パルスレーダ装置
【課題】従来装置は、連続した同じ周波数の送信パルスに対する受信信号に対して、MTI処理によりクラッタ抑圧処理を行うため、相対速度０m/secの反射物からのクラッタを抑圧できるが、低速移動目標の受信信号も抑圧し、検出性能が劣化する。
【解決手段】パルス繰り返し周期毎に周波数が重複なく所定周波数で変化するパルス列が、繰り返される送信信号を目標方向へ送信し、目標および背景よりの反射信号から送信パルスと同じ周波数を用いて、生成された受信ビデオ信号を用いてMTI処理により背景からのクラッタの抑圧をクラッタ抑圧器で行い、合成帯域器でクラッタ抑圧器による全ての周波数の記送信パルスに対するMTI処理後の信号を用いて、合成帯域処理を行い、検波器で、合成帯域器からの出力の振幅値を求め、合成帯域処理による目標の高分解能測距結果を出力する。
【解決手段】パルス繰り返し周期毎に周波数が重複なく所定周波数で変化するパルス列が、繰り返される送信信号を目標方向へ送信し、目標および背景よりの反射信号から送信パルスと同じ周波数を用いて、生成された受信ビデオ信号を用いてMTI処理により背景からのクラッタの抑圧をクラッタ抑圧器で行い、合成帯域器でクラッタ抑圧器による全ての周波数の記送信パルスに対するMTI処理後の信号を用いて、合成帯域処理を行い、検波器で、合成帯域器からの出力の振幅値を求め、合成帯域処理による目標の高分解能測距結果を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標からの反射波を合成帯域処理によって高距離分解能の測距を行い、かつクラッタの抑圧を行うパルスレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成帯域処理による高距離分解能の測距を行い、かつクラッタの抑圧を行う従来のパルスレーダ装置として、例えば非特許文献１に示すものがある。この装置では、送信時に、連続した２つの送信パルスに対し同じ周波数、連続した２つの送信パルス毎にステップ状に変化した異なる周波数で送信を行う。
受信時には、連続した同じ周波数の送信パルスに対する受信信号に対して、MTI(Moving Target Indicator)処理によりクラッタを抑圧した後に、全ての異なる周波数のMTI処理後の信号を用いて帯域の合成を行い、高距離分解能の測距を行う。
また、特許文献１には、合成帯域処理に対しMTI処理を適用する記述があるが、どのような送信パルスを送信するか、あるいは、受信信号に対してどのように処理するかの具体的な説明は記載されていない。
さらに、合成帯域処理に関する先行技術文献としては、非特許文献２が、MTI処理に関する先行文献としては、非特許文献３がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１１８１５号公報
【非特許文献１】Zhang, Q.; Yeo, T.S.; Du, G.著「ISAR imaging in strong ground clutter by using a new stepped-frequency signal mode」、IGRASS’02 2002.Page(s):2753 - 2755 vol.5
【非特許文献２】Donald R.Wehner著「High-Resolution Radar」、Second Edition、Artech House、Chapter 5、第１９７頁〜第２３７頁
【非特許文献３】吉田 孝監修「改定 レーダ技術」、電子情報通信学会、P.67-84.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には以下の課題がある。最初に従来技術の課題を明確にするために、MTI処理の原理について説明する。一般に、MTI処理は、地面等からのクラッタが存在する環境において、クラッタを抑圧し航空機等の移動目標を検出するために用いられる。
【０００５】
パルスレーダ装置が静止している場合、図１６に示すように、移動物である航空機等の目標とパルスレーダ装置の間には、相対速度が生じ、移動物である航空機等の目標からの反射受信信号には相対速度に応じたドップラー周波数が生じる。一方、静止物である地面等のクラッタとパルスレーダ装置間には、相対速度が０ｍ／ｓｅｃとなり、静止物である地面等のクラッタからの反射受信信号には、ドップラー周波数の影響を受けない。（ドップラー周波数は０ Ｈｚとなる。）
【０００６】
MTI処理は、このドップラー周波数を利用し、図１７に示すように、ある時間間隔（図１７の場合は１パルス繰り返し周期）はなれた同じ周波数の送信パルスに対する反射受信信号間で引き算を行うことにより、相対速度が０ｍ／ｓｅｃの反射物からの反射受信信号、すなわちクラッタからの反射受信信号を抑圧するものである。
【０００７】
