JP4893989B2 - レーダースペクトラム計測装置 - Google Patents

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本発明は、他の送信機から外来不要波が出ているという環境の基で、レーダーシステムのアンテナから放射された電波を受信して、不要輻射を含めた広範囲な周波数帯域のスペクトラムを計測するレーダースペクトラム計測装置に関するものである。
従来、レーダーから放射される電波は、広範囲の周波数帯域にわたって、その放射レベルを測定し、不要輻射を含め、どのような周波数およびその強さがどのように分布しているかを解析するためのスペクトラムアナライザを組み合わせた計測システムが知られている。また、国際電気通信連合であるITUは、前記レーダーから放射される不要輻射の規制値と、不要輻射を含めたレーダースペクトラムの測定方法について、周波数帯域に応じた条件等を定めている。前記国際電気通信連合であるITUにおいて、レーダーアンテナは、通常の動作状態(機械的に回転または電子的に電波の放射方向を制御して回転させる)で測定することが定められている。
特開平6−21864号公報に記載されている電波環境測定装置は、携帯電話等の間における電波伝播が直接波、構築物から反射される反射波、その他の外来電波等がどのように伝播されているかを測定するものである。
特開平6−21864号公報
レーダーシステムの主にアンテナから放射される電波を前記ITUの勧告した測定方法に従ってレーダースペクトラムを測定する場合、機械的に回転または電子的に電波の放射方向を制御して回転させるというレーダーシステムの諸元により、放射された電波を非同期に、かつ電波の到達するタイミングが不明である条件下では、現在で入手可能な計測装置は、長時間の測定時間が必要である。たとえば、9GHz帯のパルスレーダーの不要輻射を測定する場合、パルス幅が1μsec以下でレーダーアンテナが20rpmで回転しているとすると、30MHzから26GHzまでの周波数帯域の1回の測定に必要な総測定時間は、約22時間になっている。前記長時間の測定は、温度や湿度等の環境変化等により、測定結果の信頼性に問題があった。また、前記レーダーのスペクトラムは、周波数変換手段、A/D変換手段、DSP等からなるスペクトラムアナライザによって計測される。しかし、前記スペクトラムアナライザは、本発明のような広帯域の周波数を計測することを想定していないため、従来のスペクトラムアナライザを使用してITUの勧告した測定法を実施する場合には、複数回に分け、長時間かけて、他の送信機から外来不要波が出ていないという環境の中で計測しなければならない。したがって、上記条件を満足していない環境下で動作しているレーダーの不要輻射を含めたスペクトラムを測定することは今まで不可能であった。
以上のような課題を解決するために、本発明は、長い測定時間を短縮するものであり、他の送信機から外来不要波が出ていという環境の中で、簡単な構成からなる、高い信頼性を有するレーダースペクトラム計測装置を提供することを目的とする。
(第1発明)
第1発明のレーダースペクトラム計測装置は、他の送信機から電波が放射され、所望の電波を測定する場合に妨害となる外来不要波が出ているという環境のもとでも、レーダーシステムのアンテナから放射された所望の電波を受信して、不要輻射を含めた30MHzから26GHzの周波数帯域のスペクトラムを計測するものであり、前記レーダーシステムのアンテナから放射された30MHzから26GHzの周波数帯域の電波および外来不要波を受信するとともに、前記所望電波および外来不要波をそれぞれ独立して取得する受信アンテナからなる受信端子と、前記受信端子から受信した電波の中から外来不要波と所望の電波とを分けることができるとともに、過去に到着した前記外来不要波および所望電波のタイミングから、引き続き到着する外来不要波および所望電波の時期を予測し、前記予測に基づいて制御するスイッチ制御手段によって開閉されるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を通過した電波を異なる周波数帯域に変換する複数の周波数変換手段と、前記周波数変換手段の一つから前記不要輻射を含むレーダー電波の中の一つの周波数を検出し、前記周波数をトリガー信号にするトリガー信号作成手段と、前記複数の周波数変換手段によって変換された異なる周波数帯域のアナログ信号をジタル信号に変換する複数のA/D変換手段と、前記複数のA/D変換手段によって変換されたそれぞれのデジタル信号を周波数毎の振幅に変換するとともに、前記トリガー信号作成手段によって作成されたトリガー信号によって同期が取られている複数のプログラマブルDSPと、前記複数のプログラマブルDSPによって周波数毎の振幅に変換された結果を全周波数帯域に合成する合成手段と、前記合成手段によって合成されたレーダースペクトラムを記憶するレーダースペクトラム記憶手段とから少なくとも構成されていることを特徴とする。
