JP5211787B2

JP5211787B2 - レーダ模擬信号発生器

Info

Publication number: JP5211787B2
Application number: JP2008075674A
Authority: JP
Inventors: 英一松村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009229277A

Description

本発明はレーダの模擬信号発生器に関し、特に受信エコーの模擬信号発生回路に関する。

レーダ装置の試験等を行うためのレーダ模擬信号発生器が提案されており、例えば特許文献１にはレーダ装置の一部に模擬信号発生手段を設けておき、発生した模擬信号と受信信号とを信号切替手段によって選択することにより、模擬信号を利用してレーダ装置の試験を行っている。また、特許文献２には、種々のレンジに種々の周波数の信号を模擬し、また同一レンジに複数の目標を模擬し、さらに同一レンジに複数の目標をＤ／Ａ変換器のダイナミックレンジ以上の信号レベルに対しても模擬できるようにした模擬装置が提案されている。特に、特許文献２では、出力の最大値を検出し、この最大値のときにＤ／Ａ変換器の入力が最大となるように減衰量変換回路でのシフト量と減衰量を設定することを特徴としている。

このようなレーダ模擬信号発生器の一つに、特許文献１，２に記載のものとは異なるレーダ模擬信号発生器として、ＩデータとＱデータを周波数変換した後、混合しかつ増幅してレーダ模擬信号を得る構成のものがある。すなわち、図６はレーダの受信エコーを模擬するレーダ模擬信号発生器であり、レーダの受信エコーを模擬したＩ信号を保存したＩデータ２と、このＩ信号と直交したＱ信号を保存したＱデータ３を含み、シーケンス制御信号と共に所望のタイミングで前記ＩデータとＱデータを出力する波形データ発生器１と、前記ＩデータとＱデータを局部発振器４の信号によりそれぞれ周波数変換するミクサ５ａ，５ｂと、前記ミクサ５ａ，５ｂの出力信号を合成してＩＱ合成した高周波信号とする混合器６と、混合器６の信号から局部発振器４のリーク信号や倍数波などの不要な高調波信号を抑圧して所望の高周波信号を出力する帯域通過フィルタ７と、このフィルタ７の出力信号を増幅してレーダ模擬信号として出力する増幅器８により構成される。
特開２００３−１４８３７号公報特開平４−２１２０８３号公報

図６に示したレーダ模擬信号発生器では、レーダ模擬信号のダイナミックレンジが十分に確保できないという問題がある。すなわち、ミクサ５ａ，５ｂの出力信号には所望の高周波信号の他に、当該高周波信号の帯域内に局部発振器４のリーク信号が含まれるため、帯域通過フィルタ７を通しても除去することができない。そのため、所望の高周波信号のレベルがリーク信号のレベルよりも大きい場合はレベリング処理によってリーク信号を除去できるが、リーク信号のレベルが高い場合、特に所望の高周波信号のレベルがリーク信号よりも小さい場合にはリーク信号を除去することができず、ダイナミックレンジが狭く、十分に確保できなかった。言い換えれば、レーダ模擬信号発生器のダイナミックレンジは最大信号出力レベルからノイズレベルまでの範囲でなく、最大信号出力レベルからリーク信号レベルまでの範囲に減少することとなる。このため、レーダの受信エコーの模擬信号に信号生成上の制約が生じ、十分な模擬信号が発生できないという問題がある。