非特許文献１記載の従来のパルスレーダ装置では、連続した同じ周波数の送信パルスに対する受信信号に対して、MTI処理によりクラッタ抑圧処理を行う。そのため、MTI処理を行う２つのパルス間の時間間隔はパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉとなり、その場合のレーダ装置と反射物との相対速度vに対する合成帯域処理後の信号に対するMTI処理による抑圧特性は次式で表される。
【０００８】
【数１】
【０００９】
ただし、Ｎは送信パルス数、ｆ０は送信最小周波数、Δｆは周波数ステップ幅、ｃは光速を示す。
【００１０】
図１８に、送信パルス数Ｎ＝５１２、送信最小周波数ｆ０＝１０ＧＨｚ、周波数ステップ幅Δｆ＝１ＭＨｚ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉ＝５０μｓｅｃとし、相対速度ｖを−２０から２０ｍ／ｓｅｃまで変化させた場合のMTI処理の抑圧特性を示す。
【００１１】
図１８からも分かるように、従来のパルスレーダ装置のMTI処理では、相対速度は０ｍ／ｓｅｃの反射物からの受信信号を抑圧できることが分かる。しかしながら、例えば、１５ｍ／ｓｅｃの相対速度の目標に対しても約16dB抑圧してしまい、低速移動目標の検出性能が劣化する課題があった。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、クラッタの抑圧が可能で合成帯域処理によって高距離分解能の測距行い、且つ低速移動目標検出性能に優れたパルスレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るパルスレーダ装置は、
パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化する送信パルス列が、繰り返される送信信号を生成して目標方向へ送信し、パルス繰り返し周期毎に得られる目標および背景からの反射信号から送信信号と同じ基準中間周波数信号を用いて、受信ビデオ信号を生成するパルスレーダ装置であって、
送信信号を生成するため、パルス繰り返し周期と、パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化する複数個の周波数を設定するパルス繰り返し周期・周波数制御器と、
繰り返される送信パルス列から同じ周波数の送信パルスに対する受信ビデオ信号を用いてＭＴＩ処理による背景からの反射信号であるクラッタの抑圧を行うクラッタ抑圧器と、
クラッタ抑圧器による全ての周波数の送信パルスに対するＭＴＩ処理後の信号を用いて、合成帯域処理を行う合成帯域器と、
合成帯域器からの出力の振幅値を求め、合成帯域処理による目標の高分解能測距結果を出力する検波器を備える。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のパルスレーダ装置によれば、パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化する送信パルス列が、繰り返される送信信号を目標方向へ送信し、
前記パルス繰り返し周期毎に得られる目標および背景からの反射信号から送信パルスと同じ周波数を用いて、生成された受信ビデオ信号を用いてＭＴＩ処理による目標以外の反射物からの反射信号であるクラッタの抑圧をクラッタ抑圧器で行い、合成帯域器でクラッタ抑圧器による全ての周波数の前記送信パルスに対する前記ＭＴＩ処理後の信号を用いて、合成帯域処理を行い、検波器で、合成帯域器からの出力の振幅値を求め、合成帯域処理による目標の高分解能測距結果を出力するので、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であることに加え、低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明のパルスレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。この発明のパルスレーダ装置は、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であることに加え、低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるパルスレーダ装置の構成図である。図１を用いて、各構成要素の機能について説明する。
【００１７】
パルス繰り返し周期・周波数制御器１は、１つのパルス繰り返し周期を設定するとともに、パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化するＮ個の周波数を繰り返し設定する。図２に、具体的な周波数の設定例を示す。この例では、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ間隔Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を繰り返し設定している。
