JP7149893B2

JP7149893B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP7149893B2
Application number: JP2019073482A
Authority: JP
Inventors: 晴江久保田; 恭明島津; 研小川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2022-10-07
Anticipated expiration: 2039-04-08
Also published as: JP2020173107A

Description

本発明は、パルス波の送信とその反射波の受信とを行い目標物体を捜索するレーダ装置に関する。

垂直偏波または水平偏波を用いて目標物体の捜索と追尾を行う従来の単一偏波方式のモノパルスレーダ装置は、電波の送信と受信を切り替え、これらを交互に行う。また、垂直偏波および水平偏波を用いる二重偏波方式のモノパルスレーダ装置も存在する（特許文献１）。二重偏波方式のモノパルスレーダ装置では、垂直偏波と水平偏波を交互に送信し、また、垂直偏波を送信中に水平偏波（反射波）を受信し、水平偏波を送信中に垂直偏波（反射波）を受信する。

特開２００１－９１６４３号公報

しかしながら、従来の二重偏波方式のモノパルスレーダ装置では、水平偏波または垂直偏波を受信する際に、同時に送信している他の偏波の信号が漏れ込むという問題、すなわち、受信信号に他の偏波の成分が混入して目標物体の捜索性能が劣化するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、目標物体の捜索性能を向上させることが可能なレーダ装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーダ装置は、一定周期で垂直偏波の第１のパルスと水平偏波の第２のパルスとが交互に繰り返す送信信号を生成する送信信号生成部と、第１の区間において第１のパルスの送信および第２のパルスの反射波の受信を行い、第２の区間において第２のパルスの送信および第１のパルスの反射波の受信を行うアンテナ部とを備える。また、レーダ装置は、第１の区間において受信した信号に第１のパルスの逆位相の信号を加算して出力し、第２の区間において受信した信号に第２のパルスの逆位相の信号を加算して出力する不要成分抑制部と、不要成分抑制部が出力する各信号をディジタル信号に変換して合成する受信信号合成部と、を備える。送信信号生成部は、垂直偏波のパルスと水平偏波のパルスとを交互に出力し、一定周期でパルスが現れる入力信号のパルスから垂直偏波を抽出し、第１のパルスとしてアンテナ部および不要成分抑制部に出力するとともに、次のパルスから水平偏波を抽出し、第２のパルスとしてアンテナ部および不要成分抑制部に出力する偏波切換器、を備える。不要成分抑制部は、偏波切換器から入力される第１のパルスの位相を調整して第１のパルスの逆位相の信号を生成し、第１の区間において受信した信号に加算する第１の位相調整器と、偏波切換器から入力される第２のパルスの位相を調整して第２のパルスの逆位相の信号を生成し、第２の区間において受信した信号に加算する第２の位相調整器と、を備える。また、レーダ装置は、第１の位相調整器と受信信号合成部との間に設けられ、第１の区間において開状態となり第２の区間において閉状態となる第１のスイッチと、第２の位相調整器と受信信号合成部との間に設けられ、第１の区間において閉状態となり第２の区間において開状態となる第２のスイッチと、を備える。

本発明によれば、目標物体の捜索性能を向上させることが可能なレーダ装置を実現できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態にかかるレーダ装置の構成例を示す図実施の形態にかかるレーダ装置が送信する信号と受信する信号の関係の一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるレーダ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーダ装置の構成例を示す図である。本実施の形態にかかるレーダ装置１００は、送信機１と、偏波切換器２と、サーキュレータ３₁および３₂と、アンテナ部４と、位相調整器５₁および５₂と、スイッチ６₁および６₂と、受信機７と、信号処理部１０とを備えている。送信機１および偏波切換器２は送信信号生成部２０を構成する。位相調整器５₁および５₂は不要成分抑制部５０を構成する。受信機７は、図１ではＡＤＣと記載しているアナログディジタルコンバータ８₁および８₂と、合成処理部９とを有する。なお、ＡＤＣは“Analog to Digital Converter”を省略した記載である。以下の説明では、アナログディジタルコンバータをＡＤＣと記載する。

