JP6383134B1 - レーダ装置及び電波干渉の回避方法 - Google Patents

Abstract

本実施形態のレーダ装置は、電波干渉判定部と、選択部と、送信部とを含む信号処理装置を備えた構成である。前記電波干渉判定部は、アンテナを介して受信した電波信号に基づいて、電波干渉の有無を判定する。前記選択部は、前記電波干渉判定部により電波干渉が有ると判定された場合に、電波干渉の回避機能を有する無線通信装置の前記回避機能に基づいて、予め定義されたパルスパターンを選択する。前記送信部は、前記選択手段により選択されたパルスパターンに応じた電波信号を前記アンテナから送信する。

Description

本発明の実施形態は、レーダ装置及び電波干渉の回避方法に関する。

近年、無線LAN等の無線通信装置は、大容量通信等を目的に使用周波数の高周波化が推進されている。このため、無線通信装置と気象レーダ等のレーダ装置との間で、両者の使用周波数帯域が重なることにより、電波干渉が発生する可能性が高くなっている。

従来では、例えば５ＧＨｚの周波数帯域を使用する無線LANの場合、当該周波数帯域は気象レーダ等のレーダ装置においても使用されているため、電波干渉が発生する可能性がある。このような電波干渉を回避する対策として、例えば、無線LANのアクセスポイントには、一般的にＤＦＳ（Dynamic Frequency Selection:動的周波数選択）と呼ばれる電波干渉の回避機能が搭載されている。

特開２０１２−１２００３３号公報 特開２００７−２７４６５９号公報 特開２００１−２８５３０１号公報

電波干渉を回避する対策として、例えば、無線LANのアクセスポイントにはＤＦＳ機能が搭載されている。このＤＦＳ機能は、アクセスポイントが受信した信号の中に、予め定義されたレーダ装置のパルスパターンが含まれているか否かを判定する。当該パルスパターンは、パルス幅、パルス繰り返し周波数（パルス繰り返し間隔）、パルス数等のパラメータにより定義されている。ＤＦＳ機能は、当該パルスパターンが含まれていると判定した場合（検知した場合）には、他の周波数のチャネルに変更することで、レーダ装置の送信パルス信号との干渉を回避する。但し、ＤＦＳ機能は、レーダ装置のパルスパターンを検知した場合に、当該周波数のチャネルの使用を一定時間（例えば３０分間）だけ中断する。一定時間が経過した後には、そのチャネルが再使用され、電波干渉が発生してしまう可能性がある。また、無線LANアクセスポイントのＤＦＳ機能が何らかの原因で有効にならず、その結果電波干渉が発生する可能性がある。

そこで、電波干渉の回避機能を有する無線通信装置との電波干渉の回避を実行できるレーダ装置を実現するという課題がある。

本実施形態のレーダ装置は、電波干渉判定手段と、選択手段と、送信手段とを備えた構成である。前記電波干渉判定手段は、アンテナを介して受信した電波信号に基づいて、電波干渉の有無を判定する。前記選択手段は、前記電波干渉判定手段により電波干渉が有ると判定された場合に、電波干渉の回避機能を有する無線通信装置の前記回避機能に基づいて、レーダの運用上の送信処理のパルスパターンとは別に定義された所定のパルスパターンを選択する。前記送信手段は、前記選択手段により選択されたパルスパターンに応じた電波信号を前記アンテナから送信する。

図１は、実施形態に関するレーダ装置の構成を説明するためのブロック図である。 図２は、実施形態に関するパルスパターンテーブルの一例を示す図である。 図３は、実施形態に関する電波干渉の対策用テーブルの一例を示す図である。 図４は、実施形態に関するレーダ装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図５は、実施形態の変形例を説明するためのブロック図である。

実施形態

以下図面を参照して、実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に関するレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、レーダ装置１は、アンテナユニット１０と、送受信切替部１１と、送信機１２と、受信機１３と、信号処理装置１４と、データ処理装置１９とを有する。アンテナユニット１０は、例えば、パラボラアンテナ（parabolic antenna）装置、または複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナ（array antenna）装置等である。送受信切替部１１は、レーダ信号の送受信処理を切り替え、送信機１２からの送信パルスをアンテナユニット１０に転送し、またはアンテナユニット１０により受信された電波信号を受信機１３に転送する。

