変調後の窓関数をかけた送信波を表す波形図である。It is a wave form diagram showing the transmission wave which applied the window function after amplitude modulation. 送信波形を生成してパルス圧縮装置を製造する手順を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the procedure which produces | generates a transmission waveform and manufactures a pulse compression apparatus. 周波数係数を求めるフローチャートである。It is a flowchart which calculates | requires a frequency coefficient. パルス圧縮波形の目的波形(破線)と生成波形(実線)を表し、(a)は周波数変調工程後、(b)は振幅変調工程後、(c)は周波数軸上での補正工程後を表す。The target waveform (broken line) and generated waveform (solid line) of the pulse compression waveform are represented, (a) after the frequency modulation step, (b) after the amplitude modulation step, and (c) after the correction step on the frequency axis. . 送信波形のパワースペクトル密度のログスケールの目的波形(破線)と生成波形(実線)を表し、(a)は周波数変調工程後、(b)は振幅変調工程後、(c)は周波数軸上での補正工程後を表す。It represents the target waveform (broken line) and generated waveform (solid line) of the log scale of the power spectrum density of the transmission waveform, (a) after the frequency modulation step, (b) after the amplitude modulation step, and (c) on the frequency axis. After the correction process. 送信波形のパワースペクトル密度のリニアスケールの目的波形(破線)と生成波形(実線)を表し、(a)は周波数変調工程後、(b)は振幅変調工程後、(c)は周波数軸上での補正工程後を表す。The target waveform (dashed line) and generated waveform (solid line) of the power spectrum density of the transmission waveform are represented, (a) after the frequency modulation step, (b) after the amplitude modulation step, and (c) on the frequency axis. After the correction process. 生成された送信波形の時間と瞬時周波数との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the time of the produced | generated transmission waveform, and an instantaneous frequency. 従来のリニアチャープ波による(a)は送信波の時間と瞬時周波数との関係を表す図、(b)は送信波形、(c)は送信波のパワースペクトル密度、(d)はリニアスケールで示したパルス圧縮波形、(e)はログスケールで示したパルス圧縮波形である。(A) by the conventional linear chirp wave is a diagram showing the relationship between the time and the instantaneous frequency of the transmission wave, (b) is the transmission waveform, (c) is the power spectral density of the transmission wave, and (d) is shown by the linear scale. (E) is a pulse compression waveform indicated by a log scale.

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明によるパルス圧縮における送信波形生成方法によって製造されたパルス圧縮装置10を表している。パルス圧縮装置10としては、レーダ装置、超音波診断装置、超音波非破壊検査装置等の電波、超音波といった探知波を送受信する装置とすることが可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a pulse compression apparatus 10 manufactured by a transmission waveform generation method in pulse compression according to the present invention. The pulse compression device 10 may be a device that transmits and receives detection waves such as radio waves and ultrasonic waves, such as a radar device, an ultrasonic diagnostic device, and an ultrasonic nondestructive inspection device.

図示したように、パルス圧縮装置10は、送信波形信号及び参照波形信号が格納されたメモリ12、メモリ12に格納された送信波形信号を読み出す波形読み出し部14、波形読み出し部14で読み出したディジタル送信波形信号をアナログ送信信号に変換するD/Aコンバータ16、D/Aコンバータ16からのアナログ送信信号を増幅するアンプ18、アンプ18で増幅された信号を送信波として放射すると共に、目標から反射してきた反射波を受信するアンテナや超音波変換器等のトランスデューサ20、トランスデューサ20からの受信波をディジタル受信波形信号に変換するA/Dコンバータ24、メモリ12に格納された参照波形信号を読み出すと共に受信波形信号との相関をとることでパルス圧縮波形を得るパルス圧縮部26と、を備える。レーダ装置など、周波数の変換を行うものでは、D/Aコンバータ直後とA/Dコンバータ直前に、変調回路が加えられる。   As shown in the figure, the pulse compression apparatus 10 includes a memory 12 in which a transmission waveform signal and a reference waveform signal are stored, a waveform readout unit 14 that reads out a transmission waveform signal stored in the memory 12, and a digital transmission that is read out in the waveform readout unit 14. The D / A converter 16 that converts the waveform signal into an analog transmission signal, the amplifier 18 that amplifies the analog transmission signal from the D / A converter 16, and the signal amplified by the amplifier 18 is radiated as a transmission wave and reflected from the target. The antenna 20 that receives the reflected wave, the transducer 20 such as an ultrasonic transducer, the A / D converter 24 that converts the received wave from the transducer 20 into a digital received waveform signal, and the reference waveform signal stored in the memory 12 are read and received. A pulse compression unit 26 that obtains a pulse compression waveform by correlating with the waveform signal , Comprising a. In a radar device that performs frequency conversion, a modulation circuit is added immediately after the D / A converter and immediately before the A / D converter.

