JP2012068169A - レーダ装置及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 観測のリアルタイム性が維持でき、ブランク領域の発生を抑えることが可能なレーダ装置及びこの装置に用いられる信号処理方法を提供する。
【解決手段】 レーダ装置は、多重パルス生成部、送受信部及びアンテナを具備する。多重パルス生成部は、第１の変調方式で変調した第１の変調パルス信号の終端部に、前記第１の変調方式と相関性が低い第２の変調方式で変調した第２の変調パルス信号を重畳した多重パルス信号を、指定された周期で生成する。送受信部は、前記多重パルス生成部からの多重パルス信号の周波数を変換し、前記多重パルス信号の振幅を増幅して送信パルス信号を生成する。アンテナは、前記送受信部からの前記送信パルス信号を送信する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、気象防災に資する気象レーダ装置等のレーダ装置及びこの装置で用いられる信号処理方法に関する。

アンテナからパルス状の電波を放射し、雨粒等の目標物で反射して戻ってきたエコー信号のドップラ成分を解析することで目標物の強度及び速度を算出するレーダ装置が提案されている。この種のレーダ装置は、パルス信号を送信するための送信期間と、送信したパルス信号のエコー信号を受信するための受信期間とをパルス信号毎に設ける。そして、レーダ装置は、送信期間と受信期間とを予め設定された繰返し期間の間繰り返し、目標物の強度及び速度を算出する。

しかしながら、従来のレーダ装置では、長距離探知用の長パルス及び短距離探知用の短パルスを送信しようとする場合、長パルス及び短パルス毎に送信期間及び受信期間を追加する必要がり、繰返し期間が増大することとなる。これにより、観測のリアルタイム性が損なわれるおそれがある。また、この種のレーダ装置では、電波の放射中はエコー信号を受信することが不可能であるため、観測することが不可能なブランク領域が発生してしまうことがある。

特開２００２−１３９５６５号公報

以上のように、従来のレーダ装置では、観測のリアルタイム性が損なわれるおそれ、及び、ブランク領域が発生してしまうおそれがあるという問題がある。

そこで、目的は、観測のリアルタイム性が維持でき、ブランク領域の発生を抑えることが可能なレーダ装置及びこの装置に用いられる信号処理方法を提供することにある。

実施形態によれば、レーダ装置は、多重パルス生成部、送受信部及びアンテナを具備する。多重パルス生成部は、第１の変調方式で変調した第１の変調パルス信号の終端部に、前記第１の変調方式と相関性が低い第２の変調方式で変調した第２の変調パルス信号を重畳した多重パルス信号を、指定された周期で生成する。送受信部は、前記多重パルス生成部からの多重パルス信号の周波数を変換し、前記多重パルス信号の振幅を増幅して送信パルス信号を生成する。アンテナは、前記送受信部からの前記送信パルス信号を送信する。

実施形態のレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。 図１の多重パルス生成部が生成する多重パルス信号を示す図である。 図１のアンテナに到来する第１及び第２のエコー信号を示す図である。 図１のフィルタにより抽出される第１及び第２のデジタル信号を示す図である。 図１のレーダ装置が送信パルス信号を送信する際の動作を示すフローチャートである。 図１のレーダ装置が第１及び第２のエコー信号を受信する際の動作を示すフローチャートである。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置は、信号処理部１１、多重パルス生成部１２、デジタル−アナログ変換部１３、送受信部１４、アンテナ１５、アナログ−デジタル変換部１６、分配部１７、フィルタ１８−１，１８−２、検波部１９−１，１９−２及び復調部１１０−１，１１０−２を具備する。

