JP4116241B2 - パルスデータ生成方法、シェイプデータ生成方法、パルスデータ生成装置、シェイプデータ生成装置及び送信パルス信号生成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線及び有線の伝送路に送出される送信パルス信号を生成する送信パルス信号生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばレーダ装置にあっては、送信パルス信号を以下に示す３つの方法のいずれかで生成している。
（１）信号発生源の出力を方形ステップ波状にスイッチングし、送信パルス信号の送信期間でＯＮとし、それ以外の期間でＯＦＦとする方法。
（２）送信パルス信号の打ち出し期間とそれ以外の期間で送信レベルを変化させる方法。
（３）ミキサを用いて送信パルス信号をステップ状の波形信号と乗算してシェイプする方法。
【０００３】
（１）の方法は、信号をスイッチング出力することで送信パルス信号を生成する方法であり、信号発生源の出力に対し、時間領域で方形ステップ状の信号を乗じた場合に等しいと言える。この方法は、スイッチＯＮ／ＯＦＦの信号の急激な変化により、送信信号の基本周波数成分（メインローブ）を中心に、広範囲に渡ってレベルの高いサイドローブが発生してしまうという問題を有している。
【０００４】
（２）の方法は、信号出力期間において、方形ステップ波状で表現される２値のスイッチングを行うのではなく、信号を送信する期間で送信レベルを変化させることで、サイドローブを低減する方法である。一般的には、デジタル処理により、送信パルスの波形データに台形状のデータと乗じるという方法をとっている。（１）の方法によるスイッチングの場合に比べると、メインローブから遠いサイドローブのレベルを低減できるが、まだまだ高いレベルでサイドローブが存在する。
【０００５】
（３）の方法は、ミキサを用いて送信パルスにステップ状の波形信号を乗じる方法であるが、この方法では位相の変化が激しいだけでなく、シェイプ出力にオーバーシュート及びアンダーシュートを生じてしまう。このため、オーバーシュートとアンダーシュートが生じた部分の余分な時間成分や周波数成分も持ってしまう。
【０００６】
図４９に（１）の方法によりバースト信号を方形ステップ波で切り出した波形図（図５０は図４９のバースト成分を拡大して示す波形図）、図５１に（２）の方法によりバースト信号を台形ステップ波で切り出した波形図（図５２は図５１のバースト成分を拡大して示す波形図）を示す。
【０００７】
上記の例において、それぞれの時間領域データをＦＦＴ処理して周波数分布を計測した結果を図５３〜図５５に示す。図５３は方形ステップ波（実線）及び台形ステップ波（点線）の時間領域波形、図５４は各ステップ波に対応する周波数分布、図５５は図５４の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図を示している。これらの図から明らかなように、いずれのステップ波でも、メインとする周波数以外にも広範囲に渡って周波数成分が分布しており、サイドローブの抑圧は十分になされていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた従来のレーダ装置等における送信パルス信号生成装置では、どれも「時間領域から波形を作る」という前提での考え方を行っていた。結果はどの方法もサイドローブを抑えきれず、メインローブの周波数成分をうまくとりだせていない。このことは、レーダ装置の送信パルスに限らず、無線または有線の伝送路におけるデータ等の送信パルス全般にいえることである。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、サイドローブが十分に低減され、理想的な周波数成分を持つ送信パルス信号を生成することのできる送信パルス信号生成装置と、この装置に用いられるパルスデータ生成方法／装置、シェイプデータ生成方法／装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明に係るパルスデータ生成方法、シェイプデータ生成方法、パルスデータ生成装置、シェイプデータ生成装置及び送信パルス信号生成装置は、以下のような特徴的構成を備える。
【００１１】
（１）本発明に係るパルスデータ生成方法は、周波数領域で送信パルス信号の波形データに窓関数データを乗じることで、メインとなる周波数成分を切り出すと共に不要なサイドローブをゼロ状態とする理想周波数領域の波形データを生成し、これをフーリエ逆変換することで時間領域の波形データにしてパルスデータを生成することを特徴とする。
【００１２】
（２）具体的には、送信パルス信号の基本波形データを作成する第１の手順と、この第１の手順で作成された基本波形データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに置き換える第２の手順と、この第２の手順で得られたフーリエ変換後の波形データに予め決められた条件に合致するカーブを持つ窓関数データを乗算する第３の手順と、この第３の手順で得られた波形データをフーリエ逆変換して時間領域の波形データに置き換える第４の手順とを具備することを特徴とする。
【００１３】
（３）（１）または（２）において、前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする。
【００１４】
（４）本発明に係るシェイプデータ生成方法は、送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに変換し、先頭を頂点とした窓関数データを乗じて理想周波数領域のシェイプデータを生成し、これをフーリエ逆変換することで時間領域のシェイプデータを生成することを特徴とする。
【００１５】
（５）具体的には、送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データを作成する第１の手順と、この第１の手順で作成された波形データをフーリエ変換し、周波数領域の波形データに置き換える第２の手順と、この第２の手順で得られた波形データに予め決められた条件に合致する、先頭を頂点としたカーブを持つ窓関数を乗じて周波数成分を切り出す第３の手順と、この第３の手順で得られた周波数領域の波形データをフーリエ逆変換し、時間領域の波形データに置き換えることでシェイプデータを生成する第４の手順とを具備することを特徴とする。
【００１６】
（６）（４）または（５）において、前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
（７）本発明に係るパルスデータ生成装置は、周波数領域で送信パルス信号の波形データに窓関数データを乗じることで、メインとなる周波数成分を切り出すと共に不要なサイドローブをゼロ状態とする理想周波数領域の波形データを生成し、これをフーリエ逆変換することで時間領域の波形データにしてパルスデータを生成することを特徴とする。
【００１８】
（８）具体的には、送信パルス信号の基本波形データを作成する基本波形データ作成部と、この基本波形データ作成部で作成された基本波形データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに置き換えるフーリエ変換部と、このフーリエ変換部で得られた波形データに予め決められた条件に合致するカーブを持つ窓関数データを乗算する窓関数乗算部と、この窓関数乗算部で得られた波形データをフーリエ逆変換して時間領域の波形データに置き換えるフーリエ逆変換部とを具備することを特徴とする。
【００１９】
（９）（７）または（８）において、前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする。
【００２０】
（１０）本発明に係るシェイプデータ生成装置は、送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに変換し、先頭を頂点とした窓関数データを乗じて理想周波数領域の波形データを生成し、これをフーリエ逆変換することで時間領域の波形データにしてシェイプデータを生成することを特徴とする。
【００２１】
（１１）具体的には、送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データを作成する方形ステップ波データ作成部と、この方形ステップ波データ作成部で作成された波形データをフーリエ変換し、周波数領域の波形データに置き換えるフーリエ変換部と、このフーリエ変換部で得られた波形データに予め決められた条件に合致する、先頭を頂点としたカーブを持つ窓関数を乗じて周波数成分を切り出す窓関数乗算部と、この窓関数乗算部で得られた周波数領域の波形データをフーリエ逆変換し、時間領域の波形データに置き換えることでシェイプデータを生成するフーリエ変換部とを具備することを特徴とする。
【００２２】
（１２）（１０）または（１１）において、前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする。
【００２３】
（１３）本発明に係る送信パルス信号生成装置は、周波数領域で送信パルス信号の波形データに窓関数データを乗じることで、メインとなる周波数成分を切り出すと共に不要なサイドローブをゼロ状態とする理想周波数領域の波形データを生成し、これをフーリエ逆変換することで生成された時間領域の波形データをパルスデータとして記憶するパルスデータ記憶部と、このパルスデータ記憶部からパルス送出期間にパルスデータを読み出し、アナログ信号に変換することで送信パルス信号を生成するデジタル・アナログ変換部とを具備することを特徴とする。
【００２４】
（１４）または、送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに変換し、先頭を頂点とした窓関数データを乗じて理想周波数領域のシェイプデータを生成し、これをフーリエ逆変換することで生成された時間領域のシェイプデータを記憶するシェイプデータ記憶部と、このシェイプデータ記憶部に記憶されたシェイプデータを時間領域で生成されるパルスデータのパルス幅に合わせて読み出し、この読み出されたシェイプデータを係数として前記パルスデータに乗算する乗算部と、この乗算部で得られたパルスデータをアナログ信号に変換することで送信パルス信号を生成するデジタル・アナログ変換部とを具備することを特徴とする。
【００２５】
前述のように、従来の送信パルス信号装置で用いられるパルスデータの生成では、「時間領域から波形を作る」という前提での考え方を行っていた。これを、「周波数領域から波形を作る」という前提で考えたのが、本発明の「窓関数で周波数領域データを切り出す方法／装置」である。この方法／装置によって、周波数領域から送信パルスの波形データを生成することで、理想の周波数成分を持つ送信パルス信号を作り出すことができた。
【００２６】
具体的には、周波数領域でメインとなる周波数成分を切り出し、遠方のサイドローブがゼロ状態となるような理想周波数領域のデータを作り、これをフーリエ逆変換することで時間領域のデータにしてパルスを作るという方法／装置である。できあがった時間領域のデータは、理想周波数領域のデータで描いたような周波数成分を持ったようなデータになる。つまり、メインローブのみが強調され、サイドローブをゼロとできるようなデータができあがる。また、位相についてもミキサを使用する時のような激しい変化もないことから、オーバーシュート・アンダーシュートのないきれいな波形を作り出すことができた。
【００２７】
このように、本発明の方法／装置は、最も理想的なデータを作り出せるような方法／装置であると言える。
【００２８】
サイドローブの低減／除去は非常に有益である。周波数領域のデータで、メインの周波数帯域にのみ周波数成分が存在するということから、送信したパルスの周波数成分を確実に取り出せるだけでなく、送信したパルス以外のパルスや、周辺の電波に影響されない、影響を与えないという特徴も持ち合わせている。これらの特徴も踏まえて、本発明の方法は、理想のパルスを作り出すことができ、単純かつ確実で効率的な方法と言える。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３０】
まず、本発明を着想した経緯について説明する。
【００３１】
「ある十分に長い時間において、短い時間においてのみ信号を送信したとき（パルスで打ち出す）」のシミュレーションを行うことは、送信した原信号に対し、送信した信号を受け取る側が信号の周波数成分を解析した時、送信した信号がどのような周波数成分を含んでいるかということを検証することであり、レーダの技術そのもののシミュレーションを行ったことであると言うことができる。
