JP2021131276A - レーダ装置、及びパルス圧縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】局部発振器が生成する信号を混合した信号によるパルス圧縮した波形の劣化をより抑制可能なレーダ装置、及びパルス圧縮装置を提供する。を提供する。【解決手段】レーダ装置（１）は、設定された周波数の第１の信号を生成する局部発振器（１９）と、第１の信号を混合して得られる送信信号を送信した場合に、送信信号を反射物が反射することによって受信される受信信号に対し、局部発振器が生成した前記第１の信号を混合するミキサ（１７）と、ミキサにより第１の信号が受信信号に混合された後の信号である混合受信信号から、受信信号に混合された第１の信号に生じている歪み分を補正する位相補正部（１０）と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、局部発振器が生成する信号を用いたレーダ装置、及びそのレーダ装置に用いられるパルス圧縮装置に関する。

レーダ装置としては、局部発振器が生成する信号を混合して送信信号を生成するものがある。パルス圧縮技術は、距離分解能、及びＳＮＲ（Signal-to-Noise ratio）の向上のための信号処理技術である。このパルス圧縮技術が適用されたレーダ装置では、局部発振器が生成する信号に混合する信号には、一般的に、時間に応じて周波数が直線的に変化するチャープ信号が用いられる。

送信信号を送信する送信部、及び送信信号の送信により受信される受信信号を受信するための受信部により、群遅延が発生する。この群遅延は、パルス圧縮時に誤差を発生させ、パルス圧縮した波形を劣化させる。このことから、レーダ装置には、群遅延特性を測定し、近似的に位相誤差を求め、求めた位相誤差を用いて、チャープ信号の理想的な波形を示す参照信号を操作するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６０−０８９７８２号公報

レーダ装置に用いられる局部発振器が生成する信号は、チャープ信号、及び受信信号にそれぞれ混合される。その局部発振器が生成する信号は、変動する恐れがある。つまり、信号の波形に歪み、周波数変動等が発生する可能性がある。受信信号に混合される信号に発生していた歪み等は、パルス圧縮した波形を劣化させる。このことから、パルス圧縮した波形の劣化をより抑制するためには、受信信号に混合される信号も考慮する必要がある。

本開示は、局部発振器が生成する信号を混合した信号によるパルス圧縮した波形の劣化をより抑制可能なレーダ装置、及びパルス圧縮装置を提供することを目的とする。

本開示に係るレーダ装置は、設定された周波数の第１の信号を生成する局部発振器と、第１の信号を混合して得られる送信信号を送信した場合に、送信信号を反射物が反射することによって受信される受信信号に対し、局部発振器が生成した前記第１の信号を混合するミキサと、ミキサにより第１の信号が受信信号に混合された後の信号である混合受信信号から、受信信号に混合された第１の信号に生じている歪み分を補正する位相補正部と、を備える。

本開示に係るパルス圧縮装置は、局部発振器が生成した第１の信号を表すデジタルの第１のデジタル信号を入力する第１の入力部と、第１の信号を混合して得られる送信信号の送信により受信される受信信号に対し、局部発振器が生成した第１の信号を混合した後のデジタルの信号である混合受信デジタル信号かを入力する第２の入力部と、第１の入力部が入力した第１のデジタル信号を用いて、第２の入力部が入力した混合受信デジタル信号から、受信信号に混合された第１の信号に生じている歪み分を補正する位相補正部と、を備える。

本開示によれば、局部発振器が生成する信号を混合した信号によるパルス圧縮した波形の劣化をより抑制することができる。

本実施の形態１に係るレーダ装置の構成例を示す図である。 本実施の形態１に係るパルス圧縮装置の機能構成例を示す図である。 本実施の形態１に係るパルス圧縮装置が行う処理の内容を説明する図である。

以下、本開示に係るレーダ装置、及び本開示に係るパルス圧縮装置の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す変形例を含む実施の形態は一例であり、これらの実施の形態に本開示は限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係るレーダ装置の構成例を示す図である。このレーダ装置１は、パルス圧縮が適用されたものである。図１に示すように、レーダ装置１は、パルス圧縮装置１０、チャープ信号生成部１１、ミキサ１２、増幅器（AMPlifier）１３、サーキュレータ１４、アンテナ１５、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１６、ミキサ１７、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）コンバータ１８、２０、及び局部発振器であるＳＴＡＬＯ（STAbilized Local Oscillator）１９を備えている。なお、図１では、アンテナ１５を回転させるための構成要素等は省略している。

