JP2013253812A - パルスレーダ装置 - Google Patents

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【課題】狭帯域の不要波が入力された場合であっても、受信した反射波に基づいて目標を検出することができるパルスレーダ装置を提供する。
【解決手段】受信器5は、低雑音増幅器51と、周波数変換器52と、複数の帯域通過フィルタ54及び55と、真空容器59及び冷却装置510とを有する。低雑音増幅器51は、空中線により受信された受信信号を低雑音で増幅する。周波数変換器52は、低雑音増幅器51で低雑音増幅された受信信号の周波数を発振器4により生成される発振周波数に基づいて変換する。複数の帯域通過フィルタ54及び55は、超伝導素材で構成され、低雑音増幅器51により低雑音増幅された受信信号から帯域通過フィルタ54及び55のフィルタ特性に応じた周波数帯域成分を抽出する。真空容器59及び冷却装置510は、複数の帯域通過フィルタ54及び55を極低温で冷却し、超伝導状態にする。さらに、受信器5は、不要波成分を帯域通過フィルタ54及び55の少なくともいずれかで抑圧する。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、受信した反射波に基づいた信号から目標を検出するパルスレーダ装置に関する。
従来のパルスレーダ装置には、距離分解能向上のために、パルス圧縮技術が用いられている。パルス圧縮とは、パルス内を周波数掃引された送信波を空間へ放射し、この送信波が目標から反射された反射波を、送信の際の周波数特性に対応した周波数対遅延時間特性で復調することにより、復調後の反射波のパルス幅を送信波のパルス幅に比べ圧縮させる処理のことである。
パルス圧縮によれば、目標より反射される反射波は、復調時に周波数掃引幅に対応して積み上がる。一方で、反射波以外の受信波は、一般に復調しても積み上がらない。例えば、目標捜索時、地上等の平面にクラッタが混入した場合でも、クラッタによる受信波は積み上がらない。また、外部からの狭帯域の不要波を受けた場合でも、不要波は積み上がらない。このため、パルス圧縮を利用することにより、対クラッタ性能が向上し、対不要波性能が向上することになる。
ところで、上記に示すように、パルス圧縮では、不要波は積み上がらず、反射波は、√(チャープ波形の周波数掃引幅×送信パルス幅)に基づいて積み上がる。しかしながら、上記狭帯域の不要波は、反射波に比べ信号強度が非常に大きく、さらに、パルスの周波数掃引幅内に狭帯域の不要波が存在する場合、反射波に重畳される。このため、目標からの反射波は、不要波に埋もれてしまうため、復調後、目標を検出することが困難になる。
そこで、狭帯域の不要波に対応するため、パルスレーダ装置は、信号送信時の送信周波数を変える等、不要波の周波数を避けて送信波を送信するようにしている。これに対し、不要波の発信側は、パルスレーダ装置の送信周波数を追跡して不要波を送信する場合がある。このような場合、パルスレーダ装置は、送信周波数を繰り返し変更する必要が生じ、自身が送信可能な複数または全ての周波数を不要波の発信側に知られてしまうという問題があった。
特開2002−141704号公報
以上のように、従来のパルスレーダ装置は、不要波を避けるように送信周波数を繰り返し変更することにより、自身が送信可能な複数または全ての周波数を不要波の発信側に知られてしまうという問題があった。
そこで、目的は、狭帯域の不要波を受けた場合であっても、受信した反射波に基づいて目標を検出することが可能なパルスレーダ装置を提供することにある。
本実施形態によれば、パルスレーダ装置は、予め設定された周波数掃引幅で周波数変調されたチャープ波形の送信パルス信号が目標により反射された反射波を含む無線信号を、受信信号として受信する空中線と、前記空中線により受信された受信信号を増幅する増幅器と、前記増幅された受信信号の周波数を変換する周波数変換器と、極低温で冷却されて超伝導状態となることにより、前記周波数掃引幅を合わせて網羅する急峻な形状の複数のフィルタ特性を有し、前記周波数変換された受信信号に含まれる不要波を前記複数のフィルタ特性のいずれかに基づいて抑圧し、前記反射波を含む周波数帯域成分を抽出するフィルタ処理手段と、前記不要波が抑圧された周波数帯域成分に対して、前記フィルタ処理手段の周波数特性に対応した周波数対遅延時間特性でパルス圧縮処理を行い、復調結果を取得する復調処理手段と、前記復調結果に基づいて、目標を検出する検出処理手段とを具備する。
本実施形態に係るパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図1に示すパルスレーダ装置より出力される送信波の周波数特性を示す図である。 図1に示す帯域通過フィルタの周波数特性を示す図である。 図1に示す周波数掃引幅の半分を抽出する帯域通過フィルタの周波数特性を示す図である。 狭帯域で不要波を受けている場合における受信波の周波数特性の一例を示す図である。