【００３２】
本発明は、このシミュレーションを基本としてレーダパルスの解析を行い、かつ新たに理想的なレーダパルスを作り出す研究を行うことで得られたものである。
【００３３】
従来のレーダ装置における送信装置の構成を図１に示す。図１において、ＩＦ信号発振器１１で発生されたＩＦ信号は変調器１２に送られ、変調信号によりパルス信号に変換される。このパルス信号は、ＩＦ／ＲＦ周波数変換部１３によりＲＦ信号に変換された後、ＲＦ信号増幅部１４で増幅され、ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）１５で不要な周波数成分が除去された後、電力増幅器１６で電力増幅され、図示しない空中線から空間に向けて送出される。尚、図１の波線部分の装置は、有線等のように、存在しない場合もあり得る。
【００３４】
ここにおいて、変調器１２でパルス信号を生成する際に、前述したように、サイドローブを十分に抑圧できず、送信パルスの波形歪みにより受信パルスの周波数解析が困難となっている。
【００３５】
これに対して、本発明はデジタル処理により理想的な周波数特性を持つ送信パルスを作成しようとすることを特徴とする。具体的には、図２に示すように、ＲＯＭ（またはＦＩＲフィルタ）２１に予め送信パルスに合致する波形データを記憶させておき、変調信号に基づいてＲＯＭ２１から波形データを読み出し、Ｄ／Ａ変換器２２によりアナログ信号に変換してＩＦ帯の送信パルスを生成する。この送信パルスはＬＰＦ（低域通過フィルタ）またはＢＰＦ２３によりサンプリング周波数の折り返し成分が除去された後、図１と同様に、ＩＦ／ＲＦ周波数変換部２４によりＲＦ信号に変換され、ＲＦ信号増幅部２５で増幅され、ＢＰＦ２６で不要な周波数成分が除去され、電力増幅器２７で電力増幅され、図示しない空中線から空間に向けて送出される。
【００３６】
この構成によれば、波形データが予め理想的な周波数特性を持つように設定されているため、サイドローブを十分に抑圧することが可能となり、送信パルスの波形歪みがほとんど発生せず、受信パルスの周波数解析を高精度に行えるようになる。
【００３７】
ところで、送信パルスの波形データをＲＯＭ等の波形メモリに記憶しておき、送信タイミングに合わせて読み出し出力することは、従来から信号生成のデジタル処理の一手法として行われている。但し、上記のように周波数特性の改善を図る従来の技術では、図３に示すように、時間領域のデータに台形や方形の係数を乗算してパルスデータを生成する。このとき、このパルスデータをフーリエ変換によって周波数領域のデータに変換した後、周波数領域で周波数成分（サイドローブなど）を解析し、その解析結果に基づいて係数の調整を行うことで、パルスデータの周波数特性の改善を図っていた。
【００３８】
しかしながら、時間領域のデータに台形や方形の係数を乗じて作成したパルスデータは、前述したように、メインローブから広範囲に渡ってレベルの高いサイドローブが発生してしまう。
【００３９】
そこで、本発明では、図４に示すように、周波数領域でメインローブの周波数帯以外を除去したデータを作成し、これに特定の係数を乗算してパルス化した後、フーリエ逆変換によって時間領域のデータに変換することで、パルスデータを作成する。この場合、周波数領域でメインローブの周波数帯以外の周波数成分を除去しているため、フーリエ逆変換によって時間領域に変換されたデータには、サイドローブはほとんど残らない。
【００４０】
一方、サイドローブを低減する手法として、時間領域のデータに「窓関数」と呼ばれる関数を乗じる方法がよく利用されている。この方法は、時間領域のパルスデータにその入力パルス幅に合わせて窓関数を乗じることで、パルスの立ち上がり・立ち下がりを緩やかに変化させ、そのパルスデータをフーリエ変換して周波数領域のデータに置き換えて、パルスの中央付近で信号成分を解析する方法である。
【００４１】
このように窓関数を時間領域の信号に乗じる方法は、計測器などでよく用いられている。図５にその構成例を示す。図５において、計測対象信号は窓関数データと乗算されて切り出され、フーリエ変換により時間領域のデータから周波数領域のデータに変換されて周波数解析がなされる。
【００４２】
図６、図７にこの場合の処理の流れを示す。図６において、計測対象信号（無限に続く信号）（ａ）に対し、ある区間を特定して解析する場合、この区間を切り取った波形信号（ｂ）を繰り返すことで連続した信号を生成し（ｃ）、無限に続くものとして解析を行う。しかしながら、切り取った波形（ｂ）を繰り返した場合、接合部分で不連続となり、誤差が生じる。そこで、図７に示すように、切り取った波形信号（ｂ）とその区間に合致した窓関数（ｄ）を乗算し、先頭と最後尾でレベルが一致した信号（ｆ）を生成し、この信号（ｆ）を繰り返すことで見かけ上連続した信号（ｇ）を生成し、解析を行う。
【００４３】
上記の方法を利用して、送信パルス信号を生成することを考える。この場合、図８に示すように、時間領域のデータを窓関数データと乗算してパルスデータを切り出す。このとき、切り出されたパルスデータをフーリエ変換により周波数領域のデータに置き換えてサイドローブの発生具合を確認し、必要に応じて窓関数の修正を行う。
【００４４】
しかしながら、この方法では、信号の立ち上がり・立ち下がりの時間が長すぎ、中央付近の信号成分しか活かせてないことから、送信パルスとしては効率がいいとは言えない。
【００４５】
この窓関数を周波数領域のパルス信号に用いるというのが本発明の方法である。すなわち、本発明による「窓関数による周波数領域のデータの切り出し」による方法は、窓関数のカーブを利用してサイドローブを低減させ、メインローブを強調してフーリエ変換することで、基本となっている周波数成分を効率よく取り出したパルス信号を生成する方法である。
【００４６】
図９にその構成例を示す。図９において、周波数領域のデータは、メインローブの周波数に応じた窓関数データと乗算して切り出され、フーリエ逆変換により時間領域のデータに戻される。この場合、窓関数で周波数領域のデータを切り出すため、理想の周波数成分を含む周波数領域のデータが作成され、これをフーリエ逆変換により時間領域のデータに戻したとき、メインローブの周波数以外を抑圧したパルスデータが得られる。
【００４７】
以下、本発明について、具体的な実施例をあげて説明する。
【００４８】
窓関数にも、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓など、いくつか種類がある。どの窓関数でもサイドローブ低減には効果的である。ここでは、「ブラックマンハリス窓」と呼ばれる窓関数を用いてシミュレーションを行った結果について説明する。尚、ブラックマンハリス窓ｗ(n) は、次のように定義される。
【００４９】
但し、ｗ(n) ： 窓関数の値
ｎ： 0,1,2,…,(N-2),(N-1)
Ｎ： 窓関数の総数
「窓関数による周波数領域のパルス信号の切り出し」の方法の手順については次のようになる。
【００５０】
（サイドローブ低減信号作成手順）
▲１▼ パルス信号の基本波形データ（以下、パルスデータ）を作成する。
【００５１】
▲２▼ フーリエ変換により、▲１▼のパルスデータを周波数領域のデータに置き換える。
【００５２】
▲３▼ フーリエ変換後のパルスデータに、条件に合うような窓関数のカーブを当てて複素乗算を行う。このとき、サンプリング周波数の１／２で折り返した側にも同じ窓関数を乗じる。
【００５３】
▲４▼ ▲３▼でできあがったパルスデータをフーリエ逆変換で時間領域のパルスデータに戻す。
【００５４】
▲５▼ ▲４▼で得られたパルスデータをアナログ信号に変換し、送信パルスとする。
【００５５】
次に、上記の方法に基づいて、（１）特定周波数成分だけを持たせたパルスデータ、（２）シェイプ用の係数として用いるシェイプデータの２パターンの生成方法について説明する。
【００５６】
（１）特定周波数成分を持たせたパルスデータを生成する方法
この方法は、ある特定の周波数帯域を指定して、送信するパルスデータを作成するときなどに有益である。この方法でできあがったパルスデータをＲＯＭなどに蓄えておき、順次送信タイミングで読み出し出力することで、所望の周波数成分を持つパルスを打ち出すことができる。上記パルスデータ生成装置の構成例を図１０に示す。
【００５７】
図１０において、３１はメイン周波数のパルス幅分のバーストデータを発生する信号源であり、この信号源３１から出力されるバーストデータはフーリエ変換器３２によって時間領域のデータから周波数領域のデータに変換され、乗算器３３にて、窓関数発生器３４で発生される周波数領域の窓関数データと乗算されて窓関数による切り出しがなされた後、フーリエ逆変換器３５により時間領域のデータに戻され、これによってサイドローブが低減されたパルスデータが得られる。このパルスデータは、元のパルスの諸元を保持し、その立ち上がり、立ち下がりが滑らかなカーブで変化する。
【００５８】
ここで、上記窓関数発生器３４で発生される窓関数データは、サンプリング周波数ｆs に対し、メインローブの帯域（ターゲット帯域：中心周波数ｆt ）とこのターゲット帯域をｆs ／２で折り返した帯域（中心周波数ｆs −ｆt ）に頂点を置いたブラックマンハリス窓である。この窓の周波数帯域ポイント数をＮとする。
【００５９】
実際に次のようなパルスを考える。
【００６０】
［実施例１］ ３０［ＭＨｚ］の信号を１５０［ＭＨｚ］で２［μｓ］間サンプリングしたパルスデータ
この［実施例１］において、時間領域のパルスデータの様子（バースト波）と、フーリエ変換を行って周波数領域に置き換えたパルスデータの様子をそれぞれ図１４（図１５は図１４のバースト部分の拡大図）、図１６（図１７は図１６の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図）に示す。尚、サンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］で２［μｓ］間のサンプリングを行うと、データ数は３００ポイントとなる。
【００６１】
この［実施例１］の信号は、十分に長い時間において、スイッチングによって信号を送信したシミュレーションと同じ状態である。図１６を見ても、３０［ＭＨｚ］の周波数成分と、それをサンプリング周波数の１／２で折り返した１２０［ＭＨｚ］の部分がメインローブとなっていることがわかる。また、全体に渡って無数のサイドローブが発生していることもわかる。３０［ＭＨｚ］成分の付近を拡大してみると、メインローブ付近のサイドローブ（近傍サイドローブ）のレベルも大きいことがわかる。
【００６２】
このように、出力なしの状態から急激に信号を変化させたようなパルスデータでは、サイドローブのレベルも高く、周波数成分全域にサイドローブも無数に広がってしまう。
【００６３】
このサイドローブを大幅に低減し、メインローブを強調させるようなパルスデータを生成するために、次の条件を考えて、本発明の方法でサイドローブを低減した信号を生成する。
【００６４】
（条件）
・基本周波数（３０［ＭＨｚ］）から±１［ＭＨｚ］離れた部分で、基本周波数成分からの周波数成分が２３［ｄＢ］以上落ちていること。
【００６５】
・基本周波数（３０［ＭＨｚ］）から±５［ＭＨｚ］離れた部分で、基本周波数成分からの周波数成分が６０［ｄＢ］以上落ちていること。
【００６６】
・時間領域に変換したとき、立ち上がり・立ち下がりがほどよく、平坦部を持つようなパルスデータであること。
【００６７】
上記の条件を満たす時間領域のパルスデータを作成するために、次のような手順でデータを作る。
【００６８】
（信号のサイドローブ低減の手順：図１１参照）
▲１▼ サンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］で３０［ＭＨｚ］を２［μｓ］サンプルしたときのパルスデータを作成し、フーリエ変換を行う。
【００６９】
▲２▼ ▲１▼でフーリエ変換したデータ（複素数を含む）は、基本周波数３０［ＭＨｚ］から±１［ＭＨｚ］の２９［ＭＨｚ］、３１［ＭＨｚ］の周波数成分は、約１８［ｄＢ］落ちている。ここからさらに５［ｄＢ］落ちるような窓関数データになるように窓関数の総数Ｎの値を調整し、複素乗算を行う（ここではＮ＝４０）。同様に３０［ＭＨｚ］から±５［ＭＨｚ］の２５［ＭＨｚ］、３５［ＭＨｚ］の周波数成分が６０［ｄＢ］以上落ちていることも確認する。
【００７０】
▲３▼ サンプリング周波数の１／２である７５［ＭＨｚ］から折り返した周波数成分（１２０［ＭＨｚ］）の側でも同様の窓関数を乗じる。
【００７１】
