JPH02503357A - チャープ後方散乱フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 チャーブ背面散乱フィルタ 発明の分野 本発明は周波数フィルタ、特に周波数ミキサ、バンドパスフィルタおよび時間的 に変化する周波数成分を有する妨害信号を除去するために使用される一定周波数 “ノツチフィルタを有するフィルタに関する。

発明の背景 単−開口レーザレーダおよび関連するシステムは高速光走査装置およびチャーブ 変調器を含んでいることか多い。光信号通路長の差と共同するこれらの高速光走 査装置はドツプラーシフト効果のために送信された周波数と受信された送信背面 散乱周波数との間に瞬間的な周波数偏差を導く。この周波数偏差は、背面散乱周 波数成分をフィルタまたは除去することが望ましい場合に大きな問題を引起こす 。背面散乱周波数成分を能率的に除去することができない結果、例えば連続送信 および受信レーザレーダシステムにおいてマスキング効果の範囲が厳しいものに なる。

Ｓ、　Ｎ、　　０８／８０７，３９１に記載されたような背面散乱周波数成分を 減少するために複素ベクトル変調器（ＣＶＭ）タイプのフィルタを使用すること が知られている。多数の適用において有効なフィルタ結果をもたらしているが、 いくつかの適用においてＣＶＭフィルタは不適切である。

例えば、ＣＶＭフィルタの帯域幅は信号通路における高速光走査装置によって誘 発された時間的に変化する周波数シフトを急速に除去するのに不適切である。ま たＣＶＭフィルタの最大ダイナミック範囲は、“フィードスルー°限界のために 典型的に３０乃至４０ｄＢに制限されている。さらにＣＶＭフィルタは本質的に 受動と反対の能動フィルタであり、二重フィードバック通路を含み、基準送信信 号（ＴＳＩＧ）入力におけるレベル変化にフィルタを感応させる。このＴＳＩＧ 信号は典型的にレーザ局部発振器（ＬＯ）と送信レーザとの生成物であり、それ 数本質的にシステムの第１の中間周波数（ＩＦ）にヘテロダインされた送信信号 のレプリカである。

ＣＶＭフィルタの周波数帯域幅除去特性は容易に変化されず、また多数の周波数 帯域幅を除去する周波数帯域幅除去特性を与えることも実際的ではない。

したがって本発明の目的の１つは、信号通路において光走査装置によって引起こ された時間的に変化する周波数シフトを急速に除去する広い帯域幅を有するチャ ーブ背面散乱フィルタを提供することである。

本発明の別の目的は、３０乃至４０ｄＢを越えるダイナミックな範囲ををするチ ャーブ背面散乱フィルタを提供することである。

本発明の別の目的は、能動とは反対の受動特性を有してＴＳＩＧ入力信号におけ るレベル変化に対するフィルタの感応をもっと小さくするチャーブ背面散乱フィ ルタを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、容易に変化されるフィルタ除去帯域幅特性を有する チャーブ背面散乱フィルタを提供することである。

本発明のさらに別の目的の１つは、所望ならば複数の異なる周波数帯域幅を除去 するフィルタ除去帯域幅特性を有するチャーブ背面散乱フィルタを提供すること である。

発明の要約 上記の問題は、本発明の方法および装置にしたがって、目標に関連する所望の周 波数成分を有する受信された信号からの送信背面放射線と関連する所望しない周 波数成分を除去するために周波数フィルタを含むチャーブ背面散乱フィルタによ って克服され、上記記載の目的が実現される。フィルタは受信信号中間周波数を 生成するために少なくとも１つの所望の周波数成分および所望しない周波数成分 を有する受信信号に第１のオフセット周波数を加算する手段と、基準信号中間周 波数を生成するために実質的に所望しない周波数成分に等しい周波数成分を有す る基準信号に第２のオフセット周波数を加算する手段を含む。第１のオフセット 周波数は予め定められた周波数ｆ、だけ第２のオフセット周波数と異なっている 。フィルタはまた実質的に基準周波数の周波数成分に等しい受信信号の所望しな い周波数成分のために実質的に予め定められた周波数成分に等しい周波数成分を 有する第１の差周波数信号を生成するために基準信号中間周波数から受信信号中 間周波数を減算する手段を含む。フィルタはまたフィルタされた受信信号を生成 するために第１の差周波数信号から予め定められた周波数成分を除去する手段を 含み、所望しない周波数成分は実質的に取除かれる。

