JP5247069B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
また、想定外の運動目標に対する目標検出性能の改善は困難という問題がある。
上記目標との基準相対速度を用いて上記積分手段の出力信号の周波数の折り返しを補正し、目標の相対速度を算出する速度算出手段と、を有する。
この発明の実施の形態1に係わるレーダ装置は、図1に示すように、空中線1、送信機2、チャープ信号発生器3、送受切替器4、受信機5、信号処理器6、表示器7を備える。
チャープ信号発生器3は、アップチャープ信号およびダウンチャープ信号を生成し、送信機2に出力する。
送信機2は、キャリア信号を所定のパルス繰り返し周期でパルス変調し、さらにアップチャープ信号およびダウンチャープ信号に従ってパルス毎交互にパルス内をアップチャープ変調およびダウンチャープ変調することを繰り返して送信RF(Radio Frequency)信号を生成し、送受切替器4に出力する。
送受切替器4は、送信機2から入力された送信RF信号を空中線1に出力する。そして、空中線1から送信RF信号が空中に放射される。
送受切替器4は、空中線1から入力された受信RF信号を受信機5に出力する。
受信機5は、送受切替器4から入力された受信RF信号を増幅、位相検波の後、受信ビデオ信号に変換し、信号処理器6に出力する。
また、パルス内がダウンチャープ変調された送信RF信号は、目標で反射され、反射RF信号として空中線1に入射し受信されて受信RF信号が生成され、その受信RF信号が受信ビデオ信号に変換されるが、以下の説明においては、この受信ビデオ信号をダウンチャープ受信ビデオ信号と称す。
また、以下の説明において、時間間隔をパルス変調の所定のパルス繰り返し周期(Pulse Repetition Interval)と称し、PRIと略記する。
パルス圧縮手段11は、入力されたA/D変換後の受信ビデオ信号V(n,m)と、送信RF信号の変調成分に対して複素共役の関係にある参照信号Ex(n、m、m<sub>τ</sub>)とを相関演算し、レンジ方向に分散した信号をパルス圧縮する。
以下の説明において、受信ビデオ信号がパルス圧縮されることにより生成された信号をパルス圧縮後の信号と記述し、アップチャープ受信ビデオ信号がパルス圧縮することにより生成された信号をアップチャープパルス圧縮後の信号、ダウンチャープ受信ビデオ信号がパルス圧縮することにより生成された信号をダウンチャープパルス圧縮後の信号と記述する。
測距手段12は、パルス圧縮手段11の出力であるn回目に受信された受信ビデオ信号をパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離R<sub>peak</sub>(n)を、式(4)に従って算出する。
そこで、この発明では、3つの異なる時刻のパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す目標移動の影響を受けた目標までの距離を用いて、時刻間の目標移動と目標との相対加速度を考慮することにより、精度の高い目標との相対加速度と目標との基準相対速度と目標との相対距離の算出を実現する。
図4に、3つの異なる時刻t(1),t(2),t(3)に受信されたパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す目標移動の影響を受けた加速度を有する目標までの距離r1,r2,r3を示す。ただし、t(n)は時刻t(1)を基準とした時刻であり式(8)により表される。
相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13は、式(9)の関係を用いて、測距手段12の出力である3つの異なる時刻のパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした加速度を有する目標までの距離から、式(13)に従って、目標との相対距離R'0と、目標との基準相対速度v'0と、目標との相対加速度a’を算出する。ただし、Z−1は行列Zの逆行列を示す。
式(13)に従って算出した目標との相対距離R'0と、目標との基準相対速度v'0と、目標との相対加速度a’は、真の目標との相対距離R0と目標との基準相対速度v0と
目標との相対加速度aと区別するために、サフィックスをつけて表記している。
速度算出手段17は、式(18)を用いて速度帯域v<sub>band</sub>を算出する。また、速度算出手段17は、式(19)を用いて周波数ビンの速度分解能Δvを算出する。
表示器7は、速度算出手段17からの周波数スペクトルと周波数の折り返しを考慮した各周波数ビンの速度を表示する。
この発明の実施の形態2に係わるレーダ装置は、実施の形態1に係わるレーダ装置と信号処理器6Bの信号処理が異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態2に係わる信号処理器6Bは、図6に示すように、実施の形態1に係わる信号処理器6の位相補償手段14および第2パルス圧縮手段15の代わりに補償手段としてレンジ補正手段18と加速度補償手段19を有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
レンジ補正手段18は、相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13の出力である目標との基準相対速度v'0および目標との相対加速度a’を用いて、式(21)に従って、レンジ補正量R<sub>cor</sub>(n)を算出する。ただし、v'(n)はn回目のパルスを送信した時刻の目標との相対速度であり、式(22)に従い、算出する。