▲４▼ 窓関数のかからない部分は、周波数成分ゼロとする（ゼロを複素乗算した状態）。
【００７２】
▲５▼ ▲４▼でできあがった周波数領域のパルスデータ（理想周波数領域のデータ）をフーリエ逆変換し、時間領域のパルスデータに変換する。
【００７３】
▲６▼ ▲５▼でできあがった時間領域のパルスデータで、バーストしている信号の前後の微少信号をゼロに置き換え、フーリエ変換を行い、条件を満たしているかを確認する。
【００７４】
この条件を満たすために使用したＮ＝４０のブラックマンハリス窓の周波数領域窓関数データを図１８（図１９は図１８の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図）に示す（手順▲２▼）。窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域のパルスデータを図２０（図２１は図２０の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図）に示す（手順▲４▼）。この窓関数によって切り出した理想の周波数領域のパルスデータを、フーリエ逆変換で時間領域に戻すことで、周波数領域で切り出した周波数成分を持つ時間領域のパルスデータができあがる。フーリエ逆変換後のパルスデータを図２２（図２３は図２２のバースト部分の拡大図）に示す（手順▲５▼）。
【００７５】
図２２、図２３から、フーリエ逆変換後のパルスデータが、波形の立ち上がりと立ち下がりで緩やかなステップがかかっているような状態であることがわかる。また、平坦部を持ち、効率よくデータを活かしている様子がわかる。しかし、台形状の波形とは若干違っていることもわかる。但し、入力データに比べると、やや時間的に長くなったデータとなる（約３［μｓ］程になっている）。
【００７６】
確認のために、新しく作られた時間領域のパルスデータをフーリエ変換により周波数領域のパルスデータに戻してみる。フーリエ変換／フーリエ逆変換の原理で考えると、窓関数で切り出した状態の理想周波数領域のパルスデータに戻るはずである。但し、手順▲５▼でできあがった時間領域のパルスデータには、バーストしている信号の前後に微少の出力が存在しているため、手順▲６▼で微少信号をゼロとした上でフーリエ変換を行い、条件の確認を行っている。フーリエ変換後の結果を図２４（図２５は図２４の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図）に示す。
【００７７】
図２４、図２５を見ても明らかなように、基本周波数３０［ＭＨｚ］付近に発生する近傍サイドローブは大幅に低減されている。特に、遠方のサイドローブについては、メインローブから１１０［ｄＢ］以上も落ちており、ほぼゼロと見なすことができるレベルまで低減されている。
【００７８】
したがって、上記の方法によれば、周波数領域でのメインローブを強調し、サイドローブを大きく低減したパルスデータを生成することができる。また、理想周波数領域のパルスデータと同等の周波数成分を持つパルスデータが生成できることから、制約に無駄のない周波数領域のパルスデータをもつ時間領域のパルスデータを得ることができ、かつ理想の周波数領域のパルスデータと同等の周波数成分が得られる。また、変換後の時間領域のパルスデータも元のパルスデータの形状を大きく損なうこともなく、効率面でも優れた方法といえる。
【００７９】
上記のようにして生成されたパルスデータをＲＯＭなどに蓄積しておき、送信タイミングで読み出し出力することで、周波数領域全体から見ても非常に狭い帯域を狙ったパルスデータを作り、送信することができる。また、サイドローブを持たないことから、周辺の電波との干渉が生じないと言う利点もある。
【００８０】
以上、この「窓関数による周波数領域のパルスデータの切り出し」の方法についてまとめると、以下のようなことが言える。
【００８１】
・窓関数のカーブ（窓関数の数）を調整することで、条件にあった周波数成分を含む信号を簡単に生成することができ、効率がよい。
【００８２】
・理想とする周波数領域のパルスデータと同等の周波数成分を持つパルスデータを生成できる。
【００８３】
・元の波形の形状を大きく損なわない時間領域のパルスデータが生成できる。
【００８４】
・遠方のサイドローブをほぼゼロとみなせるレベルまで大幅に低減可能なパルスデータを生成できる。
【００８５】
・他の電波に干渉しない・干渉されないパルスデータを生成できる。
【００８６】
（２）シェイプ用の係数として用いるシェイプデータを生成する方法
（１）と同様の方法を使って、時間領域で係数を展開してＦＩＲ型フィルタにより「シェイプデータ」の作成も可能である。ここでは送信幅に合わせたシェイプ係数のデータを生成する場合を考える。
【００８７】
先ほどの［実施例１］で作成したデータは、３０［ＭＨｚ］の無限に続くsin波を、２［μｓ］の方形ステップ波で切り出した状態と同じであることがわかる。このことは、「ある十分に長い時間において、短い時間の信号を送信する」ときのシミュレーションであり、その時の周波数成分を解析した結果と同じことになる。解析結果から、従来では送信した周波数の成分とは別の周波数成分（サイドローブ）が無数に発生してしまっていたことがわかった。また、本発明の方法により、立ち上がり・立ち下がりで緩やかに変化するステップ波で時間領域のパルスデータを切り出すことによって、サイドローブを大幅に低減できることもわかった。
【００８８】
しかし、先ほどの方法では、特定の周波数成分を持たせ、打ち出すようなパルスデータであった。では、元となるデータの周波数成分に関係なくサイドローブを低減させられるデータを作成するためにはどうするか考える。この時、先ほどの立ち上がり・立ち下がりで緩やかに変化するようなステップ波の時間データを作成することで、どんな信号もサイドローブを低減させられるようなシェイプ係数ができあがると考えられる。
【００８９】
このシェイプ係数のステップ波の波形データ（以下、シェイプデータ）は、「周波数領域で窓関数によって切り出す方法」と同じ手順で作ることができる。このシェイプデータ生成装置の構成例を図１２に示す。
【００９０】
図１２において、４１はパルス幅分データ（方形ステップデータ）を発生する信号源であり、この信号源４１から出力されるデータはフーリエ変換器４２によって周波数領域のデータに変換され、乗算器４３にて、窓関数発生器４４で発生される周波数領域の窓関数データと乗算されて窓関数による切り出しがなされた後、フーリエ逆変換器４５により時間領域のデータに戻される。さらに、元のパルス幅が確保されるように幅調整され、サイドローブを低減するためのシェイプ係数データとしてシェイプ係数メモリ４７に書き込まれる。運用時には、送信パルス信号源４８からの時間領域のパルスデータを乗算器４９に供給し、シェイプ係数メモリ４７から読み出されるシェイプ係数データと乗算する。これによって、サイドローブが低減されたパルスデータが得られる。
【００９１】
以下に上記シェイプ係数作成の手順を示す。
【００９２】
（ステップ波加工の手順）
▲１▼ 送信幅相当（ここでは３００ポイントとする）の方形ステップ波の波形データを作成する。
【００９３】
▲２▼ ▲１▼の波形データをフーリエ変換し、周波数領域の波形データにする。
【００９４】
▲３▼ ▲２▼の波形データに先頭にブラックマンハリス窓の頂点Ｗ(N/2) 、最後尾にＷ((N/2)-1) を配置した窓関数窓データを複素乗算し、周波数成分を切り出す。
【００９５】
▲４▼ ▲３▼の周波数領域の波形データをフーリエ逆変換し、時間領域の波形データに変換する。
【００９６】
▲５▼ ▲４▼で得られた時間領域の波形データに対し、ステップ前後の微少信号のカットと幅の調整を行う。これにより、シェイプ係数データが得られる。
【００９７】
上記の手順で、サイドローブの低減を行うステップデータ（シェイプデータ）の作成例を説明する。
【００９８】
［実施例２］ パルス幅３００ポイント分で、サイドローブを低減するデータ
この［実施例２］において、時間領域でsin波に方形ステップ波とシェイプデータを乗じて比較・検証してみる。立ち上がり・立ち下がりがほどよく、平坦部を持つようなシェイプデータであることを条件とする。
【００９９】
３００ポイントの方形ステップ波と、フーリエ変換を行った結果を図２６と図２７（図２８は図２７の先頭周波数成分の拡大図）にそれぞれ示す。図を見ると、方形ステップ波はフーリエ変換結果の先頭の成分、つまり直流の成分がメインローブとなり、全体にサイドローブが広がっている様子がわかる。この広がりを抑え、サイドローブを低減させたデータを生成することで、シェイプしたデータを作れるはずである。
【０１００】
実際に３００ポイント分のシェイプデータを生成する手順を以下に示す。尚、ここでは取り出すブラックマンハリス窓の窓関数の総数（Ｎの値）を５０と１００の２つの場合で作成した。
【０１０１】
（３００ポイントシェイプデータ作成手順：図１３参照）
▲１▼ ３００ポイントの方形ステップ波の波形データを作成し、フーリエ変換する。
【０１０２】
▲２▼ ▲１▼の結果を窓関数で切り出す。この時、フーリエ変換後の周波数領域波形データの先頭がブラックマンハリス窓の窓関数の最大値である「１」となるようにする。窓関数の頂点を先頭に配置するには、ｎ＝Ｎ／２〜Ｎ−１とする。また、周波数領域波形データの最後尾には窓関数の頂点から−１のデータ（ｎ＝０〜Ｎ／２−１）を配置する。
【０１０３】
▲３▼ ▲２▼でできあがった波形データとステップ波のフーリエ変換後の波形データを複素乗算する。
【０１０４】
▲４▼ 窓関数のかからない部分は、周波数成分をゼロとする（ゼロを複素乗算した状態）。
【０１０５】
▲５▼ ▲４▼でできあがった周波数領域の波形データ（理想周波数領域の波形データ）をフーリエ逆変換し、時間領域の波形データに変換する。
【０１０６】
▲６▼ ▲５▼でできあがった時間領域データのステップ前後の微少信号をゼロに置き換え、パルス幅の調整をし、フーリエ変換を行って結果を確認する。
【０１０７】
窓関数データ（Ｎ＝５０）で切り出しに使用した周波数領域の窓関数データの様子、窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域の波形データ、フーリエ逆変換して取り出した時間領域のシェイプデータ▲１▼を図２９、図３０（図３１は図３０の先頭周波数成分の拡大図）、図３２にそれぞれ示す。窓関数データ（Ｎ＝１００）で切り出しに使用した周波数領域の窓関数データの様子、窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域の波形データ、フーリエ逆変換して取り出した時間領域のシェイプデータ▲２▼を図３３、図３４（図３５は図３４の先頭周波数成分の拡大図）、図３６にそれぞれ示す。
【０１０８】
ここで注意するのは、手順▲２▼で乗じる窓関数の総数（Ｎの値）と手順▲５▼でできあがるシェイプデータの関係である。周波数領域からデータを切り出すときの窓関数の総数を少なくした場合（ここではＮ＝５０の場合）、できあがるシェイプデータの立ち上がり／立ち下がり時間が長くなってしまう。逆に窓関数の総数を多くした場合（Ｎ＝１００）では、できあがるシェイプデータの立ち上がり／立ち下がり時間が短いステップ波になる。
【０１０９】
また、手順▲５▼でできあがったシェイプデータは、元になっている３００ポイントよりも多いデータになってしまう。そこで、ポイント数を調整するために、できあがったデータを強制的に３００ポイントとした。
【０１１０】
このできあがったシェイプデータと、方形ステップ波でサンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］の３０［ＭＨｚ］sinデータを切り出したときの様子と、フーリエ変換を行い、周波数成分を解析したときの様子を図３７から図４８に示す。
【０１１１】
ここで、図３７は方形ステップで切り出したバースト信号を示す波形図、図３８は図３７のバースト部分を拡大して示す波形図、図３９は図３７のバースト信号のフーリエ変換結果を示す周波数特性図、図４０は図３９の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図、図４１はサンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］の３０［ＭＨｚ］sinデータをシェイプデータ▲１▼に対して乗算した信号の波形図、図４２は図４１のバースト部分を拡大して示す波形図、図４３は図４１のフーリエ変換結果を示す周波数特性図、図４４は図４３の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図、図４５はサンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］の３０［ＭＨｚ］sinデータをシェイプデータ▲２▼に対して乗算した信号の波形図、図４６は図４５のバースト部分を拡大して示す波形図、図４７は図４６のフーリエ変換結果を示す周波数特性図、図４８は図４７の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図である。
