JP7042975B2 - Signal processing equipment, signal processing methods and radar equipment - Google Patents

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Description

この発明は、計測対象の移動速度を算出する信号処理装置、信号処理方法及びレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a signal processing device, a signal processing method, and a radar device for calculating the moving speed of a measurement target.

以下の特許文献1には、被検出物体との相対速度を算出する車載電波パルスレーダ装置が開示されている。
特許文献1に開示されている車載電波パルスレーダ装置では、信号処理装置が、受信ミキサによって生成されたビート信号をFFT(Fast Fourier Transform)することで、被検出物体の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出する。そして、この信号処理装置は、算出したドップラシフト周波数から、被検出物体との相対速度を算出する。
The following Patent Document 1 discloses an in-vehicle radio wave pulse radar device that calculates a relative speed with a detected object.
In the in-vehicle radio wave pulse radar device disclosed in Patent Document 1, the signal processing device performs FFT (Fast Fourier Transform) on the beat signal generated by the receiving mixer, so that the Doppler shift occurs with the movement of the object to be detected. Calculate the frequency. Then, this signal processing device calculates the relative speed with the object to be detected from the calculated Doppler shift frequency.

特開2006-17625号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-17625

特許文献1に開示されている車載電波パルスレーダ装置では、送信アンテナから放射される送信パルスのパルス幅を狭くすれば、被検出物体に対する空間分解能を高めて、被検出物体が存在するレンジビン内への大気エコーの混入を低減することができる。しかし、送信パルスのパルス幅を狭くすることで、信号対雑音比(SNR:Signal Noise Ratio)が低下する。SNRが低下している状況では、被検出物体における送信パルスの反射率と、大気における送信パルスの反射率との差異が小さい場合、被検出物体と大気との区別が困難になり、被検出物体との相対速度を誤算出しまうことがあるという課題があった。 In the in-vehicle radio pulse radar device disclosed in Patent Document 1, if the pulse width of the transmission pulse radiated from the transmission antenna is narrowed, the spatial resolution for the object to be detected is increased and the object to be detected is placed in the range bin. It is possible to reduce the mixing of atmospheric echoes. However, by narrowing the pulse width of the transmission pulse, the signal-to-noise ratio (SNR: Signal Noise Ratio) is lowered. In a situation where the SNR is low, if the difference between the reflectance of the transmitted pulse in the object to be detected and the reflectance of the transmitted pulse in the atmosphere is small, it becomes difficult to distinguish between the object to be detected and the atmosphere, and the object to be detected becomes difficult. There is a problem that the relative speed with and may be erroneously calculated.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、計測対象における光の反射率と、大気における光の反射率との差異が小さい場合でも、計測対象における移動速度の誤算出を防ぐことができる信号処理装置、信号処理方法及びレーダ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and even if the difference between the reflectance of light in the measurement target and the reflectance of light in the atmosphere is small, the erroneous calculation of the movement speed in the measurement target is performed. The purpose is to obtain a signal processing device, a signal processing method and a radar device that can be prevented.

この発明に係る信号処理装置は、連続光をパルス変調することで生成された送信パルス光が計測対象によって散乱された光である散乱パルス光と、連続光とのヘテロダイン検波により得られた受信信号を複素信号に変換し、複素信号を出力する複素信号生成部と、複素信号生成部から出力された複素信号における実部の信号と複素信号における虚部の信号とから、複素信号の位相データを算出する位相データ算出部と、位相データ算出部により算出された位相データに基づいて、受信信号の周波数を算出する周波数算出部と、周波数算出部により算出された受信信号の周波数から、計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、ドップラシフト周波数から計測対象の移動速度を算出する移動速度算出部と、受信信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号を出力する周波数領域信号出力部と、周波数領域信号出力部から出力された周波数領域の信号に基づいて、計測対象との距離を含むレンジビンを特定するレンジビン特定処理部と、受信信号の中から、レンジビン特定処理部により特定されたレンジビンの受信信号を切り出し、切り出した受信信号を複素信号生成部に出力する信号分割部と、を備えるようにしたものである。 The signal processing device according to the present invention is a received signal obtained by heterodyne detection of scattered pulsed light, which is light scattered by a measurement target for transmission pulsed light generated by pulse-modulating continuous light, and continuous light. Is converted into a complex signal and the complex signal is output, and the phase data of the complex signal is obtained from the real part signal in the complex signal output from the complex signal generation unit and the imaginary part signal in the complex signal. From the phase data calculation unit to be calculated, the frequency calculation unit that calculates the frequency of the received signal based on the phase data calculated by the phase data calculation unit, and the frequency of the received signal calculated by the frequency calculation unit, the measurement target A movement speed calculation unit that calculates the Doppler shift frequency generated by movement and calculates the movement speed of the measurement target from the Doppler shift frequency , and a frequency region that converts the received signal into a signal in the frequency region and outputs a signal in the frequency region. Based on the signal output unit and the signal in the frequency region output from the frequency area signal output unit, the range bin specification processing unit that specifies the range bin including the distance to the measurement target, and the range bin identification processing unit from the received signals It is provided with a signal dividing unit that cuts out the received signal of the specified range bin and outputs the cut out received signal to the complex signal generation unit .

この発明によれば、計測対象における光の反射率と、大気における光の反射率との差異が小さい場合でも、計測対象における移動速度の誤算出を防ぐことができる。 According to the present invention, even when the difference between the reflectance of light in the measurement target and the reflectance of light in the atmosphere is small, it is possible to prevent erroneous calculation of the moving speed in the measurement target.

実施の形態1に係る信号処理装置20を含むレーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the radar apparatus which includes the signal processing apparatus 20 which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る信号処理装置20の一部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram which shows the hardware of a part of the signal processing apparatus 20 which concerns on Embodiment 1. FIG. 信号処理装置20の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the computer when a part of the signal processing apparatus 20 is realized by software, firmware, etc. 図4Aは、図1に示すレーダ装置から放射された送信パルス光と、海面によって散乱された送信パルス光である散乱パルス光と、大気によって散乱された送信パルス光である散乱パルス光とを示す説明図、図4Bは、図1に示すレーダ装置における散乱パルス光の受信信号の一例を示す説明図、図4Cは、周波数領域信号出力部24から出力された周波数領域の信号の一例を示す説明図である。FIG. 4A shows a transmission pulse light emitted from the radar device shown in FIG. 1, a scattered pulse light which is a transmission pulse light scattered by the sea surface, and a scattered pulse light which is a transmission pulse light scattered by the atmosphere. An explanatory diagram, FIG. 4B is an explanatory diagram showing an example of a received signal of scattered pulse light in the radar device shown in FIG. 1, and FIG. 4C is an explanatory diagram showing an example of a signal in the frequency region output from the frequency region signal output unit 24. It is a figure. 信号処理装置20におけるレンジビン特定部23の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing procedure of the range bin specifying part 23 in a signal processing apparatus 20. 信号処理装置20における速度算出部28の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing procedure of the speed calculation unit 28 in a signal processing apparatus 20. 図7Aは、計測対象計測時のスペクトルピークデータAS_HT(L)及び大気計測時のスペクトルピークデータAS_wind(L)を示す説明図、図7Bは、差分ΔAS(L)及び閾値Thを示す説明図である。FIG. 7A is an explanatory diagram showing the spectrum peak data AS_HT (L) at the time of measurement of the measurement target and the spectrum peak data AS_wind (L) at the time of atmospheric measurement, and FIG. 7B is an explanatory diagram showing the difference ΔAS (L) and the threshold value Th. be. 図8Aは、信号分割部22により切り出されたデジタル信号V(t)を示す説明図、図8Bは、複素信号における実部の信号Vreal;n(t)と複素信号における虚部の信号Vimag;n(t)とを示す説明図、図8Cは、略線形波形の位相データSph_Ob;n(t)を示す説明図、図8Dは、周波数算出部31により生成された確率密度分布p(fIF)を示す説明図である。FIG. 8A is an explanatory diagram showing the digital signal V n (t) cut out by the signal dividing unit 22, and FIG. 8B shows the real part signal V real; n (t) in the complex signal and the imaginary part signal in the complex signal. An explanatory diagram showing V imag; n (t), FIG. 8C is an explanatory diagram showing phase data Sph_Ob; n (t) of a substantially linear waveform, and FIG. 8D is a probability density distribution generated by the frequency calculation unit 31. It is explanatory drawing which shows p (f IF ). 実施の形態2に係る信号処理装置20を含むレーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the radar apparatus which includes the signal processing apparatus 20 which concerns on Embodiment 2. FIG.

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。 Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る信号処理装置20を含むレーダ装置を示す構成図である。
図2は、実施の形態1に係る信号処理装置20の一部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図1に示すレーダ装置は、計測対象の移動速度を算出する装置であり、計測対象は、海面又は雨滴等の液体であってもよいし、航空機又は船舶等の個体であってもよい。
図1において、送信パルス光生成部1は、光源2、光分配器3及びパルス変調器4を備えている。
送信パルス光生成部1は、単一周波数の連続光を発振して、連続光から送信パルス光を生成し、送信パルス光を、後述する送受信部5の送信側光学系6に出力する。
光源2は、単一周波数の連続光を発振し、連続光を光分配器3に出力する。
光分配器3は、光源2から出力された連続光を2つに分配して、一方の連続光をパルス変調器4に出力し、他方の連続光を、送受信部5の後述する光カプラ11に出力する。
パルス変調器4は、後述するトリガ生成回路33から出力されたトリガ信号を受けると、光分配器3から出力された連続光に対するパルス変調を開始して、送信パルス光を繰り返し生成する。
また、パルス変調器4は、生成した送信パルス光の周波数を無線周波数(RF:Radio Frequency)帯の周波数にアップコンバートし、アップコンバート後の送信パルス光を送受信部5の送信側光学系6に出力する。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a radar device including the signal processing device 20 according to the first embodiment.
FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing a part of the hardware of the signal processing device 20 according to the first embodiment.
The radar device shown in FIG. 1 is a device that calculates the moving speed of a measurement target, and the measurement target may be a liquid such as a sea surface or raindrops, or an individual such as an aircraft or a ship.
In FIG. 1, the transmission pulse light generation unit 1 includes a light source 2, an optical distributor 3, and a pulse modulator 4.
The transmission pulse light generation unit 1 oscillates continuous light of a single frequency, generates transmission pulse light from the continuous light, and outputs the transmission pulse light to the transmission side optical system 6 of the transmission / reception unit 5, which will be described later.
The light source 2 oscillates continuous light of a single frequency and outputs the continuous light to the light distributor 3.
The optical distributor 3 distributes the continuous light output from the light source 2 into two, outputs one continuous light to the pulse modulator 4, and outputs the other continuous light to the optical coupler 11 described later in the transmission / reception unit 5. Output to.
When the pulse modulator 4 receives the trigger signal output from the trigger generation circuit 33 described later, the pulse modulator 4 starts pulse modulation for the continuous light output from the optical distributor 3 and repeatedly generates the transmission pulse light.
Further, the pulse modulator 4 up-converts the frequency of the generated transmission pulse light to a frequency in the radio frequency (RF: Radio Frequency) band, and transfers the up-converted transmission pulse light to the transmission side optical system 6 of the transmission / reception unit 5. Output.

送受信部5は、送信側光学系6、送受分離部7、テレスコープ8、スキャナ9、受信側光学系10、光カプラ11及び受光部12を備えている。
送受信部5は、送信パルス光生成部1により生成された送信パルス光を放射したのち、計測対象によって散乱された送信パルス光である散乱パルス光を受信する。
送受信部5は、受信した散乱パルス光と、送信パルス光生成部1の光分配器3から出力された連続光とのヘテロダイン検波によって受信信号を得る。
送受信部5は、受信信号を、後述する信号処理装置20のアナログデジタル変換部(以下、「AD変換部」と称する)21に出力する。
The transmission / reception unit 5 includes a transmission-side optical system 6, a transmission / reception separation unit 7, a telescope 8, a scanner 9, a reception-side optical system 10, an optical coupler 11, and a light-receiving unit 12.
The transmission / reception unit 5 emits the transmission pulse light generated by the transmission pulse light generation unit 1, and then receives the scattered pulse light, which is the transmission pulse light scattered by the measurement target.
The transmission / reception unit 5 obtains a reception signal by heterodyne detection of the received scattered pulse light and the continuous light output from the light distributor 3 of the transmission pulse light generation unit 1.
The transmission / reception unit 5 outputs the received signal to the analog-digital conversion unit (hereinafter, referred to as “AD conversion unit”) 21 of the signal processing device 20 described later.

送信側光学系6は、パルス変調器4から出力された送信パルス光の全体が、テレスコープ8の入出口8aに収まるように、パルス変調器4から出力された送信パルス光のビーム径を調整し、ビーム径調整後の送信パルス光を送受分離部7に出力する。
送受分離部7は、送信側光学系6から出力された送信パルス光を、テレスコープ8の入出口8aに出力し、テレスコープ8の入出口8aから出力された散乱パルス光を受信側光学系10に出力する。
The transmission side optical system 6 adjusts the beam diameter of the transmission pulse light output from the pulse modulator 4 so that the entire transmission pulse light output from the pulse modulator 4 fits in the inlet / outlet 8a of the telescope 8. Then, the transmission pulse light after adjusting the beam diameter is output to the transmission / reception separation unit 7.
The transmission / reception separation unit 7 outputs the transmission pulse light output from the transmission side optical system 6 to the inlet / outlet 8a of the telescope 8, and the scattered pulse light output from the inlet / outlet 8a of the telescope 8 is output from the reception side optical system. Output to 10.

テレスコープ8は、入出口8a,8bを備えている。
テレスコープ8は、送受分離部7から入出口8aに送信パルス光が出力されると、送信パルス光のビーム径を拡大し、入出口8bからビーム径拡大後の送信パルス光をスキャナ9に出力する。
テレスコープ8は、スキャナ9から入出口8bに散乱パルス光が出力されると、散乱パルス光のビーム径を縮小し、入出口8aからビーム径縮小後の散乱パルス光を送受分離部7に出力する。
The telescope 8 includes inlets and outlets 8a and 8b.
When the transmission / reception separation unit 7 outputs the transmission pulse light to the inlet / outlet 8a, the telescope 8 expands the beam diameter of the transmission pulse light and outputs the transmission pulse light after the beam diameter is expanded from the inlet / outlet 8b to the scanner 9. do.
When the scattered pulse light is output from the scanner 9 to the inlet / outlet 8b, the telescope 8 reduces the beam diameter of the scattered pulse light and outputs the scattered pulse light after the beam diameter is reduced from the inlet / outlet 8a to the transmission / reception separation unit 7. do.