メモリ12で格納される送信波形信号及び参照波形信号は原則、同じ波形信号である。   In principle, the transmission waveform signal and the reference waveform signal stored in the memory 12 are the same waveform signal.

波形読み出し部14及びパルス圧縮部26は、マイクロコンピュータまたはFPGAなどで構成することができる。   The waveform readout unit 14 and the pulse compression unit 26 can be configured by a microcomputer or FPGA.

ここで、パルス圧縮装置10はレーダ装置とした場合、従来のマイクロ波を発振するマグネトロンを使用せずに、アンプ18例えば半導体アンプによる増幅信号を使用することができ、これによって、従来のマグネトロンを使用する送信電力よりも低い送信電力となっており、この低い送信電力をパルス圧縮によって疑似的に向上させることができる。   Here, when the pulse compression device 10 is a radar device, an amplified signal from an amplifier 18 such as a semiconductor amplifier can be used without using a conventional magnetron that oscillates microwaves. The transmission power is lower than the transmission power to be used, and this low transmission power can be artificially improved by pulse compression.

パルス圧縮部26で行うパルス圧縮は、受信波形信号と参照波形信号との相関処理がなされ、畳み込み演算   In the pulse compression performed by the pulse compression unit 26, correlation processing between the received waveform signal and the reference waveform signal is performed, and a convolution operation is performed.

Figure 2011038948
で表される。ここで、X(t)はパルス圧縮波形、x(t)は受信波形、r*(t)は参照波形で、送信波形の複素共役波形、Tは送信パルス幅である。パルス圧縮を離散系で表せば、単純なFIRフィルタ処理となる。
送信波が反射されて戻ってきたときは、(1)式は、
Figure 2011038948
It is represented by Here, X (t) is a pulse compression waveform, x (t) is a reception waveform, r * (t) is a reference waveform, a complex conjugate waveform of the transmission waveform, and T is a transmission pulse width. If the pulse compression is expressed in a discrete system, it becomes a simple FIR filter process.
When the transmitted wave is reflected back, equation (1) becomes

Figure 2011038948
となる。即ち、パルス圧縮部26で出力されるパルス圧縮波形は送信波の自己相関関数となる。ウィナー・ヒンチンの定理により、送信波の自己相関関数は送信波のパワースペクトル密度を逆フーリエ変換した波形である。
Figure 2011038948
It becomes. That is, the pulse compression waveform output from the pulse compression unit 26 is an autocorrelation function of the transmission wave. According to Wiener Hinchin's theorem, the autocorrelation function of the transmitted wave is a waveform obtained by inverse Fourier transform of the power spectral density of the transmitted wave.

例えば、リニアチャープの場合、送信波形のパワースペクトル密度は近似的に矩形と見なせるため、そのパルス圧縮波形は高いレンジサイドローブレベルを持つ。従って、レンジサイドローブを低くするためには、送信波形は、そのパワースペクトル密度を逆フーリエ変換したときに低いサイドローブレベルとなるような波形が選択されるとよいことが分かる。   For example, in the case of linear chirp, the power spectral density of the transmission waveform can be regarded as a rectangle approximately, so that the pulse compression waveform has a high range sidelobe level. Therefore, it can be seen that in order to lower the range side lobe, it is preferable to select a waveform that has a low side lobe level when the power spectrum density is subjected to inverse Fourier transform.

以下、そのように所望の低いレベルとなるレンジサイドローブを持つ波形を理想のパルス圧縮波形とし、そのフーリエ変換した波形を、送信波形のパワースペクトル密度の目的波形とする。目的波形としては、任意の窓関数とすることができ、窓関数としては、ハニング窓、ハミング窓、ガウス窓などとすることができる。   Hereinafter, a waveform having a range side lobe at a desired low level is set as an ideal pulse compression waveform, and a waveform obtained by Fourier transform thereof is set as a target waveform of the power spectrum density of the transmission waveform. The target waveform can be an arbitrary window function, and the window function can be a Hanning window, a Hamming window, a Gaussian window, or the like.

本発明は、この送信波形のパワースペクトル密度を目的波形に整形するための方法を提案するものである。目的波形に整形するために、好ましい実施形態では、リニアチャープ波に対して、1)周波数変調、2)振幅変調、3)周波数軸上での補正の3段階の処理を順次行う。これらの各工程の処理について順次説明を行う。   The present invention proposes a method for shaping the power spectral density of this transmission waveform into a target waveform. In order to shape the target waveform, in the preferred embodiment, three steps of 1) frequency modulation, 2) amplitude modulation, and 3) correction on the frequency axis are sequentially performed on the linear chirp wave. The processing of each of these steps will be described sequentially.

