WO2019035348A1 - レーダ装置及びレーダ装置の受信利得変更方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数変換部の部品の個体差又は温度特性等による利得のバラツキを正確に自動較正することが可能なレーダ装置を提供する。 【解 決手段】レーダ装置１が備える周波数変換部１２は、送信信号生成部１１が送信信号をアンテナ１０へ出力し終わってから、次の送信信号をアンテナ１０へ出力 し始めるまでの間に、探知信号が反射してアンテナ１０で受信したエコー信号の周波数を変換するとともに信号レベルを増幅する。レーダ装置１は、送信信号が アンテナ１０へ出力されている間のタイミングで、送信信号生成部１１が出力する当該送信信号を周波数変換部１２に較正用信号として出力する経路切換部２０ を備える。利得調整部２３は、周波数変換部１２に入力される較正用信号の信号レベル、及び、周波数変換部１２が較正用信号を増幅した結果の信号レベルに基 づいて、周波数変換部１２の増幅利得を変更する。

Description

レーダ装置及びレーダ装置の受信利得変更方法

　本発明は、主として、探知信号をアンテナから送信し、探知信号が反射した反射波を当該アンテナで受信するレーダ装置に関する。

　従来から、レーダ装置において、反射波を受信して増幅するときの利得を制御する構成が知られている。特許文献１は、この種のレーダ装置を開示する。

　 特許文献１は、空中に電波を放射して、大気により反射された電波を受信し、その受信信号を処理することにより上空の大気の状態を計測する大気レーダーを開 示する。この大気レーダーは、受信信号の周波数を無線周波数から中間周波数に変換する周波数変換手段と、受信機の利得を調整する利得制御手段と、信号処理 によって得られた大気データを用いて大気レーダーの受信装置の最適な利得を求める利得決定手段と、を備える。利得制御手段の利得を利得決定手段で決定され た利得値とすることにより、受信機の利得が自動的に調整される。

　特許文献１は、この構成により、大気エコーの受信レベルが大きく変化する場合にも、自動的に最適な受信機利得に調整でき、観測時の大気エコーの特性に見合った最適な観測を行うことができるとする。

特開２００１－２０１５６０号公報

　 特許文献１のレーダ装置が備える周波数変換手段及び利得制御手段においては、一般に多数の部品が用いられており、個々の部品の個体差及び温度特性が重畳さ れて、受信機の利得は複雑な影響を受ける。従って、実際に測定することなく受信機の利得のバラツキを較正することは困難である。

　 近年、気象レーダの分野では、降雨の強さ等を高精度に推定するために、互いに直交する２つの偏波（垂直偏波及び水平偏波）を同時に送受信する２重偏波レー ダが用いられることがある。また、観測エリアの拡大及び観測の高精度化等を目的として、レーダ装置を複数台設置してレーダネットワークを構築することが行 われている。このような構成では、垂直偏波の受信チャネルと水平偏波の受信チャネルとの間で利得に偏差があったり、複数のレーダの間で受信利得に偏差が あったりすると、測定精度が大きく低下する原因となる。

　この点、特許文献１の構成では、受信機の利得は、受信信号を信号 処理した大気データに基づいて調整される。大気データは、周波数変換手段及び利得制御手段の個体差等の影響を受けるが、同時に、周囲の大気の状態の影響も 受ける。従って、特許文献１の構成は、利得調整の自動化自体は実現できるものの、個々のレーダが備える周波数変換手段及び利得制御手段の個体差及び温度特 性によるバラツキを安定してキャンセルすることはできない。

　レーダ装置では、作業者が実際の利得を測定しながら手動で利 得を調整することも従来から行われてきた。工場出荷前に、温度を様々に異ならせた環境下で利得を測定することで温度特性カーブを実験的に求め、この温度特 性をレーダ装置に設定して、温度特性を信号処理によってキャンセルする演算を行わせることもあった。また、２重偏波レーダでは、垂直偏波の受信チャネルと 水平偏波の受信チャネルとの間で受信利得のバラツキをなくすために、太陽を用いた較正を行うことも公知である。

　しかしながら、これらの作業は煩雑であり、調整作業に長時間を要してしまう。また、手動での調整にはヒューマンエラーのおそれもある。

　 更に、いったん稼動を開始したレーダについて利得の調整を行う場合、装置の内部から基板等の部品を取り出して行う必要があるため、作業に長時間を要してい た。また、レーダの稼動を長時間にわたって停止する必要があるため、特に計測の継続性が重視される気象レーダにおいて改善が望まれていた。

　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、周波数変換部の部品の個体差又は温度特性等による利得のバラツキを正確に自動較正することが可能なレーダ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