送信機１２は、信号処理装置１４から出力されるパルスパターンに応じた送信パルス（レーダ信号）を生成してアンテナユニット１０に出力する。ここで、本実施形態の信号処理装置１４は、通常のレーダ運用上の通常動作（検出、観測、測距）に必要なパルスパターン（便宜的に運用パルスパターンと表記する場合がある）以外に、後述するように、本実施形態の電波干渉の回避機能に関するパルスパターンを送信機１２に出力する。

受信機１３は、アンテナユニット１０により受信された電波信号をデジタル処理し、処理後の受信信号を信号処理装置１４に出力する。受信信号は、送信したレーダ信号のエコー信号だけでなく、後述するように、無線LAN等の無線通信装置から送信された電波信号を含む。

信号処理装置１４は、送信時に前記運用パルスパターンを送信機１２に出力し、受信時に受信機１３から出力される受信信号を処理する運用パルス処理部１５を有する。即ち、運用パルス処理部１５は、通常のレーダ運用上の通常動作（検出、観測、測距）に必要な送受信信号を処理する。本実施形態では、データ処理装置１９は、運用パルス処理部１５による送受信処理に基づいて、レーダ運用上の通常動作（検出、観測、測距）に必要なデータ処理を実行する。なお、本実施形態では、運用パルス処理部１５の構成及び動作、並びにレーダ運用上の通常動作（検出、観測、測距）に関する送受信処理については説明を省略する。また、レーダ運用上の通常動作に関する送受信処理と区別して、便宜的に電波干渉の回避機能上の送受信処理と表記する場合がある。

本実施形態の信号処理装置１４は、電波干渉の回避機能を実現するための構成要素として、パルスパターン選択部１６、テーブル１７、及び電波干渉判断部１８を有する。パルスパターン選択部１６は、予め定義された複数のパルスパターンから選択したパルスパターンを送信機１２に出力する。これらのパルスパターンは、レーダ運用上の通常動作（検出、観測、測距）で使用される運用パルスパターンとは別に定義されたものである。複数のパルスパターンは、テーブル１７に含まれるパルスパターンテーブル１７０から選択される。テーブル１７は、パルスパターンテーブル１７０及び電波干渉の対策用テーブル１７１を含む。

図２は、パルスパターンテーブル１７０の一例を示す図である。図２に示すように、パルスパターンテーブル１７０は、例えば国の法律や規格等に基づいて、例えば、気象レーダ用に定義された複数のタイプ（便宜的に、Ｔ１，Ｔ２の２種類とする）のパルスパターンを有する。タイプＴ１，Ｔ２はそれぞれ、パルス幅（PW1,PW2）、パルス繰り返し周波数（PRF1,PRF2）、パルス数（PN1,PN2）、周波数掃引幅（FW1,FW2）等のパラメータにより規定されるパルスパターンである。なお、パルスパターンテーブル１７０には、例えば国の法律や規格等の変更に応じて、オンラインまたはオフラインの方法により新規なタイプのパルスパターンを追加し、または既存のパルスパターンを変更するなどの更新を行うことができる。

図３は、電波干渉の対策用テーブル１７１の一例を示す図である。図３に示すように、対策用テーブル１７１は、後述するように、電波干渉の回避機能上の受信処理時において、アンテナの仰角及び方位角毎に、電波干渉の有無及び有効パルスパターンを示すタイプＴ１，Ｔ２を記録するためのテーブルである。

図１に戻って、電波干渉判断部１８は、電波干渉の回避機能上の送受信処理の受信時に、後述するように、無線通信装置との電波干渉の有無を判定する。本実施形態は、無線通信装置として、例えば、ＤＦＳ機能を有する無線LANのアクセスポイントを想定している。電波干渉判断部１８は、電波干渉の回避機能上の受信処理時に、アンテナにより受信された電波信号に基づいて、アンテナにより受信された電波信号の受信レベルの距離方向（時間方向）の変動が既定の範囲以内（自然現象では起こりえないほど一定）である場合には、当該電波信号を送信した無線通信装置等との電波干渉が有ると判定する。あるいは、複数の送信パルスにおける同一距離の受信レベルの変動が既定の範囲を超える（自然現象では起こりえない二値的な変化）場合には、当該電波信号を送信した無線通信装置等との電波干渉が有ると判定する。
［レーダ装置の動作］
図４は、レーダ装置１の動作を説明するためのフローチャートである。ここで、前述したように、本実施形態では、運用パルス処理部１５による、レーダ運用上の通常動作（検出、観測、測距）については説明を省略する。本実施形態では、信号処理装置１４は、レーダ運用上の通常動作時の送受信処理とは別に、電波干渉の回避機能上の送受信処理を実行する。

