JPH03154888A - Fm―cwレーダ装置 - Google Patents
Fm―cwレーダ装置Info
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- G—PHYSICS
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
- G01S13/343—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using sawtooth modulation
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
域幅Bの周波数変調された連続搬送波ウェーブを発出す
る送信機ユニット、 一送信機ユニットによって発出された搬送波ウェーブか
ら発生する、物標により反射されたエコー信号を受信し
、かつ物標表現ビート信号(target−repre
sentation beat signal )を発
生する受信機ユニット、 −ビデオ信号が印加され、かつ −ビデオ信号をサンプリングしディジタル化するA/
D変換ユニット、 一少なくとも物標に関する距離情報(rangeinf
ormation)を得る目的でサンプル化されディジ
タル化されたビデオ信号が印加される第1 DFT処理
ユニット、 一第1 DFT処理ユニットにより発生さ、れた出力信
号を表示装置の表示に適合させる制御ユニット、 を備える信号処理ユニット、 を備えている。
ーブを検出するのが困難なことである。
、大きな帯域幅にわたって分布することに由来している
。やがて拡散する・結果としてパワーは低(、そして相
対的に大きな帯域幅Bのために周波数単位Δf当たりの
エネルギは小さい。
圧縮されてしまう。このことはパワーが高いことを意味
している。
置に対して、変調された搬送波ウェーブが通信機器のよ
うな他の機器に殆ど干渉を生じないと言う利点を有して
いる。軍用として、これとは逆に、FM−Clレーダ装
置の変調された搬送波ウェーブを検出することが実効的
に不可能であると言う追加の利点を有している。これは
周波数単位Δf当たりのエネルギが非常、に小さく、従
って雑音中で失われると言う理由からである。
に等しいことが知ら5れており、Cは光速を表し、そし
てBは帯域幅を表している。もしN点FFT処理ユニッ
ト(N−point FFT processing
unit)が使用される−なら、最大再検出距離(ma
ximum detec−table range )
はR,、、=CN74Bである。
FM−CWレーダ装−が必要性が感じられる。最大距離
の倍増(2R,、、)は帯域幅Bを半分にすることによ
り達成できることが知られている。FM−Clレーダ装
置の最大距離が帯域幅をB/ kに等しくすることによ
りR’ want・k−R,、ヨ(K≧l; kER)
に調整できることもまた知られている。このように、(
同じN点FFT処理装置を持つ)既存の装置は長距離で
物標の検出を可能にする。
FM−CWレーダ装置の可検出性(detecta−b
ility)は同じファクタだけ増大される。これはF
λ(−CWレーダ装置の利点、すなわち発出された搬送
波ウェーブの実効見逃し検出性(virtual un
−detectability )が失われることを意
味している。
ることが追加の利点である。
解能を劣化することなく、距離を増大したFM−CWレ
ーダ装置が得られる。
すなわち 一周波数変調された搬送波ウェーブの変調スイープが時
間kT秒(k>1.にεR)を占有し、−第1 DFT
処理ユニットのDFTスイープがT秒の時間長を占有し
、従って変調スイープがl DFTスイープ以上を具え
、 −FM−CWレーダ装置が第2 DFT処理ユニットを
備え、第2DFT処理ユニットに1つの変調スイープに
関連する第1 DFT処理ユニットの出力信号の少なく
とも一部分が印加され、かつ第1 DFT処理ユニット
により発生されたよりも高分解能の物標距離情報を含む
その出力信号が制御ユニットに印加されること、 を特徴としている。
理由で遠隔物標の検出を改善することである。 第2
DFT処理ユニットの出力信号が第1DFT処理ユニッ
トの距離断片(range quant)の高分解能距
離情報を含むことが目立っている。
。このレーダは物標の距離を決定するためにFM−CW
技術を適用している。従ってそれは非常に低い出力パワ
ーの送信機(1,2,3)を備えている。スイープ発生
器l、発振器2および増幅器3を使用することにより、
周波数変調されたCW信号は送信アンテナ4により発出
される。受信アンテナ5により集められたエコー信号は
、低雑音増幅器6とミキサー7を具える受信機(6,7
)−に印加される。パワースプリッタ7aにより、送信
信号の一部分がまた同様にミキサー7に印加される。送
信信号と受信エコー信号の混合はビート周波数fゎの!