　 本発明の第１の観点によれば、以下の構成のレーダ装置が提供される。即ち、このレーダ装置は、送信信号生成部と、周波数変換部と、信号処理部と、経路切換 部と、増幅利得変更部と、を備える。前記送信信号生成部は、アンテナから探知信号を送信するために当該アンテナに出力する送信信号を、時間間隔をあけて反 復して生成する。前記周波数変換部は、前記送信信号生成部が前記送信信号を前記アンテナへ出力し終わってから、次の前記送信信号を前記アンテナへ出力し始 めるまでの間に、前記探知信号が反射して前記アンテナで受信したエコー信号の周波数を変換するとともに信号レベルを増幅する。前記信号処理部は、前記周波 数変換部から入力される信号を処理して出力する。前記経路切換部は、前記送信信号が前記アンテナへ出力されている間のタイミングで、前記送信信号生成部が 出力する当該送信信号を前記周波数変換部に較正用信号として出力する。前記増幅利得変更部は、前記周波数変換部に入力される前記較正用信号の信号レベル、 及び、前記周波数変換部が前記較正用信号を増幅した結果の信号レベルに基づいて、前記周波数変換部の増幅利得を変更する。

　 これにより、一般的に部品点数が多く利得偏差の挙動が複雑な周波数変換部について、現在の利得を実験的に求めて自動的に制御することができる。従って、周 波数変換部の部品の個体差又は温度特性等による利得のバラツキを正確に自動較正することができる。また、較正用信号を用いて現在の利得を検出するので、構 成をあまり複雑化させることなく、利得の自動制御を実現することができる。

　前記のレーダ装置においては、以下の構成とす ることが好ましい。即ち、このレーダ装置は、送受信切換部と、増幅部と、を備える。前記送受信切換部は、信号の経路を分離して、前記送信信号生成部が生成 する前記送信信号を前記アンテナに出力させ、前記アンテナで受信した前記エコー信号を前記周波数変換部に出力させる。前記増幅部は、前記送受信切換部から 入力された信号を増幅して前記周波数変換部に出力する。前記送信信号生成部が前記送信信号を前記アンテナへ出力している間は、前記増幅部から前記周波数変 換部への前記エコー信号の入力を遮断する。

　これにより、較正用信号が周波数変換部に入力されている間に、送受信切換部での送信漏れ信号が周波数変換部に入力されるのを防止することができる。この結果、現在の利得を正確に検出して制御することができる。

　 前記のレーダ装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記経路切換部は、前記送信信号生成部が出力する当該送信信号が前記周波数変換部に 較正用信号として出力される信号経路である較正用信号経路を備える。前記経路切換部は、前記送信信号生成部が前記送信信号を前記アンテナへ出力し終わる前 に、前記較正用信号経路を遮断する。

　これにより、エコー信号の受信時に周波数変換部に較正用信号が入力されるのを確実に防止することができる。

　前記のレーダ装置においては、前記経路切換部は、前記送信信号生成部が前記送信信号を前記アンテナへ出力し始める前に、前記較正用信号経路を接続することが好ましい。

　これにより、周波数変換部の増幅利得を求める時間的な余裕を容易に確保することができる。

　前記のレーダ装置においては、前記増幅利得変更部は、少なくとも、前記周波数変換部と前記アンテナの間に配置されて信号の経路を切り換える送受信切換部の温度特性に基づいて、前記周波数変換部の増幅利得を変更することが好ましい。

　これにより、周波数変換部を構成する部品以外の部品の温度特性を考慮して、周波数変換部の利得を制御することがきる。

　 前記のレーダ装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記周波数変換部は、互いに直交する２つの偏波をそれぞれ周波数変換して信号レベル を増幅する２つのチャネルを有する。前記増幅利得変更部は、それぞれの前記チャネルの増幅利得を変更し、それぞれの前記チャネルに入力される前記較正用信 号の信号レベルと、当該チャネルが前記較正用信号を増幅した結果の信号レベルと、の比を２つの前記チャネルの間で一致させる。

　これにより、２つの偏波の間の利得偏差を適切になくすことができる。

　前記のレーダ装置においては、前記増幅利得変更部による前記周波数変換部の増幅利得の変更は、前記アンテナからの前記探知信号の送信の停止及び前記探知信号の送信間隔の変更の何れも伴うことなく行われることが好ましい。

　これにより、利得の調整を、アンテナ周囲の探知を途切れさせることなく同時並行的に行うことができる。

　 前記のレーダ装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記周波数変換部の利得の目標値又は前記周波数変換部を含む受信信号経路の利得の目 標値である利得目標値を記憶する利得目標値記憶部を備える。前記増幅利得変更部は、前記利得目標値記憶部が記憶する利得目標値に基づいて前記周波数変換部 の増幅利得を変更する。前記利得目標値記憶部が記憶する利得目標値が変更可能に構成されている。

