JP5976413B2

JP5976413B2 - レーダーシステム、送信機、受信機及びレーダーシステムの送受信方法

Info

Publication number: JP5976413B2
Application number: JP2012140710A
Authority: JP
Inventors: 高史山田; 善郎青木; 義則久慈
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: JP2014006104A

Description

本発明の実施形態は、レーダーシステム、送信機、受信機及びレーダーシステムの送受信方法に関する。

バイスタティックレーダ及びマルチスタティックレーダは、監視対象物に電波を送信する送信機と、監視対象物から反射された電波を受信する受信機と、を備える。この送信機と受信機とは離れた位置に設置される。従って、送信装置と受信装置のレーダー信号処理装置のクロックを高精度に同期させる必要がある。

この点に関し、ＧＰＳ受信器を使用して送信機と受信機のクロックを同期させる技術が提案されている。この技術においては、ＧＰＳ受信信号を解析して１ｐｐｓのパルスを発せさせ、この１ｐｐｓのパルスによって同期クロックとシステムトリガを発生させる。

しかし、この技術によっては、送信機と受信機のＧＰＳ受信器相互間において１μｓから１００ｎｓの誤差が生じてしまう。また、送信機のクロック発振源と受信機のクロック発振源とは別体のクロック発振源となるため、送信機のクロック発振源と受信機のクロック発振源との間でもクロックに誤差が生じる。

特開平８−１０５９６６号公報

従って、より高精度に同期動作するレーダーシステム、送信機、受信機及びレーダーシステムの送受信方法が求められている。

上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、１個の選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器と、ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部と、１ＰＰＳ、ＧＮＳＳクロック及びＧＮＳＳ搬送波クロックからＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部と、ＧＮＳＳ搬送波クロックを発振源としてシステムトリガに同期した送信タイミングによりレーダー搬送波を生成する送信側レーダー信号処理部と、を備える送信機と、選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器と、ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部と、１ＰＰＳ、ＧＮＳＳクロック及びＧＮＳＳ搬送波クロックからＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部と、タイミング発生部が出力するシステムトリガに同期して受信スケジュールを決定する受信側レーダー信号処理部と、を備える受信機と、を備えるレーダーシステムを提供する。

レーダーシステムを示す図である。送信機、受信機の構成を示すブロック図である。送信機のレーダー信号処理部の構成を示すブロック図である。受信機のレーダー信号処理部の構成を示すブロック図である。

以下、レーダーシステム、送信装置、受信装置及びレーダーシステムの送受信方法の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本実施形態のレーダーシステムは、選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器と、ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部と、１ＰＰＳ、ＧＮＳＳクロック及びＧＮＳＳ搬送波クロックからＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部と、ＧＮＳＳ搬送波クロックを発振源としてシステムトリガに同期した送信タイミングによりレーダー搬送波を生成する送信側レーダー信号処理部と、を備える送信機と、選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器と、ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部と、１ＰＰＳ、ＧＮＳＳクロック及びＧＮＳＳ搬送波クロックからＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部と、タイミング発生部が出力するＧＮＳＳクロック及びＧＮＳＳ搬送波クロックからＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガに同期して受信スケジュールを決定する受信側レーダー信号処理部と、を備える受信機と、を備える。

図１は、本実施形態のレーダーシステムを示す図である。図１に示すように、レーダーシステムは、監視対象の目標物３２に対して電波を照射する送信機１０と、目標物によって反射された電波を受信する受信機２０と、を備える。

送信機１０は、ＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）衛星のＧＮＳＳ搬送波を受信するＧＮＳＳ受信部１１と、選択されたＧＮＳＳ衛星３１のＧＮＳＳ搬送波のクロックに同期して電波を照射する送信部１２と、を備える。

受信機２０は、ＧＮＳＳ搬送波を受信するＧＮＳＳ受信部２１と、目標物が反射した電波を受信し、送信機１０が選択したＧＮＳＳ衛星と同一のＧＮＳＳ衛星３１の搬送波に同期して受信した反射電波を処理する受信部２２と、を備える。

送信機１０と受信機２０とは、選択された同一のＧＮＳＳ衛星のＧＮＳＳ搬送波に同期してレーダー信号を処理するため、高精度の同期が可能となる。

図２は、送信機１０及び受信機２０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、送信機１０の場合は、ＧＮＳＳ衛星３１から信号を受信するＧＮＳＳアンテナ４１と、ＧＳＮＮアンテナ４１によって受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器４２と、このＧＮＳＳ搬送波クロックと同期して動作し、ＧＮＳＳアンテナ４１によって受信した信号を測位処理するとともに、ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ（１パルス／秒）及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部４４と、この１ＰＰＳ、ＧＮＳＳクロック及びＧＮＳＳ搬送波クロックからＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部４５と、レーダー搬送波を送信するレーダーアンテナ４６と、ＧＮＳＳ搬送波クロックを発振源としてシステムトリガに同期した送信タイミングによりレーダー搬送波を生成するレーダー信号処理部４７と、レーダー信号処理部を制御し、ＧＮＳＳ衛星を選択する選択信号を出力するレーダー制御部４８と、ＧＮＳＳ衛星を選択する衛星選択部４９と、を備える。