【０１１２】
図３２と図３６を比較すると、切り出しの窓関数の総数（Ｎの値）を少なくした場合には、シェイプデータの立ち上がり／立ち下がり時間が長くなってしまう。逆に、切り出しの窓関数の総数を多くした場合では、シェイプデータの立ち上がり／立ち下がり時間が短くなる。
【０１１３】
また、方形ステップ波で切り出した場合の周波数成分（図３９）と、シェイプデータで切り出した場合の周波数成分（図４３、図４７）を比べると、シェイプデータで切り出したときのメインローブ（３０［ＭＨｚ］成分）のレベルが若干落ちている。また、メインローブもやや広がってしまっていることがわかる。しかし、サイドローブは方形ステップ波で切り出したときよりも大幅に落ちており、遠方のサイドローブはほぼ完全に除去した状態であることがわかる。ここでも切り出しの窓関数の総数が影響しており、窓関数の総数Ｎ＝５０では、Ｎ＝１００の時に比べてサイドローブが大幅に低減されている。
【０１１４】
周波数領域から窓関数で周波数成分を切り出してシェイプデータを作成する際には、フーリエ逆変換で時間領域のデータにしたときの立ち上がり／立ち下がり時間の許容と、含まれる周波数成分の許容（サイドローブをゼロとする位置）の双方のトレードオフを考慮する必要がある。これを考慮し、周波数領域から窓関数によって周波数成分を切り出すことで、サイドローブをなくすシェイプデータを作ることができる。シェイプデータのフーリエ変換の結果を見ても明らかなように、信号に含まれている周波数成分以外のサイドローブをゼロにできるシェイプデータが完成する。
【０１１５】
以上のことから、窓関数は時間領域の波形データだけでなく、周波数領域の波形データにも有益であることがわかる。周波数領域で窓関数を使いデータを切り出す方法は、サイドローブのない優れた性質を持つデータを作ることができるだけでなく、デジタルフィルタの係数や、サイドローブを低減させるための係数を求めるなど、幅広い分野で応用が可能である。
【０１１６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、サイドローブが十分に低減され、理想的な周波数成分を持つ送信パルス信号を生成することのできる送信パルス信号生成装置と、この装置に用いられるパルスデータ生成方法／装置、シェイプデータ生成方法／装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のレーダ装置における送信装置の構成をに示すブロック図。
【図２】 本発明に係る送信パルス信号生成装置の実施形態を示すブロック図。
【図３】 従来の周波数特性の改善を図るパルスデータ生成方法を示すステップ図。
【図４】 本発明に係るパルスデータ生成方法の概要を示すステップ図。
【図５】 従来の計測器等で用いられる窓関数使用方法を説明するためのステップ図。
【図６】 図５の詳細を説明するためのステップ図。
【図７】 図５の詳細を説明するためのステップ図。
【図８】 図５の方法を利用したパルスデータ生成方法を説明するためのステップ図。
【図９】 本発明に係るパルスデータ生成方法を示すステップ図。
【図１０】 本発明に係るパルスデータ生成装置の構成を示すブロック図。
【図１１】 本発明のパルスデータ生成における信号のサイドローブ低減の手順を示すステップ図。
【図１２】 本発明に係るシェイプデータ生成装置の構成を示すブロック図。
【図１３】 本発明のシェイプデータ生成における３００ポイントシェイプデータ作成手順を示すステップ図。
【図１４】 ［実施例１］において、時間領域のパルスデータの様子（バースト波）を示す波形図。
【図１５】 図１４のバースト部分の拡大図。
【図１６】 ［実施例１］において、フーリエ変換を行って周波数領域に置き換えたパルスデータの様子を示す周波数特性図。
【図１７】 図１６の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図。
【図１８】 ［実施例１］において、所定の条件を満たすために使用したＮ＝４０のブラックマンハリス窓の周波数領域窓関数データを示す周波数特性図。
【図１９】 図１８の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図。
【図２０】 ［実施例１］において、窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域のパルスデータを示す周波数特性図。
【図２１】 図２０の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図。
【図２２】 ［実施例１］において、フーリエ逆変換後のパルスデータを示す波形図。
【図２３】 図２２のバースト部分の拡大図。
【図２４】 ［実施例１］において、できあがったパルスデータのフーリエ変換後の結果を示す周波数特性図。
【図２５】 図２４の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図。
【図２６】 ［実施例２］において、３００ポイントの方形ステップ波を示す波形図。
【図２７】 ［実施例２］において、３００ポイントの方形ステップ波をフーリエ変換した結果を示す周波数特性図。
【図２８】 図２７の先頭周波数部分の拡大図。
【図２９】 ［実施例２］において、窓関数データ（Ｎ＝５０）で切り出しに使用した周波数領域の窓関数データの様子を示す周波数特性図。
【図３０】 ［実施例２］において、図２９の窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域の波形データを示す周波数特性図。
【図３１】 図３０の先頭周波数成分の拡大図。
【図３２】 ［実施例２］において、図３０の出力をフーリエ逆変換して取り出した時間領域のシェイプデータ▲１▼を示す波形図。
【図３３】 ［実施例２］において、窓関数データ（Ｎ＝１００）で切り出しに使用した周波数領域の窓関数データの様子を示す周波数特性図。
【図３４】 ［実施例２］において、図３３の窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域の波形データを示す周波数特性図。
【図３５】 図３４の先頭周波数成分の拡大図。
【図３６】 ［実施例２］において、図３４の出力をフーリエ逆変換して取り出した時間領域のシェイプデータ▲２▼を示す波形図。
【図３７】 ［実施例２］において、方形ステップで切り出したバースト信号を示す波形図。
【図３８】 図３７のバースト部分を拡大して示す波形図。
【図３９】 図３７のバースト信号のフーリエ変換結果を示す周波数特性図。
【図４０】 図３９の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図。
【図４１】 ［実施例２］において、サンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］の３０［ＭＨｚ］sinデータをシェイプデータ▲１▼に対して乗算した信号の波形図。
【図４２】 図４１のバースト部分を拡大して示す波形図。
【図４３】 図４１のフーリエ変換結果を示す周波数特性図。
【図４４】 図４３の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図。
【図４５】 ［実施例２］において、サンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］の３０［ＭＨｚ］sinデータをシェイプデータ▲２▼に対して乗算した信号の波形図。
【図４６】 図４５のバースト部分を拡大して示す波形図。
【図４７】 図４６のフーリエ変換結果を示す周波数特性図。
【図４８】 図４７の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図。
【図４９】 従来方法によりバースト信号を方形ステップ波で切り出した波形図。
【図５０】 図４９のバースト成分を拡大して示す波形図。
【図５１】 従来方法によりバースト信号を台形ステップ波で切り出した波形図。
【図５２】 図５１のバースト成分を拡大して示す波形図。
【図５３】 方形ステップ波（実線）及び台形ステップ波（点線）の時間領域波形を示す波形図。
【図５４】 図５３の各ステップ波に対応する周波数分布を示す周波数特性図。
【図５５】 図５４の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図。
【符号の説明】
１１…ＩＦ信号発振器
１２…変調器
１３…ＩＦ／ＲＦ周波数変換部
１４…ＲＦ信号増幅部
１５…ＢＰＦ
１６…電力増幅器
２１…ＲＯＭ（またはＦＩＲフィルタ）
２２…Ｄ／Ａ変換器
２３…ＬＰＦまたはＢＰＦ
２４…ＩＦ／ＲＦ周波数変換部
２５…ＲＦ信号増幅部
２６…ＢＰＦ
２７…電力増幅器
３１バーストデータ信号源
３２…フーリエ変換器
３３…乗算器
３４…窓関数発生器
３５…フーリエ逆変換器
４１…方形ステップデータ信号源
４２…フーリエ変換器
４３…乗算器
４４…窓関数発生器
４５…フーリエ逆変換器
４７…シェイプ係数メモリ
４８…送信パルス信号源
４９…乗算器
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線及び有線の伝送路に送出される送信パルス信号を生成する送信パルス信号生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばレーダ装置にあっては、送信パルス信号を以下に示す３つの方法のいずれかで生成している。
（１）信号発生源の出力を方形ステップ波状にスイッチングし、送信パルス信号の送信期間でＯＮとし、それ以外の期間でＯＦＦとする方法。
（２）送信パルス信号の打ち出し期間とそれ以外の期間で送信レベルを変化させる方法。
（３）ミキサを用いて送信パルス信号をステップ状の波形信号と乗算してシェイプする方法。
【０００３】
（１）の方法は、信号をスイッチング出力することで送信パルス信号を生成する方法であり、信号発生源の出力に対し、時間領域で方形ステップ状の信号を乗じた場合に等しいと言える。この方法は、スイッチＯＮ／ＯＦＦの信号の急激な変化により、送信信号の基本周波数成分（メインローブ）を中心に、広範囲に渡ってレベルの高いサイドローブが発生してしまうという問題を有している。
【０００４】
（２）の方法は、信号出力期間において、方形ステップ波状で表現される２値のスイッチングを行うのではなく、信号を送信する期間で送信レベルを変化させることで、サイドローブを低減する方法である。一般的には、デジタル処理により、送信パルスの波形データに台形状のデータと乗じるという方法をとっている。（１）の方法によるスイッチングの場合に比べると、メインローブから遠いサイドローブのレベルを低減できるが、まだまだ高いレベルでサイドローブが存在する。
【０００５】
（３）の方法は、ミキサを用いて送信パルスにステップ状の波形信号を乗じる方法であるが、この方法では位相の変化が激しいだけでなく、シェイプ出力にオーバーシュート及びアンダーシュートを生じてしまう。このため、オーバーシュートとアンダーシュートが生じた部分の余分な時間成分や周波数成分も持ってしまう。
【０００６】
図４９に（１）の方法によりバースト信号を方形ステップ波で切り出した波形図（図５０は図４９のバースト成分を拡大して示す波形図）、図５１に（２）の方法によりバースト信号を台形ステップ波で切り出した波形図（図５２は図５１のバースト成分を拡大して示す波形図）を示す。
【０００７】