本発明の目的は、局部発振器のリーク信号の影響を受けることなく模擬信号のダイナミックレンジの拡大を図ることができるレーダ模擬信号発生器を提供することにある。

本発明は、レーダの受信エコーを模擬するための直交したＩデータとＱデータを出力する波形データ発生器と、ＩデータとＱデータをそれぞれ局部発振信号により周波数変換するミクサと、ミクサの出力を混合する混合器と、混合した信号から不要な信号をろ波する帯域通過フィルタと、ろ波した信号を増幅して模擬信号として出力する増幅器とを備えるレーダ模擬信号発生器であって、ＩデータとＱデータから得られる振幅値の最大振幅値をデータとしてミクサに出力する手段と、この最大振幅値とＩデータ及びＱデータから得られる振幅値とで振幅補正値を得る手段と、増幅器から出力される信号に対して振幅補正値に基づいて振幅制御を行う手段とを備える。また、本発明は、さらに、最大振幅値を出力する手段及び振幅補正値を出力する手段での処理遅延を解消するために当該処理遅延時間分だけ遅らせたシーケンス制御信号を出力する手段を備える。

本発明によれば、レーダ模擬信号のダイナミックレンジを拡大することが可能になる。すなわち、波形データ発生器から出力されるＩデータとＱデータから得られる振幅値から最大振幅値を検出してミクサに出力して周波数変換を行ない、周波数変換した信号を混合し、ろ波し、増幅して高周波信号を得ているので、高周波信号のレベルを局部発振器のリーク信号のレベルよりも高くできる。その上で、Ｉデータ及びＱデータから得られる振幅値と最大振幅値とで振幅補正値を演算し、この振幅補正値に基づいて増幅した高周波信号について振幅制御を行って模擬信号を発生させる。これにより、模擬信号に対するリーク信号の影響を解消し、模擬信号のダイナミッグレンジが拡大できる。また、最大振幅の検出及び振幅補正値の演算に際しての処理遅延に基づいてシーケンス制御信号を遅延させることにより、これらにおける処理遅延を解消することができる。

本発明の第１の形態としては、レーダの受信エコーを模擬したＩ信号を保存したＩデータとＩ信号と直交したＱ信号を保存したＱデータを含み、シーケンス制御信号と共に所望のタイミングでＩデータ及びＱデータを出力する波形データ発生器と、Ｉデータ及びＱデータと局部発振器の信号からそれぞれ周波数変換するミクサと、ミクサの出力信号を合成する混合器と、混合器の信号から所望の高周波信号を伝送し、不要な高調波信号をろ波するための帯域通過フィルタと、フィルタの出力信号を増幅するための増幅器により構成されるレーダ模擬信号発生器において、波形データ発生器から出力されるＩデータとＱデータから得られる振幅値から最大振幅値を検出するための最大振幅検出回路と、ここで得られた最大振幅値とＩデータ及びＱデータから得られる振幅値とで振幅補正値を算出する振幅補正演算回路と、最大振幅検出回路及び振幅補正演算装置の処理遅延に基づいて模擬信号発生時間のシーケンスを処理遅延時間分だけ遅らせるためにシーケンス制御信号を遅延させるとともに、Ｉデータ及びＱデータを最大振幅値の一定値として出力し、かつ振幅補正演算回路で得られた振幅補正値を出力するシーケンス遅延回路と、増幅器から出力される高周波信号を振幅補正値に基づいて振幅制御を行う振幅制御回路を備える。

本発明の第２の形態としては、レーダの受信エコーを模擬したＩ信号を保存したＩデータと前記Ｉ信号と直交したＱ信号を保存したＱデータを含み、シーケンス制御信号と共に所望のタイミングで前記Ｉデータ及びＱデータを出力する波形データ発生器と、Ｉデータ及びＱデータと局部発振器の信号からそれぞれ周波数変換するミクサと、ミクサの出力信号を合成する混合器と、混合器の信号から所望の高周波信号を伝送し、不要な高調波信号をろ波するための帯域通過フィルタと、フィルタの出力信号を増幅するための増幅器により構成されるレーダ模擬信号発生器において、波形データ発生器は、ＩデータとＱデータから得られる振幅値から演算してミクサに出力する最大振幅値を保存し、かつ演算した最大振幅値とＩデータ及びＱデータから得られる振幅値とで演算した振幅補正値を保存する振幅制御データを備えており、増幅器から出力される高周波信号を振幅制御データから出力される振幅補正値に基づいて振幅制御を行う振幅制御回路を備える。

