JP5697066B1 - パルス生成装置 - Google Patents

Abstract

簡単な構成でパルスパターンを好適に調整して出力することが可能なパルス生成装置を提供する。パルス生成装置１００は、所定周波数の搬送波を生成する高周波発振器１１０と、ベースバンドで所定のパルス形状の信号を生成するベースバンドパルス生成部１２０と、ベースバンドパルス生成部１２０でパルスを生成するタイミングを制御するタイミング生成器１３０と、高周波発振器１１０から出力される搬送波をベースバンドパルス生成部１２０から出力されるパルスで変調するミキサ１４０と、を備えている。タイミング生成器１３０は、ベースバンドパルス生成部１２０から出力されるパルスの波形を調整することが可能となっている。

Description

本発明は、インパルスを電波で放射して物体までの距離を測定するレーダ等に用いられるパルス生成装置に関するものである。

レーダ等に用いられる一般的な高周波パルス生成装置は、パルス生成器で所定のパルス幅のパルス信号を生成し、これを所定の周波数特性を持ったローパスフィルタに入力してモノパルスを生成し、このモノパルスをミキサに入力して所定周波数の高周波発振器から入力された搬送波と掛け合わせることで高周波パルスを生成する。生成された高周波パルスは、送信アンテナから放射されて物体までの距離の測定等に用いられる。

アンテナから外部に放射される高周波パルスに対しては、他の無線装置等との干渉を回避するために、法的な規制により許可される周波数帯等が規定されている。高周波パルスが法的な規制に準拠するように、高周波パルスのパルスパターンを調整するための技術が従来より知られている。例えば、上記の一般的な高周波パルス生成装置では、パルス生成器から出力されるパルス信号を、ローパスフィルタを用いて波形を調整している。

また特許文献１には、他の無線機器等からの干渉を検知した際に、パルス形状の変更や中心周波数の変更を行うことで帯域を変更するなどして混信を回避することが可能な技術が開示されている。これにより、干渉波を検出すると、法的規制を準拠しうる範囲において、干渉波が有する帯域以外の帯域へ送信波をシフトさせることが可能となっている。特許文献１では、パルス整形部においてパルスの形状を変化させることで送信波の帯域をシフトさせている。

特許文献２では、パルス整形回路としてＧａＡｓスイッチを２個使用し、任意の遅延を加えたクロック信号によりオン／オフ制御を行うことで、局部発振器の高周波信号をパルス状に切り出す方法が用いられている。この方法では、ＧａＡｓスイッチの立ち上がりと立下りの応答特性によってパルス形状が決まる。

特開２００７−３３６０５４号公報 米国特許第６，６９０，７４１号明細書

しかしながら、パルス生成器から出力される信号をローパスフィルタで調整する上記の一般的な高周波パルス生成装置では、好適なモノパルスを生成するにはローパスフィルタの細かい調整が必要となる。そのため、ハードウェアの変更やサイズの調整などのローパスフィルタの調整に手間がかかる。

また特許文献１では、パルス整形部でパルスの形状を変化させて送信波の帯域をシフトさせるために、パルス整形部には可変遅延部、中心周波数制御部、パルス形状制御部、帯域制御部、変調方式制御部、パルス繰り返し周波数制御部、及びバイアス回路部、といった複雑な構成が必要となっている。これに加えて、高周波パルス自体を作り出すために高速な信号を使用した非常に細かい調整が必要となる、といった問題もある。

さらに特許文献２の方法では、ＧａＡｓスイッチの立ち上がりと立下りの応答特性によってパルス形状が決まってしまうため、パルス形状の細かい合わせ込みを行うには応答特性の異なる別のスイッチに交換する必要がある、といった問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でパルスパターンを好適に調整して出力することが可能なパルス生成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のパルス生成装置の第１の態様は、２以上のモノパルスからなるパルス列を生成するパルス生成器と、前記パルス生成器から出力される前記パルス列を入力して前記ベースバンドパルス信号を出力するローパスフィルタと、を有するベースバンドパルス生成部を備え、前記パルス生成器は、前記ベースバンドパルス信号が所定のパルス波形となるように所定の制御信号に基づいて前記パルス列を生成することを特徴とする。

