JP2014115095A - 送受信装置、送受信方法及び送受信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】パルス圧縮方式を用いる送受信装置において、送信部及び受信部の両方で生じる信号歪み量による送受信性能の劣化を防止する。
【解決手段】キャリブレーション・パス部によって送信部から受信部にキャリブレーション・パスされたキャリブレーション信号が、信号抜出部４１により歪み補償部４２に与えられる。歪み補償部４２の歪み量検出部７６は、キャリブレーション信号の信号歪み量を検出する。歪み補償部４２の補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８は、歪み量検出部７６が検出した信号歪み量を用いて第１パルス圧縮フィルタ係数格納部３７に格納されている第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）を補正して第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を生成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、パルス圧縮方式を用いてパルス信号を送受信する送受信装置、送受信方法及び送受信プログラムに関する。

送受信装置の一つであるパルス圧縮レーダ装置は、送信部においてパルス信号に特殊な変調を施した長いパルス信号を送信し、受信部において受信されたパルス信号をパルス圧縮処理により短パルスに変換する。例えば、特許文献１（特開２００８−１７５５５２号公報）には、パルス圧縮レーダ装置のパルス圧縮フィルタに用いられる圧縮係数（パルス圧縮フィルタ係数）を送信信号から窓関数を使って得ることによりレンジサイドローブを低減する技術が開示されている。

ところで、このようなパルス圧縮方式において用いられるパルス圧縮フィルタ係数は、送信部及び受信部においてパルス信号が歪みなく送受信されることを前提として設定されているのが一般的である。そのため、送信部や受信部でパルス信号が歪むとパルス圧縮フィルタで正確なパルス圧縮ができなくなり、レンジサイドローブの増加など送受信性能の劣化につながる。

この発明の目的は、パルス圧縮方式を用いる送受信装置において、送信部及び受信部で生じる信号歪み量による送受信性能の劣化を低減することである。

上記課題を解決するための送受信装置は、アンテナと、アンテナからパルス信号を送信する送信部と、アンテナで受信されるパルス信号をパルス圧縮処理により復調する受信部とを備える送受信装置であって、送信部は、送信するパルス信号の波形を記憶するパルス信号波形記憶部と、送信するパルス信号の電力を増幅する電力増幅器を有し、受信部は、パルス信号波形記憶部に記憶されたパルス信号に基づいて生成される第１パルス圧縮フィルタ係数を格納している第１パルス圧縮フィルタ係数格納部と、電力増幅器で増幅されたパルス信号をキャリブレーション信号として受信部に入力するキャリブレーション・パス部と、電力増幅器で増幅される前のパルス信号に対するキャリブレーション信号の歪み量を算出し、歪み量を用いて第１パルス圧縮フィルタ係数を補正して第２パルス圧縮フィルタ係数を生成する歪み補償部と、第２パルス圧縮フィルタ係数を用いて受信されたパルス信号をパルス圧縮処理により復調するパルス圧縮フィルタと、を有するものである。

この送受信装置によれば、送信部及び受信部で信号歪みが生じたパルス信号をパルス圧縮フィルタにおいて第２パルス圧縮フィルタ係数を用いてパルス圧縮処理した結果は、送信部及び受信部で信号歪みが生じないと仮定して送受信されたパルス信号をパルス圧縮フィルタにおいて第１パルス圧縮フィルタ係数を用いてパルス圧縮処理した結果に近いものになる。このように送信部及び受信部で生じる信号歪みを考慮して、歪み補償部において補正された第２パルス圧縮フィルタ係数を用いることで、信号歪みによるエコー信号のパルス圧縮波形の劣化を低減することができる。

上記課題を解決するための送受信方法は、アンテナからパルス信号を送信する送信ステップと、アンテナで受信されるパルス信号をパルス圧縮処理により復調する受信ステップと、からなる送受信方法であって、送信ステップは、記憶された送信するパルス信号の波形を読み出すパルス信号読出しステップと、送信するパルス信号の電力を増幅する電力増幅ステップと、を含み、受信ステップは、記憶された送信するパルス信号の波形に基づいて生成される第１パルス圧縮フィルタ係数を読み出す第１パルス圧縮フィルタ係数読出しステップと、電力増幅ステップで増幅されたパルス信号をキャリブレーション信号として取込むキャリブレーション信号取込みステップと、電力増幅ステップで増幅される前のパルス信号に対するキャリブレーション信号の歪み量を算出し、歪み量を用いて第１パルス圧縮フィルタ係数を補正して第２パルス圧縮フィルタ係数を生成する歪み補償ステップと、第２パルス圧縮フィルタ係数を用いて、受信されたパルス信号をパルス圧縮処理により復調するパルス圧縮ステップと、を含むものである。

この送受信方法によれば、送信ステップ及び受信ステップで信号歪みが生じたパルス信号をパルス圧縮ステップにおいて第２パルス圧縮フィルタ係数を用いてパルス圧縮処理した結果は、送信ステップ及び受信ステップで信号歪みが生じないと仮定して送受信されたパルス信号をパルス圧縮ステップにおいて第１パルス圧縮フィルタ係数を用いてパルス圧縮処理した結果に近いものになる。このように送信ステップ及び受信ステップで生じる信号歪みを考慮して、歪み補償ステップにおいて補正された第２パルス圧縮フィルタ係数を用いることで、信号歪みによるエコー信号のパルス圧縮波形の劣化を低減することができる。