　これにより、状況に応じて受信利得を柔軟に変更することができる。また、利得の変更を、利得目標値を変更する簡単な作業で行うことができる。

　前記のレーダ装置においては、前記信号処理部は、前記周波数変換部によって周波数変換及び増幅が行われた前記較正用信号を出力可能であることが好ましい。

　これにより、出力される較正用信号の波形を確認することで、例えばメンテナンス作業に活用することができる。

　前記のレーダ装置においては、気象観測データを取得することが好ましい。

　即ち、周波数変換部における現在の受信利得を求めて自動的に制御することができる本発明は、正確な気象観測データの取得が要求される気象レーダに適用することが特に好適である。

　 本発明の第２の観点によれば、以下のレーダ装置の受信利得変更方法が提供される。即ち、アンテナから探知信号を送信するために当該アンテナに出力する送信 信号を、時間間隔をあけて反復して生成する。前記送信信号を前記アンテナへ出力し終わってから、次の前記送信信号を前記アンテナへ出力し始めるまでの間 に、前記探知信号が反射して前記アンテナで受信したエコー信号の周波数を周波数変換部によって変換するとともに信号レベルを増幅し、増幅後の信号に対して 処理を行う。前記送信信号が前記アンテナへ出力されている間のタイミングで、当該送信信号を前記周波数変換部に較正用信号として入力して、前記較正用信号 の周波数を前記周波数変換部によって変換するとともに信号レベルを増幅する。前記周波数変換部に入力される前記較正用信号の信号レベル、及び、前記周波数 変換部が前記較正用信号を増幅した結果の信号レベルに基づいて、前記周波数変換部の増幅利得を変更する。

　これにより、一 般的に部品点数が多く利得偏差の挙動が複雑な周波数変換部について、現在の利得を実験的に求めて自動的に制御することができる。従って、周波数変換部の部 品の個体差又は温度特性等による利得のバラツキを正確に自動較正することができる。また、較正用信号を用いて現在の利得を検出するので、構成をあまり複雑 化させることなく、利得の自動制御を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。 レーダ装置において受信利得の調整のための処理が行われるタイミングを送受信との関係で示すタイミングチャート。

　次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。図２は、レーダ装置１において受信利得の調整のための処理が行われるタイミングを送受信との関係で示すタイミングチャートである。

　 図１に示すレーダ装置１は、送信部に半導体を用いた２重偏波型ドップラー気象レーダとして構成されている。このレーダ装置１は、互いに直交する方向に振動 する２つの電波（具体的には、垂直偏波及び水平偏波）をアンテナ１０から送受信することにより、気象観測データを取得することができる。

　このレーダ装置１は、送信と受信とで共通の構成として、アンテナ１０と、周波数変換部１２と、サーキュレータ（送受信切換部）１４ｖ，１４ｈと、を備える。

　レーダ装置１の送信系の回路には、上記の周波数変換部１２のほかに、送信信号生成部１１と、送信アンプ１３と、を備える。

　送信信号生成部１１は、図示しない制御部からの信号に応じて、垂直偏波及び水平偏波の送信ＩＦ信号（ＩＦとは、中間周波数を意味する。）を生成する。送信信号生成部１１は、生成した送信ＩＦ信号を周波数変換部１２に出力する。

　周波数変換部１２は、送信信号生成部１１から入力された送信ＩＦ信号を、それより高い周波数の送信ＲＦ信号（ＲＦとは、無線周波数を意味する。）に変換する。周波数変換部１２は、変換された送信ＲＦ信号を、送信アンプ１３に出力する。

　送信アンプ１３は、入力された送信ＲＦ信号を増幅する。送信アンプ１３は、増幅して得られた信号である送信パルス信号を、２つのサーキュレータ１４ｖ，１４ｈを介して、アンテナ１０に出力する。

　 今まで説明した送信ＲＦ信号及び送信パルス信号は、何れも、アンテナ１０から探知信号を送信するために送信信号生成部１１が生成した送信ＩＦ信号に由来す るものである。従って、送信ＩＦ信号、送信ＲＦ信号及び送信パルス信号は、何れも、実質的に送信信号生成部１１が生成してアンテナ１０に出力する送信信号 であるということができる。

　サーキュレータ１４ｖ，１４ｈは、信号の経路を分離する。具体的に説明すると、サーキュレー タ１４ｖ，１４ｈは、送信信号の送信時においては、送信アンプ１３からの高エネルギーの送信信号を、アンテナ１０に出力させる一方、受信系の回路に出力さ せないようにする。また、サーキュレータ１４ｖ，１４ｈは、アンテナ１０からの受信信号を、受信系の回路に出力させる一方、送信系の回路に出力させないよ うにする。