本発明のパルス生成装置の他の態様は、所定周波数の搬送波を生成する高周波発振器と、前記高周波発振器から出力される前記搬送波を前記ベースバンドパルス生成部から出力される前記ベースバンドパルス信号で変調して所定のパルス信号を出力する変調器と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明のパルス生成装置の他の態様は、前記制御信号は、所定時間幅のビットを所定個数組み合わせた信号であることを特徴とする。

本発明のパルス生成装置の他の態様は、前記パルス列は、第１のパルス幅を有する前記モノパルスからなるメインパルスと、前記メインパルスの時間軸上の前後に生成されて前記第１のパルス幅より小さいパルス幅を有する２つの前記モノパルスとを有していることを特徴とする。

本発明のパルス生成装置の他の態様は、前記パルス幅の小さい２つのモノパルスは、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数以上の周波数成分を有していることを特徴とする。

本発明のパルス生成装置の他の態様は、前記パルス生成器に前記制御信号を出力するタイミング生成器をさらに備えることを特徴とする。

本発明のパルス生成装置の他の態様は、前記ベースバンドパルス生成部は、前記パルス生成器から所定のパルスパターンが出力されるときの前記制御パターンを記憶するパルスパターンメモリをさらに備えることを特徴とする。

本発明のパルス生成装置の他の態様は、前記パルスパターンメモリが前記制御パターンを記憶すると、前記パルス生成器は、前記パルスパターンメモリから前記制御パターンを読み出して前記パルスパターンを出力することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成でパルスパターンを好適に調整して出力することが可能なパルス生成装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。 パルスパターン信号の一例を示すビットパターン図（ａ）と、高周波パルスの周波数波形図（ｂ）と、高周波パルスの包絡線の時間波形図（ｃ）である。 法規制を満たすように調整されたパルスパターンの一例を示す説明図である。 パルスパターンとローパスフィルタにより形成される包絡線の波形形成の一例を示す時間波形図である。

本発明の好ましい実施の形態におけるパルス生成装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施の形態係るパルス生成装置を、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態のパルス生成装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すパルス生成装置１００は、所定周波数の搬送波を生成する高周波発振器１１０と、ベースバンドで所定のパルス形状の信号を生成するベースバンドパルス生成部１２０と、ベースバンドパルス生成部１２０でパルスを生成するタイミングを制御するタイミング生成器１３０と、高周波発振器１１０から出力される搬送波をベースバンドパルス生成部１２０から出力されるパルスで変調する変調器１４０と、を備えている。変調器１４０の一態様として、ここではミキサを用いている。

ベースバンドパルス生成部１２０は、所定のパルス幅のパルスを生成するパルス生成器１２１と、パルス生成器１２１から出力されるパルスの形状を調整するローパスフィルタ１２２と、パルス生成器１２１から出力されるパルスの制御パターンを記憶しておくパルスパターンメモリ１２３と、を備えている。

本実施形態では、高周波発振器１１０で生成される発振器の周波数を例えば２４ＧＨｚとすることができる。また、ベースバンドパルス生成部１２０において、パルス生成器１２１で生成されるパルスのパルス幅を例えば１０ｎｓとし、ローパスフィルタ１２２のカットオフ周波数を例えば１００ＭＨｚとすることができる。

本実施形態のパルス生成装置１００では、パルス生成器１２１がタイミング生成器１３０から入力する制御信号によって動作するように構成されている。タイミング生成器１３０は、例えば１ｎｓの周期でパルス生成器１２１に制御信号を出力しており、パルス生成器１２１は１ｎｓ単位でパルスパターンを調整して出力することができる。

パルスパターンメモリ１２３は、パルス生成器１２１から所定のパルスパターンが出力されるときのタイミング生成器１３０からの制御信号のパターン（制御パターン）を記憶しておくことができる。これにより、パルス生成器１２１がタイミング生成器１３０から制御信号を入力して所定のパルスパターンを生成する代わりに、パルスパターンメモリ１２３から制御パターンを入力することで、所定のパルスパターンを生成して出力することが可能となっている。パルスパターンメモリ１２３に記憶されている制御パターンを入力して用いるときは、タイミング生成器１３０を動作させる必要がなくなる。この場合、パルスパターンメモリ１２３から制御パターンを入力して所定のパルスパターンを出力させるための制御信号を、タイミング生成器１３０または外部からパルス生成器１２１に出力するようにすることができる。

