説明

パルスレーダ装置

【課題】 パルスレーダ装置におけるNull点の影響を回避する。
【解決手段】 パルスの周期ごとに送信波の周波数を変える。これにより或る周波数においてNull点となっても、これと異なる周波数においてはNull点とはならないので距離の測定が可能となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、送信波を一定周期のパルスで開閉して送出し、このパルスを遅延させたパルスでターゲットからの反射波を開閉し、この遅延時間を掃引して受信パワーが極大となる遅延時間からターゲットとの距離を決定するパルスレーダ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
図1はこのパルスレーダ装置の構成の一例を示し、図2は図1のA〜Fで示した個所の信号の波形をその(A)〜(F)欄に示す。
【0003】
これらの図に示すように、パルスレーダではキャリア信号を一定周期Tのパルス(図2(A))に従って送信アンプ10またはスイッチをオンオフすることによってゲーティングを行った電波(図2(B))を放出し、受信側も同じように、受信キャリア信号(図2(C))に対してRFミキサ12の手前(14)や、ミキシング後(16)の信号においてゲーティングして受信する。ターゲットに反射された信号はその距離に応じた遅延時間をもって受信されるため、遅延回路18により受信ゲート信号を送信ゲート信号に対して遅延させれば(図2(D))、その遅延時間に一致したターゲットの反射信号(図2(E))のみ受信され、受信信号が存在する場合、その距離に物体があることが検出できる。受信信号の検出は、受信パルスをフィルタ20でフィルタリングし、パルス繰り返し周波数帯域の信号パワー(図2(F))を検出することで可能である。また、遅延時間をパルス幅の1/Nのステップで掃引すれば、それに応じて受信パワーが変化するので、パワーが極大となる遅延時間からターゲットまでの距離をゲーティング時間のN倍の分解能で決定することができる。
【0004】
図1のパルスレーダ装置では、受信波を送信波の一部でダウンコンバートする方式(あるいはホモダイン検波)が採用されていることから、物体との距離をRとするとき2R/C(Cは光速)が送信波の半周期の奇数倍に等しければ受信波が送信波の逆相となって信号が消滅する(以下Null点と称する)ことになる。レーダ側およびターゲットが共に静止していてこの距離だけ離れている場合にはこのNull点が持続するので距離を測定することができない、という問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって本発明の目的は上記のNull点の問題を解決したパルス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】
【0006】
本発明によれば、複数の周波数が周期的に切り換わる送信波をパルス信号で変調してパルス状に送信する送信部と、該パルス信号を遅延する遅延部と、受信波のうち、該遅延部の出力と同期したゲート時間内に受信したもののみ有効にする受信ゲート部と、受信波を送信波の一部と混合する混合部と、前記遅延回路の遅延時間を掃引して該混合部の出力が極大となる遅延時間を決定することによって物標との距離を決定する距離決定手段とを具備するパルスレーダ装置が提供される。
【0007】
周期的に切り換わる周波数を有する送信波を用いることによって、或る送信波の周波数についてNull点となる距離にターゲットが静止していたとしても、それと異なる周波数に対してはNull点とならないので、そのような周波数において測定値が得られ、距離の測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
図3は本発明の一実施例に係るパルスレーダ装置の構成を示すブロック図であり、図4の(A)〜(E)欄はそれぞれ図3のA〜Eで示した個所の信号の波形を示す。図3において、図1と同一の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【0009】
送信波が一定周期のパルス信号(図4(A)欄)でゲーティングされること(図4(C)欄)、パルス信号を遅延器18で遅延したもので受信波がゲーティングされること(図4(D)欄)、ミキサ16により送信波の一部で受信波がホモダイン検波されること(図4(E)欄)については図1,2を参照して説明した従来のパルスレーダ装置と同じである。なお、ホモダイン検波では直接ベースバンド(この例ではパルス信号)が得られるので、フィルタ20は必ずしも必須ではない。
