JP2011196882A - レーダ搬送波監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の規模を小型軽量化しつつ、レーダ信号に対する監視データの信頼性を確保し向上させたレーダ搬送波監視装置を得る。
【解決手段】進行波及び反射波のレベル測定に際し、給電線路の電気長に基づいた測定時間幅を設け、その時間幅の中でのピーク値を取得することにより、特に反射波等、発生タイミングの一定しない場合においてもそのピークレベルを確実に取得する。また、進行波電力、及び反射波電力の監視に加え、レーダ搬送波の監視に必要な、周波数及びパルス情報等の機能についても、１つのＦＰＧＡ内に単一モジュール化して構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーダ搬送波監視装置に係り、特に装置を小型軽量化しつつ、送信出力の監視パラメータに対する測定の信頼性を向上させたレーダ搬送波監視装置に関する。

レーダ装置等において、レーダ本体側装置に接続され、レーダ信号送信時の搬送波のパラメータを測定してその動作状態を監視する装置が知られている。この種のレーダ搬送波監視装置の一例を図４、及び図５に例示する。図４は、レーダ装置等においてレーダ本体側装置４０とレーダ搬送波監視装置４８との接続の一例を示すブロック図である。また、図５は、レーダ本体側装置４０からレーダ波として送信されるパルス状の搬送波を監視する従来のレーダ搬送波監視装置４８の構成の一例を示すブロック図である。

図４に例示したように、このレーダ搬送波監視装置４８は、レーダ本体側装置４０内のアンテナ４１とサーキュレータ４３との間の給電線路４１１の途中に挿入された方向性結合器４２に接続され、この方向性結合器４２から所定の結合レベルで取り出された搬送波の進行波成分および反射波成分に基づき、送信電力、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）、送信周波数、パルス情報等を監視している。また、図５に例示したように、このレーダ搬送波監視装置４８は、方向性結合器４２からの進行波成分を３分配する分配器５１、分配された進行波成分と方向性結合器４２からの反射波成分とに基づき送信電力やＶＳＷＲ等を収集する高周波ピーク電力計５２、分配された進行波成分から搬送波の周波数である送信周波数を計数する周波数カウンタ５３、同じく分配された進行波成分からパルス変調による各種パラメータをパルス情報として収集するパルス情報収集部５４、及び各部で収集された各監視データを所定の書式に編集して後段の機器等に送出するインターフェイス部としての監視データ収集部５５から構成されている。ここで、高周波ピーク電力計５２としては、例えばネットワークアナライザ等の汎用測定器を用いて構成されることが多い。また、周波数カウンタ５３も、汎用測定器としての周波数カウンタを用いて構成されることが多い。

送信電力及びＶＳＷＲは、レーダ本体側装置４０の送信系の動作監視に対する重要なパラメータであり、特にアンテナ４１及び給電線路４１１を含めたアンテナ系に異常があると、レーダ信号の送受信が機能しなくなるばかりでなく、送信系の機器等にも大きなダメージを与えるおそれがあるため、例えば、高周波ピーク電力計５２では、レーダ送信に同期したタイミングでこれらの監視データが毎回収集され、レーダ本体側装置４０の動作が常時監視される。一方、周波数カウンタ５３、及びパルス情報収集部５４では、例えばレーダ本体側装置４０の安定な動作を監視するのに十分なタイミングで、それぞれに監視データが収集される。そして、これら各部で収集された監視データは、監視データ収集部５５に集められた後、後段の機器等に送出される。

なお、特許文献１に、ＶＳＷＲモニタ回路の一例が開示されている。

特開２００５−１７１３８号公報（第６ページ、図１）

ところで、ＶＳＷＲは重要な監視データとして常時収集されるが、その際には、方向性結合器４２を通して進行波及び反射波のレベルを正確に測定する必要がある。特に反射波については、そのピークレベルを取得することが必要となる。反射波が発生する部位としては、主にアンテナ４１、及び給電線路４１１があるが、各部位からの反射波の発生タイミングは、レーダ搬送波監視装置４８から見て同一とはならない。すなわち、アンテナ４１からの反射波は、アンテナ４１までの電気的な距離に対応した送信後の特定のタイミングであり、また給電線路４１１からの反射波は、例えば断線等の大きな不整合のある箇所等までの電気的な距離に対応したタイミングとなる。

しかしながら、従来においては、上記のように反射波の発生タイミングに時間的な幅があるにもかかわらず、その測定タイミングは、例えばアンテナ４１からの反射波の発生タイミング等に合わせた特定のタイミングに固定されていた。このため、必ずしも反射波のピークレベルが測定されない場合があり、測定結果としての監視データに対する信頼性を十分確保することが困難であった。

