JP4405701B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＮ＝４，５，６，・・，である分離したＮ個のレーダ送信パルス群を周期的に送信するための送信機、レーダ送信パルスのエコー信号を受信するための受信機、及び受信されたエコーに基づいて存在する可能性がある標的を探知し、標的のパラメータを測定するためのビデオプロセッサを備えたレーダ装置に関係する。
【０００２】
【技術背景】
このタイプのレーダ装置は当該技術の分野では良く知られている。当該装置は連続的な２つのレーダ送信パルスの間に、聴取時間を設けてエコー信号を受信するレーダ装置である。これら既知のレーダ装置の欠点は、標的が遠い場合、２つのパルスの相互間の間隔は大きくなるように選択されるが、その間隔が大きいと標的の視線速度を明確に決定することができなくなるという点である。
【０００３】
本発明のレーダ装置はこの欠点を大幅に改善し、本発明の１つの形態に従えば、２つのレーダ送信パルス群間に観測される聴取時間内にエコーが処理されるように、ビデオプロセッサが設計されていることを特徴とする。１つの標的に対して、Ｎ個のエコーを受信し、これに基づいて標的範囲と視線速度の両方を明瞭に決定することができる。
【０００４】
本発明によるレーダ装置の好ましい実施形態は、ビデオプロセッサが受信機によって決定される一連の複素映像強度を格納する記憶手段を具備していることを特徴とする。この複素映像強度列から、送信パターンに対応するエコー信号パターンを検索することができる。さらに、Ｎ個のエコー信号の位相シフトを考慮することによって、ドップラー周波数を決定し、よってエコー信号に対応付けられた標的の視線速度を決定することができる。
【０００５】
さらに、本発明によるレーダ装置の好ましい実施形態は、ビデオプロセッサが映像強度の列から連続した小列を処理するディジタルフィルタを具備することを特徴とする。これには、小列が列より短く、限られた数の入力を有するディジタルフィルタを使用できるという長所が伴う。さらに正確に言えば、小列の長さは、点標的から反射されたＮ個のエコー信号を同時処理するのに十分な長さである。あとは、複素映像強度の列をディジタルフィルタに通して実質的に最適な検出を行うだけで十分である。
【０００６】
本発明のさらなる様態による極めて好ましい実施形態は、ディジタルフィルタがフーリエ変換器又は同等な線形変換器を有することを特徴とする。これにより、実質的に最適な検出を行うことが可能となるだけでなく、Ｎ個のエコー信号の位相シフトに基づいて、ドップラー周波数及び標的の視線速度を同時に決定することも可能となる。
【０００７】
さらに、本発明によるレーダ装置の好ましくかつ単純な実施形態は、群内において、パルスが相互に位相に関してコヒーレントであり、２つのパルスの間の間隔は常に、単位時間の整数倍であることを特徴とする。
【０００８】
さらに本発明の様態による好ましい実施形態は、点標的に対して、フーリエ変換器が少なくとも実質１つの小列に出力信号を発するように、１群中のパルスを時間的に配置するように送信機を設計することを特徴とする。
【０００９】
さらに本発明の様態による好ましい実施形態は、点標的の場合に、全ての可能で適切なパルスパターンの中から、フーリエ変換器からの出力信号のサイドローブが最小になるようなパルスパターンを選択することを特徴とする。
【００１０】
本発明は、さらに、Ｎ＝４，５，６，であるＮ個のレーダ送信パルス群を周期的に送信するレーダ装置操作方法に関する。
【００１１】
本発明の１つの側面によれば、本案の方法は、２つのレーダ送信パルス群間の聴取時間中に、受信されたレーダエコー信号をビデオプロセッサに与えて、探知された可能性のある標的のパラメータを測定することを特徴とする。
【００１２】
本案の方法の好ましい実施形態は、受信されたレーダエコー信号をディジタル化し、標的から反射してきたＮ個のエコー信号の合成を行うために、少なくともＮ個の入力を有するディジタルフィルタに連続的に通すことを特徴とする。
【００１３】
本発明のさらに別の側面によれば、当該方法の好ましい実施形態は、群内において、非周期的にレーダ送信パルスを送信し、その場合に、少なくとも点標的に対して、ディジタルフィルタが少なくとも実質的に１度は出力信号を発するように、群内にレーダ送信パルスを配置することを特徴とする。
【００１４】
本発明のさらに別の側面に基づく方法の好ましい実施形態は、受信されるレーダエコー信号をディジタル化し、Ｍ＞＞Ｎの条件で、Ｎ個の入力とＭ個の出力を有するフーリエ変換器に連続的に入力することを特徴とする。そうすると、同時に標的の速度を決定することができる。少なくとも点標的に対して、フーリエ変換器が最小のサイドローブを有する出力信号を出力するように、群内のレーダ送信パルスを配置するのが好ましい。
【００１５】
本発明のさらなる側面による好ましい実施形態は、各送信群及び各小列に対して、少なくともフーリエ変換器又は同等の変換器の最大出力信号に対する予備検出を発生させることを特徴とする。Ｐ＝１，２，・・，Ｑ＝１，２，・・及びＰ≦Ｑの条件で、Ｑ個の連続送信群から同一の小列に対して、少なくともＰ個の実質的に相等しい予備検出を発生させた場合、１検出が発生する。
【００１６】
