JP7000511B1 - レーダ装置および電波干渉低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 他のレーダ装置との干渉を低減するレーダ装置および電波干渉低減方法を提供すること。【解決手段】 実施形態によれば、レーダ装置は、レーダのパルス幅と繰り返し周期とが定められたパルスパターンにしたがって、レーダのパルスを発射する送信機と、パルスパターンの開始タイミングが、レーダ装置とは別のレーダ装置のパルスパターンの開始タイミングと異なるように送信機を制御する制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、レーダ装置および干渉低減方法に関する。

近年、通信装置の広帯域化、高周波数化により（ＧＨｚ）帯において通信設備の周波数需要が高まり、従来から（ＧＨｚ）帯を使用していたレーダ装置の周波数利用効率を高めることが必要となっている。周波数利用効率を高めるためには、各レーダ装置の必要周波数帯幅を狭帯域化する方法が考えられるが、行き過ぎた狭帯域化は性能低下をもたらしてしまう。また、符号化等により同一周波数を複数レーダで使用することも考えられるが、十分な分離度を得られないことからあまり実用化はされていない。

周波数利用効率を高めるもう１つの方法として、干渉波を除去する機能を有効にすることにより、ある程度の電波干渉を許容することが考えられる。通常、送信と受信を同一のアンテナで行うモノスタティックレーダの場合、送信中は受信系統に送信波が漏れ込み受信できないため、送信時間は全体の１０％以下であることが多い。また、アンテナが回転するレーダの場合、与干渉局あるいは被干渉局あるいはその両方のレーダのアンテナが相手方向を指向した時間のみ電波干渉が発生するのが普通である。したがって、レーダの運用中の非常に短い時間（数％以下）のみが干渉の影響を受けることから、干渉を受けている時間を確実に検出し、その時間の受信信号を無効値化することにより、本来の反射エコーの検出性能の劣化を最小限にすることができる。

特開２０１１－５３０３４号公報

レーダ装置には干渉波除去機能が搭載されていることが多いが、干渉波除去を目的としてパルスパターン（パルス幅、およびパルス繰り返し周期（以下、「ＰＲＩ」と称する））が選択されることはなく、干渉除去性能が発揮されるかどうかは偶然に依存するところが大きい。干渉波除去処理は、ターゲットからの反射波と干渉波を分離して干渉波のみを取り除くことは難しく、通常は干渉波と一緒にターゲットからの反射波も除去することになる。２台のレーダのパルスパターン（パルス幅およびＰＲＩ）が同じまたは近い値だと、同じまたは近い距離の測定データに集中して干渉波が混入することになり、特定距離のターゲットのエコーが干渉波と一緒に除去され、データが得られないあるいは著しく精度が低下するという問題が生じる。

本発明が解決しようとする課題は、別のレーダ装置との干渉を低減するレーダ装置および電波干渉低減方法を提供することである。

実施形態のレーダ装置は、レーダのパルス幅と繰り返し周期とが定められたパルスパターンにしたがって、レーダのパルスを発射する送信機と、パルスパターンの開始タイミングが、レーダ装置とは別のレーダ装置のパルスパターンの開始タイミングと異なるように送信機を制御する制御部とを備え、制御部は、別のレーダ装置の複数のパルスパターンにそれぞれ対応する複数のパルスパターンを有し、別のレーダ装置のパルスパターンに対して、対応するパルスパターンは、繰り返し周期が所定量異なり、制御部は、対応する複数のパルスパターンの中から、別のレーダ装置によって使用中であるパルスパターンに対応するパルスパターンを、送信機を制御するためのパルスパターンとして選択する。

図１は、第１の実施形態の電波干渉低減方法が適用されたレーダ装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態におけるレーダのパルスの開始タイミングを説明するための概念図である。 図３は、第２の実施形態におけるレーダのパルスの開始タイミングを説明するための概念図である。 図４は、第３の実施形態の電波干渉低減方法を実現するための３つのレーダ装置の複数のパルスパターンのセットの例を示す図である。 図５は、第４の実施形態の電波干渉低減方法を実現するための３つのレーダ装置の複数のパルスパターンのシーケンスの例を示す図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の電波干渉低減方法が適用されたレーダ装置について図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態の電波干渉低減方法が適用されたレーダ装置の構成例を示すブロック図である。

本実施形態のレーダ装置１０は、一例として、パルス圧縮レーダとすることができる。そして、限定される訳ではないが、例えば気象観測用レーダに適用され、図１に例示するように、空中線１２、送受切替部１４、送信機１６、受信機１８、信号処理部２０、および制御部２２を備えている。