スキャナ9は、後述する指向方向制御部34から出力された制御信号に従って送信パルス光の指向方向を変更する。送信パルス光の指向方向は、方位角及び仰角によって表される。
スキャナ9は、送信パルス光を大気中に放射する。スキャナ9から放射された送信パルス光は、計測対象によって散乱、又は、大気によって散乱される。計測対象によって散乱された送信パルス光、又は、大気によって散乱された送信パルス光は、散乱パルス光としてスキャナ9に戻ってくる。
スキャナ9は、戻ってきた散乱パルス光を受信し、受信した散乱パルス光をテレスコープ8の入出口8bに出力する。
The scanner 9 changes the directivity direction of the transmission pulse light according to the control signal output from the directivity direction control unit 34 described later. The directivity direction of the transmitted pulse light is represented by the azimuth angle and the elevation angle.
The scanner 9 radiates the transmitted pulsed light into the atmosphere. The transmitted pulsed light emitted from the scanner 9 is scattered by the measurement target or by the atmosphere. The transmission pulse light scattered by the measurement target or the transmission pulse light scattered by the atmosphere returns to the scanner 9 as scattered pulse light.
The scanner 9 receives the returned scattered pulse light and outputs the received scattered pulse light to the inlet / outlet 8b of the telescope 8.

受信側光学系10は、送受分離部7から出力された散乱パルス光の全体が、光カプラ11の入力口11aに収まるように、送受分離部7から出力された散乱パルス光のビーム径を調整し、ビーム径調整後の散乱パルス光を光カプラ11の入力口11aに出力する。
光カプラ11は、入出口11aを備えている。
光カプラ11は、受信側光学系10から出力された散乱パルス光と、光分配器3から出力された連続光とを合波し、散乱パルス光と連続光との合波光を受光部12に出力する。合波光の周波数は、散乱パルス光の周波数と連続光の周波数との差周波である。
受光部12は、光カプラ11から出力された合波光を電気信号に変換し、電気信号である受信信号をAD変換部21に出力する。
The receiving-side optical system 10 adjusts the beam diameter of the scattered pulsed light output from the transmitting / receiving separation unit 7 so that the entire scattered pulsed light output from the transmitting / receiving separation unit 7 fits in the input port 11a of the optical coupler 11. Then, the scattered pulsed light after adjusting the beam diameter is output to the input port 11a of the optical coupler 11.
The optical coupler 11 includes an inlet / outlet 11a.
The optical coupler 11 combines the scattered pulsed light output from the receiving side optical system 10 and the continuous light output from the light distributor 3, and the combined light of the scattered pulsed light and the continuous light is transmitted to the light receiving unit 12. Output. The frequency of the combined light is the difference frequency between the frequency of the scattered pulsed light and the frequency of the continuous light.
The light receiving unit 12 converts the combined light output from the optical coupler 11 into an electric signal, and outputs the received signal, which is an electric signal, to the AD conversion unit 21.

信号処理装置20は、AD変換部21、信号分割部22、レンジビン特定部23、パルス幅制御部27及び速度算出部28を備えている。
AD変換部21は、トリガ生成回路33から出力されたトリガ信号を受けると、受光部12から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する処理を開始し、デジタル信号を信号分割部22に出力する。
The signal processing device 20 includes an AD conversion unit 21, a signal division unit 22, a range bin identification unit 23, a pulse width control unit 27, and a speed calculation unit 28.
Upon receiving the trigger signal output from the trigger generation circuit 33, the AD conversion unit 21 starts a process of converting the received signal output from the light receiving unit 12 from an analog signal to a digital signal, and converts the digital signal into a signal dividing unit 22. Output to.

信号分割部22は、例えば、図2に示す信号分割回路41によって実現される。
信号分割部22は、レンジビン特定部23の後述するレンジビン情報出力部26bから、未だ、計測対象との距離を含むレンジビンを示すレンジビン情報が出力されていなければ、AD変換部21から出力されたデジタル信号を、レンジビン特定部23の後述する周波数領域信号出力部24に出力する。
信号分割部22は、レンジビン情報出力部26bからレンジビン情報が出力されると、AD変換部21からデジタル信号が出力される毎に、出力されたデジタル信号の中から、レンジビン情報が示すレンジビンのデジタル信号の切り出しを行う。
信号分割部22は、切り出したデジタル信号を、速度算出部28の後述する複素信号生成部29に出力する。
The signal dividing unit 22 is realized by, for example, the signal dividing circuit 41 shown in FIG.
If the range bin information output unit 26b of the range bin identification unit 23, which will be described later, has not yet output the range bin information indicating the range bin including the distance to the measurement target, the signal division unit 22 is digitally output from the AD conversion unit 21. The signal is output to the frequency domain signal output unit 24 described later in the range bin identification unit 23.
When the range bin information is output from the range bin information output unit 26b, the signal division unit 22 outputs the range bin digital from the output digital signals every time the digital signal is output from the AD conversion unit 21. Cut out the signal.
The signal division unit 22 outputs the cut out digital signal to the complex signal generation unit 29 described later of the speed calculation unit 28.

レンジビン特定部23は、周波数領域信号出力部24及びレンジビン特定処理部25を備えている。
周波数領域信号出力部24は、例えば、図2に示す周波数領域信号出力回路42によって実現される。
周波数領域信号出力部24は、信号分割部22から出力されたデジタル信号をFFT(Fast Fourier Transformation)することで、デジタル信号を周波数領域の信号に変換する。周波数領域の信号は、複数の周波数におけるそれぞれの光強度を示す信号である。
周波数領域信号出力部24は、周波数領域の信号を、レンジビン特定処理部25の後述する距離特性算出部26aに出力する。
The range bin specifying unit 23 includes a frequency domain signal output unit 24 and a range bin specifying processing unit 25.
The frequency domain signal output unit 24 is realized by, for example, the frequency domain signal output circuit 42 shown in FIG.
The frequency domain signal output unit 24 converts the digital signal into a signal in the frequency domain by performing an FFT (Fast Fourier Transform) of the digital signal output from the signal division unit 22. A signal in the frequency domain is a signal indicating the light intensity of each of a plurality of frequencies.
The frequency domain signal output unit 24 outputs the frequency domain signal to the distance characteristic calculation unit 26a, which will be described later, of the range bin identification processing unit 25.

レンジビン特定処理部25は、距離特性算出部26a及びレンジビン情報出力部26bを備えている。
レンジビン特定処理部25は、周波数領域信号出力部24から出力された周波数領域の信号に基づいて、計測対象との距離を含むレンジビンを特定する。
The range bin specifying processing unit 25 includes a distance characteristic calculation unit 26a and a range bin information output unit 26b.
The range bin specifying processing unit 25 identifies the range bin including the distance to the measurement target based on the frequency domain signal output from the frequency domain signal output unit 24.

距離特性算出部26aは、例えば、図2に示す距離特性算出回路43によって実現される。
距離特性算出部26aは、周波数領域信号出力部24から周波数領域の信号を受けると、周波数領域の信号から、それぞれの周波数に対応するレンジビンのスペクトルピーク値を特定する。
距離特性算出部26aは、特定したそれぞれのレンジビンのスペクトルピーク値を、大気計測時のスペクトルピークデータ、又は、計測対象計測時のスペクトルピークデータとして、レンジビン情報出力部26bに出力する。
The distance characteristic calculation unit 26a is realized by, for example, the distance characteristic calculation circuit 43 shown in FIG.
When the distance characteristic calculation unit 26a receives a signal in the frequency domain from the frequency domain signal output unit 24, the distance characteristic calculation unit 26a identifies the spectral peak value of the range bin corresponding to each frequency from the signal in the frequency domain.
The distance characteristic calculation unit 26a outputs the spectrum peak value of each specified range bin to the range bin information output unit 26b as the spectrum peak data at the time of atmospheric measurement or the spectrum peak data at the time of measurement of the measurement target.

レンジビン情報出力部26bは、例えば、図2に示すレンジビン情報出力回路44によって実現される。
レンジビン情報出力部26bは、距離特性算出部26aから、大気計測時のスペクトルピークデータを受けると、大気計測時のスペクトルピークデータを保存し、大気計測が完了した旨を示す完了信号を指向方向制御部34に出力する。
レンジビン情報出力部26bは、距離特性算出部26aから、計測対象計測時のスペクトルピークデータを受けると、計測対象計測時のスペクトルピークデータと、保存していた大気計測時のスペクトルピークデータとから、計測対象との距離を含むレンジビンを特定する。
レンジビン情報出力部26bは、特定したレンジビンを示すレンジビン情報を信号分割部22及び移動速度算出部32のそれぞれに出力し、レンジビンの特定が完了した旨を示す完了信号をパルス幅制御部27に出力する。
The range bin information output unit 26b is realized by, for example, the range bin information output circuit 44 shown in FIG.
When the range bin information output unit 26b receives the spectrum peak data at the time of atmospheric measurement from the distance characteristic calculation unit 26a, the range bin information output unit 26b saves the spectral peak data at the time of atmospheric measurement and controls the direction of the completion signal indicating that the atmospheric measurement is completed. Output to unit 34.
When the range bin information output unit 26b receives the spectrum peak data at the time of measurement of the measurement target from the distance characteristic calculation unit 26a, the range bin information output unit 26b obtains the spectrum peak data at the time of measurement of the measurement target and the stored spectrum peak data at the time of atmospheric measurement. Specify the range bin including the distance to the measurement target.
The range bin information output unit 26b outputs range bin information indicating the specified range bin to each of the signal division unit 22 and the movement speed calculation unit 32, and outputs a completion signal indicating that the range bin identification is completed to the pulse width control unit 27. do.

パルス幅制御部27は、例えば、図2に示すパルス幅制御回路45によって実現される。
パルス幅制御部27は、レンジビン情報出力部26bによってレンジビンが特定されたのち、パルス幅を狭くする旨を示す制御信号をトリガ生成回路33に出力することで、送信パルス光生成部1のパルス変調器4により生成される送信パルス光のパルス幅を狭くさせる。
パルス幅制御部27は、パルス幅を狭くする旨を示す制御信号を信号分割部22にも出力する。
The pulse width control unit 27 is realized by, for example, the pulse width control circuit 45 shown in FIG.
After the range bin is specified by the range bin information output unit 26b, the pulse width control unit 27 outputs a control signal indicating that the pulse width is narrowed to the trigger generation circuit 33, thereby performing pulse modulation of the transmission pulse light generation unit 1. The pulse width of the transmission pulse light generated by the device 4 is narrowed.
The pulse width control unit 27 also outputs a control signal indicating that the pulse width is narrowed to the signal division unit 22.

速度算出部28は、複素信号生成部29、位相データ算出部30、周波数算出部31及び移動速度算出部32を備えている。
複素信号生成部29は、例えば、図2に示す複素信号生成回路46によって実現される。
複素信号生成部29は、信号分割部22から、切り出されたデジタル信号が出力される毎に、出力されたデジタル信号を複素信号に変換する。
複素信号生成部29は、複素信号を位相データ算出部30に出力する。
The speed calculation unit 28 includes a complex signal generation unit 29, a phase data calculation unit 30, a frequency calculation unit 31, and a movement speed calculation unit 32.
The complex signal generation unit 29 is realized by, for example, the complex signal generation circuit 46 shown in FIG.
The complex signal generation unit 29 converts the output digital signal into a complex signal each time the cut out digital signal is output from the signal division unit 22.
The complex signal generation unit 29 outputs the complex signal to the phase data calculation unit 30.

位相データ算出部30は、例えば、図2に示す位相データ算出回路47によって実現される。
位相データ算出部30は、複素信号生成部29から複素信号が出力される毎に、出力された複素信号における実部の信号と、出力された複素信号における虚部の信号とから、出力された複素信号の位相データを算出する。
位相データ算出部30は、出力された複素信号の位相データを周波数算出部31に出力する。
The phase data calculation unit 30 is realized by, for example, the phase data calculation circuit 47 shown in FIG.
Each time the complex signal is output from the complex signal generation unit 29, the phase data calculation unit 30 is output from the real part signal in the output complex signal and the imaginary part signal in the output complex signal. Calculate the phase data of the complex signal.
The phase data calculation unit 30 outputs the phase data of the output complex signal to the frequency calculation unit 31.

周波数算出部31は、例えば、図2に示す周波数算出回路48によって実現される。
周波数算出部31は、位相データ算出部30により位相データが算出される毎に、算出された位相データに基づいて、送受信部5の受光部12から出力された受信信号の周波数を算出し、算出した周波数を保存する。
周波数算出部31は、N個の周波数を保存すると、N個の周波数の確率密度分布を生成し、確率密度分布を移動速度算出部32に出力する。Nは、2以上の整数である。
The frequency calculation unit 31 is realized by, for example, the frequency calculation circuit 48 shown in FIG.
The frequency calculation unit 31 calculates and calculates the frequency of the received signal output from the light receiving unit 12 of the transmission / reception unit 5 based on the calculated phase data each time the phase data is calculated by the phase data calculation unit 30. Save the frequency.
When the frequency calculation unit 31 stores N frequencies, it generates a probability density distribution of N frequencies and outputs the probability density distribution to the moving speed calculation unit 32. N is an integer of 2 or more.

移動速度算出部32は、例えば、図2に示す移動速度算出回路49によって実現される。
移動速度算出部32は、周波数算出部31により生成された確率密度分布のピーク周波数から、計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出する。
移動速度算出部32は、ドップラシフト周波数から計測対象の移動速度を算出する。
移動速度算出部32は、算出した移動速度及びレンジビン情報出力部26bから出力されたレンジビン情報が示すレンジビンのそれぞれを外部に出力する。または、移動速度算出部32は、算出した移動速度及びレンジビン情報が示すレンジビンのそれぞれを図示せぬ表示器等に表示させる。
The movement speed calculation unit 32 is realized by, for example, the movement speed calculation circuit 49 shown in FIG.
The movement speed calculation unit 32 calculates the Doppler shift frequency generated by the movement of the measurement target from the peak frequency of the probability density distribution generated by the frequency calculation unit 31.
The moving speed calculation unit 32 calculates the moving speed of the measurement target from the Doppler shift frequency.
The movement speed calculation unit 32 outputs each of the calculated movement speed and the range bin indicated by the range bin information output from the range bin information output unit 26b to the outside. Alternatively, the moving speed calculation unit 32 displays each of the calculated moving speed and the range bin indicated by the range bin information on a display or the like (not shown).