【００１８】
その際、次式を用いて予め、合成帯域処理後の信号に対するMTI処理による抑圧特性を計算し、想定するレーダ装置と反射物との相対速度vの範囲の抑圧度が小さくなるように、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉを設定する。
【００１９】
【数２】
【００２０】
図３に例えば、レーダ装置との相対速度が１０から２０ｍ／ｓｅｃの範囲の反射物からの反射受信信号に対するMTI処理による合成帯域処理後の信号の抑圧度を−５ｄＢ以上にしたい場合に、式（２）を用いて求めた抑圧特性を示す。この場合の、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉはそれぞれ、Ｎ＝５１２、ｆ０＝１０ＧＨｚ、周波数ステップ幅Δｆ＝１ＭＨｚ、Ｔｐｒｉ＝５０μｓｅｃである。
【００２１】
タイミング発生器２は、パルス繰り返し周期・周波数制御器１からのパルス繰り返し周期情報を用いて、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉの間隔で、タイミング信号を発生する。このタイミング信号は、周波数シンセサイザ３では周波数切替信号として使用され、パルス変調器７ではパルス変調信号として使用され、送受切替器９では送受切替信号として使用される。
【００２２】
周波数シンセサイザ３は、タイミング発生器２からのタイミング信号（周波数切替信号に相当）によって、パルス繰り返し周期・周波数制御器１から入力され送信周波数情報に応じて、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ毎に周波数を生成し、分配器４ａに出力する。
【００２３】
分配器４ａは、周波数シンセサイザ３からの入力信号を２分し、一方を送信信号生成用の局部発振信号として周波数変換器６ａに出力し、もう一方を中間周波数信号生成用の局部発振信号として、周波数変換器６ｂに出力する。
【００２４】
基準中間周波数信号生成器５は、基準中間周波数信号を生成する。周波数変換器６ａは、分配器４ａからの局部発振信号の周波数と、基準中間周波数信号生成器５で生成された基準中間周波数信号の周波数との和の周波数の送信キャリア信号を生成する。
【００２５】
パルス変調器７は、周波数変換器６ａで生成された送信キャリア信号に対して、タイミング発生器２からのタイミング信号（パルス変調信号に相当）によって、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ毎に、予め定めたパルス幅Ｔｐのパルス変調を行う。電力増幅器８は、パルス変調器７の出力信号を取り込み、電力増幅を行う。
【００２６】
送受切替器９は、タイミング発生器２からのタイミング信号（送受切替信号に相当）によって、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ毎に、予め定めた時間間隔で、電力増幅器８からの入力信号を出力する。アンテナ１０は、送受切替器９からの入力信号を、送信信号として空間へ放射する。
【００２７】
空間に放射された送信信号は、目標１１、および背景に反射し、反射信号となってアンテナ１０で受信され、送受切替器９に出力される。送受切替器９は、タイミング発生器２からのタイミング信号（送受切替信号に相当）によって、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ毎に、予め定めた時間間隔で、アンテナ１０からの入力信号を周波数変換器６ｂに出力する。
【００２８】
また、周波数変換器６ｂには、中間周波数信号の生成用として、分配器４ａからの局部発振信号も入力される。そして、周波数変換器６ｂは、受信信号の周波数と局部発振信号の周波数との差の周波数である中間周波数信号を生成し、中間周波数増幅器１２へ出力する。
【００２９】
中間周波数増幅器１２は、中間周波数信号の電力の増幅を行い、その結果を分配器４ｂに出力する。分配器４ｂは、中間周波数増幅器１２で増幅された中間周波数信号を２分し、それぞれを位相検波器１４ａ、１４ｂに出力する。
【００３０】
一方、９０度ハイブリッド器１３は、基準中間周波数信号生成器５で生成された基準中間周波数信号を、９０度の位相差を持った２つの信号に分離し、位相検波器１４ａ、１４ｂに出力する。位相検波器１４ａ、１４ｂは、分配器４ｂからの入力信号、および９０度ハイブリッド器１３からの入力信号から、中間周波数信号の周波数と基準中間周波数信号の周波数との差の周波数を持ち、互いに９０度の位相差を持つＩ成分、Ｑ成分のビデオ信号（以下、Ｉ、Ｑビデオ信号と称す）を生成する。
【００３１】
