JP2015184127A

JP2015184127A - 目標検出装置および目標検出方法

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Publication number: JP2015184127A
Application number: JP2014060404A
Authority: JP
Inventors: 恭明島津; Yasuaki Shimazu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: JP6316048B2

Abstract

【課題】レーダで用いられるＨＰＲＦやＭＰＲＦにおいて、周波数変調を行わない１種類のＰＲＦを用いることで目標の距離を算出する目標検出装置を得る。
【解決手段】送信パルスごとに変調パターン４₁〜４_nを選択するセレクタ６を設け、受信ビデオ信号９に対し、送信時の変調パターン４₁〜４_nに対応する復調パターン１１₁〜１１_nで受信信号を復調する復調器１０₁〜１０_nと、変調パターン４₁〜４_nに合わせて復調器出力を選択するセレクタ１２₁〜１２_nを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置および目標検出方法に関する。

レーダでは、目標を検出する方式として、送信してから受信するまでの時間が目標までの往復距離に対して十分確保された低パルス繰り返し（ＬｏｗＰｕｌｓｅＲｅｐｅｔｉｔｉｏｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＬＰＲＦ）レーダと、目標の検出性能を向上させ、また目標の速度情報を取得するためにパルス繰り返し周期（ＰｕｌｓｅＲｅｐｅｔｉｔｉｏｎＩｎｔｅｒｖａｌ：ＰＲＩ）を早めた中パルス繰り返し（ＭｅｄｉｕｍＰｕｌｓｅＲｅｐｅｔｉｔｉｏｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＭＰＲＦ）レーダや高パルス繰り返し（ＨｉｇｈＰｕｌｓｅＲｅｐｅｔｉｔｉｏｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＨＰＲＦ）レーダが使用されている。

ＭＰＲＦレーダやＨＰＲＦレーダでは、目標からの反射信号を受信する前に次のパルスを送信するため、送信から受信するまでの時間を計測するだけでは目標までの距離を算出することができない。このため、ＭＰＲＦでは、数種類のＰＲＦを使用して距離を算出する（例えば特許文献１参照）。また、ＨＰＲＦでは、送信周波数をリニアに変化させて受信信号とのビート周波数を検出し、２種類以上の周波数変化率を用いることで距離を算出している（例えば非特許文献１参照）。また、送信パルスごとに送信波位相を変化させると共に、受信信号に位相補正を行うことで送信波周波数を変化させ、複数のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を使用することなく、目標の距離を算出する方式がある（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−１６０１２１号公報特開平１−３０８９８５号公報

ＧｅｏｒｇｅＷ．Ｓｔｉｍｓｏｎ，「ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＯＡＩＲＢＯＲＮＥＲＡＤＡＲ」ＨｕｇｈｅｓＡｉｒｃｒａｆｔＣｏ，１９８３年６月、Ｐ４６２

ＭＰＲＦやＨＰＲＦでは目標の距離を算出するために複数のＰＲＦを使用するので、目標の距離算出までに時間がかかる。また、距離分解能を向上させたレーダでは、最初のＰＲＦを送信した時と最後のＰＲＦを送信した時で、目標までの相対距離が変化し、正しい距離が得られないことがある。例えば、距離分解能１５ｍのレーダにおいて、目標観測時間（ｔｉｍｅｏｎｔａｒｇｅｔ：ＴＯＴ）１０ｍｓで５種類のＰＲＦを使用するレーダでは、相対速度６００ｍ／ｓの目標に対して使用すると、トータルの処理時間は５０ｍｓかかるため、目標は３０ｍ移動する。このため、最初のＰＲＦを送信した時と最後のＰＲＦを送信した時では、目標の検出位置が異なることになる。