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係るパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態のパルスレーダ装置は、送受信共用の空中線1と、送受切替器2と、送信器3と、発振器4と、受信器5と、信号処理器6とを備える。
送信器3は、パルス信号に図2に示す周波数掃引幅を有する周波数特性で周波数変調を加えたチャープ波形の送信パルス信号を生成する。送信器3により生成される送信パルス信号の周波数掃引幅は、パルスレーダ装置の距離分解能等から決まる。また、送信器3は、送信パルス信号を発振器4により生成される発振周波数に基づいてレーダ送信周波数に周波数変換を行う。また、送信器3は、送信パルス信号をパルスレーダ装置における信号の送信に必要な電力まで増幅する。送信器3は、送受切替器2及び空中線1を経て、送信処理を施した送信パルス信号を送信波として空間へ放射する。
送信波は、空間へ放射された後、目標により反射され、反射波としてパルスレーダ装置に到来する。受信器5は、空中線1及び送受切替器2を介して、反射波を含む無線信号を受信信号として受信する。
受信器5は、低雑音増幅器51と、周波数変換部52と、帯域通過フィルタ53〜55と、A/D変換部56〜58と、真空容器59と、冷却装置510とを有する。
低雑音増幅器51は、上記受信した受信信号を低雑音で増幅する。低雑音増幅器51は、低雑音増幅した受信信号を周波数変換部52へ送る。
周波数変換部52は、低雑音増幅器51により低雑音増幅された受信信号の周波数を発振器4により生成される発振周波数に基づいて受信器5で処理できる周波数帯である中間周波数(IF)帯に周波数変換する。周波数変換部52は、周波数変換した受信信号を帯域通過フィルタ53〜55へ送る。
帯域通過フィルタ53は、図3に示すフィルタ特性を持つ。図3に示す帯域通過フィルタ53のフィルタ特性は、送信パルス信号の周波数掃引幅と略一致する周波数帯域幅を有する。帯域通過フィルタ53は、周波数変換部52により周波数変換された受信信号を入力し、入力された受信信号から帯域通過フィルタ53のフィルタ特性に応じた周波数帯域成分を抽出する。帯域通過フィルタ53は、抽出した周波数帯域成分を第1の抽出信号としてA/D変換部56へ送る。
帯域通過フィルタ54は、真空容器59に収容され、冷却装置510により極低温で冷却される。帯域通過フィルタ54は、極低温で冷却されることにより、超伝導状態となる超伝導素材で構成される。帯域通過フィルタ54は、図4の実線で示すフィルタ特性を持つ。図4に示す帯域通過フィルタ54のフィルタ特性は、送信パルス信号の周波数掃引幅の半分と略一致する周波数帯域幅を有し、周波数帯域が周波数掃引幅内の低周波側に位置するように設定される。また、帯域通過フィルタ54のフィルタ特性は、その形状が急峻となるように設定されている。本実施形態において、急峻とは、周波数掃引幅内で、後述の帯域通過フィルタ55及び帯域通過フィルタ54それぞれのフィルタ特性の周波数帯域が互いに重ならず、帯域通過フィルタ54及び55のフィルタ特性の周波数帯域を合わせた周波数帯域幅と送信パルス信号の周波数掃引幅とが略一致する程度に周波数特性の立ち上がり及び立ち下がりの幅が狭いことをいう。急峻なフィルタ特性の形状は、帯域通過フィルタ54が、極低温で冷却され、超伝導状態となることにより実現する。
帯域通過フィルタ54は、周波数変換部52により周波数変換された受信信号を入力し、入力された受信信号から帯域通過フィルタ54のフィルタ特性に応じた周波数帯域成分を抽出する。帯域通過フィルタ54は、抽出した周波数帯域成分を第2の抽出信号としてA/D変換部57へ送る。
帯域通過フィルタ55は、真空容器59に収容され、冷却装置510により極低温で冷却される。帯域通過フィルタ55は、極低温で冷却されることにより、超伝導状態となる超伝導素材で構成される。帯域通過フィルタ55は、図4に示す破線のフィルタ特性を持つ。図4に示す帯域通過フィルタ55のフィルタ特性は、送信パルス信号の周波数掃引幅の半分と略一致する周波数帯域幅を有し、周波数帯域が周波数掃引幅内の高周波側に位置するように設定される。帯域通過フィルタ55のフィルタ特性は、帯域通過フィルタ54と同様に、その形状が急峻となるように設定されている。急峻なフィルタ特性の形状は、帯域通過フィルタ55が、極低温で冷却され、超伝導状態となることにより実現する。帯域通過フィルタ55は、周波数変換部52により周波数変換された受信信号を入力し、入力された受信信号から帯域通過フィルタ55のフィルタ特性に応じた周波数帯域成分を抽出する。帯域通過フィルタ55は、抽出した周波数帯域成分を第3の抽出信号としてA/D変換部58へ送る。