そして、レンジ補正手段18は、算出されたレンジ補正量R<sub>cor_bin</sub>(n)を用いて、式(24)に従って、パルス圧縮することにより生成された信号R<sub>V・Ex</sub>(n,m<sub>τ</sub>)のレンジ補正を行い、レンジ補正された信号R<sub>V・Ex_cor</sub>(n,m<sub>τ</sub>)を出力する。このような処理を行うことによって、図8に示すように、パルス圧縮により生成され、レンジ補正された各信号の振幅が最大を示す目標までの距離を同一にすることができる。
加速度補償手段19は、相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13の出力である目標との相対加速度a’を用いて、式(25)に従い、レンジ補正手段18の出力であるレンジ補正された信号R<sub>V・Ex_cor</sub>(n,m<sub>τ</sub>)に対して加速度補償を行い、加速度補償された信号R'<sub>V・Ex_cor</sub>(n,m<sub>τ</sub>)を出力する。
この発明の実施の形態3に係わるレーダ装置は、実施の形態1に係わるレーダ装置と信号処理器6Cが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態3に係わる信号処理器6Cは、図9に示すように、実施の形態1に係わる信号処理器6の位相補償手段14の代わりに、位相補償手段14Bを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。なお、図10は信号処理器6Cの処理動作を図解したものである。
この発明の実施の形態4に係わるレーダ装置は、実施の形態1に係わるレーダ装置と信号処理器6Dが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態4に係わる信号処理器6Dは、図11に示すように、実施の形態1に係わる信号処理器6の相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13と位相補償手段14の代わりに、相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13Bと位相補償手段14Cを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
測距手段12の出力である3つの異なる時刻に得られたパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離R<sub>peak</sub>(n)に測距誤差がある場合、相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13の出力である目標との基準相対速度v'0と、目標との相対加速度a'と、目標との相対距離R'0の算出精度が劣化する可能性がある。
そこで、本実施の形態では、3つ以上の異なる時刻に得られたパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離R<sub>peak</sub>(n)を用いて、測距誤差を考慮して目標との相対距離R0と目標との基準相対速度v0と目標との相対加速度aを算出する。ここでは、多数の異なる時刻に得られたパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離を用いた方が、より高精度に算出することが可能なため、パルス数分のパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離を用いる。
図4より、n回目に受信された受信ビデオ信号をパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした加速度を有する目標までの距離R<sub>peak</sub>(n)は、式(27)によって表される。
相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13Bは、パルス数分の受信された受信ビデオ信号をパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした加速度を有する目標までの距離から、最小二乗法である式(31)に従って、目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度を算出する。
この発明の実施の形態5に係わるレーダ装置は、実施の形態2に係わるレーダ装置と信号処理器6Eが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態5に係わる信号処理器6Eは、図13に示すように、実施の形態2に係わる信号処理器6Bの相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13とレンジ補正手段18と加速度補償手段19の代わりに、相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13Bとレンジ補正手段18Bと加速度補償手段19Bを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13Bは、パルス数分の受信された受信ビデオ信号をパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離から、最小二乗法である式(31)に従って、目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度を算出する。
そして、レンジ補正手段18Bは、算出されたレンジ補正量R<sub>cor_bin</sub>(n)を用いて、式(24)に従って、パルス圧縮することにより生成された信号R<sub>V・Ex</sub>(n,m<sub>τ</sub>)のレンジ補正を行い、レンジ補正された信号R<sub>V・Ex_cor</sub>(n,m<sub>τ</sub>)を出力する。