図１は、本案のレーダ装置が取ることのできる１つの実施形態の構成図を示している。送信機１は送信アンテナ２を介して送信されるレーダ送信パルス群を発生させる。レーダエコー信号は受信アンテナ３によって受信され、受信機４において処理されて、複素ディジタル映像信号が作成される。一般的に、本技術分野では周知のＴ／Ｒユニットを用いて１つの送信／受信兼用アンテナを使用することもできる。受信機４に作成された映像信号はビデオプロセッサ５に与えられ、そこで一時的に記憶手段６に格納されて次の処理を待つ。記憶手段６に格納されたデータは、ディジタルフィルタ７によってフィルタをかけられ、その出力は閾値回路８に出力される。予め設定された閾値と交わる場合、回路８は予備検出を作成し、該作成される可能性のある予備検出は、連続送信されるレーダ送信パルス群から検出が行われるように合成器９において合成され、該検出出力はさらなる処理のために出力部１０に与えられる。
【００１７】
図２Ａは本発明によるレーダ送信パルス群の一例を示している。該群は、複数の特徴を有している。第１番目に、２つのパルスの時間的な間隔はレーダ装置の聴取時間、つまり、パルスが標的との往復にかかる時間よりはるかに短い。第２番目に、１パルスの継続時間は２つのパルス間の時間間隔、この場合Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３より短い。第３番目に、該群は、群の自己相関関数のピークが１つだけになるように選択される。本発明によれば、時間間隔Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、好ましくは異なる値が選択される。
【００１８】
本発明によれば、該群の送信と群全体に対する標的からのエコーの処理を同時に行う。この目的を達成するために、標的からのエコーを、自己相関器に入力し、自己相関器は標的の位置を自己相関関数の最大値によって示す。
【００１９】
図２Ｂは、図２Ａに例示した群の自己相関関数を示している。すべてのサイドローブの高さが１で、高さが４のピークが１つだけ存在するように、パルスの位置を注意深く決定した。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が大きければ、この特性を有する群の数が極めて多いことは明らかであろう。しかし、該群は長くなりすぎてはならず、これは、長くなりすぎることによってレーダ装置のレンジが大きくなりすぎてしまうからである。群に収容されるパルス数は、所定範囲内に留めておくべきで、さもなければ、送信機の最大負荷サイクルを超過すると思われる。
【００２０】
一般的に、レーダ装置は４つのパルスではなく、約１０のパルスを発信する。これは、自己相関関数の主ローブ／サイドローブ比を改善する長所をもたらし、検出確率を向上させる。
【００２１】
図３Ａは静止標的に対するディジタルフィルタ７の一例の詳細な説明図である。フィルタは、単位長(range quants)に分割された記憶手段６に適用され、該分割された記憶手段の各々はレーダ受信機によって生成された複素映像強度の列を有する。標的が１つだけの場合、４つの記憶セル各１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、１つのシングル・バースト内の４つの送信パルスから発生した雑音レベルよりも高い標的強度を有する。ディジタルフィルタ７は、ここでは、送信パターンに従って４つの記憶手段からの標的強度を連続的に加算する加算回路として機能する。送信群の該特性によって、標的範囲を表示する出力信号が１つだけディジタルフィルタ７の出力に現れる。移動標的の場合には、４つの標的強度の位相が変動し、その結果、検出は失敗する。
【００２２】
図３Ｂは位相シフト網１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを備えた、既知の速度で移動する標的に対するディジタルフィルタ７を例示している。当該網１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、群内のパルスのタイミングに基づいて選定された１つの速度について、標的の運動によって生じる位相シフトを補償するように選択される。これにより、元の自己相関関数が復元／復活し、検出もれがなくなる。
【００２３】
図４は、ランダム速度で移動する標的に対するビデオプロセッサの一例を示している。ディジタルフィルタ７は記憶手段６に適用されるフーリエ変換器として実現されている。ここで例示した群は１６の単位長を有するので、出力０、５、１１及び１５のみが、対応する単位長に接続され、受信信号の最適加算を保証する１６点フーリエ変換器が用いられる。その他の入力は未使用のまま残る。図３Ａで例示した自己相関器と全く同じように、静止標的の場合の自己相関信号はフーリエ変換器の出力０に現れる。移動する標的のエコー信号は、フーリエ変換器７の他の出力に現れるので、標的の位置及び速度の探知が可能になる。
【００２４】
本発明によれば、フーリエ変換器７の出力信号は閾値回路８に入力される。閾値回路８においては、既知の方法によって、１６個の入力値から単位長毎に閾値を決定できる。また、入力値の１つが閾値を著しく超えるか否かを確認でき、超える場合はこの単位長に標的が存在することを示し、その後に予備検出を発生させることができる。その後に、当事者は、自明の方法で、検出確率及び誤り検出率を確立することができる。
【００２５】