A/D変換部56は、帯域通過フィルタ53により抽出された第1の抽出信号をデジタル形式の第1のデジタル信号に変換する。A/D変換部56は、第1のデジタル信号を信号処理部6へ送る。
A/D変換部57は、帯域通過フィルタ54により抽出された第2の抽出信号をデジタル形式の第2のデジタル信号に変換する。A/D変換部57は、第2のデジタル信号を信号処理部6へ送る。
A/D変換部58は、帯域通過フィルタ55により抽出された第3の抽出信号をデジタル形式の第3のデジタル信号に変換する。A/D変換部58は、第3のデジタル信号を信号処理部6へ送る。
信号処理器6は、復調部61〜63と、目標検出部64〜66とを有する。
復調部61は、帯域通過フィルタ53の周波数特性に対応した周波数対遅延時間特性で、第1のデジタル信号のパルス圧縮処理を行い、第1の復調結果を取得する。復調部61は、第1の復調結果を目標検出部64へ送る。
復調部62は、帯域通過フィルタ54の周波数特性に対応した周波数対遅延時間特性で、第2のデジタル信号のパルス圧縮処理を行い、第2の復調結果を取得する。復調部62は、第2の復調結果を目標検出部65へ送る。
復調部63は、帯域通過フィルタ55の周波数特性に対応した周波数対遅延時間特性で、第3のデジタル信号のパルス圧縮処理を行い、第3の復調結果を取得する。復調部63は、第3の復調結果を目標検出部66へ送る。
目標検出部64は、復調部61からの第1の復調結果に基づいて、目標を検出する。
目標検出部65は、復調部62からの第2の復調結果に基づいて、目標を検出する。
目標検出部66は、復調部63からの第3の復調結果に基づいて、目標を検出する。
次に、図5に示す狭帯域の不要波及び反射波を含む無線信号を受信信号として受信した場合の受信器5及び信号処理器6の動作について説明する。
受信器5は、帯域通過フィルタ53に、図5で示す受信信号を通過させることにより、帯域通過フィルタ53のフィルタ特性に応じた周波数帯域成分を第1の抽出信号として抽出する。このとき、狭帯域の不要波成分は、図3に示す帯域通過フィルタ53の周波数特性では抑圧されず、第1の抽出信号に含まれる。受信器5は、第1の抽出信号を信号処理器6へ送る。
信号処理器6は、復調部61により、帯域通過フィルタ53の周波数特性に対応した周波数対遅延時間特性で、第1の抽出信号のパルス圧縮処理を行い、第1の復調結果を取得する。第1の抽出信号には不要波成分が含まれるため、第1の復調結果における反射波成分は不要波成分に埋もれてしまい、目標検出部64は、反射波成分から目標を検出することができない。
また、受信器5は、帯域通過フィルタ54に、図5で示す受信信号を通過させることにより、帯域通過フィルタ54のフィルタ特性に応じた周波数帯域成分を第2の抽出信号として抽出する。このとき、狭帯域の不要波成分は、図4の実線で示す帯域通過フィルタ54の周波数特性では抑圧されず、第2の抽出信号に含まれる。受信器5は、第2の抽出信号を信号処理器6へ送る。
信号処理器6は、復調部62により、帯域通過フィルタ54の周波数特性に対応した周波数対遅延時間特性で、第2の抽出信号のパルス圧縮処理を行い、第2の復調結果を取得する。第2の抽出信号には不要波成分が含まれるため、第2の復調結果における反射波成分は不要波成分に埋もれてしまい、目標検出部65は、反射波成分から目標を検出することができない。
また、受信器5は、帯域通過フィルタ55に、図5で示す受信信号を通過させることにより、帯域通過フィルタ55のフィルタ特性に応じた周波数帯域成分を第3の抽出信号として抽出する。このとき、狭帯域の不要波成分は図4の破線で示す帯域通過フィルタ55の周波数特性により抑圧され、第3の抽出信号には不要波成分が含まれない。受信器5は、第3の抽出信号を信号処理器6へ送る。
信号処理部6は、復調部63により、帯域通過フィルタ55の周波数特性に対応した周波数対遅延時間特性で、第3の抽出信号のパルス圧縮処理を行い、第3の復調結果を取得する。第3の抽出信号には不要波成分が含まれないため、目標検出部66は、第3の復調結果に基づいて、目標を検出することができる。
なお、帯域通過フィルタ55は、上記送信パルス信号の周波数掃引幅の半分と略一致する周波数帯域幅を有するため、帯域通過フィルタ55により抽出される第3の抽出信号は、第1の抽出信号に比べ、信号対ノイズ比で1/2の信号となり、復調後の反射波のパルス幅は2倍となる。
以上のように、上記実施形態におけるパルスレーダ装置は、極低温で冷却され、超伝導状態となる複数の帯域通過フィルタ54及び55が、周波数掃引幅内でそれぞれ急峻な形状となるフィルタ特性を有し、帯域通過フィルタ54及び55のいずれかの周波数特性により、不要波成分を抑圧する。復調部62及び63のいずれかは、不要波成分が抑圧された周波数帯域成分に対して、帯域通過フィルタ54及び55のいずれかの周波数特性に対応した周波数対遅延時間特性でパルス圧縮処理を行い、復調結果を取得する。これにより、パルスレーダ装置は、復調結果に基づいて目標検出部65及び66のいずれかで、目標を検出することが可能となる。