本発明の第３の形態としては、第１及び第２の形態において、増幅器の出力である高周波信号を増幅することが可能な高電力増幅器と、増幅器の出力を選択して高電力増幅に入力させるＲＦスイッチを備える。

次に、本発明の実施例１を図１のブロック構成図を参照して説明する。図１において図６に示したレーダ模擬信号発生器と等価な部分には同一符号を付してある。波形データ発生器１は、レーダの受信エコーを模擬したＩ信号を保存したＩデータ２と、このＩ信号と直交したＱ信号を保存したＱデータ３を含み、シーケンス制御信号と共に所望のタイミングで前記ＩデータとＱデータを出力する。最大振幅検出回路９は、波形データ発生器１から出力されるＩデータ２とＱデータ３から得られる振幅値から最大振幅値を検出する。振幅補正演算回路１０は、最大振幅検出回路９で得られた最大振幅値とＩデータ２及びＱデータ３から得られる振幅値の差分を算出する。シーケンス遅延回路１１は、前記最大振幅検出回路９及び振幅補正演算装置１０での処理遅延を解消するため、模擬信号発生時間を当該処理遅延時間分だけ遅らせてシーケンス制御信号を出力させる処理を行う。また、シーケンス遅延回路１１は、前記最大振幅検出回路９で得られた最大振幅値に基づき、一定の最大振幅値のＩデータとＱデータとしてミクサ５ａ，５ｂに出力する。さらに、シーケンス遅延回路１１は、前記振幅補正演算回路１０で得られた振幅補正値を後述する振幅制御回路１２に出力する。

一方、局部発振器４、ミクサ５ａ，５ｂ、混合器６、帯域通過フィルタ７、増幅器８は図６に示した構成と同じである。すなわち、ミクサ５ａ，５ｂはシーケンス遅延回路１１からのＩデータとＱデータを局部発振器４の信号によりそれぞれ周波数変換する。混合器６は前記ミクサ５ａ，５ｂの出力信号をＩＱ合成して高周波信号とする。帯域通過フィルタ７は混合器６の信号から局部発振器４のリーク信号や倍数波などの不要な高調波信号を抑圧して所望の高周波信号を出力し、増幅器８は帯域通過フィルタ７の出力信号を増幅してレーダ模擬信号として出力する。そして、実施例１では、前記増幅器８の下段に振幅制御回路１２を設けており、前記増幅器８の出力である高周波信号を前記シーケンス遅延回路１１からの振幅補正値に基づいて振幅制御を行い、この振幅制御した高周波信号をレーダ模擬信号として出力している。この振幅制御回路１２は例えば、電圧制御型の可変減衰器で構成する。

以上の構成のレーダ模擬信号発生器の動作を説明する。図２に示すように、波形データ発生器１から出力されるＩデータ２及びＱデータ３から以下の式によりレーダの模擬信号の振幅Ａｉ及び、位相θを表すことができる。
Ａｉ＝√（Ｉｉ² ＋Ｑｉ² ）
θ＝ｔａｎ^-1（Ｑｉ／Ｉｉ）

最大振幅検出回路１０ではレーダのスキャンやヒットなどの区切り毎に振幅Ａｉを算出した上でその振幅Ａｉが最も大きな最大振幅値Ａｍを算出する。図２では、Ｉデータ２がＩｍ、Ｑデータ３がＱｍのときに最大振幅値Ａｍを得ている。例えば、図３（ａ）の破線はＩデータ２とＱデータ３から算出されるレーダ模擬信号の振幅Ａｉであり、所定の区切り内で図３（ａ）の実線で示すような振幅Ａｉの最大振幅値Ａｍを算出して振幅補正演算回路１０へ送る。振幅補正演算回路１０では送られてきた最大振幅値Ａｍに基づき、振幅補正値ＡａとＩデータ及びＱデータを以下の式により算出する。この振幅補正値Ａａは最大振幅値Ａｍと振幅Ａｉとの差分を演算してもよいが、ここでは図３（ｂ）のように、最大振幅値Ａｍと振幅Ａｉとの比率を演算している。
Ａａ＝Ａｉ／Ａｍ
Ｉデータ＝Ａｍ×ｃｏｓθ
Ｑデータ＝Ａｍ×ｓｉｎθ