本実施の形態にかかるレーダ装置１００では、位相調整器５₁と、スイッチ６₁と、受信機７のＡＤＣ８₁とが垂直偏波を処理し、位相調整器５₂と、スイッチ６₂と、受信機７のＡＤＣ８₂とが水平偏波を処理するものとする。

レーダ装置１００の動作について、以下に説明する。

送信機１は、一定の周期でパルスが現れるパルス状の信号を生成して偏波切換器２へ出力する。偏波切換器２は、送信機１から入力される信号を、パルスごとに出力先を切り換えながら、サーキュレータ３₁または３₂と位相調整器５₁または５₂とに出力する。このとき、偏波切換器２は、サーキュレータ３₁および位相調整器５₂に対しては入力信号から垂直偏波を抽出して第１のパルスとして出力し、サーキュレータ３₂および位相調整器５₁に対しては入力信号から水平偏波を抽出して第２のパルスとして出力する。偏波切換器２は、例えば、送信機１から入力される送信信号の奇数番目のパルスから垂直偏波を抽出してサーキュレータ３₁および位相調整器５₂へ出力し、偶数番目のパルスから水平偏波を抽出してサーキュレータ３₂および位相調整器５₁へ出力する。以下では、偏波切換器２がサーキュレータ３₁および位相調整器５₂へ出力する信号を奇数番目のパルスから抽出した垂直偏波とし、サーキュレータ３₂および位相調整器５₁へ出力する信号を偶数番目のパルスから抽出した水平偏波として説明を行う。

サーキュレータ３₁および３₂は、偏波切換器２から入力される各偏波の送信信号をアンテナ部４へ出力する。また、サーキュレータ３₁および３₂は、それぞれ、アンテナ部４から受信信号を受け取ると、受け取った受信信号を位相調整器５₁および５₂へ出力する。

アンテナ部４は、複数のアンテナ素子で構成される。アンテナ部４は、サーキュレータ３₁および３₂から入力される送信信号を電波として空間に放射するとともに、放射した電波の反射波を受信する。アンテナ部４は、受信した反射波を受信信号としてサーキュレータ３₁および３₂へ出力する。アンテナ部４が出力する受信信号は、サーキュレータ３₁または３₂を介して位相調整器５₁または５₂へ入力される。

位相調整器５₁にはサーキュレータ３₁から受信信号が入力されるとともに、偏波切換器２が送信信号の偶数番目のパルスから抽出した水平偏波が入力される。位相調整器５₁は、偏波切換器２から入力された水平偏波の位相を調整して水平偏波の逆位相信号を生成し、生成した逆位相信号をサーキュレータ３₁から入力される受信信号に加算することで、アンテナ部４を介して受信信号に漏れ込んだ水平偏波成分を打ち消す。

同様に、位相調整器５₂にはサーキュレータ３₂から受信信号が入力されるとともに、偏波切換器２が送信信号の奇数番目のパルスから抽出した垂直偏波が入力される。位相調整器５₂は、偏波切換器２から入力された垂直偏波の位相を調整して垂直偏波の逆位相信号を生成し、生成した逆位相信号をサーキュレータ３₂から入力される受信信号に加算することで、アンテナ部４を介して受信信号に漏れ込んだ垂直偏波成分を打ち消す。

位相調整器５₁は、水平偏波成分が打ち消された後の受信信号を出力し、この受信信号はスイッチ６₁を介して受信機７のＡＤＣ８₁に入力する。また、位相調整器５₂は、垂直偏波成分が打ち消された後の受信信号を出力し、この受信信号はスイッチ６₂を介して受信機７のＡＤＣ８₂に入力する。スイッチ６₁は、垂直偏波を受信する区間、すなわち、垂直偏波の送信が終了してから次の垂直偏波の送信を開始するまでの区間において閉状態となり、垂直偏波を送信する区間において開状態となる。同様に、スイッチ６₂は、水平偏波を受信する区間、すなわち、水平偏波の送信が終了してから次の水平偏波の送信を開始するまでの区間において閉状態となり、水平偏波を送信する区間において開状態となる。

受信機７において、ＡＤＣ８₁および８₂は、入力された受信信号をディジタル信号に変換して合成処理部９へ出力する。合成処理部９は、ＡＤＣ８₁および８₂から入力されたディジタル形式の受信信号を合成して信号処理部１０へ出力する。なお、受信機７は、受信信号合成部として動作する。