図４に示すように、信号処理装置１４は、電波干渉の回避機能上の受信処理を実行する（ステップＳ１）。レーダ装置１では、受信機１３は、アンテナユニット１０により受信された電波信号をデジタル処理した後の受信信号を信号処理装置１４に出力する。受信信号には、無線LAN等の無線通信装置から送信された電波信号も含まれる。

信号処理装置１４では、電波干渉判断部１８は、電波干渉の回避機能上の受信処理時に、無線LAN等の無線通信装置との電波干渉の有無を判定する判断処理を実行する（ステップＳ２）。判断処理は気象エコーと無線通信信号の違いに着目することで可能となる。具体的な判定方法としては、例えば、電波干渉判断部１８は、受信時のアンテナの仰角及び方位角毎に、アンテナにより受信された電波信号の受信レベルの距離方向（時間方向）の変動が既定の範囲以内（自然現象では起こりえないほど一定）である場合には、電波干渉が有ると判定する。あるいは、複数の送信パルスにおける同一距離の受信レベルの変動が既定の範囲を超える（自然現象では起こりえない二値的な変化）場合には、干渉が有ると判定するなどの手段が考えられる。

図３に示すように、電波干渉判断部１８は、電波干渉の判定結果に基づいて、電波干渉の対策用テーブル１７１に対して、仰角及び方位角毎に電波干渉の有無を設定する。ここで、電波干渉判断部１８により電波干渉が有ると判定されて、対策用テーブル１７１に設定された場合には、信号処理装置１４は、電波干渉の回避機能上の送信処理に移行する（ステップＳ３のＹＥＳ）。なお、ここでは、信号処理装置１４は、電波干渉判断部１８によりアンテナの仰角毎に全方位角に対する電波干渉の有無が判定された後に送信処理に移行しても良いし、方位角毎に電波干渉の有無が判定された直後に送信処理に移行しても良い。

電波干渉の回避機能上の送信処理において、パルスパターン選択部１６は、パルスパターンテーブル１７０から、例えばタイプＴ１のパルスパターンを選択する（ステップＳ４）。この場合、パルスパターン選択部１６は、パルスパターンテーブル１７０から順番に選択しても良いし、例えば運用パルスパターンのパラメータに近似するタイプのパルスパターンから選択してもよい。

パルスパターン選択部１６は、例えばタイプＴ１のパルスパターンを選択して、送信機１２に出力する。レーダ装置１は、送信機１２がタイプＴ１のパルスパターンに応じた送信パルスを生成してアンテナユニット１０に出力する。これにより、レーダ装置１は、アンテナユニット１０から送信パルスに応じた電波信号を送信する送信処理を実行する（ステップＳ５）。

この送信処理後に、信号処理装置１４は、電波干渉の回避機能上の受信処理を実行する（ステップＳ６）。電波干渉判断部１８は、前述と同様に電波干渉の有無を判定する判断処理を実行する（ステップＳ７）。電波干渉判断部１８は、電波干渉が無いと判定した場合には、図３に示すように、対策用テーブル１７１の「有効」の項目において、送信したタイプＴ１のパルスパターンが有効パルスパターンであることを示す情報（ここではＴ１とする）を設定する（ステップＳ８のＮＯ，Ｓ９）。即ち、図３に示すように、対策用テーブル１７１には、受信時のアンテナの仰角及び方位角毎に、有効パルスパターンであることを示す情報が設定される。

ここで、有効パルスパターンとは、無線通信装置として、例えば無線LANのアクセスポイントのＤＦＳ機能により検知されて、ＤＦＳ機能による電波干渉の回避処理の対象となるパルスパターンである。換言すれば、無線LANのアクセスポイントは、ＤＦＳ機能により、タイプＴ１のパルスパターンに応じた電波信号を検知し、電波干渉が有ると判定された電波信号の送信停止や、チャネル切り替えにより電波信号の周波数を変更する。

即ち、無線LANのアクセスポイントは、有効パルスパターンを検知することで、結果としてレーダ装置１の存在を認識し、電波干渉を回避できる。本実施形態の信号処理装置１４は、電波干渉が有ると判定された場合等に、対策用テーブル１７１に設定された有効パルスパターン（ここではタイプＴ１）に応じた電波干渉の回避機能上の送信処理を実行する。これにより、無線LANのアクセスポイントにおいて、ＤＦＳ機能により電波干渉の回避処理を確実に実行させて、電波干渉を確実に回避できる可能性が高くなる。