1) 周波数変調
周波数変調では、図2に示すように、リニアチャープ波形を変形させて、ノンリニアチャープ波形として、そのパワースペクトル密度を目的波形に近い波形にする。
1) Frequency modulation In frequency modulation, as shown in FIG. 2, the linear chirp waveform is deformed to form a non-linear chirp waveform whose power spectral density is close to the target waveform.

このため、チャープ率とパワースペクトル密度の強度とは反比例の関係にあることを利用する(図3)。パルス幅T、周波数掃引幅Bのリニアチャープを考えた場合、チャープ率はc=B/Tで一定である。これに対して、パワースペクトル密度の目的波形をP(f)とし、リニアチャープのパワースペクトルをP’(f)とすると、チャープ率c(t)を、   For this reason, the fact that the chirp rate and the intensity of the power spectral density are in an inversely proportional relationship is utilized (FIG. 3). When a linear chirp with a pulse width T and a frequency sweep width B is considered, the chirp rate is constant at c = B / T. On the other hand, if the target waveform of the power spectrum density is P (f) and the power spectrum of the linear chirp is P ′ (f), the chirp rate c (t) is

Figure 2011038948
とすれば、目的波形のパワースペクトルが得られる。ここで、Cは周波数掃引幅Bに関する制約条件である
Figure 2011038948
Then, the power spectrum of the target waveform can be obtained. Here, C is a constraint on the frequency sweep width B

Figure 2011038948
を満足させるための定数である。このCを周波数定数と呼ぶ。離散系においては、k番目のサンプリング点の時刻をtk、サンプリング間隔をΔtとして、チャープ率c(tk)を、
Figure 2011038948
Is a constant for satisfying This C is called a frequency constant. In a discrete system, the time of the kth sampling point is t k , the sampling interval is Δt, and the chirp rate c (t k ) is

Figure 2011038948
とすれば、目的波形のパワースペクトルが得られることになる。
Figure 2011038948
Then, the power spectrum of the target waveform can be obtained.

但し、次段で振幅変調を行うため、パワースペクトル密度の振幅変調の影響を予め考慮する必要がある。即ち、振幅がw倍された区間の周波数は、パワーがw2倍されると近似的にみなせる。従って、パワースペクトル密度を目的波形に整形するためには、振幅変調によるパワーの落ち込みを予め考慮して、 However, since the amplitude modulation is performed in the next stage, it is necessary to consider in advance the influence of the amplitude modulation of the power spectral density. That is, the frequency interval whose amplitude is w times, the power can be regarded as approximately to be doubled w. Therefore, in order to shape the power spectral density to the target waveform, considering the power drop due to amplitude modulation in advance,

Figure 2011038948
とする。ここでwkは、k番目のサンプリング点における振幅変調量である。
Figure 2011038948
And Here, w k is an amplitude modulation amount at the k-th sampling point.

2)振幅変調
1)の周波数変調のみでパワースペクトル密度の波形整形をした場合、リプルが生じてパワースペクトル密度の波形が歪む。このリプルが発生する要因について簡単に説明する。図4は、離散系での周波数変調後のチャープ波モデルである。k番目の離散点でのチャープ率ck、周波数fk、位相φk、パワースペクトル密度の目的波形をP(f)、リニアチャープのパワースペクトル密度をP’(f)、周波数係数をCとする。
ここで、時刻tk〜tk+1の波形はリニアチャープで、
2) Amplitude modulation When the waveform shaping of the power spectral density is performed only by the frequency modulation of 1), ripples occur and the waveform of the power spectral density is distorted. The cause of this ripple will be briefly described. FIG. 4 is a chirp wave model after frequency modulation in a discrete system. The chirp rate c k , frequency f k , phase φ k , power spectrum density target waveform P (f) at the k-th discrete point, linear chirp power spectrum density P ′ (f), frequency coefficient C To do.
Here, the waveform from time t k to t k + 1 is linear chirp,

Figure 2011038948
と書ける。周波数変調によりパワースペクトルを整形したノンリニアチャープ波形X(t)は、各微小時間のリニアチャープの和で、
Figure 2011038948
Can be written. The non-linear chirp waveform X (t) whose power spectrum is shaped by frequency modulation is the sum of the linear chirps of each minute time,