シーケンス遅延回路１１では、振幅補正演算回路１０からのＩデータとＱデータをミクサ５ａ，５ｂにそれぞれ出力し、これらミクサ５ａ，５ｂにおいて局部発振器４からの信号により周波数変換する。このとき、各ミクサ５ａ，５ｂの出力信号には局部発振器４からのリーク信号が混入することがあるが、図２に示したように、ＩデータとＱデータの各振幅は一定の最大振幅値Ａｍに固定されているのでリーク信号のレベルに比較して相対レベルが高く、リーク信号の影響を殆ど受けなくなる。また、これと共にシーケンス遅延回路１１は振幅補正値Ａａを振幅制御回路１２に出力し、同時に前段の最大振幅検出回路９と振幅補正演算回路１０での処理遅延を解消するため、模擬信号発生時間のシーケンスを予め確認しておいた処理遅延時間分だけ遅らせてシーケンス制御信号を出力する。

ミクサ５ａ，５ｂで周波数変換されたＩデータとＱデータは、図６の場合と同様に、混合器６においてＩＱ合成して高周波信号とし、帯域通過フィルタ７において不要な高調波信号を抑圧して所望の高周波信号を出力し、増幅器８において帯域通過フィルタ７の出力信号を増幅する。増幅した信号は振幅制御回路１２において、シーケンス遅延回路１１から送られてきた振幅補正値Ａａに従って増幅器８の出力を振幅制御する。増幅器８の出力までは図３（ａ）に実線で示したように最大振幅値Ａｍに対応した一定値であるが、振幅制御回路１２において振幅補正値Ａａに基づいて振幅制御を行うことにより、振幅制御回路１２の出力は図３（ｃ）に示すように波形データ発生器１で発生したＩデータとＱデータに追従した振幅波形のレーダ模擬信号として出力することになる。振幅制御回路１２を前述のように電圧制御型の可変減衰器で構成した場合には、シーケンス遅延回路１１からは振幅補正値Ａａを電圧として振幅制御回路１２に入力することで一定値の最大振幅値Ａｍを振幅補正値Ａａに追従した振幅波形に制御することが可能である。

このように、実施例１では、ミクサ５ａ，５ｂにおける周波数変換に際しては、ＩデータとＱデータは図３（ａ）の実線に示したように一定値である最大振幅値Ａｍの状態で周波数変換され、その後、増幅器８から出力されるまでは一定値の状態に保たれる。そのため、ミクサ５ａ，５ｂにおいて局部発振器４からのリーク信号が混入された場合でも、相対的にレベルの低いリーク信号を抑圧し、リーク信号の影響を受けることがなくなる。これにより、レーダ模擬信号発生器のダイナミックレンジを最大信号出力レベルからノイズレベルまでの範囲にでき、当該ダイナミッグレンジを拡大することができる。

図４は本発明の実施例２のブロック構成図である。実施例２おいては、実施例１の最大振幅検出回路９と振幅補正演算回路１０とシーケンス遅延回路１１と同等の機能を実行するために波形データ発生器１に振幅制御データ１３を保存したことを特徴としている。すなわち、波形データ発生器１に設けた振幅制御データ１３は、第１に、波形データ発生器１から出力されるＩデータ２とＱデータ３から得られる振幅値に基づいて最大振幅値を予め演算し、この最大振幅値を振幅制御データ１３の一部として保存している。第２に、最大振幅値とＩデータ２及びＱデータ３から得られる振幅値の差分である振幅補正値を予め演算し、この振幅補正値を振幅制御データ１３の一部として保存している。ミクサ５ａ，５ｂから増幅器８、さらに振幅制御回路１２までに至る構成は実施例１と同じである。