本発明によれば、送信部及び受信部で生じる信号歪みを考慮して補正された第２パルス圧縮フィルタ係数を用いることにより、送信部及び受信部の両方で生じる信号歪み量による送受信性能の劣化を防止することができる。

第１実施形態に係る送受信装置の構成の概要を示すブロック図。 第１実施形態の歪み補償部とその周辺の構成を示すブロック図。 図１の送受信装置のパルス圧縮フィルタ係数の補正動作を説明するためのフローチャート。 （ａ）調整器７２ａの出力の一例を示すグラフ、（ｂ）調整器７２ｂの出力の一例を示すグラフ、（ｃ）調整器７２ｃの出力の一例を示すグラフ、（ｄ）逆フーリエ変換器の出力の一例を示すグラフ。 （ａ）補正前のパルス圧縮フィルタ係数を用いたパルス圧縮結果の一例を示すグラフ、（ｂ）補正後のパルス圧縮フィルタ係数を用いたパルス圧縮結果の一例を示すグラフ。 第１実施形態の一変形例の歪み補償部とその周辺の構成を示すブロック図。 第１実施形態の他の変形例の歪み補償部とその周辺の構成を示すブロック図。 第２実施形態の歪み補償部とその周辺の構成を示すブロック図。 第２実施形態の一変形例の歪み補償部とその周辺の構成を示すブロック図。 第３実施形態の歪み補償部とその周辺の構成を示すブロック図。

＜第１実施形態＞
（１）送受信装置の構成
以下、本発明の第１実施形態に係る送受信装置の全体構成を図に沿って説明する。図１は、本発明が適用される送受信装置の一例であるパルス圧縮レーダ装置の概略構成を示すブロック図である。この送受信装置１０は、図１に示されているように、アンテナ１１と送受切換器１２と送信部２０と受信部３０と局部発振器１３と制御部６０とを備えている。送信部２０では、直線状の周波数変調が施されたパルス信号（以下、チャープ信号という）を送受切換器１２に対して出力する。送受切換器１２では、送信部２０からアンテナ１１を介して送信されるパルス信号とアンテナ１１を介して受信部３０で受信されるパルス信号とを切り換える。受信部３０では、物標で反射されるパルス信号（以下、エコー信号という）をパルス圧縮処理により復調し、エコー信号から得られる情報を表示する。例えばアンテナ１１の位置を中心に周囲３６０度の範囲のレーダ映像が表示され、表示の原点はレーダ装置の位置に対応する。レーダ映像における物標の反射エコーの表示位置から、その物標の方位と距離を認識することが可能になる。

図１の送受信装置１０は、アンテナ１１の回転角度を変更してパルス信号を送受信する方位を順次変更する。一方位で一送受信を行いつつアンテナ１１を1回転（３６０度回転）させて実施される検出が１スキャンである。そして、１スキャンの間に、各方位に対して例えば１パルスのパルス信号の送信とその受信とが行なわれる。この１パルスの１回の送受信が１スイープである。

〔送信部２０の構成〕
送信部２０は、アンテナ１１が所定の角度だけ回転する毎に、１パルスのパルス信号を生成して出力するよう構成されている。この送信部２０は、パルス信号波形記憶部２１とデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）２２とミキサ２３と電力増幅器２４とを備えている。

パルス信号波形記憶部２１には、チャープ信号の元になる変調信号の波形がデジタルデータとして記憶されている。ＤＡＣ２２では、パルス信号波形記憶部２１に記憶されているデジタルデータをアナログ信号に変換して中間周波数の信号が生成される。ミキサ２３では、ＤＡＣ２２の出力信号が局部発振器１３のローカル信号と混合され、パルス信号の周波数が中間周波数ＩＦからラジオ周波数ＲＦに変換される。このパルス信号が電力増幅器２４によって増幅されて送受切換器１２及びアンテナ１１を介して送信される。

この送信部２０には、送信部２０で発生する信号歪み量を検出するため、電力増幅器２４の後段にキャリブレーション・パス部５０の方向性結合器５１が接続され、パルス信号の送信中に、電力増幅器２４の出力がキャリブレーション・パス部５０により受信部３０にキャリブレーション・パスされる。そのため、パルス信号の送信中には、後述するスイッチ５２によって方向性結合器５１の出力が後述のミキサ３３に与えられる。そして、パルス信号の送信が終了すると同時にスイッチ５２の接続が切り換えられ、方向性結合器５１の出力によるキャリブレーションが終了するとともに後述の低雑音増幅器３２がミキサ３３に接続される。なお、ここでは、方向性結合器５１を用いているが方向性結合器５１に代えて分配器を用いてもよい。

〔受信部３０の構成〕
受信部３０は、１スイープの送受信において、アンテナ１１を介して上述の送信部２０から送信されるパルス信号のエコー信号を受信する。受信したエコー信号は、周波数変調されたチャープ信号であるため、受信部３０における受信の際にパルス圧縮処理により復調される。この受信部３０は、リミッタ３１と低雑音増幅器３２とミキサ３３とアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）３４と直交検波器３５とパルス圧縮フィルタ３６と第１パルス圧縮フィルタ係数格納部３７と信号処理部３８と表示装置３９と信号抜出部４１と歪み補償部４２とを備えている。また、受信部３０には、上述のキャリブレーション・パス部５０のスイッチ５２が低雑音増幅器３２の出力とミキサ３３の入力との間に挿入されている。