受信信号は基準または送信信号との所定の変調位相関係を有する。この位相関係 は背面散乱周波数成分の除去の間に失われる。したがって、本発明のフィルタは さらに第２の差周波数を生成するために基準信号中間周波数から第３のオフセッ ト周波数を減算する手段と、実質的に受信信号の基準信号との所定の変調位相関 係に等しい基準周波数との変調位相関係を有する受信された出力信号を生成する ためにフィルタされた受信信号に第２の差周波数を付加する手段を含む。

図面の簡単な説明 本発明の上記の特徴は以下の本発明の詳細な説明および添付図面においてさらに 詳しく説明されるものである。

第１図は、本発明のチャーブ背面散乱フィルタの主要部分のブロック図である。

第２図は第１図のフィルタによって使用される周波数変換シーケンスのグラフで ある。

第３図は第１図のフィルタによって可能にされる複数の時間ドメインの変調（チ ャーブ）波形のグラフである。

第４図は第１図のブロック図を実現する簡単化された回路図を示す。

発明の詳細な説明 第１図を参照すると、本発明の１実施例であるチャーブ背面散乱フィルタｌＯが ブロック図の形態で示されている。フィルタ１０は６個の周波数ミキサ（ミキサ Ａ乃至ミキサＦ）、３個のバンドパスフィルタ、周波数分割器およびノツチフィ ルタを含んでいることが理解できる。第１図の左端部には６つの入力信号が、ま た右端部には２つの出力信号が示されている。本発明の詳細な説明を理解し易く するために、これらの信号は次のように限定されている。

ＲＳＩＧは受信検出器または第１のミキサによって発生され、レーザ局部発振器 （ＬＯ）および目標から反射された信号の生成物である。ＲＳＩＧは２つの主周 波数成分すなわち所望の目標反射信号に関連された周波数成分および所望しない 送信背面散乱に関連された周波数成分を有する。この背面散乱は一般的に減少さ れることができるが、受信機に関連した光学系によって消去されることはできな い。目標および背面散乱周波数成分は、急速に走査された光成分から生じる上記 のドツプラーシフト効果および２つの周波数成分によって通過された通路長の差 のために異なっている。ここに記載された実施例において、ＲＳＩＧは１２０乃 至１１！ＯＭＨｚの範囲における周波数である。

ＴＳＩＧはレーザ検波器（ミキサ）によって発生された基準信号であり、レーザ ＬＯおよび送信レーザの生成物である。

前に記載されたように、ＴＳＩＧは実質的にレーザレーダシステムの第１の中間 周波数（ＩＦ）にヘテロダインされた送信信号のレプリカである。ＴＳＩＧおよ びＲＳＩＧは共に第３図の上部に示されたものに類似した波形によって変調され た周波数である。ここに記載された実施例において、ＴＳＩＧは１２０乃至１８ ０ＭＨｚの範囲における周波数である。

本発明によると、ＬＯ２ＡおよびＬＯ２Ｂは最少の所望しない周波数ミキシング 成分を有する第１のＪＦ倍信号ＲＳＩＧおよびＴＳＩＧをそれぞれヘテロダイン するために使用される補助的周波数である。ＬＯ２ＡおよびＬ０２Ｂは共に以下 に詳細に説明される回路ノツチフィルタの中心周波数ｆ、に実質的に等しい分だ け互いにオフセットされている。

速度誘導ドツプラーシフトを補償するためにレーダ受信機の周波数同調は、直列 にＬＯ２ＡおよびＬＯ２Ｂを変化することによって達成されてもよい。レーザレ ーダシステムが移動するプラットフォームに結合される場合には、このような周 波数同調が望ましい。本発明のこの実施例において、ノツチフィルタはＢＯＭＨ ｚの中心周波数を有し、Ｌ０２Ａは５４０乃至５７０ＭＨｚの範囲における周波 数であり、Ｌ０２ＢはＬＯ２ＡからＢＯＭＨｚだけオフセットされた周波数であ り、６００乃至８３０ＭＨｚの範囲にある。