また、速度が速い目標が複数存在した場合、特定の目標の速度に対応したドップラ周波数で受信信号を補償すると、他の異なる速度の目標は受信信号がひずむことになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、１種類のＰＲＦで目標の距離を得ることができる目標検出装置および目標検出方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置であって、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第１のセレクタと、受信ビデオ信号に対し、送信時の位相パターンに対応する復調パターンで受信ビデオ信号を復調する復調器と、前記位相パターンに合わせて前記復調器の出力を選択するセレクタと、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、１種類のＰＲＦで目標までの距離を算出することで検出時間を向上でき、また、距離分解能を向上させたレーダにおいても正しい距離を算出できる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る目標検出装置の構成例を示す図である。図２は、セレクタの動作を説明するためのタイムチャートである。図３は、実施の形態２に係る目標検出装置の構成例を示す図である。図４は、実施の形態３に係る目標検出装置の構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る目標検出装置および目標検出方法について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る目標検出装置の構成例を示す図である。実施の形態１に係る目標検出装置は、図１に示すように、送信信号発生器１、パルス変調器２、位相変調器３、位相パターン制御器５、セレクタ（第１のセレクタ）６、電力増幅器７、アンテナ８、復調器１０₁，１０₂，１０₃，・・，１０_n-1，１０_n、セレクタ（第２のセレクタ）１２₁，１２₂，１２₃，・・，１２_n-1，１２_n、目標検出器１３₁，１３₂，１３₃，・・，１３_n-1，１３_nおよび合成器１４を備えている。

送信信号発生器１から出力されるコヒーレントな送信信号はパルス変調器２に送られる。パルス変調器２ではコヒーレントな送信信号をパルス状に整形し位相変調器３に送出する。一方、４₁〜４_nで示される変調パターン１〜ｎはパルス圧縮で使用される符号変調用の位相パターンを示している。通常のパルス圧縮では、符号変調用パターンは１種類であるが、この実施の形態１では送信パルスごとに位相パターン制御器５の制御信号により変調パターン１〜ｎを切り替えてセレクタ６から出力し、位相変調器３に送出する。位相変調器３ではコヒーレントなパルス送信信号にセレクタ６から出力された変調パターン（変調パターン１〜ｎの何れか一つ）にしたがって位相変調を行い、電力増幅器７で電力増幅されアンテナ８から空間に放射される。

空間に放射された電波は目標で反射された後に受信されるが、その際、ダウンコンバートされ、さらにＡＤ変換される。このＡＤ変換された信号である受信ビデオ信号９は、復調器１０₁〜１０_nに送られる。１１₁〜１１ｎで示される復調パターン１〜ｎは、４₁〜４_nに示したパルス圧縮の変調パターン１〜ｎに対応する復調用位相パターンを示している。

復調器１０₁〜１０_nはそれぞれの復調パターンにより受信ビデオ信号９を復調する。復調器１０₁〜１０_nの出力はセレクタ１２₁〜１２_nに送られ、位相パターン制御器５からの制御信号によって出力制御して目標検出器１３₁〜１３_nに送られる。このとき、送信において変調パターン１が選択されているときに、セレクタ１２₁の出力は復調パターン１を用いて復調した復調器１０₁の出力を選択し、セレクタ１２₂の出力は復調パターンｎを用いて復調した復調器１０_nの出力を選択し、セレクタ１２₃の出力は復調パターンｎ−１を用いて復調した復調器１０_n-1の出力を選択し、以下同様に、セレクタ１２_n-1の出力は復調パターン３を用いて復調した復調器１０₃の出力を選択し、セレクタ１２_nの出力は復調パターン２を用いて復調した復調器１０₂の出力を選択する。

目標検出器１３₁〜１３_nは、例えばＰＤＩ（ＰｏｓｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）やＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）と称される処理手法を使用して目標検出を行い、合成器１４に送る。合成器１４は、目標検出器１３₁〜１３_nを順番に並べることにより目標の真の距離情報を算出する。