リミッタ３１は、入力される信号を所定レベルで制限して所定レベル以上の信号が後段に伝達されないようにする回路であり、送受切換器１２などを介して漏れた送信部２０の大電力のパルス信号などから受信部３０を保護する役割を果たす。低雑音増幅器３２は、リミッタ３１が出力したパルス信号について、雑音指数（ＮＦ）を所定範囲に抑制しながら例えば２０〜３０ｄＢ程度の増幅を行うための回路である。スイッチ５２は、入力される低雑音増幅器の出力と方向性結合器５１の出力のうちの一方を選択して出力するための素子である。ここでは、スイッチ５２を用いているが、送信中、低雑音増幅器３２が出力されないような場合には、スイッチ５２に代えて分配器や方向性結合器を用いることもできる。スイッチ５２の出力はミキサ３３に接続されており、ミキサ３３は、スイッチ５２から出力されるパルス信号と局部発振器１３のローカル信号とを混合してパルス信号の周波数をラジオ周波数ＲＦから中間周波数ＩＦに変換する。

ＡＤＣ３４は、ミキサ３３が出力する中間周波数ＩＦのパルス信号をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ３４は、エコー信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングして、デジタル信号に変換する。通常、１スキャンによって得られるエコー信号は、一方位と距離方向の情報を持っている。直交検波器３５は、直交検波を行って、受信信号から、Ｉ（In-Phase）信号およびこれとπ／２だけ位相の異なるＱ（Quadrature）信号を生成する。

パルス圧縮フィルタ３６は、第１パルス圧縮フィルタ係数格納部３７に予め記憶されている第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）を用いて、直交検波された受信信号（Ｉ，Ｑ）をパルス圧縮する。パルス圧縮フィルタ３６において、受信信号（Ｉ，Ｑ）はフーリエ変換されるとともに離散化され、複数区間に分割されて周波数領域でパルス圧縮処理が行なわれる。その後に、パルス圧縮処理が行われた信号が逆フーリエ変換され、重複加算されることでパルス圧縮信号が出力される。この第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）は、送信信号を生成するための変調されたパルス信号に基づいて形成されている。そのため、第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）は、パルス信号が歪まない理想的な送受信が行われることを前提にして、パルス信号波形記憶部２１に記憶されている信号波形に基づいて設定されている。

信号処理部３８は、受信されるパルス信号に含まれている情報を鮮明に表示させるための処理を行う。例えば、信号処理部３８では、直交検波器３５の出力信号（Ｉ，Ｑ）から受信機雑音やクラッタが除去されて、雑音などが低減された受信データが表示装置３９に出力される。信号処理部３８から出力される受信データは、方位と距離とで特定される各位置のレーダ受信信号Ｓの振幅値である。

表示装置３９は、図示しないＣＰＵ、メモリ、入力装置及びＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などのデバイスを備える。この表示装置３９では、各スイープで得られた受信データを画像表示用のメモリに記憶するとともに、記憶したデータを所定の順序でこのメモリから読み出し、映像としてＬＣＤなどに表示する。

通常の受信は、上述のリミッタ３１と低雑音増幅器３２とミキサ３３とＡＤＣ３４と直交検波器３５とパルス圧縮フィルタ３６と第１パルス圧縮フィルタ係数格納部３７と信号処理部３８と表示装置３９とにより行われる。この送受信装置１０には、送受信装置１０の送信部２０及び受信部３０の一部で生じる信号歪み量によるパルス圧縮処理の不具合を除くため、第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）を補償するための歪み補償部４２が設けられている。この歪み補償部４２は、予め第１パルス圧縮フィルタ係数格納部３７に格納されている第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）を送信部２０及び受信部３０における信号の歪みによる不具合を取り除けるように補正し、補正された第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を生成して出力できるように構成されている。そのための歪み補償部４２の構成と動作については後ほど詳細に説明する。

歪み補償部４２における補正した第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）の生成は、送信中に行われる。そのため、直交検波器３５とパルス圧縮フィルタ３６との間に信号抜出部４１が設けられている。信号抜出部４１は、例えば切換スイッチで構成され、通常の受信時には直交検波器３５の出力をパルス圧縮フィルタ３６に与え、送信中に第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を生成するときは直交検波器３５の出力を歪み補償部４２に与える。そして、補正後の第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）は、例えば、当該送信の次の送受信時に用いられる。なお、補正した第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を生成するときの直交検波器３５の出力は、キャリブレーションのために、キャリブレーション・パス部５０によって送信部２０から受信部３０に送信されるキャリブレーション信号である。

このような歪み補償部４２によって補正した第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）の生成と通常の送受信との切換は、送受信装置１０の制御部６０が行う。制御部６０は、図示しないＣＰＵ、メモリおよび入力装置などのデバイスで構成される。制御部６０は、送受信装置１０を制御するために当然に、送信部２０の送信タイミングや受信部３０の受信タイミングに関する情報を持っている。

〔歪み補償部４２の構成〕
歪み補償部４２は、信号データ出力部７１と調整器７２ａ，７２ｂ，７２ｃとフーリエ変換器７４ａ，７４ｂ，７４ｃと逆数演算器７６ａ，乗算器７６ｂ，７８ａと逆フーリエ変換器７８ｂとを備えている。３つの調整器７２ａ，７２ｂ，７２ｃによって調整部７２が構成され、３つのフーリエ変換器７４ａ，７４ｂ，７４ｃによってフーリエ変換部７４が構成され、逆数演算器７６ａと乗算器７６ｂによって信号歪み量検出部７６が構成され、乗算器７８ａと逆フーリエ変換器７８ｂによって補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８が構成されている。

