JP5369350B2 - パルス圧縮における送信波形生成方法、送信波形生成プログラム及び送信波形生成方法によって製造されたパルス圧縮装置 - Google Patents
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1) パルス圧縮後段で、レンジサイドローブ抑圧処理を行う(例えば、特許文献1、非特許文献1、2)
2) 振幅変調をかけたレンジサイドローブレベルが低い送信波を使用する(例えば、特許文献2、非特許文献3)
3) 周波数変調をかけたレンジサイドローブレベルが低い送信波を使用する(例えば、非特許文献4、5)
レンジサイドローブが所望のレベルとなるパルス圧縮波形のフーリエ変換の第1目的波形をP1(f)とし、リニアチャープ波形のパワースペクトル密度の波形をP’(f)としたときに、リニアチャープ波形に基づき、そのチャープ率c(t)がP’(f(t))/P1(f(t))に比例するようなノンリニアチャープ波形を算出する周波数変調工程と、
周波数変調工程で算出したノンリニアチャープ波形の立ち上がりと立下りを抑圧させる窓関数w(t)を乗じる振幅変調工程と、
振幅変調工程で得られた波形をさらにフーリエ級数展開し、その振幅スペクトルが送信波形のパワースペクトル密度の第2目的波形P2(f)の振幅スペクトルとなるように補正し、それを逆フーリエ変換した波形を生成する周波数軸上での補正工程と、
を備え、リニアチャープ波形から送信波形を生成するパルス圧縮における送信波形生成方法であることを特徴とする。
コンピュータに、
レンジサイドローブが所望のレベルとなるパルス圧縮波形のフーリエ変換の第1目的波形をP1(f)とし、リニアチャープ波形のパワースペクトル密度の波形をP’(f)としたときに、リニアチャープ波形に基づき、そのチャープ率c(t)がP’(f(t))/P1(f(t))に比例するようなノンリニアチャープ波形を算出する周波数変調工程と、
周波数変調工程で算出したノンリニアチャープ波形の立ち上がりと立下りを抑圧させる窓関数w(t)を乗じる振幅変調工程と、
振幅変調工程で得られた波形をさらにフーリエ級数展開し、その振幅スペクトルが送信波形のパワースペクトル密度の第2目的波形P2(f)の振幅スペクトルとなるように補正し、それを逆フーリエ変換した波形を生成する周波数軸上での補正工程と、
を実行させて、リニアチャープ波形から送信波形を生成するパルス圧縮における送信波形生成プログラムであることを特徴とする。
図1は、本発明によるパルス圧縮における送信波形生成方法によって製造されたパルス圧縮装置10を表している。パルス圧縮装置10としては、レーダ装置、超音波診断装置、超音波非破壊検査装置等の電波、超音波といった探知波を送受信する装置とすることが可能である。
送信波が反射されて戻ってきたときは、(1)式は、
周波数変調では、図2に示すように、リニアチャープ波形を変形させて、ノンリニアチャープ波形として、そのパワースペクトル密度を目的波形に近い波形にする。
1)の周波数変調のみでパワースペクトル密度の波形整形をした場合、リプルが生じてパワースペクトル密度の波形が歪む。このリプルが発生する要因について簡単に説明する。図4は、離散系での周波数変調後のチャープ波モデルである。k番目の離散点でのチャープ率ck、周波数fk、位相φk、パワースペクトル密度の目的波形をP(f)、リニアチャープのパワースペクトル密度をP’(f)、周波数係数をCとする。
ここで、時刻tk〜tk+1の波形はリニアチャープで、
1)の周波数変調及び2)の振幅変調を行って生成された送信波形は、そのパワースペクトル密度の波形にまだ僅かなリプルまたは歪みが残存することを避けることはできず、この僅かに残ったリプルまたは歪みがパルス圧縮波形のレンジサイドローブの原因となる。このさらに残ったパワースペクトル密度の波形からリプルまたは歪みを除去して目的波形となるようにするために、周波数軸上での補正を行い、送信波形の振幅スペクトルがパワースペクトル密度の目的波形P(f)の振幅スペクトル√(P(f))と一致するように補正する。
まず、送信波x(t)をフーリエ級数展開する。このとき、
例えば、目的波形としてハニング窓とする場合、P(f)は、
周波数係数Cは、(4)式を満足するものであり、周波数係数Cを変数とする関数B(C)としたときに、(6)式からB(C)は以下の式で表される。