図２は、セレクタ１２の動作を説明するためのタイムチャートである。なお、図２においては、簡略化のため、図１のセレクタのうちセレクタ１２₁〜１２₃についての動作を示している。図２では３つの目標からの受信ビデオ信号が得られたものとしている。ＰＲＦが十分に小さければ、次の送信パルスを送出する前に、受信信号が得られるので、送信パルスから受信号までの時間を計測することで目標までの距離を得ることができるが、ＰＲＦが大きいと、目標からの受信信号を得る前に次の送信パルスを送出するので、送信パルスと受信信号の時間を計測しても目標までの距離を得ることができない。図２の受信ビデオ信号のように、折り返して受信ビデオ信号が入力される。図２では、目標１は直前の送信パルス（変調パターン１で変調された送信パルス）からの受信ビデオ信号とし、目標２は直前の送信パルスよりも一つ前の送信パルス（変調パターン５で変調された送信パルス）からの受信ビデオ信号とし、目標３は直前の送信パルスよりも二つ前の送信パルス（変調パターン４で変調された送信パルス）からの受信ビデオ信号としている。このときの、各々の目標の真の距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は式（１）〜（３）で表される。

Ｒ１＝ｔ１×ｃ／２ …（１）
ただし、ｔ１は送信パルスから受信パルスまでの時間、ｃは光速を表す。

Ｒ２＝（１／ＰＲＦ＋ｔ２）×ｃ／２ …（２）
ただし、ＰＲＦはパルス繰り返し周波数、ｔ２は送信パルスから受信パルスまでの時間を表す。

Ｒ３＝（１／ＰＲＦ×２＋ｔ３）×ｃ／２ …（３）
ただし、ＰＲＦはパルス繰り返し周波数、ｔ３は送信パルスから受信パルスまでの時間を表す。

上述のように、送信パルスは送信ごとに変調パターンを変更しているので、送信パターン１での受信期間で受信される三つの受信ビデオ信号は、それぞれ異なった変調が掛かっている。そこで、それぞれに合致する復調パターンで復調することで、受信信号を選択することが可能となる。具体的には以下の通りである。

セレクタ１２₁では、直前の送信パルスで使用した変調パターン１と合致する復調パターン１を用いて復調した復調器出力を選択することで目標１に相当する信号を取り出している。セレクタ１２₂では、直前の送信パルスの一つ前の送信パルスで使用した変調パターン５と合致する復調パターン５を用いて復調した復調器出力を選択することで目標２に相当する信号を取り出している。セレクタ１２₃では、直前の送信パルス二つ前の送信パルスで使用した変調パターン４と合致する復調パターン４を用いて復調した復調器出力を選択することで目標３に相当する信号を取り出している。

距離を算出するには、次のように行う。目標１は、直前の送信パルスと同じ変調パターン（変調パターン１）による受信処理信号であるので、時間遅れはｔ１のみとなる。目標２は、直前の送信パルスの一つ前の送信パルスの変調パターン（変調パターン５）による受信処理信号であるので、（１／ＰＲＦ）の時間遅れが追加されていることになる。目標３は、直前の送信パルスの二つ前の送信パルスの変調パターン（変調パターン４）による受信処理信号であるので、（１／ＰＲＦ）×２の時間遅れが追加されていることになる。

このようにして、それぞれのセレクタの出力に対して時間遅れを調整することで、目標の真の距離を求めることができる。なお、図２では、変調パターンは予測される目標の最大距離Ｒｍａｘごとに変調パターンを繰り返し使用している。これは、目標を折り返しなく検出するための最低限のパターンの使用を意味しており、変調パターンの繰り返し周期はＲｍａｘによって制限されるものではない。また、繰り返し同じパターンを周期的に使用する必要は必須条件ではなく、毎回異なるパターンを使用してもよい。

この実施の形態１によれば、１種類のＰＲＦで目標までの距離を算出することで、検出時間を向上できる。また、距離分解能を向上させたレーダにおいても、正しい距離を算出できる効果がある。