ＬＯ３およびＬＯ４は、レーザレーダ受信システムの第２のＩＦに第１のＩＦ出 力信号をヘテロダインする一定の周波数である。本発明のこの実施例において、 ＬＯ３は一１０ｄＢｍにおいて１４０ＭＨｚの周波数であり、ＬＯ４は一１０ｄ Ｂｍにおいて２００ＭＨｚの周波数である。

出力Ａは“Ａ”のトリガービデオプロセッサに対する出力信号である。

出力Ｓは受信信号プロセッサに対する出力信号である。

第１図のチャーブ背面散乱フィルタ１０の主機能はＴＳＩＧとＲＳＩＧを比較し 、周波数中のＴＳＩＧに等しい周波数成分をＲＳＩＧから除去することである。

この除去された周波数成分は送信背面散乱放射線の周波数に対応する。ＴＳＩＧ がＲＳＩＧおよび全ての差周波数から削除されるだけで、ゼロ周波数成分が通過 されるならば、差周波数が正および負の両方であるという望ましくない結果が発 生する。したがって、ゼロ周波数成分は正確に識別し除去することが困難または 不可能である。本発明は、一方から他方を減算する前にＲＳＩＧおよびＴＳＩＧ の両方に周波数オフセット（ｆ、）を付加することによってこの特有の問題を克 服する。したがって、ＲＳＩＧの背面散乱周波数成分のようなＲＳＩＧおよびＴ ＳＩＧの両方における等しい周波数成分がｆ、に等しくなる。この減算の結果の 周波数は、その後ｆ１を中心にしｆ、以外の全ての周波数成分を通過させるノツ チフィルタを通される。ノツチフィルタの出力は実質的に背面散乱周波数成分に 関連した周波数成分を持たない。しかしながら、ＲＳＩＧおよびＴＳＩＧ変調エ ンベロープの間の位相基準は背面散乱フィルタ処理の期間中に壊されるため、Ｒ ＳＩＧ位相基準は失われる。本発明はフィルタされた差周波数成分にＴＳＩＧを 付加して背面散乱周波数成分を差し引いた元のＲＳＩＧＳ１０周波数間係を再設 定することによってこの特有の問題を克服する。

ミキサＡ１２およびミキサＤ１４は、それぞれＬＯ２ＡおよびＬＯ２Ｂの値にそ れぞれ関連したさらに高い中間周波数にＲＳＩＧおよびＴＳＩＧを周波数シフト する。ＬＯ２ＡおよびＬＯ２Ｂは周波数においてｆ、に等しい分（ＢＯＭＨｚ） だけ互いにオフセットされており、したがってＲＳＩＧとＴＳＩＧもまた互にｆ 、に等しいオフセットであることが思出されるであろう。周波数シフトされたＲ ＳＩＧは第１図において“Ａ２で示され、周波数シフトされたＴＳＩＧは”Ｂ− で示されている。これらの周波数シフトされた信号の関係は、第２図において周 波数変換シーケンスのグラフで示されている。中間周波数ＡおよびＢは、それぞ れバンドパスフィルタ１Ｂおよび１８によって所望しない混合生成物を除去する ようにバンドパスフィルタされる。その後、信号Ｂは分割器２０を通過され、分 割器２０の出力の１つからミキサＢ２２へ通過させられる。その後、バンドパス フィルタされた信号ＡおよびＢは差周波数“Ｃ“を生成するためにミキサＢ２２ によって互いに減算される。これらの信号の時間的に変化する周波数特性は第３ 図においてグラフにより示されている。