　アンテナ１０は公知の構成であり、仰角を変更させつつ所定の回転周期で回転しながら、電波の送受信を繰り返す ように構成されている。これにより、アンテナ１０を中心とするほぼ半球状の３次元空間を走査することができる。レーダ装置１は２重偏波レーダとして構成さ れており、垂直偏波及び水平偏波の送受信が１つのアンテナ１０により行われる。

　レーダ装置１は、受信系の回路として、垂 直偏波の受信回路と水平偏波の受信回路とを備える。図１では、周波数変換部１２及び信号処理部１８が垂直偏波と水平偏波とで共通のブロックで示されている が、実際は、各ブロックの内部に垂直偏波用の回路及び水平偏波用の回路がそれぞれ設けられている。それぞれの受信回路は、上記の周波数変換部１２のほか に、リミッタ１５ｖ，１５ｈと、受信アンプ（増幅部）１６ｖ，１６ｈと、を備える。

　リミッタ１５ｖ，１５ｈは、信号レベルの大きな信号を減衰させる。これにより、サーキュレータ１４ｖ，１４ｈで遮断できなかった送信信号が受信系の回路に入力された場合であっても、受信系の回路を保護することができる。

　 受信アンプ１６ｖ，１６ｈは、低ノイズアンプ（ＬＮＡ）等で構成される。受信アンプ１６ｖ，１６ｈは、周波数変換部１２及び信号処理部１８が適切に信号処 理を行うことができるように、受信信号の信号レベルを増幅する。受信アンプ１６ｖ，１６ｈによって増幅された受信信号は、周波数変換部１２へ出力される。

　 周波数変換部１２は、垂直偏波と水平偏波を処理する２つのチャネル１７ｖ，１７ｈを有している。それぞれのチャネル１７ｖ，１７ｈは、受信アンプ １６ｖ，１６ｈから入力された受信ＲＦ信号を、それより低い周波数の送信ＩＦ信号に変換するとともに、信号レベルの増幅を行う。なお、それぞれのチャネル １７ｖ，１７ｈが増幅を行う利得は、レーダ装置１が備える後述の利得調整部２３によって制御される。周波数変換部１２は、信号レベルが増幅された結果であ る受信ＩＦ信号を、信号処理部１８に出力する。

　信号処理部１８は、周波数変換部１２の各チャネルから入力された受信ＩＦ 信号に対して、適宜の信号処理を行う。信号処理としては、直交検波、Ａ／Ｄ変換、ドップラー速度の計算等があるが、これに限られない。信号処理の結果は、 前述の制御部に出力される。制御部は、信号処理の結果を、気象データとして図略の記憶部に保存したり、レーダ装置１にネットワークを介して接続された図略 のデータ収集サーバに送信したりする。

　信号処理部１８は、周波数変換部１２の２つのチャネル１７ｖ，１７ｈのそれぞれから入力された受信ＩＦ信号の電力（信号レベル）を検出する電力検出部１９ｖ，１９ｈを有している。信号処理部１８は、電力検出部１９ｖ，１９ｈによる検出結果を、利得調整部２３に出力する。

　 レーダ装置１は、上記のサーキュレータ１４ｖ，１４ｈの他に、信号の経路を反復して切り換える経路切換部２０を備える。経路切換部２０は、送信信号生成部 １１が生成する送信信号（具体的には、周波数変換部１２が出力する送信ＲＦ信号）を、送信アンプ１３で増幅する前に取り出して周波数変換部１２のチャネル １７ｖ，１７ｈに分岐して出力する経路２１を有している。

　通常、周波数変換部１２の２つのチャネル１７ｖ，１７ｈに入力 される受信信号は、送信信号に基づいてアンテナ１０から探知信号を発射したことに伴う反射波がアンテナ１０により受信されたことに伴うものである。一方、 前記経路２１は、送信信号生成部１１が生成した送信信号を、後述の利得のフィードバック制御のために直接的に周波数変換部１２に戻す信号経路（戻し経路） として機能する。以下の説明では、この経路２１を較正用信号経路と呼び、この較正用信号経路２１を介して周波数変換部１２に出力される送信信号を較正用信 号と呼ぶことがある。

　経路切換部２０は、２つのスイッチ部２５ｖ，２５ｈを備える。それぞれのスイッチ部２５ｖ，２５ｈ は、受信アンプ１６ｖ，１６ｈを周波数変換部１２に接続し、較正用信号経路２１を遮断する状態と、受信アンプ１６ｖ，１６ｈを周波数変換部１２に対して遮 断し、較正用信号経路２１を接続する状態と、の間で切り換えることができる。