多重パルス生成部１２は、互いに相関性の低い少なくとも２種類の変調方式を記録している。第１の変調方式は、波長の長い長距離探知用の第１の変調パルス信号を生成するための変調方式である。また、第２の変調方式は、波長の短い短距離探知用の第２の変調パルス信号を生成するための変調方式である。多重パルス生成部１２は、信号処理部１１からの指示に応じて、図２に示す多重パルス信号を生成する。多重パルス生成部１２は、信号処理部１１からの変調選択信号により第１又は第２の変調方式を選択する。多重パルス生成部１２は、信号処理部１１からの送信トリガを受信したタイミングで、第１の変調パルス信号の終端に、第２の変調パルス信号を重畳して多重パルス信号を生成する。信号処理部１１は、予め設定された繰返し期間に複数の多重パルス信号が生成され、生成された多重パルス信号毎に受信期間が設けられる様に、多重パルス生成部１２に対して送信トリガを出力する。生成された多重パルス信号は、デジタル−アナログ変換部１３へ出力される。

デジタル−アナログ変換部１３は、多重パルス生成部１２からの多重パルス信号をアナログ信号に変換し、送受信部１４へ出力する。

送受信部１４は、デジタル−アナログ変換部１３からのアナログ信号の周波数を無線周波数帯に変換する。送受信部１４は、半導体による電力増幅器を備え、無線周波数帯に変換されたアナログ信号の振幅をこの電力増幅器により増幅し、アンテナ１５から送信パルス信号として送信する。ここで、半導体による電力増幅器は、従来用いられていたマグネトロンによる電力増幅器よりも送信電力は小さいが、周波数安定度が高いという特徴がある。

アンテナ１５から送信された送信パルス信号は、雨粒等の目標物に当たり第１及び第２のエコー信号として戻ってくる。第１のエコー信号は第１の変調パルス信号に由来するものであり、第２のエコー信号は第２の変調パルス信号に由来するものである。ここで、第１及び第２のエコー信号は、送信周波数に応じて離れた周波数になる。図３は、レーダ装置に到来する第１及び第２のエコー信号の周波数の違いを概念的に示した図である。図３に示すように、第１のエコー信号の周波数は周波数Ａであり、第２のエコー信号の周波数は周波数Ｂとなる。アンテナ１５は、第１及び第２のエコー信号を受信し、送受信部１４へ出力する。なお、アンテナ１５では、送信パルス信号を送信している間は、第１及び第２のエコー信号を受信することができない。

送受信部１４は、アンテナ１５からの第１及び第２のエコー信号の振幅を増幅し、周波数を中間周波数帯に変換することで、第１及び第２のＩＦ（Intermediate Frequency）信号を生成する。送受信部１４は、第１及び第２のＩＦ信号をアナログ−デジタル変換部１６へ出力する。アナログ−デジタル変換部１６は、第１及び第２のＩＦ信号を第１及び第２のデジタル信号に変換し、分配部１７へ出力する。分配部１７は、アナログ−デジタル変換部１６からの第１及び第２のデジタル信号を２つに分配し、一方をフィルタ１８−１へ供給し、他方をフィルタ１８−２へ供給する。

フィルタ１８−１は、分配部１７からの第１及び第２のデジタル信号のうち、第１のデジタル信号のみを通過させるように、フィルタ特性が予め設定されている。フィルタ１８−１は、通過させた第１のデジタル信号を検波部１９−１へ出力する。フィルタ１８−２は、分配部１７からの第１及び第２のデジタル信号のうち、第２のデジタル信号のみを通過させるように、フィルタ特性が予め設定されている。フィルタ１８−２は、通過させた第２のデジタル信号を検波部１９−２へ出力する。図４は、フィルタ１８−１，１８−２により第１及び第２のデジタル信号が抽出される際の概念図を示す。

検波部１９−１は、フィルタ１８−１からの第１のデジタル信号を検波し、第１のベースバンド信号を生成する。復調部１１０−１は、検波部１９−１からの第１のベースバンド信号を、第１の変調方式に基づいて復調し、第１の復調信号を信号処理部１１へ出力する。

検波部１９−２は、フィルタ１８−２からの第２のデジタル信号を検波し、第２のベースバンド信号を生成する。復調部１１０−２は、検波部１９−２からの第２のベースバンド信号を、第２の変調方式に基づいて復調し、第２の復調信号を信号処理部１１へ出力する。

