JP2011196842A - サンプリングパルス発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高振幅でパルス幅の小さいサンプリングパルスを安定的に生成しながら不要スペクトラムの輻射を抑制し、不要スペクトラムの削減に要するコスト上昇を回避すると共に、サンプリングタイミングの時間走査を容易とする。
【解決手段】送信パルス生成部１０、サンプリングパルス生成部２０で、直交周波数多重分割変調と等価な信号処理により、送信に必要なインパルス状の短パルス、或いは受信波のサンプリングに必要なインパルス状の短パルスを高速スイッチング素子を用いることなく生成する。これにより、高振幅でパルス幅の小さいサンプリングパルスを安定的に生成しながら不要スペクトラムの輻射を抑制し、不要スペクトラムの削減に要するコスト上昇を回避すると共に、サンプリングタイミングの時間走査を容易とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、波形のサンプリングタイミングを走査可能なサンプリングパルスを発生するサンプリングパルス発生装置に関する。

一般に、レーダ装置の受信波のような高周波の波形を忠実にサンプリングするためには、サンプリングパルスとしてパルス幅の小さい短パルスが必要とされる。従来、このような短波パルスを生成する技術としては、高速トランジスタ、ステップリカバリダイオード、アバランシェダイオード、高速論理ゲート等を用いる技術が知られている。例えば、特許文献１には、トランジスタ等の高速スイッチング素子を用いて１００ｐｓｅｃ幅の短パルスを生成する技術が開示されている。

米国特許第５８０５１１０号明細書

しかしながら、従来の技術では、サンプリングパルスを生成する場合、高速スイッチング素子等のアナログ素子を主体としているため、高振幅のパルスを得ることが困難であるばかりでなく、温度や湿度等の環境変化による回路特性の変化、素子や材料の特性の経年変化等により、サンプリング性能が変化する虞がある。

更には、高速スイッチング素子を用いたパルス生成では、広帯域の不要スペクトラムが生成されてしまい、不要スペクトラムの輻射を抑制するために追加的な対策が必要となってコスト上昇を招くばかりでなく、サンプリングタイミングを時間走査する必要がある場合、大きな支障となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高振幅でパルス幅の小さいサンプリングパルスを安定的に生成しながら不要スペクトラムの輻射を抑制し、不要スペクトラムの削減に要するコスト上昇を回避すると共に、サンプリングタイミングの時間走査を容易とすることのできるサンプリングパルス発生装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるサンプリングパルス発生装置は、基準信号を発生する主発振器と、上記基準信号より周波数の低いタイミング信号を発生する局部発振器と、上記基準信号と上記タイミング信号とを混合する混合器と、上記混合器から出力される信号を逓倍する複数の逓倍モジュールと、上記複数の逓倍モジュールから出力される周波数の異なる複数の信号を合成し、上記基準信号から所定の遅延時間をもって発生する信号波形をサンプリングするためのサンプリングパルスを生成する合成モジュールとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、高振幅でパルス幅の小さいサンプリングパルスを安定的に生成しながら不要スペクトラムの輻射を抑制することができ、不要スペクトラムの削減に要するコスト上昇を回避すると共に、サンプリングタイミングの時間走査を容易に行うことが可能となる。

レーダ装置の構成図 合成波形を示す波形図 各部の波形を示すタイミングチャート

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明をパルスレーダ装置に適用した例を示すものである。図１に示される本実施の形態のパルスレーダ装置１は、送信アンテナ２からの送信波がターゲット５０で反射された反射波を受信アンテナ３を介して受信し、その受信波を等価時間サンプリング方式によって時間軸を伸張してサンプリングする。サンプリングされた波形は、図示しない演算処理部へ送られ、送信波と受信波との時間差情報に基づいてターゲット５０との距離が演算される。

パルスレーダ装置１は、基準信号を発生する主発振器５とサンプリング用のタイミング信号を発生する局部発振器６との２つの発振器を備えている。主発振器５による基準信号は、送信アンテナ２に出力する送信パルスを生成するための基準クロックである。また、局部発振器６によるタイミング信号は、基準信号の周波数と異なることが必要であるが、本実施の形態においては基準信号の周波数よりも低い周波数の信号であり、このタイミング信号と基準信号とに基づいて、受信アンテナ３で受信した受信パルスをサンプリングするためのサンプリングパルスが生成される。