以上説明したように、実施の形態１に係る目標検出装置および目標検出方法によれば、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択し、受信ビデオ信号に対し、送信時の位相パターンに対応する復調パターンで受信ビデオ信号を復調し、位相パターンに合わせて復調器の出力を選択することとしたので、１種類のＰＲＦで目標までの距離を算出することができ、検出時間を向上できるという効果が得られる。また、距離分解能を向上させたレーダに適用する場合においても、正しい距離を算出できるという効果が得られる。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る目標検出装置の構成例を示す図である。図３に示す実施の形態２において、図１に示す実施の形態１と同一もしくは同等部分は、同一符号を付してその説明は省略する。図３に示す実施の形態２においては、図１に示す実施の形態１の構成と比較すると、セレクタ１５₁〜１５_nへの入力信号が異なっている。

つぎに、実施の形態２に係る目標検出装置の動作について説明する。図３において、受信ビデオ信号９および１１₁〜１１_nで示される復調パターン１〜ｎについては、実施の形態１と同様である。１１₁〜１１_nで示される復調パターン１〜ｎの出力はセレクタ１５₁〜１５_nに送られ、位相パターン制御器５からの制御信号によって出力制御して復調器１０₁〜１０_nに送られる。このとき、送信において変調パターン１が選択されているときに、セレクタ１５₁の出力は１１₁の復調パターン１を選択し、セレクタ１５₂の出力は、１１_nの復調パターンｎを選択し、セレクタ１５₃の出力は１１_n-1の復調パターンｎ−１を選択し、以下同様に、セレクタ１５_n-1の出力は１１₃の復調パターン３を選択し、セレクタ１５_nの出力は１１₂の復調パターン２を選択する。

復調器１０₁〜１０_nは、それぞれセレクタ１５₁〜１５_nの復調パターンにより受信ビデオ信号９を復調し、目標検出器１３₁〜１３_nに送出する。目標検出器１３₁〜１３_nは、例えばＰＤＩ（ＰｏｓｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）やＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を使用して目標検出を行い、合成器１４に送る。合成器１４は、目標検出器１３₁〜１３_nの出力を順番に並べることにより目標の真の距離情報を出力する。

実施の形態２では、目標検出器１３₁〜１３_nの入力信号は、実施の形態１と同じものとなるため、実施の形態１と同様に、合成器１４の出力により、目標の真の距離を求めることができる。

以上説明したように、実施の形態２に係る目標検出装置および目標検出方法によれば、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択し、符号変調用の位相パターンに対応する復調パターンの内から送信時の位相パターンに対応する復調パターンを選択し、受信ビデオ信号を選択した復調パターンで復調することとしたので、１種類のＰＲＦで目標までの距離を算出することができ、検出時間を向上できるという効果が得られる。また、距離分解能を向上させたレーダに適用する場合においても、正しい距離を算出できるという効果が得られる。

実施の形態３．
目標が航空機等の高速移動目標の場合は、ドップラ周波数の補償を行わずに受信ビデオ信号を復調すると、目標の速度により出力信号にひずみが発生する。そこで、実施の形態３では、ドップラ周波数補償器を用いて、目標の受信ビデオ信号を補償する機能を追加する。図４は、実施の形態３に係る目標検出装置の構成例を示す図である。図４に示す実施の形態３において、図３に示す実施の形態２と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図４に示す実施の形態３においては、図３に示す実施の形態２の構成に、目標のドップラ周波数を補償するドップラ周波数補償器１６₁〜１６_nが付加されたものとなっている。

つぎに、実施の形態３に係る目標検出装置の動作について説明する。図４において、受信ビデオ信号９、１１₁〜１１_nで示される復調パターン１〜ｎおよびセレクタ１５₁〜１５_nの動作については、実施の形態２と同様である。