(第2発明)
第2発明のレーダースペクトラム計測装置において、第1発明のスイッチ手段は、外来不要波を通過しないように遅延させ、前記遅延された外来不要波に同期した信号によって制御するスイッチ制御手段によって開閉されることを特徴とする。
(第発明)
発明のレーダースペクトラム計測装置において、第1発明の受信端子は、前記所望電波および外来不要波をそれぞれ分岐して取得する受信アンテナからなることを特徴とする。
(第発明)
発明のレーダースペクトラム計測装置において、第1発明のスイッチ手段は、前記スイッチ制御手段によって予め決められた関数にしたがって制御される導通特性を備えていることを特徴とする。
(第発明)
発明のレーダースペクトラム計測装置において、第1発明から第発明の並列に接続されている前記周波数変換手段、前記A/D変換手段、前記プログラマブルDSPは、リアルタイムスペクトラムアナライザであることを特徴とする。
本発明によれば、測定しようとしたレーダーシステムにおけるレーダースペクトラムを従来の測定時間より大幅に短縮できるだけなく、信頼性の高い測定結果を得ることができる。本発明は、他の送信機から外来不要波が出ているという環境の中で、周波数変換手段、A/D変換手段、DSPからなるスペクトラムアナライザを複数並列に設け、不要輻射を含むレーダー電波の中の一つの周波数から作成されるトリガー信号によって、前記複数のスペクトラムアナライザの同期を取ることで、正確な計測が可能になった。
本発明によれば、計測装置を並列に設けておくことにより、最大放射電力と、それ以外の放射電力の比較が同時刻に行なうことができるため、同時刻における周波数成分を短時間で、かつ、正確に測定することができる。
本発明によれば、スイッチ手段を設けることにより、所望の電波と不所望である他の送信機からの外来不要波を分けることができるため、計測結果の精度を向上させることができる。
本発明によれば、外来不要波および所望の電波のタイミングを基にし、また、外来不要波を遅延させ、あるいは関数発生手段を設けることにより、前記スイッチ手段により前記外来不要波を除去することができるため、より正確な解析が可能になった。
(第1発明)
第1発明のレーダースペクトラム計測装置は、他の送信機から外来不要波が出ているという環境のもとでも、計測すべきレーダーシステムのアンテナから放射された電波を受信して、不要輻射を含めた30MHzから26GHzからなる広範囲な周波数帯域のスペクトラムを計測するものである。前記レーダースペクトラム計測装置の受信端子は、前記レーダーシステムから放射された不要輻射を含む30MHzから26GHzからなる広範囲なレーダー電波を受信する。スイッチ手段は、前記受信端子から受信した電波の中から外来不要波と所望の電波とをそれぞれ独立して取得することができる。前記スイッチ制御手段は、前記受信端子から受信した電波の中から外来不要波と所望の電波とを分けることができるとともに、過去に到着した前記外来不要波および所望電波のタイミングから、引き続き到着する外来不要波および所望電波の時期を予測し、前記予測に基づいて制御するスイッチ制御手段によって開閉される。周波数変換手段は、前記アンテナにより受信するとともに、前記スイッチ手段を通過した所定帯域の電波を異なる複数の周波数帯域にダウンコンバートする。また、前記周波数変換手段は、測定すべき広範囲な周波数をカバーするように複数が並列に備えられている。トリガー信号作成手段は前記周波数変換手段の一つから前記不要輻射を含むレーダー電波の中の一つの周波数を検出し、前記周波数をトリガー信号とする。A/D変換手段は、それぞれの周波数帯域をカバーする複数の周波数変換手段によって前記アンテナによって受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