チャープ信号生成部１１は、アンテナ１５から送信信号を送信する送信区間に、時間に応じて周波数が直線的に変化するチャープ信号を生成して出力する。このチャープ信号は、中間周波数（Inter mediate Frequency：ＩＦ）の信号であり、本実施の形態１における第２の信号に相当する。

ＳＴＡＬＯ１９は、設定された周波数の信号を生成して出力する。ＳＴＡＬＯ１９が生成する信号は、以降「ＳＴＡＬＯ位相信号」と表記する。ＳＴＡＬＯ位相信号は、本実施の形態１における第１の信号に相当する。

ミキサ１２は、ＳＴＡＬＯ位相信号を、チャープ信号生成部１１が出力するチャープ信号に混合し、その混合により送信信号を生成する。生成された送信信号は、増幅器１３により増幅された後、サーキュレータ１４を介してアンテナ１５に出力される。それにより、アンテナ１５は送信信号を送信する。図１中の「ＲＦ」は、無線周波数（Radio Frequency）の信号を表している。「ＬＯ」は、ＳＴＡＬＯ位相信号を表している。

アンテナ１５から送信された送信信号は、反射物によって反射され、アンテナ１５に受信される。反射物によって反射された送信信号は、受信信号としてアンテナ１５に受信され、サーキュレータ１４を介してＬＮＡ１６に出力される。ＬＮＡ１６は、サーキュレータ１４を介してアンテナ１５から入力した受信信号を増幅してミキサ１７に出力する。ミキサ１７は、ＬＮＡ１６から入力した受信信号に、ＳＴＡＬＯ位相信号を混合して出力する。ミキサ１７が出力する受信信号は、ＳＴＡＬＯ位相信号によって中間周波数にダウンコンバートされた信号であることから、以降「受信ＩＦ信号」と表記する。この受信ＩＦ信号は、本実施の形態１における混合受信信号に相当する。

ミキサ１７から出力された受信ＩＦ信号は、アナログの信号である。この受信ＩＦ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１８によってデジタルの受信ＩＦ信号に変換されてパルス圧縮装置１０に入力される。ＳＴＡＬＯ１９から出力されたＳＴＡＬＯ位相信号もアナログの信号である。このＳＴＡＬＯ位相信号は、Ａ／Ｄコンバータ２０によってデジタルのＳＴＡＬＯ信号に変換されてパルス圧縮装置１０に入力される。本実施の形態１において、Ａ／Ｄコンバータ１８が出力するデジタルの受信ＩＦ信号は、混合受信デジタル信号に相当し、Ａ／Ｄコンバータ２０が出力するデジタルのＳＴＡＬＯ位相信号は、第１のデジタル信号に相当する。

パルス圧縮装置１０は、本実施の形態１に係るパルス圧縮装置である。このパルス圧縮装置１０は、入力した受信ＩＦ信号を用いたパルス圧縮を行い、その結果として得られる波形を示す信号を出力する。

図２は、本実施の形態１に係るパルス圧縮装置の機能構成例を示す図である。次に図２を参照し、パルス圧縮装置１０について具体的に説明する。

パルス圧縮装置１０は、１台の情報処理装置、例えばマイクロコンピュータである。このパルス圧縮装置１０は、図２に示すように、２つの入力部１０１、１０２、３つの記憶部１０３〜１０５、２つの位相補正部１０６、１１０、２つのＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１０７、１０９、乗算部１０８、及び逆ＦＦＴ部１１１を備えている。

入力部１０１は、Ａ／Ｄコンバータ２０が出力するデジタルのＳＴＡＬＯ位相信号を順次、入力して記憶部１０３に記憶する。それにより、記憶部１０３には、デジタルのＳＴＡＬＯ位相信号がデータとして時系列で記憶される。入力部１０１は、本実施の形態１における第１の入力部に相当する。