この発明の実施の形態6に係わるレーダ装置は、実施の形態4に係わるレーダ装置と信号処理器6Fが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態6に係わる信号処理器6Fは、図15に示すように、実施の形態4に係わる信号処理器6Dの位相補償手段14Cの代わりに位相補償手段14Dを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
位相補償手段14Dは、相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13Bの出力である目標との相対距離、目標との基準相対速度、目標との相対加速度を用いて、アップチャープ受信ビデオ信号およびダウンチャープ受信ビデオ信号それぞれをパルス圧縮することにより生成された各信号の振幅が最大を示す目標までの距離が同一になるように、式(36)に従い、位相補償量φ<sub>cor</sub>(n,m)を算出する。そして、位相補償手段14Dは、位相補償量φ<sub>cor</sub>(n,m)を用いて、式(15)に従い、受信ビデオ信号V(n,m)の位相補償を行い、位相補償後の受信ビデオ信号V'(n,m)を出力する。
この発明の実施の形態7に係わるレーダ装置は、実施の形態1に係わるレーダ装置と信号処理器6Gが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態7に係わる信号処理器6Gは、図17に示すように、実施の形態1に係わる信号処理器6の相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13と位相補償手段14の代わりに、相対距離・基準相対速度・相対加速度・相対加速度変化率算出手段20と位相補償手段14Eを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態7に係わる相対距離・基準相対速度・相対加速度・相対加速度変化率算出手段20は、4つの異なる時刻のパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す目標移動の影響を受けた目標までの距離を用いて、時刻間の目標移動と目標との相対加速度と目標との相対加速度変化率を考慮することにより、精度の高い目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度と目標との相対加速度変化率を算出する。図19に、4つの異なる時刻t(1), t(2), t(3), t(4)に送受信されたパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す目標移動の影響を受けた加速度変化率を有する目標までの距離r1,r2,r3, r4を示す。ただし、R(n)は各時刻の真の目標との相対距離、v(n)は各時刻の目標との相対距離、R0は時刻t(1)の目標との相対距離、v0は時刻t(1)の目標との基準相対速度、aは目標との相対加速度、Δaは目標との相対加速度変化率、t(n)は時刻t(1)を基準とした時刻であり式(37)により表される。
相対距離・基準相対速度・相対加速度・加速度変化率算出手段20は、式(38)の関係を用いて、測距手段12の出力である4つの異なる時刻のパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした加速度変化率を有する目標までの距離から、式(42)に従って、目標との相対距離R"0と目標との基準相対速度v"0と目標との相対加速度a"と目標との相対加速度変化率Δa"を算出する。式(42)に従って算出した目標との相対距離R"0と目標との基準相対速度v"0と目標との相対加速度a"と目標との相対加速度変化率Δa"は、真の目標との相対距離R0と目標との基準相対速度v0と目標との相対加速度aと目標との相対加速度変化率Δaと区別するために、ダブルサフィックスをつけて表記している。
この発明の実施の形態8に係わるレーダ装置は、実施の形態2に係わるレーダ装置と信号処理器6Hが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
そして、実施の形態8に係わる信号処理器6Hは、図20に示すように、実施の形態2に係わる信号処理器6Bの相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段13とレンジ補正手段18と加速度補償手段19の代わりに、相対距離・基準相対速度・相対加速度・相対加速度変化率算出手段20とレンジ補正手段18Cと加速度・加速度変化率補償手段21とを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
相対距離・基準相対速度・相対加速度・相対加速度変化率算出手段20は、式(38)の関係を用いて、測距手段12の出力である4つの異なる時刻のパルス圧縮することにより生成された信号の最大を示す目標移動の影響を受けた目標までの距離Rpeak(n)から、式(39)、式(40)、式(41)、式(42)に従い、目標との相対加速度変化率Δa"と目標との相対加速度a"と目標との基準相対速度v"と目標との相対距離R"0を算出する。
加速度・加速度変化率補償手段21は、相対距離・基準相対速度・相対加速度・相対加速度変化率算出手段20の出力である目標との相対加速度a"および目標との相対加速度変化率Δa"を用いて、式(46)に従い、レンジ補正手段18Cの出力であるレンジ補正された信号R<sub>V・Ex_cor</sub>(n,m<sub>τ</sub>)に対して加速度・加速度変化率補償を行い、加速度・加速度変化率補償された信号R'<sub>V・Ex_cor</sub>(n,m<sub>τ</sub>)を出力する。