上記の例において、それぞれの時間領域データをＦＦＴ処理して周波数分布を計測した結果を図５３〜図５５に示す。図５３は方形ステップ波（実線）及び台形ステップ波（点線）の時間領域波形、図５４は各ステップ波に対応する周波数分布、図５５は図５４の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図を示している。これらの図から明らかなように、いずれのステップ波でも、メインとする周波数以外にも広範囲に渡って周波数成分が分布しており、サイドローブの抑圧は十分になされていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた従来のレーダ装置等における送信パルス信号生成装置では、どれも「時間領域から波形を作る」という前提での考え方を行っていた。結果はどの方法もサイドローブを抑えきれず、メインローブの周波数成分をうまくとりだせていない。このことは、レーダ装置の送信パルスに限らず、無線または有線の伝送路におけるデータ等の送信パルス全般にいえることである。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、サイドローブが十分に低減され、理想的な周波数成分を持つ送信パルス信号を生成することのできる送信パルス信号生成装置と、この装置に用いられるパルスデータ生成方法／装置、シェイプデータ生成方法／装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明に係るパルスデータ生成方法、シェイプデータ生成方法、パルスデータ生成装置、シェイプデータ生成装置及び送信パルス信号生成装置は、以下のような特徴的構成を備える。
【００１１】
（１）本発明に係るパルスデータ生成方法は、周波数領域で送信パルス信号の波形データに窓関数データを乗じることで、メインとなる周波数成分を切り出すと共に不要なサイドローブをゼロ状態とする理想周波数領域の波形データを生成し、これをフーリエ逆変換することで時間領域の波形データにしてパルスデータを生成することを特徴とする。
【００１２】
（２）具体的には、送信パルス信号の基本波形データを作成する第１の手順と、この第１の手順で作成された基本波形データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに置き換える第２の手順と、この第２の手順で得られたフーリエ変換後の波形データに予め決められた条件に合致するカーブを持つ窓関数データを乗算する第３の手順と、この第３の手順で得られた波形データをフーリエ逆変換して時間領域の波形データに置き換える第４の手順とを具備することを特徴とする。
【００１３】
（３）（１）または（２）において、前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする。
【００１４】
（４）本発明に係るシェイプデータ生成方法は、送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに変換し、先頭を頂点とした窓関数データを乗じて理想周波数領域のシェイプデータを生成し、これをフーリエ逆変換することで時間領域のシェイプデータを生成することを特徴とする。
【００１５】
（５）具体的には、送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データを作成する第１の手順と、この第１の手順で作成された波形データをフーリエ変換し、周波数領域の波形データに置き換える第２の手順と、この第２の手順で得られた波形データに予め決められた条件に合致する、先頭を頂点としたカーブを持つ窓関数を乗じて周波数成分を切り出す第３の手順と、この第３の手順で得られた周波数領域の波形データをフーリエ逆変換し、時間領域の波形データに置き換えることでシェイプデータを生成する第４の手順とを具備することを特徴とする。
【００１６】
（６）（４）または（５）において、前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
（７）本発明に係るパルスデータ生成装置は、周波数領域で送信パルス信号の波形データに窓関数データを乗じることで、メインとなる周波数成分を切り出すと共に不要なサイドローブをゼロ状態とする理想周波数領域の波形データを生成し、これをフーリエ逆変換することで時間領域の波形データにしてパルスデータを生成することを特徴とする。
【００１８】
（８）具体的には、送信パルス信号の基本波形データを作成する基本波形データ作成部と、この基本波形データ作成部で作成された基本波形データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに置き換えるフーリエ変換部と、このフーリエ変換部で得られた波形データに予め決められた条件に合致するカーブを持つ窓関数データを乗算する窓関数乗算部と、この窓関数乗算部で得られた波形データをフーリエ逆変換して時間領域の波形データに置き換えるフーリエ逆変換部とを具備することを特徴とする。
【００１９】
（９）（７）または（８）において、前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする。
【００２０】
（１０）本発明に係るシェイプデータ生成装置は、送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに変換し、先頭を頂点とした窓関数データを乗じて理想周波数領域の波形データを生成し、これをフーリエ逆変換することで時間領域の波形データにしてシェイプデータを生成することを特徴とする。
【００２１】
（１１）具体的には、送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データを作成する方形ステップ波データ作成部と、この方形ステップ波データ作成部で作成された波形データをフーリエ変換し、周波数領域の波形データに置き換えるフーリエ変換部と、このフーリエ変換部で得られた波形データに予め決められた条件に合致する、先頭を頂点としたカーブを持つ窓関数を乗じて周波数成分を切り出す窓関数乗算部と、この窓関数乗算部で得られた周波数領域の波形データをフーリエ逆変換し、時間領域の波形データに置き換えることでシェイプデータを生成するフーリエ変換部とを具備することを特徴とする。
【００２２】
（１２）（１０）または（１１）において、前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする。
【００２３】
（１３）本発明に係る送信パルス信号生成装置は、周波数領域で送信パルス信号の波形データに窓関数データを乗じることで、メインとなる周波数成分を切り出すと共に不要なサイドローブをゼロ状態とする理想周波数領域の波形データを生成し、これをフーリエ逆変換することで生成された時間領域の波形データをパルスデータとして記憶するパルスデータ記憶部と、このパルスデータ記憶部からパルス送出期間にパルスデータを読み出し、アナログ信号に変換することで送信パルス信号を生成するデジタル・アナログ変換部とを具備することを特徴とする。
【００２４】
（１４）または、送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに変換し、先頭を頂点とした窓関数データを乗じて理想周波数領域のシェイプデータを生成し、これをフーリエ逆変換することで生成された時間領域のシェイプデータを記憶するシェイプデータ記憶部と、このシェイプデータ記憶部に記憶されたシェイプデータを時間領域で生成されるパルスデータのパルス幅に合わせて読み出し、この読み出されたシェイプデータを係数として前記パルスデータに乗算する乗算部と、この乗算部で得られたパルスデータをアナログ信号に変換することで送信パルス信号を生成するデジタル・アナログ変換部とを具備することを特徴とする。
【００２５】
前述のように、従来の送信パルス信号装置で用いられるパルスデータの生成では、「時間領域から波形を作る」という前提での考え方を行っていた。これを、「周波数領域から波形を作る」という前提で考えたのが、本発明の「窓関数で周波数領域データを切り出す方法／装置」である。この方法／装置によって、周波数領域から送信パルスの波形データを生成することで、理想の周波数成分を持つ送信パルス信号を作り出すことができた。
【００２６】
具体的には、周波数領域でメインとなる周波数成分を切り出し、遠方のサイドローブがゼロ状態となるような理想周波数領域のデータを作り、これをフーリエ逆変換することで時間領域のデータにしてパルスを作るという方法／装置である。できあがった時間領域のデータは、理想周波数領域のデータで描いたような周波数成分を持ったようなデータになる。つまり、メインローブのみが強調され、サイドローブをゼロとできるようなデータができあがる。また、位相についてもミキサを使用する時のような激しい変化もないことから、オーバーシュート・アンダーシュートのないきれいな波形を作り出すことができた。
【００２７】
このように、本発明の方法／装置は、最も理想的なデータを作り出せるような方法／装置であると言える。
【００２８】
サイドローブの低減／除去は非常に有益である。周波数領域のデータで、メインの周波数帯域にのみ周波数成分が存在するということから、送信したパルスの周波数成分を確実に取り出せるだけでなく、送信したパルス以外のパルスや、周辺の電波に影響されない、影響を与えないという特徴も持ち合わせている。これらの特徴も踏まえて、本発明の方法は、理想のパルスを作り出すことができ、単純かつ確実で効率的な方法と言える。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３０】
まず、本発明を着想した経緯について説明する。
【００３１】
「ある十分に長い時間において、短い時間においてのみ信号を送信したとき（パルスで打ち出す）」のシミュレーションを行うことは、送信した原信号に対し、送信した信号を受け取る側が信号の周波数成分を解析した時、送信した信号がどのような周波数成分を含んでいるかということを検証することであり、レーダの技術そのもののシミュレーションを行ったことであると言うことができる。
【００３２】
本発明は、このシミュレーションを基本としてレーダパルスの解析を行い、かつ新たに理想的なレーダパルスを作り出す研究を行うことで得られたものである。
【００３３】
従来のレーダ装置における送信装置の構成を図１に示す。図１において、ＩＦ信号発振器１１で発生されたＩＦ信号は変調器１２に送られ、変調信号によりパルス信号に変換される。このパルス信号は、ＩＦ／ＲＦ周波数変換部１３によりＲＦ信号に変換された後、ＲＦ信号増幅部１４で増幅され、ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）１５で不要な周波数成分が除去された後、電力増幅器１６で電力増幅され、図示しない空中線から空間に向けて送出される。尚、図１の波線部分の装置は、有線等のように、存在しない場合もあり得る。
【００３４】
ここにおいて、変調器１２でパルス信号を生成する際に、前述したように、サイドローブを十分に抑圧できず、送信パルスの波形歪みにより受信パルスの周波数解析が困難となっている。
【００３５】
これに対して、本発明はデジタル処理により理想的な周波数特性を持つ送信パルスを作成しようとすることを特徴とする。具体的には、図２に示すように、ＲＯＭ（またはＦＩＲフィルタ）２１に予め送信パルスに合致する波形データを記憶させておき、変調信号に基づいてＲＯＭ２１から波形データを読み出し、Ｄ／Ａ変換器２２によりアナログ信号に変換してＩＦ帯の送信パルスを生成する。この送信パルスはＬＰＦ（低域通過フィルタ）またはＢＰＦ２３によりサンプリング周波数の折り返し成分が除去された後、図１と同様に、ＩＦ／ＲＦ周波数変換部２４によりＲＦ信号に変換され、ＲＦ信号増幅部２５で増幅され、ＢＰＦ２６で不要な周波数成分が除去され、電力増幅器２７で電力増幅され、図示しない空中線から空間に向けて送出される。
【００３６】
この構成によれば、波形データが予め理想的な周波数特性を持つように設定されているため、サイドローブを十分に抑圧することが可能となり、送信パルスの波形歪みがほとんど発生せず、受信パルスの周波数解析を高精度に行えるようになる。
【００３７】
ところで、送信パルスの波形データをＲＯＭ等の波形メモリに記憶しておき、送信タイミングに合わせて読み出し出力することは、従来から信号生成のデジタル処理の一手法として行われている。但し、上記のように周波数特性の改善を図る従来の技術では、図３に示すように、時間領域のデータに台形や方形の係数を乗算してパルスデータを生成する。このとき、このパルスデータをフーリエ変換によって周波数領域のデータに変換した後、周波数領域で周波数成分（サイドローブなど）を解析し、その解析結果に基づいて係数の調整を行うことで、パルスデータの周波数特性の改善を図っていた。
【００３８】
しかしながら、時間領域のデータに台形や方形の係数を乗じて作成したパルスデータは、前述したように、メインローブから広範囲に渡ってレベルの高いサイドローブが発生してしまう。
【００３９】
