JP2549935B2 - 信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、周波数変調方式を用いたパルス圧縮レー
ダなどの受信信号を処理する信号処理装置に関するもの
である。

［従来技術］ 継続時間の長いパルスに対し処理する信号処理装置の
従来のものとして、第３図に示す特公昭56−20509号に
記載されたものがある。

第３図は上記従来例の受信信号の処理を示すブロック
図であり、第３図において、（16）は中間周波信号を分
配する分配器、（11）は時間軸での圧縮を行なうチャー
プ遅延線、（12）は所定の周波数の区間（チャネル）ご
とに所定の遅延時間を与え各チャネルの信号を同一時刻
に集中させる固定可変遅延線、（13）は各チャネル間の
位相差を補正する移相器、（14）は信号を加算する加算
器、（15）は中間周波信号から低周波信号へ変換する検
波器である。

次に動作について説明する。受信信号から変換された
中間周波信号（第６図ａ）は、分配器（16）により、チ
ャネルごとにチャープ遅延線（11a）（11b）に分配され
（第６図ｂ中のS₁，S₂）、それぞれ時間軸上での圧縮が
なされる。チャープ遅延線（11a）（11b）は第５図ａに
示すような周波数の増加に対し遅延時間が直線的に増加
する特性を持つ。

第４図は、弾性表面波を利用したこの種の遅延線の一
例であり「Radar Technology」,ELI Brookner編著、Art
ech社出版、1977年発刊、pp.171−174から引用したもの
である。弾性表面波素子（１）は、圧電体（２）上に、
電気信号を弾性表面波に変換する入力側すだれ状電極
（３）と弾性表面波を再び電気信号に変換する出力側す
だれ状電極（４）とを設けてなっている。（５）は電気
信号用リード線である。出力側すだれ状電極（４）は、
電極指の配列ピッチが徐々に直線的に変えてある。この
配列ピッチが狭いところでは、高い周波数の弾性表面波
が効率よく電気信号に変換される。逆に、配列ピッチが
広いところでは、低い周波数の弾性表面が効率よく電気
信号に変換される。第４図に示すごとく、配列ピッチが
狭い方が入力すだれ状電極（３）に近い距離に配され、
配列ピッチが広い方が遠い距離に配されているので、周
波数変化に対し遅延時間が直線的に変化する特性が得ら
れる。

このチャープ遅延線（11）により圧縮された受信信号
は、第６図ｂに示すようにチャネルごとにそれぞれ遅延
時間が異なるので固定可変遅延線（12a）（12b）を通過
させ、送信信号における遅延時間に対応する分遅延させ
ることにより、すべての信号成分を同一時刻に集中させ
る。この信号に対し、移相器（13a）（13b）により各チ
ャネル間の位相差を補正し、パルス圧縮波形のメインロ
ーブが、単一のチャーブ遅延線で圧縮された波形の尖頭
値と一致するように調整する。これらの信号を加算器
（14）で加算すると、第６図ｃに示すような圧縮パルス
が得られる。このときの総合の遅延特性は第５図ｂに示
す特性になり、加算後の圧縮パルスの振幅は各チャネル
の振幅のチャネル数倍（第５図においては２倍）とな
る。加算器（14）の出力信号は、検波器（15）で検波さ
れ、表示のため指示器に送られる。

従来のこの種の信号処理装置は、中間周波帯において
加算処理を行っているため、上記移相器（13）における
各チャネル間の位相の調整が不可欠である。すなわち、
各チャネルのチャープ遅延線（11）等は同一特性を持つ
ように設計されるが、温度特性や線路の長さなどに起因
して遅延時間が同一でなくなり、固定可変遅延線（12）
の出力はチャネルごとに位相が一致しなくなる。例え
ば、遅延線の基板をニオブ酸リチウム（LiNbO₃）を使っ
た場合、温度による特性の変化は70ppm/℃程度であり、
パルス巾が10μｓのとき１度当たり0.7ns変化する。し
たがって、温度が10度変化すると遅延時間が7ns変化す
るようになる。

このような場合において、中間周波数は通常数＋MHz
程度であるから、数nS程度の遅延時間の差であっても、
数十度の位相差が生じる。位相が一致していないと、加
算後の振幅はチャネル数倍にならない。このようなこと
を避けるため、位相器（13）により位相を調整・一致さ
せたうえ、温度変化が少ないようにして使用するのであ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記の位相の調整は数nS程度の非常に高い精
度を要するものであり、調整に時間がかかるとともに、
調整後の温度変化に伴う特性の変化により、パルス圧縮
が正しく行われなくなり圧縮特性が変化するという問題
があった。

［課題を解決するための手段］ 予め設定された周波数の区間ごとに圧縮処理を行い、
処理された信号を合成する信号処理装置において、上記
各区間ごとの信号を検波する検波器をそれぞれ備え、検
波後の信号を合成するようにしたものである。