F倍信号生じ、それは送信信号と受信エコー信号の周波
数間の差である。ビート周波数fsは発出された信号を
(部分的に)反射した対象の距離に直接比例している(
第2A図を見よ)。
離が決定できる。この目的で、IP倍信号サンプル周波
数f8で動作するA/D変換器8に印加される。A/D
変換器8の出力信号は入力メモリ9に印加される。入力
メモリはスイープから発生するN個のディジタル化され
かつサンプルされたエコー信号を毎回含んでいる。
信号DFT処理ユニットlOに印加され、このDFT処
理ユニットはビート信号、従って物標距離の周波数を決
定する。計算の結果は中間メモ1月1に蓄積される。中
間メモ1月1に蓄積された距離情報は制御ユニット13
に印加される。技術の現状の観点から、通常上記のDF
T処理ユニットはFFT処理ユニットとして配設されよ
う。
スクリーンの駆動信号を発生する。どこに物標が示され
るかを制御ユニット13がスクリーン14上に位置決め
できるように、送信および受信アンテナ4,5の位置を
表示する付加信号がライン15を介して供給される。こ
の目的で、送信および受信アンテナ4,5は制御・サー
ボユニット16に接続され、制御・サーボユニットは送
信および受信アンテナを回転し、かつそれらの方位およ
び/または高度(aximuthal andlor
elevation position)を決定する。
変調された搬送波ウェーブの代表的なパターンが示され
ている。帯域幅はBで示され、スイーブの時間長はTで
示されている。破線のカーブは物標のエコー信号を表し
ている。送信信号と反射信号の周波数の差であるビート
信号はfsで示され、かつそれは物標距離の測度(me
asure)である。以下の式が適用される。
いての以下の式を生成する。
信号が、信号対雑音比を最適化する物標情報の発生を最
大限利用するように選ばれる。このことは fs・ N・−(5) を意味し、換言すれば、FFT計算(今後FFTスイー
プと規定される)がN個のサンプルされかつディジタル
化された数(連続するT秒の間に得られた)を使用して
実行されることを意味している。
1,が帯域幅Bの低減により増大できることを示してい
る。距離分解能ΔRは式(6)から容易に導ける。
第2A図の最大再検出距離R,,8の32倍である。帯
域幅BはB’=B/32に減少された。同じFFT処理
ユニットが使用されるから、最大再検出ビート周波数は
fh ’mat・fs/2 かある。しかし、今やハ
1.8は最大距離R’ 、、、 =32 R,、。
図は帯域幅B′が第2A図の帯域幅Bより小さいことを
明確に例示している。第2A図と第2B図のスケールは
8:lの割合になっている。
になっている。前にも説明したように、これはレーダ装
置の再検出性を増大している。さらに、レーダ装置の近
傍の電磁的に敏感な機器の干渉の危険性が増大する。式
(7)から、距離分解能ΔR′がΔR’=32ΔRに増
大したことが出てくる。
Wレーダ装置の本発明による可能な波形は第3図に示さ
れている。図中の破線は、1% 、、、 = fs/2
に対応する最大距離が第2A図の変調パターンに関連す
る最大距離に対してファクタ32だけ増大していること
を示しでいる。スイープの時間長kTが増大されている
( k = 32)と言う理由で、帯域幅Bは同じまま
である。それ故、第3図のモードで動作するFM−CW
レーダ装置は第2A図のモードで動作する場合よりも検
出が容易ではない。第3図の変調パターンは例えば信号
対雑音比を改善する積分効果(integrating
effect)を有している。
6)と(8)から、FFTユニット10の出力信号に関
連する距離分解能ΔRはファクタにだけ減少したことが
出てくる。
ットが使用されるならファクタp(p≦k)だけ改善で
きる。このことはもしp=kに選ばれるなら、以下の式
が新しい分解能ΔR1に適用されることを意味している
。
er resolution]と規定される)は調整さ
れた最大再検出距離R’maxとは無関係であることが
出てくる。本発明によると、FM−CWレーダ装置はこ
の目的で第2DFT処理ユニット12を備え、これはこ
の場合にはM点FFT処理ユニットである。
、、に等しいから、kはl≦に≦32であるように選ば
なければならない。R’ 、、、 =32 R,、、が
適用されるモードでレーダ装置が動作するものと仮定す
る。これは変調スイープの長さが32Tに等しいことを
意味している(第3図を見よ)。32個の連続して実行
されたFFTスイープの32個の出力信号は中間メモ1
月1に蓄積される。もし物標が超分解能で表示されるこ
とを要求され、かつその距離がR≦R’ waxである
なら、レーダアンテナは物標に向けられる。
物標に向けられるモードにスイッチされるようなやり方
で達成できる。第1 FFT処理ユニットIOから発生
する信号に基づいて、物標はスクリーン14上の点物標
(point target)として制御ユニット13
により表示される。マウス(rollingball)