トリガ生成回路33は、動作の開始を指示するトリガ信号をパルス変調器4、AD変換部21及び指向方向制御部34のそれぞれに出力する。
また、トリガ生成回路33は、送信パルス光のパルス幅が初期値になるように、パルス変調器4を制御する制御信号をパルス変調器4に出力する。
パルス幅の初期値は、例えば、トリガ生成回路33の内部メモリに格納されていてもよいし、図1に示すレーダ装置の外部から与えられるものであってもよい。
トリガ生成回路33は、パルス幅制御部27から、パルス幅を狭くする旨を示す制御信号を受けると、パルス変調器4によるパルス変調を制御して、パルス変調器4により生成される送信パルス光のパルス幅を初期値よりも狭くさせる。
The trigger generation circuit 33 outputs a trigger signal instructing the start of operation to each of the pulse modulator 4, the AD conversion unit 21, and the directivity direction control unit 34.
Further, the trigger generation circuit 33 outputs a control signal for controlling the pulse modulator 4 to the pulse modulator 4 so that the pulse width of the transmitted pulse light becomes an initial value.
The initial value of the pulse width may be stored in the internal memory of the trigger generation circuit 33, for example, or may be given from the outside of the radar device shown in FIG.
When the trigger generation circuit 33 receives a control signal from the pulse width control unit 27 indicating that the pulse width is narrowed, the trigger generation circuit 33 controls the pulse modulation by the pulse modulator 4, and the transmission pulse light generated by the pulse modulator 4 is controlled. The pulse width of is narrower than the initial value.

指向方向制御部34は、トリガ生成回路33からトリガ信号を受けると、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在していない方向となるようにスキャナ9を制御する制御信号をスキャナ9に出力する。
指向方向制御部34は、レンジビン情報出力部26bから、大気計測が完了した旨を示す完了信号を受けると、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在している方向となるようにスキャナ9を制御する制御信号をスキャナ9に出力する。
計測対象が存在している方向は、指向方向制御部34の内部メモリに格納されていてもよいし、図1に示すレーダ装置の外部から与えられるものであってもよい。
When the directional control unit 34 receives the trigger signal from the trigger generation circuit 33, the directional control unit 34 outputs a control signal to the scanner 9 that controls the scanner 9 so that the directional direction of the transmission pulse light is the direction in which the measurement target does not exist. do.
When the directivity control unit 34 receives a completion signal from the range bin information output unit 26b indicating that the atmospheric measurement is completed, the scanner 9 so that the directivity direction of the transmitted pulse light is the direction in which the measurement target exists. The control signal for controlling the above is output to the scanner 9.
The direction in which the measurement target exists may be stored in the internal memory of the directivity direction control unit 34, or may be given from the outside of the radar device shown in FIG.

図1では、信号処理装置20の一部の構成要素である信号分割部22、周波数領域信号出力部24、距離特性算出部26a、レンジビン情報出力部26b、パルス幅制御部27、複素信号生成部29、位相データ算出部30、周波数算出部31及び移動速度算出部32のそれぞれが、図2に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、信号処理装置20の一部が、信号分割回路41、周波数領域信号出力回路42、距離特性算出回路43、レンジビン情報出力回路44、パルス幅制御回路45、複素信号生成回路46、位相データ算出回路47、周波数算出回路48及び移動速度算出回路49によって実現されるものを想定している。 In FIG. 1, a signal dividing unit 22, a frequency domain signal output unit 24, a distance characteristic calculation unit 26a, a range bin information output unit 26b, a pulse width control unit 27, and a complex signal generation unit, which are some components of the signal processing device 20, are shown. 29, it is assumed that each of the phase data calculation unit 30, the frequency calculation unit 31, and the movement speed calculation unit 32 is realized by dedicated hardware as shown in FIG. That is, a part of the signal processing device 20 includes a signal division circuit 41, a frequency domain signal output circuit 42, a distance characteristic calculation circuit 43, a range bin information output circuit 44, a pulse width control circuit 45, a complex signal generation circuit 46, and a phase data calculation. It is assumed that it is realized by the circuit 47, the frequency calculation circuit 48, and the moving speed calculation circuit 49.

ここで、信号分割回路41、周波数領域信号出力回路42、距離特性算出回路43、レンジビン情報出力回路44、パルス幅制御回路45、複素信号生成回路46、位相データ算出回路47、周波数算出回路48及び移動速度算出回路49のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。 Here, the signal division circuit 41, the frequency region signal output circuit 42, the distance characteristic calculation circuit 43, the range bin information output circuit 44, the pulse width control circuit 45, the complex signal generation circuit 46, the phase data calculation circuit 47, the frequency calculation circuit 48, and the like. Each of the moving speed calculation circuits 49 includes, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or these. The combination is applicable.

信号処理装置20の一部の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、信号処理装置20の一部がソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、DSP(Digital Signal Processor)が該当する。
図3は、信号処理装置20の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
Some components of the signal processing device 20 are not limited to those realized by dedicated hardware, and a part of the signal processing device 20 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. It may be one.
The software or firmware is stored as a program in the memory of the computer. A computer means hardware for executing a program, and corresponds to, for example, a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor). do.
FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a computer when a part of the signal processing device 20 is realized by software, firmware, or the like.

信号処理装置20の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、信号分割部22、周波数領域信号出力部24、距離特性算出部26a、レンジビン情報出力部26b、パルス幅制御部27、複素信号生成部29、位相データ算出部30、周波数算出部31及び移動速度算出部32の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ51に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ52がメモリ51に格納されているプログラムを実行する。 When a part of the signal processing device 20 is realized by software or firmware, the signal dividing unit 22, the frequency domain signal output unit 24, the distance characteristic calculation unit 26a, the range bin information output unit 26b, the pulse width control unit 27, and the complex signal A program for causing a computer to execute the processing procedures of the generation unit 29, the phase data calculation unit 30, the frequency calculation unit 31, and the movement speed calculation unit 32 is stored in the memory 51. Then, the processor 52 of the computer executes the program stored in the memory 51.

また、図2では、信号処理装置20の一部の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図3では、信号処理装置20の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、信号処理装置20の一部におけるいずれかの構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。 Further, FIG. 2 shows an example in which each of a part of the components of the signal processing device 20 is realized by dedicated hardware, and FIG. 3 shows a part of the signal processing device 20 realized by software, firmware, or the like. An example is shown. However, this is only an example, and any component in a part of the signal processing device 20 may be realized by dedicated hardware, and the remaining components may be realized by software, firmware, or the like. ..

図1に示すレーダ装置では、例えば、図4Aに示すように、海面を計測対象とすることができる。計測対象が海面であれば、図1に示すレーダ装置が、海面の移動速度Vを算出する。
図4Aは、図1に示すレーダ装置から放射された送信パルス光と、海面によって散乱された送信パルス光である散乱パルス光(以下、「海面からの散乱パルス光」と称する)と、大気によって散乱された送信パルス光である散乱パルス光(以下、「大気からの散乱パルス光」と称する)とを示す説明図である。
図4Aに示すように、海面からの散乱パルス光と、大気からの散乱パルス光とが同一のレンジビン内の散乱パルス光であれば、図1に示すレーダ装置における散乱パルス光の受信信号は、図4Bのように表される。
図4Bは、図1に示すレーダ装置における散乱パルス光の受信信号の一例を示す説明図である。
In the radar device shown in FIG. 1, for example, as shown in FIG. 4A, the sea surface can be measured. If the measurement target is the sea surface, the radar device shown in FIG. 1 calculates the moving speed V of the sea surface.
FIG. 4A shows the transmission pulse light emitted from the radar device shown in FIG. 1, the scattered pulse light which is the transmission pulse light scattered by the sea surface (hereinafter referred to as “scattered pulse light from the sea surface”), and the atmosphere. It is explanatory drawing which shows the scattered pulse light which is the scattered transmission pulse light (hereinafter, referred to as "scattered pulse light from the atmosphere").
As shown in FIG. 4A, if the scattered pulsed light from the sea surface and the scattered pulsed light from the atmosphere are scattered pulsed light in the same range bin, the received signal of the scattered pulsed light in the radar device shown in FIG. 1 is. It is represented as shown in FIG. 4B.
FIG. 4B is an explanatory diagram showing an example of a received signal of scattered pulsed light in the radar device shown in FIG. 1.

次に、図1に示すレーダ装置の動作について説明する。
図1に示すレーダ装置は、説明の簡単化のため、例えば、計測対象である海面の上空で停止しているものとする。図1に示すレーダ装置が、海面の上空を移動していてもよいことは言うまでもない。
図5は、信号処理装置20におけるレンジビン特定部23の処理手順を示すフローチャートである。
図6は、信号処理装置20における速度算出部28の処理手順を示すフローチャートである。
まず、トリガ生成回路33は、動作の開始を指示するトリガ信号をパルス変調器4、AD変換部21及び指向方向制御部34のそれぞれに出力する。
また、トリガ生成回路33は、送信パルス光のパルス幅が初期値になるように、パルス変調器4を制御する制御信号をパルス変調器4に出力する。
指向方向制御部34は、トリガ生成回路33からトリガ信号を受けると、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在していない方向となるようにスキャナ9を制御する制御信号をスキャナ9に出力する。
図4Aに示すように、図1に示すレーダ装置が、海面の上空で停止しており、計測対象が海面であれば、指向方向制御部34は、送信パルス光の指向方向が、海面と水平な方向となるように、スキャナ9を制御する。
ここでは、指向方向制御部34が、送信パルス光の指向方向が、海面と水平な方向となるように、スキャナ9を制御している。送信パルス光の指向方向が、海面に向いていなければよく、指向方向制御部34は、例えば、送信パルス光の指向方向が、図1に示すレーダ装置よりも高度が高い方向となるように、スキャナ9を制御してもよい。
Next, the operation of the radar device shown in FIG. 1 will be described.
For the sake of simplicity of explanation, the radar device shown in FIG. 1 is assumed to be stopped above the sea surface to be measured, for example. Needless to say, the radar device shown in FIG. 1 may move over the sea surface.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of the range bin specifying unit 23 in the signal processing device 20.
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of the speed calculation unit 28 in the signal processing device 20.
First, the trigger generation circuit 33 outputs a trigger signal instructing the start of operation to each of the pulse modulator 4, the AD conversion unit 21, and the directivity direction control unit 34.
Further, the trigger generation circuit 33 outputs a control signal for controlling the pulse modulator 4 to the pulse modulator 4 so that the pulse width of the transmitted pulse light becomes an initial value.
When the directional control unit 34 receives the trigger signal from the trigger generation circuit 33, the directional control unit 34 outputs a control signal to the scanner 9 that controls the scanner 9 so that the directional direction of the transmission pulse light is the direction in which the measurement target does not exist. do.
As shown in FIG. 4A, if the radar device shown in FIG. 1 is stopped above the sea surface and the measurement target is the sea surface, the directing direction control unit 34 has the directing direction of the transmitted pulse light horizontal to the sea surface. The scanner 9 is controlled so as to be in the correct direction.
Here, the directivity direction control unit 34 controls the scanner 9 so that the directivity direction of the transmitted pulse light is horizontal to the sea surface. The directing direction of the transmitted pulse light does not have to face the sea surface, and the directing direction control unit 34 may, for example, set the directed direction of the transmitted pulse light to a direction higher in altitude than the radar device shown in FIG. The scanner 9 may be controlled.

光源2は、単一周波数の連続光を発振し、連続光を光分配器3に出力する。
光分配器3は、光源2から連続光を受けると、連続光を2つに分配して、一方の連続光をパルス変調器4に出力し、他方の連続光を送受信部5の光カプラ11に出力する。
パルス変調器4は、トリガ生成回路33からトリガ信号を受けると、光分配器3から出力された連続光に対するパルス変調を開始する。
パルス変調器4は、トリガ生成回路33から出力された制御信号に従って、初期値のパルス幅を有する送信パルス光を生成する。
また、パルス変調器4は、生成した送信パルス光の周波数をΔfだけアップコンバートすることで、生成した送信パルス光の周波数をRF帯の周波数に変換し、RF帯の周波数を有する送信パルス光を送受信部5の送信側光学系6に出力する。
図1に示すレーダ装置では、パルス変調器4が、送信パルス光の周波数をΔfだけアップコンバートしているが、送信パルス光の周波数をΔfだけアップコンバートせずに、送信パルス光を送信側光学系6に出力するようにしてもよい。
The light source 2 oscillates continuous light of a single frequency and outputs the continuous light to the light distributor 3.
When the optical distributor 3 receives continuous light from the light source 2, it distributes the continuous light into two, outputs one continuous light to the pulse modulator 4, and outputs the other continuous light to the optical coupler 11 of the transmission / reception unit 5. Output to.
Upon receiving the trigger signal from the trigger generation circuit 33, the pulse modulator 4 starts pulse modulation with respect to the continuous light output from the optical distributor 3.
The pulse modulator 4 generates a transmission pulse light having an initial value pulse width according to the control signal output from the trigger generation circuit 33.
Further, the pulse modulator 4 up-converts the frequency of the generated transmission pulse light by Δf to convert the frequency of the generated transmission pulse light into the frequency of the RF band, and the transmission pulse light having the frequency of the RF band is generated. It is output to the transmission side optical system 6 of the transmission / reception unit 5.
In the radar device shown in FIG. 1, the pulse modulator 4 up-converts the frequency of the transmission pulse light by Δf, but does not up-convert the frequency of the transmission pulse light by Δf, and transmits the transmission pulse light to the transmitting side optics. It may be output to the system 6.

送信側光学系6は、パルス変調器4から送信パルス光を受けると、送信パルス光の全体が、テレスコープ8の入力口8aに収まるように、送信パルス光のビーム径を調整する。
送信側光学系6は、ビーム径調整後の送信パルス光を送受分離部7に出力する。
送受分離部7は、送信側光学系6からビーム径調整後の送信パルス光を受けると、ビーム径調整後の送信パルス光をテレスコープ8の入力口8aに出力する。
テレスコープ8は、送受分離部7から入力口8aに送信パルス光が出力されると、送信パルス光のビーム径を拡大し、入力口8bからビーム径拡大後の送信パルス光をスキャナ9に出力する。
When the transmission side optical system 6 receives the transmission pulse light from the pulse modulator 4, the transmission side optical system 6 adjusts the beam diameter of the transmission pulse light so that the entire transmission pulse light fits in the input port 8a of the telescope 8.
The transmission side optical system 6 outputs the transmission pulse light after adjusting the beam diameter to the transmission / reception separation unit 7.
When the transmission / reception separation unit 7 receives the transmission pulse light after adjusting the beam diameter from the transmission side optical system 6, the transmission / reception pulse light after adjusting the beam diameter is output to the input port 8a of the telescope 8.
When the transmission / reception separation unit 7 outputs the transmission pulse light to the input port 8a, the telescope 8 expands the beam diameter of the transmission pulse light and outputs the transmission pulse light after the beam diameter expansion from the input port 8b to the scanner 9. do.