Figure 2011038948
である。(8)式からX(t)の周波数特性は、
Figure 2011038948
It is. From the equation (8), the frequency characteristic of X (t) is

Figure 2011038948
となる。(9)式の積分項はxk(t)の周波数特性で、(7)式を代入すると、
Figure 2011038948
It becomes. The integral term of equation (9) is the frequency characteristic of x k (t), and when equation (7) is substituted,

Figure 2011038948
となる。(10)式をさらに書き直すと、
Figure 2011038948
It becomes. Rewriting equation (10) further,

Figure 2011038948

となる。ここで、Z(u)は複素フレネル積分で
Figure 2011038948

It becomes. Where Z (u) is the complex Fresnel integral

Figure 2011038948
である。よって、
Figure 2011038948
It is. Therefore,

Figure 2011038948
は(11)式の複素フレネル積分の寄与を受け、この複素フレネル積分の寄与により、X(t)の周波数特性は、目的波形に対してリプルとして生じることになる。
Figure 2011038948
Receives the contribution of the complex Fresnel integral of equation (11), and the contribution of this complex Fresnel integral causes the frequency characteristic of X (t) to occur as a ripple with respect to the target waveform.

このようなリプルを除去するために、送信波形の立ち上がりと立下りを抑圧させる振幅変調を行う。   In order to remove such ripples, amplitude modulation is performed to suppress the rise and fall of the transmission waveform.

振幅変調波形は、図5に示すような窓関数などの滑らかに減衰する関数を用いるとよい。窓関数の違いが性能に与える影響は小さいために、任意の窓関数w(t)またはwkを用いることができる。 As the amplitude modulation waveform, a function that smoothly attenuates such as a window function as shown in FIG. 5 may be used. Since the influence of the difference in the window function on the performance is small, an arbitrary window function w (t) or w k can be used.

3) 周波数軸上での補正
1)の周波数変調及び2)の振幅変調を行って生成された送信波形は、そのパワースペクトル密度の波形にまだ僅かなリプルまたは歪みが残存することを避けることはできず、この僅かに残ったリプルまたは歪みがパルス圧縮波形のレンジサイドローブの原因となる。このさらに残ったパワースペクトル密度の波形からリプルまたは歪みを除去して目的波形となるようにするために、周波数軸上での補正を行い、送信波形の振幅スペクトルがパワースペクトル密度の目的波形P(f)の振幅スペクトル√(P(f))と一致するように補正する。
3) Correction on the frequency axis The transmission waveform generated by performing the frequency modulation of 1) and the amplitude modulation of 2) cannot avoid a slight ripple or distortion remaining in the waveform of the power spectral density. This slight residual ripple or distortion can cause range side lobes of the pulse compression waveform. Further, in order to remove ripples or distortion from the remaining waveform of the power spectrum density so as to obtain the target waveform, correction on the frequency axis is performed, and the amplitude spectrum of the transmission waveform becomes the target waveform P ( Correction is made so as to coincide with the amplitude spectrum √ (P (f)) of f).

送信波x(t)、送信波の振幅スペクトルA(f)、送信波の位相スペクトルφ(f)とする。
まず、送信波x(t)をフーリエ級数展開する。このとき、
It is assumed that the transmission wave x (t), the amplitude spectrum A (f) of the transmission wave, and the phase spectrum φ (f) of the transmission wave.
First, the transmission wave x (t) is expanded in the Fourier series. At this time,

Figure 2011038948
である。
次に、フーリエ級数の項それぞれに、
Figure 2011038948
It is.
Next, for each Fourier series term,

Figure 2011038948
を乗じる。即ち、
Figure 2011038948
Multiply That is,

Figure 2011038948
とする。
Figure 2011038948
And

(16)式で振幅を補正したスペクトルを逆フーリエ変換して時間軸波形に戻して、送信波形とする。   The spectrum whose amplitude is corrected by the equation (16) is subjected to inverse Fourier transform to return to the time-axis waveform to obtain a transmission waveform.

次に、以上の1)〜3)までの原理に基づき、送信波形を生成してパルス圧縮装置10を製造する方法を図6のフローチャートに基づき説明する。この処理は、送信波形生成プログラムによりコンピュータで実行することができる。    Next, a method of producing the pulse compression device 10 by generating a transmission waveform based on the above-described principles 1) to 3) will be described based on the flowchart of FIG. This process can be executed by a computer using a transmission waveform generation program.