また、この種のレーダ搬送波監視装置はレーダ本体側装置とともに機能させるが、汎用計測器などを含んで構成する場合には、自ずと装置全体の外形や質量に対する制約が伴うため、例えば小型軽量化が困難な場合が多く、同時に機能する他の機器等との機械的な整合性を十分確保できなかった。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、装置の規模を小型軽量化しつつ、監視データの信頼性を確保し向上させたレーダ搬送波監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明のレーダ搬送波監視装置は、空中線への給電線路に挿入された方向性結合器から所定の結合レベルで取り出された、この空中線への進行波及び空中線からの反射波に基づいてこの空中線からレーダ信号として送信される搬送波を監視するレーダ搬送波監視装置であって、前記方向性結合器からの進行波を周波数変換する周波数変換部と、この周波数変換部で周波数変換後の信号の周波数を取得する周波数カウンタ部と、前記方向性結合器からの進行波及び反射波をそれぞれに対数検波する検波部と、この検波部で検波後の前記進行波及び反射波のレベルをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記給電線路の電気長に基づいて設定された測定時間幅内における前記デジタル信号に変換後の進行波及び反射波をサンプリングしそれぞれのピークレベルを取得するサンプリング部と、前記デジタル信号に変換後の進行波に基づき前記レーダ信号のパルス情報を取得するタイミング解析部と、前記周波数カウンタ部、前記サンプリング部、及び前記タイミング解析部におけるそれぞれの取得結果を受けとって一時保持するとともに、所定のデータ形式に構成して出力する監視データ収集部とを有することを特徴とする。

また、第２の発明のレーダ搬送波監視装置は、前記サンプリング部において前記デジタル信号に変換後の進行波及び反射波のピークレベルを取得する際は、前記測定時間幅内における連続する複数のサンプリング値の移動平均値の最大値をピークレベルとすることを特徴とする。

本発明によれば、装置の規模を小型軽量化しつつ、監視データの信頼性を確保し向上させたレーダ搬送波監視装置を得ることができる。

本発明に係るレーダ搬送波監視装置の第１の実施例の構成を示すブロック図。 本発明に係るレーダ搬送波監視装置の第２の実施例の構成を示すブロック図。 第２の実施例における移動平均によるピークレベルの算出過程をモデル化して例示する説明図。 レーダ装置等におけるレーダ本体側装置とレーダ搬送波監視装置との接続の一例を示すブロック図。 従来のレーダ搬送波監視装置の構成の一例を示すブロック図。

以下に、本発明に係るレーダ搬送波監視装置を実施するための最良の形態について、図１及び図３を参照して説明する。

図１は、本発明に係るレーダ搬送波監視装置の第１の実施例の構成を示すブロック図である。図１に例示したように、このレーダ搬送波監視装置１は、同一に構成された２つのプロテクタ／スイッチ部として、プロテクタ／スイッチ部（＃１）１１ａ及びプロテクタ／スイッチ部（＃２）１１ｂ、同一に構成された２つの分配器として、分配器（＃１）１２ａ及び分配器（＃２）１２ｂ、終端器１３、周波数変換部１４、同一に構成された２つの対数検波部として、対数検波部（＃１）１５ａ及び対数検波部（＃２）１５ｂ、Ａ／Ｄ変換部１６、ならびにデータ処理部１７を備えている。

２つのプロテクタ／スイッチ部１１ａ及び１１ｂは、空中線への給電線路に挿入された方向性結合器（図示せず）から所定の結合レベルで取り出された進行波及び反射波を、後述のデータ処理部１７からの制御によって、監視データの測定・収集時にはそれぞれ分配器１２ａ及び１２ｂに通過させるとともに、その信号レベルが過大にならないようにしてこれら２つの分配器１２ａ及び１２ｂを保護する。分配器（＃１）１２ａ、及び分配器（＃２）１２ｂは、いずれも２分配器として構成されている。分配器（＃１）１２ａは、プロテクタ／スイッチ部（＃１）１１ａを通過した進行波を２分配し、周波数変換部１４、及び対数検波部（＃１）１５ａに送出する。一方、分配器（＃２）１２ｂは、プロテクタ／スイッチ部（＃２）１１ｂを通過した反射波を２分配し、対数検波部（＃２）１５ｂ、及び終端器１３に送出する。