パルス生成器１２１からモノパルスを出力させ、これをローパルスフィルタ１２２に入力してパルス波形を整形する方法では、出力パルスのパルス波形を所望の形状とするために（例えば、法的な規制に準拠させるために）、ローパスフィルタ１２２で出力パルスのパルス波形をきめ細かく調整できるようにする必要がある。モノパルスとローパスフィルタとの組み合わせによる波形整形では、ローパスフィルタの種類や次数を調整することでさまざまな特性の波形を作り出すことが可能である。

しかし、ローパスフィルタのカットオフ周波数を低くすると、周波数軸上での広がりが抑えられる分だけ振幅が小さくなる。また、ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くすると、振幅は大きくなるが周波数軸上での帯域幅が広がりすぎたりする。このように、ローパスフィルタのカットオフ周波数を変えて出力パルスの波形を調整するのは容易ではない。

また、ローパスフィルタの次数を増やすことでパルス波形をきめ細かく調整することも可能であるが、ローパスフィルタの回路規模が大きくなってしまう。さらに、ローパスフィルタの種類を変更すると、波形のバランスが崩れてしまうといった問題もある。このように、ローパスフィルタで出力パルスの波形を調整しようとすると、ローパスフィルタの調整パラメータが多く、またハードウェア構成の変更が発生する可能性もあるため、調整が極めて難しくなる。

モノパルス信号を、ローパスフィルタを用いて波形整形した一例を図２に示す。図２（ａ）は、タイミング生成器１３０からパルス生成器１２１に入力されるモノパルス信号Ｐ０の波形を示し、図２（ｂ）、（ｃ）は、ローパスフィルタ通過後のパルス信号をミキサ１４０でアップコンバートしたのちの出力パルスの波形を実線Ｓｆで示している。図２（ａ）では、所定の単位時間（例えば１ｎｓ）を１ビットとして、横軸にビット列を示している。横軸のビット列は時間に相当することから、図２（ａ）はモノパルス信号Ｐ０の時間軸上の波形を示している。ここでは、パルス幅が５ビット（５ｎｓ）のモノパルスを例示している。

また、図２（ｂ）は横軸を周波数とする周波数軸上の波形を示し、図２（ｃ）は横軸を時間とする時間軸上の波形を示している。図２（ｂ）に示す周波数軸上の波形では、所定の周波数帯域の一例として、法規制上電波の放射が許可されている周波数帯域を、法規制範囲として一点鎖線で示している。なお、図２（ｂ）、（ｃ）では、出力パルスがガウシアンパルスになっているときの周波数軸上の波形Ｇｆ及び時間軸上の波形Ｇｔを、それぞれ破線で示している。ガウシアンパルスは、好適なパルス波形を有するパルスの一例である。

図２（ｂ）に示すローパスフィルタ１２２及びミキサ１４０を通過後の出力パルスの波形Ｓｆは、放射許可帯域にあるメインローブと、放射許可帯域外にあるサイドローブとを有している。メインローブの波形は、法規制範囲を満たしている（超過していない）が、放射許可帯域外にあるサイドローブは法規制範囲を超過している。これに対しガウシアンパルスの波形Ｇｆは、メインローブ及びサイドローブとも、法規制範囲を満たしている。

図２（ｂ）に示す出力パルス及びガウシアンパルスの周波数軸上の波形（Ｓｆ、Ｇｆ）に対応する時間軸上の波形は、図２（ｃ）に実線Ｓｔ及び破線Ｇｔで示すとおりである。図２（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、出力パルスの波形をガウシアンパルスに近づけることで、出力パルスが法規制範囲を超過しないようにすることが可能となる。しかし、モノパルスの波形をローパスフィルタ１２２だけで調整するのでは、出力パルスの波形が三角波状に近いものになってしまい、波形の調整が可能な範囲に限界がある。

そこで、本実施形態のパルス生成装置１００では、ローパスフィルタ１２２を調整する代わりに、ローパスフィルタ１２２に入力するパルスを任意に調整できるようにしている。すなわち、ベースバンドパルス生成部１２０のパルス生成器１２１は、出力可能なパルスをモノパルスに限定せず、ＰＷＭ（Pulse Width modulation）制御信号のように、２以上のパルスからなるパルスパターン（パルス列）を出力できるようにしている。