受信機によって検出される背面散乱された送信放射線による周波数成分のような 実質的に等しいＲＳＩＧおよびＴＳＩＧの任意の周波数成分は、ＬＯ２ＡとＬ０ ２Ｂとの間のオフセット周波数またはＢＯＭＨｚに等しくなる。これは、ＲＳＩ ＧおよびＴＳＩＧの等しい周波数成分がＬＯ２ＡとＬ０２Ｂとの間のオフセット に等しい分だけ互いに周波数シフトされるためである。信号ＡおよびＢがミキサ Ｂ２２によって減算されたときに、その結果の成分内のＢＯＭＨｚは送信背面散 乱放射線の周波数を含むＲＳＩＧのＢＯＭＨｚの部分に対応する。

信号Ｃはｆ　、　　（６０ＭＨｚ　）を中心周波数とするノツチフィルタ２４に 供給され、背面散乱放射線に対応するＲＳＩＧの周波数成分が除去される。上記 に記載されたように、ノッチフィルタ２４は６０ＭＨｚを中心とし、周波数オフ セットの量はＬＯ２ＡおよびＬＯ２Ｂによって、ミキサＡ１２およびミキサＤ１ ４でそれぞれＲ３ＩＧおよびＴＳＩＧに与えられる。

バンドパスフィルタされたＲＳＩＧの位相変調基準を回復するために信号Ｂは分 割器２０の別の出力からミキサＥ２Ｂに与えられ、１４０ＭＨｚの一定周波数で ある信号ＬＯ３がそれから減算される。ミキサＥ２Ｂは所望しない混合生成物を 除去するためにバンドパスフィルタ２８によってフィルタされ、信号りとしてミ キサＣ３０に与えられる。ミキサＣ３０は、Ｒ８ＩＧの元の変調位相を回復する ためにノツチフィルタされた信号Ｃおよび信号りの周波数を加算する。ミキサＣ ３０の出力は、受信出力信号出力Ｓ、或は“Ｅ”であり、それはその後所望の目 標反射信号処理が実行される受信信号プロセッサ（示されていない）に供給され る。周波数および時間ドメインの両方における信号Ａ乃至Ｅの関係はそれぞれ第 ２図および第３図に示されている。

分割器２０の第３の出力は、信号出力Ａを得るためにＬＯ４と共同してＴＳＩＧ への周波数変換を実行するミキサＦ３２にバンドパスフィルタされた信号Ｂを供 給する。この周波数変換は、一般的に上記に記載された背面散乱周波数成分除去 過程とは関係ない。

第４図を参照すると、第１図のブロック図に含まれる回路がさらに詳細に示され ている。バスバンドフィルタ１Ｂは複数の受動素子および信号に１８ｄＢの利得 を提供する能動利得ブロック４０を含むことが分かる。バスバンドフィルタ１８ および２８は類似の能動および受動素子を含むことが認議されるべきであり、こ のようなバンドパスフィルタの構造は当業者によって良く知られているものであ る。同様に、第４図に示されているその他の能動および受動素子は、−３ｄＢ減 衰器４２および良く知られた同軸遅延素子で構成されてもよい遅延素子４４のよ うな良く知られている機能を備えている。分割器２０の第３の出力信号に結合さ れる出力Ａ信号を得るための回路は、この回路が本発明の方法および装置の理解 には密接に関連しないので第４図には示されていない。

本発明の使用により、ＴＳＩＧ基準信号における変化を容易に行うことができる ようにフィルタ１０内に制御ループをなくすことができ、従来の背面散乱フィル タの上記に列挙された問題が克服されることが理解されるべきである。チャーブ 背面散乱フィルタのダイナミック範囲は５０ｄＢを越えていることが認められ、 また帯域幅も前のフィルタのものを越えることが認められた。さらにフィルタ特 性は、ＬＯ２ＡとＬ０２Ｂとの間のオフセットと共同してノツチフィルタ２４の 中心周波数を変えることによって容易に変化されることができ、フィルタ１０は それぞれが所望の中心周波数を有する並列接続された複数のノツチフィルタを具 備してもよいことが理解できる。

さらに、ここに記載されたチャーブ背面散乱フィルタはレーザレーダシステム以 外のものとの使用に適合されてもよく、本発明の技術的範囲を逸脱することなく 、異なる周波数の入力を供給するようなフィルタに対して多数の修正が行われて もよいことが理解される。したがって、本発明はここに記載された実施例に限定 されるものではなく、請求の範囲の各請求項によって限定されるものであること が理解されるべきである。