生成されたＩ、Ｑビデオ信号は、サンプリング周波数が１／Ｔｐ（送信パルス幅Ｔｐの逆数に相当）のＡ／Ｄ変換器１５ａ、１５ｂに入力され、送信パルス幅Ｔｐと同じ間隔のレンジビン毎のディジタルＩ、Ｑビデオ信号に変換され、ビデオ信号保存用メモリ１６に記憶される。ビデオ信号保存用メモリ１６は、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉの２Ｎ倍の時間間隔のすべてのレンジビン番号のディジタルＩビデオ信号を実部、ディジタルＱビデオ信号を虚部とした複素ディジタルビデオ信号を保存する。
【００３２】
クラッタ抑圧器１７は、図４に示すように、ビデオ信号保存用メモリ１６から、Ｎ倍のＴｐｒｉの時間間隔ずつ離れた同じ周波数の送信パルスに対する受信信号から得られた同じレンジビン番号のＮ組の複素ディジタルビデオ信号を取り出し、複素ディジタルビデオ信号の各組に対し、MTI処理を行い、Ｎ個のMTI処理後複素ディジタルビデオ信号を生成し、合成帯域器１８に出力する。
【００３３】
合成帯域器１８は、クラッタ抑圧器１７から入力されたMTI処理後複素ディジタルビデオ信号を逆フーリエ変換することによって、帯域の合成を行い、パルス幅Ｔｐ以下の距離分解能ΔＲを持つ複素信号を生成し、その結果を包絡線検波器１９に出力する。包絡線検波器１９は、合成帯域器１８から入力されるすべての複素信号の振幅値を求め、合成帯域処理による高分解能相対距離計測結果として、表示器２０に出力する。表示器２０は、包絡線検波器１９からの入力信号を表示する。
【００３４】
以上のように、実施の形態１によれば、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であるパルスレーダ装置において、低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【００３５】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器１での送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、および、２種類のパルス繰返し周期Ｔｐｒｉ１とＴｐｒｉ2設定の例である。パルスレーダ装置の構成図は図１と同じである。
【００３６】
次に、この実施の形態２におけるパルスレーダ装置の動作について、先の実施の形態１と動作と異なる新たなパルス繰り返し周期・周波数制御器１とクラッタ抑圧器１７を中心に説明する。
【００３７】
パルス繰り返し周期・周波数制御器１は、２種類のパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１とＴｐｒｉ2を設定するとともに、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化するＮ個の周波数と、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ2毎に同じＮ個の周波数を用い、同じ順序で重複なく周波数が変化するＮ個の周波数を連続して設定する。
【００３８】
図５に、具体的な周波数の設定例を示す。この例では、最初にパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１で送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ間隔Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を設定し、次に、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ2で送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ間隔Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を設定している。
【００３９】
その際、次式を用いて予め、合成帯域処理後の信号に対するMTI処理による抑圧特性を計算し、想定するレーダ装置と反射物との相対速度vの範囲の抑圧度が小さくなるように、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉ1、Ｔｐｒｉ2を設定する。
【００４０】
【数３】
【００４１】
図６に例えば、レーダ装置との相対速度が２から２０ｍ／ｓｅｃの範囲の反射物からの反射受信信号に対するMTI処理による合成帯域処理後の信号の抑圧度を−５ｄＢ以上にしたい場合に、式（３）を用いて求めた抑圧特性である。この場合の、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉはそれぞれ、Ｎ＝５１２、ｆ０＝１０ＧＨｚ、周波数ステップ幅Δｆ＝１ＭＨｚ、Ｔｐｒｉ１＝５０μｓｅｃ、Ｔｐｒｉ２＝６０μｓｅｃである。
【００４２】
以降、タイミング発生器２からビデオ信号保存用メモリ１６までは、実施の形態１と同様である。