　それぞれのスイッチ部２５ｖ，２５ｈは、受 信アンプ１６ｖ，１６ｈからの経路及び較正用信号経路２１のうち何れかを、択一的に周波数変換部１２に接続する構成となっている。これにより、上記の較正 用信号と、アンテナ１０からのエコー信号と、が同時に周波数変換部１２に入力されることを防止している。経路切換部２０は、スイッチ部２５ｖ，２５ｈを制 御することにより、較正用信号経路２１の接続／遮断を、送信信号生成部１１の送信信号の出力と同期して適切なタイミングで切り換える。なお、経路切換部 ２０による経路の切換タイミングの詳細については後述する。

　経路切換部２０は、取り出した送信信号の電力（信号レベル）を検出する電力検出部２２を有している。経路切換部２０は、電力検出部２２による検出結果を、利得調整部２３に出力する。

　 利得調整部（増幅利得変更部）２３は、経路切換部２０が較正用信号を周波数変換部１２に出力したときに、経路切換部２０が備える電力検出部２２の検出値 と、信号処理部１８が備える電力検出部１９ｖ，１９ｈの検出値と、に基づいて、周波数変換部１２のそれぞれのチャネル１７ｖ，１７ｈが増幅を行う利得を制 御する。ここで、電力検出部２２の検出値は、周波数変換部１２の入力側の電力検出値と言い換えることができ、電力検出部１９ｖ，１９ｈの検出値は、周波数 変換部１２の出力側の電力検出値と言い換えることができる。

　詳細は図示しないが、周波数変換部１２は、周波数変換のため の局部発振器及びミキサ等、多数の部品を含んでいる。この点、利得調整部２３は、周波数変換部１２の入力側と出力側の電力検出値の比に基づいて、それぞれ のチャネル１７ｖ，１７ｈにおける現在の利得を実験的に求める。この利得が、レーダ装置１が備える利得目標値記憶部２４において記憶された利得目標値と一 致するように、利得調整部２３はそれぞれのチャネル１７ｖ，１７ｈが増幅を行う利得を制御する。このフィードバック制御により、周波数変換部１２の温度特 性が複雑な挙動を示す場合でも、バラツキを効果的に抑制することができる。

　利得目標値記憶部２４は、公知の不揮発性メモ リ等の記憶装置により構成され、予め定められた利得目標値を記憶することができる。利得目標値記憶部２４が記憶する利得目標値は、２つのチャネル １７ｖ，１７ｈで共通である。これにより、入力と出力の電力比がチャネル間で一致するように利得が制御されるので、チャネル間の利得の偏差をなくすことが できる。また、複数のレーダ装置１でレーダネットワークを構成する場合に、利得目標値記憶部２４が記憶する利得目標値を互いに一致させることで、レーダ装 置１の間での偏差をなくすこともできる。これにより、測定精度の大幅な向上を実現することができる。

　受信系回路に配置さ れるサーキュレータ１４ｖ，１４ｈ、リミッタ１５ｖ，１５ｈ、及び受信アンプ１６ｖ，１６ｈについては、周波数変換部１２と比較して部品構成がシンプルで あり、温度特性は事前に一意的に求めておくことができる（なお、サーキュレータ１４ｖ，１４ｈとアンテナ１０の間に配置される図示しないロータリジョイン トについても同様である）。そこで、本実施形態では、この部分での個体差及び温度特性に関しては、工場出荷前に利得の偏差を補正するためのパラメータを信 号処理部１８に設定しておき、バラツキを信号処理部１８の信号処理によってキャンセルするように構成している。

　以上により、アンテナ１０から信号処理部１８までの受信信号の経路全体について、利得を較正して一定に維持することができる。

　 利得目標値記憶部２４は、レーダ装置１に設けられる図示しないキー等の操作部材が操作されることにより、又は、レーダ装置１が図示しない管理装置と通信す ることにより、記憶する利得目標値を変更可能に構成されている。これにより、周波数変換部１２の受信利得を柔軟に変更することができる。

　次に、経路切換部２０が備える較正用信号経路２１の接続／遮断のタイミング、及び、利得調整のための電力の検出のタイミングについて、図２を参照して詳細に説明する。図２は、横軸に時間軸をとって送受信等のタイミングを示したタイミングチャートである。

　 図２に示すように、本実施形態のレーダ装置１においては、送信信号生成部１１が送信信号を出力する期間（以下、送信期間と呼ぶことがある。）と、アンテナ １０が反射波を受信することにより得られた受信信号を入力する期間（以下、受信期間と呼ぶことがある。）と、が反復して交互に現れる。