信号データ出力部７１は、パルス信号波形記憶部２１に記憶されている中間周波の信号波形のデータに対応するベースバンドの信号波形を示すデータを出力する。前者の信号波形と後者の信号波形とは、周波数変換によって相互に変換可能な信号波形であり、フーリエ変換して周波数軸上で波形をずらすことによって相互に重ねることができるような信号波形である。換言すれば、前者と後者とは、周波数が中間周波数かベースバンドかの違いを除き、その他パルス長などは同じであり、周波数軸上で信号周波数をシフトする演算によって一方の信号波形から他方の信号波形を生成することができる。信号データ出力部７１が出力する信号波形は、パルス信号波形記憶部２１に記憶されたパルス信号の波形に基づいて生成される比較信号波形であり、信号歪み量を検出するための比較の基準となる信号波形である。調整器７２ａは、予め第１パルス圧縮フィルタ係数格納部３７に格納されている第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）のデータ点数を調整する。調整器７２ｂは、信号データ出力部７１が出力する出力信号波形のデータについて、そのデータ点数と信号波形の振幅とを調整する。調整器７２ｃは、信号抜出部４１が抜き出したキャリブレーション信号のデータ点数と信号波形の振幅とを調整する。キャリブレーション信号に含まれる信号歪み量を算出できるように、調整器７２ａ、７２ｂ，７２ｃは、それぞれの出力のデータ点数を同じにするとともにそれぞれの振幅を最大値でそれぞれ規格化する調整を行う。

信号抜出部４１で抜き出したデータから、パルス圧縮波形のピークの位置を探し出す。このピークの位置を基にすると、パルス始めから最後までのデータの区間が判る。そして、調整器７２ｃでは、パルスのデータを調整器７２ａ、調整器７２ｂと同じデータ点数となるように調整する。なお、パルス圧縮波形のピークを探す際、抜き出したデータを全て処理しなくとも、パルスの中央が含まれている区分のみを処理すれば、ピークの位置を特定することができる。また、キャリブレーション信号の位相の変曲点がパルス圧縮波形のピークの位置と一致するので、位相から判断することもできる。

フーリエ変換器７４ａ，７４ｂ，７４ｃは、それぞれ調整器７２ａ、７２ｂ，７２ｃの出力をフーリエ変換して、パルス圧縮フィルタ係数のフーリエ変換後のスペクトルデータ（ベースバンド）、出力信号波形のフーリエ変換後のスペクトルデータ（ベースバンド）及びキャリブレーション信号のフーリエ変換後のスペクトルデータ（ベースバンド）を生成する。

信号歪み量検出部７６は、フーリエ変換器７４ｃによってフーリエ変換されたキャリブレーション信号の逆数を逆数演算器７６ａにより算出する。また、信号歪み量検出部７６は、逆数演算器７６ａから出力されるキャリブレーション信号の逆数と、フーリエ変換器７４ｂから出力される信号データ出力部７１の出力信号波形との乗算を乗算器７６ｂにより行う。そして、この乗算器７６ｂの出力が、キャリブレーション信号に生じている信号歪み量の逆数になる。

補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８は、信号歪み量検出部７６から出力される信号歪み量の逆数にフーリエ変換器７４ａでフーリエ変換された第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）を乗算器７８ａにより乗じる。そして、補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８は、乗算器７８ａの出力を逆フーリエ変換器７８ｂで逆フーリエ変換することにより補正された第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を生成する。補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８は、補正された第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を第２パルス圧縮フィルタ係数格納部７９に出力して格納する。第２パルス圧縮フィルタ係数格納部７９に格納されている第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を用いることにより、補正された第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を用いて受信を行うことができる。つまり、制御部６０は、第１パルス圧縮フィルタ係数格納部３７の第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）と第２パルス圧縮フィルタ係数格納部７９の第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）のいずれかを場合に応じて選択して受信部３０に受信を行わせることができる。

〔パルス圧縮フィルタ係数の補正〕
パルス圧縮フィルタ係数の補正の動作について図３のフローチャート及び図４の波形図を用いて説明する。制御部６０は、レーダ装置１０の制御を行っていることから、レーダ装置１０の送信タイミングと受信タイミングを検知することができる。送信部２０によって送信が行われているときは、受信部３０による受信は行われないので、この送信中のタイミングで第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）の補正が行われる。そのためにまず、制御部６０において、送信中であるか否か（送信タイミングになっているか否か）が判断される（ステップＳ１）。

送信中には、キャリブレーション・パス部５０のスイッチ５２により方向性結合器５１の出力がミキサ３３に接続され、信号抜出部４１により直交検波器３５の出力が歪み補償部４２に接続されている状態になっている。このように接続されることによって、パルス信号波形記憶部２１から出力される信号波形がＤＡＣ２２によりアナログ信号に変換され、ミキサ２３によりラジオ周波数にアップコンバートされ、電力増幅器２４で増幅されたパルス信号がキャリブレーション信号としてミキサ３３に与えられる。キャリブレーション・パス部の５０のスイッチ５２が低雑音増幅器３２の出力の後段に接続することで、従来のアンテナからエコー信号を受信する際、スイッチ５２による受信のＮＦの悪化を低減できる。この受信時のＮＦの悪化が問題とならない場合、スイッチ５２を低雑音増幅器３２の前段に置いてもよい。