【００４３】
クラッタ抑圧器１７は、図７に示すように、ビデオ信号保存用メモリ１６から、（（Ｎ−ｎ）Ｔｐｒｉ１+ｎＴｐｒｉ２） [ｎ＝０、１、・・・、Ｎ−１]倍の時間間隔ずつ離れた同じ周波数の送信パルスに対する受信信号から得られた同じレンジビン番号のＮ組の複素ディジタルビデオ信号を取り出し、複素ディジタルビデオ信号の各組に対し、MTI処理を行い、Ｎ個のMTI処理後複素ディジタルビデオ信号を生成し、合成帯域器１８に出力する。
【００４４】
合成帯域器１８以降は実施の形態１と同様である。
【００４５】
以上のように、実施の形態２によれば、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であるパルスレーダ装置において、同じ、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆを用いた場合に、パルス繰返し周期ＴｐｒｉをＴｐｒｉ１、Ｔｐｒｉ２と異なる２つにすることによって、実施の形態１よりもより低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【００４６】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器１での送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉを設定の例である。パルスレーダ装置の構成図は図１と同じである。
【００４７】
次に、この実施の形態３におけるパルスレーダ装置の動作について、先の実施の形態１と動作と異なる新たなパルス繰り返し周期・周波数制御器１とクラッタ抑圧器１７を中心に説明する。
【００４８】
パルス繰り返し周期・周波数制御器１は、１つのパルス繰り返し周期を設定するとともに、パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化するＮ個の周波数と、同じＮ個の周波数を用い、異なる順序で重複なく周波数が変化するＮ個の周波数を連続して設定する。
【００４９】
図８に、具体的な周波数の設定例を示す。この例では、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ間隔Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数と、送信最大周波数ｆ０＋（Ｎ−１）Δｆから、周波数ステップ間隔―Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を繰り返し設定している。
【００５０】
その際、次式を用いて予め、合成帯域処理後の信号に対するMTI処理による抑圧特性を計算し、想定するレーダ装置と反射物との相対速度vの範囲の抑圧度が小さくなるように、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉを設定する。
【００５１】
【数４】
【００５２】
図９に例えば、レーダ装置との相対速度が１から２０ｍ／ｓｅｃの範囲の反射物からの反射受信信号に対するMTI処理による合成帯域処理後の信号の抑圧度を−５ｄＢ以上にしたい場合に、式（４）を用いて求めた抑圧特性である。この場合の、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉはそれぞれ、Ｎ＝５１２、ｆ０＝１０ＧＨｚ、周波数ステップ幅Δｆ＝１ＭＨｚ、Ｔｐｒｉ＝５０μｓｅｃである。
【００５３】
以降、タイミング発生器２からビデオ信号保存用メモリ１６までは、実施の形態１と同様である。
【００５４】
クラッタ抑圧器１７は、図１０に示すように、ビデオ信号保存用メモリ１６から、（２Ｎ−２ｎ−１） [ｎ＝０、１、・・・、Ｎ−１]倍のＴｐｒｉの時間間隔ずつ離れた同じ周波数の送信パルスに対する受信信号から得られた同じレンジビン番号のＮ組の複素ディジタルビデオ信号を取り出し、複素ディジタルビデオ信号の各組に対し、MTI処理を行い、Ｎ個のMTI処理後複素ディジタルビデオ信号を生成し、合成帯域器１８に出力する。
【００５５】
合成帯域器１８以降は実施の形態１と同様である。
【００５６】
以上のように、実施の形態３によれば、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であるパルスレーダ装置において、同じ、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉを用いた場合に、実施の形態１よりもより低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【００５７】