終端器１３は、所定の終端インピーダンスを有し、分配器（＃２）１２ｂで２分配後の一方の信号をこのインピーダンスで終端する。周波数変換部１４は、分配器（＃１）１２ａで分配された進行波を周波数測定用にダウンコンバートし、中間周波信号としてデータ処理部１７に送出する。対数検波部（＃１）１５ａは、分配器（＃１）１２ａで分配された進行波を対数検波してＡ／Ｄ変換部１６に送出する。また、対数検波部（＃２）１５ｂは、分配器（＃２）１２ｂで分配された反射波を対数検波してＡ／Ｄ変換部１６に送出する。なお、上記のように、進行波に対する対数検波部（＃１）１５ａの入力端までの信号経路と、反射波に対する対数検波部（＃２）１５ｂの入力端までの信号経路とを同一の構成とすることによって、進行波及び反射波の信号経路にて発生する相互間のレベル変動要因のアンバランスを低減している。

Ａ／Ｄ変換部１６は、進行波及び反射波の対数検波後の波形をデジタル信号に変換し、それぞれ進行波レベルデータ及び反射波レベルデータとしてデータ処理部１７に送出する。データ処理部１７は、周波数変換部１４からの中間周波信号、Ａ／Ｄ変換部１６からの進行波及び反射波のレベルデータ、ならびに制御信号としての送信情報信号を受けとって監視データを収集する。ここに、データ処理部１７は、周波数カウンタ部１７１、進行波サンプリング部１７２、反射波サンプリング部１７３、タイミング解析部１７４、及び監視データ収集部１７５を備えている。周波数カウンタ部１７１は、周波数変換部１４からの中間周波信号をカウントし、その結果を監視データ収集部１７５に送出する。

進行波サンプリング部１７２及び反射波サンプリング部１７３は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換部１６からの進行波及び反射波のレベルデータの中から、レーダ信号の送信に同期し、かつ給電線路の電気長に基づき設定された測定時間幅内の一連のレベルデータをサンプリングし、それぞれにそのピーク値を検索し取得して監視データ収集部１７に送出する。ここで、レベルデータをサンプリングする測定時間幅を、特に反射波については、給電線路の電気長に基づいてその発生部位となり得るアンテナや給電線路内の不特定箇所等からの反射波の到達タイミングをすべて含むような時間幅に設定することにより、給電線路の電気長によって発生部位からの到達タイミングの異なる反射波のピークレベルの取得を可能にし、同様にそのレベルを取得する進行波のレベルとあわせ、監視データとしての信頼性を確保している。

タイミング解析部１７４は、進行波のレベルデータに基づいて、パルス変調されて送信されるレーダ信号のパルス情報を取得して監視データ収集部１７５に送出する。収集するパルス情報は、例えば外部のレーダ本体側装置等から送信情報信号として送られてく送信パターン情報によるものとし、送信タイミング、パルス幅、またグループパルスの場合にはパルス数や相互のパルス間隔等が取得される。監視データ収集部１７５は、周波数カウンタ部１７１、進行波サンプリング部１７２、反射波サンプリング部１７３、及びタイミング解析部１７４での収集結果を受けとって一時保持するとともに、これらを後段の機器等との間であらかじめ設定されたインターフェイス条件に従って編集し送出する。

さらに、本実施例においては、上記した周波数カウンタ部１７１、進行波サンプリング部１７２、反射波サンプリング部１７３、タイミング解析部１７４、及び監視データ収集部１７５のすべてを１つのＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）内に構成して単一モジュール化している。これによって、装置全体を小型かつ軽量に構成することを可能にしている。

次に、前出の図１を参照して、上述のように構成された本実施例のレーダ搬送波監視装置の動作について説明する。レーダ信号の送信に伴って、空中線への給電線路に挿入された方向性結合器（図示せず）からレーダ送信波に対する進行波及び反射波が取り出され、それぞれプロテクタ／スイッチ部（＃１）１１ａ、及びプロテクタ／スイッチ部（＃２）１１ｂを通過して分配器（＃１）１２ａ、及び分配器（＃２）１２ｂに入力される。

分配器（＃１）１２ａでは進行波が２分配され、その一方は周波数変換部１４に送られて中間周波信号に変換された後、データ処理部１７に送出される。また、２分配された他方は対数検波部（＃１）１５ａに送られて対数検波され、さらにその検波後の波形がＡ／Ｄ変換部１６でデジタル信号に変換された後、進行波のレベルデータとしてデータ処理部１７に送出される。

一方、分配器（＃２）１２ｂでは反射波が２分配され、その一方は終端器１３に送られ、所定のインピーダンスで終端される。また、２分配された他方は対数検波部（＃２）１５ｂに送られて対数検波され、さらにその検波後の波形がＡ／Ｄ変換部１６でデジタル信号に変換された後、反射波のレベルデータとしてデータ処理部１７に送出される。