なお、当然ながら、信号処理装置１４は、電波干渉判断部１８が電波干渉を「有り」と判定した場合には（ステップＳ８のＹＥＳ）、ステップＳ４からの処理を繰り返す。即ち、パルスパターン選択部１６は、パルスパターンテーブル１７０から、例えばタイプＴ２のパルスパターンを選択して送信機１２に出力する。以下、同様にして、電波干渉判断部１８は、電波干渉が無いと判定した場合には、対策用テーブル１７１の「有効」の項目において、送信したタイプＴ２のパルスパターンが有効パルスパターンであることを示す情報（ここではＴ２とする）を設定する（ステップＳ８のＮＯ，Ｓ９）。

以上のように本実施形態によれば、電波干渉の回避機能上の受信処理時に、電波干渉判断部１８により電波干渉の有無を判定する。この判定結果として電波干渉が有る場合には、予め定義されたパルスパターンを送信する電波干渉の回避機能上の送信処理を実行する。これにより、例えばＤＦＳ機能を有する無線LANのアクセスポイントが、ＤＦＳ機能により当該パルスパターンを検知できれば、結果としてレーダ装置１の存在を認識し、電波干渉を回避することができる。

さらに、電波干渉の回避機能上の送信処理時に送信したパルスパターンが電波干渉の回避機能上において有効と判定された場合には、有効パルスパターンとして設定できる。従って、本実施形態のレーダ装置１は、当該有効パルスパターンを送信することにより、結果として電波干渉の回避機能を確実に実現できる。この場合、レーダ装置１は、図３に示すように、仰角及び方位角毎に、当該有効パルスパターンを定期的に送信することにより、電波干渉の回避機能を効果的に発揮できる。
［変形例］
図５は、本実施形態に変形例に関するレーダ装置１の構成を示すブロック図である。図５に示すように、本変形例のレーダ装置１では、信号処理装置１４は、電波干渉の回避機能を実現するための構成要素として、パルスパターン選択部１６及びテーブル１７を有し、本実施形態に関する電波干渉判断部１８を省略した構成である。なお、これ以外の構成は、図1に示す本実施形態のレーダ装置１の構成と同様であるため、説明を省略する。

以下、本変形例のレーダ装置１の動作を説明する。なお、本変形例は、テーブル１７に含まれるパルスパターンテーブル１７０を使用し、対策用テーブル１７１については省略しても良い。また、本実施形態と同様に、運用パルス処理部１５の構成及び動作、並びにレーダ運用上の通常動作（検出、観測、測距）に関する送受信処理については説明を省略する。

本変形例のレーダ装置１は、電波干渉の回避機能上の送信処理を実行することにより、結果として、無線LANのアクセスポイント等の無線通信装置との電波干渉を回避できる可能性を高くすることにある。具体的には、電波干渉の回避機能上の送信処理時に、パルスパターン選択部１６は、パルスパターンテーブル１７０から、例えばタイプＴ１のパルスパターンを選択して送信機１２に出力する。送信機１２は、タイプＴ１のパルスパターンに応じた送信パルスを生成してアンテナユニット１０に出力する。即ち、レーダ装置１は、アンテナユニット１０から送信パルスに応じた電波信号を送信する送信処理を実行する。

ここで、無線通信装置として、例えばＤＦＳ機能を有する無線LANのアクセスポイントは、ＤＦＳ機能により、レーダ装置１からの電波信号を受信して、当該タイプＴ１のパルスパターンを検知することが可能である。無線LANのアクセスポイントは、当該タイプＴ１のパルスパターンを検知した場合には、レーダ装置１の存在を認識し、電波干渉を回避する処理を実行する。

なお、本実施形態のレーダ装置１は、電波干渉の回避機能上の送信処理時に、パルスパターン選択部１６は、パルスパターンテーブル１７０からパルスパターンを選択する際に、例えば、所定の期間毎にタイプＴ１とＴ２の各パルスパターンを交互に選択してもよい。

以上のように本変形例によれば、電波干渉の回避機能上の送信処理を実行することにより、例えばＤＦＳ機能を有する無線LANのアクセスポイントは、ＤＦＳ機能により当該パルスパターンを検知して、電波干渉を回避する処理を実行することが可能である。従って、ＤＦＳ機能を有するアクセスポイントにより、本実施形態のレーダ装置１の存在が認識されるため、結果として電波干渉の回避機能が有効に実行される可能性が高くなる。