［作用］ この発明における信号処理装置は、受信信号に対し、
予め設定された周波数の区間ごとに、圧縮処理を行い、
それぞれ検波し、その後に合成するものである。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図を用いて説明する。第
１図は、この発明の原理を説明するための図である。チ
ャネル数が２（Ｎが２）の場合を例にとり説明する。送
信パルスに第１図（ａ）に示すような周波数変調を施
し、第１図（ｂ）に示すように、周波数がf₀からf₀＋Δ
ｆまで直線状に変化する、継続時間Ｔのパルスにして送
信する。

一方ターゲットから反射された受信パルスを周波数変
換器６により周波数変換し、第１図（ｃ）に示す周波数
変調が施された、第１図（ｄ）に示すパルスを得る。す
なわち、継続時間Ｔの間に、周波数は２f₀から２f₀＋２
Δｆまで直線状に変化するように変調する。第１図
（ｄ）のパルスを圧縮するには、第１図（ｅ）に示すよ
うに、周波数が２f₀では遅延時間がＴ、周波数が２f₀＋
２Δｆでは遅延時間が零で、かつその間の周波数では、
周波数の変換に対して、遅延時間が直線状に変化する回
路が必要である（従来例においては、この特性が逆であ
るが、従来例ではスペクトラム反転器により特性が反転
された信号に対して処理するためであり、圧縮処理の動
作としては同じである）。この発明においては、第１図
（ｅ）に示す周波数対時間特性を、第１図（ｆ）、
（ｇ）、（ｈ）に示す、周波数対遅延時間特性の組合せ
により実現する。第１図（ｆ）に示す特性では、周波数
が２f₀から２f₀＋Δｆの間で、遅延時間がT/2と一定で
ある。第１図（ｇ）に示す特性では、周波数が２f₀から
２f₀＋Δｆまで変化する間に、遅延時間はT/2から零ま
で直線状に変化する。第１図（ｈ）の特性では、周波数
が２f₀＋Δｆから２f₀＋２Δｆまで変化する間に、遅延
時間はT/2から零まで直線状に変化する。そこで第１図
（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）に示す３つの特性を加算すれ
ば、第１図（ｅ）に示した特性が得られることは図から
容易にわかるであろう。

さて第１図（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）では、遅延時間の
周波数特性のみを示しているが、通過電力の周波数特性
は、第１図（ｆ）、（ｇ）では、周波数２f₀から２f₀＋
Δｆまでの間のみ、通過電力レベルが大きく、その他の
周波数では、通常電力レベルが小さくなるように設定し
ておく。第１図（ｈ）では、周波数２f₀＋Δｆから２f₀
＋２Δｆまでの間のみ、通過電力レベルが大きく、その
他の周波数では、通過電力レベルが小さくなるように設
定しておく。

さて、第１図（ｄ）に示したパルスを、第１図（ｆ）
に示す特性を有する回路に通し、その後、第１図（ｇ）
に示す特性を有する回路に通す。これらの回路は、パル
ス継続時間Ｔの、最初のT/2の区間にのみ強く応答す
る。なぜなら、最初のT/2の区間では、周波数が２f₀か
ら２f₀＋Δｆで変化しており、上述したように、この周
波数帯では通過電力レベルが大きく、後半のT/2の区間
では、周波数が２f₀＋Δｆから２f₀＋２Δｆまで変化し
ているので、この周波数帯では、通過電力レベルが小さ
いからである。

そこで第１図（ｆ）に示す特性を有する回路を通した
後では、最初のT/2の区間のパルスを、全体としてT/2遅
らせたのみのパルスが得られる。その後第１図（ｇ）に
示す特性を有する回路を通した後では、第１図（ｉ）に
示す圧縮パルスが得られる。ここで圧縮パルスのメイン
ローブの幅は、1/Δｆである。なぜなら、最初のT/2の
区間では、周波数が２f₀から２f₀＋ΔｆまでとΔｆだけ
変化しているからである。

一方、第１図（ｄ）に示したパルスを別途、第１図
（ｈ）に示した特性を有する回路に通す。この回路は、
パルス継続時間Ｔの後半の、T/2の区間にのみ強く応答
する。なぜなら、後半のT/2の区間では、周波数が２f₀
＋Δｆから２f₀＋２Δｆまで変化しているので、この周
波数帯では通過電力レベルが大きく、前半のT/2の区間
は、周波数が２f₀から２f₀＋Δｆまで変化しているの
で、この周波数帯では、通過電力レベルが小さいからで
ある。第１図（ｈ）に示した特性を有する回路を通した
後では、第１図（ｊ）に示す圧縮パルスが得られる。こ
こで圧縮パルスのメインローブの幅は、1/Δｆである。
なぜなら、後半のT/2の区間では、周波数が２f₀＋Δｆ
から２f₀＋２Δｆまで、Δｆだけ変化しているからであ
る。