スキャナ9は、指向方向制御部34から出力された制御信号に従って送信パルス光の指向方向を設定し、テレスコープ8の入力口8bから出力された送信パルス光を、計測対象が存在していない方向の大気中に放射する。
スキャナ9から放射された送信パルス光は、大気によって散乱される。大気によって散乱された送信パルス光は、散乱パルス光としてスキャナ9に戻ってくる。
スキャナ9は、戻ってきた散乱パルス光を受信し、受信した散乱パルス光をテレスコープ8の入力口8bに出力する。
テレスコープ8は、スキャナ9から入力口8bに散乱パルス光が出力されると、散乱パルス光のビーム径を縮小し、入力口8aからビーム径縮小後の散乱パルス光を送受分離部7に出力する。
The scanner 9 sets the direction of the transmission pulse light according to the control signal output from the direction control unit 34, and measures the transmission pulse light output from the input port 8b of the telescope 8 in a direction in which the measurement target does not exist. Radiates into the atmosphere.
The transmitted pulsed light emitted from the scanner 9 is scattered by the atmosphere. The transmitted pulsed light scattered by the atmosphere returns to the scanner 9 as scattered pulsed light.
The scanner 9 receives the returned scattered pulse light and outputs the received scattered pulse light to the input port 8b of the telescope 8.
When the scattered pulse light is output from the scanner 9 to the input port 8b, the telescope 8 reduces the beam diameter of the scattered pulse light and outputs the scattered pulse light after the beam diameter reduction from the input port 8a to the transmission / reception separation unit 7. do.

送受分離部7は、テレスコープ8の入力口8aから出力された散乱パルス光を受信側光学系10に出力する。
受信側光学系10は、送受分離部7から散乱パルス光を受けると、散乱パルス光の全体が、光カプラ11の入力口11aに収まるように、送受分離部7から出力された散乱パルス光のビーム径を調整し、ビーム径調整後の散乱パルス光を光カプラ11の入力口11aに出力する。
The transmission / reception separation unit 7 outputs the scattered pulsed light output from the input port 8a of the telescope 8 to the receiving side optical system 10.
When the receiving side optical system 10 receives the scattered pulse light from the transmission / reception separation unit 7, the scattered pulse light output from the transmission / reception separation unit 7 is accommodated in the input port 11a of the optical coupler 11 so that the entire scattered pulse light is accommodated in the input port 11a of the optical coupler 11. The beam diameter is adjusted, and the scattered pulsed light after adjusting the beam diameter is output to the input port 11a of the optical coupler 11.

光カプラ11は、受信側光学系10から出力された散乱パルス光と、光分配器3から出力された連続光とを合波する。
光カプラ11は、散乱パルス光と連続光との合波光を受光部12に出力する。合波光の周波数は、散乱パルス光の周波数と送信パルス光の周波数との差周波である。差周波は、パルス変調器4によるアップコンバート分の周波数Δfと、大気の移動に伴って生じるドップラシフト周波数との総和である。
受光部12は、光カプラ11から合波光を受けると、合波光を電気信号に変換し、電気信号である受信信号をAD変換部21に出力する。
The optical coupler 11 combines the scattered pulsed light output from the receiving side optical system 10 and the continuous light output from the optical distributor 3.
The optical coupler 11 outputs the combined light of the scattered pulse light and the continuous light to the light receiving unit 12. The frequency of the combined wave light is the difference frequency between the frequency of the scattered pulsed light and the frequency of the transmitted pulsed light. The difference frequency is the sum of the frequency Δf for the up-conversion by the pulse modulator 4 and the Doppler shift frequency generated by the movement of the atmosphere.
When the light receiving unit 12 receives the combined wave light from the optical coupler 11, the light receiving unit 12 converts the combined wave light into an electric signal and outputs the received signal, which is an electric signal, to the AD conversion unit 21.

AD変換部21は、トリガ生成回路33から出力されたトリガ信号を受けると、受光部12から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する処理を開始し、デジタル信号を信号分割部22に出力する。
信号分割部22は、レンジビン情報出力部26bから、未だ、計測対象との距離を含むレンジビンを示すレンジビン情報が出力されていなければ、AD変換部21から出力されたデジタル信号を周波数領域信号出力部24に出力する。
この段階では、未だ、レンジビン情報出力部26bからレンジビン情報が出力されていないため、信号分割部22は、デジタル信号を周波数領域信号出力部24に出力する。
Upon receiving the trigger signal output from the trigger generation circuit 33, the AD conversion unit 21 starts a process of converting the received signal output from the light receiving unit 12 from an analog signal to a digital signal, and converts the digital signal into a signal dividing unit 22. Output to.
If the range bin information output unit 26b has not yet output range bin information indicating the range bin including the distance to the measurement target, the signal division unit 22 outputs the digital signal output from the AD conversion unit 21 to the frequency domain signal output unit. Output to 24.
At this stage, since the range bin information has not yet been output from the range bin information output unit 26b, the signal division unit 22 outputs the digital signal to the frequency domain signal output unit 24.

周波数領域信号出力部24は、信号分割部22からデジタル信号を受けると、デジタル信号をFFTすることで、デジタル信号を周波数領域の信号に変換する(図5のステップST1)。周波数領域の信号は、複数の周波数におけるそれぞれの光強度を示す信号である。
周波数領域信号出力部24は、周波数領域の信号をレンジビン特定処理部25の距離特性算出部26aに出力する。
When the frequency domain signal output unit 24 receives a digital signal from the signal dividing unit 22, the frequency domain signal output unit 24 converts the digital signal into a signal in the frequency domain by FFTing the digital signal (step ST1 in FIG. 5). A signal in the frequency domain is a signal indicating the light intensity of each of a plurality of frequencies.
The frequency domain signal output unit 24 outputs the frequency domain signal to the distance characteristic calculation unit 26a of the range bin specifying processing unit 25.

距離特性算出部26aは、周波数領域信号出力部24から周波数領域の信号を受けると、周波数領域の信号から、それぞれの周波数に対応するレンジビンのスペクトルピーク値を特定する(図5のステップST2)。
距離特性算出部26aは、図7Aに示すように、それぞれのレンジビンのスペクトルピーク値を、大気計測時のスペクトルピークデータAS_wind(L)として、レンジビン情報出力部26bに出力する。Lは、レンジビンである。
図7Aは、計測対象計測時のスペクトルピークデータAS_HT(L)及び大気計測時のスペクトルピークデータAS_wind(L)を示す説明図である。
When the distance characteristic calculation unit 26a receives a signal in the frequency domain from the frequency domain signal output unit 24, the distance characteristic calculation unit 26a identifies the spectrum peak value of the range bin corresponding to each frequency from the signal in the frequency domain (step ST2 in FIG. 5).
As shown in FIG. 7A, the distance characteristic calculation unit 26a outputs the spectrum peak value of each range bin to the range bin information output unit 26b as the spectrum peak data AS_wind (L) at the time of atmospheric measurement. L is a range bin.
FIG. 7A is an explanatory diagram showing the spectrum peak data AS_HT (L) at the time of measurement of the measurement target and the spectrum peak data AS_wind (L) at the time of atmospheric measurement.

レンジビン情報出力部26bは、距離特性算出部26aから大気計測時のスペクトルピークデータAS_wind(L)を受けると、大気計測時のスペクトルピークデータAS_wind(L)を保存する。
また、レンジビン情報出力部26bは、大気計測が完了した旨を示す完了信号を指向方向制御部34に出力する(図5のステップST3)。
指向方向制御部34は、レンジビン情報出力部26bから、大気計測が完了した旨を示す完了信号を受けると、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在している方向となるようにスキャナ9を制御する制御信号をスキャナ9に出力する。
When the range bin information output unit 26b receives the spectrum peak data AS_wind (L) at the time of atmospheric measurement from the distance characteristic calculation unit 26a, the range bin information output unit 26b stores the spectrum peak data AS_wind (L) at the time of atmospheric measurement.
Further, the range bin information output unit 26b outputs a completion signal indicating that the atmospheric measurement is completed to the directivity direction control unit 34 (step ST3 in FIG. 5).
When the directivity control unit 34 receives a completion signal from the range bin information output unit 26b indicating that the atmospheric measurement is completed, the scanner 9 so that the directivity direction of the transmitted pulse light is the direction in which the measurement target exists. The control signal for controlling the above is output to the scanner 9.

スキャナ9は、指向方向制御部34から出力された制御信号に従って送信パルス光の指向方向を変更し、テレスコープ8から出力された送信パルス光を、計測対象が存在している方向の大気中に放射する。
スキャナ9から放射された送信パルス光は、計測対象によって散乱、又は、大気によって散乱される。計測対象によって散乱された送信パルス光、又は、大気によって散乱された送信パルス光は、散乱パルス光としてスキャナ9に戻ってくる。
スキャナ9は、戻ってきた散乱パルス光を受信し、受信した散乱パルス光をテレスコープ8の入出口8bに出力する。
テレスコープ8は、スキャナ9から入力口8bに散乱パルス光が出力されると、散乱パルス光のビーム径を縮小し、ビーム径縮小後の散乱パルス光を送受分離部7に出力する。
The scanner 9 changes the directivity direction of the transmission pulse light according to the control signal output from the directivity direction control unit 34, and puts the transmission pulse light output from the telescope 8 into the atmosphere in the direction in which the measurement target exists. Radiate.
The transmitted pulsed light emitted from the scanner 9 is scattered by the measurement target or by the atmosphere. The transmission pulse light scattered by the measurement target or the transmission pulse light scattered by the atmosphere returns to the scanner 9 as scattered pulse light.
The scanner 9 receives the returned scattered pulse light and outputs the received scattered pulse light to the inlet / outlet 8b of the telescope 8.
When the scattered pulse light is output from the scanner 9 to the input port 8b, the telescope 8 reduces the beam diameter of the scattered pulse light and outputs the scattered pulse light after the reduced beam diameter to the transmission / reception separation unit 7.

送受分離部7は、テレスコープ8の入力口8aから出力された散乱パルス光を受信側光学系10に出力する。
受信側光学系10は、送受分離部7から散乱パルス光を受けると、散乱パルス光の全体が、光カプラ11の入力口11aに収まるように、送受分離部7から出力された散乱パルス光のビーム径を調整し、ビーム径調整後の散乱パルス光を光カプラ11の入力口11aに出力する。
The transmission / reception separation unit 7 outputs the scattered pulsed light output from the input port 8a of the telescope 8 to the receiving side optical system 10.
When the receiving side optical system 10 receives the scattered pulse light from the transmission / reception separation unit 7, the scattered pulse light output from the transmission / reception separation unit 7 is accommodated in the input port 11a of the optical coupler 11 so that the entire scattered pulse light is accommodated in the input port 11a of the optical coupler 11. The beam diameter is adjusted, and the scattered pulsed light after adjusting the beam diameter is output to the input port 11a of the optical coupler 11.

光カプラ11は、受信側光学系10から出力された散乱パルス光と、光分配器3から出力された連続光とを合波する。
光カプラ11は、散乱パルス光と連続光との合波光を受光部12に出力する。合波光の周波数は、散乱パルス光の周波数と送信パルス光の周波数との差周波である。差周波は、パルス変調器4によるアップコンバート分の周波数Δfと大気の移動に伴って生じるドップラシフト周波数との総和、又は、アップコンバート分の周波数Δfと計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数fDOPとの総和である。
受光部12は、光カプラ11から合波光を受けると、合波光を電気信号に変換し、電気信号である受信信号をAD変換部21に出力する。
The optical coupler 11 combines the scattered pulsed light output from the receiving side optical system 10 and the continuous light output from the optical distributor 3.
The optical coupler 11 outputs the combined light of the scattered pulse light and the continuous light to the light receiving unit 12. The frequency of the combined wave light is the difference frequency between the frequency of the scattered pulsed light and the frequency of the transmitted pulsed light. The difference frequency is the sum of the up-converted frequency Δf by the pulse modulator 4 and the Doppler shift frequency generated by the movement of the atmosphere, or the Doppler shift frequency generated by the up-converted frequency Δf and the movement of the measurement target. It is the sum of f DOP .
When the light receiving unit 12 receives the combined wave light from the optical coupler 11, the light receiving unit 12 converts the combined wave light into an electric signal and outputs the received signal, which is an electric signal, to the AD conversion unit 21.

AD変換部21は、受光部12から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を信号分割部22に出力する。
信号分割部22は、レンジビン情報出力部26bから、未だ、計測対象との距離を含むレンジビンを示すレンジビン情報が出力されていなければ、AD変換部21から出力されたデジタル信号を周波数領域信号出力部24に出力する。
この段階では、未だ、レンジビン情報出力部26bからレンジビン情報が出力されていないため、信号分割部22は、デジタル信号を周波数領域信号出力部24に出力する。
The AD conversion unit 21 converts the received signal output from the light receiving unit 12 from an analog signal to a digital signal, and outputs the digital signal to the signal dividing unit 22.
If the range bin information output unit 26b has not yet output range bin information indicating the range bin including the distance to the measurement target, the signal division unit 22 outputs the digital signal output from the AD conversion unit 21 to the frequency domain signal output unit. Output to 24.
At this stage, since the range bin information has not yet been output from the range bin information output unit 26b, the signal division unit 22 outputs the digital signal to the frequency domain signal output unit 24.