　 従来、送信期間においては、周波数変換部１２のそれぞれのチャネル１７ｖ，１７ｈはアイドリング状態とされ、特段活用されることがなかった。この点、本実 施形態では、送信期間の間に較正用信号経路２１が接続される結果、それぞれのチャネル１７ｖ，１７ｈに較正用信号が入力され、この較正用信号の周波数変換 及び増幅を行うように構成されている。

　具体的には、較正用信号経路２１は、送信期間が開始される少し前に、スイッチ部 ２５ｖ，２５ｈの切換により接続される（これと同時に、周波数変換部１２に対して受信アンプ１６ｖ，１６ｈが遮断される）。その後、送信期間が開始される ことにより、較正用信号が周波数変換部１２の２つのチャネル１７ｖ，１７ｈに入力される。送信期間を２等分するタイミングで、周波数変換部１２の入力側と 出力側の電力が検出され、検出値が利得調整部２３に出力される。上記の電力検出タイミングの少し後に、較正用信号経路２１がスイッチ部２５ｖ，２５ｈの切 換により遮断される（これと同時に、周波数変換部１２に対して受信アンプ１６ｖ，１６ｈが接続される）。

　このように、本 実施形態では、較正用信号経路２１の接続が送信期間の開始前から行われる。従って、較正用信号経路２１の接続から、周波数変換部１２の入力側と出力側の電 力の検出までの間に、時間的余裕を容易に確保することができる。この結果、経路切換部２０において較正用信号経路２１の接続に多少時間が掛かったとして も、電力の検出を正しく行うことができる。

　図２に示すように、２つの受信アンプ１６ｖ，１６ｈは、送信期間が開始する少 し前から電力遮断制御が開始され、送信期間の開始タイミングでは、リミッタ１５ｖ，１５ｈからの信号を出力しないように制御されている。また、送信期間の 開始タイミングにおいて、受信アンプ１６ｖ，１６ｈは、経路切換部２０が備えるスイッチ部２５ｖ，２５ｈにより、周波数変換部１２に対して遮断されてい る。このように受信アンプ１６ｖ，１６ｈからの電力が遮断されるので、周波数変換部１２が較正用信号の周波数変換及び増幅を行っているときにいわゆる送信 漏れ信号が周波数変換部１２に入力されるのを防止することができる。

　周波数変換部１２の入力側と出力側の電力が検出され ると、利得調整部２３は、それぞれのチャネル１７ｖ，１７ｈについて、得られた電力に基づく現在の利得と、利得目標値記憶部２４に記憶されている利得目標 値と、を比較する。現在の利得が利得目標値より小さい場合は、利得調整部２３は直後の受信期間から増幅利得を所定値だけ増加させるように周波数変換部１２ を制御し、大きい場合は、増幅利得を所定値だけ減少させるように周波数変換部１２を制御する。以上により、各チャネル１７ｖ，１７ｈの増幅利得をフィード バック制御することができる。

　図２に示すタイミングで電力が検出された後、受信期間が開始される前に、較正用信号経路 ２１が遮断されるとともに、周波数変換部１２に対して受信アンプ１６ｖ，１６ｈが接続される。また、上述の受信アンプ１６ｖ，１６ｈが受信信号を出力しな い状態は、受信期間の開始と同時に終了する。これにより、受信期間の開始後は、周波数変換部１２の２つのチャネル１７ｖ，１７ｈが通常どおり受信信号を増 幅することができる。

　そして、本実施形態のレーダ装置１は、アンテナ１０からの探知信号の送信の停止も、探知信号の送信 間隔の変更も行うことなく、周波数変換部１２における受信側の増幅利得の変更を行う構成となっている。これにより、利得の較正を、アンテナ１０の周囲の探 知に影響を与えることなく行うことができる。

　なお、信号処理部１８は、周波数変換部１２の２つのチャネル１７ｖ，１７ｈ が出力した波形を、受信期間だけでなく送信期間も含めて、例えば図示しないディスプレイに出力することができるように構成されている。これにより、較正用 信号をメンテナンス作業のために活用することができる。例えば、レーダ装置１が正常に動作せず、何らかの故障等が疑われる場合に、送信信号が正常に出力さ れているか否かを、信号処理部１８が出力した波形に較正用信号が含まれているか否かで判断することができる。従って、問題の切分けが容易になる。