前記複数のA/D変換手段によって変換されたそれぞれのデジタル信号は、複数のプログラマブルDSP(Digital Signal Proccesor−以下単にDSPと記載する)によって所定帯域内のデジタル信号を周波数毎の振幅に変換されるとともに、前記トリガー信号によって複数のプログラマブルDSPの同期が取られる。すなわち、前記プログラマブルDSPは、前記変換されたデジタル信号をそれぞれの帯域における周波数毎の強さに変換するとともに、それぞれの同期が取られている。前記複数のプログラマブルDSPによって前記周波数毎の振幅の強さは、全帯域プログラマブルDSP等の合成手段によって合成される。前記全帯域プログラマブルDSP等の合成手段によって合成されたレーダースペクトラムは、レーダースペクトラム記憶手段によって記憶される。前記レーダースペクトラム記憶手段によって記憶されたデータは、必要に応じて、表示手段によって前記スペクトラムとして見ることができる。
前記並列に接続されている前記周波数変換手段、A/D変換手段、DSPは、リアルタイムスペクトラムアナライザを構成する。前記リアルタイムスペクトラムアナライザは、デジタル信号を高速フーリエ変換するが、前記フーリエ変換がフリーランの状態にあるため、パルス波のFFT(First Fourier Transformer ) 変換結果にバラツキが出てしまう。従来、市販のリアルタイムスペクトラムアナライザは、並列に多数接続した場合、レーダーパルス波のスペクトルを分析することができなかった。しかし、本発明は、前記FFT変換を全て同期して行なうために正しい分析が可能になった。
また、市販のリアルタイムスペクトラムアナライザは、比較的大型であるため、多数の並列化に向いていなかった。本発明のリアルタイムスペクトラムアナライザは、FFT変換のデータサイズを変えるためにプログラマブルDSPとすることで、小型で分析ステップを可変できるようなゲートアレイとすることが可能になった。さらに、本発明は、前記DSPのトリガー信号をレーダーパルスに同期またはレーダーパルス信号から推定したタイミングで発生させるトリガー信号作成手段を設け、前記トリガー信号により、同期を取ることで、従来市販の装置では不可能であったものを、迅速、かつ、短時間で正確な計測が可能になった。
前記レーダースペクトラム計測装置は、スイッチ手段に外来不要波を受信しないようにするスイッチ制御手段が設けられている。前記スイッチ制御手段は、過去に到着した外来不要波および所望波のタイミングを記憶できるようにしておき、前記外来不要波および所望電波のタイミングによって、引き続き到着する外来不要波および所望電波の時期を予測することができる。そして、前記スイッチ制御手段は、前記予測に基づいてスイッチ手段を制御して所望の電波のみ通すように開閉を行なう。
(第2発明)
第2発明のレーダースペクトラム計測装置は、第1発明のスイッチ手段に外来不要波を通過しないように遅延させる遅延手段を設けている。前記スイッチ手段に設けられた遅延手段は、受信した外来不要波を遅延させ、前記遅延された外来不要波に同期した信号によって、外来不要波が前記スイッチ手段を通過しないようにスイッチ制御手段によって前記スイッチ手段を開閉している。
(第発明)
発明のレーダースペクトラム計測装置は、第1発明の受信端子を受信アンテナとしている。前記受信アンテナは、アンテナ以外に増幅器あるいはその他の付属機器を備えている場合が多い。第1発明の受信端子は、前記受信アンテナによって受信した信号を受け入れる場所である。前記受信アンテナは、前記所望電波および外来不要波をそれぞれ分岐して取得することができる。
前記レーダースペクトラム計測装置は、第1発明の受信端子を、前記所望の電波を取得する受信アンテナと、外来不要波を取得する受信アンテナがそれぞれ独立している。
(第発明)
発明のレーダースペクトラム計測装置は、第1発明のスイッチ手段に予め決められた関数発生手段の関数にしたがって制御される導通特性を持たせている。前記スイッチ手段は、予め記憶されている関数発生手段の関数にしたがって制御される導通特性に基づいた所望の電波を通過させ、あるいは外来不要波を阻止するように働く。
(第発明)