空中線１２は例えばパラボラアンテナであり、送信機１６からのレーダのパルスを発射し、このレーダが、検出対象（例えば、気象観測用レーダの場合、雨や雪）に反射して得られる受信波（反射エコー）を受信し、この受信信号を、受信機１８に出力する。受信波の中には、他のレーダ装置である与干渉局レーダからの干渉波も含まれる。

送信機１６は、制御部２２による制御にしたがって、レーダのパルスを発射する。

制御部２２は、送信機１６がレーダのパルスを発射するタイミングを制御する。本実施形態では、制御部２２は、開始タイミングが、他のレーダ装置の開始タイミングと異なるようなパルスパターンで送信機１６を制御する。パルスパターンとは、レーダのパルス幅と、パルス繰り返し周期との組合せを含む。

パルス圧縮レーダでは、従来の電子管型から、固体化レーダに移行されることに伴い、送信機１６は、低い送信電力で、パルス内変調を加えた長いパルスを送信する。このため、干渉時間も長く、同じ距離に集中して干渉波が混入する確率も高くなる。特に２台以上のレーダ装置のパルスパターン（パルス幅およびＰＲＩ）が、同一又は近い値の場合、この傾向は強くなり、データ欠測あるいは精度劣化を引き起こす。

図２は、第１の実施形態におけるレーダのパルスの開始タイミングを説明するための概念図である。

上段に示すパターンＡ、下段に示すパターンＢともに、横軸は時間を、縦軸はレーダの送信電力を示し、パターンＡは、与干渉局レーダである他のレーダ装置のレーダのパルス繰り返しを示し、パターンＢは、本レーダ装置１０のレーダのパルス繰り返しを示している。他のレーダ装置および本レーダ装置１０ともに、幅Ｗのパルスを、繰り返し周期ＰＲＩで繰り返し発射する。すなわち、他のレーダ装置および本レーダ装置１０は、同じパルスパターンでレーダを発射する。

送信機１６は、図２の下段に示すようなパルスパターンで、レーダのパルスを発射するように制御部２２によって制御される。

送受切替部１４は、送信機１６による電波の送信、または受信機１８による電波の受信を切り替える。

受信機１８は、受信信号を、信号処理部２０へ出力する。

信号処理部２０は、受信機１８による受信時に、パルス圧縮と呼ばれる相関処理により、送信機１６が送信した変調と同一の反射波を積み上げる。それによって、信号処理部２０は、様々な気象情報を取得する。例えば、送信機１６からレーダのパルスを発射してから、受信機１８に受信波が戻って来るまでの時間から、雨や雪までの距離を測定する。また、雨や雪の粒が大きいほど受信波の強度は大きくなることから、雨や雪の粒の大きさを測定する。また、雨や雪の粒の動きにより受信波の周波数が変化するので、雨や雪の動きを測定する。

以上説明したように、第１の実施形態の電波干渉低減方法が適用されたレーダ装置によれば、レーダのパルスの開始タイミングが、他のレーダ装置からのパルスの開始タイミングとは異なるので、干渉波を距離方向（時間方向）に分散させ、干渉を低減することが可能となる。

なお、干渉波の混入割合を、例えば５％以下のように定量的に制御するためには、干渉が予想される２つ以上のレーダ装置のパルス幅ＷやＰＲＩを元に、全観測距離の干渉割合を算出し、同一距離の測定データに５％以上の割合で干渉波が混入しないような開始タイミングＴｂを求め、この開始タイミングＴｂにしたがって、送信機１６からレーダのパルスを発射するようにすれば良い。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の電波干渉低減方法が適用されたレーダ装置について説明する。

第２の実施形態の電波干渉低減方法が適用されたレーダ装置は、与干渉局である他のレーダ装置とは異なるパルスパターンでレーダを発射する点が、第１の実施形態と異なる。したがって、以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については、重複説明を避け、第１の実施形態と異なる構成について説明する。

図３は、第２の実施形態におけるレーダのパルスの開始タイミングを説明するための概念図である。

レーダ装置１０が、与干渉局である他のレーダ装置と異なるパルスパターンでレーダを発射する一例として、ここでは、パルス幅Ｗは同じであるが、異なるＰＲＩを使用する場合を説明する。

上段に示すパターンＡ、下段に示すパターンＢも、図２と同様に、横軸は時間を、縦軸はレーダの送信電力を示し、パターンＡは、与干渉局レーダである他のレーダ装置のレーダのパルス繰り返しを示し、パターンＢは、本レーダ装置１０のレーダのパルス繰り返しを示している。

パターンＡおよびパターンＢに示すように、他のレーダ装置および本レーダ装置１０ともに、同じパルス幅Ｗのパルスを発射する。しかしながら、繰り返し周期ＰＲＩは、他のレーダ装置がＰＲＩａである一方、本レーダ装置１０は、ＰＲＩａよりも長いＰＲＩｂである。