パルス生成器１２１から出力されるパルスパターンは、タイミング生成器１３０から入力する制御信号によって調整することが可能な構成となっている。タイミング生成器１３０は、制御信号の出力周期を１ｎｓとすると、パルス生成器１２１から出力されるパルスパターンを１ｎｓ単位で任意に調整することができる。

上記説明のように、本実施形態のパルス生成装置１００では、タイミング生成器１３０から出力される制御信号を調整することで、パルス生成器１２１から出力されるパルスパターンを、制御信号の出力周期で可能な範囲において任意に調整することが可能となっている。これにより、タイミング生成器１３０から出力される制御信号を好適に調整することで、パルス生成装置１００から出力されるパルス波形をガウシアンパルスの波形に近づけることが可能となる。

出力パルスの波形をガウシアンパルスの波形に近づけるように調整したパルスパターンの一例を図３に示す。図３に示すパルスパターンＰＰは、タイミング生成器１３０からパルス生成器１２１に出力される制御信号のパターンであり、１ビット幅のモノパルスＰ１、５ビット幅のモノパルスＰ２、及び１ビット幅のモノパルスＰ３の３つのパルスが、２ビットの間隔をおいて順次出力されている。パルス生成器１２１は、パルスパターンＰＰを入力するとそれに対応した３つのモノパルスからなるパルス列を出力する。パルスパターンＰＰがパルス生成器１２１とローパスフィルタ１２２で波形整形され、ミキサ１４０でアップコンバートされて出力される出力パルスの時間軸上のパルス波形を図４に示す。

図４では、３つのモノパルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３がそれぞれ単独にパルス生成器１２１に入力されてパルス生成装置１００から出力されるときの時間軸上のパルス波形をそれぞれ破線のＳ１、Ｓ２、Ｓ３で示し、パルスパターンＰＰがタイミング生成器１３０からパルス生成器１２１に入力されローパスフィルタ１２２を通過してパルス生成装置１００から出力されるときの時間軸上のパルス波形を実線のＳＳで示している。

図４に示す時間軸上の波形では、５ビット幅のメインパルスＰ２がパルス生成装置１００から出力されるときのパルス波形Ｓ２が、振幅の大きな波形となっている。これに対し、メインパルスＰ２の前後にある１ビット幅のモノパルスＰ１、Ｐ３は、ローパスフィルタ１２２のカットオフ周波数以上の信号であることから、振幅の小さい波形Ｓ１、Ｓ３となる。これより、パルスパターンＰＰがパルス生成器１２１に入力されローパスフィルタ１２２で波形整形されてパルス生成装置１００から出力されるときのパルス波形は、パルス波形Ｓ２とその前後の裾部分に形成されるパルス波形Ｓ１、Ｓ３とが合成されてパルス波形ＳＳとなる。

パルス波形ＳＳは、パルス波形Ｓ２の裾部分の振幅がパルス波形Ｓ１、Ｓ３と合成されることで調整されている。その結果、時間軸上のパルス波形ＳＳがガウシアンパルスの波形Ｇｔに略等しくなり、出力パルスの周波数軸上の波形も、図２（ｂ）に示すガウシアンパルスの周波数軸上の波形Ｇｆと略同等になる。これにより、本実施形態のパルス生成装置１００は、メインローブを放射許可帯域外へ広げることなく、かつ放射許可帯域外にあるサイドローブの振幅を下げることができ、法規制範囲を満たした出力パルスを生成することが可能となる。

なお、図３に示したパルスパターンＰＰでは、モノパルスＰ２のパルス幅を５ビット、モノパルスＰ１、Ｐ３のパルス幅をそれぞれ１ビットとし、モノパルスＰ１とＰ２との間隔及びモノパルスＰ２とＰ３との間隔をそれぞれ２ビットとしたが、これに限定されず、パルス幅及びパルス間隔を適宜調整することができる。

上記のように、法規制範囲を満たした出力パルスが得られると、そのときのタイミング生成器１３０からパルス生成器１２１に出力される制御パターンをパルスパターンメモリ１２３に記憶させておく。そして、それ以降はパルス生成器１２１がパルスパターンメモリ１２３からこれを入力し、同じ制御パターンで法規制範囲を満たすパルスパターンをローパスフィルタ１２２に出力するようにする。これにより、本実施形態のパルス生成装置１００は、タイミング生成器１３０を用いることなく、法的規制に準拠したパルスを出力することが可能となる。なお、本実施形態においては、タイミング生成器１３０を省略することも可能である。この場合、例えば、あらかじめパルスパターンメモリ１２３にパルス生成器１２１の制御パターンを記憶させる、パルス生成器１２１でパルスを生成するタイミングをパルス生成装置１００の外部から制御する、などの対応が可能である。