したがって、パルスレーダ装置は、狭帯域の不要波が入力された場合であっても、複数の帯域通過フィルタのいずれかにより不要波成分を抑圧するようにしているため、復調結果に基づいて目標を検出することができる。
また、本実施形態のパルスレーダ装置では、従来のパルスレーダ装置のように、信号送信時の送信周波数を変える必要がない。これにより、パルスレーダ装置は、不要波の発信側に送信周波数を追跡して妨害されることがなくなるため、自身が有する送信可能な周波数を不要波の発信側に知られることがない。
ここで、上記空中線1は、移相器を使用しない機械回転式のリフレクタアンテナ及びアンテナ素子ごとやサブアレイごとに移相器を有するフェーズドアレイアンテナのいずれにも適用可能である。また、パッシブアレイアンテナ及びアクティブアレイアンテナのいずれにも適用可能である。
また、上記実施形態では、距離分解能を保つため、帯域通過フィルタ53、A/D変換部56、復調器61及び目標検出部64で構成される受信系統を有するが、復調後の反射波のパルス幅が2倍となり、距離分解能が低下しても問題ない場合、帯域通過フィルタ53、A/D変換部56、復調器61及び目標検出部64で構成される受信系統を有していなくても良い。
また、本実施形態では、2つの帯域通過フィルタ54及び55を有し、周波数掃引幅内に2つの周波数特性を持つ場合について示しているが、3つ以上の帯域通過フィルタを有し、周波数掃引幅内に3つ以上の周波数特性を持っていても良い。
また、図1では、真空容器59及び冷却装置510により、帯域通過フィルタ54及び55のみを極低温に冷却しているが、帯域通過フィルタ54及び55だけでなく、帯域通過フィルタ53も超伝導素材で構成され、さらに低雑音増幅器51、周波数変換部52、帯域通過フィルタ53〜55及びA/D変換部56〜58を備える受信器5を真空容器59に収容し、冷却装置510で極低温に冷却しても良い。
以上、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。
1…空中線、2…送受切替器、3…送信器、4…発振器、5…受信器、51…低雑音増幅器、52…周波数変換部、53〜55…帯域通過フィルタ、56〜58…A/D変換部、59…真空容器、510…冷却装置、6…信号処理部、61〜63…復調部、64〜66…目標検出部。

Claims (4)

  1. 予め設定された周波数掃引幅で周波数変調されたチャープ波形の送信パルス信号が目標により反射された反射波を含む無線信号を、受信信号として受信する空中線と、
    前記空中線により受信された受信信号を増幅する増幅器と、
    前記増幅された受信信号の周波数を変換する周波数変換器と、
    極低温で冷却されて超伝導状態となることにより、前記周波数掃引幅を合わせて網羅する急峻な形状の複数のフィルタ特性を有し、前記周波数変換された受信信号に含まれる不要波を前記複数のフィルタ特性のいずれかに基づいて抑圧し、前記反射波を含む周波数帯域成分を抽出するフィルタ処理手段と、
    前記不要波が抑圧された周波数帯域成分に対して、前記フィルタ処理手段の周波数特性に対応した周波数対遅延時間特性でパルス圧縮処理を行い、復調結果を取得する復調処理手段と、
    前記復調結果に基づいて、目標を検出する検出処理手段と
    を具備することを特徴とするパルスレーダ装置。
  2. 前記フィルタ処理手段は、前記送信パルス信号の周波数掃引幅内で、フィルタ特性の周波数帯域が互いに重ならず、フィルタ特性の周波数帯域を合わせた周波数帯域幅と前記送信パルス信号の周波数掃引幅とが略一致する程度に、急峻な形状の複数のフィルタ特性を有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. 前記フィルタ処理手段を極低温に冷却する冷却手段とを具備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。
  4. 前記送信パルス信号の周波数掃引幅と略一致するフィルタ特性の周波数帯域幅を有する帯域通過フィルタと、
    前記帯域通過フィルタにより抽出された周波数帯域成分のパルス圧縮処理を行う復調部と、
    前記復調部によりパルス圧縮処理された復調結果に基づいて、目標を検出する目標検出部と
    を具備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。
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