制御部２２は、パターンＢに示すようなタイミングでパルスを発射するように、送信機１６を制御する。

これによって、本レーダ装置１０からレーダのパルスが発射されるタイミングは、時間の経過とともに、他のレーダ装置からレーダのパルスが発射されるタイミングからずれて行く。

このような構成によっても、他のレーダ装置と同じタイミングで発射されるビームの量を減らすことができ、もって、干渉を低減することが可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の電波干渉低減方法が適用されたレーダ装置について説明する。

本実施形態におけるレーダ装置は、例えば気象観測用レーダのように、レーダの運用で設定される、複数のパルスパターンをそれぞれ有する複数のレーダ装置のうちの１つであることを想定している。

そして、これら複数のレーダ装置はそれぞれ、他のレーダ装置との干渉を低減するために、パルス幅ＷおよびＰＲＩともに固有の値を用いる。

このようなレーダ装置の構成もまた、図１に示す通りであるので、以下では、重複説明を避け、本実施形態で特有の構成について説明する。

図４は、第３の実施形態の電波干渉低減方法を実現するための３つのレーダ装置の複数のパルスパターンのセットの例を示す図である。

図４では、レーダ装置１０（＃１）、（＃２）、（＃３）のおのおのは、固有のパルス幅ＷおよびＰＲＩからなる３つのパルスパターンを有している。

レーダ装置は、たとえば３００～４００ｋｍ先までのように長い探知距離の場合、長いパルス幅Ｗでレーダを発射する必要があり、これに応じて、ＰＲＩも長くなる。一方、探知距離が短くなると、パルス幅Ｗも短くなり、同様に、ＰＲＩも短くなる。レーダ装置１０（＃１）、（＃２）、（＃３）は、探知距離の長さに応じて、３つのパルスパターンのうちの何れかを使用する。

さらに、これら複数のレーダ装置１０（＃１）、（＃２）、（＃３）はそれぞれ、他のレーダ装置との干渉を低減するために、パルス幅ＷおよびＰＲＩともに、他のレーダ装置のものとは異なる値を用いる。これを、同時に発せられるパルスの幅およびＰＲＩを所定の微小量ずらすことによって実現している。

例えば、短い探索距離用としては、図４に示すように、レーダ装置１０（＃１）のパルス幅Ｗ＝３２μｓ、ＰＲＩ＝３２０μｓとし、レーダ装置（＃２）のパルス幅ＷおよびＰＲＩを、レーダ装置（＃１）のものよりも２０μｓ短いパルス幅Ｗ＝３０μｓ、ＰＲＩ＝３００μｓとし、レーダ装置（＃３）のパルス幅ＷおよびＰＲＩを、レーダ装置（＃１）のものよりも２０μｓ長いパルス幅Ｗ＝３４μｓ、ＰＲＩ＝３４０μｓとする。

このようにして、長い探索距離用、中程度の探索距離用に対しても同様に、レーダ装置１０（＃１）のパルス幅ＷおよびＰＲＩを基準として、それぞれパルスの幅およびＰＲＩを所定の微小量ずらすことによって、図４に示すようなパルスパターンのセットが決定される。

制御部２２は、このように決定されたパルスパターンにしたがって、レーダのパルスを発射するように送信機１６を制御する。

複数のレーダ装置１０（＃１）、（＃２）、（＃３）がおのおの、図４に例示するように固有のパルスパターンにしたがってレーダのパルスを発射することによって、各レーダ装置１０から発射されるレーダは、パルス幅Ｗがおのおの異なることに加えて、パルスが発射されるタイミングも、時間の経過とともに、徐々に互いにずれて行くので、他のレーダ装置と同じタイミングで発射されるビームの量を減らすことができ、もって、干渉を低減することが可能となる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の電波干渉低減方法が適用されたレーダ装置について説明する。

本実施形態におけるレーダ装置も、第３の実施形態と同様に、例えば気象観測用レーダのように、レーダの運用で設定される複数のパルスパターンをそれぞれ有する複数のレーダ装置のうちの１つであることを想定している。

したがって、以下の説明では、第３の実施形態と同様の構成については、重複説明を避け、第３の実施形態と異なる構成について説明する。

図５は、第４の実施形態の電波干渉低減方法を実現するための３つのレーダ装置の複数のパルスパターンのシーケンスの例を示す図である。

図５に示すレーダ装置１０（＃１）、（＃２）、（＃３）はともに、パルス幅Ｗ＝３２μｓ、ＰＲＩ＝３２０μｓのパルスパターンと、パルス幅Ｗ＝６４μｓ、ＰＲＩ＝６４０μｓのパルスパターンと、パルス幅Ｗ＝９６μｓ、ＰＲＩ＝９６０μｓのパルスパターンとを有している。