この発明の実施の形態9に係わるレーダ装置は、実施の形態7に係わるレーダ装置と信号処理器6Gが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態9に係わる信号処理器6Iは、図22に示すように、実施の形態7に係わる信号処理器6Gの位相補償手段14Eの代わりに、位相補償手段14Fを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
位相補償手段14Fは、相対距離・基準相対速度・相対加速度・相対加速度変化率算出手段20の出力である目標との相対加速度変化率Δa"と目標との相対加速度a"と目標との基準相対速度v"0と目標との相対距離R"0を用いて、アップチャープ受信ビデオ信号およびダウンチャープ受信ビデオ信号それぞれをパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す目標までの距離が同一になるように、式(47)に従い、位相補償量φ<sub>cor</sub>(n,m)を算出する。そして、位相補償手段14Eは、位相補償量φ<sub>cor</sub>(n,m)を用いて、式(15)に従い、受信ビデオ信号の位相補償を行い、位相補償後の受信ビデオ信号V'(n,m)を出力する。
この発明の実施の形態10に係わるレーダ装置は、実施の形態7に係わるレーダ装置と信号処理器6Jが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態10に係わる信号処理器6Jは、図24に示すように、実施の形態7に係わる信号処理器6Gの相対距離・基準相対速度・相対加速度・加速度変化率算出手段20と位相補償手段14Eの代わりに相対距離・基準相対速度・相対加速度・加速度変化率算出手段20Bと位相補償手段14Gを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
測距手段12の出力である4つの異なる時刻に得られたパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離R<sub>peak</sub>(n)に測距誤差がある場合、相対距離・基準相対速度・相対加速度・加速度変化率算出手段20の出力である目標との相対距離R"0と目標との基準相対速度v"0と目標との相対加速度a"と目標との相対加速度変化率Δa"の算出精度が劣化する可能性がある。
そこで、本実施の形態では、4つ以上の異なる時刻に得られたパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離R<sub>peak</sub>(n)を用いて、測距誤差を考慮して目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度と目標との相対加速度変化率を算出する。ここでは、多数の異なる時刻に得られたパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離を用いた方が、より高精度に算出することが可能なため、パルス数分のパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離を用いる。
相対距離・基準相対速度・相対加速度・加速度変化率算出手段20Bには、測距手段12からパルス数分のパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした目標までの距離R<sub>peak</sub>(n)が入力される。
図19より、n回目に受信された受信ビデオ信号をパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした加速度変化率を有する目標までの距離R<sub>peak</sub>(n)は、式(48)によって表される。
相対距離・基準相対速度・相対加速度・加速度変化率算出手段20Bは、パルス数分の受信された受信ビデオ信号をパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした加速度変化率を有する目標までの距離から、最小二乗法である式(52)に従って、目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度と目標との相対加速度変化率を算出する。式(52)に従って算出した目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度と目標との相対加速度変化率は、式(39)、式(40)、式(41)、式(42)に従って算出した目標との相対距離R"0と目標との基準相対速度v"0と目標との相対加速度a"と目標との相対加速度変化率Δa"と区別するために、記号にチルダをつけて表記している。
この発明の実施の形態11に係わるレーダ装置は、実施の形態8に係わるレーダ装置と信号処理器6Kが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態11に係わる信号処理器6Kは、図26に示すように、実施の形態8に係わる信号処理器6Hの相対距離・基準相対速度・相対加速度・加速度変化率算出手段20とレンジ補正手段18Cと加速度・加速度変化率補償手段21の代わりに相対距離・基準相対速度・相対加速度・加速度変化率算出手段20Bとレンジ補正手段18Dと加速度・加速度変化率補償手段21Bを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
相対距離・基準相対速度・相対加速度・加速度変化率算出手段20Bは、パルス数分の受信された受信ビデオ信号をパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す距離シフトした加速度を有する目標までの距離から、最小二乗法である式(53)に従って、目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度と目標との相対加速度変化率を算出する。