パルス生成器１２１がパルスパターンメモリ１２３から制御パターンを入力してパルス列を生成するときは、そのタイミングを制御する制御信号をタイミング生成器１３０または外部から入力するようにすることができる。

本実施形態のパルス生成装置１００によれば、簡単な構成でパルスパターンを好適に調整して出力することが可能となる。すなわち、タイミング生成器１３０、パルスパターンメモリ１２３、またはパルス生成装置１００の外部から、任意のビット列の信号をパルス生成器１２１に入力してローパスフィルタ１２２を通過させることでパルス波形を調整し、さらにミキサ１４０で所定の放射許可帯域までアップコンバートして出力することが可能となる。これにより、法的規制に準拠したパルスを生成して出力することができる。本実施形態のパルス生成装置１００は、ローパスフィルタ等のハードウェアの変更や複雑な調整回路を使用することなく、パルス波形を容易に調整することが可能となっている。

上記のとおり、本実施形態のパルス生成装置１００ではパルスパターンの調整が容易なことから、例えば好ましいパルスパターン形状であるガウシアンパルスに近い形状のパルス信号を容易に生成することができる。パルスパターンの形状をガウシアンパルスに近づけることにより、不要なサイドローブを低減することができる。よって、本実施形態のパルス生成装置１００をレーダ装置のパルス生成に用いることで、法的規制を順守して対象物の誤検出を低減することが可能となる。

なお、図１に示した本実施形態のパルス生成装置１００において、ベースバンドパルス生成部１２０で生成されたベースバンドのパルス信号を搬送波でアップコンバートすることなく出力させるように構成することも可能である。この場合、高周波発振器１１０とミキサ１４０を不要とすることができる。このような構成のパルス生成装置は、ベースバンド生成装置として機能する。

本実施の形態における記述は、本発明に係るパルスレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるパルスレーダ装置の細部構成及び詳細な動作などに関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１００ パルス生成装置
１１０ 高周波発振器
１２０ ベースバンドパルス生成部
１２１ パルス生成器
１２２ ローパスフィルタ
１２３ パルスパターンメモリ
１３０ タイミング生成器
１４０ 変調器

Claims (8)

1. ２以上のモノパルスからなるパルス列を生成するパルス生成器と、前記パルス生成器から出力される前記パルス列を入力してベースバンドパルス信号を出力するローパスフィルタと、を有するベースバンドパルス生成部を備え、
   前記パルス生成器は、前記ベースバンドパルス信号が所定の制限範囲を逸脱しないパルス波形となるように調整された所定の制御信号に基づいて前記パルス列を生成する
   ことを特徴とするパルス生成装置。
2. 所定周波数の搬送波を生成する高周波発振器と、
   前記高周波発振器から出力される前記搬送波を前記ベースバンドパルス生成部から出力される前記ベースバンドパルス信号で変調して所定のパルス信号を出力する変調器と、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のパルス生成装置。
3. 前記制御信号は、所定時間幅のビットを所定個数組み合わせた信号である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のパルス生成装置。
4. 前記パルス列は、第１のパルス幅を有する前記モノパルスからなるメインパルスと、前記メインパルスの時間軸上の前及び／または後に生成されて前記第１のパルス幅より小さいパルス幅を有する１以上の前記モノパルスとを有している
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパルス生成装置。
5. 前記パルス幅の小さい１以上のモノパルスは、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数以上の周波数成分を有している
   ことを特徴とする請求項４に記載のパルス生成装置。
6. 前記パルス生成器に前記制御信号を出力するタイミング生成器をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のパルス生成装置。
7. 前記ベースバンドパルス生成部は、前記パルス生成器から所定のパルスパターンが出力されるときの制御パターンを記憶するパルスパターンメモリをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１、２、６のいずれか１項に記載のパルス生成装置。
   
   
8. 前記パルスパターンメモリが前記制御パターンを記憶すると、
   前記パルス生成器は、前記パルスパターンメモリから前記制御パターンを読み出して前記パルスパターンを出力する
   ことを特徴とする請求項７に記載のパルス生成装置。

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