このように、各レーダ装置１０（＃１）、（＃２）、（＃３）は、いずれも同一の３つのパルスパターンを有している。しかしながら、これら複数のレーダ装置１０（＃１）、（＃２）、（＃３）は、同一時間帯において異なるパルスパターンが選択されるように、各パルスパターンを、所定周期（例えば、以下に説明するように、１分）で、所定順序にしたがって切り換えるようなシーケンスで動作する。

具体例を、図５を参照しながら説明する。図５に示すように、動作周期開始から１分までは、レーダ装置１０（＃１）は、パルス幅Ｗ＝３２μｓ、ＰＲＩ＝３２０μｓのパルスパターンで、レーダ装置１０（＃２）は、パルス幅Ｗ＝９６μｓ、ＰＲＩ＝９６０μｓのパルスパターンで、レーダ装置１０（＃３）は、パルス幅Ｗ＝６４μｓ、ＰＲＩ＝６４０μｓのパルスパターンでレーダのパルスを発射する。

次に、動作周期開始後１分から２分までは、レーダ装置１０（＃１）は、パルス幅Ｗ＝６４μｓ、ＰＲＩ＝６４０μｓのパルスパターンで、レーダ装置１０（＃２）は、パルス幅Ｗ＝３２μｓ、ＰＲＩ＝３２０μｓのパルスパターンで、レーダ装置１０（＃３）は、パルス幅Ｗ＝９６μｓ、ＰＲＩ＝９６０μｓのパルスパターンでレーダのパルスを発射する。

次に、動作周期開始後２分から３分までは、レーダ装置１０（＃１）は、パルス幅Ｗ＝９６μｓ、ＰＲＩ＝９６０μｓのパルスパターンで、レーダ装置１０（＃２）は、パルス幅Ｗ＝６４μｓ、ＰＲＩ＝６４０μｓのパルスパターンで、レーダ装置１０（＃３）は、パルス幅Ｗ＝３２μｓ、ＰＲＩ＝３２０μｓのパルスパターンでレーダのパルスを発射する。

以降は、上述したようなシーケンスを繰り返す。

ＰＲＩ長さに対するパルス幅Ｗの比であるデューティ比が５％の場合、５％の時間干渉する。ＰＲＩが同じ場合、５％の距離では１００発のうち１００発のパルスが干渉し、９５％の距離では１００発のうち１発も干渉しないことになる。これを全ての距離で５発だけ干渉するように干渉波の入る距離を分散させることによって、干渉波の混入割合を、５％に制御することができるようになる。

以上説明したように、本発明によれば、他のレーダ装置との干渉を低減するレーダ装置および電波干渉低減方法を提供することができる。

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。

１０・・レーダ装置、１２・・空中線、１４・・送受切替部、１６・・送信機、１８・・受信機、２０・・信号処理部、２２・・制御部

Claims (4)

1. レーダ装置であって、
   レーダのパルス幅と繰り返し周期とが定められたパルスパターンにしたがって、レーダのパルスを発射する送信機と、
   前記パルスパターンの開始タイミングが、前記レーダ装置とは別のレーダ装置のパルスパターンの開始タイミングと異なるように前記送信機を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記別のレーダ装置の複数のパルスパターンにそれぞれ対応する複数のパルスパターンを有し、
   前記別のレーダ装置のパルスパターンに対して、前記対応するパルスパターンは、前記繰り返し周期が所定量異なり、
   前記制御部は、前記対応する複数のパルスパターンの中から、前記別のレーダ装置によって使用中であるパルスパターンに対応するパルスパターンを、前記送信機を制御するためのパルスパターンとして選択する、レーダ装置。
2. 前記別のレーダ装置が、前記別のレーダ装置の複数のパルスパターンを有する、請求項１に記載のレーダ装置。
3. レーダのパルス幅と繰り返し周期とが定められたパルスパターンにしたがって、レーダのパルスを発射する複数のレーダ装置間での電波干渉を低減するための方法であって、
   前記複数のレーダ装置のパルスパターンの開始タイミングを一致させないようにし、
   前記複数のレーダ装置の複数のパルスパターンのおのおのは、前記複数のレーダ装置間でそれぞれ対応し、
   前記対応するパルスパターン同士では、前記繰り返し周期が所定量異なり、
   前記複数のレーダ装置のうちのいずれかのレーダ装置において、前記複数のパルスパターンの中から、前記複数のレーダ装置のうち別のレーダ装置によって使用中であるパルスパターンに対応するパルスパターンを、前記パルスの発射を制御するためのパルスパターンとして選択する、電波干渉低減方法。
4. 前記複数のレーダ装置がそれぞれ、前記複数のレーダ装置の複数のパルスパターンを有する、請求項３に記載の電波干渉低減方法。

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