発明のレーダースペクトラム計測装置は、第1発明から第発明における並列に接続されている前記周波数変換手段、A/D変換手段、プログラマブルDSPがリアルタイムスペクトラムアナライザである。前記リアルタイムスペクトラムアナライザは、前記周波数変換手段、A/D変換手段、DSPを並列に設けても、前記トリガー信号によって同期を取ることにより、リアルタイムの計測が正確にできるようになった。
図1は本発明の第1実施例で、レーダーシステムから放射される電波を計測するレーダースペクトラム計測装置を説明するための図である。なお、図1において、記号*は、互いに線で接続されているものとする。第1実施例におけるレーダースペクトラム計測装置は、測定すべきレーダーシステム11と、前記レーダーシステム11から放射する所望電波および外来不要波を受信する測定アンテナ12と、前記測定アンテナ12で受信した電波を受ける受信端子121と、前記受信端子121から外来不要波または所望電波に分けるスイッチ手段131と、前記スイッチ手段131を制御するスイッチ制御手段1311と、複数の高周波ダウンコンバータ141、142、14nと、前記高周波ダウンコンバータの周波数をデジタル信号に変換するA/D変換手段151、152、15nと、前記A/D変換手段の周波数を振幅に変換(フーリエ変換)するプログラマブルDSP161、162、16nとを少なくとも備えている。
トリガー信号作成手段13は、前記高周波ダウンコンバータ141のある周波数、たとえば、中心周波数を検出して、この周波数をトリガー信号とする。前記プログラマブルDSP161、162、16nは、前記トリガー信号によって同期をとってそれぞれの変換を開始し、周波数解析を行う。
前記プログラマブルDSP161、162、16nにおいて得られたデジタル信号の振幅は、全帯域プログラマブルDSP17によって、全帯域にわたった振幅の強さとして合成される。前記全帯域にわたった振幅の強さは、レーダースペクトラム記憶手段18に記憶され、前記レーダーシステムの不要輻射を含めた広範囲な周波数帯域の伝播状態を解析することができる。前記レーダースペクトラム記憶手段18に記憶されたデータは、トリガー信号による同期がとれているため、複数のスペクトラムアナライザによって得られた信号を合成しても、正確な解析が可能である。表示手段181は、必要に応じて、前記レーザースペクトラムを表示することにより、解析をより容易にするものである。また、前記トリガー信号は、スイッチ制御手段1311を同期するように制御することができる。さらに、前記レーダーシステム11における信号を無線または有線により、スイッチ制御手段1311に送り、同期をとることができる。
前記周波数設定手段1411、1421、14n1は、高周波ダウンコンバータ141、142、14nにおける周波数帯域を任意に設定できる。前記高周波ダウンコンバータ141、142、14nは、前記設定する周波数の上下端部において、同じ周波数が互いに重なるように設定することもできる。また、前記全帯域プログラマブルDSP17は、各プログラマブルDSP161、162、16nを合成する際に、前記周波数の重なり部を重ねた状態にする。前記周波数重なり部出力調整手段171は、前記全帯域プログラマブルDSP17において、重なり部の出力を同じレベルに調整する。前記出力調整は、高周波ダウンコンバータ、A/D変換手段、プログラマブルDSP等におけるそれぞれの誤差を無くすことができ、正確な計測結果を得ることができる。
前記レーダースペクトラムは、全方位において計測されるが、障害物により必ずしも計測できない場所がある場合もある。前記場所を避けた場合、前記測定位置は、レーダースペクトラムとともに、レーダースペクトラム記憶手段18に記憶される。前記位置設定手段182は、たとえば、カーナビゲータに使用されるGPS(Global Positioning System )を利用することができる。前記プログラマブルDSP、全帯域プログラマブルDSPは、DSPとすることができる。また、全帯域プログラマブルDSPは、前記各プログラマブルDSPを合成する合成手段であってもよい。さらに、前記合成手段は、通常のパーソナルコンピュータとすることも可能である。