信号処理部１１は、復調部１１０−１，１１０−２からの第１及び第２の復調信号を受け取り、それぞれの信号処理を行う。例えば、第１の復調信号に基づいて遠方に位置する目標物の強度及び速度を算出し、第２の復調信号に基づいて近傍に位置する目標物の強度及び速度を算出する。

次に、以上のように構成されたレーダ装置による送信パルス信号の送信方法及びエコー信号の受信方法を詳細に説明する。

図５は、本実施形態に係るレーダ装置が送信パルス信号を送信する際の動作を示すフローチャートである。

まず、信号処理部１１は、予め設定された繰返し期間に複数の多重パルス信号が生成され、生成された多重パルス信号毎に受信期間を設ける様に、送信トリガを多重パルス生成部１２へ出力する（ステップＳ５１）。ここで、多重パルス生成部１２では、信号処理部１１からの変調選択信号により第１及び第２の変調方式が予め選択されている。多重パルス生成部１２は、送信トリガを受信したタイミングで、第１及び第２の変調パルス信号から多重パルス信号を生成する（ステップＳ５２）。

多重パルス信号はデジタル−アナログ変換部１３でデジタル信号に変換された後、送受信部１４で周波数変換及び増幅され（ステップＳ５３）、アンテナ１５から送信パルス信号として送信される（ステップＳ５４）。

図６は、本実施形態に係るレーダ装置が第１及び第２のエコー信号を受信する際の動作を示すフローチャートである。

まず、アンテナ１５は、到来する第１及び第２のエコー信号を受信する（ステップＳ６１）。第１及び第２のエコー信号は、送受信部１４で増幅及び周波数変換され、第１及び第２のＩＦ信号として出力される（ステップＳ６２）。第１及び第２のＩＦ信号は、アナログ−デジタル変換部１６で第１及び第２のデジタル信号に変換され、分配部１７でそれぞれ２つに分配される（ステップＳ６３）。

分配された第１及び第２のデジタル信号は、フィルタ１８−１，１８−２それぞれで帯域通過処理が行われ、フィルタ１８−１からは第１のデジタル信号が出力され、フィルタ１８−２からは第２のデジタル信号が出力される（ステップＳ６４）。

第１のデジタル信号は、検波部１９−１で検波され、復調部１１０−１で第１の変調方式に基づいて復調され、第１の復調信号として信号処理部１１へ出力される。また、第２のデジタル信号は、検波部１９−２で検波され、復調部１１０−２で第２の変調方式に基づいて復調され、第２の復調信号として信号処理部１１へ出力される（ステップＳ６５）。

以上のように、上記実施形態では、多重パルス生成部１２により、第１の変調パルス信号の終端に第２の変調パルス信号を重畳した多重パルス信号を生成するようにしている。これにより、送信パルス信号の送信中に第２の変調パルス信号に由来する第２のエコー信号が戻ってくることがなくなる。このため、本実施形態に係るレーダ装置によれば、ブランク領域の発生を抑えることが可能となる。なお、ブランク領域とは、アンテナ１５から送信パルス信号を送信している間に戻ってきた第２のエコー信号により観測されるはずであった領域を示す。

また、上記実施形態では、アンテナ１５は、第１及び第２の変調パルス信号を重畳させた送信パルス信号を送信し、信号処理部１１により設定された受信期間中に第１及び第２のエコー信号をまとめて受信する。そして、フィルタ１８−１は第１及び第２のエコー信号のうち、第１のエコー信号に応じた成分のみを抽出し、フィルタ１８−２は第１及び第２のエコー信号のうち、第２のエコー信号に応じた成分のみを抽出するようにしている。これにより、第１及び第２の変調パルス信号が重畳された送信パルス信号を送信する場合であっても、第１及び第２のエコーをそれぞれ分離させて処理することが可能となる。このため、従来のように、長距離探知用の長パルス及び短距離探知用の短パルス毎に送信期間及び受信期間を設ける必要がなくなる。つまり、従来に比べ、繰返し期間の増大を抑えることが可能であり、観測のリアルタイム性の低下を抑えることが可能となる。さらに、繰返し期間の増大を抑えることが可能であるため、送信電力の低減も期待できる。