具体的には、パルスレーダ装置１は、主発振器５からの基準信号を信号処理して送信パルスを生成する送信パルス生成部１０、主発振器５からの基準信号と局部発振器６からのタイミング信号とを信号処理してサンプリングパルスを生成するサンプリングパルス生成部２０、受信アンテナ３を介して入力される受信パルスをサンプリングパルスを用いてサンプリングする受信回路部３０を備えて構成されている。

送信パルス生成部１０及びサンプリングパルス生成部２０の機能は、デジタル信号処理によるパルス合成を基本としており、本実施の形態においては、直交周波数多重分割（Orthogonal Frequency Division Multiplexing;OFDM）変調と等価な信号処理により、高振幅の短パルスを生成する。このＯＦＤＭ変調を利用した短パルス生成により、送信に必要なインパルス状の短パルス或いは受信波のサンプリングに必要なインパルス状の短パルスを高速スイッチング素子を用いることなく効率良く且つ安定的に的に生成することができ、更には不要スペクトラムの輻射を抑制することができる。

詳細には、送信パルス生成部１０は、ＯＦＤＭ変調を利用した短パルス生成回路として構成されている。すなわち、送信パルス生成部１０は、基準信号の周波数を整数倍（×１,×２,×３，×４，×５，…）する複数の逓倍モジュール１１，…、複数の逓倍モジュール１１，…からの信号の位相を調整する複数の移相器１０ａ，…、複数の逓倍モジュール１１，…で多重化された複数の信号をデジタル信号処理して高振幅のインパルス状の信号を合成し、送信パルスとして送信アンテナ２に出力する合成モジュール１２を主要構成としている。

一方、サンプリングパルス生成部２０は、基準信号とタイミング信号とを乗算するアナログ乗算器からなる混合器２１、混合器２１から出力される周波数が基準信号の周波数とタイミング信号の周波数の和となる信号と、周波数が基準信号の周波数とタイミング信号の周波数の差となる信号から低周波側の信号（差信号）を取り出すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２を備えている。ＬＰＦ２２からの信号は、基準信号に対して所定の時間差（遅延時間）を有する信号となり、送信パルス生成部１０と同様の短パルス生成回路に入力される。

サンプリングパルス生成部２０における短パルス生成回路は、ＬＰＦ２２を通過した信号の周波数を整数倍（×１,×２,×３，×４，×５，…）する複数の逓倍モジュール２３，…、複数の逓倍モジュール２３，…からの信号の位相を調整する複数の移相器２０ａ，…、複数の逓倍モジュール２３，…で多重化された信号を重畳して高振幅のインパルス状の信号を生成する合成モジュール２４を主要として構成されている。合成モジュール２４は、送信パルスに対して所定の遅延時間をもって高振幅のインパルス状となる信号を生成し、この信号をサンプリングパルスとして受信回路部３０に出力する。

受信回路部３０は、受信アンテナ３で受信した受信パルスを所定の周波数帯域に制限するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１、サンプリングパルス生成部２０からのサンプリングパルスをトリガとして受信パルスを一時的にホールドしてサンプリングを行うサンプル／ホールド（Ｓ／Ｈ）回路３２、受信パルスに重畳した高周波ノイズをカットするローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３、ＬＰＦ３３を通過した信号を所定の出力レベルに増幅して出力するアンプ３４を備えて構成されている。

以上の構成によるパルスレーダ装置１は、送信パルスと、受信パルスをサンプリングするためのサンプリングパルスとを、ＯＦＤＭ変調を応用した高振幅の短パルスとして生成する。サンプリングパルスとしての短パルスは、基準信号に対してタイミング信号を時間掃引する等して、送信パルスに対する遅延時間を走査可能な信号として生成される。

以下、パルスレーダ装置１における各部の動作について、送信パルス及びサンプリングパルスに共通する短パルスの生成を主として説明する。尚、送信パルスとしての短パルスとサンプリングパルスとしての短パルスは同様の回路で生成されるため、ここでは、送信パルスを生成する場合で代表して説明する。

主発振器５からの基準信号が送信パルス生成部１０に入力されると、複数の逓倍モジュール１１に標本化され、基準信号の周波数（基本周波数）の１倍，２倍，…に逓倍された信号に変換される。この基本周波数の整数倍にデジタル変調された各信号（以下、「逓倍信号」と記載する）は、ＯＦＤＭ変調における独立した位相を持つサブキャリアに相当する。

