JPWO2017183097A1 - レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
実施の形態1.
図1は、本実施の形態によるレーダ装置の構成図である。
本実施の形態によるレーダ装置は、図示のように、送信機1−#1〜1−#M、送信アンテナ2−#1〜2−#M、送信側A/D変換器3−#1〜3−#M、受信アンテナ4−#1〜4−#L、受信機5−#1〜5−#L、受信側A/D変換器6−#1〜6−#L、パルス圧縮部7−#1〜7−#L、送信DBF(Digital Beam Forming)部8−#1〜8−#L、受信DBF部9、目標検出部10を備える。
受信信号FET部71−#1〜71−#Mは、受信側A/D変換器6−#lからのA/D変換信号#lに対してFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)処理を施すフーリエ変換部である。参照信号FET部72−#1〜72−#Mは、送信側A/D変換器3−#1〜3−#Mの出力信号を参照信号#1〜#Mとして入力し、それぞれの参照信号#1〜#Mに対してFFT処理を施す演算部である。
このように構成された信号処理部11では、プロセッサ111がメモリ112に格納されたプログラムを実行することにより、パルス圧縮部7−#l〜目標検出部10の機能を実現する。
図4は、実施の形態1のレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
送信機1−#m(1≦m≦M)と送信アンテナ2−#mでパルス状の送信波が送信される(ステップST1)。また、送信波は送信側A/D変換器3−#mにも伝達され、参照信号−#mが出力される(ステップST2)。図5は送信機1−#1〜1−#Mで生成される電波の周波数変調を表している。送信帯域をM個に分割して送信機1−#mでは、m番目の帯域を用いてリニアFM変調の施された送信波を生成する。送信アンテナ2−#mから送信波が送信される。また、図5中の破線501はドップラ周波数の影響のある受信信号を示し、矢印502はドップラ周波数を示している。なお、ここで複数の送信アンテナ2−#1〜2−#Mからは互いに無相関の複数の電波が送信されるが、それぞれの送信機1−#1〜1−#Mの送信帯域が若干重複する、すなわち、互いに相関の小さい電波を送信するものであってもよい。
送信波は目標に反射して受信アンテナ4−#1〜受信アンテナ4−#Lで受信される(ステップST3)。受信アンテナ4−#l(1≦l≦L)で受信された電波は受信機5−#lで帯域制限と位相検波が施された後、受信側A/D変換器6−#lに伝達される。受信側A/D変換器6−#lでは受信機5−#l出力信号をデジタル信号に変換する。
これら受信信号スペクトルxl,m,1,…,xl,m,Nと参照信号スペクトルym,1,…,ym,Nが乗算回路73−#1〜73−#Mに伝達される。乗算回路73−#1〜73−#Mでは、受信信号スペクトルと参照信号スペクトルの複素共役が乗算され、圧縮信号スペクトルzl,m,1,…,zl,m,Nを生成する(ステップST5)。次式(1)で*は複素共役を表している。
ここで、複素窓関数wm,1…wm,Nは次式(2)で算出されるベクトルwmの要素として算出される。式(2)で1は全ての要素が1の1行N列のベクトル、IはN行N列の単位ベクトル、ζ(t)はパルス幅相当の時間領域の係数を大きくした重みを表している。図6に、パルス幅と抑圧領域との関係を示す。抑圧領域が、相互相関によりサイドローブが上昇する領域に対応している。すなわち、パルス圧縮した場合、図5の破線501に示すように、隣接する帯域からのドップラ周波数502の影響による漏れ込みで、相互相関によりサイドローブが上昇した不要ピークが発生する。そこで、この不要ピークの領域にノッチを形成する複素窓関数wm,1…wm,Nを作成して、相互相関により上昇したサイドローブを抑圧する。ノッチ幅や深さは、図6に示す抑圧領域の幅や式(2)のパラメータρにより制御する。また、x’m,1,…,x’m,Nは疑似的に作成した受信信号を表している。
図7は実施の形態2のレーダ装置の構成図である。
実施の形態2のレーダ装置は、送信機1−#1〜1−#M、送信アンテナ2−#1〜2−#M、送信側A/D変換器3−#1〜3−#M、受信アンテナ4−#1〜4−#L、受信機5−#1〜5−#L、受信側A/D変換器6−#1〜6−#L、速度対応型パルス圧縮部7a−#1〜7a−#L、送信DBF部8−#1〜8−#L、受信DBF部9、目標検出部10を備える。ここで、信号処理部11aにおける速度対応型パルス圧縮部7a−#1〜7a−#L以外は、図1に示した実施の形態1と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