信号処理部１０は、受信機７から入力されたディジタル形式の受信信号を解析して目標物体の捜索を行う。具体的には、信号処理部１０は、レーダ装置１００から目標物体までの相対距離、レーダ装置１００に対する目標物体の相対速度、目標物体が存在する方向などを示す情報を生成する。信号処理部１０は、例えば、マイクロコントローラで構成される。信号処理部１０が受信信号を解析して目標物体に関する情報を生成する処理は従来のモノパルスレーダ装置などが目標物体を捜索するために行う処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。

次に、本実施の形態にかかるレーダ装置１００が空間に電波を放射してその反射波を受信する動作における送信波と受信波（反射波）の関係について説明する。図２は、実施の形態にかかるレーダ装置１００が送信する信号と受信する信号の関係の一例を示す図である。

レーダ装置１００においては、たとえば、送信機１が生成する送信信号である原信号２１を、偏波切換器２およびサーキュレータ３₁を介して、アンテナ部４から送信信号(Ｖ)２２として送信する。このときに送信する送信信号(Ｖ)２２は原信号２１の垂直偏波である。レーダ装置１００は、その後、調整時間Ｔ₁が経過した時点で偏波切換器２が出力する偏波を切り換え、アンテナ部４から送信信号(Ｈ)２３として送信する。このときに送信する送信信号(Ｈ)２３は原信号２１の水平偏波である。レーダ装置１００は、その後、調整時間Ｔ₂が経過した時点で偏波切換器２が出力する偏波を再度切り換え、アンテナ部４から原信号２１の垂直偏波を送信信号(Ｖ)２２として送信する。レーダ装置１００は、以下、同様にして、送信信号(Ｖ)２２または送信信号(Ｈ)２３を送信後、調整時間Ｔ₁またはＴ₂が経過すると、偏波切換器２が出力する偏波を切り換え、次のパルスを送信する。

レーダ装置１００は、送信信号(Ｖ)２２を送信してから次に送信信号(Ｖ)２２の送信を開始するまでの間、送信信号(Ｖ)２２の反射波を受信する。すなわち、レーダ装置１００は、図２に示す受信区間(Ｖ)２４において、送信信号(Ｖ)２２の反射波を受信する。また、レーダ装置１００は、送信信号(Ｈ)２３を送信してから次に送信信号(Ｈ)２３の送信を開始するまでの間、送信信号(Ｈ)２３の反射波を受信する。すなわち、レーダ装置１００は、図２に示す受信区間(Ｈ)２５において、送信信号(Ｈ)２３の反射波を受信する。なお、受信区間(Ｖ)２４の長さと受信区間(Ｈ)２５の長さは同一である。また、受信区間(Ｈ)２５は、レーダ装置１００が第１のパルスである送信信号(Ｖ)２２の送信および第２のパルスである送信信号(Ｈ)２３の反射波の受信を行う第１の区間、受信区間(Ｖ)２４は、レーダ装置１００が第２のパルスである送信信号(Ｈ)２３の送信および第１のパルスである送信信号(Ｖ)２２の反射波の受信を行う第２の区間である。

また、レーダ装置１００の受信機７は２つのＡＤＣ（ＡＤＣ８₁，８₂）を備え、受信区間(Ｖ)２４において送信信号(Ｖ)２２の反射波を受信することと並行して、受信区間(Ｈ)２５において送信信号(Ｈ)２３の反射波を受信する。そして、位相調整器５₁において、アンテナ部４が受信した各偏波の反射波に、偏波切換器２から送出された水平偏波の逆位相信号を加えることで、受信した反射波に漏れ込んだ水平偏波の成分を打ち消す。また、位相調整器５₂において、アンテナ部４が受信した各偏波の反射波に、偏波切換器２から送出された垂直偏波の逆位相信号を加えることで、受信した反射波に漏れ込んだ垂直偏波の成分を打ち消す。位相調整器５₁および５₂が出力する受信信号は、スイッチ６₁または６₂を介して受信機７に入力される。受信機７は、位相調整器５₁および５₂から入力された各信号をディジタル形式の信号ＡＤ(Ｖ)およびＡＤ(Ｈ)に変換してから合成して受信信号２６を生成し、信号処理部１０へ出力する。信号ＡＤ(Ｖ)は位相調整器５₁が出力する信号をディジタル形式に変換して得られる信号、信号ＡＤ(Ｈ)は位相調整器５₂が出力する信号をディジタル形式に変換して得られる信号である。信号ＡＤ(Ｖ)と信号ＡＤ(Ｈ)とを合成することにより受信信号２６のデューティー比を高めることができる。