そこで、本発明では、図４に示すように、周波数領域でメインローブの周波数帯以外を除去したデータを作成し、これに特定の係数を乗算してパルス化した後、フーリエ逆変換によって時間領域のデータに変換することで、パルスデータを作成する。この場合、周波数領域でメインローブの周波数帯以外の周波数成分を除去しているため、フーリエ逆変換によって時間領域に変換されたデータには、サイドローブはほとんど残らない。
【００４０】
一方、サイドローブを低減する手法として、時間領域のデータに「窓関数」と呼ばれる関数を乗じる方法がよく利用されている。この方法は、時間領域のパルスデータにその入力パルス幅に合わせて窓関数を乗じることで、パルスの立ち上がり・立ち下がりを緩やかに変化させ、そのパルスデータをフーリエ変換して周波数領域のデータに置き換えて、パルスの中央付近で信号成分を解析する方法である。
【００４１】
このように窓関数を時間領域の信号に乗じる方法は、計測器などでよく用いられている。図５にその構成例を示す。図５において、計測対象信号は窓関数データと乗算されて切り出され、フーリエ変換により時間領域のデータから周波数領域のデータに変換されて周波数解析がなされる。
【００４２】
図６、図７にこの場合の処理の流れを示す。図６において、計測対象信号（無限に続く信号）（ａ）に対し、ある区間を特定して解析する場合、この区間を切り取った波形信号（ｂ）を繰り返すことで連続した信号を生成し（ｃ）、無限に続くものとして解析を行う。しかしながら、切り取った波形（ｂ）を繰り返した場合、接合部分で不連続となり、誤差が生じる。そこで、図７に示すように、切り取った波形信号（ｂ）とその区間に合致した窓関数（ｄ）を乗算し、先頭と最後尾でレベルが一致した信号（ｆ）を生成し、この信号（ｆ）を繰り返すことで見かけ上連続した信号（ｇ）を生成し、解析を行う。
【００４３】
上記の方法を利用して、送信パルス信号を生成することを考える。この場合、図８に示すように、時間領域のデータを窓関数データと乗算してパルスデータを切り出す。このとき、切り出されたパルスデータをフーリエ変換により周波数領域のデータに置き換えてサイドローブの発生具合を確認し、必要に応じて窓関数の修正を行う。
【００４４】
しかしながら、この方法では、信号の立ち上がり・立ち下がりの時間が長すぎ、中央付近の信号成分しか活かせてないことから、送信パルスとしては効率がいいとは言えない。
【００４５】
この窓関数を周波数領域のパルス信号に用いるというのが本発明の方法である。すなわち、本発明による「窓関数による周波数領域のデータの切り出し」による方法は、窓関数のカーブを利用してサイドローブを低減させ、メインローブを強調してフーリエ変換することで、基本となっている周波数成分を効率よく取り出したパルス信号を生成する方法である。
【００４６】
図９にその構成例を示す。図９において、周波数領域のデータは、メインローブの周波数に応じた窓関数データと乗算して切り出され、フーリエ逆変換により時間領域のデータに戻される。この場合、窓関数で周波数領域のデータを切り出すため、理想の周波数成分を含む周波数領域のデータが作成され、これをフーリエ逆変換により時間領域のデータに戻したとき、メインローブの周波数以外を抑圧したパルスデータが得られる。
【００４７】
以下、本発明について、具体的な実施例をあげて説明する。
【００４８】
窓関数にも、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓など、いくつか種類がある。どの窓関数でもサイドローブ低減には効果的である。ここでは、「ブラックマンハリス窓」と呼ばれる窓関数を用いてシミュレーションを行った結果について説明する。尚、ブラックマンハリス窓ｗ(n) は、次のように定義される。
【００４９】
ｎ： 0,1,2,…,(N-2),(N-1)
Ｎ： 窓関数の総数
「窓関数による周波数領域のパルス信号の切り出し」の方法の手順については次のようになる。
【００５０】
（サイドローブ低減信号作成手順）
▲１▼ パルス信号の基本波形データ（以下、パルスデータ）を作成する。
【００５１】
▲２▼ フーリエ変換により、▲１▼のパルスデータを周波数領域のデータに置き換える。
【００５２】
▲３▼ フーリエ変換後のパルスデータに、条件に合うような窓関数のカーブを当てて複素乗算を行う。このとき、サンプリング周波数の１／２で折り返した側にも同じ窓関数を乗じる。
【００５３】
▲４▼ ▲３▼でできあがったパルスデータをフーリエ逆変換で時間領域のパルスデータに戻す。
【００５４】
▲５▼ ▲４▼で得られたパルスデータをアナログ信号に変換し、送信パルスとする。
【００５５】
次に、上記の方法に基づいて、（１）特定周波数成分だけを持たせたパルスデータ、（２）シェイプ用の係数として用いるシェイプデータの２パターンの生成方法について説明する。
【００５６】
（１）特定周波数成分を持たせたパルスデータを生成する方法
この方法は、ある特定の周波数帯域を指定して、送信するパルスデータを作成するときなどに有益である。この方法でできあがったパルスデータをＲＯＭなどに蓄えておき、順次送信タイミングで読み出し出力することで、所望の周波数成分を持つパルスを打ち出すことができる。上記パルスデータ生成装置の構成例を図１０に示す。
【００５７】
図１０において、３１はメイン周波数のパルス幅分のバーストデータを発生する信号源であり、この信号源３１から出力されるバーストデータはフーリエ変換器３２によって時間領域のデータから周波数領域のデータに変換され、乗算器３３にて、窓関数発生器３４で発生される周波数領域の窓関数データと乗算されて窓関数による切り出しがなされた後、フーリエ逆変換器３５により時間領域のデータに戻され、これによってサイドローブが低減されたパルスデータが得られる。このパルスデータは、元のパルスの諸元を保持し、その立ち上がり、立ち下がりが滑らかなカーブで変化する。
【００５８】
ここで、上記窓関数発生器３４で発生される窓関数データは、サンプリング周波数ｆs に対し、メインローブの帯域（ターゲット帯域：中心周波数ｆt ）とこのターゲット帯域をｆs ／２で折り返した帯域（中心周波数ｆs −ｆt ）に頂点を置いたブラックマンハリス窓である。この窓の周波数帯域ポイント数をＮとする。
【００５９】
実際に次のようなパルスを考える。
【００６０】
［実施例１］ ３０［ＭＨｚ］の信号を１５０［ＭＨｚ］で２［μｓ］間サンプリングしたパルスデータ
この［実施例１］において、時間領域のパルスデータの様子（バースト波）と、フーリエ変換を行って周波数領域に置き換えたパルスデータの様子をそれぞれ図１４（図１５は図１４のバースト部分の拡大図）、図１６（図１７は図１６の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図）に示す。尚、サンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］で２［μｓ］間のサンプリングを行うと、データ数は３００ポイントとなる。
【００６１】
この［実施例１］の信号は、十分に長い時間において、スイッチングによって信号を送信したシミュレーションと同じ状態である。図１６を見ても、３０［ＭＨｚ］の周波数成分と、それをサンプリング周波数の１／２で折り返した１２０［ＭＨｚ］の部分がメインローブとなっていることがわかる。また、全体に渡って無数のサイドローブが発生していることもわかる。３０［ＭＨｚ］成分の付近を拡大してみると、メインローブ付近のサイドローブ（近傍サイドローブ）のレベルも大きいことがわかる。
【００６２】
このように、出力なしの状態から急激に信号を変化させたようなパルスデータでは、サイドローブのレベルも高く、周波数成分全域にサイドローブも無数に広がってしまう。
【００６３】
このサイドローブを大幅に低減し、メインローブを強調させるようなパルスデータを生成するために、次の条件を考えて、本発明の方法でサイドローブを低減した信号を生成する。
【００６４】
（条件）
・基本周波数（３０［ＭＨｚ］）から±１［ＭＨｚ］離れた部分で、基本周波数成分からの周波数成分が２３［ｄＢ］以上落ちていること。
【００６５】
・基本周波数（３０［ＭＨｚ］）から±５［ＭＨｚ］離れた部分で、基本周波数成分からの周波数成分が６０［ｄＢ］以上落ちていること。
【００６６】
・時間領域に変換したとき、立ち上がり・立ち下がりがほどよく、平坦部を持つようなパルスデータであること。
【００６７】
上記の条件を満たす時間領域のパルスデータを作成するために、次のような手順でデータを作る。
【００６８】
（信号のサイドローブ低減の手順：図１１参照）
▲１▼ サンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］で３０［ＭＨｚ］を２［μｓ］サンプルしたときのパルスデータを作成し、フーリエ変換を行う。
【００６９】
▲２▼ ▲１▼でフーリエ変換したデータ（複素数を含む）は、基本周波数３０［ＭＨｚ］から±１［ＭＨｚ］の２９［ＭＨｚ］、３１［ＭＨｚ］の周波数成分は、約１８［ｄＢ］落ちている。ここからさらに５［ｄＢ］落ちるような窓関数データになるように窓関数の総数Ｎの値を調整し、複素乗算を行う（ここではＮ＝４０）。同様に３０［ＭＨｚ］から±５［ＭＨｚ］の２５［ＭＨｚ］、３５［ＭＨｚ］の周波数成分が６０［ｄＢ］以上落ちていることも確認する。
【００７０】
▲３▼ サンプリング周波数の１／２である７５［ＭＨｚ］から折り返した周波数成分（１２０［ＭＨｚ］）の側でも同様の窓関数を乗じる。
【００７１】
▲４▼ 窓関数のかからない部分は、周波数成分ゼロとする（ゼロを複素乗算した状態）。
【００７２】
▲５▼ ▲４▼でできあがった周波数領域のパルスデータ（理想周波数領域のデータ）をフーリエ逆変換し、時間領域のパルスデータに変換する。
【００７３】
▲６▼ ▲５▼でできあがった時間領域のパルスデータで、バーストしている信号の前後の微少信号をゼロに置き換え、フーリエ変換を行い、条件を満たしているかを確認する。
【００７４】
この条件を満たすために使用したＮ＝４０のブラックマンハリス窓の周波数領域窓関数データを図１８（図１９は図１８の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図）に示す（手順▲２▼）。窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域のパルスデータを図２０（図２１は図２０の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図）に示す（手順▲４▼）。この窓関数によって切り出した理想の周波数領域のパルスデータを、フーリエ逆変換で時間領域に戻すことで、周波数領域で切り出した周波数成分を持つ時間領域のパルスデータができあがる。フーリエ逆変換後のパルスデータを図２２（図２３は図２２のバースト部分の拡大図）に示す（手順▲５▼）。
【００７５】
図２２、図２３から、フーリエ逆変換後のパルスデータが、波形の立ち上がりと立ち下がりで緩やかなステップがかかっているような状態であることがわかる。また、平坦部を持ち、効率よくデータを活かしている様子がわかる。しかし、台形状の波形とは若干違っていることもわかる。但し、入力データに比べると、やや時間的に長くなったデータとなる（約３［μｓ］程になっている）。
【００７６】
確認のために、新しく作られた時間領域のパルスデータをフーリエ変換により周波数領域のパルスデータに戻してみる。フーリエ変換／フーリエ逆変換の原理で考えると、窓関数で切り出した状態の理想周波数領域のパルスデータに戻るはずである。但し、手順▲５▼でできあがった時間領域のパルスデータには、バーストしている信号の前後に微少の出力が存在しているため、手順▲６▼で微少信号をゼロとした上でフーリエ変換を行い、条件の確認を行っている。フーリエ変換後の結果を図２４（図２５は図２４の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図）に示す。
【００７７】
図２４、図２５を見ても明らかなように、基本周波数３０［ＭＨｚ］付近に発生する近傍サイドローブは大幅に低減されている。特に、遠方のサイドローブについては、メインローブから１１０［ｄＢ］以上も落ちており、ほぼゼロと見なすことができるレベルまで低減されている。
【００７８】
したがって、上記の方法によれば、周波数領域でのメインローブを強調し、サイドローブを大きく低減したパルスデータを生成することができる。また、理想周波数領域のパルスデータと同等の周波数成分を持つパルスデータが生成できることから、制約に無駄のない周波数領域のパルスデータをもつ時間領域のパルスデータを得ることができ、かつ理想の周波数領域のパルスデータと同等の周波数成分が得られる。また、変換後の時間領域のパルスデータも元のパルスデータの形状を大きく損なうこともなく、効率面でも優れた方法といえる。