そこで第１図（ｉ）、（ｊ）に示した圧縮パルスを、
包絡線検波し、中間周波帯からベースバンドに変換した
後、これらを加算すれば、第１図（ｋ）に示すように、
1/Δｆのメインローブ幅を有する圧縮パルスを得ること
ができる。この処理方式では、上記のように中間周波数
より低い（十分の一程度）ベースバンド信号に変換後加
算するから、チャネル間に数nS程度の遅延時間差が存在
しても、それに起因する位相差はわずかであり、位相の
調整することなく、単に加算することにより、各チャネ
ルの信号を累積することができる。このことにより、微
妙な調整を要する、非常に困難な位相の調整が不要とな
り、調整の手間を省くことができる。また、温度変化、
経年変化等によって位相差が生じても、特性の劣化が少
なくてすむ。

第２図は、第１図に示した信号処理過程を、具体的に
弾性表面波素子（１）を用いて構成した場合の構成例で
ある。ターゲットからの受信パルスを、周波数変換器
（６）に通せば、第１図（ｄ）に示したパルスが得られ
る。この信号を２分枝し、一方を第１図（ｆ）に示した
特性を有する弾性表面波素子（1a）に通し、さらに、第
１図（ｇ）に通した特性を有する弾性表面波素子（1b）
に通せば、第１図（ｉ）に示した圧縮パルスが得られ
る。他方、先に２分枝したパルスの一方を、第１図
（ｈ）に示した特性を有する弾性表面波素子（1c）に通
せば、第１図（ｊ）に示した圧縮パルスが得られる。こ
のようにして得られた２つの圧縮パルスを、それぞれ検
波器（７）に通して包絡線検波し、その後、合成器
（８）にて合成すれば、第１図（ｋ）に示した所望の圧
縮パルスを得ることができる。

なお、以上はＮ＝２の場合を一実施例として示した
が、この発明はこれに限らず、Ｎ＝３以上の場合につい
ても、同様に拡張し適用することができる。なお、Ｎ＝
３以上の場合について第１図に示した信号処理過程、お
よび第２図に示した回路構成を拡張することは容易であ
る。また、周波数が時間に対して、直線状に変化するパ
ルスを用いる場合について述べたが、周波数が時間に対
して、非直線状に変化するパルスを用いる場合につい
て、この発明を適用してもかまわない。

［発明の効果］ 予め設定された周波数の区間ごとに圧縮処理を行い、
合成する信号処理装置において、上記各区間ごとの信号
を検波する検波器をそれぞれ備え、圧縮後の信号をそれ
ぞれ検波した後合成することにより、位相を調整する位
相器を必要とせず構成が簡単になり、困難な位相器間の
位相差の調整が不要となるため、信号処理装置の製作・
調整が容易になり、安定した動作が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の原理を示す説明図、第
２図は、第１図の原理にもとづいた信号処理装置の一実
施例を示す構成図、第３図は従来のこの種の信号処理装
置の構成図、第４図は、弾性表面波素子の構成の一例を
示すパターン図、第５図は、従来の信号処理装置の原理
を示す説明図、第６図は、従来の信号処理装置のパルス
圧縮の動作を時間軸上で説明するための図である。 図中（１）は弾性表面波素子、（２）は圧電体基板、
（３）は入力側すだれ状電柱、（４）は出力側すだれ状
電柱、（５）はリード線、（６）は周波数変換器、
（７）は検波器、（８）は合成器である。 なお、図中、同一あるいは相当部分には、同一符号を付
して示してある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永塚 勉 神奈川県鎌倉市大船５丁目１番１号 三 菱電機株式会社情報電子研究所内 (56)参考文献 特公 昭56−20509（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周波数変調されたパルスの受信信号に対
   し、パルス圧縮処理を行う信号処理装置において、周波
   数がf0からf0＋Δｆまで変化する継続時間Ｔのパルスの
   受信信号を、Ｎの整数として、周波数がNf0からNf0＋Ｎ
   Δｆまで変化する継続時間Ｔのパルスに周波数変換する
   周波数変換手段と、予め設定された周波数の区間ごと
   に、上記周波数変換手段の出力に対し各区間に対応する
   時間遅延をそれぞれ行う第一の遅延手段と、上記第一の
   遅延手段のそれぞれの出力に対し各区間内の周波数に対
   応する時間遅延をそれぞれ行う第二の遅延手段と、上記
   周波数変換手段の出力に対し、上記周波数の区間のうち
   の予め定められた一部の区間の周波数に対応する時間遅
   延を行う第三の遅延手段と、上記第二の遅延手段の出力
   および上記第三の遅延手段の出力をそれぞれ検波する検
   波器と、上記検波器の出力を合成する合成器とを備えた
   ことを特徴とする信号処理装置。