また、上記実施形態では、多重パルスの振幅を、送受信部１４に設けられた半導体を用いた電力増幅器で増幅するようにしている。送信パルス信号は、第１及び第２の変調パルス信号を多重して成るものであり、複雑な周波数を有する。半導体を用いた電力増幅器ならば、このような複雑な周波数の送信パルス信号であっても、正確に振幅を増幅することが可能である。

したがって、本実施形態に係るレーダ装置によれば、観測のリアルタイム性が維持でき、ブランク領域の発生を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、長距離探知用の第１の変調パルス信号と、短距離探知用の第２の変調パルス信号とを多重する場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定される訳ではない。例えば、短距離探知用の変調パルス信号同士を重畳する様にしても構わない。

また、上記実施形態では、２つの変調パルス信号を重畳する例について説明したが、本実施形態はこれに限定される訳ではない。例えば、３つの変調パルス信号を多重する様にしても構わない。

また、本実施形態では、デジタル−アナログ変換部１３及びアナログ−デジタル変換部１６が具備される例について説明したが、これらは必要不可欠なものではない。例えば、多重パルス信号の生成処理、変調・復調処理等がアナログ処理で行われる場合には、デジタル−アナログ変換部１３及びアナログ−デジタル変換部１６は不要である。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１…信号処理部
１２…多重パルス生成部
１３…デジタル−アナログ変換部
１４…送受信部
１５…アンテナ
１６…アナログ−デジタル変換部
１７…分配部
１８−１，１８−２…フィルタ
１９−１，１９−２…検波部
１１０−１，１１０−２…復調部

Claims (9)