周波数領域信号出力部24は、信号分割部22からデジタル信号を受けると、デジタル信号をFFTすることで、デジタル信号を周波数領域の信号に変換する(図5のステップST4)。
周波数領域の信号は、図4Cに示すように、計測対象である海面からの散乱による成分と、大気からの散乱による成分とを含んでいる。
図4Cは、周波数領域信号出力部24から出力された周波数領域の信号の一例を示す説明図である。
周波数領域信号出力部24は、周波数領域の信号を距離特性算出部26aに出力する。
When the frequency domain signal output unit 24 receives a digital signal from the signal dividing unit 22, the frequency domain signal output unit 24 converts the digital signal into a signal in the frequency domain by FFTing the digital signal (step ST4 in FIG. 5).
As shown in FIG. 4C, the signal in the frequency domain includes a component due to scattering from the sea surface to be measured and a component due to scattering from the atmosphere.
FIG. 4C is an explanatory diagram showing an example of a signal in the frequency domain output from the frequency domain signal output unit 24.
The frequency domain signal output unit 24 outputs a signal in the frequency domain to the distance characteristic calculation unit 26a.

距離特性算出部26aは、周波数領域信号出力部24から周波数領域の信号を受けると、周波数領域の信号から、それぞれの周波数に対応するレンジビンのスペクトルピーク値を特定する(図5のステップST5)。
距離特性算出部26aは、図7Aに示すように、それぞれのレンジビンのスペクトルピーク値を、計測対象計測時のスペクトルピークデータAS_HT(L)として、レンジビン情報出力部26bに出力する。
When the distance characteristic calculation unit 26a receives a signal in the frequency domain from the frequency domain signal output unit 24, the distance characteristic calculation unit 26a identifies the spectrum peak value of the range bin corresponding to each frequency from the signal in the frequency domain (step ST5 in FIG. 5).
As shown in FIG. 7A, the distance characteristic calculation unit 26a outputs the spectrum peak value of each range bin to the range bin information output unit 26b as the spectrum peak data AS_HT (L) at the time of measurement of the measurement target.

レンジビン情報出力部26bは、以下の式(1)に示すように、距離特性算出部26aから出力された計測対象計測時のスペクトルピークデータAS_HT(L)と、保存している大気計測時のスペクトルピークデータAS_wind(L)との差分ΔAS(L)(図7B参照)を算出する。
ΔAS(L)=AS_HT(L)-AS_wind(L) (1)

大気計測時の送信パルス光の指向方向と、計測対象計測時の送信パルス光の指向方向とが異なっていても、散乱パルス光に含まれる大気からの散乱による成分は、概ね同じである。
図7Bは、差分ΔAS(L)及び閾値Thを示す説明図である。
閾値Thは、レンジビン情報出力部26bの内部メモリに格納されていてもよいし、図1に示すレーダ装置の外部から与えられるものであってもよい。
As shown in the following equation (1), the range bin information output unit 26b contains the spectrum peak data AS_HT (L) output from the distance characteristic calculation unit 26a at the time of measurement of the measurement target and the stored spectrum at the time of atmospheric measurement. The difference ΔAS (L) from the peak data AS_wind (L) (see FIG. 7B) is calculated.
ΔAS (L) = AS_HT (L) -AS_wind (L) (1)

Even if the direction of the transmitted pulsed light at the time of atmospheric measurement and the direction of the transmitted pulsed light at the time of measurement of the measurement target are different, the components of the scattered pulsed light due to scattering from the atmosphere are almost the same.
FIG. 7B is an explanatory diagram showing the difference ΔAS (L) and the threshold value Th.
The threshold value Th may be stored in the internal memory of the range bin information output unit 26b, or may be given from the outside of the radar device shown in FIG.

レンジビン情報出力部26bは、差分ΔAS(L)と閾値Thとを比較して、差分ΔAS(L)が閾値Thよりも大きいレンジビンがあるか否かを判定する。
レンジビン情報出力部26bは、差分ΔAS(L)が閾値Thよりも大きいレンジビンが1つ以上あれば、閾値Thよりも大きい1つ以上の差分ΔAS(L)の中で、最も大きい差分ΔAS(L)に対応するレンジビンLmaxを特定する(図5のステップST6)。レンジビンLmaxは、計測対象までの距離を含むレンジビンである。
レンジビン情報出力部26bは、特定したレンジビンLmaxを示すレンジビン情報を信号分割部22及び移動速度算出部32のそれぞれに出力し、レンジビンの特定が完了した旨を示す完了信号をパルス幅制御部27に出力する。
The range bin information output unit 26b compares the difference ΔAS (L) with the threshold value Th, and determines whether or not there is a range bin having a difference ΔAS (L) larger than the threshold value Th.
If there is one or more range bins whose difference ΔAS (L) is larger than the threshold value Th, the range bin information output unit 26b has the largest difference ΔAS (L) among the one or more difference ΔAS (L) having a difference ΔAS (L) larger than the threshold value Th. ) Corresponding to the range bin L max (step ST6 in FIG. 5). The range bin L max is a range bin including the distance to the measurement target.
The range bin information output unit 26b outputs range bin information indicating the specified range bin L max to each of the signal division unit 22 and the movement speed calculation unit 32, and outputs a completion signal indicating that the range bin identification is completed to the pulse width control unit 27. Output to.

パルス幅制御部27は、レンジビン情報出力部26bから、レンジビンの特定が完了した旨を示す完了信号を受けると、パルス幅を狭くする旨を示す制御信号をトリガ生成回路33及び信号分割部22のそれぞれに出力する。
トリガ生成回路33は、パルス幅制御部27から、パルス幅を狭くする旨を示す制御信号を受けると、パルス変調器4によるパルス変調を制御して、パルス変調器4により生成される送信パルス光のパルス幅を初期値よりも狭くさせる。
以降、送受信部5は、パルス幅が初期値よりも狭くなっている送信パルス光を大気中に放射して、パルス幅が初期値よりも狭くなっている散乱光を受信する。送受信部5は、パルス幅が初期値よりも狭くなっている散乱パルス光と連続光との合波光を電気信号に変換し、電気信号である受信信号をAD変換部21に出力する。
When the pulse width control unit 27 receives a completion signal from the range bin information output unit 26b indicating that the range bin has been specified, the pulse width control unit 27 sends a control signal indicating that the pulse width is narrowed to the trigger generation circuit 33 and the signal division unit 22. Output to each.
When the trigger generation circuit 33 receives a control signal from the pulse width control unit 27 indicating that the pulse width is narrowed, the trigger generation circuit 33 controls the pulse modulation by the pulse modulator 4, and the transmission pulse light generated by the pulse modulator 4 is controlled. The pulse width of is narrower than the initial value.
After that, the transmission / reception unit 5 radiates the transmission pulse light whose pulse width is narrower than the initial value into the atmosphere, and receives the scattered light whose pulse width is narrower than the initial value. The transmission / reception unit 5 converts the combined light of the scattered pulse light and the continuous light whose pulse width is narrower than the initial value into an electric signal, and outputs the received signal, which is an electric signal, to the AD conversion unit 21.

AD変換部21は、受光部12から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を信号分割部22に出力する。
信号分割部22は、レンジビン情報出力部26bから、レンジビン情報を受けると、AD変換部21からデジタル信号が出力される毎に、出力されたデジタル信号の中から、レンジビン情報が示すレンジビンLmaxのデジタル信号V(t)の切り出しを行う。nは、送信パルス光のショット番号であり、n=1,2,・・・,Nである。デジタル信号V(t)は、1ショットの送信パルス光に係る受信信号と対応する。
図8Aは、信号分割部22により切り出されたデジタル信号V(t)を示す説明図である。
信号分割部22は、切り出したデジタル信号V(t)を複素信号生成部29に出力する。
The AD conversion unit 21 converts the received signal output from the light receiving unit 12 from an analog signal to a digital signal, and outputs the digital signal to the signal dividing unit 22.
When the signal dividing unit 22 receives the range bin information from the range bin information output unit 26b, each time the digital signal is output from the AD conversion unit 21, the range bin L max indicated by the range bin information is selected from the output digital signals. The digital signal V n (t) is cut out. n is a shot number of the transmission pulse light, and n = 1, 2, ..., N. The digital signal V n (t) corresponds to the received signal related to the transmission pulsed light of one shot.
FIG. 8A is an explanatory diagram showing a digital signal V n (t) cut out by the signal dividing unit 22.
The signal dividing unit 22 outputs the cut out digital signal V n (t) to the complex signal generation unit 29.

以下、信号分割部22によるデジタル信号V(t)の切り出し処理を具体的に説明する。ここでは、説明の簡単化のため、送信パルス光のショット番号が、n=1の例を説明する。
信号分割部22は、以下の式(2)に示すように、レンジビン情報が示すレンジビンLmaxに基づいて、送受信部5のスキャナ9から送信パルス光が放射されてから、スキャナ9が、計測対象からの散乱パルス光を受信するまでに要する時間tmaxを算出する。
max=2×Lmax/c (2)
式(2)において、cは、光速である。
次に、信号分割部22は、以下の式(3)に示すように、パルス幅制御部27からパルス幅を狭くする旨を示す制御信号が出力された時刻tから、AD変換部21からレンジビンLmaxのデジタル信号が出力される時刻tを算出する。レンジビンLmaxは、Δtの時間幅を有しているため、時刻tは、レンジビンLmaxの中心が出力される時刻である。
=t+tmax (3)
ここでは、説明の簡単化のために、パルス変調器4が送信パルス光を生成するのに要する時間、パルス変調器4から送信パルス光が出力されてから、送受信部5が送信パルス光を放射するまでの時間、送受信部5が散乱パルス光を受信してから、受信信号をAD変換部21に出力までの時間、及び、送受信部5から受信信号が出力されてから、AD変換部21がデジタル信号を信号分割部22に出力するまでの時間のそれぞれを無視している。
これらの時間は、極めて短い時間であるため無視しているが、信号分割部22が、これらの時間に基づいて、時刻tを算出するようにしてもよい。これらの時間に基づいて、時刻tを算出する場合、これらの時間を時刻tに加えればよい。
Hereinafter, the process of cutting out the digital signal V n (t) by the signal dividing unit 22 will be specifically described. Here, for simplification of the description, an example in which the shot number of the transmission pulsed light is n = 1 will be described.
As shown in the following equation (2), the signal dividing unit 22 emits the transmission pulse light from the scanner 9 of the transmission / reception unit 5 based on the range bin L max indicated by the range bin information, and then the scanner 9 is the measurement target. The time t max required to receive the scattered pulsed light from is calculated.
t max = 2 × L max / c (2)
In equation (2), c is the speed of light.
Next, as shown in the following equation (3), the signal dividing unit 22 is from the AD conversion unit 21 from the time t 0 when the control signal indicating that the pulse width is narrowed is output from the pulse width control unit 27. The time t L at which the digital signal of the range bin L max is output is calculated. Since the range bin L max has a time width of Δt, the time t L is the time when the center of the range bin L max is output.
t L = t 0 + t max (3)
Here, for the sake of simplicity of explanation, the transmission / reception unit 5 emits the transmission pulse light after the transmission pulse light is output from the pulse modulator 4 for the time required for the pulse modulator 4 to generate the transmission pulse light. Time until the transmission / reception unit 5 receives the scattered pulse light and the time until the reception signal is output to the AD conversion unit 21 and after the reception signal is output from the transmission / reception unit 5 the AD conversion unit 21 Each of the times until the digital signal is output to the signal dividing unit 22 is ignored.
These times are ignored because they are extremely short times, but the signal dividing unit 22 may calculate the time t L based on these times. When calculating the time t L based on these times, these times may be added to the time t 0 .

次に、信号分割部22は、以下の式(4)に示すように、デジタル信号の中から、切り出すデジタル信号V(t)の先頭時刻tを算出する。
=t-Δt/2 (4)
式(4)において、Δtは、それぞれのレンジビンの時間幅であり、例えば、信号分割部22の内部メモリに格納されている。
次に、信号分割部22は、以下の式(5)に示すように、デジタル信号の中から、切り出すデジタル信号V(t)の後尾時刻tを算出する。
=t+Δt/2 (5)
信号分割部22は、デジタル信号の中から、先頭時刻t~後尾時刻tのデジタル信号を切り出し、切り出したデジタル信号V(t)を複素信号生成部29に出力する。
ここでは、送信パルス光のショット番号が、n=1の例を説明している。送信パルス光のショット番号が、n=2,・・・,Nである場合、送信パルス光のパルス間隔の時間と、それぞれのレンジビンの時間幅Δtとをnの値に応じて、時刻tに加えれば、デジタル信号の中から、デジタル信号V(t)と同様に、デジタル信号V(t)を切り出すことができる。
Next, as shown in the following equation (4), the signal dividing unit 22 calculates the start time t 1 of the digital signal V 1 (t) to be cut out from the digital signals.
t 1 = t L − Δt / 2 (4)
In the equation (4), Δt is the time width of each range bin, and is stored in the internal memory of the signal dividing unit 22, for example.
Next, as shown in the following equation (5), the signal dividing unit 22 calculates the tail time t 2 of the digital signal V 1 (t) to be cut out from the digital signals.
t 2 = t L + Δt / 2 (5)
The signal dividing unit 22 cuts out a digital signal from the start time t 1 to the tail time t 2 from the digital signals, and outputs the cut out digital signal V 1 (t) to the complex signal generation unit 29.
Here, an example in which the shot number of the transmission pulse light is n = 1 is described. When the shot number of the transmission pulse light is n = 2, ..., N, the time of the pulse interval of the transmission pulse light and the time width Δt of each range bin are set to time t 0 according to the value of n. In addition to, the digital signal V n (t) can be cut out from the digital signal in the same manner as the digital signal V 1 (t).

複素信号生成部29は、信号分割部22から、デジタル信号V(t)が出力される毎に、以下の式(6)及び式(7)に示すように、出力されたデジタル信号V(t)に対するヒルベルト変換を行うことで、デジタル信号V(t)を複素信号に変換する(図6のステップST11)。
real;n(t)=Real[Hilbert(V(t))] (6)
imag;n(t)=Imag[Hilbert(V(t))] (7)
式(6)及び式(7)において、Vreal;n(t)は、複素信号における実部の信号、Vimag;n(t)は、複素信号における虚部の信号Vimag;n(t)、Hilbert(・)は、ヒルベルト変換を行う関数である。
Each time the digital signal V n (t) is output from the signal dividing unit 22, the complex signal generation unit 29 outputs the digital signal V n as shown in the following equations (6) and (7). By performing the Hilbert conversion for (t), the digital signal V n (t) is converted into a complex signal (step ST11 in FIG. 6).
V real; n (t) = Real [Hilbert (V n (t))] (6)
V imag; n (t) = Imag [Hilbert (V n (t))] (7)
In the equations (6) and (7), V real; n (t) is the real signal in the complex signal, V imag; n (t) is the imaginary signal V imag ; n (t) in the complex signal. ), Hilbert (・) is a function that performs the Hilbert transform.