実施例２においては、振幅制御データ１３に保存している最大振幅値をＩデータ２とＱデータ３に反映させることで、ミクサ５ａ，５ｂから増幅器８までにおいては実施例１と同様に最大振幅値での処理が実行される。そして、増幅器８出力について振幅制御回路１２において振幅制御データ１３に保存している振幅補正値を反映させることでＩデータ２とＱデータ３に追従した振幅のレーダ模擬信号を得ることができる。実施例２によれば、実施例１の最大振幅検出回路９と振幅補正演算回路１０が不要になる。また、これら最大振幅検出回路９と振幅補正演算回路１０における処理が無くなるので処理遅延が生じることはなく、シーケンス遅延回路１１も不要になる。これにより、レーダ模擬信号発生器の構成を簡略化することができる。

図５は本発明の実施例３のブロック構成図である。実施例１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。実施例３では、実施例１の構成に加えて、増幅器８と振幅制御回路１２との間に高電力増幅器１５と、増幅器８の出力をそのまま振幅制御回路１２に出力する第１の系統と、増幅器８の出力を高電力増幅器１５に入力しその出力を振幅制御回路１２に出力する第２の系統とに切り替える一対のＲＦスイッチ１４ａ，１４ｂを介挿したことを特徴としている。これらのＲＦスイッチ１４ａ，１４ｂはシーケンス遅延回路１１からの振幅補正値Ａａの信号に基づいて切り替え動作されるようになっており、ここでは振幅補正値Ａａの値が所定値以上の値を含むときにはＲＦスイッチ１４ａ，１４ｂを第２の系統に切り替えるように構成されている。

実施例３においては、基本的には実施例１と同様にしてレーダ模擬信号を発生することができる。そして、振幅補正演算回路１０において算出される振幅補正値が所定値以上の値を含むとき、すなわち最大振幅値に対して低レベルの振幅を含む信号の場合には、当該信号と局部発振器４からのリーク信号とのレベル差が小さいことが予測されるので高電力増幅器１５において電力増幅を行うことにより、より高出力のレーダ模擬信号が出力できるため、さらにダイナミックレンジを拡大することができる。なお、実施例３において、ＲＦスイッチを１４ａ，１４ｂを複数設けるとともに高電力増幅器１５以外の出力電力の増幅器を増やすことによりさらにダイナミックレンジを拡大することも可能である。

ここで、実施例３の高電力増幅器は実施例２の模擬信号発生器に適用することも可能である。また、実施例１，３においては、便宜上最大振幅検出回路、振幅補正演算回路、シーケンス遅延回路、振幅制御回路をそれぞれ独立した構成として示しているが、これらを一体化した回路として構成することが可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例１のブロック構成図である。Ｉデータ，Ｑデータと振幅及び最大振幅の相関を示す概念図である。レーダ模擬信号と最大振幅値の波形図である。実施例２のブロック構成図である。実施例３のブロック構成図である。先に提案されているレーダ模擬信号発生器のブロック構成図である。

符号の説明

１波形データ発生器
２Ｉデータ
３Ｑデータ
４局部発振器
５ａ，５ｂミクサ
６混合器
７帯域通過フィルタ
８増幅器
９最大振幅検出回路
１０振幅補正演算回路
１１シーケンス遅延回路
１２振幅制御回路
１３振幅制御データ
１４ａ，１４ｂＲＦスイッチ
１５高電力増幅器