　 以上に説明したように、本実施形態のレーダ装置１は、送信信号生成部１１と、周波数変換部１２と、信号処理部１８と、経路切換部２０と、利得調整部２３ と、を備える。送信信号生成部１１は、アンテナ１０から探知信号を送信するために当該アンテナ１０に出力する送信信号を、時間間隔をあけて反復して生成す る。周波数変換部１２は、送信信号生成部１１が送信信号をアンテナ１０へ出力し終わってから、次の送信信号生成部１１をアンテナ１０へ出力し始めるまでの 間に、探知信号が反射してアンテナ１０で受信したエコー信号の周波数を変換するとともに信号レベルを増幅する。信号処理部１８は、周波数変換部１２が出力 する信号を処理する。経路切換部２０は、送信信号がアンテナ１０へ出力されている間のタイミングで、送信信号生成部１１が出力する当該送信信号を周波数変 換部１２に較正用信号として出力する。利得調整部２３は、周波数変換部１２に入力される較正用信号の信号レベル、及び、周波数変換部１２が較正用信号を増 幅した結果の信号レベルに基づいて、周波数変換部１２の増幅利得を変更する。

　また、本実施形態のレーダ装置１において は、以下の方法で受信利得の変更が行われている。即ち、アンテナ１０から探知信号を送信するために当該アンテナ１０に出力する送信信号を、時間間隔をあけ て反復して生成する。送信信号をアンテナ１０へ出力し終わってから、次の送信信号をアンテナ１０へ出力し始めるまでの間に、探知信号が反射してアンテナ １０で受信したエコー信号の周波数を周波数変換部１２によって変換するとともに信号レベルを増幅し、増幅後の信号に対して処理を行う。送信信号がアンテナ １０へ出力されている間のタイミングで、当該送信信号を周波数変換部１２に較正用信号として入力して、前記較正用信号の周波数を周波数変換部１２によって 変換するとともに信号レベルを増幅する。周波数変換部１２に入力される較正用信号の信号レベル、及び、周波数変換部１２が前記較正用信号を増幅した結果の 信号レベルに基づいて、周波数変換部１２の増幅利得を変更する。

　これにより、一般的に部品点数が多く利得偏差の挙動が複 雑な周波数変換部１２について、現在の利得を実験的に求めて自動的に制御することができる。従って、周波数変換部１２の部品の個体差又は温度特性等による 利得のバラツキを正確に自動較正することができる。また、較正用信号を用いて現在の利得を検出するので、構成をあまり複雑化させることなく、利得の自動制 御を実現することができる。

　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

　 利得目標値記憶部２４が、周波数変換部１２だけでなく、周波数変換部１２を含む受信信号経路の利得の目標値を記憶するように構成されても良い。言い換えれ ば、利得調整部２３が、周波数変換部１２だけでなく例えばサーキュレータ１４ｖ，１４ｈ、リミッタ１５ｖ，１５ｈ、及び受信アンプ１６ｖ，１６ｈの温度特 性に基づいて、周波数変換部１２の増幅利得を変更するように構成しても良い。

　スイッチ部２５ｖ，２５ｈを、単に較正用信 号経路２１の接続／遮断を切り換えるだけのスイッチとして構成しても良い。この場合、較正用信号経路２１が接続されるときは、上述した受信アンプ １６ｖ，１６ｈの電力遮断制御によって、当該受信アンプ１６ｖ，１６ｈから周波数変換部１２へのエコー信号の入力が実質的に遮断されることになる。

　上述した較正用信号経路２１の接続（言い換えれば、受信利得のフィードバック制御）は、送信信号の毎回の出力毎に行われなくても良い。例えば、１時間に１回等の適宜の時間間隔で行われることが考えられる。

　レーダ装置１は、２重偏波レーダとすることに代えて、例えば水平偏波のみを送受信するレーダとして構成されても良い。

　レーダ装置１は、気象レーダに限らず、例えば他船等を探知するために船舶に備えられるレーダとして構成することもできる。

　１　レーダ装置
　１０　アンテナ
　１１　送信信号生成部
　１２　周波数変換部
　１４ｖ，１４ｈ　サーキュレータ（送受信切換部）
　１６ｖ，１６ｈ　受信アンプ（増幅部）
　１７ｖ，１７ｈ　チャネル
　１８　信号処理部
　２０　経路切換部
　２１　較正用信号経路
　２３　利得調整部（増幅利得変更部）
　２４　利得目標値記憶部

Claims (11)