(1) まず、送信パルス幅T、周波数掃引幅B、サンプリング間隔Δt、パワースペクトルの目的波形P(f)(=第1目的P1(f))を設定する(ステップS10)。
例えば、目的波形としてハニング窓とする場合、P(f)は、
(1) First, a transmission pulse width T, a frequency sweep width B, a sampling interval Δt, and a power spectrum target waveform P (f) (= first target P 1 (f)) are set (step S10).
For example, when a Hanning window is used as the target waveform, P (f) is

Figure 2011038948
である。ここで、便宜上、時刻T/2における周波数fC、及び位相φは0とし、周波数fは−B/2→B/2と変化させることとする。このとき、
Figure 2011038948
It is. Here, for convenience, the frequency f C and the phase φ at time T / 2 are set to 0, and the frequency f is changed from −B / 2 to B / 2. At this time,

Figure 2011038948

となり、T/2を中心に対称となるので、T/2〜Tの範囲についてのみ計算を行うことで、計算を簡略化することができる。
Figure 2011038948

Therefore, the calculation is simplified by performing the calculation only for the range of T / 2 to T.

(2) 以上の準備が整った状態で、周波数係数Cを算出する(ステップS12)。
周波数係数Cは、(4)式を満足するものであり、周波数係数Cを変数とする関数B(C)としたときに、(6)式からB(C)は以下の式で表される。
(2) The frequency coefficient C is calculated in the state where the above preparation is completed (step S12).
The frequency coefficient C satisfies the expression (4), and when the function B (C) having the frequency coefficient C as a variable is used, the expression (6) to B (C) are expressed by the following expressions. .

Figure 2011038948
Figure 2011038948

ここで、CはC=kBP’(f)/Tで表され、kは定数である。リニアチャープのパワースペクトルであるP’(f)は矩形として考えられるので、P’(f)も定数と見なすことができる。
従って、P’(f)をkに含めてC=kB/Tとして考えると、B(C)はCに関して単調増加する関数であり、
Here, C is represented by C = kBP ′ (f) / T, and k is a constant. Since P ′ (f), which is the power spectrum of the linear chirp, is considered as a rectangle, P ′ (f) can also be regarded as a constant.
Therefore, when P ′ (f) is included in k and C = kB / T, B (C) is a monotonically increasing function with respect to C.

Figure 2011038948
となるClとCuを考えると、B(C)=BとなるCは、ClとCuの区間に存在する。よって、図7に示すフローチャートで示す2分探査を行えば、B(C)=BとなるCを求めることができる。
Figure 2011038948
Considering C l and C u , C where B (C) = B exists in the interval between C l and C u . Therefore, if the binary search shown in the flowchart of FIG. 7 is performed, C where B (C) = B can be obtained.

(3) 次に、求めたC及び次式 (3) Next, calculated C and the following formula

Figure 2011038948
を用いて、チャープ率c(tk)と周波数f(tk)を算出する(ステップS14)。算出区間はT/2〜Tである。
Figure 2011038948
Is used to calculate the chirp rate c (t k ) and the frequency f (t k ) (step S14). The calculation interval is T / 2 to T.

(4) 次に、次式を用いて位相を求め、波形を算出する(ステップS16)。 (4) Next, a phase is calculated | required using following Formula and a waveform is calculated (step S16).

Figure 2011038948
Figure 2011038948

尚、ステップS14及びステップS16において、サンプリング点の総数が偶数(2N)であるときには、時刻T/2となるデータ位置が、N番目のサンプリング点と、N+1番目のサンプリング点との間の位置となる。この場合には、データの中心がT/2からΔtだけずれた時刻として計算するとよい。計算誤差として僅かなものであっても、この誤差がレンジサイドローブの原因となるからである。   In step S14 and step S16, when the total number of sampling points is an even number (2N), the data position at time T / 2 is a position between the Nth sampling point and the (N + 1) th sampling point. Become. In this case, it may be calculated as the time when the center of the data is shifted by Δt from T / 2. This is because even if the calculation error is small, this error causes a range side lobe.

(5) 次に、次式を用いて0〜T/2の波形を決定する(ステップS18)。 (5) Next, a waveform of 0 to T / 2 is determined using the following equation (step S18).

Figure 2011038948
Figure 2011038948

(6) x(t)をフーリエ級数展開をする(ステップS20)。 (6) Fourier series expansion of x (t) (step S20).

Figure 2011038948
Figure 2011038948

(7) 振幅スペクトルを目的波形のパワースペクトル密度P(f)(=第2目的P2(f))で補正し、補正した振幅スペクトルを逆フーリエ変換して時間軸波形に戻す(ステップS22)。 (7) The amplitude spectrum is corrected with the power spectrum density P (f) (= second target P 2 (f)) of the target waveform, and the corrected amplitude spectrum is subjected to inverse Fourier transform to return to the time axis waveform (step S22). .