以上のように、本実施の形態にかかるレーダ装置１００は、垂直偏波のパルスと水平偏波のパルスとを交互に送信し、反射波を受信する。レーダ装置１００は、垂直偏波の反射波を受信すると、受信信号に対して、垂直偏波の反射波を受信する際に送信する水平偏波の逆位相信号を加算し、受信信号に含まれる水平偏波の成分を打ち消す。同様に、レーダ装置１００は、水平偏波の反射波を受信すると、受信信号に対して、水平偏波の反射波を受信する際に送信する垂直偏波の逆位相信号を加算し、受信信号に含まれる垂直偏波の成分を打ち消す。

本実施の形態にかかるレーダ装置は、送信と受信を同時に実現できるため、従来の単一偏波方式のモノパルスレーダ装置と比較して２倍以上のパルスを観測することができ、探知距離が向上する。また、受信する各偏波に漏れ込んだ他の偏波の成分を打ち消すことができる。なお、偏波を切り替えるための偏波切換器２は機械的および電気的なスイッチのどちらであってもよく、損失が少ない伝搬遅延回路で偏波切換器２を実現することも可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１送信機、２偏波切換器、３₁，３₂ サーキュレータ、４アンテナ部、５₁，５₂ 位相調整器、６₁，６₂ スイッチ、７受信機、８₁，８₂ アナログディジタルコンバータ、９合成処理部、１０信号処理部、２０送信信号生成部、５０不要成分抑制部、１００レーダ装置。

Claims

一定周期で垂直偏波の第１のパルスと水平偏波の第２のパルスとが交互に繰り返す送信信号を生成する送信信号生成部と、
第１の区間において前記第１のパルスの送信および前記第２のパルスの反射波の受信を行い、第２の区間において前記第２のパルスの送信および前記第１のパルスの反射波の受信を行うアンテナ部と、
前記第１の区間において受信した信号に前記第１のパルスの逆位相の信号を加算して出力し、前記第２の区間において受信した信号に前記第２のパルスの逆位相の信号を加算して出力する不要成分抑制部と、
前記不要成分抑制部が出力する各信号をディジタル信号に変換して合成する受信信号合成部と、
を備え、
前記送信信号生成部は、垂直偏波のパルスと水平偏波のパルスとを交互に出力し、
一定周期でパルスが現れる入力信号のパルスから垂直偏波を抽出し、前記第１のパルスとして前記アンテナ部および前記不要成分抑制部に出力するとともに、次のパルスから水平偏波を抽出し、前記第２のパルスとして前記アンテナ部および前記不要成分抑制部に出力する偏波切換器、
を備え、
前記不要成分抑制部は、
前記偏波切換器から入力される前記第１のパルスの位相を調整して前記第１のパルスの逆位相の信号を生成し、前記第１の区間において受信した信号に加算する第１の位相調整器と、
前記偏波切換器から入力される前記第２のパルスの位相を調整して前記第２のパルスの逆位相の信号を生成し、前記第２の区間において受信した信号に加算する第２の位相調整器と、
を備え、
前記第１の位相調整器と前記受信信号合成部との間に設けられ、前記第１の区間において開状態となり前記第２の区間において閉状態となる第１のスイッチと、
前記第２の位相調整器と前記受信信号合成部との間に設けられ、前記第１の区間において閉状態となり前記第２の区間において開状態となる第２のスイッチと、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
前記受信信号合成部が出力するディジタル形式の受信信号を解析して前記レーダ装置から目標物体までの相対距離および前記レーダ装置に対する前記目標物体の相対速度を含む前記目標物体に関する情報を算出する信号処理部、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。