あるいはライトペンを使用して点物標を示すことにより
、アンテナは物標に向けられる。中間メモリ11に蓄積
された1つの変調スイープのに=32個のPFTスイー
プについて、p (p≦k)個のFFT結果がM点FF
T処理ユニット12に印加される。この場合、p=M=
32が選ばれる。M点FFT処理ユニット12の出力信
号が制御ユニット13に印加される。制御ユニット13
は第1 FFT処理ユニットから発生した信号あるいは
スクリーン上の表示用の第2 FFT処理ユニットから
発生した信号のいずれかを選択する。この選択は手動で
行われる。
FFT処理ユニットの出力信号が表示用に選択される
なら、結果としての関連物標の画像は第1 FFT処理
ユニット10から発生する画像に対して32倍拡大され
る。第2 FFT処理ユニットから発生する画像の超分
解能について以下の式が適用される(式(9))。
fsはfs = N/Tに等しい。第2 FFT処理ユ
ニットが第1 FFT処理ユニットの32個の連続して
得られた出力信号のFFT動作を実行するから、以下の
ことが第2 FFT処理ユニット12のサンプル周波数
f8′1 に適用される。
リセットされる。ψ1がr番目のFFTサンプル期間(
0≦r≦31)のビート信号の開始位相であると仮定す
る。すると以下のことが適用される。
ψ。は物標距離とともに変化する。
の位相差は、 Δψ=ψr+1−ψ、= 2πfsT(13)である。
゜、、、、、 31)およびΔf<fs/2Nである。
ット12の半分のサンプル周波数の整数倍プラス第2F
FT処理ユニットのサンプル周波数の半分より小さい残
留項(residual term)Δfとして書かれ
る。
処理ユニットl上り測定でき、従って第1 FFT処理
ユニット100対応する距離分解能(距離断片)を決定
する最小周波数差である。
波数f′に一致する。
′を測定する。第2 FFT処理ユニットの最大再検出
周波数が が適用される。
が適用される。
トは周波数成分Δfのみを測定することが出てくる。第
2 FFT処理ユニットにより測定された周波数f#に
対して、以下の式 %式%(17) が適用される。
理ユニットの距離断片内で測定されることを意味してい
る。
周波数Δ(Δf)に対して、以下の式( ここでΔR1はに=1に対する分解能を示しく式(7)
を見よ)、すなわちレーダが最小距離で動作する場合の
第1 FFT処理ユニットの分解能を示している。
p≦k)が第2 FFT処理ユニット(M≧p)に印加
されるに個のFFT (第1)スイープを具えるなら
、以下の式が一般的に分解能ΔR2に適用本発明はその
時間範囲(time 5pan >がFFTスイープの
時間長Tの整数倍をカバーする変調パターンに限定され
ない。例えば変調パターンのスイープが一例として3.
4T秒を取りかつ帯域幅がBであるモードで与えられる
本発明によるFM−CWレーダ装置に対しても可能であ
る。エコー信号の処理において、少なくとも3つの完全
なFFTスイープが実行できることが明らかであろう。
ER)に等しいなら、最大再検出距離R’ 11111
+に対してR’ 、、、 =に−R□8が適用され、そ
れによりR1,8かに=1に対する最大再検出距離であ
り、すなわち変調スイープの長さがFFTスイープの長
さに等しい場合の最大再検出距離であると述べることが
できる。
号の残りはこの場合にも第1 FFT処理ユニット(例
えばn点(n<N))にまた印加される。別のN−n点
に対して、通常のやり方で零が第1 FFT処理ユニッ
トに印加される。これは新しい情報が印加される前に入
力メモリ9を零にリセットすることにより簡単に実現で
きる。新たに実行されたFFTスイープでメモリが満た
される場合、使用されないメモリ位置は零を含むであろ
う。
読むことも可能であり、これは3.4T秒の変調パター
ンの結果が長さTを持つ4個のFFTスイープを入力で
きることを意味しており、20%以上のオーバーラツプ
が得られる。
ない。例えば、第4図は前に説明されたものに全く類似
の態様で、物標距離の測度である同じビート周波数を生
じる別の形を示している。
選ばれている。
示されている。明確化のために、最大再検出ビート周波
数fs=fs/2は対応する距離R1,8とR’*ax
で与えられている。この場合にもまたに=p=M=4が
選ばれている。
に限定されないが、しかし一般的にはp≦にである。例
えばに=32とp=16に選ぶことが可能である。する
と、第1 FFT処理ユニットにより連続的に得られ、
かつ1つの変調スイープ内に具えられたp=16個のF
FTスイープは中間メモリ11に印加される。p=16
個のFFT結果は引き続いて32点第2 FFT処理ユ
ニットに印加される。その上:16個の零が第2 FF
T処理ユニットに印加される。
FT結果が読み取られる前に中間メモリ11を零にリセ
ットすることにより実現できる。
に1)=kが選ばれよう。MはM=pに選ばれることが
好ましく、従ってこの場合にはp=に=M=32が選ば
れる。
rack radar)ならびに探索レーダにも使用で