【００７９】
上記のようにして生成されたパルスデータをＲＯＭなどに蓄積しておき、送信タイミングで読み出し出力することで、周波数領域全体から見ても非常に狭い帯域を狙ったパルスデータを作り、送信することができる。また、サイドローブを持たないことから、周辺の電波との干渉が生じないと言う利点もある。
【００８０】
以上、この「窓関数による周波数領域のパルスデータの切り出し」の方法についてまとめると、以下のようなことが言える。
【００８１】
・窓関数のカーブ（窓関数の数）を調整することで、条件にあった周波数成分を含む信号を簡単に生成することができ、効率がよい。
【００８２】
・理想とする周波数領域のパルスデータと同等の周波数成分を持つパルスデータを生成できる。
【００８３】
・元の波形の形状を大きく損なわない時間領域のパルスデータが生成できる。
【００８４】
・遠方のサイドローブをほぼゼロとみなせるレベルまで大幅に低減可能なパルスデータを生成できる。
【００８５】
・他の電波に干渉しない・干渉されないパルスデータを生成できる。
【００８６】
（２）シェイプ用の係数として用いるシェイプデータを生成する方法
（１）と同様の方法を使って、時間領域で係数を展開してＦＩＲ型フィルタにより「シェイプデータ」の作成も可能である。ここでは送信幅に合わせたシェイプ係数のデータを生成する場合を考える。
【００８７】
先ほどの［実施例１］で作成したデータは、３０［ＭＨｚ］の無限に続くsin波を、２［μｓ］の方形ステップ波で切り出した状態と同じであることがわかる。このことは、「ある十分に長い時間において、短い時間の信号を送信する」ときのシミュレーションであり、その時の周波数成分を解析した結果と同じことになる。解析結果から、従来では送信した周波数の成分とは別の周波数成分（サイドローブ）が無数に発生してしまっていたことがわかった。また、本発明の方法により、立ち上がり・立ち下がりで緩やかに変化するステップ波で時間領域のパルスデータを切り出すことによって、サイドローブを大幅に低減できることもわかった。
【００８８】
しかし、先ほどの方法では、特定の周波数成分を持たせ、打ち出すようなパルスデータであった。では、元となるデータの周波数成分に関係なくサイドローブを低減させられるデータを作成するためにはどうするか考える。この時、先ほどの立ち上がり・立ち下がりで緩やかに変化するようなステップ波の時間データを作成することで、どんな信号もサイドローブを低減させられるようなシェイプ係数ができあがると考えられる。
【００８９】
このシェイプ係数のステップ波の波形データ（以下、シェイプデータ）は、「周波数領域で窓関数によって切り出す方法」と同じ手順で作ることができる。このシェイプデータ生成装置の構成例を図１２に示す。
【００９０】
図１２において、４１はパルス幅分データ（方形ステップデータ）を発生する信号源であり、この信号源４１から出力されるデータはフーリエ変換器４２によって周波数領域のデータに変換され、乗算器４３にて、窓関数発生器４４で発生される周波数領域の窓関数データと乗算されて窓関数による切り出しがなされた後、フーリエ逆変換器４５により時間領域のデータに戻される。さらに、元のパルス幅が確保されるように幅調整され、サイドローブを低減するためのシェイプ係数データとしてシェイプ係数メモリ４７に書き込まれる。運用時には、送信パルス信号源４８からの時間領域のパルスデータを乗算器４９に供給し、シェイプ係数メモリ４７から読み出されるシェイプ係数データと乗算する。これによって、サイドローブが低減されたパルスデータが得られる。
【００９１】
以下に上記シェイプ係数作成の手順を示す。
【００９２】
（ステップ波加工の手順）
▲１▼ 送信幅相当（ここでは３００ポイントとする）の方形ステップ波の波形データを作成する。
【００９３】
▲２▼ ▲１▼の波形データをフーリエ変換し、周波数領域の波形データにする。
【００９４】
▲３▼ ▲２▼の波形データに先頭にブラックマンハリス窓の頂点Ｗ(N/2) 、最後尾にＷ((N/2)-1) を配置した窓関数窓データを複素乗算し、周波数成分を切り出す。
【００９５】
▲４▼ ▲３▼の周波数領域の波形データをフーリエ逆変換し、時間領域の波形データに変換する。
【００９６】
▲５▼ ▲４▼で得られた時間領域の波形データに対し、ステップ前後の微少信号のカットと幅の調整を行う。これにより、シェイプ係数データが得られる。
【００９７】
上記の手順で、サイドローブの低減を行うステップデータ（シェイプデータ）の作成例を説明する。
【００９８】
［実施例２］ パルス幅３００ポイント分で、サイドローブを低減するデータ
この［実施例２］において、時間領域でsin波に方形ステップ波とシェイプデータを乗じて比較・検証してみる。立ち上がり・立ち下がりがほどよく、平坦部を持つようなシェイプデータであることを条件とする。
【００９９】
３００ポイントの方形ステップ波と、フーリエ変換を行った結果を図２６と図２７（図２８は図２７の先頭周波数成分の拡大図）にそれぞれ示す。図を見ると、方形ステップ波はフーリエ変換結果の先頭の成分、つまり直流の成分がメインローブとなり、全体にサイドローブが広がっている様子がわかる。この広がりを抑え、サイドローブを低減させたデータを生成することで、シェイプしたデータを作れるはずである。
【０１００】
実際に３００ポイント分のシェイプデータを生成する手順を以下に示す。尚、ここでは取り出すブラックマンハリス窓の窓関数の総数（Ｎの値）を５０と１００の２つの場合で作成した。
【０１０１】
（３００ポイントシェイプデータ作成手順：図１３参照）
▲１▼ ３００ポイントの方形ステップ波の波形データを作成し、フーリエ変換する。
【０１０２】
▲２▼ ▲１▼の結果を窓関数で切り出す。この時、フーリエ変換後の周波数領域波形データの先頭がブラックマンハリス窓の窓関数の最大値である「１」となるようにする。窓関数の頂点を先頭に配置するには、ｎ＝Ｎ／２〜Ｎ−１とする。また、周波数領域波形データの最後尾には窓関数の頂点から−１のデータ（ｎ＝０〜Ｎ／２−１）を配置する。
【０１０３】
▲３▼ ▲２▼でできあがった波形データとステップ波のフーリエ変換後の波形データを複素乗算する。
【０１０４】
▲４▼ 窓関数のかからない部分は、周波数成分をゼロとする（ゼロを複素乗算した状態）。
【０１０５】
▲５▼ ▲４▼でできあがった周波数領域の波形データ（理想周波数領域の波形データ）をフーリエ逆変換し、時間領域の波形データに変換する。
【０１０６】
▲６▼ ▲５▼でできあがった時間領域データのステップ前後の微少信号をゼロに置き換え、パルス幅の調整をし、フーリエ変換を行って結果を確認する。
【０１０７】
窓関数データ（Ｎ＝５０）で切り出しに使用した周波数領域の窓関数データの様子、窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域の波形データ、フーリエ逆変換して取り出した時間領域のシェイプデータ▲１▼を図２９、図３０（図３１は図３０の先頭周波数成分の拡大図）、図３２にそれぞれ示す。窓関数データ（Ｎ＝１００）で切り出しに使用した周波数領域の窓関数データの様子、窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域の波形データ、フーリエ逆変換して取り出した時間領域のシェイプデータ▲２▼を図３３、図３４（図３５は図３４の先頭周波数成分の拡大図）、図３６にそれぞれ示す。
【０１０８】
ここで注意するのは、手順▲２▼で乗じる窓関数の総数（Ｎの値）と手順▲５▼でできあがるシェイプデータの関係である。周波数領域からデータを切り出すときの窓関数の総数を少なくした場合（ここではＮ＝５０の場合）、できあがるシェイプデータの立ち上がり／立ち下がり時間が長くなってしまう。逆に窓関数の総数を多くした場合（Ｎ＝１００）では、できあがるシェイプデータの立ち上がり／立ち下がり時間が短いステップ波になる。
【０１０９】
また、手順▲５▼でできあがったシェイプデータは、元になっている３００ポイントよりも多いデータになってしまう。そこで、ポイント数を調整するために、できあがったデータを強制的に３００ポイントとした。
【０１１０】
このできあがったシェイプデータと、方形ステップ波でサンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］の３０［ＭＨｚ］sinデータを切り出したときの様子と、フーリエ変換を行い、周波数成分を解析したときの様子を図３７から図４８に示す。
【０１１１】
ここで、図３７は方形ステップで切り出したバースト信号を示す波形図、図３８は図３７のバースト部分を拡大して示す波形図、図３９は図３７のバースト信号のフーリエ変換結果を示す周波数特性図、図４０は図３９の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図、図４１はサンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］の３０［ＭＨｚ］sinデータをシェイプデータ▲１▼に対して乗算した信号の波形図、図４２は図４１のバースト部分を拡大して示す波形図、図４３は図４１のフーリエ変換結果を示す周波数特性図、図４４は図４３の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図、図４５はサンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］の３０［ＭＨｚ］sinデータをシェイプデータ▲２▼に対して乗算した信号の波形図、図４６は図４５のバースト部分を拡大して示す波形図、図４７は図４６のフーリエ変換結果を示す周波数特性図、図４８は図４７の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図である。
【０１１２】
図３２と図３６を比較すると、切り出しの窓関数の総数（Ｎの値）を少なくした場合には、シェイプデータの立ち上がり／立ち下がり時間が長くなってしまう。逆に、切り出しの窓関数の総数を多くした場合では、シェイプデータの立ち上がり／立ち下がり時間が短くなる。
【０１１３】
また、方形ステップ波で切り出した場合の周波数成分（図３９）と、シェイプデータで切り出した場合の周波数成分（図４３、図４７）を比べると、シェイプデータで切り出したときのメインローブ（３０［ＭＨｚ］成分）のレベルが若干落ちている。また、メインローブもやや広がってしまっていることがわかる。しかし、サイドローブは方形ステップ波で切り出したときよりも大幅に落ちており、遠方のサイドローブはほぼ完全に除去した状態であることがわかる。ここでも切り出しの窓関数の総数が影響しており、窓関数の総数Ｎ＝５０では、Ｎ＝１００の時に比べてサイドローブが大幅に低減されている。
【０１１４】
周波数領域から窓関数で周波数成分を切り出してシェイプデータを作成する際には、フーリエ逆変換で時間領域のデータにしたときの立ち上がり／立ち下がり時間の許容と、含まれる周波数成分の許容（サイドローブをゼロとする位置）の双方のトレードオフを考慮する必要がある。これを考慮し、周波数領域から窓関数によって周波数成分を切り出すことで、サイドローブをなくすシェイプデータを作ることができる。シェイプデータのフーリエ変換の結果を見ても明らかなように、信号に含まれている周波数成分以外のサイドローブをゼロにできるシェイプデータが完成する。
【０１１５】
以上のことから、窓関数は時間領域の波形データだけでなく、周波数領域の波形データにも有益であることがわかる。周波数領域で窓関数を使いデータを切り出す方法は、サイドローブのない優れた性質を持つデータを作ることができるだけでなく、デジタルフィルタの係数や、サイドローブを低減させるための係数を求めるなど、幅広い分野で応用が可能である。
【０１１６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、サイドローブが十分に低減され、理想的な周波数成分を持つ送信パルス信号を生成することのできる送信パルス信号生成装置と、この装置に用いられるパルスデータ生成方法／装置、シェイプデータ生成方法／装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のレーダ装置における送信装置の構成をに示すブロック図。
【図２】 本発明に係る送信パルス信号生成装置の実施形態を示すブロック図。