データ処理部１７では、周波数変換部１４からの中間周波信号は周波数カウンタ部１７１に送られ、その周波数がカウントされる。そしてその結果が監視データ収集部１７５に送られる。また、Ａ／Ｄ変換部１６からの進行波のレベルデータ、及び反射波のレベルデータは、それぞれ進行波サンプリング部１７２、及び反射波サンプリング部１７３に送られる。次いで、それぞれのサンプリング部において、対象となる測定時間幅内の一連のレベルデータがサンプリングされるとともに、その中のピーク値が取得される。そして、その取得結果として、進行波のレベルのピーク値、及び反射波のレベルのピーク値が監視データ収集部１７５に送出される。

さらにＡ／Ｄ変換部１６からの進行波のレベルデータはタイミング解析部１７４にも送られる。そして、送信されるレーダ信号のパルス情報が取得され、その結果が監視データ収集部１７５に送られる。監視データ収集部１７５では、データ処理部１７内の各部で測定・取得された結果が一時保持され、編集された後、監視データとして送出される。なお、これらの測定タイミングの制御等については、特にレーダ送信に同期するように、外部からの送信情報信号に基づきデータ処理部１７内で生成したタイミング信号等により制御するものとしている。

以上説明したように、本実施例においては、進行波及び反射波のレベル測定に際し、給電線路の電気長に基づいた測定時間幅を設け、その時間幅の中でのピーク値を取得している。これにより、固定のタイミングでの測定時に発生しがちな測定結果のばらつきを抑えることができるとともに、特に発生部位からの到達タイミングの一定しない反射波については、そのピークレベルを確実に取得することができ、進行波電力、反射波電力、及びこれらに基づいたＶＳＷＲ等の監視データについて、その信頼性を確保し、向上することができる。また、上記した進行波電力、及び反射波電力の監視に加え、レーダ搬送波の監視に必要な、周波数及びパルス情報の監視についても、１つのＦＰＧＡ内に構成し、これら機能を単一モジュール化している。これにより装置全体を小型かつ軽量に構成することができる。従って、装置の規模を小型軽量化しつつ、監視データの信頼性を確保し向上させたレーダ搬送波監視装置を得ることができる。

図２は、本発明に係るレーダ搬送波監視装置の第２の実施例の構成を示すブロック図である。この第２の実施例について、図１に示した第１の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、進行波サンプリング部、及び反射波サンプリング部においてそれぞれ進行波及び反射波のピークレベルを取得する際に、第１の実施例においては、測定時間幅内でサンプリングした一連のレベルデータのピーク値をピークレベルとして取得したのに対し、第２の実施例においては、測定時間幅内でサンプリングした一連のレベルデータの移動平均値の最大値をピークレベルとして取得するようにした点である。以下、前出の図１、ならびに図２のブロック図及び図３の説明図を参照して、その相違点のみを説明する。

図２に例示したように、このレーダ搬送波監視装置２は、同一に構成された２つのプロテクタ／スイッチ部として、プロテクタ／スイッチ部（＃１）１１ａ及びプロテクタ／スイッチ部（＃２）１１ｂ、同一に構成された２つの分配器として、分配器（＃１）１２ａ及び分配器（＃２）１２ｂ、終端器１３、周波数変換部１４、同一に構成された２つの対数検波部として、対数検波部（＃１）１５ａ及び対数検波部（＃２）１５ｂ、Ａ／Ｄ変換部１６、ならびにデータ処理部１８を備えている。この中で、２つのプロテクタ／スイッチ部１１ａ及び１１ｂ、２つの分配器１２ａ及び１２ｂ、終端器１３、周波数変換部１４、２つの対数検波部１５ａ及び１５ｂ、ならびにＡ／Ｄ変換部１６は第１の実施例と同一に構成される。

データ処理部１８は、周波数変換部１４からの中間周波信号、Ａ／Ｄ変換部１６からの進行波及び反射波のレベルデータ、ならびに制御信号としての送信情報信号を受けとって監視データを収集する。ここに、データ処理部１８は、周波数カウンタ部１７１、進行波サンプリング部１８１、反射波サンプリング部１８２、タイミング解析部１７４、及び監視データ収集部１７５を備えている。周波数カウンタ部１７１、タイミング解析部１７４、及び監視データ収集部１７５は第１の実施例と同様に構成される。