図8Bは、複素信号における実部の信号Vreal;n(t)と複素信号における虚部の信号Vimag;n(t)とを示す説明図である。
複素信号生成部29は、複素信号を位相データ算出部30に出力する。
複素信号生成部29における複素信号への変換精度は、送信パルス光のパルス幅と無関係であるため、送信パルス光のパルス幅が狭くなっても、複素信号への変換精度は、劣化しない。
なお、送信パルス光のパルス幅が狭くなることで、計測対象に対する空間分解能が高まるため、計測対象からの散乱パルス光を含むレンジビン内への、大気からの散乱パルス光の混入が低減される。
FIG. 8B is an explanatory diagram showing the real part signal V real; n (t) in the complex signal and the imaginary part signal V image; n (t) in the complex signal.
The complex signal generation unit 29 outputs the complex signal to the phase data calculation unit 30.
Since the conversion accuracy of the complex signal generation unit 29 to the complex signal is irrelevant to the pulse width of the transmission pulse light, the conversion accuracy to the complex signal does not deteriorate even if the pulse width of the transmission pulse light is narrowed.
By narrowing the pulse width of the transmitted pulse light, the spatial resolution for the measurement target is increased, so that the mixing of the scattered pulse light from the atmosphere into the range bin containing the scattered pulse light from the measurement target is reduced.

位相データ算出部30は、複素信号生成部29から複素信号が出力される毎に、出力された複素信号における実部の信号Vreal;n(t)と、出力された複素信号における虚部の信号Vimag;n(t)とから、複素信号の位相データangle(Vimag;n(t)/Vreal;n(t))を算出する(図6のステップST12)。
実部の信号Vreal;n(t)と虚部の信号Vimag;n(t)とから、位相データを算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
次に、位相データ算出部30は、以下の式(8)に示すように、複素信号の位相データangle(Vimag;n(t)/Vreal;n(t))に対するアンラップ処理を実施することで、位相データangle(Vimag;n(t)/Vreal;n(t))を略線形波形の位相データSph_Ob;n(t)に変換する。
ph_Ob;n(t)
=unwrap[angle(Vimag;n(t)/Vreal;n(t))] (8)
式(8)において、unwrap[・]は、アンラップ処理を行う関数である。
Each time the complex signal is output from the complex signal generation unit 29, the phase data calculation unit 30 has a real signal V real; n (t) in the output complex signal and an imaginary part in the output complex signal. From the signal V image; n (t), the phase data angle (V image; n (t) / V real; n (t)) of the complex signal is calculated (step ST12 in FIG. 6).
Since the process itself of calculating the phase data from the signal V real; n ( t) of the real part and the signal V image; n (t) of the imaginary part is a known technique, detailed description thereof will be omitted.
Next, as shown in the following equation (8), the phase data calculation unit 30 performs unwrap processing on the phase data angle (V imag; n (t) / V real; n (t)) of the complex signal. This converts the phase data angle (V imag; n (t) / V real; n (t)) into the phase data Sph_Ob; n (t) having a substantially linear waveform.
S ph_Ob; n (t)
= Unwrap [angle ( Vimag; n (t) / V real; n (t))] (8)
In equation (8), unwrap [・] is a function that performs unwrap processing.

図8Cは、略線形波形の位相データSph_Ob;n(t)を示す説明図である。
位相データSph_Ob;n(t)の波形は、図8Cに示すように、理想の線形波形から若干ずれているが、概ね、線形の波形である。位相データSph_Ob;n(t)の波形は、実用上問題のない範囲で、線形波形からずれていてもよく、厳密に線形波形である必要はない。
位相データ算出部30は、略線形波形の位相データSph_Ob;n(t)を周波数算出部31に出力する。
位相データ算出部30から出力される位相データSph_Ob;n(t)の精度は、送信パルス光のパルス幅と無関係であるため、送信パルス光のパルス幅が狭くなっても、位相データ算出部30から出力される位相データSph_Ob;n(t)の精度は、劣化しない。
FIG. 8C is an explanatory diagram showing phase data Sph_Ob; n (t) having a substantially linear waveform.
As shown in FIG. 8C, the waveform of the phase data S ph_Ob; n (t) deviates slightly from the ideal linear waveform, but is generally a linear waveform. The waveform of the phase data S ph_Ob; n (t) may deviate from the linear waveform within a range where there is no practical problem, and does not have to be a strictly linear waveform.
The phase data calculation unit 30 outputs phase data Sph_Ob; n (t) having a substantially linear waveform to the frequency calculation unit 31.
Since the accuracy of the phase data Sph_Ob; n (t) output from the phase data calculation unit 30 is irrelevant to the pulse width of the transmission pulse light, the phase data calculation unit even if the pulse width of the transmission pulse light is narrowed. The accuracy of the phase data Sph_Ob; n (t) output from 30 does not deteriorate.

周波数算出部31は、位相データ算出部30から位相データSph_Ob;n(t)が出力される毎に、出力された位相データSph_Ob;n(t)を線形関数f(t)とフィッティングする。
線形関数f(t)は、一次関数であり、α・t+βのように表される。αは、一次関数の傾きを示す係数であり、βは、一次関数の切片を示す係数である。
周波数算出部31は、フィッティングした線形関数f(t)の傾きを示す係数αから、以下の式(9)に示すように、受光部12から出力された受信信号の周波数fIF;nを算出する(図6のステップST13)。
IF;n=fAD×α/2π (9)
式(9)において、fADは、AD変換部21のサンプリングレートであり、πは、円周率である。
周波数算出部31は、算出した受信信号の周波数fIF;nを周波数算出部31に出力する。
The frequency calculation unit 31 fits the output phase data S ph_Ob; n (t) with the linear function f (t) each time the phase data S ph_Ob; n (t) is output from the phase data calculation unit 30. ..
The linear function f (t) is a linear function and is expressed as α n · t + β n . α n is a coefficient indicating the slope of the linear function, and β n is a coefficient indicating the intercept of the linear function.
The frequency calculation unit 31 sets the frequency f IF; n of the received signal output from the light receiving unit 12 from the coefficient α n indicating the slope of the fitted linear function f (t) as shown in the following equation (9). Calculate (step ST13 in FIG. 6).
f IF; n = f AD × α n / 2π (9)
In equation (9), f AD is the sampling rate of the AD conversion unit 21, and π is the pi.
The frequency calculation unit 31 outputs the calculated frequency fIF; n of the received signal to the frequency calculation unit 31.

以下、周波数算出部31による周波数fIF;nの算出処理の一例を具体的に説明する。
例えば、周波数算出部31の内部メモリには、複数の線形関数f(t)~f(t)が格納されている。あるいは、図1に示すレーダ装置の外部から、複数の線形関数f(t)~f(t)が周波数算出部31に与えられる。Mは、2以上の整数である。
周波数算出部31は、t=t~tにおける位相データSph_Ob;n(t)と、t=t~tにおける複数の線形関数f(t)~f(t)とを比較する。線形関数f(t)(m=1,・・・,M)は、一次関数であり、α・t+βのように表される。αは、一次関数の傾きを示す係数であり、βは、一次関数の切片を示す係数である。
周波数算出部31は、複数の線形関数f(t)~f(t)の中から、位相データSph_Ob;n(t)と最も近似している線形関数f(t)を探索する。位相データSph_Ob;n(t)と最も近似している線形関数f(t)を探索する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
周波数算出部31は、探索した線形関数f(t)の傾きを示す係数αを、αとして、式(9)に代入することで、受信信号の周波数fIF;nを算出する。
Hereinafter, an example of the frequency fIF; n calculation process by the frequency calculation unit 31 will be specifically described.
For example, a plurality of linear functions f 1 (t) to f M (t) are stored in the internal memory of the frequency calculation unit 31. Alternatively, a plurality of linear functions f 1 (t) to f M (t) are given to the frequency calculation unit 31 from the outside of the radar device shown in FIG. M is an integer of 2 or more.
The frequency calculation unit 31 inputs the phase data Sph_Ob; n (t) at t = t 1 to t 2 and the plurality of linear functions f 1 (t) to f M (t) at t = t 1 to t 2 . Compare. The linear function f m (t) (m = 1, ..., M) is a linear function and is expressed as α m · t + β m . α m is a coefficient indicating the slope of the linear function, and β m is a coefficient indicating the intercept of the linear function.
The frequency calculation unit 31 searches for a linear function f m (t) that is the closest to the phase data Sph_Ob; n (t) from among a plurality of linear functions f 1 (t) to f M (t). .. Since the process itself for searching the linear function fm (t), which is the closest to the phase data Sph_Ob; n ( t), is a known technique, detailed description thereof will be omitted.
The frequency calculation unit 31 calculates the frequency f IF; n of the received signal by substituting the coefficient α m indicating the slope of the searched linear function f m (t) into the equation (9) as α n .

周波数算出部31は、位相データ算出部30から位相データSph_Ob;n(t)が出力される毎に、出力された受信信号の周波数fIF;nを算出し、算出した周波数fIF;nを保存する。
周波数算出部31は、N個の周波数fIF;1~fIF;Nを保存すると、以下の式(10)に示すように、N個の周波数fIF;1~fIF;Nの確率密度分布p(fIF)を生成し、確率密度分布p(fIF)を移動速度算出部32に出力する(図6のステップST14)。
p(fIF)=histogram(fIF;n,n=1~N) (10)

式(10)において、histogram(・)は、確率密度分布を生成する関数である。
図8Dは、周波数算出部31により生成された確率密度分布p(fIF)を示す説明図である。
周波数算出部31における確率密度分布p(fIF)の生成精度は、送信パルス光のパルス幅と無関係であるため、送信パルス光のパルス幅が狭くなっても、確率密度分布p(fIF)の生成精度は、劣化しない。
The frequency calculation unit 31 calculates the frequency f IF; n of the output received signal each time the phase data S ph_Ob; n (t) is output from the phase data calculation unit 30, and the calculated frequency f IF; n. To save.
When the frequency calculation unit 31 stores N frequencies f IF ; 1 to f IF ; N , the probability density of N frequencies f IF; 1 to f IF; N is shown in the following equation (10). The distribution p (f IF ) is generated, and the probability density distribution p (f IF ) is output to the movement speed calculation unit 32 (step ST14 in FIG. 6).
p (f IF ) = histogram (f IF; n , n = 1 to N) (10)

In equation (10), histogram (.) Is a function that generates a probability density distribution.
FIG. 8D is an explanatory diagram showing the probability density distribution p (f IF ) generated by the frequency calculation unit 31.
Since the generation accuracy of the probability density distribution p (f IF ) in the frequency calculation unit 31 is irrelevant to the pulse width of the transmission pulse light, the probability density distribution p (f IF ) even if the pulse width of the transmission pulse light is narrowed. The generation accuracy of is not deteriorated.

移動速度算出部32は、周波数算出部31から確率密度分布p(fIF)を受けると、確率密度分布p(fIF)のピーク周波数fpeakを特定する。
確率密度分布p(fIF)のピーク周波数fpeakを特定する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、例えば、確率密度分布p(fIF)に対する重心演算を実施することで、ピーク周波数fpeakを特定することができる。
次に、移動速度算出部32は、以下の式(11)に示すように、ピーク周波数fpeakから、計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数fDOPを算出する(図6のステップST15)。
DOP=fpeak-fIF;STOP (11)
式(11)において、fIF;STOPは、計測対象が停止しているときの受信信号の周波数であり、例えば、移動速度算出部32の内部メモリに格納されている。
Upon receiving the probability density distribution p (f IF ) from the frequency calculation unit 31, the moving speed calculation unit 32 identifies the peak frequency f peak of the probability density distribution p (f IF ).
Since the process itself for specifying the peak frequency f peak of the probability density distribution p (f IF ) is a known technique, detailed description thereof will be omitted, but for example, the center of gravity calculation for the probability density distribution p (f IF ) is performed. Therefore, the peak frequency f peak can be specified.
Next, as shown in the following equation (11), the movement speed calculation unit 32 calculates the Doppler shift frequency f DOP generated by the movement of the measurement target from the peak frequency f peak (step ST15 in FIG. 6). ..
f DOP = f peak -f IF; STOP (11)
In the equation (11), fIF; STOP is the frequency of the received signal when the measurement target is stopped, and is stored in, for example, the internal memory of the moving speed calculation unit 32.

次に、移動速度算出部32は、以下の式(12)に示すように、ドップラシフト周波数fDOPから計測対象の移動速度Vを算出する(図6のステップST16)。
V=λ・fDOP/2 (12)
式(12)において、λは、光源2により発振された連続光の波長である。
移動速度算出部32は、算出した計測対象の移動速度V及びレンジビン情報出力部26bから出力されたレンジビン情報が示すレンジビンのそれぞれを外部に出力する。あるいは、移動速度算出部32は、算出した計測対象の移動速度V及びレンジビン情報が示すレンジビンのそれぞれを図示せぬ表示器等に表示させる。
移動速度算出部32における移動速度Vの算出精度は、送信パルス光のパルス幅と無関係であるため、送信パルス光のパルス幅が狭くなっても、移動速度Vの算出精度は、劣化しない。
また、送信パルス光のパルス幅が狭くなることで、計測対象に対する空間分解能が高まり、計測対象からの散乱パルス光を含むレンジビン内への、大気からの散乱パルス光の混入が低減される分だけ、移動速度Vの算出精度は、向上する。
Next, the moving speed calculation unit 32 calculates the moving speed V of the measurement target from the Doppler shift frequency f DOP as shown in the following equation (12) (step ST16 in FIG. 6).
V = λ ・ f DOP / 2 (12)
In equation (12), λ is the wavelength of continuous light oscillated by the light source 2.
The moving speed calculation unit 32 outputs each of the calculated moving speed V of the measurement target and the range bin indicated by the range bin information output from the range bin information output unit 26b to the outside. Alternatively, the moving speed calculation unit 32 displays each of the calculated moving speed V of the measurement target and the range bin indicated by the range bin information on a display or the like (not shown).
Since the calculation accuracy of the movement speed V in the movement speed calculation unit 32 is irrelevant to the pulse width of the transmission pulse light, the calculation accuracy of the movement speed V does not deteriorate even if the pulse width of the transmission pulse light becomes narrow.
In addition, by narrowing the pulse width of the transmitted pulse light, the spatial resolution for the measurement target is increased, and the mixing of the scattered pulse light from the atmosphere into the range bin containing the scattered pulse light from the measurement target is reduced. , The calculation accuracy of the moving speed V is improved.