きること注意すべきである。追尾レーダの場合には、サ
ーボユニット16はアンテナ4,5が物標に向かったま
まであることを保証するために通常のやり方でライン1
7を介して制御ユニット13により駆動される。
、2B図は第1図のレーダ装置により使用できる異なる
距離についての既知の搬送波ウェーブパターンのいくつ
かを示し、 第3図は本発明による搬送波ウェーブパターンを示し、 第4図は本発明による別の搬送波つ主−ブパターンを示
し、 第5図は本発明による第3の搬送波ウェーブパターンを
示している。 l・・・スイープ発生器 2・・・発振器 3・・・増幅器 4・・・送信アンテナ 5・・・受信アンテナ 6・・・(低雑音)増幅器 7・・・ミキサー 7a・・・パワースプリッタ 8・・・A/D変換器 9・・・入力メモリ lO・・・(第1)DFT処理ユニットあるいはFFT
処理ユニット 11・・・中間メモリ 12・・・(第2)DFT処理ユニッ上あるいはFFT
処理ユニット 13・・・制御ユニット 14・・・スクリーン 15・・・ライン 16・・・制御・サーボユニット 17・・・ライン く の
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、FM−CWレーダ装置であって、 −帯域幅Bの周波数変調された連続搬送波ウェーブを発
出する送信機ユニット、 −送信機ユニットによって発出された搬送波ウェーブか
ら発生する物標により反射され たエコー信号を受信し、かつ物標表現ビー ト信号を発生する受信機ユニット、 −ビデオ信号が印加され、かつ −ビデオ信号をサンプリングしディジタル 化するA/D変換ユニット、 −少なくとも物標に関する距離情報を得る 目的でサンプル化されディジタル化され たビデオ信号が印加される第1DFT処理 ユニット、 −第1DFT処理ユニットにより発生された出力信号を
表示装置の表示に適合させる 制御ユニット、 を備える信号処理ユニット、 を備えるFM−CWレーダ装置において、 −周波数変調された搬送波ウェーブの変調スイープが時
間kT秒(k>1,k∈R)を 占有し、 −第1DFT処理ユニットのDFTスイープがT秒の時
間長を占め、従って変調スイープが 1DFTスイープ以上を具え、 −FM−CWレーダ装置が第2DFT処理ユニットを備
え、第2DFT処理ユニットに1つの変調スイープに関
連する第1DFT処理ユニットの出力信号の少なくとも
一部分が印加さ れ、かつ第1DFT処理ユニットにより発生されたより
も高い分解能の物標距離情報を 含むその出力信号が制御ユニットに印加さ れること、 を特徴とするFM−CWレーダ装置。 2、請求項1に記載のFM−CWレーダ装置において、 −第1DFT処理ユニットがN点FFT処理ユニットを
備え、該FFT処理ユニットはN個の出力チャネルを有
し、かつサンプル周波数 f_sで動作し、ここで R_m_a_x=CN/4B であり、Cは光速を表し、かつ f_s=N・1/T であり、 −第2DFT処理ユニットがM点FFT処理ユニットを
備え、ここで連続的に得られかつk ・T秒の変調スイープに関連した第1FFT処理ユニッ
トのp(p≦k)個の出力信号 がp≦Mおよびp∈NのM点FFT処理ユニットに印加
され、かつここで高分解能ΔR_hが ΔR_h=C・K/4Bp であること、 を特徴とするFM−CWレーダ装置。 3、p=kであることを特徴とする請求項2に記載のF
M−CWレーダ装置。 4、p=k=Mであることを特徴とする請求項3に記載
のFM−CWレーダ装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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NL8902628 | 1989-10-24 | ||
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Publications (2)
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JPH03154888A true JPH03154888A (ja) | 1991-07-02 |
JP2838231B2 JP2838231B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=19855505
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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AU (1) | AU624568B2 (ja) |
CA (1) | CA2027652C (ja) |
DE (1) | DE69019292T2 (ja) |
NL (1) | NL8902628A (ja) |
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