ミキサ３３では、キャリブレーション信号のダウンコンバートが行われ、ＡＤＣ３４では、中間周波数のキャリブレーション信号がデジタル信号に変換され、直交検波器３５では、キャリブレーション信号が直交検波される。直交検波されたキャリブレーション信号は、信号抜出部４１により歪み補償部４２に与えられる（ステップＳ２）。

歪み補償部４２では、キャリブレーション信号を使って信号歪み量の検出が行われる（ステップＳ３）。調整部７２の調整器７２ａの出力の一例が図４（ａ）に示され、調整器７２ｂの出力の一例が図４（ｂ）に示され、調整器７２ｃの出力の一例が図４（ｃ）に示されている。なお、図４において、実線が実部を示し、破線が虚部を示している。信号歪み量の検出は、信号歪み量検出部７６において、フーリエ変換されたキャリブレーション信号の逆数に、フーリエ変換された信号データ出力部７１の出力信号波形が乗算されることによって行われる。つまり、キャリブレーション信号のスペクトル（ベースバンド）を、信号データ出力部７１の出力信号波形のスペクトル（ベースバンド）で除することで、信号歪み量検出部７６はキャリブレーション信号の信号歪み量を得ている。

信号歪み量検出部７６において信号歪み量が検出されると、それを補償するために、補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８は、信号歪み量の逆数を、乗算器７４ａから出力されてフーリエ変換された第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｆ）に乗算する。さらに、補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８は、乗算器７８ａの乗算結果を逆フーリエ変換し、補正された第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を算出し、第２パルス圧縮フィルタ係数格納部７９に補正された第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を格納する（ステップＳ４）。図４（ｄ）に逆フーリエ変換器７８ｂの出力の一例が示されている。

制御部６０は、補正された第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）が格納されたという情報を得る。この係数補正の情報を得ると、制御部６０は、現在モニターしているスイープの送受信が終了しているか否かを判断する（ステップＳ５）。通常は、送信に続いて受信が行われるので、ステップＳ１を経てステップＳ６に進む。

送信が行われないときは、受信部３０は従来と同様に、レーダ装置１０の受信が従来と同様に行える接続になっている。つまり、制御部６０の制御の下、スイッチ５２によって低雑音増幅器３２がミキサ３３に接続され、スイッチ４１によって直交検波器３５がパルス圧縮フィルタ３６に接続されている。このような接続によって、受信部３０における受信が行われる（ステップＳ６）。最初のスイープの受信では、パルス圧縮フィルタ係数の補正が行われていないため、予め格納されていた第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）を用いて受信が行われる。２回目以降のスイープの受信であって、後述するステップＳ７が行われた後は、補正された第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を用いて受信が行われる。

そして、現在モニターしている送受信が終了したときに、新たに補正された第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）への切り換えが行われる（ステップＳ７）。

パルス圧縮フィルタ係数は、環境（例えば温度）などの時間的に変動する要因によっても変化するため、適当なインターバルで、上述のステップＳ２からＳ７が繰り返されてルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）が更新される。

＜特徴＞
以上説明したように、キャリブレーション・パス部５０の方向性結合器５１（出力抽出部）により送信部２０から抽出されてキャリブレーション・パス部５０のスイッチ５２（選択部）により受信部３０にキャリブレーション・パスされたキャリブレーション信号が、信号抜出部４１により歪み補償部４２に与えられる。歪み補償部４２の歪み量検出部７６は、送信部２０及び受信部３０、特に送信部２０の電力増幅器２４及び受信部３０のミキサ３３におけるパルス信号（キャリブレーション信号）の信号歪み量を検出することができる。そして、歪み補償部４２の補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８は、この信号歪み量を用いて第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）を補正して第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）（第２パルス圧縮フィルタ係数）を生成し、第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を第２パルス圧縮フィルタ係数格納部７９に格納する。

送信部２０及び受信部３０で信号歪みが生じないと仮定して送受信されたパルス信号を第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｔ）でパルス圧縮処理した結果は、送信部２０及び受信部３０で信号歪みが生じたパルス信号を第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）でパルス圧縮処理した結果とほぼ等しくなる。このように送信部２０及び受信部３０で生じる信号歪みを考慮して補正された第２パルス圧縮フィルタ係数ｙｈ（ｔ）を用いることでき、信号歪みによるエコー信号のパルス圧縮波形の劣化を低減することができ、送信部２０及び受信部３０で生じる信号歪み量による送受信性能の劣化を低減することができる。

例えば、図５（ａ）には補正前のパルス圧縮フィルタ係数を用いたパルス圧縮結果が示されており、図５（ｂ）には補正後のパルス圧縮フィルタ係数を用いたパルス圧縮結果が示されている。図５（ａ）と図５（ｂ）とを比較すると、補正後のパルス圧縮フィルタ係数を用いることによりサイドローブが抑制されていることが分かる。

＜変形例１−１＞
上記第１実施形態では、パルス圧縮フィルタ３６において、受信信号（Ｉ，Ｑ）がフーリエ変換されるとともに離散化され、複数区間に分割されて周波数領域でパルス圧縮処理が行なわれる場合について説明した。しかし、このパルス圧縮フィルタ係数の補正を行うことができるのは、周波数領域でパルス圧縮処理を行う場合には限られない。例えば、送信パルスと同一の波形をパルス圧縮フィルタ係数とするトランスバーサルフィルタによる時間領域におけるマッチドフィルタ処理（相関処理）を行う場合にも適用することができる。