Claims

レーダの受信エコーを模擬するための直交したＩデータとＱデータを出力する波形データ発生器と、前記ＩデータとＱデータをそれぞれ局部発振信号により周波数変換するミクサと、前記ミクサの出力を混合する混合器と、前記混合された信号から不要な信号をろ波する帯域通過フィルタと、ろ波した信号を増幅して模擬信号として出力する増幅器とを備えるレーダ模擬信号発生器であって、
前記ＩデータとＱデータから得られる振幅値の最大振幅値を検出する手段と、前記最大振幅値と前記Ｉデータ及びＱデータから得られる振幅値とで振幅補正値を得るとともに、前記最大振幅値に基づき前記Ｉデータ及びＱデータを補正する手段と、前記補正されたＩデータ及びＱデータを前記ミクサに出力する手段と、前記増幅器から出力される信号に対して前記振幅補正値に基づいて振幅制御を行う手段とを備えることを特徴とするレーダ模擬信号発生器。
前記最大振幅値を検出する手段及び前記振幅補正値を出力する手段での処理遅延を解消するために当該処理遅延時間分だけ遅らせたシーケンス制御信号を出力する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダ模擬信号発生器。
レーダの受信エコーを模擬したＩ信号を保存したＩデータと前記Ｉ信号と直交したＱ信号を保存したＱデータを含み、シーケンス制御信号と共に所望のタイミングで前記Ｉデータ及びＱデータを出力する波形データ発生器と、前記Ｉデータ及びＱデータと局部発振器の信号からそれぞれ周波数変換するミクサと、前記ミクサの出力信号を合成する混合器と、前記混合器の信号から所望の高周波信号を伝送し、不要な高調波信号を抑圧するための帯域通過フィルタと、前記フィルタの出力信号を増幅するための増幅器により構成されるレーダ模擬信号発生器において、
前記波形データ発生器から出力されるＩデータとＱデータから得られる振幅値から最大振幅値を検出するための最大振幅検出回路と、ここで得られた最大振幅値とＩデータ及びＱデータから得られる振幅値とで振幅補正値を算出する振幅補正演算回路と、前記最大振幅検出回路及び振幅補正演算回路の処理遅延に基づいて模擬信号発生時間のシーケンスを処理遅延時間分だけ遅らせるために前記シーケンス制御信号を遅延させるとともに、前記最大振幅値に基づき補正された前記Ｉデータ及びＱデータを出力し、かつ前記振幅補正演算回路で得られた振幅補正値を出力するシーケンス遅延回路と、前記増幅器から出力される高周波信号を前記振幅補正値に基づいて振幅制御を行う振幅制御回路を備えることを特徴とするレーダ模擬信号発生器。
レーダの受信エコーを模擬したＩ信号を保存したＩデータと前記Ｉ信号と直交したＱ信号を保存したＱデータを含み、シーケンス制御信号と共に所望のタイミングで前記Ｉデータ及びＱデータを出力する波形データ発生器と、前記Ｉデータ及びＱデータと局部発振器の信号からそれぞれ周波数変換するミクサと、前記ミクサの出力信号を合成する混合器と、前記混合器の信号から所望の高周波信号を伝送し、不要な高調波信号を抑圧するための帯域通過フィルタと、前記フィルタの出力信号を増幅するための増幅器により構成されるレーダ模擬信号発生器において、
前記波形データ発生器は、前記ＩデータとＱデータから得られる振幅値に基づいて演算した最大振幅値を保存し、かつ演算した最大振幅値とＩデータ及びＱデータから得られる振幅値とで演算した振幅補正値を保存する振幅制御データを備えるとともに前記最大振幅値に基づき補正された前記Ｉデータ及びＱデータを出力し、
さらに、前記増幅器から出力される高周波信号を前記振幅制御データから出力される振幅補正値に基づいて振幅制御を行う振幅制御回路を備えることを特徴とするレーダ模擬信号発生器。
前記増幅器の出力である高周波信号を増幅することが可能な高電力増幅器と、前記増幅器の出力を選択して前記高電力増幅器に入力させるＲＦスイッチを備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のレーダ模擬信号発生器。