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. （１）所望の周波数成分を有する受信信号から所望しない周波数成分を除去する 周波数フィルタにおいて、受信信号中間周波数を生成するために少なくとも１つ の所望の周波数成分および所望しない周波数成分を有する受信信号に第１のオフ セット周波数を加算する手段と、基準信号中間周波数を生成するために実質的に 所望しない周波数成分に等しい周波数成分を有する基準信号に対して、第１のオ フセット周波数と予め定められた周波数だけ異なっている第２のオフセット周波 数を加算する手段と、実質的に前記基準周波数の前記周波数成分に等しい前記受 信信号の所望しない周波数成分のために実質的に前記予め定められた周波数成分 に等しい周波数成分を有する第１の差周波数信号を生成するために前記基準信号 中間周波数から前記受信信号中間周波数を減算する手段と、フィルタされた受信 信号を生成するために前記第１の差周波数信号から前記予め定められた周波数成 分を除去し、所望しない周波数成分が実質的に取除かれる手段を含む周波数フィ ルタ。
2. （２）前記受信信号は前記基準との所定の変調位相関係を有し、さらに 第２の差周波数を生成するために前記基準信号中間周波数から第３のオフセット 周波数を減算する手段と、前記受信信号の前記基準信号との前記所定の変調位相 関係に実質的に等しい前記基準周波数との変調位相関係を有する受信された出力 信号を生成するために前記フィルタされた受信信号に前記第２の差周波数を加算 する手段を含む請求項１記載の周波数フィルタ。
3. （３）前記除去手段は、実質的に前記予め定められた周波数に等しい中心周波数 を有するノッチフィルタである請求項２記載の周波数フィルタ。
4. （４）前記第１のオフセット周波数を加算する手段、前記第２のオフセット周波 数を加算する手段および前記各々を減算する手段は、 前記手段の動作によって生成される所望しない周波数成分を取除く手段を含む請 求項３記載の周波数フィルタ。
5. （５）前記予め定められた周波数は実質的に６０ＭＨｚに等しい請求項３記載の 周波数フィルタ。
6. （６）前記受信信号および前記基準信号は約１２０乃至１８０ＭＨｚの間におい て変化し、前記第１のオフセット周波数は約５４０乃至５７０ＭＨｚの間で変化 し、前記第２のオフセット周波数は約６００乃至６３０ＭＨｚの間で変化し、前 記第３のオフセット周波数は実質的に１４０ＭＨｚに等しい請求項５記載の周波 数フィルタ。
7. （７）所望の周波数成分を有する受信信号から所望しない周波数成分を除去する 方法において、 受信信号中間周波数を生成するために少なくとも１つの所望の周波数成分および 所望しない周波数成分を有する受信信号に第１のオフセット周波数を加算し、基 準信号中間周波数を生成するために実質的に所望しない周波数成分に等しい周波 数成分を有する基準信号に対して、第１のオフセット周波数と予め定められた周 波数だけ異なっている第２のオフセット周波数を加算し、実質的に基準周波数の 周波数成分に等しい受信信号の所望しない周波数成分のために実質的に予め定め られた周波数成分に等しい周波数成分を有する第１の差周波数信号を生成するた めに基準信号中間周波数から受信信号中間周波数を減算し、 フィルタされた受信信号を生成するために第１の差周波数信号から予め定められ た周波数成分を除去し、所望しない周波数成分が実質的に取除かれるステップを 含む方法。
8. （８）受信信号は基準との所定の変調位相関係を有し、さらに 第２の差周波数を生成するために基準信号中間周波数から第３のオフセット周波 数を減算し、 受信信号の基準信号との所定の変調位相関係に実質的に等しい基準周波数との変 調位相関係を有する受信された出力信号を生成するためにフィルタされた受信信 号に前記第２の差周波数を加算するステップを含む請求項７記載の方法。