【図３】 従来の周波数特性の改善を図るパルスデータ生成方法を示すステップ図。
【図４】 本発明に係るパルスデータ生成方法の概要を示すステップ図。
【図５】 従来の計測器等で用いられる窓関数使用方法を説明するためのステップ図。
【図６】 図５の詳細を説明するためのステップ図。
【図７】 図５の詳細を説明するためのステップ図。
【図８】 図５の方法を利用したパルスデータ生成方法を説明するためのステップ図。
【図９】 本発明に係るパルスデータ生成方法を示すステップ図。
【図１０】 本発明に係るパルスデータ生成装置の構成を示すブロック図。
【図１１】 本発明のパルスデータ生成における信号のサイドローブ低減の手順を示すステップ図。
【図１２】 本発明に係るシェイプデータ生成装置の構成を示すブロック図。
【図１３】 本発明のシェイプデータ生成における３００ポイントシェイプデータ作成手順を示すステップ図。
【図１４】 ［実施例１］において、時間領域のパルスデータの様子（バースト波）を示す波形図。
【図１５】 図１４のバースト部分の拡大図。
【図１６】 ［実施例１］において、フーリエ変換を行って周波数領域に置き換えたパルスデータの様子を示す周波数特性図。
【図１７】 図１６の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図。
【図１８】 ［実施例１］において、所定の条件を満たすために使用したＮ＝４０のブラックマンハリス窓の周波数領域窓関数データを示す周波数特性図。
【図１９】 図１８の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図。
【図２０】 ［実施例１］において、窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域のパルスデータを示す周波数特性図。
【図２１】 図２０の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図。
【図２２】 ［実施例１］において、フーリエ逆変換後のパルスデータを示す波形図。
【図２３】 図２２のバースト部分の拡大図。
【図２４】 ［実施例１］において、できあがったパルスデータのフーリエ変換後の結果を示す周波数特性図。
【図２５】 図２４の３０［ＭＨｚ］付近の拡大図。
【図２６】 ［実施例２］において、３００ポイントの方形ステップ波を示す波形図。
【図２７】 ［実施例２］において、３００ポイントの方形ステップ波をフーリエ変換した結果を示す周波数特性図。
【図２８】 図２７の先頭周波数部分の拡大図。
【図２９】 ［実施例２］において、窓関数データ（Ｎ＝５０）で切り出しに使用した周波数領域の窓関数データの様子を示す周波数特性図。
【図３０】 ［実施例２］において、図２９の窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域の波形データを示す周波数特性図。
【図３１】 図３０の先頭周波数成分の拡大図。
【図３２】 ［実施例２］において、図３０の出力をフーリエ逆変換して取り出した時間領域のシェイプデータ▲１▼を示す波形図。
【図３３】 ［実施例２］において、窓関数データ（Ｎ＝１００）で切り出しに使用した周波数領域の窓関数データの様子を示す周波数特性図。
【図３４】 ［実施例２］において、図３３の窓関数を乗じて切り出した理想周波数領域の波形データを示す周波数特性図。
【図３５】 図３４の先頭周波数成分の拡大図。
【図３６】 ［実施例２］において、図３４の出力をフーリエ逆変換して取り出した時間領域のシェイプデータ▲２▼を示す波形図。
【図３７】 ［実施例２］において、方形ステップで切り出したバースト信号を示す波形図。
【図３８】 図３７のバースト部分を拡大して示す波形図。
【図３９】 図３７のバースト信号のフーリエ変換結果を示す周波数特性図。
【図４０】 図３９の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図。
【図４１】 ［実施例２］において、サンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］の３０［ＭＨｚ］sinデータをシェイプデータ▲１▼に対して乗算した信号の波形図。
【図４２】 図４１のバースト部分を拡大して示す波形図。
【図４３】 図４１のフーリエ変換結果を示す周波数特性図。
【図４４】 図４３の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図。
【図４５】 ［実施例２］において、サンプリング周波数１５０［ＭＨｚ］の３０［ＭＨｚ］sinデータをシェイプデータ▲２▼に対して乗算した信号の波形図。
【図４６】 図４５のバースト部分を拡大して示す波形図。
【図４７】 図４６のフーリエ変換結果を示す周波数特性図。
【図４８】 図４７の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図。
【図４９】 従来方法によりバースト信号を方形ステップ波で切り出した波形図。
【図５０】 図４９のバースト成分を拡大して示す波形図。
【図５１】 従来方法によりバースト信号を台形ステップ波で切り出した波形図。
【図５２】 図５１のバースト成分を拡大して示す波形図。
【図５３】 方形ステップ波（実線）及び台形ステップ波（点線）の時間領域波形を示す波形図。
【図５４】 図５３の各ステップ波に対応する周波数分布を示す周波数特性図。
【図５５】 図５４の３０［ＭＨｚ］付近を拡大して示す周波数特性図。
【符号の説明】
１１…ＩＦ信号発振器
１２…変調器
１３…ＩＦ／ＲＦ周波数変換部
１４…ＲＦ信号増幅部
１５…ＢＰＦ
１６…電力増幅器
２１…ＲＯＭ（またはＦＩＲフィルタ）
２２…Ｄ／Ａ変換器
２３…ＬＰＦまたはＢＰＦ
２４…ＩＦ／ＲＦ周波数変換部
２５…ＲＦ信号増幅部
２６…ＢＰＦ
２７…電力増幅器
３１バーストデータ信号源
３２…フーリエ変換器
３３…乗算器
３４…窓関数発生器
３５…フーリエ逆変換器
４１…方形ステップデータ信号源
４２…フーリエ変換器
４３…乗算器
４４…窓関数発生器
４５…フーリエ逆変換器
４７…シェイプ係数メモリ
４８…送信パルス信号源
４９…乗算器
Claims (14)
- 送信パルス信号の時間領域の基本波形データをフーリエ変換して得られる周波数領域の波形データにメインとなる周波数成分を切り出すように頂点を中心に左右対称の窓関数データを乗じてフーリエ逆変換することで、中央部が平坦な形状のエンベロープを持つ時間領域の送信パルス信号の波形データを生成することを特徴とするパルスデータ生成方法。
- 前記送信パルス信号の基本波形データを作成する第１の手順と、
この第１の手順で作成された基本波形データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに置き換える第２の手順と、
この第２の手順で得られたフーリエ変換後の波形データに予め決められた条件に合致するカーブを持つ前記窓関数データを乗算する第３の手順と、
この第３の手順で得られた波形データをフーリエ逆変換して時間領域の波形データに置き換える第４の手順とを具備することを特徴とする請求項１記載のパルスデータ生成方法。 - 前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載のパルスデータ生成方法。
- 送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに変換し、理想周波数領域の上下端で先頭を頂点とした窓関数データを乗じてシェイプデータを生成し、これをフーリエ逆変換することで時間領域のシェイプデータを生成することを特徴とするシェイプデータ生成方法。
- 前記送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データを作成する第１の手順と、
この第１の手順で作成された波形データをフーリエ変換し、周波数領域の波形データに置き換える第２の手順と、
この第２の手順で得られた波形データに予め決められた条件に合致する、先頭を頂点としたカーブを持つ前記窓関数データを理想周波数領域の上下端で乗じて周波数成分を切り出す第３の手順と、
この第３の手順で得られた周波数領域の波形データをフーリエ逆変換し、時間領域の波形データに置き換えることでシェイプデータを生成する第４の手順とを具備することを特徴とする請求項４記載のシェイプデータ生成方法。 - 前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする請求項４または５記載のシェイプデータ生成方法。
- 送信パルス信号の時間領域の基本波形データをフーリエ変換して得られる周波数領域の波形データにメインとなる周波数成分を切り出すように頂点を中心に左右対称の窓関数データを乗じてフーリエ逆変換することで、中央部が平坦な形状のエンベロープを持つ時間領域のパルス信号の波形データを生成することを特徴とするパルスデータ生成装置。
- 前記送信パルス信号の基本波形データを作成する基本波形データ作成部と、
この基本波形データ作成部で作成された基本波形データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに置き換えるフーリエ変換部と、
このフーリエ変換部で得られた波形データに予め決められた条件に合致するカーブを持つ前記窓関数データを乗算する窓関数乗算部と、
この窓関数乗算部で得られた波形データをフーリエ逆変換して時間領域の波形データに置き換えるフーリエ逆変換部とを具備することを特徴とする請求項７記載のパルスデータ生成装置。 - 前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする請求項７または８記載のパルスデータ生成装置。
- 送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに変換し、理想周波数領域の上下端で先頭を頂点とした窓関数データを乗じてシェイプデータを生成し、これをフーリエ逆変換することで時間領域の波形データにしてシェイプデータを生成することを特徴とするシェイプデータ生成装置。
- 前記送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データを作成する方形ステップ波データ作成部と、
この方形ステップ波データ作成部で作成された波形データをフーリエ変換し、周波数領域の波形データに置き換えるフーリエ変換部と、
このフーリエ変換部で得られた波形データに予め決められた条件に合致する、先頭を頂点としたカーブを持つ前記窓関数データを理想周波数領域の上下端で乗じて周波数成分を切り出す窓関数乗算部と、
この窓関数乗算部で得られた周波数領域の波形データをフーリエ逆変換し、時間領域の波形データに置き換えることでシェイプデータを生成するフーリエ変換部とを具備することを特徴とする請求項１０記載のシェイプデータ生成装置。 - 前記窓関数は、方形窓、ハミング窓、ハニング窓、ガウス窓、ブラックマンハリス窓のいずれかであることを特徴とする請求項１０または１１記載のシェイプデータ生成装置。
- 送信パルス信号の時間領域の基本波形データをフーリエ変換して得られる周波数領域の波形データにメインとなる周波数成分を切り出すように頂点を中心に左右対称の窓関数データを乗じてフーリエ逆変換することで、中央部が平坦な形状のエンベロープを持つように生成された時間領域の波形データをパルスデータとして記憶するパルスデータ記憶部と、
このパルスデータ記憶部からパルス送出期間にパルスデータを読み出し、アナログ信号に変換することで送信パルス信号を生成するデジタル・アナログ変換部とを具備することを特徴とする送信パルス信号生成装置。 - 送信パルス信号の送信幅相当の方形ステップ波データをフーリエ変換により周波数領域の波形データに変換し、理想周波数領域の上下端で先頭を頂点とした窓関数データを乗じてシェイプデータを生成し、これをフーリエ逆変換することで生成された時間領域のシェイプデータを記憶するシェイプデータ記憶部と、
このシェイプデータ記憶部に記憶されたシェイプデータを時間領域で生成されるパルスデータのパルス幅に合わせて読み出し、この読み出されたシェイプデータを係数として前記パルスデータに乗算する乗算部と、
この乗算部で得られたパルスデータをアナログ信号に変換することで送信パルス信号を生成するデジタル・アナログ変換部とを具備することを特徴とする送信パルス信号生成装置。
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