そして、レンジ補正手段18Cは、算出されたレンジ補正量R<sub>cor_bin</sub>(n)を用いて、式(24)に従って、パルス圧縮することにより生成された信号R<sub>V・Ex</sub>(n,m<sub>τ</sub>)のレンジ補正を行い、レンジ補正された信号R<sub>V・Ex_cor</sub>(n,m<sub>τ</sub>)を出力する。
この発明の実施の形態12に係わるレーダ装置は、実施の形態10に係わるレーダ装置と信号処理器6Lが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態12に係わる信号処理器6Lは、図28に示すように、実施の形態10に係わる信号処理器6Jの位相補償手段14Gの代わりに位相補償手段14Hが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
位相補償手段14Hは、相対距離・基準相対速度・相対加速度・相対加速度変化率算出手段20Bの出力である目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度と目標との相対加速度変化率を用いて、アップチャープ受信ビデオ信号およびダウンチャープ受信ビデオ信号それぞれをパルス圧縮することにより生成された信号の振幅が最大を示す目標までの距離が同一になるように、式(57)に従い、位相補償量φ<sub>cor</sub>(n,m)を算出する。そして、位相補償手段14Eは、位相補償量φ<sub>cor</sub>(n,m)を用いて、式(15)に従い、受信ビデオ信号の位相補償を行い、位相補償後の受信ビデオ信号V'(n,m)を出力する。
この発明の実施の形態13に係わるレーダ装置は、実施の形態4に係わるレーダ装置と信号処理器6Mが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態13に係わる信号処理器6Mは、図30に示すように、実施の形態4に係わる信号処理器6Dのパルス圧縮手段11の後段にPDI(Post Detection Integration)手段22が追加され、また、測距手段12の代わりにディスクリ距離算出手段23を有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
図32に示すように、低S/N環境では、雑音の振幅がパルス圧縮することにより生成された信号の振幅より大きくなり、雑音までの距離をパルス圧縮することにより生成された信号の距離として誤って算出する可能性がある。そのため、PDI手段22は、パルス圧縮することにより生成された信号に対しPDI処理を行い、雑音の影響を低減させる。
PDI手段22にはパルス圧縮することにより生成された信号が入力され、同じ傾きのチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号をパルス圧縮することにより生成された信号に対して、式(58)に従い、PDI処理を行い、PDI処理により生成された信号RPDI(n,mτ)を出力する。ここで、NPDIはPDI回数を示す。
次に、ディスクリ距離算出手段23は、図33の入力された信号の振幅が最大を示す距離RΔ/Σと各サンプル点(Ri,Pi)(i=a,b,c,d)との関係に示すように距離の真値が信号の振幅の大きい隣接する2点(Rb,Pb)、(Rc,Pc)の間にあるものと仮定し、式(59)に従い、Δ/Σ値Dを算出する。ただし、図中の丸印はサンプル点、Piはサンプル点に対する振幅値、Riはサンプル点に対する距離を示している。
また、実施の形態1から12の場合も、PDI手段22を追加し、測距手段12の代わりにディスクリ距離算出手段23を用いる事により、同様な効果を得る事が可能になる。
この発明の実施の形態14に係わるレーダ装置は、実施の形態13に係わるレーダ装置と信号処理器6Nが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態14に係わる信号処理器6Nは、図35に示すように、実施の形態13に係わる信号処理器6Mにピーク距離範囲算出手段24と第2ディスクリ距離算出手段23Bを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
ピーク距離範囲算出手段24には、PDI処理により生成された信号のピーク距離RΔ/Σが入力される。
図37に示すように、ピーク距離範囲算出手段24は、ディスクリ距離算出手段23から入力されるPDIにより生成された信号のピーク距離RΔ/Σを中心にして、予め設定したピーク距離を求める設定範囲gateを用いて、式(61)に従い、ピーク距離を求める範囲の上限gateupを算出する。また、ピーク距離範囲算出手段24は、ディスクリ距離算出手段23から入力されるPDIにより生成された信号のピーク距離RΔ/Σを中心にして、予め設定したピーク距離を求める設定範囲gateを用いて、式(62)に従い、ピーク距離を求める範囲の下限gatedownを算出する。
また、実施の形態1から12の場合も、PDI手段22を追加し、測距手段12の代わりにディスクリ距離算出手段23とピーク距離範囲算出手段24と第2ディスクリ距離算出手段23Bを用いる事により、同様な効果を得る事が可能になる。
この発明の実施の形態15に係わるレーダ装置は、実施の形態14に係わるレーダ装置と送信機2B、信号処理器6Oが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態15に係わる信号処理器6Oは、図38に示すように、実施の形態14に係わる信号処理器6Nに、PDI手段22の代わりにPDI手段22Bを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