この複数の逓倍信号が合成モジュール１２に入力されると、合成モジュール１２では、これらの逓倍信号を重畳し、時間軸で単一の信号を生成する。このとき、各逓倍信号の位相が一致したときに大きなピーク信号が発生する。

図２は、基準信号の周波数を１〜５倍した５波を合成した例を示し、合成波形を太線で示している。このようなｎ個の逓倍波を合成することにより、不要スペクトラムを低減して基本波（基準信号）のピーク値のｎ倍のピーク値を有する急峻な出力波形を得ることができ、送信に適した高振幅且つパルス幅の短いインパルス状の信号とすることができる。

このインパルス状の送信パルスは、図３のａ点の波形で示され、これにより送信アンテナ２から送信波が放射されると、この送信波がターゲットで反射され、その応答波（反射波）が所定の遅延時間をもって受信アンテナ３で受信される。そして、ＢＰＦ３１で帯域制限され、図３のｃ点の波形で示すような受信パルスが取得され、サンプリングパルス生成部２０で生成されるサンプリングパルスによってサンプルホールドされる。

サンプリングパルス生成部２０では、主発振器５からの基準信号の周波数をｆ1、局部発振器６からのタイミング信号の周波数をｆ2（ｆ1＞ｆ2）とするとき、混合器２１で基準信号とタイミング信号とを乗算し、周波数ｆ1±ｆ2の混合信号を出力する。この混合信号からは、ＬＰＦ２２によって周波数ｆ1−ｆ2の成分のみが取り出され、複数の逓倍モジュール２３，…に入力される。

そして、逓倍された複数の信号が合成モジュール２４にて処理され、送信パルスと同様、高振幅のインパルス状のサンプリングパルスが生成されて受信回路部３０のサンプル／ホールド回路３２に出力される。サンプル／ホールド回路３２は、アナログスイッチとコンデンサとを基本とする周知の回路で構成することができ、サンプリングパルスをトリガとして受信信号をコンデンサに保持することでサンプルホールドを行い、ＬＰＦ３３，アンプ３４を介して、図３のｄ点に示す波形の信号を出力する。

このとき、サンプリングパルスは、基準信号に対してタイミング信号を時間掃引する、或いは逓倍モジュール２３及び合成モジュール２４による合成波形の位相を調整する等して、図３のｂ点に示すように、送信パルスに対して１パルス毎に遅延時間が拡大する信号として時間走査される。従って、送信パルスに対して受信パルスのサンプリングタイミングを順次遅延することになり、図３のｃ点の波形の受信パルスを時間軸上で伸張したｄ点の波形を取得することができる（等価時間サンプリング）。

このように本実施の形態においては、パルスレーダ装置１のサンプリングパルスを、ＯＦＤＭ変調を利用して生成するため、不要スペクトラムを低減しながら送信に適した高振幅且つパルス幅の短いインパルス状の信号を効率的且つ安定的に生成することができる。これにより、不要スペクトラムの削減に要するコスト上昇を回避することができると共に、サンプリングタイミングを容易に走査可能とすることができる。

１ パルスレーダ装置
２ 送信アンテナ
３ 受信アンテナ
５ 主発振器
６ 局部発振器
１０ 送信パルス生成部
１１，２３ 逓倍モジュール
１２，２４ 合成モジュール
２０ サンプリングパルス生成部
２１ 混合器
３２ サンプル／ホールド回路
５０ ターゲット

Claims (2)

1. 基準信号を発生する主発振器と、
   上記基準信号より周波数の低いタイミング信号を発生する局部発振器と、
   上記基準信号と上記タイミング信号とを混合する混合器と、
   上記混合器から出力される信号を逓倍する複数の逓倍モジュールと、
   上記複数の逓倍モジュールから出力される周波数の異なる複数の信号を合成し、上記基準信号から所定の遅延時間をもって発生する信号波形をサンプリングするためのサンプリングパルスを生成する合成モジュールと
   を備えることを特徴とするサンプリングパルス発生装置。
2. 上記基準信号に基づいてレーダ送信波を生成し、該レーダ送信波がターゲットで反射された応答波を上記サンプリングパルスを用いてサンプリングすることを特徴とするサンプリングパルス発生装置。

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