ＧＮＳＳ衛星３１は、例えばＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）衛星であってもよい。

衛星選択部４９は、ＰＲＮ番号によって衛星を選択する。選択する衛星は、天頂付近の衛星または静止衛星であることが望ましい。これらの衛星は比較的ドップラシフトが少なく、可視性がよく、継続追跡を長時間行えるからである。

日本の場合、ＧＮＳＳ衛星３１として準天頂衛星（ＱＺＳＳ）乃至静止衛星（ＭＳＡＳ）を選択することができる。

送信機１０と、受信機２０とでは、同じ衛星が選択される。予め指定された衛星を選択するように送信機１０と、受信機２０との衛星選択部４９を構成してもよい。また、送信機１０が選択した衛星を通信回線により受信機２０に送信してもよい。また逆に、受信機２０が選択した衛星を通信回線により送信機１０に送信してもよい。

ＧＮＳＳ搬送波クロック発生器４２は、選択されたＧＮＳＳ衛星３１の搬送波と等しいＧＮＳＳ搬送波クロックを生成する。例えば、ＧＰＳＬ１がＧＮＳＳ衛星３１として選択された場合にはＧＮＳＳ搬送波クロックの周波数は１５７５．４２ＭＨｚとなる。

ＧＮＳＳ搬送波クロック発生器４２は、選択されたＧＮＳＳ衛星３１の搬送波を分周した周波数のＧＮＳＳ搬送波クロックを生成してもよい。この場合、受信機２０でもＧＮＳＳ搬送波クロック発生器４２は、選択されたＧＮＳＳ衛星３１の搬送波を分周した周波数のＧＮＳＳ搬送波クロックを生成する。

ＧＮＳＳ受信部４４は、公知のＧＮＳＳ受信機を用いることができる。ＧＮＳＳ受信部４４はＧＮＳＳクロックとして、例えば１０ＭＨｚのクロックを出力する。

ＧＮＳＳ受信部４４は、従来技術においてはローカル発振器を用いていたのに対し、本実施形態ではＧＮＳＳ搬送波クロックに同期して動作する。従って、送信機１０と受信機２０との間において１ＰＰＳの同期を確保することが可能となる。

タイミング発生部４５は、システムトリガとしてＰＲＩ（繰返し周期）等を生成して出力する。

タイミング発生部４５は、従来技術においては基準クロックとしてＧＮＳＳ受信機によって生成したＧＰＳクロックを使用していたのに対し、本実施形態ではＧＮＳＳ搬送波クロックに同期して動作する。従って、送信機１０と受信機２０との間においてシステムトリガの同期を確保することが可能となる。

以上、送信機１０について説明したが、受信機２０の構成はレーダー信号処理部４７の内部構成と動作及びレーダーアンテナ４６の役割が異なるほかは送信機１０と同様である。

レーダーアンテナ４６は、目標物３２が反射した反射波を受信する。

受信機２０のレーダー信号処理部４７は、タイミング発生部４５が出力するＧＮＳＳクロック及びＧＮＳＳ搬送波クロックからＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガに同期して受信スケジュールを決定する。

図３は、送信機１０のレーダー信号処理部４７の構成を示すブロック図である。図３に示すように、送信機１０のレーダー信号処理部４７は、ＧＮＳＳ搬送波クロック発生器４２から入力したＧＮＳＳ搬送波クロックを分周する分周器５２と、分周器５２が出力した分周クロック、ＧＮＳＳ受信部４４から入力した１ＰＰＳ、及びタイミング発生部４５から入力したシステムトリガから送信信号を生成するＩＦ生成部５１と、分周クロックによってＩＦ生成部５１が生成した送信信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部５３と、ＧＮＳＳ搬送波クロック発生器４２から入力したＧＮＳＳ搬送波クロックに基づいたローカルクロックを発生させるＬＯ周波数発生部５４と、Ｄ／Ａ変換された送信信号とローカルクロックを積算するミキサ５５と、フィルタ５６と、フィルタリングされた送信信号を増幅する増幅素子５７と、を備える。

