JP2013253812A

JP2013253812A - パルスレーダ装置

Info

Publication number: JP2013253812A
Application number: JP2012128199A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nakamura; 隆之中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2013-12-19

Abstract

【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

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。
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。
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。
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。