Figure 2011038948
Figure 2011038948

(8) ステップS22で得られた波形x(t)を、メモリ12に格納して、パルス圧縮装置10を構成する(ステップS23)。 (8) The waveform x (t) obtained in step S22 is stored in the memory 12, and the pulse compression apparatus 10 is configured (step S23).

図8〜図10は、パルス幅T=12.8μsec、掃引幅B=28MHz(−14MHz〜14MHz)とし、目的の波形P(f)をガウス窓    8 to 10, the pulse width T = 12.8 μsec, the sweep width B = 28 MHz (−14 MHz to 14 MHz), and the target waveform P (f) is a Gaussian window.

Figure 2011038948
とし、振幅変調工程における窓関数をハニング窓
Figure 2011038948
And the Hanning window as the window function in the amplitude modulation process

Figure 2011038948
とした場合の各工程におけるパルス圧縮波形、パワースペクトル密度のログスケール、リニアスケールの波形をそれぞれ表しており、破線が目的波形、実線が生成波形を表している。また、図11は、生成された送信波形の周波数遷移を表している。
Figure 2011038948
The pulse compression waveform, the log scale of the power spectrum density, and the linear scale waveform in each step are respectively represented, the broken line represents the target waveform and the solid line represents the generated waveform. FIG. 11 shows the frequency transition of the generated transmission waveform.

図8〜図10から分かるように、1)の周波数変調工程を行っただけでは、振幅変調分を予め加味して変調を行っているため、パルス圧縮波形及び送信波形において、それぞれ目的波形と生成波形との間に大きな差があり、2)の振幅変調工程を経ると、生成波形が目的波形に近いものとすることができるが、これだけではまだ差があり、パルス圧縮波形にレンジサイドローブが現れている。3)の周波数軸上での補正工程を経ると、生成波形は目的波形とほぼ同じになり、パルス圧縮波形のサイドローブレベルが低下できる。この例の場合、S/N損失が0.30dB、サイドローブレベルはおよそ−90dBである。   As can be seen from FIG. 8 to FIG. 10, since the modulation is performed with the amplitude modulation added in advance only by performing the frequency modulation step 1), the target waveform and the generation are respectively generated in the pulse compression waveform and the transmission waveform. There is a big difference with the waveform, and after the amplitude modulation process of 2), the generated waveform can be close to the target waveform, but there is still a difference, and there is a range sidelobe in the pulse compression waveform. Appears. After the correction process on the frequency axis of 3), the generated waveform becomes almost the same as the target waveform, and the side lobe level of the pulse compression waveform can be lowered. In this example, the S / N loss is 0.30 dB, and the side lobe level is approximately −90 dB.

このように、本発明によれば、生成される送信波形を用いて、送受信を行いパルス圧縮を行うと、S/N損失が少なくかつ所望の低いレベルのサイドローブレベルを持つパルス圧縮波形とすることができる。   As described above, according to the present invention, when transmission / reception is performed and pulse compression is performed using the generated transmission waveform, a pulse compression waveform with a low S / N loss and a desired low sidelobe level is obtained. be able to.

尚、以上の実施形態では、予め決めた目的波形にパワースペクトル密度の波形が一致するように生成を行ったが、これに限るものではなく、予め決められた目的波形(=第1目的P1(f))と、最終的な目的波形(=第2目的P2(f))とを、異ならしめることもできる。具体的には、1)の周波数変調工程と2)の振幅変調工程とを経て得たパワースペクトル密度の波形を平滑化してできる波形を最終目的(=第2目的P2(f))とすることとして、3)の周波数軸上での補正工程での補正量を僅かにすることもできる。1)の周波数変調工程と2)の振幅変調工程とを経て得た波形を平滑化したものであっても、リプルが除去されたものであれば、それを逆フーリエ変換したときに低いサイドローブレベルとすることができるからである。平滑化してできる波形としては、振幅変調工程で得られた波形との偏差が最小二乗値をとる任意の窓関数その他の関数とすることができる。 In the embodiment described above, the generation is performed so that the waveform of the power spectrum density matches the predetermined target waveform. However, the present invention is not limited to this, and the predetermined target waveform (= first target P 1) is used. (F)) and the final target waveform (= second target P 2 (f)) can also be made different. Specifically, a waveform obtained by smoothing the waveform of the power spectral density obtained through the frequency modulation step 1) and the amplitude modulation step 2) is defined as the final goal (= second goal P 2 (f)). In particular, the correction amount in the correction process on the frequency axis of 3) can be made small. Even if the waveform obtained through the frequency modulation process of 1) and the amplitude modulation process of 2) is smoothed, if the ripple is removed, a low side lobe is obtained when the inverse Fourier transform is performed on the waveform. This is because it can be a level. The waveform that can be smoothed can be any window function or other function in which the deviation from the waveform obtained in the amplitude modulation step takes a least square value.