ドップラ周波数補償器１６₁〜１６_nは、受信ビデオ信号９に対して目標のドップラ速度に対応したドップラ周波数で補償を行う。このとき、ドップラ周波数補償器１６₁は、直前の送信パルスによる受信ビデオ信号の目標に対応したドップラ周波数で補償する。ドップラ周波数補償器１６₂は、直前の送信パルスよりも一つ前の送信パルスの受信ビデオ信号の目標に対応したドップラ周波数で補償する。以下、ドップラ周波数補償器１６₃〜１６_nについても同様な処理を行う。なお、目標が存在しない期間の受信ビデオ信号については、ドップラ周波数補償を行う必要はない。

復調器１０₁〜１０_nは、セレクタ１５₁〜１５_nの復調パターンにより、ドップラ周波数補償器１６₁〜１６_nで補償された受信ビデオ信号を復調し、目標検出器１３₁〜１３_nに送出する。目標検出器は１３₁〜１３_nは、例えばＰＤＩ（ＰｏｓｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）やＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を使用して目標検出を行って合成器１４に送る。合成器１４は、目標検出器１３_a〜１３_nを順番に並べることにより目標の真の距離情報を出力する。

以上説明したように、実施の形態３に係る目標検出装置および目標検出方法によれば、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択し、符号変調用の位相パターンに対応する復調パターンの内から送信時の位相パターンに対応する復調パターンを選択し、受信ビデオ信号を目標の速度に対応したドップラ周波数を補償し、ドップラ補償された受信ビデオ信号を選択した復調パターンで復調することとしたので、１種類のＰＲＦで目標までの距離を算出することができ、検出時間を向上できるという効果が得られる。また、距離分解能を向上させたレーダに適用する場合においても、正しい距離を算出できるという効果が得られる。さらに、航空機等の高速移動目標を検出する場合の出力信号のひずみを抑制できるという効果が得られる。

なお、以上の実施の形態１〜３に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

本発明は、空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置および目標検出方法として有用である。

１送信信号発生器、２パルス変調器、３位相変調器、４₁〜４_n 変調パターン１〜ｎ、５位相パターン制御器、６セレクタ（第１のセレクタ）、７電力増幅器、８アンテナ、９受信ビデオ信号、１０₁〜１０_n 復調器、１１₁〜１１_n 復調パターン１〜ｎ、１２₁〜１２_n セレクタ（第２のセレクタ）、１３₁〜１３_n 目標検出器、１４合成器、１５₁〜１５_n セレクタ、１６₁〜１６_n ドップラ周波数補償器。

Claims

空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置であって、
送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第１のセレクタと、
受信ビデオ信号に対し、送信時の位相パターンに対応する復調パターンで受信ビデオ信号を復調する復調器と、
前記位相パターンに合わせて前記復調器の出力を選択する第２のセレクタと、
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置であって、
送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第１のセレクタと、
前記符号変調用の位相パターンに対応する復調パターンの内から送信時の位相パターンに対応する復調パターンを選択する第２のセレクタと、
受信ビデオ信号を前記第２のセレクタから出力される復調パターンで復調する復調器と、
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置であって、
送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第１のセレクタと、
前記符号変調用の位相パターンに対応する復調パターンの内から送信時の位相パターンに対応する復調パターンを選択する第２のセレクタと、
前記受信ビデオ信号を前記目標の速度に対応したドップラ周波数を補償するドップラ周波数補償器と、
前記ドップラ周波数補償器の出力を前記第２のセレクタから出力される復調パターンで復調する復調器と、
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出方法であって、
送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第１のステップと、
受信ビデオ信号に対し、送信時の位相パターンに対応する復調パターンで受信ビデオ信号を復調する第２のステップと、
前記位相パターンに合わせて前記復調器の出力を選択する第３のステップと、
を含むことを特徴とする目標検出方法。
空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出方法であって、
送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第１のステップと、
前記符号変調用の位相パターンに対応する復調パターンの内から送信時の位相パターンに対応する復調パターンを選択する第２のステップと、
受信ビデオ信号を前記第２のステップで選択された復調パターンで復調する復調器と、
を備えたことを特徴とする目標検出方法。