従って、P’(f)をkに含めてC=kB/Tとして考えると、B(C)はCに関して単調増加する関数であり、
12 メモリ
14 波形読み出し部
16 D/Aコンバータ
18 アンプ(増幅器)
20 トランスデューサ
24 A/Dコンバータ
26 パルス圧縮部
Claims (8)
- チャープ波を用いて送信波を送信し、送信波の反射波を受信してその受信信号をパルス圧縮してパルス圧縮波形を得るパルス圧縮のための送信波形生成方法であって、
レンジサイドローブが所望のレベルとなるパルス圧縮波形のフーリエ変換の第1目的波形をP1(f)とし、リニアチャープ波形のパワースペクトル密度の波形をP’(f)としたときに、リニアチャープ波形に基づき、そのチャープ率c(t)がP’(f(t))/P1(f(t))に比例するようなノンリニアチャープ波形を算出する周波数変調工程と、
周波数変調工程で算出したノンリニアチャープ波形の立ち上がりと立下りを抑圧させる窓関数w(t)を乗じる振幅変調工程と、
振幅変調工程で得られた波形をさらにフーリエ級数展開し、その振幅スペクトルが送信波形のパワースペクトル密度の第2目的波形P2(f)の振幅スペクトルとなるように補正し、それを逆フーリエ変換した波形を生成する周波数軸上での補正工程と、
を備え、リニアチャープ波形から送信波形を生成するパルス圧縮における送信波形生成方法。 - 前記周波数変調工程において、チャープ率c(t)が前記振幅変調工程で乗じる窓関数w(t)の二乗に比例するような波形を算出する請求項1記載の送信波形生成方法。
- 前記周波数変調工程で用いる前記第1目的波形P1(f)と、前記周波数軸上での補正工程において用いる前記第2目的波形P2(f)とは同一である請求項1または2記載の送信波形生成方法。
- 前記周波数軸上での補正工程において用いる前記第2目的波形P2(f)は、振幅変調工程で得られた波形のパワースペクトル密度の波形を平滑化したものである請求項1または2記載の送信波形生成方法。
- 前記周波数変調工程で用いる前記第1目的P1(f)は、窓関数であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の送信波形生成方法。
- 前記周波数軸上での補正工程は、振幅変調工程で得られた前記波形をフーリエ級数展開して得られた振幅スペクトルをA(f)としたときに、振幅スペクトルA(f)に√(P2(f))/A(f)を乗じて振幅スペクトルの補正を行う請求項1ないし5のいずれか1項に記載の送信波形生成方法。
- チャープ波を用いて送信波を送信し、送信波の反射波を受信してその受信信号をパルス圧縮してパルス圧縮波形を得るパルス圧縮のための送信波形生成プログラムであって、
コンピュータに
レンジサイドローブが所望のレベルとなるパルス圧縮波形のフーリエ変換の第1目的波形をP1(f)とし、リニアチャープ波形のパワースペクトル密度の波形をP’(f)としたときに、リニアチャープ波形に基づき、そのチャープ率c(t)がP’(f(t))/P1(f(t))に比例するようなノンリニアチャープ波形を算出する周波数変調工程と、
周波数変調工程で算出したノンリニアチャープ波形の立ち上がりと立下りを抑圧させる窓関数w(t)を乗じる振幅変調工程と、
振幅変調工程で得られた波形をさらにフーリエ級数展開し、その振幅スペクトルが送信波のパワースペクトル密度の第2目的波形P2(f)の振幅スペクトルとなるように補正し、それを逆フーリエ変換した波形を生成する周波数軸上での補正工程と、
を実行させて、リニアチャープ波形から送信波形を生成するパルス圧縮における送信波形生成プログラム。 - 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法により生成された送信波形を格納するメモリと、該メモリから送信波形信号を読み出す波形読み出し部と、送信波形信号をD/A変換してアナログ送信信号に変換するD/Aコンバータと、送信信号を増幅する増幅器と、増幅された送信信号を送信波として放射すると共に送信波の反射波を受信するトランスデューサと、受信波をA/D変換して受信波形信号に変換するA/Dコンバータと、受信波形信号と参照波形信号との相関をとってパルス圧縮波形信号を求めるパルス圧縮部と、を備えるパルス圧縮装置。
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