周波数軸上での補正は、その補正量が僅かとすることが好ましい。周波数軸上での乗算は時間軸上での畳み込みとなるので、周波数軸上での乗算が大きいと、時間軸に戻した波形が大きく崩れるおそれがあるからである。従って、周波数軸上での補正は、1)の周波数変調工程と2)の振幅変調工程で、目的とする波形に極力近づけた上で行うことが必要である。   It is preferable that the correction amount on the frequency axis is small. This is because multiplication on the frequency axis results in convolution on the time axis, and if the multiplication on the frequency axis is large, the waveform returned to the time axis may be greatly collapsed. Therefore, the correction on the frequency axis needs to be performed as close as possible to the target waveform in the frequency modulation step 1) and the amplitude modulation step 2).

10 パルス圧縮装置
12 メモリ
14 波形読み出し部
16 D/Aコンバータ
18 アンプ(増幅器)
20 トランスデューサ
24 A/Dコンバータ
26 パルス圧縮部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Pulse compression apparatus 12 Memory 14 Waveform reading part 16 D / A converter 18 Amplifier (amplifier)
20 Transducer 24 A / D converter 26 Pulse compression section

Claims (8)

チャープ波を用いて送信波を送信し、送信波の反射波を受信してその受信信号をパルス圧縮してパルス圧縮波形を得るパルス圧縮のための送信波形生成方法であって、
レンジサイドローブが所望のレベルとなるパルス圧縮波形のフーリエ変換の第1目的波形をP1(f)とし、リニアチャープ波形のパワースペクトル密度の波形をP’(f)としたときに、リニアチャープ波形に基づき、そのチャープ率c(t)がP’(f(t))/P1(f(t))に比例するようなノンリニアチャープ波形を算出する周波数変調工程と、
周波数変調工程で算出したノンリニアチャープ波形の立ち上がりと立下りを抑圧させる窓関数w(t)を乗じる振幅変調工程と、
振幅変調工程で得られた波形をさらにフーリエ級数展開し、その振幅スペクトルが送信波形のパワースペクトル密度の第2目的波形P2(f)の振幅スペクトルとなるように補正し、それを逆フーリエ変換した波形を生成する周波数軸上での補正工程と、
を備え、リニアチャープ波形から送信波形を生成するパルス圧縮における送信波形生成方法。
A transmission waveform generation method for pulse compression that transmits a transmission wave using a chirp wave, receives a reflection wave of the transmission wave, and pulse-compresses the received signal to obtain a pulse compression waveform,
Linear chirp when the first target waveform of the Fourier transform of the pulse compression waveform at which the range side lobe is at a desired level is P 1 (f) and the power spectral density waveform of the linear chirp waveform is P ′ (f). A frequency modulation step of calculating a non-linear chirp waveform based on the waveform such that its chirp rate c (t) is proportional to P ′ (f (t)) / P 1 (f (t));
An amplitude modulation step of multiplying the window function w (t) for suppressing the rise and fall of the nonlinear chirp waveform calculated in the frequency modulation step;
The waveform obtained in the amplitude modulation process is further expanded in the Fourier series, and the amplitude spectrum is corrected so as to be the amplitude spectrum of the second target waveform P 2 (f) of the power spectrum density of the transmission waveform, which is then subjected to inverse Fourier transform. The correction process on the frequency axis to generate
A transmission waveform generation method in pulse compression that generates a transmission waveform from a linear chirp waveform.
前記周波数変調工程において、チャープ率c(t)が前記振幅変調工程で乗じる窓関数w(t)の二乗に比例するような波形を算出する請求項1記載の送信波形生成方法。   The transmission waveform generation method according to claim 1, wherein in the frequency modulation step, a waveform is calculated such that the chirp rate c (t) is proportional to the square of the window function w (t) multiplied by the amplitude modulation step. 前記周波数変調工程で用いる前記第1目的波形P1(f)と、前記周波数軸上での補正工程において用いる前記第2目的波形P2(f)とは同一である請求項1または2記載の送信波形生成方法。 The first target waveform P 1 (f) used in the frequency modulation step and the second target waveform P 2 (f) used in the correction step on the frequency axis are the same. Transmission waveform generation method. 前記周波数軸上での補正工程において用いる前記第2目的波形P2(f)は、振幅変調工程で得られた波形のパワースペクトル密度の波形を平滑化したものである請求項1または2記載の送信波形生成方法。 The second target waveform P 2 (f) used in the correction step on the frequency axis is obtained by smoothing the waveform of the power spectrum density of the waveform obtained in the amplitude modulation step. Transmission waveform generation method. 