以上の実施の形態1では、連続光をパルス変調することで生成された送信パルス光が計測対象によって散乱された光である散乱パルス光と、連続光とのヘテロダイン検波により得られた受信信号を複素信号に変換し、複素信号を出力する複素信号生成部29と、複素信号生成部29から出力された複素信号における実部の信号と複素信号における虚部の信号とから、複素信号の位相データを算出する位相データ算出部30と、位相データ算出部30により算出された位相データに基づいて、受信信号の周波数を算出する周波数算出部31と、周波数算出部31により算出された受信信号の周波数から、計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、ドップラシフト周波数から計測対象の移動速度を算出する移動速度算出部32とを備えるように、信号処理装置20を構成した。したがって、信号処理装置20は、計測対象における光の反射率と、大気における光の反射率との差異が小さい場合でも、計測対象における移動速度の誤算出を防ぐことができる。 In the above-described first embodiment, the transmitted signal generated by pulse-modulating the continuous light is the scattered pulse light that is scattered by the measurement target, and the received signal obtained by the heterodyne detection of the continuous light. Phase data of a complex signal from a complex signal generation unit 29 that converts to a complex signal and outputs a complex signal, a real part signal in the complex signal output from the complex signal generation unit 29, and an imaginary part signal in the complex signal. The frequency calculation unit 30 that calculates the frequency of the received signal based on the phase data calculated by the phase data calculation unit 30, and the frequency calculation unit 31 that calculates the frequency of the received signal. Therefore, the signal processing device 20 is configured to include a movement speed calculation unit 32 that calculates the Doppler shift frequency generated by the movement of the measurement target and calculates the movement speed of the measurement target from the Doppler shift frequency. Therefore, the signal processing device 20 can prevent erroneous calculation of the moving speed in the measurement target even when the difference between the light reflectance in the measurement target and the light reflectance in the atmosphere is small.

また、実施の形態1では、送受信部5により得られた受信信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号を出力する周波数領域信号出力部24と、周波数領域信号出力部24から出力された周波数領域の信号に基づいて、計測対象との距離を含むレンジビンを特定するレンジビン特定処理部25と、送受信部5により得られた受信信号の中から、レンジビン特定処理部25により特定されたレンジビンの受信信号を切り出し、切り出した受信信号を複素信号生成部29に出力する信号分割部22とを備えるように、信号処理装置20を構成した。したがって、信号処理装置20は、送受信部5から出力された受信信号の全てを複素信号生成部29に出力する場合よりも、計測対象の移動速度を算出するまでに要する時間を短縮することができる。
なお、計測対象の移動速度を算出するまでに要する時間を短縮する必要がない等の場合には、送受信部5から出力された受信信号の全てを複素信号生成部29に出力するようにしてもよい。
Further, in the first embodiment, the received signal obtained by the transmission / reception unit 5 is converted into a signal in the frequency domain and output from the frequency domain signal output unit 24 and the frequency domain signal output unit 24 to output the signal in the frequency domain. The range bin specified by the range bin specifying processing unit 25 from the received signals obtained by the range bin specifying processing unit 25 that specifies the range bin including the distance to the measurement target and the transmission / reception unit 5 based on the signal in the frequency domain. The signal processing device 20 is configured to include a signal dividing unit 22 that cuts out the received signal of the above and outputs the cut out received signal to the complex signal generation unit 29. Therefore, the signal processing device 20 can shorten the time required to calculate the moving speed of the measurement target as compared with the case where all the received signals output from the transmission / reception unit 5 are output to the complex signal generation unit 29. ..
If it is not necessary to shorten the time required to calculate the moving speed of the measurement target, all the received signals output from the transmission / reception unit 5 may be output to the complex signal generation unit 29. good.

図1に示すレーダ装置では、周波数算出部31が、位相データ算出部30から位相データSph_Ob;n(t)が出力される毎に、出力された位相データSph_Ob;n(t)を線形関数f(t)とフィッティングし、フィッティングした線形関数f(t)の傾きを示す係数αから受信信号の周波数fIF;nを算出している。
しかし、これは一例に過ぎず、周波数算出部31は、位相データSph_Ob;n(t)における互いに異なる時刻の位相データの間の変化量から係数αを求め、係数αから受信信号の周波数fIF;nを算出するようにしてもよい。
周波数算出部31は、例えば、位相データSph_Ob;n(t11)と位相データSph_Ob;n(t12)との間の変化量を求め、当該変化量を時間(t12-t11)で除算することで、係数αを求めるようにしてもよい。また、周波数算出部31は、例えば、位相データSph_Ob;n(t11)と位相データSph_Ob;n(t14)との間の変化量を求め、当該変化量を時間(t14-t11)で除算することで、係数αを求めるようにしてもよい。
In the radar device shown in FIG. 1, the frequency calculation unit 31 linearly outputs the output phase data S ph_Ob ; n (t) each time the phase data S ph_Ob; n (t) is output from the phase data calculation unit 30. The frequency f IF; n of the received signal is calculated from the coefficient α n indicating the inclination of the fitted linear function f (t) by fitting with the function f (t).
However, this is only an example, and the frequency calculation unit 31 obtains the coefficient α n from the amount of change between the phase data at different times in the phase data Sph_Ob; n (t), and obtains the coefficient α n from the coefficient α n of the received signal. The frequency f IF; n may be calculated.
The frequency calculation unit 31 obtains, for example, the amount of change between the phase data S ph_Ob; n (t 11 ) and the phase data S ph_Ob; n (t 12 ), and determines the amount of change for the time (t 12 −t 11 ). The coefficient α n may be obtained by dividing by. Further, the frequency calculation unit 31 obtains, for example, the amount of change between the phase data S ph_Ob; n (t 11 ) and the phase data S ph_Ob; n (t 14 ), and determines the amount of change for the time (t 14 −t). The coefficient α n may be obtained by dividing by 11 ).

図1に示すレーダ装置では、送受分離部7が送信パルス光をテレスコープ8の入出口8aに出力している。しかし、これは一例に過ぎず、送受分離部7から出力された送信パルス光を増幅する光増幅器を設け、光増幅器が、増幅後の送信パルス光をテレスコープ8の入出口8aに出力するようにしてもよい。 In the radar device shown in FIG. 1, the transmission / reception separation unit 7 outputs transmission pulse light to the inlet / outlet 8a of the telescope 8. However, this is only an example, and an optical amplifier for amplifying the transmission pulse light output from the transmission / reception separation unit 7 is provided so that the optical amplifier outputs the amplified transmission pulse light to the inlet / outlet 8a of the telescope 8. You may do it.

実施の形態2.
図1に示すレーダ装置では、送受信部5が、1つのテレスコープ8と、1つのスキャナ9とを備え、指向方向制御部34が、スキャナ9を制御している。
実施の形態2では、送受信部5が、1つの光スイッチ61と、2つのテレスコープ8-1,8-2とを備えるレーダ装置について説明する。
Embodiment 2.
In the radar device shown in FIG. 1, the transmission / reception unit 5 includes one telescope 8 and one scanner 9, and the directivity direction control unit 34 controls the scanner 9.
In the second embodiment, a radar device in which the transmission / reception unit 5 includes one optical switch 61 and two telescopes 8-1 and 8-2 will be described.

図9は、実施の形態2に係る信号処理装置20を含むレーダ装置を示す構成図である。
図9において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
光スイッチ61は、トリガ生成回路33からトリガ信号を受けたのち、レンジビン情報出力部26bから、大気計測が完了した旨を示す完了信号を受けるまでの間、送受分離部7から出力された送信パルス光をテレスコープ8-1の入出口8-1aに出力し、テレスコープ8-1の入出口8-1aから出力された散乱パルス光を受信側光学系10に出力する。
光スイッチ61は、レンジビン情報出力部26bから、大気計測が完了した旨を示す完了信号を受けると、送受分離部7から出力された送信パルス光をテレスコープ8-2の入出口8-2aに出力し、テレスコープ8-2の入出口8-2aから出力された散乱パルス光を受信側光学系10に出力する。
FIG. 9 is a configuration diagram showing a radar device including the signal processing device 20 according to the second embodiment.
In FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts, and thus the description thereof will be omitted.
After receiving the trigger signal from the trigger generation circuit 33, the optical switch 61 receives the transmission pulse output from the transmission / reception separation unit 7 until the range bin information output unit 26b receives the completion signal indicating that the atmospheric measurement is completed. The light is output to the inlet / outlet 8-1a of the telescope 8-1, and the scattered pulse light output from the inlet / outlet 8-1a of the telescope 8-1 is output to the receiving optical system 10.
When the optical switch 61 receives a completion signal from the range bin information output unit 26b indicating that the atmospheric measurement is completed, the optical switch 61 transmits the transmission pulse light output from the transmission / reception separation unit 7 to the inlet / outlet 8-2a of the telescope 8-2. It is output, and the scattered pulse light output from the inlet / outlet 8-2a of the telescope 8-2 is output to the receiving side optical system 10.

テレスコープ8-1は、入出口8-1a,8-1bを備えている。
テレスコープ8-1は、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在していない方向に向くように設置されている。
テレスコープ8-1は、光スイッチ61から入出口8-1aに送信パルス光が出力されると、送信パルス光のビーム径を拡大し、ビーム径拡大後の送信パルス光を、入出口8-1bから計測対象が存在していない方向の大気中に放射する。
テレスコープ8-1の入出口8-1bから放射された送信パルス光は、大気によって散乱される。大気によって散乱された送信パルス光は、散乱パルス光としてテレスコープ8-1の入出口8-1bに戻ってくる。
テレスコープ8-1は、戻ってきた散乱パルス光を受信して、散乱パルス光のビーム径を縮小し、入出口8-1aからビーム径縮小後の散乱パルス光を光スイッチ61に出力する。
The telescope 8-1 includes inlets and outlets 8-1a and 8-1b.
The telescope 8-1 is installed so that the directivity direction of the transmitted pulse light is directed to the direction in which the measurement target does not exist.
When the transmission pulse light is output from the optical switch 61 to the inlet / outlet 8-1a, the telescope 8-1 expands the beam diameter of the transmission pulse light and transmits the transmission pulse light after the beam diameter expansion to the inlet / outlet 8- It radiates from 1b into the atmosphere in the direction where the measurement target does not exist.
The transmitted pulsed light emitted from the inlet / outlet 8-1b of the telescope 8-1 is scattered by the atmosphere. The transmitted pulsed light scattered by the atmosphere returns to the inlet / outlet 8-1b of the telescope 8-1 as the scattered pulsed light.
The telescope 8-1 receives the returned scattered pulse light, reduces the beam diameter of the scattered pulse light, and outputs the scattered pulse light after the beam diameter reduction from the inlet / outlet 8-1a to the optical switch 61.

テレスコープ8-2は、入出口8-2a,8-2bを備えている。
テレスコープ8-2は、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在している方向に向くように設置されている。
テレスコープ8-2は、光スイッチ61から入出口8-2aに送信パルス光が出力されると、送信パルス光のビーム径を拡大し、ビーム径拡大後の送信パルス光を、入出口8-2bから計測対象が存在している方向の大気中に放射する。
テレスコープ8-2の入出口8-2bから放射された送信パルス光は、計測対象によって散乱、又は、大気によって散乱される。計測対象によって散乱された送信パルス光、又は、大気によって散乱された送信パルス光は、散乱パルス光としてテレスコープ8-2の入出口8-2bに戻ってくる。
テレスコープ8-2は、戻ってきた散乱パルス光を受信して、散乱パルス光のビーム径を縮小し、入出口8-2aからビーム径縮小後の散乱パルス光を光スイッチ61に出力する。
The telescope 8-2 includes inlets and outlets 8-2a and 8-2b.
The telescope 8-2 is installed so that the directivity direction of the transmitted pulse light faces the direction in which the measurement target exists.
When the transmission pulse light is output from the optical switch 61 to the inlet / outlet 8-2a, the telescope 8-2 expands the beam diameter of the transmission pulse light and transmits the transmission pulse light after the beam diameter expansion to the inlet / outlet 8-2. It radiates from 2b into the atmosphere in the direction in which the measurement target exists.
The transmitted pulsed light emitted from the inlet / outlet 8-2b of the telescope 8-2 is scattered by the measurement target or by the atmosphere. The transmission pulse light scattered by the measurement target or the transmission pulse light scattered by the atmosphere returns to the inlet / outlet 8-2b of the telescope 8-2 as the scattered pulse light.
The telescope 8-2 receives the returned scattered pulse light, reduces the beam diameter of the scattered pulse light, and outputs the scattered pulse light after the beam diameter reduction from the inlet / outlet 8-2a to the optical switch 61.

図9に示すレーダ装置では、送受信部5が、1つの光スイッチ61と、2つのテレスコープ8-1,8-2とを備え、スキャナ9及び指向方向制御部34を備えていない点で、図1に示すレーダ装置と異なる。
図9に示すレーダ装置では、トリガ生成回路33が、トリガ信号を指向方向制御部34に出力する代わりに、トリガ信号を光スイッチ61に出力する点で、図1に示すレーダ装置と異なる。
図9に示すレーダ装置では、レンジビン情報出力部26bが、大気計測が完了した旨を示す完了信号を指向方向制御部34に出力する代わりに、当該完了信号を光スイッチ61に出力する点で、図1に示すレーダ装置と異なる。
その他の点では、図9に示すレーダ装置の動作と図1に示すレーダ装置の動作とは同じである。
図9に示すレーダ装置は、スキャナ9及び指向方向制御部34が不要であるため、送信パルス光の機械的な走査が不要になる。
In the radar device shown in FIG. 9, the transmission / reception unit 5 includes one optical switch 61 and two telescopes 8-1 and 8-2, and does not include the scanner 9 and the directivity control unit 34. It is different from the radar device shown in FIG.
The radar device shown in FIG. 9 differs from the radar device shown in FIG. 1 in that the trigger generation circuit 33 outputs the trigger signal to the optical switch 61 instead of outputting the trigger signal to the directional control unit 34.
In the radar device shown in FIG. 9, the range bin information output unit 26b outputs the completion signal to the optical switch 61 instead of outputting the completion signal indicating that the atmospheric measurement is completed to the directional control unit 34. It is different from the radar device shown in FIG.
In other respects, the operation of the radar device shown in FIG. 9 and the operation of the radar device shown in FIG. 1 are the same.
Since the radar device shown in FIG. 9 does not require the scanner 9 and the directivity direction control unit 34, mechanical scanning of the transmitted pulse light becomes unnecessary.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 It should be noted that, within the scope of the present invention, any combination of embodiments can be freely combined, any component of each embodiment can be modified, or any component can be omitted in each embodiment. ..