【0010】
本発明のパルスレーダ装置では例えば、発振器20から出力される送信波の周波数は、図4(B)に示すように、パルス信号((A)欄)の各周期において一定であり、第1の周期ではf1であり第2の周期ではf1と異なるf2となり、これが交互に繰り返される。
【0011】
したがって、図5(A)欄に示すように、ターゲットまでの往復による遅延時間T(=2R/C)がキャリア周波数f2の半周期に等しいとき(より一般化すれば半周期の奇数倍に等しいとき)すなわち、
2R/C=(2n+1)/(2f2)(n=0,1,2…)
が成り立つ距離Rにターゲットが静止しているとき、キャリア周波数がf2である周期ではNull点となり、ミキサ12の出力において信号が消滅する(図4(E)欄)。しかしながら、周波数がf1(f1≠f2)である周期では、図5(B)に示すように、
2R/C≠(2n+1)/(2f1
となって信号が出現する(図4(E)欄)ので、距離の測定が可能となる。
【0012】
1,f2と2つの周波数を有する送信波を用いることの付随的な効果として、Null点とならない距離であってもNull点となる距離の近傍ではホモダイン検波後のレベルが低下するが、例えば2つの周波数f1,f2を有する送信波を用いることで、一方の周波数についてレベルが低下しても他方ではレベルを確保することができるという効果が得られる。
【0013】
また、パルスの周期をTとするとき、ターゲットまでの往復に要する時間2R/CがTを超えるような距離にターゲットが存在するとき、反射波はその次の周期において受信され、(T<2R/C<2Tの場合)往復に要した時間が2R/C−Tであるとして距離を誤認識する可能性がある。しかし、f1とf2が交互に繰り返す送信波を用いることで、そのような反射波については、送信波の周波数と受信波の周波数が異なることになるので、ホモダイン検波後に周波数|f1−f2|の信号となり、フィルタ20があればそれで除去することができる。
なお、周波数の切り替わりのタイミングとパルスのタイミングが同期している例について説明したが、Null点の解消という目的のためには両者は必ずしも同期している必要はない。
【0014】
図6は4つの異なる周波数f1,f2,f3およびf4を順次切り換えて用いこれを繰り返す例を示す。(D)欄および(E)欄は2R/C<Tである距離Rにターゲットが存在する場合の反射波およびフィルタ入力をそれぞれ示し、(D′)欄は2R/C>Tである距離にターゲットが存在する場合の反射波を示す。(F),(F′)欄に示すように、2R/C<Tの距離にある場合にはフィルタの出力にはパルス周期に相当する周波数成分が出力されるが、2R/C>Tの場合にはフィルタにより除去される。
【0015】
このように、4つの異なる周波数を用いることにより、T<2R/C<4Tの距離Rに存在するターゲットからの反射波をフィルタ20で除去することができる。
【0016】
図7および図8は4つの送信周波数を用いてT<2R/C<4Tの距離Rに存在するターゲットからの反射波をフィルタで除去し、さらにそれ以上の距離にあるターゲットからの反射波に関しては、1チップ時間が4Tである疑似雑音系列を用いて距離の誤認を回避する例を示す。図8の(A)〜(J)欄は図7のA〜Jで示した個所の信号の波形を示す。
【0017】
図7において、PN信号発生器32が出力する疑似雑音(PN)信号(図8(C)欄)の1チップ時間はパルス発生器30が出力するパルス(図8(A)欄)の周期Tの4倍である。AND回路34において両者の論理積がとられ(図8(D)欄)、その結果により送信増幅器10がオンオフされて送信波が開閉される(図8(E)欄)。ターゲットからの反射波(図8(F)欄)は送信波から4T以上5T以下の遅れで到達するものとする。反射波はパルス発生器30が出力するパルス信号(図8(A)欄)を遅延器18で遅延させたゲート信号(図8(G)欄)で開閉され(図8(H)欄)、フィルタ20により、パルス周期に相当する周波数成分以外の周波数成分が除去される。パルス化器36では、遅延器18における遅延時間にフィルタ処理による遅れを加えた時間だけ遅れたタイミングでフィルタ20の出力を基準値と比較することによって、受信波に含まれるPN信号成分((I)欄)を復元する。遅延器38もまた、PN発生器32からのPN信号を遅延器18における遅延時間に上記の遅れを加えた時間だけ遅延させる((J)欄)。相関器40は、パルス化器36の出力と遅延器38の出力の間で相関をとり、一方の位相を掃引したときに相関値が最大となる点を見い出すことによって両者の位相差が決定される。制御演算器42は、遅延器18,38における遅延量の制御、パルス化器36における比較タイミングの制御などを行い、遅延器18における遅延量から、ターゲットとの距離を決定する。