前記周波数変調工程で用いる前記第1目的P1(f)は、窓関数であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の送信波形生成方法。 5. The transmission waveform generation method according to claim 1, wherein the first object P 1 (f) used in the frequency modulation step is a window function. 6. 前記周波数軸上での補正工程は、振幅変調工程で得られた前記波形をフーリエ級数展開して得られた振幅スペクトルをA(f)としたときに、振幅スペクトルA(f)に√(P2(f))/A(f)を乗じて振幅スペクトルの補正を行う請求項1ないし5のいずれか1項に記載の送信波形生成方法。 In the correction step on the frequency axis, when the amplitude spectrum obtained by Fourier series expansion of the waveform obtained in the amplitude modulation step is A (f), √ (P 2. The transmission waveform generation method according to claim 1, wherein the amplitude spectrum is corrected by multiplying by (f)) / A (f). チャープ波を用いて送信波を送信し、送信波の反射波を受信してその受信信号をパルス圧縮してパルス圧縮波形を得るパルス圧縮のための送信波形生成プログラムであって、
コンピュータに
レンジサイドローブが所望のレベルとなるパルス圧縮波形のフーリエ変換の第1目的波形をP1(f)とし、リニアチャープ波形のパワースペクトル密度の波形をP’(f)としたときに、リニアチャープ波形に基づき、そのチャープ率c(t)がP’(f(t))/P1(f(t))に比例するようなノンリニアチャープ波形を算出する周波数変調工程と、
周波数変調工程で算出したノンリニアチャープ波形の立ち上がりと立下りを抑圧させる窓関数w(t)を乗じる振幅変調工程と、
振幅変調工程で得られた波形をさらにフーリエ級数展開し、その振幅スペクトルが送信波のパワースペクトル密度の第2目的波形P2(f)の振幅スペクトルとなるように補正し、それを逆フーリエ変換した波形を生成する周波数軸上での補正工程と、
を実行させて、リニアチャープ波形から送信波形を生成するパルス圧縮における送信波形生成プログラム。
A transmission waveform generation program for pulse compression that transmits a transmission wave using a chirp wave, receives a reflected wave of the transmission wave, and pulse-compresses the received signal to obtain a pulse compression waveform,
When the first target waveform of the Fourier transform of the pulse compression waveform at which the range side lobe reaches a desired level is P 1 (f) and the power spectral density waveform of the linear chirp waveform is P ′ (f), A frequency modulation step of calculating a non-linear chirp waveform based on the linear chirp waveform such that the chirp rate c (t) is proportional to P ′ (f (t)) / P 1 (f (t));
An amplitude modulation step of multiplying the window function w (t) for suppressing the rise and fall of the nonlinear chirp waveform calculated in the frequency modulation step;
The waveform obtained in the amplitude modulation process is further expanded in the Fourier series, and the amplitude spectrum is corrected so as to be the amplitude spectrum of the second target waveform P 2 (f) of the power spectrum density of the transmission wave, and the inverse Fourier transform is performed. Correction process on the frequency axis to generate
Is a transmission waveform generation program in pulse compression that generates a transmission waveform from a linear chirp waveform.
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法により生成された送信波形を格納するメモリと、該メモリから送信波形信号を読み出す波形読み出し部と、送信波形信号をD/A変換してアナログ送信信号に変換するD/Aコンバータと、送信信号を増幅する増幅器と、増幅された送信信号を送信波として放射すると共に送信波の反射波を受信するトランスデューサと、受信波をA/D変換して受信波形信号に変換するA/Dコンバータと、受信波形信号と参照波形信号との相関をとってパルス圧縮波形信号を求めるパルス圧縮部と、を備えるパルス圧縮装置。
A memory for storing a transmission waveform generated by the method according to any one of claims 1 to 6, a waveform reading unit for reading a transmission waveform signal from the memory, and an analog signal obtained by D / A converting the transmission waveform signal A D / A converter for converting to a transmission signal, an amplifier for amplifying the transmission signal, a transducer for radiating the amplified transmission signal as a transmission wave and receiving a reflected wave of the transmission wave, and A / D conversion of the reception wave A pulse compression apparatus comprising: an A / D converter that converts the received waveform signal into a received waveform signal; and a pulse compression unit that obtains a pulse compressed waveform signal by correlating the received waveform signal and the reference waveform signal.
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