この発明は、計測対象の移動速度を算出する信号処理装置、信号処理方法及びレーダ装置に適している。 The present invention is suitable for a signal processing device, a signal processing method, and a radar device for calculating the moving speed of a measurement target.

1 送信パルス光生成部、2 光源、3 光分配器、4 パルス変調器、5 送受信部、6 送信側光学系、7 送受分離部、8,8-1,8-2 テレスコープ、8a,8b,8-1a,8-2a,8-1b,8-2b 入出口、9 スキャナ、10 受信側光学系、11 光カプラ、11a 入力口、12 受光部、20 信号処理装置、21 AD変換部、22 信号分割部、23 レンジビン特定部、24 周波数領域信号出力部、25 レンジビン特定処理部、26a 距離特性算出部、26b レンジビン情報出力部、27 パルス幅制御部、28 速度算出部、29 複素信号生成部、30 位相データ算出部、31 周波数算出部、32 移動速度算出部、33 トリガ生成回路、34 指向方向制御部、41 信号分割回路、42 周波数領域信号出力回路、43 距離特性算出回路、44 レンジビン情報出力回路、45 パルス幅制御回路、46 複素信号生成回路、47 位相データ算出回路、48 周波数算出回路、49 移動速度算出回路、51 メモリ、52 プロセッサ、61 光スイッチ。 1 Transmission pulse light generator, 2 Light source, 3 Optical distributor, 4 Pulse modulator, 5 Transmission / reception unit, 6 Transmission side optical system, 7 Transmission / reception separation unit, 8,8-1,8-2 Telescope, 8a, 8b , 8-1a, 8-2a, 8-1b, 8-2b inlet / outlet, 9 scanner, 10 receiving side optical system, 11 optical coupler, 11a input port, 12 light receiving unit, 20 signal processing device, 21 AD conversion unit, 22 Signal division unit, 23 Range bin identification unit, 24 Frequency region signal output unit, 25 Range bin specification processing unit, 26a Distance characteristic calculation unit, 26b Range bin information output unit, 27 Pulse width control unit, 28 Speed calculation unit, 29 Complex signal generation Unit, 30 phase data calculation unit, 31 frequency calculation unit, 32 movement speed calculation unit, 33 trigger generation circuit, 34 directional control unit, 41 signal division circuit, 42 frequency region signal output circuit, 43 distance characteristic calculation circuit, 44 range bin. Information output circuit, 45 pulse width control circuit, 46 complex signal generation circuit, 47 phase data calculation circuit, 48 frequency calculation circuit, 49 moving speed calculation circuit, 51 memory, 52 processor, 61 optical switch.

Claims (9)

連続光をパルス変調することで生成された送信パルス光が計測対象によって散乱された光である散乱パルス光と、前記連続光とのヘテロダイン検波により得られた受信信号を複素信号に変換し、前記複素信号を出力する複素信号生成部と、
前記複素信号生成部から出力された前記複素信号における実部の信号と前記複素信号における虚部の信号とから、前記複素信号の位相データを算出する位相データ算出部と、
前記位相データ算出部により算出された前記位相データに基づいて、前記受信信号の周波数を算出する周波数算出部と、
前記周波数算出部により算出された前記受信信号の前記周波数から、前記計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、前記ドップラシフト周波数から前記計測対象の移動速度を算出する移動速度算出部と
前記受信信号を周波数領域の信号に変換し、前記周波数領域の信号を出力する周波数領域信号出力部と、
前記周波数領域信号出力部から出力された前記周波数領域の信号に基づいて、前記計測対象との距離を含むレンジビンを特定するレンジビン特定処理部と、
前記受信信号の中から、前記レンジビン特定処理部により特定されたレンジビンの受信信号を切り出し、切り出した前記受信信号を前記複素信号生成部に出力する信号分割部と、
を備えた信号処理装置。
The transmitted pulse light generated by pulse-modulating the continuous light is the light scattered by the measurement target, and the received signal obtained by heterodyne detection with the continuous light is converted into a complex signal. A complex signal generator that outputs a complex signal,
A phase data calculation unit that calculates the phase data of the complex signal from the real part signal of the complex signal and the imaginary part signal of the complex signal output from the complex signal generation unit.
A frequency calculation unit that calculates the frequency of the received signal based on the phase data calculated by the phase data calculation unit, and a frequency calculation unit.
From the frequency of the received signal calculated by the frequency calculation unit, the Doppler shift frequency generated by the movement of the measurement target is calculated, and the movement speed of the measurement target is calculated from the Doppler shift frequency. When
A frequency domain signal output unit that converts the received signal into a signal in the frequency domain and outputs the signal in the frequency domain.
A range bin specifying processing unit that specifies a range bin including a distance from the measurement target based on a signal in the frequency domain output from the frequency domain signal output unit.
A signal dividing unit that cuts out the received signal of the range bin specified by the range bin specifying processing unit from the received signals and outputs the cut out received signal to the complex signal generation unit.
A signal processing device equipped with.
複素信号生成部が、連続光をパルス変調することで生成された送信パルス光が計測対象によって散乱された光である散乱パルス光と、前記連続光とのヘテロダイン検波により得られた受信信号を複素信号に変換して、前記複素信号を出力し、
位相データ算出部が、前記複素信号生成部から出力された前記複素信号における実部の信号と前記複素信号における虚部の信号とから、前記複素信号の位相データを算出し、
周波数算出部が、前記位相データ算出部により算出された前記位相データに基づいて、前記受信信号の周波数を算出し、
移動速度算出部が、前記周波数算出部により算出された前記受信信号の前記周波数から、前記計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、前記ドップラシフト周波数から前記計測対象の移動速度を算出し、
周波数領域信号出力部が、前記受信信号を周波数領域の信号に変換し、前記周波数領域の信号を出力し、
レンジビン特定処理部が、前記周波数領域信号出力部から出力された前記周波数領域の信号に基づいて、前記計測対象との距離を含むレンジビンを特定し、
信号分割部が、前記受信信号の中から、前記レンジビン特定処理部により特定されたレンジビンの受信信号を切り出し、切り出した前記受信信号を前記複素信号生成部に出力する
信号処理方法。
The complex signal generation unit combines the scattered pulse light, which is the light scattered by the measurement target for the transmission pulse light generated by pulse-modulating the continuous light, and the received signal obtained by heterodyne detection with the continuous light. Convert to a signal, output the complex signal,
The phase data calculation unit calculates the phase data of the complex signal from the real part signal in the complex signal and the imaginary part signal in the complex signal output from the complex signal generation unit.
The frequency calculation unit calculates the frequency of the received signal based on the phase data calculated by the phase data calculation unit.
The moving speed calculation unit calculates the Doppler shift frequency generated by the movement of the measurement target from the frequency of the received signal calculated by the frequency calculation unit, and calculates the movement speed of the measurement target from the Doppler shift frequency. Calculate and
The frequency domain signal output unit converts the received signal into a signal in the frequency domain and outputs the signal in the frequency domain.
The range bin specifying processing unit identifies the range bin including the distance to the measurement target based on the signal in the frequency domain output from the frequency domain signal output unit.
The signal dividing unit cuts out the received signal of the range bin specified by the range bin specifying processing unit from the received signals, and outputs the cut out received signal to the complex signal generation unit.
Signal processing method.
連続光をパルス変調することで、送信パルス光を生成する送信パルス光生成部と、
前記送信パルス光生成部により生成された前記送信パルス光を放射したのち、計測対象によって散乱された前記送信パルス光である散乱パルス光を受信し、前記散乱パルス光と前記連続光とのヘテロダイン検波によって受信信号を得る送受信部と、
前記送受信部により得られた前記受信信号を複素信号に変換し、前記複素信号を出力する複素信号生成部と、
前記複素信号生成部から出力された前記複素信号における実部の信号と前記複素信号における虚部の信号とから、前記複素信号の位相データを算出する位相データ算出部と、
前記位相データ算出部により算出された前記位相データに基づいて、前記受信信号の周波数を算出する周波数算出部と、
前記周波数算出部により算出された前記受信信号の前記周波数から、前記計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、前記ドップラシフト周波数から前記計測対象の移動速度を算出する移動速度算出部と
前記受信信号を周波数領域の信号に変換し、前記周波数領域の信号を出力する周波数領域信号出力部と、
前記周波数領域信号出力部から出力された前記周波数領域の信号に基づいて、前記計測対象との距離を含むレンジビンを特定するレンジビン特定処理部と、
前記受信信号の中から、前記レンジビン特定処理部により特定されたレンジビンの受信信号を切り出し、切り出した前記受信信号を前記複素信号生成部に出力する信号分割部と、
を備えたレーダ装置。
A transmission pulse light generator that generates transmission pulse light by pulse-modulating continuous light,
After radiating the transmission pulse light generated by the transmission pulse light generation unit, the scattered pulse light which is the transmission pulse light scattered by the measurement target is received, and the heterodyne detection of the scattered pulse light and the continuous light is received. And the transmitter / receiver that obtains the received signal by
A complex signal generation unit that converts the received signal obtained by the transmission / reception unit into a complex signal and outputs the complex signal.
A phase data calculation unit that calculates the phase data of the complex signal from the real part signal of the complex signal and the imaginary part signal of the complex signal output from the complex signal generation unit.
A frequency calculation unit that calculates the frequency of the received signal based on the phase data calculated by the phase data calculation unit, and a frequency calculation unit.
From the frequency of the received signal calculated by the frequency calculation unit, the Doppler shift frequency generated by the movement of the measurement target is calculated, and the movement speed of the measurement target is calculated from the Doppler shift frequency. When
A frequency domain signal output unit that converts the received signal into a signal in the frequency domain and outputs the signal in the frequency domain.
A range bin specifying processing unit that specifies a range bin including a distance from the measurement target based on a signal in the frequency domain output from the frequency domain signal output unit.
A signal dividing unit that cuts out the received signal of the range bin specified by the range bin specifying processing unit from the received signals and outputs the cut out received signal to the complex signal generation unit.
Radar device equipped with.
前記複素信号生成部は、前記送受信部により前記受信信号が得られる毎に、得られた前記受信信号を前記複素信号に変換して、前記複素信号を出力し、
前記位相データ算出部は、前記複素信号生成部から前記複素信号が出力される毎に、出力された前記複素信号における実部の信号と、出力された前記複素信号における虚部の信号とから、出力された前記複素信号の前記位相データを算出し、
前記周波数算出部は、前記位相データ算出部により前記位相データが算出される毎に、算出された前記位相データに基づいて、得られた前記受信信号の周波数を算出し、算出した複数の前記周波数の確率密度分布を生成し、
前記移動速度算出部は、前記周波数算出部により生成された前記確率密度分布のピーク周波数から前記ドップラシフト周波数を算出す
請求項記載のレーダ装置。
Each time the received signal is obtained by the transmission / reception unit, the complex signal generation unit converts the obtained received signal into the complex signal and outputs the complex signal.
Each time the complex signal is output from the complex signal generation unit, the phase data calculation unit uses the real part signal of the output complex signal and the imaginary part signal of the output complex signal. The phase data of the output complex signal is calculated, and the phase data is calculated.
The frequency calculation unit calculates the frequency of the obtained received signal based on the calculated phase data each time the phase data calculation unit calculates the phase data, and the calculated frequencies are plurality of. Generates a probability density distribution of
The moving speed calculation unit calculates the Doppler shift frequency from the peak frequency of the probability density distribution generated by the frequency calculation unit .
The radar device according to claim 3 .
前記位相データ算出部は、前記位相データを線形波形の位相データに変換し、
前記周波数算出部は、前記線形波形の前記位相データの傾きに基づいて、前記受信信号の前記周波数を算出す
請求項記載のレーダ装置。
The phase data calculation unit converts the phase data into linear waveform phase data.
The frequency calculation unit calculates the frequency of the received signal based on the slope of the phase data of the linear waveform .
The radar device according to claim 3 .
前記送受信部により得られた前記受信信号を前記周波数領域の信号に変換し、前記周波数領域の信号を出力する前記周波数領域信号出力部と、
前記周波数領域信号出力部から出力された前記周波数領域の信号に基づいて、前記計測対象との距離を含むレンジビンを特定する前記レンジビン特定処理部と、
前記送受信部により得られた前記受信信号の中から、前記レンジビン特定処理部により特定されたレンジビンの受信信号を切り出し、切り出した前記受信信号を前記複素信号生成部に出力する信号分割部とを備え
請求項記載のレーダ装置。
The frequency domain signal output unit that converts the received signal obtained by the transmission / reception unit into a signal in the frequency domain and outputs the signal in the frequency domain.
Based on the frequency domain signal output from the frequency domain signal output unit, the range bin specifying processing unit that specifies the range bin including the distance to the measurement target, and the range bin specifying processing unit.
From the received signals obtained by the transmitting / receiving unit, a signal dividing unit that cuts out the received signal of the range bin specified by the range bin specifying processing unit and outputs the cut out received signal to the complex signal generation unit . Prepared
The radar device according to claim 3 .
前記レンジビン特定処理部によってレンジビンが特定されたのち、前記送信パルス光生成部により生成される前記送信パルス光のパルス幅が狭くなるように、前記送信パルス光生成部を制御するパルス幅制御部を備え
請求項記載のレーダ装置。
After the range bin is specified by the range bin specifying processing unit, a pulse width control unit that controls the transmission pulse light generation unit is provided so that the pulse width of the transmission pulse light generated by the transmission pulse light generation unit is narrowed. Prepared
The radar device according to claim 6 .
前記送受信部から放射される前記送信パルス光の指向方向を制御する指向方向制御部を備え
請求項記載のレーダ装置。
A directivity control unit for controlling the directivity of the transmission pulse light radiated from the transmission / reception unit is provided .
The radar device according to claim 3 .
前記送受信部は、前記送信パルス光生成部により生成された前記送信パルス光を互いに異なる方向に放射する複数のテレスコープを備え
請求項記載のレーダ装置。
The transmission / reception unit includes a plurality of telescopes that radiate the transmission pulse light generated by the transmission pulse light generation unit in different directions .
The radar device according to claim 3 .
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