図8において、実施の形態1のパルス圧縮部7−#lとの相違点は、実施の形態1の複素窓関数乗算回路74−#1〜74−#Mに代えて、速度範囲対応型複素窓関数乗算回路76−#1〜76−#Mを設けた点である。他の構成は図2と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
また、信号処理部11aは速度対応型信号処理ボードで構成されるが、速度対応型パルス圧縮部7a−#1〜7a−#L〜目標検出部10を実現するハードウェア構成は図3に示したプロセッサ111、メモリ112及び表示器113からなる構成と同様であるため、ここでの説明は省略する。
送信機1−#m(1≦m≦M)と送信アンテナ2−#mでパルス状の送信波が送信される。以降の受信側の受信アンテナ4−#lから速度対応型パルス圧縮部7a−#lにおける乗算回路73−#1〜73−#Mまでの動作は実施の形態1と同様である。乗算回路73−#1〜73−#Mからの圧縮信号スペクトルzl,m,1,…,zl,m,Nが速度範囲対応型複素窓関数乗算回路76−#1〜76−#Mに伝達されると、速度範囲対応型複素窓関数乗算回路76−#1〜76−#Mでは、複素窓関数wm,1…wm,Nを圧縮信号スペクトルに乗算する。複素窓関数wm,1…wm,Nは次式(5)で算出されるベクトルwmの要素として算出される。式(5)で信号y’m,1,…,y’m,Nはドップラの影響を受けた目標反射波の送信アンテナ−#m成分の受信信号スペクトル成分を表している。また、式(5)において、kが複数の目標速度に対応したパラメータである。
図9は実施の形態3のレーダ装置の構成図である。
実施の形態3のレーダ装置は、送信機1−#1〜1−#M、送信アンテナ2−#1〜2−#M、送信側A/D変換器3−#1〜3−#M、受信アンテナ4−#1〜4−#L、受信機5−#1〜5−#L、受信側A/D変換器6−#1〜6−#L、サイドローブ対応型パルス圧縮部7b−#1〜7b−#L、送信DBF部8−#1〜8−#L、受信DBF部9、目標検出部10を備える。ここで、サイドローブ対応型パルス圧縮部7b−#1〜7b−#L以外は、図1に示した実施の形態1と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
図10において、実施の形態1のパルス圧縮部7−#lとの相違点は、実施の形態1の複素窓関数乗算回路74−#1〜74−#Mに代えて、サイドローブ対応型複素窓関数乗算回路77−#1〜77−#Mを設けた点であり、他の構成は図2と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
サイドローブ対応型複素窓関数乗算回路77−#1〜77−#Mは、不要ピークの位置にノッチを形成する窓関数をサイドローブレベルを含めて算出し、この窓関数を乗算回路73−#1〜73−#Mの出力信号に対して乗算する窓関数乗算回路である。
また、信号処理部11bはサイドローブ対応型信号処理ボードで構成されるが、サイドローブ対応型パルス圧縮部7b−#1〜7b−#L〜目標検出部10を実現するハードウェア構成は図3に示したプロセッサ111、メモリ112及び表示器113からなる構成と同様であるため、ここでの説明は省略する。
送信機1−#m(1≦m≦M)と送信アンテナ2−#mでパルス状の送信波が送信される。以降の受信側の受信アンテナ4−#lからサイドローブ対応型パルス圧縮部7b−#lにおける乗算回路73−#1〜73−#Mまでの動作は実施の形態1と同様である。乗算回路73−#1〜73−#Mからの圧縮信号スペクトルzl,m,1,…,zl,m,Nがサイドローブ対応型複素窓関数乗算回路77−#1〜77−#Mに伝達されると、サイドローブ対応型複素窓関数乗算回路77−#1〜77−#Mは、複素窓関数wm,1…wm,Nを圧縮信号スペクトルに乗算する。複素窓関数wm,1…wm,Nは次式(7)で算出されるベクトルwmの要素として算出される。式(7)で1は全ての要素が1の1行N列のベクトル、IはN行N列の単位ベクトル、ζ’(t)はパルス幅相当の時間領域の係数を大きくし、さらにサイドローブレベルも調節できる重みを表している。図11に、パルス幅と抑圧領域との関係を示す。サイドローブレベルとノッチ幅と深さは図11のパラメータζ’0とζ’1、抑圧領域の幅、通過帯域幅、式(7)のパラメータρにより制御する。また、x’m,1,…,x’m,Nは疑似的に作成した受信信号を表している。
Claims (8)
- 各アンテナから互いに帯域が異なる複数の電波を同時に送信する送信部と、
前記送信部から送信されて目標に反射した電波を目標反射波として受信する受信部と、