図2は本発明の第2実施例で、レーダーシステムから放射される電波を受信する際に、所望電波と外来不要波を分けて受信するレーダースペクトラム計測装置を説明するための図である。図2において、スイッチ制御手段1311は、レーダーシステム11から放射された電波(所望電波)を受信するアンテナ21と、主に、外来不要波を受信するアンテナ22と、前記所望電波を測定する所望電波測定手段212と、前記所望電波測定手段212によって測定された所望電波のパルス間隔を測定するパルス間隔測定手段213と、前記パルス間隔測定手段213によって測定されたパルス間隔によって、所望電波のタイミングを記憶する所望電波タイミング記憶手段214と、前記外来不要波を受信する外来不要波受信手段221と、前記外来不要波受信手段221によって受信した外来不要波のパルス間隔を測定するパルス間隔測定手段223と、前記外来不要波のタイミングを記憶する外来不要波タイミング記憶手段224と、前記各タイミングによってスイッチ手段131を制御する制御手段227とを少なくとも備えている。前記アンテナ21および22で受信した電波は、前記制御手段227の制御の基にスイッチ手段131を開き、または閉じるようになり、その後、図1の処理が行なわれる。
前記アンテナ21、22によって受信された電波は、それぞれの受信手段212、221によって受信された後、パルス間隔測定手段213、223によって間隔が測定される。それぞれのタイミング記憶手段214、224は、前記測定されたパルス間隔を所望電波または外来不要波のタイミングとして記憶される。前記所望電波および外来不要波タイミング記憶手段214、224によって記憶されているタイミングは、前記制御手段227によって、所望電波および/または外来不要波を予測できるため、その時期にスイッチ手段131の開閉を所望の態様で制御する。
遅延手段225は、外来不要波受信手段221によって受信された外来不要波を遅らせた状態で遅延状態記憶手段226に一旦記憶し、前記遅延状態記憶手段226に記憶された外来不要波のタイミングによって、次の外来不要波がスイッチ手段131を通過しないように制御手段227によって制御させる。関数発生手段1312は、予め決められた導通特性を有している。前記制御手段227は、前記関数発生手段1312の導通特性にしたがって所望の電波を通過させ、あるいは外来不要波を阻止するように制御する。なお、図2におけるアンテナ21およびアンテナ22は、別々に図示されているが、一つとして、所望電波および外来不要波を受信することができる。本発明のスイッチ制御手段1311は、レーダーシステム11からの信号、トリガー信号、遅延状態記憶手段226からの信号、関数発生手段1312からの信号の全部によってスイッチ手段131を制御することができ、所望電波、外来不要波、これらが混合している電波に対しても対応できるようになっている。
図3は本発明の実施例で、レーダーシステムから放射される電波をほぼ全方位で計測する状態を説明するための図である。図3において、レーダーシステム11は、たとえば、8箇所において、レーダースペクトラム計測装置が配置され、外来不要波を含む全帯域のレーダースペクトラムを計測することができる。前記レーダースペクトラム計測装置は、全帯域において、比較的短時間に計測ができるようになったため、全方位について計測しても、大きな時間的ずれがなく計測できる。
図4は本発明の実施例で、DSPを説明するためのブロック構成図である。図4において、DSPは、FFT(First Fourier Transformer ) であり、前記トリガー信号作成手段13によって作成されたトリガーで同期して制御する制御手段411と、演算用のプログラムが記憶されているRAM412と、前記RAM412のプログラムに従って演算する演算手段414とから少なくとも構成されている。ROMまたはRAM413は、前記DSP151、152、15nに前記RAM412の代わりに設けられる。前記DSPは、プログラマブルDSPとすることもできる。前記プログラマブルDSPは、たとえば、プログラムを書き替える図示されていないDSP制御手段がそれぞれに設けられる。
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。図1および図3において示されているブロックは、周知または公知の技術によって構成されるものである。
本発明の第1実施例で、レーダーシステムから放射される電波を計測するレーダースペクトラム計測装置を説明するための図である。(実施例1) 本発明の第2実施例で、レーダーシステムから放射される電波を受信する際に、所望電波と外来不要波を分けて受信するレーダースペクトラム計測装置を説明するための図である。(実施例2) 本発明の実施例で、レーダーシステムから放射される電波をほぼ全方位で計測する状態を説明するための図である。 本発明の実施例で、DSPを説明するためのブロック構成図である。