閾値を導入せずに検出を行うこともできる。この方法は、標的が存在すれば、スペクトル中に最大値が１つ存在するという前提に基づいている。可能性は低いが、２つの最大値が生じた場合、その最大値のうち任意の１つが最大値として指定される。送信群毎に、閾値回路８は各単位長に対してフーリエ変換器７のどの出力が最高出力値を示したかを記憶している。標的が無いときは、特定の出力が優先されないと仮定すると、特定の出力が統計的に極めて頻繁に最高値を示す場合、単位長毎の連続送信群について、合成器９で最高出力を照合することができる。このような場合には、検出は出力１０に供給される。
【００２６】
実際には、フーリエ変換器７への入力値は重み付けが行われておらず、そのために出力信号内のドップラー領域にてサイドローブが発生することがある。したがって、限られた数の可能なパルス群についてどのパルス群が最小のサイドローブを発生させるかを検証した後、このパルス群を使用することが推奨される。
【００２７】
図５は、フーリエ変換器７の出力に現れるような、標的の可能なスペクトルを例示している。このシミュレーションにおいては、１１個のパルスがレーダ周波数１４００Ｍｃ／ｓで送信され、標的が速度０ｍ／ｓでシミュレートされている。水平軸はｍ／ｓで表示されており、図は、１６０００ｍ／ｓという極めて高い折り返し速度(folding speed)を示している。
【図面の簡単な説明】
本発明は添付図の引用によってさらに詳細に説明されている。
【図１】 本案のレーダ装置の構成図を示している。
【図２】 図２Ａは本発明によるレーダ送信パルスの可能な群を示している。図２Ｂは前記群の自己相関関数を示している。
【図３】 図３Ａは静止標的用の可能なビデオプロセッサを示している。図３Ｂは所定の速度で移動する標的用の可能なビデオプロセッサを示している。
【図４】 ランダム速度の標的用の可能なビデオプロセッサの一例を示している。
【図５】 標的の可能なスペクトルを示している。

Claims (9)

1. Ｎ＝４，５，６，・・であるＮ個のレーダ送信パルスからなる相互に分離した群を周期的に送信するための送信機と、レーダ送信パルスのエコー信号を受信するための受信機と、受信されたエコーに基づいて存在する可能性がある標的を探知し、標的の範囲と視線速度とを測定するためのビデオプロセッサとを備えたレーダ装置であって、該相互に分離した群のうちの２つのレーダ送信パルス群間の聴取時間に該相互に分離した群のうちの１つの群全体からのエコーを同時に処理するように、ビデオプロセッサが設計されており、
   該ビデオプロセッサは、受信機において決定される一連の複素映像強度(a row of complex video strengths)を格納する記憶手段、及び、フーリエ変換器又は同等の線形変換器を具備する、前記映像強度の列から連続する小列(subrow)を処理するためのディジタルフィルタを備え、
   さらに、群内において、該レーダ送信パルスは相互に位相に関してコヒーレントであり、非周期的に送信され、２つのパルス間の時間間隔は常に単位時間の整数倍であることを特徴とする
   レーダ装置。
2. 点標的に向けて、フーリエ変換器が少なくとも実質的に１つの小列に出力信号を発するように、パルスを１つの群中に時間順に配置するように送信機を設計することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 点標的の場合、全ての可能で適切なパルスパターンの中から、フーリエ変換器が最小のサイドローブを有する出力信号を発するようなパルスパターンを選択することを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
4. Ｎ＝４，５，６，・・であるＮ個のレーダ送信パルスからなる群を周期的に送信するレーダ装置操作方法であって、２つのレーダ送信パルスの群の間の聴取時間において、探知される可能性のある標的の範囲と視線速度とを測定するために、該相互に分離した群のうちの１つの群全体から受信されたレーダエコー信号をビデオプロセッサに同時に出力し、
   該受信されたレーダエコー信号をディジタル化し、少なくともＮ個の入力を有するディジタルフィルタに連続的に入力し、
   群内において、該レーダ送信パルスは相互に位相に関してコヒーレントであり、レーダ送信パルスを非周期的に送信し、２つのパルス間の時間間隔は常に単位時間の整数倍であることを特徴とする方法。
5. 少なくとも点標的に対して、ディジタルフィルタが少なくとも実質的に１度は出力信号を発するように、群内にレーダ送信パルスを配置することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 受信されるレーダエコー信号をディジタル化し、Ｍ＞＞Ｎの条件で、Ｎ個の入力とＭ個の出力とを有するフーリエ変換器に入力することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 少なくとも点標的に対して、フーリエ変換器が周波数領域に最小のサイドローブを有する出力信号を発するように、群内のレーダ送信パルスを配置することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 少なくともフーリエ変換器の最大出力信号に対し、送信群及び小列毎に予備検出を作成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. Ｐ＝１，２，・・，Ｑ＝１，２，・・，及びＰ≦Ｑの条件で、Ｑ個の連続送信群から同一の小列に対して、少なくともＰ個の相等しい予備検出を生成させた場合、１検出が生成されることを特徴とする請求項８に記載の方法。

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