9. （９）除去ステップは実質的に予め定められた周波数に等しい中心周波数を有す るノッチフィルタによって行われる請求項８記載の方法。
10. （１０）前記第１のオフセット周波数を加算し、前記第２のオフセット周波数を 加算し、前記各々を減算するステップは、ステップの実行中に生成される所望し ない周波数成分を取除く手段を含む請求項８記載の方法。
11. （１１）予め定められた周波数は実質的に６０ＭＨｚに等しい請求項９記載の方 法。
12. （１２）受信信号および基準信号は約１２０乃至１８０ＭＨｚの間において変化 し、第１のオフセット周波数は約５４０乃至５７０ＭＨｚの間で変化し、第２の オフセット周波数は約６００乃至６３０ＭＨｚの間で変化し、第３のオフセット 周波数は実質的に１４０ＭＨｚに等しい請求項１１記載の方法。
13. （１３）所望の目標周波数成分を有する受信信号から所望しない送信背面散乱周 波数成分を除去するチャープ背面散乱フィルタにおいて、 受信信号中間周波数を生成するために少なくとも１つの目標に関連した所望の周 波数成分および送信機からの背面散乱放射線に関連した所望しない周波数成分を 有する受信信号に第１の局部発振周波数を加算する第１の周波数ミキサと、基準 信号中間周波数を生成するために実質的に前記所望しない周波数成分に等しい周 波数成分を有する基準信号に対して予め定められた周波数だけ第１の局部発振周 波数と異なっている第２の局部発振周波数を加算する第２の周波数ミキサと、 実質的に前記基準周波数の周波数成分に等しい前記受信信号の所望しない周波数 成分のために実質的に前記予め定められた周波数成分に等しい周波数成分を有す る第１の差周波数信号を生成するために前記基準信号中間周波数から受信信号中 間周波数を減算する第３の周波数ミキサと、フィルタされた受信信号を生成する ために前記第１の差周波数信号から前記予め定められた周波数成分を除去し、前 記背面散乱送信放射線に関連した所望しない周波数成分が実質的に取除かれるノ ッチフィルタとを含むチャープ背面散乱フィルタ。
14. （１４）前記受信信号は前記基準信号との所定の変調位相関係を有し、前記基準 周波数は変調された送信信号に関連し、第２の差周波数を生成するために前記基 準信号中間周波数から第３の局部発振周波数を減算する第４の周波数ミキサと、 前記受信信号の前記基準信号との前記所定の変調位相関係に実質的に等しい前記 基準周波数との変調位相関係を有する受信された出力信号を生成するために前記 フィルタされた受信信号に前記第２の差周波数を加算する第５の周波数ミキサと を含む請求項１３記載のチャーブ背面散乱フィルタ。
15. （１５）前記ノッチフィルタは実質的に前記予め定められた周波数に等しい中心 周波数を有する請求項１４記載のチャープ背面散乱フィルタ。
16. （１６）前記第１の周波数ミキサ、前記第２の周波数ミキサおよび前記第３の周 波数ミキサはそれぞれ所望の周波数成分だけを通し、前記第１、第２および第３ の周波数ミキサの動作によって生成された所望しない周波数成分を除去する如く 動作可能である各バンドパスフィルタに動作可能に結合された出力を有する請求 項１５記載のチャーブ背面散乱フィルタ。
17. （１７）前記予め定められた周波数は実質的に６０ＭＨｚに等しい請求項１５記 載のチャーブ背面散乱フィルタ。
18. （１８）前記受信信号および前記基準信号は約１２０乃至１８０ＭＨｚの間にお いて変化し、前記第１の局部発振周波数は約５４０乃至５７０ＭＨｚの間で変化 し、前記第２の局部発振周波数は約６００乃至６３０ＭＨｚの間で変化し、前記 第３の局部発振周波数は実質的に１４０ＭＨｚに等しい請求項１７記載のチャー プ背面散乱フィルタ。
19. （１９）前記第１および第２の局部発振周波数は、前記送信および前記受信信号 におけるドップラー効果に関連した周波数シフトを補償するために直列に変化さ れる請求項１８記載のチャープ背面散乱フィルタ。