1. 　アンテナから探知信号を送信するために当該アンテナに出力する送信信号を、時間間隔をあけて反復して生成する送信信号生成部と、
   　前記送信信号生成部が前記送信信号を前記アンテナへ出力し終わってから、次の前記送信信号を前記アンテナへ出力し始めるまでの間に、前記探知信号が反射して前記アンテナで受信したエコー信号の周波数を変換するとともに信号レベルを増幅する周波数変換部と、
   　前記周波数変換部から入力される信号を処理して出力する信号処理部と、
   　前記送信信号が前記アンテナへ出力されている間のタイミングで、前記送信信号生成部が出力する当該送信信号を前記周波数変換部に較正用信号として出力する経路切換部と、
   　前記周波数変換部に入力される前記較正用信号の信号レベル、及び、前記周波数変換部が前記較正用信号を増幅した結果の信号レベルに基づいて、前記周波数変換部の増幅利得を変更する増幅利得変更部と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 　請求項１に記載のレーダ装置であって、
   　信号の経路を分離して、前記送信信号生成部が生成する前記送信信号を前記アンテナに出力させ、前記アンテナで受信した前記エコー信号を前記周波数変換部に出力させる送受信切換部と、
   　前記送受信切換部から入力された信号を増幅して前記周波数変換部に出力する増幅部と、
   を備え、
   　前記送信信号生成部が前記送信信号を前記アンテナへ出力している間は、前記増幅部から前記周波数変換部への前記エコー信号の入力を遮断することを特徴とするレーダ装置。
3. 　請求項１又は２に記載のレーダ装置であって、
   　前記経路切換部は、前記送信信号生成部が出力する当該送信信号が前記周波数変換部に較正用信号として出力される信号経路である較正用信号経路を備え、
   　前記経路切換部は、前記送信信号生成部が前記送信信号を前記アンテナへ出力し終わる前に、前記較正用信号経路を遮断することを特徴とするレーダ装置。
4. 　請求項３に記載のレーダ装置であって、
   　前記経路切換部は、前記送信信号生成部が前記送信信号を前記アンテナへ出力し始める前に、前記較正用信号経路を接続することを特徴とするレーダ装置。
5. 　請求項１から４までの何れか一項に記載のレーダ装置であって、
   　前記増幅利得変更部は、少なくとも、前記周波数変換部と前記アンテナの間に配置されて信号の経路を切り換える送受信切換部の温度特性に基づいて、前記周波数変換部の増幅利得を変更することを特徴とするレーダ装置。
6. 　請求項１から５までの何れか一項に記載のレーダ装置であって、
   　前記周波数変換部は、互いに直交する２つの偏波をそれぞれ周波数変換して信号レベルを増幅する２つのチャネルを有し、
   　前記増幅利得変更部は、それぞれの前記チャネルの増幅利得を変更し、それぞれの前記チャネルに入力される前記較正用信号の信号レベルと、当該チャネルが前記較正用信号を増幅した結果の信号レベルと、の比を２つの前記チャネルの間で一致させることを特徴とするレーダ装置。
7. 　請求項１から６までの何れか一項に記載のレーダ装置であって、
   　前記増幅利得変更部による前記周波数変換部の増幅利得の変更は、前記アンテナからの前記探知信号の送信の停止及び前記探知信号の送信間隔の変更の何れも伴うことなく行われることを特徴とするレーダ装置。
8. 　請求項１から７までの何れか一項に記載のレーダ装置であって、
   　前記周波数変換部の利得の目標値又は前記周波数変換部を含む受信信号経路の利得の目標値である利得目標値を記憶する利得目標値記憶部を備え、
   　前記増幅利得変更部は、前記利得目標値記憶部が記憶する利得目標値に基づいて前記周波数変換部の増幅利得を変更し、
   　前記利得目標値記憶部が記憶する利得目標値が変更可能に構成されていることを特徴とするレーダ装置。
9. 　請求項１から８までの何れか一項に記載のレーダ装置であって、
   　前記信号処理部は、前記周波数変換部によって周波数変換及び増幅が行われた前記較正用信号を出力可能であることを特徴とするレーダ装置。
10. 　請求項１から９までの何れか一項に記載のレーダ装置であって、
    　気象観測データを取得することを特徴とするレーダ装置。
11. 　アンテナから探知信号を送信するために当該アンテナに出力する送信信号を、時間間隔をあけて反復して生成し、
    　 前記送信信号を前記アンテナへ出力し終わってから、次の前記送信信号を前記アンテナへ出力し始めるまでの間に、前記探知信号が反射して前記アンテナで受信 したエコー信号の周波数を周波数変換部によって変換するとともに信号レベルを増幅し、増幅後の信号に対して処理を行い、
    　前記送信信号が前記アンテナへ出力されている間のタイミングで、当該送信信号を前記周波数変換部に較正用信号として入力して、前記較正用信号の周波数を前記周波数変換部によって変換するとともに信号レベルを増幅し、
    　前記周波数変換部に入力される前記較正用信号の信号レベル、及び、前記周波数変換部が前記較正用信号を増幅した結果の信号レベルに基づいて、前記周波数変換部の増幅利得を変更することを特徴とするレーダ装置の受信利得変更方法。

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