従って、送信信号を生成するＩＦ生成部５１も、ローカルクロックを発生させるＬＯ周波数発生部５４も、ＧＮＳＳ搬送波クロックに同期して動作する。

図４は、受信機２０のレーダー信号処理部４７の構成を示すブロック図である。図４に示すように、受信機２０のレーダー信号処理部４７は、ＧＮＳＳ搬送波クロック発生器４２から入力したＧＮＳＳ搬送波クロックを分周する分周器６５と、ＧＮＳＳ搬送波クロック発生器４２から入力したＧＮＳＳ搬送波クロックに基づいたローカルクロックを発生させるＬＯ周波数発生部６４と、レーダーアンテナ４６によって受信した反射波をフィルタリングするフィルタ６１と、受信信号を増幅する増幅素子６２と、受信信号とローカルクロックとを積算するミキサ６３と、ミキサ６３が出力する受信信号を分周器６５が出力する分周クロックに基づいてＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部６６と、Ａ／Ｄ変換された受信信号を分周器５２が出力した分周クロック、ＧＮＳＳ受信部４４から入力した１ＰＰＳ、及びタイミング発生部４５から入力したシステムトリガに基づいて処理する受信信号処理部６７と、を備える。

従って、Ａ／Ｄ変換部６６も、受信信号処理部６７もＧＮＳＳ搬送波クロックに同期して動作する。

よって、送信機１０と受信機２０との動作に加えて、レーダー搬送波の周波数成分も含めたコヒーレンシーを確保することが可能となる。

以上のべたように、本実施形態のレーダーシステムは、選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器４２と、このＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部４４と、この１ＰＰＳ、ＧＮＳＳクロック及びＧＮＳＳ搬送波クロックからＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部４５と、ＧＮＳＳ搬送波クロックを発振源としてシステムトリガに同期した送信タイミングによりレーダー搬送波を生成するレーダー信号処理部４７と、を備える送信機１０と、選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器４２と、このＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部４４と、この１ＰＰＳ、ＧＮＳＳクロック及びＧＮＳＳ搬送波クロックからＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部４５と、タイミング発生部４５が出力するＧＮＳＳクロック及びＧＮＳＳ搬送波クロックからＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガに同期して受信スケジュールを決定するレーダー信号処理部４７と、を備える受信機２０と、を備える。

従って、送信機１０と受信機２０とがより高精度に同期動作することが可能となるという効果がある。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

３１：ＧＮＳＳ衛星
４２：ＧＮＳＳ搬送波クロック発生器
４４：ＧＮＳＳ受信部
４７：レーダー信号処理部

Claims

１個の選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器と、前記ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部と、前記１ＰＰＳ、前記ＧＮＳＳクロック及び前記ＧＮＳＳ搬送波クロックから前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部と、前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを発振源として前記システムトリガに同期した送信タイミングによりレーダー搬送波を生成する送信側レーダー信号処理部と、を備える送信機と、
前記選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器と、前記ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部と、前記１ＰＰＳ、前記ＧＮＳＳクロック及び前記ＧＮＳＳ搬送波クロックから前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部と、前記タイミング発生部が出力する前記システムトリガに同期して受信スケジュールを決定する受信側レーダー信号処理部と、を備える受信機と、
を備えるレーダーシステム。
１個の選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器と、前記ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部と、前記１ＰＰＳ、前記ＧＮＳＳクロック及び前記ＧＮＳＳ搬送波クロックから前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部と、前記タイミング発生部が出力する前記システムトリガに同期して受信スケジュールを決定する受信側レーダー信号処理部と、を備える受信機にレーダー搬送波を送信する送信機であって、
前記選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器と、前記ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部と、前記１ＰＰＳ、前記ＧＮＳＳクロック及び前記ＧＮＳＳ搬送波クロックから前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部と、前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを発振源として前記システムトリガに同期した送信タイミングにより前記レーダー搬送波を生成する送信側レーダー信号処理部と、を備える送信機。
１個の選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器と、前記ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部と、前記１ＰＰＳ、前記ＧＮＳＳクロック及び前記ＧＮＳＳ搬送波クロックから前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部と、前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを発振源として前記システムトリガに同期した送信タイミングによりレーダー搬送波を生成する送信側レーダー信号処理部と、を備える送信機が送信する前記レーダー搬送波を受信する受信機であって、
前記選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成して出力するＧＮＳＳ搬送波クロック発生器と、前記ＧＮＳＳ搬送波クロックと同期した１ＰＰＳ及びＧＮＳＳクロックを出力するＧＮＳＳ受信部と、前記１ＰＰＳ、前記ＧＮＳＳクロック及び前記ＧＮＳＳ搬送波クロックから前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成して出力するタイミング発生部と、前記タイミング発生部が出力する前記システムトリガに同期して受信スケジュールを決定する受信側レーダー信号処理部と、を備える受信機。
送信機と受信機とを離して設置するレーダーシステムにおいて、
前記送信機は、
１個の選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成し、
前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成し、
前記システムトリガに同期した送信タイミングによりレーダー搬送波を生成し、
前記受信機は、
前記選択されたＧＮＳＳ衛星から受信した信号からＧＮＳＳ搬送波クロックを生成し、
前記ＧＮＳＳ搬送波クロックを基準クロックとしたシステムトリガを生成し、
前記システムトリガに同期した受信スケジュールを決定するレーダーシステムの送受信方法。