進行波サンプリング部１８１及び反射波サンプリング部１８２は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換部１６からの進行波及び反射波のレベルデータの中から、レーダ信号の送信に同期し、かつ給電線路の電気長に基づき設定された測定時間幅内の一連のレベルデータをサンプリングするとともに、これらサンプリングした一連のレベルデータの移動平均値を算出し、その最大値を進行波及び反射波のそれぞれのピークレベルとして監視データ収集部１７５に送出する。移動平均によるピークレベルの算出過程を図３の説明図に例示する。

図３では、対象の測定時間幅内に１２個の一連のレベルデータＳＬ１〜ＳＬ１２がサンプリングされた状態を例示している。ここで、例えば連続する３つのレベルデータで移動平均を算出するものとすると、図３の事例では、まずＳＬ１〜ＳＬ３により第１の移動平均値ＡＶ１が算出され、次いでレベルデータの組み合わせを１サンプルずつ移動し、ＳＬ２〜ＳＬ４により第２の移動平均値ＡＶ２が、同様に順次第１０の移動平均値ＡＶ１０まで算出される。最大値の検索にあたっては、なるべく処理のリソースを圧迫しないように逐次比較方式で行うものとすると、まずＡＶ１を仮のピーク値とし、以降、移動平均値ＡＶ２〜ＡＶ１０のそれぞれが確定した段階で直前までのピーク値と比較して、ピーク値より移動平均値が大きい場合のみ、ピーク値を移動平均値に更新していく。そして、最終的なピーク値をピークレベルとして監視データ収集部１７５に送出する。

なお、この第２の実施例のレーダ搬送波監視装置２の動作については、進行波サンプリング部１８１、及び反射波サンプリング部１８２において、図３を用いて詳述した上記の動作によりそれぞれ進行波のピークレベル及び反射波のピークレベルが取得される点以外は、第１の実施例と同様であるので、省略する。

以上説明したように、本実施例においては、進行波及び反射波のレベル測定に際し、給電線路の電気長に基づいた測定時間幅を設け、その時間幅の中での一連のレベルデータを対象に、連続する複数のレベルデータの移動平均を算出し、その最大値をそれぞれのピークレベルとして取得している。従って、第１の実施例と同様な効果に加え、測定時のノイズや測定タイミングのゆらぎ等の誤差要因を軽減することができ、監視データとしての信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は、上記した実施形態そのままに限定されるものではなく、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、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１、２ レーダ搬送波監視装置
１１ａ、１１ｂ プロテクタ／スイッチ部
１２ａ、１２ｂ 分配器
１３ 終端器
１４ 周波数変換部
１５ａ、１５ｂ 対数検波部
１６ Ａ／Ｄ変換部
１７、１８ データ処理部
１７１ 周波数カウンタ部
１７２、１８１ 進行波サンプリング部
１７３、１８２ 反射波サンプリング部
１７４ タイミング解析部
１７５ 監視データ収集部

Claims (3)

1. 空中線への給電線路に挿入された方向性結合器から所定の結合レベルで取り出された進行波及び反射波に基づいて、この空中線からレーダ信号として送信される搬送波を監視するレーダ搬送波監視装置であって、
   前記方向性結合器からの進行波を周波数変換する周波数変換部と、
   この周波数変換部で周波数変換後の信号の周波数を取得する周波数カウンタ部と、
   前記方向性結合器で取り出された進行波及び反射波をそれぞれに対数検波する検波部と、
   この検波部で検波後の前記進行波及び反射波のレベルをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記給電線路の電気長に基づいて対象部位からの前記反射波の到達するタイミングを含むように設定された測定時間幅内における前記デジタル信号に変換後の進行波及び反射波をサンプリングしそれぞれのピークレベルを取得するサンプリング部と、
   前記デジタル信号に変換後の進行波に基づき前記レーダ信号のパルス情報を取得するタイミング解析部と、
   前記周波数カウンタ部、前記サンプリング部、及び前記タイミング解析部におけるそれぞれの取得結果を受けとって一時保持するとともに、所定のデータ形式に構成して出力する監視データ収集部と
   を有することを特徴とするレーダ搬送波監視装置。
2. 前記サンプリング部において前記デジタル信号に変換後の進行波及び反射波のピークレベルを取得する際は、前記測定時間幅内における連続する複数のサンプリング値の移動平均値の最大値をピークレベルとすることを特徴とする請求項１に記載のレーダ搬送波監視装置。
3. 前記周波数カウンタ部、前記サンプリング部、前記タイミング解析部、及び前記監視データ収集部をＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）により単一のモジュールに構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ搬送波監視装置。

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