送信機2Bは、キャリア信号をPRI毎にパルス変調し、連続した複数パルス毎に交互にパルス内をアップチャープ変調およびダウンチャープ変調することを繰り返して送信RF信号を生成し、送受切替器4に出力する。例えば、PDI回数が2回に設定された場合は、1回目と2回目のパルス変調された信号のパルスに対してはアップチャープ変調を行い、3回目と4回目のパルス変調された信号のパルスに対してはダウンチャープ変調を行い、5回目と6回目のパルス変調された信号のパルスに対してはアップチャープ変調を行う。送信機2Bは、この操作を繰り返して送信RF信号を生成し、送受切替器4に出力する。以下の説明において、送信機2の場合を交互送信、送信機2Bの場合を連続送信と記述する。図40に示したように、連続送信の場合、PDI処理に用いられるパルス圧縮することにより生成された信号間のピーク距離のレンジウォーク量が、交互送信の場合に比べ、小さくなる。したがって、PDI処理に用いられるパルス圧縮することにより生成された信号のピーク距離が互いに近くなり、PDI処理により生成された信号の振幅の劣化が小さくなり、PDI処理により生成された信号のピーク距離の算出精度が向上する。
PDI手段22Bは、同じ傾きのチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号をパルス圧縮することにより生成された信号に対して、式(63)に従い、PDI処理を行い、PDI処理により生成された信号RPDI(n,mτ)を出力する。
また、実施の形態1から13の場合も、PDI手段22Bを追加し、送信機2と測距手段12に代えて送信機2Bとディスクリ距離算出手段23とピーク距離範囲算出手段24と第2ディスクリ距離算出手段23Bを用いる事により、同様な効果を得る事が可能になる。
この発明の実施の形態16に係わるレーダ装置は、図41に示すように、実施の形態15に係わるレーダ装置と送信機2Cが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
送信機2Cは、キャリア信号をPRI毎にパルス変調し、パルス内をアップチャープ変調することを繰り返して送信RF信号を生成し、送受切替器4に出力する。図42に示したように、アップチャープ変調のみのため、送信機の規模が小さくなるという利点がある。
また、実施の形態1から12の場合も、送信機2と測距手段12に代えて送信機2Cとディスクリ距離算出手段23とピーク距離範囲算出手段24と第2ディスクリ距離算出手段23Bを用いる事により、同様な効果を得る事が可能になる。
この発明の実施の形態17に係わるレーダ装置は、実施の形態1に係わるレーダ装置と信号処理器6Pが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。そして、実施の形態17に係わる信号処理器6Pは、図43に示すように、実施の形態1に係わる信号処理器6のパルス圧縮手段11および第2パルス圧縮手段15の代わりに、パルス圧縮手段11Bと第2パルス圧縮手段15Bを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
パルス圧縮手段11Bで用いる参照信号Ex’(n、m)は、式(64)で表される。
また、実施の形態2から12の場合も、パルス圧縮手段11の代わりにパルス圧縮手段11B、第2パルス圧縮手段15の代わりに第2パルス圧縮手段15Bを用いる事により、同様な効果を得る事が可能になる。
Claims (11)
- キャリア信号が所定の時間間隔でパルス変調され、パルス内が交互にアップチャープ変調とダウンチャープ変調されて生成された送信信号を放射し、目標で反射して戻った上記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置において、
上記受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮手段と、
上記パルス圧縮することにより生成された信号の強度に基づく目標との距離を算出する測距手段と、
上記3つ以上の異なる時刻のアップチャープ変調およびダウンチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号をパルス圧縮することにより生成された信号の強度に基づく目標との距離をそれぞれ表す3つ以上の式の連立方程式を解くことにより目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度を同時に算出する相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段と、
上記アップチャープ変調およびダウンチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号をパルス圧縮することにより生成された各信号の目標までの距離が上記受信信号の位相を補償すると同一になるように、上記相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段からの上記目標との基準相対速度および上記目標との相対加速度、または上記目標との基準相対速度および上記目標との相対加速度および上記目標との相対距離を用いて位相補償量を算出し、該位相補償量を用いて上記受信信号の位相を補償し、上記位相補償された受信信号をパルス圧縮する補償手段と、
複数の上記所定の時間間隔で上記位相補償された受信信号をパルス圧縮することにより生成された信号を加算する積分手段と、
上記目標との基準相対速度を用いて上記積分手段の出力信号の周波数の折り返しを補正し、目標の相対速度を算出する速度算出手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - キャリア信号が所定の時間間隔でパルス変調され、パルス内が交互にアップチャープ変調とダウンチャープ変調されて生成された送信信号を放射し、目標で反射して戻った上記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置において、