なお、本実施形態及び変形例において、無線通信装置として例えば無線LANのアクセスポイントを取り上げたが、これに限ることなく、レーダ装置との電波干渉が発生する可能性のある各種の無線通信装置にも適用できる。また、電波干渉の回避機能としてＤＦＳ機能を取り上げたが、これに限ることなく、レーダ装置の電波信号を検知し、その周波数の利用を停止する機能を有するものであれば、他の方式でもよい。

本発明の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。これら新規な実施形態は、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。

Claims (14)

1. アンテナを介して受信した電波信号に基づいて、電波干渉の有無を判定する電波干渉判定手段と、
   前記電波干渉判定手段により電波干渉が有ると判定された場合に、電波干渉の回避機能を有する無線通信装置の前記回避機能に基づいて、レーダの運用上の送信処理のパルスパターンとは別に定義された所定のパルスパターンを選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択されたパルスパターンに応じた電波信号を前記アンテナから送信する送信手段と
   を具備するレーダ装置。
2. 前記送信手段により送信されたパルスパターンに応じた電波信号を送信後に、前記電波干渉判定手段により電波干渉が無いと判定された場合に、前記パルスパターンを電波干渉の回避機能上の有効パルスパターンとして設定する設定手段を有する、請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記送信手段は、前記有効パルスパターンに応じた電波信号を定期的に送信する手段を含む、請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記電波干渉判定手段は、受信時の前記アンテナの仰角及び方位角毎に電波干渉の有無を判定する、請求項１に記載のレーダ装置。
5. 前記送信手段は、前記電波干渉判定手段により電波干渉が有ると判定された仰角及び方位角に、前記選択手段により選択されたパルスパターンに応じた電波信号を前記アンテナから送信する、請求項４に記載のレーダ装置。
6. 前記選択手段は、前記電波干渉判定手段により電波干渉が無いと判定されるまで、レーダの運用上の送信処理のパルスパターンとは別に定義された所定のパルスパターンを変更して前記送信手段に出力する、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
7. レーダの運用上の送信処理のパルスパターンとは別に定義された所定のパルスパターンを更新する手段を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーダ装置。
8. 前記電波干渉判定手段は、受信時の前記アンテナの仰角及び方位角毎に電波干渉の有無を判定し、
   前記設定手段は、前記有効パルスパターンを前記アンテナの仰角及び方位角毎に設定する、請求項２に記載のレーダ装置。
9. 前記送信手段は、前記アンテナの仰角及び方位角毎に、前記有効パルスパターンに応じた電波信号を定期的に送信する手段を含む、請求項８に記載のレーダ装置。
10. 前記電波干渉判定手段は、電波干渉の回避機能上の受信処理時に、アンテナを介して受信した電波信号の受信レベルを検出し、当該受信レベルの距離方向又は時間方向の変動範囲に基づいて電波干渉の有無を判定する、請求項１から９のいずれか１項に記載のレーダ装置。
11. 電波干渉の回避機能上の送信処理時に、レーダの運用上の送信処理のパルスパターンとは別に定義された所定のパルスパターンを選択する選択手段と、
    前記選択手段により選択されたパルスパターンに応じた電波信号をアンテナから送信する送信手段と
    を具備するレーダ装置。
12. 電波干渉の回避機能上の送信処理時に、前記選択手段は、レーダの運用上の送信処理のパルスパターンとは別に定義された所定の複数のパルスパターンから順次又は任意に選択し、
    前記送信手段は、前記選択手段により選択されたパルスパターンに応じた電波信号を前記アンテナから送信する、請求項１１に記載のレーダ装置。
13. レーダ装置に適用する電波干渉の回避方法であって、
    アンテナを介して受信した電波信号に基づいて、電波干渉の有無を判定する処理と、
    前記電波干渉が有ると判定された場合に、電波干渉の回避機能を有する無線通信装置の前記回避機能に基づいて、レーダの運用上の送信処理のパルスパターンとは別に定義された所定のパルスパターンを選択する処理と、
    選択されたパルスパターンに応じた電波信号を前記アンテナから送信する処理と
    を実行する、電波干渉の回避方法。
14. 前記送信する処理による送信後に、前記電波干渉の有無を判定する処理により電波干渉が無いと判定された場合に、送信した前記パルスパターンを電波干渉の回避機能上の有効パルスパターンとして設定する処理を有する、請求項１３に記載の電波干渉の回避方法。

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