入力部１０２は、Ａ／Ｄコンバータ１８が出力するデジタルの受信ＩＦ信号を順次、入力して記憶部１０５に記憶する。それにより、記憶部１０５にも、デジタルの受信ＩＦ信号が時系列でデータとして記憶される。入力部１０２は、本実施の形態１における第２の入力部に相当する。

記憶部１０４には、参照信号がデータとして記憶されている。この参照信号は、理想的なチャープ信号の波形を時系列で示すデータである。位相補正部１０６は、記憶部１０３に記憶されているＳＴＡＬＯ位相信号のうちから、送信区間分のＳＴＡＬＯ位相信号を抽出し、抽出したＳＴＡＬＯ位相信号を用いて、参照信号の位相を補正する操作を行う。位相補正部１０６は、本実施の形態１における他の位相補正部に相当する。

この操作により、操作後の参照信号は、歪み等による歪み分を含むＳＴＡＬＯ信号を混合すると想定した場合に、実際の送信信号が得られるチャープ信号に一致するか、或いはほぼ一致するものに変更される。つまり、参照信号に対し、送信区間分の実際のＳＴＡＬＯ位相信号に存在する歪み分を反映させる位相補正が行われる。この操作後の参照信号は、ＦＦＴ部１０７により、周波数領域の信号に変換され、乗算部１０８に出力される。なお、位相補正部１０６は、操作後の参照信号を複素共役信号として出力する。

一方、位相補正部１１０は、記憶部１０５に記憶されている受信ＩＦ信号のうちから、受信区間分の受信ＩＦ信号を抽出すると共に、記憶部１０３に記憶されているＳＴＡＬＯ位相信号のうちから、受信区間分のＳＴＡＬＯ位相信号を抽出する。これらの抽出後、位相補正部１１０は、抽出した受信ＩＦ信号に対し、受信区間の実際のＳＴＡＬＯ位相信号と、理想的なＳＴＡＬＯ位相信号との間の差分を除去するための位相補正を行う。この位相補正の操作により、操作後の受信ＩＦ信号は、理想的なＳＴＡＬＯ信号を受信信号に混合した場合に得られる受信ＩＦ信号に一致するか、或いはほぼ一致するものに変更される。この操作後の受信ＩＦ信号は、ＦＦＴ部１０９により、周波数領域の信号に変換され、乗算部１０８に出力される。

本実施の形態１では、相互相関処理法を用いて、パルス圧縮した波形を生成するようにしている。乗算部１０８は、受信ＩＦ信号の周波数領域の信号に対し、操作後の参照信号から得られた周波数領域の信号を相関係数とした複素乗算を行い、その乗算結果を逆ＦＦＴ部１１１に出力する。逆ＦＦＴ部１１１は、乗算部１０８から入力した乗算結果を時間領域の信号に変換する。この変換によって得られた信号がパルス圧縮処理の結果を示すパルス圧縮処理信号であり、パルス圧縮した波形を示している。

受信信号には、送信信号の生成に用いられたＳＴＡＬＯ位相信号に存在する歪み分が含まれている。その歪み分とは、理想的な波形との差分に相当する信号成分であり、理想的な波形との局所的な相違の他に、周波数変動等も含まれる。しかし、受信ＩＦ信号には、受信時に混合したＳＴＡＬＯ位相信号に存在する歪み分の影響を排除する操作を行い、参照信号には、送信時のＳＴＡＬＯ位相信号に存在する歪み分を反映させる操作を行うようにしている。

受信ＩＦ信号への操作により、操作後の受信ＩＦ信号は、理想的なＳＴＡＬＯ位相信号を混合した場合に得られるものに一致するか、或いはほぼ一致するものとなる。とはいえ、操作後の受信ＩＦ信号には、送信信号の生成に用いられたＳＴＡＬＯ位相信号に存在する歪み分が含まれている。しかし、参照信号には、その歪み分を反映させる操作を行っている。このため、操作後の受信ＩＦ信号に含まれるチャープ信号分と、操作後の参照信号とは、相関が非常に高いものとなる。理論的には、それらの信号において、送信時、及び受信時にＳＴＡＬＯ位相信号にそれぞれ存在する歪み分の影響を完全に排除することができる。それにより、実際のＳＴＡＬＯ位相信号に存在する歪み分を原因とするパルス圧縮した波形の劣化は、回避できるか、たとえ回避できなくとも、非常に低いレベルに抑えることができる。