1. 第１の変調方式で変調した第１の変調パルス信号の終端部に、前記第１の変調方式と相関性が低い第２の変調方式で変調した第２の変調パルス信号を重畳した多重パルス信号を、指定された周期で生成する多重パルス生成部と、
   前記多重パルス生成部からの多重パルス信号の周波数を変換し、前記多重パルス信号の振幅を増幅して送信パルス信号を生成する送受信部と、
   前記送受信部からの前記送信パルス信号を送信するアンテナと
   を具備することを特徴とするレーダ装置。
2. 前記アンテナは、前記送信パルス信号のうち前記第１の変調パルス信号成分が目標物で反射された第１のエコー信号と、前記第２の変調パルス信号成分が目標物で反射された第２のエコー信号とを受信し、
   前記送受信部は、前記アンテナで受信された前記第１及び第２のエコー信号に対して受信処理を行い、第１及び第２の受信信号に変換し、
   前記第１の受信信号を通過させるための第１のフィルタ特性が予め設定され、前記第１のフィルタ特性により、前記第１及び第２の受信信号から前記第１の受信信号のみを通過させる第１のフィルタと、
   前記第１の変調方式に基づいて、前記第１のフィルタからの前記第１の受信信号を復調する第１の復調部と、
   前記第２の受信信号を通過させるための第２のフィルタ特性が予め設定され、前記第２のフィルタ特性により、前記第１及び第２の受信信号から前記第２の受信信号のみを通過させる第２のフィルタと、
   前記第２の変調方式に基づいて、前記第２のフィルタからの前記第２の受信信号を復調する第２の復調部と
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 予め設定された第１の変調方式で変調した第１の変調パルス信号の終端部に、前記第１の変調方式と相関性が低い第２の変調方式で変調した第２の変調パルス信号を重畳した多重パルス信号が、送信パルス信号に変換されて送信され、前記送信パルス信号のうち前記第１の変調パルス信号成分が目標物で反射された第１のエコー信号と、前記第２の変調パルス信号成分が目標物で反射された第２のエコー信号とを受信するレーダ装置において、
   前記第１及び第２のエコー信号を受信するアンテナと、
   前記アンテナで受信された前記第１及び第２のエコー信号に対して受信処理を行い、第１及び第２の受信信号に変換する送受信部と、
   前記第１の受信信号を通過させるための第１のフィルタ特性が予め設定され、前記第１のフィルタ特性により、前記第１及び第２の受信信号から前記第１の受信信号のみを通過させる第１のフィルタと、
   前記第１の変調方式に基づいて、前記第１のフィルタからの前記第１の受信信号を復調する第１の復調部と、
   前記第２の受信信号を通過させるための第２のフィルタ特性が予め設定され、前記第２のフィルタ特性により、前記第１及び第２の受信信号から前記第２の受信信号のみを通過させる第２のフィルタと、
   前記第２の変調方式に基づいて、前記第２のフィルタからの前記第２の受信信号を復調する第２の復調部と
   を具備することを特徴とするレーダ装置。
4. 前記第１の変調パルス信号は、波長が長く、遠距離探知に用いられ、
   前記第２の変調パルス信号は、波長が短く、近距離探知に用いられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーダ装置。
5. 前記送受信部は、半導体による電力増幅器を備え、前記電力増幅器により前記多重パルス信号の振幅を増幅することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
6. 多重パルス生成部により、第１の変調方式で変調した第１の変調パルス信号の終端部に、前記第１の変調方式と相関性が低い第２の変調方式で変調した第２の変調パルス信号を重畳した多重パルス信号を、指定された周期で生成し、
   送受信部により、前記多重パルス信号の周波数を変換し、
   前記送受信部により、前記周波数変換を施した多重パルス信号の振幅を増幅して送信パルス信号を生成し、
   アンテナにより、前記送信パルス信号を送信することを特徴とする信号処理方法。
7. 前記アンテナにより、前記送信パルス信号のうち前記第１の変調パルス信号成分が目標物で反射された第１のエコー信号と、前記第２の変調パルス信号成分が目標物で反射された第２のエコー信号とを受信し、
   前記送受信部により、前記アンテナで受信された前記第１及び第２のエコー信号に対して受信処理を行い、第１及び第２の受信信号に変換し、
   前記第１の受信信号を通過させるための第１のフィルタ特性が予め設定された第１のフィルタにより、前記第１及び第２の受信信号から前記第１の受信信号のみを通過させ、
   前記第２の受信信号を通過させるための第２のフィルタ特性が予め設定された第２のフィルタにより、前記第１及び第２の受信信号から前記第２の受信信号のみを通過させ、
   第１の復調部により、前記第１の変調方式に基づいて、前記第１のフィルタからの前記第１の受信信号を復調し、
   第２の復調部により、前記第２の変調方式に基づいて、前記第２のフィルタからの前記第２の受信信号を復調することを特徴とする請求項６記載の信号処理方法。
8. 予め設定された第１の変調方式で変調した第１の変調パルス信号の終端部に、前記第１の変調方式と相関性が低い第２の変調方式で変調した第２の変調パルス信号を重畳した多重パルス信号が、送信パルス信号に変換されて送信され、前記送信パルス信号のうち前記第１の変調パルス信号成分が目標物で反射された第１のエコー信号と、前記第２の変調パルス信号成分が目標物で反射された第２のエコー信号とを受信するレーダ装置で用いられる信号処理方法において、
   アンテナにより、前記第１及び第２のエコー信号を受信し、
   送受信部により、前記アンテナで受信された前記第１及び第２のエコー信号に対して受信処理を行い、第１及び第２の受信信号に変換し、
   前記第１の受信信号を通過させるための第１のフィルタ特性が予め設定された第１のフィルタにより、前記第１及び第２の受信信号から前記第１の受信信号のみを通過させ、
   前記第２の受信信号を通過させるための第２のフィルタ特性が予め設定された第２のフィルタにより、前記第１及び第２の受信信号から前記第２の受信信号のみを通過させ、
   第１の復調部により、前記第１の変調方式に基づいて、前記第１のフィルタからの前記第１の受信信号を復調し、
   第２の復調部により、前記第２の変調方式に基づいて、前記第２のフィルタからの前記第２の受信信号を復調することを特徴とする信号処理方法。
9. 前記第１の変調パルス信号は、波長が長く、遠距離探知に用いられ、
   前記第２の変調パルス信号は、波長が短く、近距離探知に用いられることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の信号処理方法。

Images