なお、周波数領域でパルス圧縮を行う場合には、パルス圧縮フィルタ係数を周波数領域のデータとして信号波形のデータを保持しておくことができる。このような場合には、図６に示されている第１パルス圧縮フィルタ係数格納部３７Ａ、信号データ出力部７１Ａ（信号生成部の一例）には周波数領域のデータが格納されていることから、フーリエ変換の必要がなくなるため、調整器７２ａＡ及び調整器７２ｂＡで調整した後に直接乗算器７６ｂ，７８ａに出力される。そのため、フーリエ変換部７４Ａは一つのフーリエ変換器７４ｃＡで構成できる。調整器７２ａＡ及び調整器７２ｂＡが周波数領域のデータの調整を行うため、調整器７２ｃＡも同様にフーリエ変換器７４ｃＡの出力を調整するように順序が入れ替えられている。また、第２パルス圧縮フィルタ係数格納部７９Ａに格納されるデータも周波数領域のデータとなるため、補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８Ａは、補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８から逆フーリエ変換器７８ｂが省かれた構成になっている。

＜変形例１−２＞
上記第１実施形態では、ベースバンドの信号波形を用いてパルス圧縮フィルタ係数を補正する場合について説明したが、中間周波数の信号波形を用いてパルス圧縮フィルタ係数の補正を行うこともできる。その場合には、信号データ出力部７１（信号生成部の一例）は、例えば、パルス信号波形記憶部２１に記憶されている信号波形のデータを用いるように構成することができる。

＜変形例１−３＞
上記第１実施形態の送受信装置１０では、低雑音増幅器３２の後段から直交検波器３５までの間をキャリブレーション信号が通過するため、その間の歪み量はパルス圧縮フィルタ係数の補正に反映される。しかし、他の歪み量、例えばアンテナ１１、送受分離のサーキュレータ１２及び低雑音増幅器３２などで生じる歪み量が上記実施形態の構成ではパルス圧縮フィルタ係数の補正に反映されない。

そこで、このような他の歪み量をキャリブレーション信号の処理と同様にパルス圧縮フィルタ係数の補正に反映させたい場合には、例えば図７に示されているような構成を用いる。すなわち、上述のような他の歪み量の逆数を他の歪み量格納部９０に記憶しておき、補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８Ｂで乗算器７８ａの出力に乗算器７８ｃで乗算する。

なお、補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８Ｂで他の歪み量の逆数を乗算する場合を図７に示したが、他の歪み量の逆数を乗算するのは乗算器７８ａの出力には限られず、乗算器７８ａの前側や乗算器７６ｂの前後などであってもよい。

＜変形例１−４＞
上記第１実施形態では、出力抽出部に方向性結合器５１を用いる場合について説明したが、出力抽出部は例えば分配器など方向性結合器５１以外のデバイスを用いることができる。

＜変形例１−５＞
上記第１実施形態では、送信部２０が、直線状の周波数変調が施されたパルス信号を出力する場合について説明したが、パルス信号の周波数変調は、直線状の周波数変調には限られず、例えば非線形な周波数変調であってもよく、直線状の周波数変調以外の変調方式を送信部２０及び受信部３０で用いることもできる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る送受信装置について図８を用いて説明する。第２実施形態に係る送受信装置の構成は、歪み補償部４２Ｃの構成が第１実施形態の歪み補償部４２の構成と異なる点を除いて、第１実施形態の送受信装置１０と同じである。従って、第２実施形態の送受信装置の説明は、歪み補償部４２Ｃの構成を中心に行う。

第２実施形態の歪み補償部４２Ｃが第１実施形態の歪み補償部４２と異なる点は、逆数演算器８１と信号歪み量判定部８２とを備えている点である。逆数演算器８１は、歪み量検出部７６の乗算器７６ｂの出力の逆数を算出する。この逆数演算器８１が算出する乗算器７６ｂの出力の逆数は信号歪み量である。

信号歪み量判定部８２は、逆数演算器８１の出力である信号歪み量が所定の異常検知閾値を越えるか否かを判定する。この異常検知閾値を超えるほど大きな信号歪み量が発生していることが検知できると、送信部２０及び受信部３０のキャリブレーション・パスの系内に故障が発生している確率が高いと判断できる。そのため、信号歪み量判定部８２は、信号歪み量が異常検知閾値を超えると、異常の発生を通知する信号を制御部６０に送信する。この異常発生の通知を受けた制御部６０では、異常発生に対する対処を行うことができ、例えば、異常の発生を表示装置３９に表示して送受信装置１０の動作を停止させることができる。

＜特徴＞
以上説明したように、信号歪み量判定部８２（異常検知部）において信号歪み量が異常検知閾値（第２閾値）を超えるか否かを検知することにより送受信装置１０の異常を判定できることから、異常発生の際に速やかに送受信装置１０の動作を停止したり、異常発生を表示装置３９などでユーザーに通知したりできるので、送受信装置１０の故障の悪化や誤った情報の発信を防止することができる。