チャープ信号にも、歪み分が存在する恐れがある。しかし、チャープ信号の周波数は、ＳＴＡＬＯ位相信号の周波数と比較して、通常、非常に低い。このことから、多くの場合、ＳＴＡＬＯ位相信号と比較し、チャープ信号に歪み分が発生したとしても、その悪影響は非常に小さい。

なお、本実施の形態では、受信ＩＦ信号に加え、参照信号の操作も行うようにしているが、受信ＩＦ信号の操作のみを行うようにしても良い。受信ＩＦ信号の操作のみを行うようにしても、パルス圧縮した波形の劣化は抑えることができる。これは、送信時、受信時のＳＴＡＬＯ位相信号にそれぞれ存在する歪み分により、パルス圧縮した波形がより劣化するようなことを回避できるからである。実際、送信時、受信時のＳＴＡＬＯ位相信号に打ち消すような歪み分が発生するのはあまり期待できない、

図３は、本実施の形態１に係るパルス圧縮装置が行う処理の内容を説明する図である。ここで図３を参照し、パルス圧縮装置１０の動作について更に説明する。図３では、信号波形として、送信信号、ＳＴＡＬＯ位相信号、受信ＩＦ信号、及び参照信号の例をそれぞれ示している。横軸に時間、縦軸に振幅をそれぞれとっている。受信ＩＦ信号は、包絡線で示している。

図３に示すように、送信区間内で生成されたＳＴＡＬＯ位相信号は、参照信号の位相を補正する操作に用いられる。受信区間内で生成されたＳＴＡＬＯ位相信号は、受信ＩＦ信号の位相を補正する操作に用いられる。操作後の参照信号、及び操作後の受信ＩＦ信号は、パルス圧縮のために、フーリエ変換により周波数領域の信号に変換されて処理される。周波数領域の信号への変換により、ＳＴＡＬＯ位相信号に存在する歪み分の時間領域上の位置関係は影響しないようになる。

１ レーダ装置、１０ パルス圧縮装置、１２、１７ ミキサ、１４ サーキュレータ、１５ アンテナ、１８、２０ Ａ／Ｄコンバータ、１９ ＳＴＡＬＯ、１０１ 入力部（第１の入力部）、１０２ 入力部（第２の入力部）、１０３〜１０５ 記憶部、１０６ 位相補正部、１１０ 位相補正部（他の位相補正部）、１０７、１０９ ＦＦＴ部、１０８ 乗算部、１１１ 逆ＦＦＴ部。

Claims (3)

1. 設定された周波数の第１の信号を生成する局部発振器と、
   前記第１の信号を混合して得られる送信信号を送信した場合に、前記送信信号を反射物が反射することによって受信される受信信号に対し、前記局部発振器が生成した前記第１の信号を混合するミキサと、
   前記ミキサにより前記第１の信号が前記受信信号に混合された後の信号である混合受信信号から、前記受信信号に混合された前記第１の信号に生じている歪み分を補正する位相補正部と、
   を備えるレーダ装置。
2. 前記第１の信号の混合に用いられる第２の信号の理想的な波形を表す参照信号に対し、前記送信信号の生成に用いた前記第１の信号に生じている歪み分を補正する他の位相補正部、
   を更に備える請求項１に記載のレーダ装置。
3. 局部発振器が生成した第１の信号を表すデジタルの第１のデジタル信号を入力する第１の入力部と、
   前記第１の信号を混合して得られる送信信号の送信により受信される受信信号に対し、前記局部発振器が生成した前記第１の信号を混合した後のデジタルの信号である混合受信デジタル信号かを入力する第２の入力部と、
   前記第１の入力部が入力した前記第１のデジタル信号を用いて、前記第２の入力部が入力した前記混合受信デジタル信号から、前記受信信号に混合された前記第１の信号に生じている歪み分を補正する位相補正部と、
   を備えるパルス圧縮装置。

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