符号の説明
11・・・レーダーシステム
12・・・測定アンテナ
13・・・トリガー信号作成手段
131・・・スイッチ手段
1311・・・スイッチ制御手段
141、142、14n・・・高周波ダウンコンバータ
1411、1421、14n1・・・周波数設定手段
151、152、15n・・・A/D変換手段
161、162、16n・・・プログラマブルDSP
17・・・全帯域プログラマブルDSP
171・・・周波数重なり部出力調整手段
18・・・レーダースペクトラム記憶手段
181・・・表示手段
181・・・位置設定手段
21、22・・・アンテナ
211・・・レーダーシステム電波受信手段
212・・・所望電波測定手段
213・・・パルス間隔測定手段
214・・・所望電波タイミング記憶手段
221・・・外来不要波受信手段
223・・・パルス間隔測定手段
224・・・外来不要波タイミング記憶手段
225・・・遅延手段
226・・・遅延状態記憶手段
227・・・制御手段
1312・・・関数発生手段
411・・・制御手段
412・・・RAM
413・・・ROMまたはRAM
414・・・演算手段

Claims (5)

  1. 他の送信機から電波が放射され、所望の電波を測定する場合に妨害となる外来不要波が出ているという環境のもとでも、レーダーシステムのアンテナから放射された所望の電波を受信して、不要輻射を含めた30MHzから26GHzの周波数帯域のスペクトラムを計測するレーダースペクトラム計測装置において、
    前記レーダーシステムのアンテナから放射された30MHzから26GHzの周波数帯域の電波および外来不要波を受信するとともに、前記所望電波および外来不要波をそれぞれ独立して取得する受信アンテナからなる受信端子と、
    前記受信端子から受信した電波の中から外来不要波と所望の電波とを分けることができるとともに、過去に到着した前記外来不要波および所望電波のタイミングから、引き続き到着する外来不要波および所望電波の時期を予測し、前記予測に基づいて制御するスイッチ制御手段によって開閉されるスイッチ手段と、
    前記スイッチ手段を通過した電波を異なる周波数帯域に変換する複数の周波数変換手段と、
    前記周波数変換手段の一つから前記不要輻射を含むレーダー電波の中の一つの周波数を検出し、前記周波数をトリガー信号にするトリガー信号作成手段と、
    前記複数の周波数変換手段によって変換された異なる周波数帯域のアナログ信号をジタル信号に変換する複数のA/D変換手段と、
    前記複数のA/D変換手段によって変換されたそれぞれのデジタル信号を周波数毎の振幅に変換するとともに、前記トリガー信号作成手段によって作成されたトリガー信号によって同期が取られている複数のプログラマブルDSPと、
    前記複数のプログラマブルDSPによって周波数毎の振幅に変換された結果を全周波数帯域に合成する合成手段と、
    前記合成手段によって合成されたレーダースペクトラムを記憶するレーダースペクトラム記憶手段と、
    ら少なくとも構成されていることを特徴とするレーダースペクトラム計測装置。
  2. 前記スイッチ手段は、外来不要波を通過しないように遅延させ、前記遅延された外来不要波に同期した信号によって制御するスイッチ制御手段によって開閉されることを特徴とする請求項1に記載されたレーダースペクトラム計測装置。
  3. 前記受信端子は、前記所望電波および外来不要波をそれぞれ分岐して取得する受信アンテナからなることを特徴とする請求項1に記載されたレーダースペクトラム計測装置。
  4. 前記スイッチ手段は、前記スイッチ制御手段によって予め決められた関数にしたがって制御される導通特性を備えていることを特徴とする請求項1に記載されたレーダースペクトラム計測装置。
  5. 並列に接続されている前記周波数変換手段、前記A/D変換手段、前記プログラマブルDSPは、リアルタイムスペクトラムアナライザであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載されたレーダースペクトラム計測装置。
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