上記受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮手段と、
上記パルス圧縮することにより生成された信号の強度に基づく目標との距離を算出する測距手段と、
上記4つ以上の異なる時刻のアップチャープ変調およびダウンチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号をパルス圧縮することにより生成された信号の強度に基づく目標との距離をそれぞれ表す4つ以上の式の連立方程式を解くことにより目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度と目標との相対加速度変化率を同時に算出する相対距離・基準相対速度・相対加速度・相対加速度変化率算出手段と、
上記アップチャープ変調およびダウンチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号をパルス圧縮することにより生成された各信号の目標までの距離が上記受信信号の位相を補償すると、同一になるように、上記目標との基準相対速度および上記目標との相対加速度および上記目標との相対加速度変化率、または上記目標との基準相対速度および上記目標との相対加速度および上記目標との相対加速度変化率および上記目標との相対距離を用いて位相補償量を算出し、該位相補償量を用いて上記受信信号の位相を補償し、上記位相補償された受信信号をパルス圧縮する補償手段と、
複数の上記時間間隔で上記位相補償された受信信号をパルス圧縮することにより生成された信号を加算する積分手段と、
上記目標との基準相対速度を用いて上記積分手段の出力信号の周波数の折り返しを補正し、目標の相対速度を算出する速度算出手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 上記連立方程式を最小二乗法で解くことを特徴とする請求項1または2に記載のレーダ装置。
- 上記相対距離・基準相対速度・相対加速度算出手段は、3つ以上の異なる時刻のアップチャープ変調およびダウンチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号または3つ以上の異なる時刻のアップチャープ変調あるいはダウンチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号をパルス圧縮することにより生成された信号の強度に基づいて目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度を算出することを特徴とする請求項1または3に記載のレーダ装置。
- 上記相対距離・基準相対速度・相対加速度・相対加速度変化率算出手段は、4つ以上の異なる時刻のアップチャープ変調およびダウンチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号または4つ以上の異なる時刻のアップチャープ変調あるいはダウンチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号をパルス圧縮することにより生成された信号の強度に基づいて目標との相対距離と目標との基準相対速度と目標との相対加速度と目標との相対加速度変化率を算出することを特徴とする請求項2または3に記載のレーダ装置。
- 上記パルス圧縮手段は、フーリエ変換により周波数領域で受信信号と参照信号を乗算した後、フーリエ変換点数より多い逆フーリエ変換点数を用いて逆フーリエ変換を行うことによって、パルス圧縮された信号を生成することを特徴とする請求項1及至5のいずれか一項に記載のレーダ装置。
- 上記測距手段に代えて、上記パルス圧縮することにより生成された信号から強度の大きい隣接する2信号の振幅値の差(Δ)を当該2信号の和(Σ)で除算した値、商(Δ/Σ)を生成し、距離補正量との関係から予め求められたΔ/Σ値に基づいて、前記生成したΔ/Σ値に相当する距離補正量を算出し、当該距離補正量で補正した距離を算出するディスクリ距離算出手段を備えたことを特徴とする請求項1及至6のいずれか一項に記載のレーダ装置。
- 上記パルス圧縮手段と上記測距手段の間に、同じ傾きでチャープ変調された送信信号が送受信されて得られた受信信号をパルス圧縮することにより生成された信号に対してPDI処理を行うPDI手段を備えたことを特徴とする請求項1及至7のいずれか一項に記載のレーダ装置。
- 上記PDI処理により生成された信号から得られた距離を用いて、各パルスのパルス圧縮することにより生成された信号のピーク距離を求める範囲を算出するピーク距離範囲算出手段を備えたことを特徴とする請求項8に記載のレーダ装置。
- 目標で反射されて戻り受信される受信信号は、キャリア信号が所定の時間間隔でパルス変調され、連続した複数パルス毎に交互にパルス内をアップチャープ変調とダウンチャープ変調されて生成された送信信号を放射し、目標で反射して戻った上記送信信号であることを特徴とする請求項1及至9のいずれか一項に記載のレーダ装置。
- 目標で反射されて戻り受信される受信信号は、キャリア信号が所定の時間間隔でパルス変調され、パルス内が交互にアップチャープ変調あるいはダウンチャープ変調されて生成された送信信号の代わりに、パルス内が連続してアップチャープ変調あるいはダウンチャープ変調されて生成された送信信号を放射し、目標で反射して戻った上記送信信号であることを特徴とする請求項1及至9のいずれか一項に記載のレーダ装置。
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