＜変形例２−１＞
上記第２実施形態では、信号歪み量判定部８２は、全帯域について異常検知閾値を超えるか否かの判定を行ったが、帯域毎に所定の補正停止閾値（第１閾値）を超えるか否かの判定を行うように構成してもよい。そして、補正停止閾値を超える帯域については、信号歪み量判定部８２から制御部６０に通知を行い、補正停止閾値を超えた帯域については元の第１パルス圧縮フィルタ係数ｙ（ｆ）を用いるようにしてもよい。そのために、例えば図９に示されている歪み補償部４２Ｄのように、スイッチ８３をさらに備えるように構成する。図９の信号歪み量判定部８２Ｄは、上述の帯域毎の信号歪み量の判定を行うように構成されている。そして、補正停止閾値を超える帯域については、制御部６０がスイッチ８３を切り換えて、フーリエ変換器７４ａの出力を逆フーリエ変換器７８ｂに直接出力するように制御する。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る送受信装置について図１０を用いて説明する。第３実施形態に係る送受信装置の構成は、歪み補償部４２Ｅの構成が第１実施形態の歪み補償部４２の構成と異なる点を除いて、第１実施形態の送受信装置１０と同じである。従って、第３実施形態の送受信装置の説明は、歪み補償部４２Ｅの構成を中心に行う。

第３実施形態の歪み補償部４２Ｂが第１実施形態の歪み補償部４２と異なる点は、重み付け部８５を備えている点である。重み付け部８５は、歪み量検出部７６の乗算器７６ｂの出力に対してウェイトを掛けて乗算器７８ａに対して出力するように構成されている。この重み付け部８５は、フーリエ変換器７４ｂの出力から出力信号波形のスペクトルのレベルが低い帯域を検出し、信号データ出力部７１が出力する出力信号波形のスペクトルのレベルが低い帯域の信号歪み量を小さくするように調整する。

＜特徴＞
以上説明したように、重み付け部８５により、出力信号波形のスペクトルのレベルが低い帯域の信号歪み量を小さくするように調整することができ、スペクトルのレベルが小さいために信号歪み量の誤差が大きくなるのを抑制できるので、歪みを改善しようとしているパルス圧縮波形が信号歪み量の算出誤差によって却って歪んでしまうことを防止することができる。

＜変形例＞
上記各実施形態では、信号データ出力部７１、調整部７２，７２Ａ、フーリエ変換部７４，７４Ａ、歪み量検出部７６、補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８、乗算器７９ａ、７９ｂ、信号歪み量判定部８２，８２Ｄ、スイッチ８３及び重み付け部８５の機能が、集積回路であるＬＳＩ（集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、又はウルトラＬＳＩ等と称される）などのデバイスで実現される。これらは、個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

また、信号データ出力部７１、調整部７２，７２Ａ、フーリエ変換部７４，７４Ａ、歪み量検出部７６、補正パルス圧縮フィルタ係数生成部７８、乗算器７９ａ、７９ｂ、信号歪み量判定部８２，８２Ｄ、スイッチ８３及び重み付け部８５の機能は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能なプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現されてもよい。このプログラムデータは、記録媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記録媒体上から直接実行されてもよい。なお、記録媒体は、ＲＯＭやＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。

また、上記各実施形態では、第１パルス圧縮フィルタ係数格納部３７、信号抜出部４１及び歪み補償部４２が受信部３０に設けられている場合について説明したが、第１パルス圧縮フィルタ係数格納部、信号抜出部及び歪み補償部はそれぞれ受信部３０以外の箇所に設けられていてもよく、例えば、送信部２０又は制御部６０に設けられていてもよい。

１０ 送受信装置
１１ アンテナ
１２ 送受切換器
２０ 送信部
２４ 電力増幅器
３０ 受信部
３２ 低雑音増幅器
３３ ミキサ
３４ ＡＤコンバータ
３５ パルス圧縮フィルタ
３７ 第１パルス圧縮フィルタ係数格納部
４１ 信号抜出部
４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ 歪み補償部
５０ キャリブレーション・パス部
５１ 方向性結合器
５２ スイッチ
７９ 第２パルス圧縮フィルタ係数格納部

特開２００８−１７５５５２号公報

Claims (12)