前記受信部で受信した前記各アンテナに対応した目標反射波を、ドップラ周波数による他の帯域への漏れこみの影響で発生する不要ピークを抑圧して合成する合成処理部と、
前記合成処理部の合成結果を用いて目標を検出する検出処理部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 前記送信部は、
互いに異なる帯域でリニア周波数変調の施された波形の信号を生成するM(M≧2)個の送信機と、
前記M個の送信機で生成された信号を電波として送信するM本の送信アンテナと、
前記M個の送信機で生成されたアナログ信号をデジタル信号に変換するM個の送信側A/D変換器とから構成されることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 - 前記受信部は、
目標に反射した電波を受信するL(L≧2)本の受信アンテナと、
前記L本の受信アンテナで受信した電波に帯域制限及び位相検波を施すL個の受信機とから構成されることを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 - 前記合成処理部は、
前記受信部の出力信号をデジタル信号に変換するL個の受信側A/D変換器と、
前記L個の受信側A/D変換器の出力信号と前記M個の送信側A/D変換器の出力信号とを用いて前記不要ピークを抑圧してパルス圧縮を行うL個のパルス圧縮部と、
前記M個の送信機で生成された互いに異なる帯域の信号に関する前記L個のパルス圧縮部の出力信号を合成するL個の送信DBF部とから構成されることを特徴とする請求項2記載のレーダ装置。 - 前記検出処理部は、
前記L個の送信DBF部の出力信号を合成する受信DBF部と、
前記受信DBF部の出力信号に対して、雑音を目標信号と誤って判定する誤警報確率を基に設定したスレッショルドを用いて目標を検出する目標検出部とから構成されることを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。 - 前記L個のパルス圧縮部は、それぞれ、
前記受信側A/D変換器の出力信号にフーリエ変換処理を施して受信信号スペクトルを生成するM個の受信信号FFT部と、
前記送信側A/D変換器の出力信号にフーリエ変換処理を施して参照信号スペクトルを生成するM個の参照信号FFT部と、
前記M個の受信信号FFT部の出力信号と前記M個の参照信号FFT部の出力信号から圧縮信号スペクトルを生成するM個の乗算回路と、
前記不要ピークの位置にノッチを形成する窓関数を前記M個の乗算回路の出力信号に乗算するM個の複素窓関数乗算回路と、
前記M個の複素窓関数乗算回路の出力信号に逆フーリエ変換処理を施すM個のIFFT部とから構成されることを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。 - 前記L個のパルス圧縮部は、それぞれ、
前記受信側A/D変換器の出力信号にフーリエ変換処理を施して受信信号スペクトルを生成するM個の受信信号FFT部と、
前記送信側A/D変換器の出力信号にフーリエ変換処理を施して参照信号スペクトルを生成するM個の参照信号FFT部と、
前記M個の受信信号FFT部の出力信号と前記M個の参照信号FFT部の出力信号から圧縮信号スペクトルを生成するM個の乗算回路と、
前記不要ピークの位置にノッチを形成する窓関数を複数の目標速度を想定して算出し、当該窓関数を前記M個の乗算回路の出力信号に乗算するM個の速度範囲考慮型複素窓関数乗算回路と、
前記M個の速度範囲考慮型複素窓関数乗算回路の出力信号に逆フーリエ変換処理を施すM個のIFFT部とから構成されることを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。 - 前記L個のパルス圧縮部は、それぞれ、
前記受信側A/D変換器の出力信号にフーリエ変換処理を施して受信信号スペクトルを生成するM個の受信信号FFT部と、
前記送信側A/D変換器の出力信号にフーリエ変換処理を施して参照信号スペクトルを生成するM個の参照信号FFT部と、
前記M個の受信信号FFT部の出力信号と前記M個の参照信号FFT部の出力信号から圧縮信号スペクトルを生成するM個の乗算回路と、
前記不要ピークの位置にノッチを形成する窓関数をサイドローブレベルを含めて算出し、当該窓関数を前記M個の乗算回路の出力信号に対して乗算するM個のサイドローブ考慮型複素窓関数乗算回路と、
前記M個のサイドローブ考慮型複素窓関数乗算回路の出力信号に逆フーリエ変換処理を施すM個のIFFT部とから構成されることを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。
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