【0018】
図8に示した例はターゲットが4T<2R/C<5Tに相当する距離に存在していることが想定されている。この場合、例えば送信波の周波数がf1であるときの反射波は送信波の周波数がf1に戻ったときに受信されるのでフィルタ20で除去することができない。しかしながら、前述したように、相関器40において、PN信号を遅延器38で遅延させたもの(図8(J)欄)と、受信波から復元されたPN信号(図8(I)欄)との相関をとることにより1チップ時間だけ位相が遅れていることが判明するので、制御演算器42では4T<2R/C<5Tの距離Rに存在するターゲットからの反射であるとして、これを処理から除外することができる。あるいはまた、相関器が出力する相関値の大きさからターゲットが4T<2R/Cの距離にあることが判明する。すなわち、もしターゲットがT>2R/Cの範囲にあれば図8(I)欄(J)欄の信号の位相は一致するので相関器の出力は最大となる。しかし、図8に示した例ではターゲットが4T<2R/C<5Tの範囲にあるため、図8(I)欄と図8(J)欄の信号は位相が異なり、相関値は小さくなる。したがって、相関値の大きさからターゲットがT>2R/Cの範囲にあるのか4T<2R/C<5Tの範囲にあるかを推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】従来のパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の各部の信号の波形を示すタイミングチャートである。
【図3】本発明の一実施例に係るパルスレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図4】図3の各部の信号の波形を示すタイミングチャートである。
【図5】Null点の発生およびその回避を説明する図である。
【図6】周波数を4通りに切り換える例を示すタイミングチャートである。
【図7】さらに疑似雑音信号を用いる例を示すブロック図である。
【図8】図7の各部の波形を示すタイミングチャートである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の周波数が周期的に切り換わる送信波をパルス信号で変調してパルス状に送信する送信部と、
該パルス信号を遅延する遅延部と、
受信波のうち、該遅延部の出力と同期したゲート時間内に受信したもののみ有効にする受信ゲート部と、
受信波を送信波の一部と混合する混合部と、
前記遅延部の遅延時間を掃引して該混合部の出力が極大となる遅延時間を決定することによって物標との距離を決定する距離決定手段とを具備するパルスレーダ装置。
【請求項2】
前記送信部は、前記パルスの周期ごとに前記複数の周波数が周期的に切り換わる送信波を出力し、
前記混合部の出力のうち、前記パルス信号の周波数帯域を通過させるフィルタをさらに具備し、
前記距離決定手段は、該フィルタを通過後の前記混合部の出力が極大となる遅延時間を決定することによって物標との距離を決定する請求項1記載のパルスレーダ装置。
【請求項3】
前記送信部は、疑似雑音系列と前記パルス信号とを重畳した信号で前記送信波を変調して送信し、
受信波から疑似雑音系列を復元する復元部と、
該復元部の出力と前記送信部における疑似雑音系列との相関をとる相関部とをさらに具備し、
前記距離決定手段は、前記混合部の出力が極大となる遅延時間と前記相関部における相関結果に基いて物標との距離を決定する請求項2記載のパルスレーダ装置。
【請求項4】
前記疑似雑音系列のチップ時間は、前記パルス周期に前記周波数の数を乗じたものに等しい請求項3記載のパルスレーダ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2006−317347(P2006−317347A)
【公開日】平成18年11月24日(2006.11.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−141627(P2005−141627)
【出願日】平成17年5月13日(2005.5.13)
【出願人】(000237592)富士通テン株式会社 (3,383)
【出願人】(000005223)富士通株式会社 (25,993)
【Fターム(参考)】