1. アンテナと、前記アンテナからパルス信号を送信する送信部と、前記アンテナで受信されるパルス信号をパルス圧縮処理により復調する受信部とを備える送受信装置であって、
   前記送信部は、
   送信するパルス信号の波形を記憶するパルス信号波形記憶部と、
   前記送信するパルス信号の電力を増幅する電力増幅器を有し、
   前記受信部は、
   前記パルス信号波形記憶部に記憶されたパルス信号に基づいて生成される第１パルス圧縮フィルタ係数を格納している第１パルス圧縮フィルタ係数格納部と、
   前記電力増幅器で増幅されたパルス信号をキャリブレーション信号として前記受信部に入力するキャリブレーション・パス部と、
   前記電力増幅器で増幅される前のパルス信号に対する前記キャリブレーション信号の歪み量を算出し、前記歪み量を用いて前記第１パルス圧縮フィルタ係数を補正して第２パルス圧縮フィルタ係数を生成する歪み補償部と、
   前記第２パルス圧縮フィルタ係数を用いて受信されたパルス信号をパルス圧縮処理により復調するパルス圧縮フィルタと、
   を有する、送受信装置。
2. 前記歪み補償部は、前記歪み量が第１閾値を超えるか否かを判定する信号歪み量判定部を有し、
   前記パルス圧縮フィルタは、前記歪み量が第１閾値を超えるとき、第２パルス圧縮フィルタに代えて第１パルス圧縮フィルタ係数を用いてパルス信号をパルス圧縮処理により復調することを特徴とする、
   請求項１に記載の送受信装置。
3. 前記歪み補償部は、前記歪み量が第２閾値を超えるときに異常を知らせる異常通知部をさらに備えることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の送受信装置。
4. 前記歪み補償部は、
   前記パルス信号波形記憶部に記憶されたパルス信号の波形に基づいて生成される比較信号波形を出力するための信号生成部を有し、
   前記信号生成部が出力した前記比較信号波形に対する前記キャリブレーション信号の歪み量を用いて前記第１パルス圧縮フィルタ係数を補正して第２パルス圧縮フィルタ係数を生成す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送受信装置。
5. 前記歪み補償部は、
   前記第１パルス圧縮フィルタ係数の信号波形、前記比較信号波形、及び前記キャリブレーション信号をそれぞれフーリエ変換するためのフーリエ変換部と、
   前記フーリエ変換部によりフーリエ変換された前記キャリブレーション信号の逆数と前記フーリエ変換部によりフーリエ変換された前記比較信号波形との乗算結果を前記キャリブレーション信号に生じた信号歪み量の逆数として出力するための信号歪み量検出部と、
   前記信号歪み量検出部から出力される前記信号歪み量の逆数に前記フーリエ変換部でフーリエ変換された前記第１パルス圧縮フィルタ係数を乗じて逆フーリエ変換することにより前記第２パルス圧縮フィルタ係数を生成するための補正パルス圧縮フィルタ係数生成部と、
   前記第２パルス圧縮フィルタ係数を格納する第２パルス圧縮フィルタ係数格納部と、
   を備える
   請求項１に記載の送受信装置。
6. 前記歪み補償部は、
   前記フーリエ変換部でフーリエ変換される前記第１パルス圧縮フィルタ係数、前記比較信号波形及び前記キャリブレーション信号のデータ点数と信号波形の振幅とをそれぞれ調整するための調整部を備える
   請求項５に記載の送受信装置。
7. 前記補正パルス圧縮フィルタ係数生成部は、前記第２パルス圧縮フィルタ係数を生成するときに、前記信号歪み量に対して帯域ごとに重み付けを行い得る、
   請求項２から４のいずれか一項に記載の送受信装置。
8. 前記受信部は、
   前記アンテナで受信されるパルス信号の周波数を変換するための混合器をさらに有し、
   前記キャリブレーション・パス部は、
   前記電力増幅器の後段に設けられる出力抽出部と、
   前記混合器の前段に設けられ、前記出力抽出部の出力と前記アンテナで受信される前記パルス信号とを選択し得る選択部と、
   をさらに有する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の送受信装置。
9. 前記受信部は、前記アンテナで受信される前記パルス信号を増幅するための低雑音増幅器を前記混合器の前段にさらに有し、
   前記スイッチ手段は、前記低雑音増幅器の後段に設けられている、
   請求項７に記載の送受信装置。
10. 前記歪み補償部は、前記キャリブレーション信号に含まれる信号歪み量以外の他の信号歪み量をさらに用いて前記第２パルス圧縮フィルタ係数を生成する、
    請求項１から８のいずれか一項に記載の送受信装置。
11. アンテナからパルス信号を送信する送信ステップと、前記アンテナで受信されるパルス信号をパルス圧縮処理により復調する受信ステップと、からなる送受信方法であって、
    前記送信ステップは、
    記憶された送信するパルス信号の波形を読み出すパルス信号読出しステップと、
    前記送信するパルス信号の電力を増幅する電力増幅ステップと、を含み、
    前記受信ステップは、
    前記記憶された送信するパルス信号の波形に基づいて生成される第１パルス圧縮フィルタ係数を読み出す第１パルス圧縮フィルタ係数読出しステップと、
    前記電力増幅ステップで増幅されたパルス信号をキャリブレーション信号として取込むキャリブレーション信号取込みステップと、
    前記電力増幅ステップで増幅される前のパルス信号に対する前記キャリブレーション信号の歪み量を算出し、前記歪み量を用いて前記第１パルス圧縮フィルタ係数を補正して第２パルス圧縮フィルタ係数を生成する歪み補償ステップと、
    前記第２パルス圧縮フィルタ係数を用いて、受信されたパルス信号をパルス圧縮処理により復調するパルス圧縮ステップと、
    を含む、送受信方法。
12. アンテナからパルス信号を送信する送信機能と、前記アンテナで受信されるパルス信号をパルス圧縮処理により復調する受信機能とをコンピュータに実現させるための送受信プログラムであって、
    前記送信機能は、
    記憶された送信するパルス信号の波形を読み出すためのパルス信号読出し機能と、
    前記送信するパルス信号の電力を増幅するための電力増幅機能と、を含み、
    前記受信ステップは、
    前記記憶された送信するパルス信号の波形に基づいて生成される第１パルス圧縮フィルタ係数を読み出すための第１パルス圧縮フィルタ係数読出し機能と、
    前記電力増幅機能で増幅されたパルス信号をキャリブレーション信号として取込むためのキャリブレーション・パス機能と、
    前記電力増幅機能で増幅される前のパルス信号に対する前記キャリブレーション信号の歪み量を算出し、前記歪み量を用いて前記第１パルス圧縮フィルタ係数を補正して第２パルス圧縮フィルタ係数を生成するための歪み補償機能と、
    前記第２パルス圧縮フィルタ係数を用いて、受信されたパルス信号をパルス圧縮処理により復調するパルス圧縮機能と、
    を含む、送受信プログラム。

Images