実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器１での送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、および、２種類のパルス繰返し周期Ｔｐｒｉ１とＴｐｒｉ2設定の例である。パルスレーダ装置の構成図は図１と同じである。
【００５８】
次に、この実施の形態４におけるパルスレーダ装置の動作について、先の実施の形態１と動作と異なる新たなパルス繰り返し周期・周波数制御器１とクラッタ抑圧器１７を中心に説明する。
【００５９】
パルス繰り返し周期・周波数制御器１は、２種類のパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１とＴｐｒｉ2を設定するとともに、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化するＮ個の周波数と、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ2毎に同じＮ個の周波数を用い、異なる順序で重複なく周波数が変化するＮ個の周波数を連続して設定する。
【００６０】
図１１に、具体的な周波数の設定例を示す。この例では、最初にパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１で送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ間隔Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を設定し、次に、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ2で送信最大周波数ｆ０＋（Ｎ−１）Δｆから、周波数ステップ間隔―Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を設定している。
【００６１】
その際、次式を用いて予め、合成帯域処理後の信号に対するMTI処理による抑圧特性を計算し、想定するレーダ装置と反射物との相対速度vの範囲の抑圧度が小さくなるように、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉ1、Ｔｐｒｉ2を設定する。
【００６２】
【数５】
【００６３】
図１２に例えば、レーダ装置との相対速度が１から２０ｍ／ｓｅｃの範囲の反射物からの反射受信信号に対するMTI処理による合成帯域処理後の信号の抑圧度を−５ｄＢ以上にしたい場合に、式（５）を用いて求めた抑圧特性である。この場合の、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉはそれぞれ、Ｎ＝５１２、ｆ０＝１０ＧＨｚ、周波数ステップ幅Δｆ＝１ＭＨｚ、Ｔｐｒｉ１＝５０μｓｅｃ、Ｔｐｒｉ２＝６０μｓｅｃである。
【００６４】
以降、タイミング発生器２からビデオ信号保存用メモリ１６までは、実施の形態１と同様である。
【００６５】
クラッタ抑圧器１７は、図１３に示すように、ビデオ信号保存用メモリ１６から、（（Ｎ−ｎ）Ｔｐｒｉ１+（Ｎ−ｎ−１）Ｔｐｒｉ２） [ｎ＝０、１、・・・、Ｎ−１]倍の時間間隔ずつ離れた同じ周波数の送信パルスに対する受信信号から得られた同じレンジビン番号のＮ組の複素ディジタルビデオ信号を取り出し、複素ディジタルビデオ信号の各組に対し、MTI処理を行い、Ｎ個のMTI処理後複素ディジタルビデオ信号を生成し、合成帯域器１８に出力する。
【００６６】
合成帯域器１８以降は実施の形態１と同様である。
【００６７】
以上のように、実施の形態４によれば、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であるパルスレーダ装置において、同じ、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆを用いた場合に、パルス繰返し周期ＴｐｒｉをＴｐｒｉ１、Ｔｐｒｉ２と異なる２つにすることによって、実施の形態１よりもより低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【００６８】
実施の形態５．
図１４は、この発明の実施の形態５のパルスレーダ装置の構成図である。図１４におけるこの実施の形態５のパルスレーダ装置は、図１における先の実施の形態１から実施の形態４のパルスレーダ装置と比較すると、包絡線検波器１９と表示器２０との間に、相対速度距離計測器２１がさらに設けられている点が異なっている。
【００６９】
次に、この実施の形態５におけるパルスレーダ装置の動作について、先の実施の形態１と異なる構成である相対速度距離計測器２１を中心に説明する。図１４の構成において包絡線検波器１９までの動作は、先の実施の形態１の動作と同様である。
【００７０】
包絡線検波器１９は、合成帯域器１８から入力されるすべての複素信号の振幅値を求め、合成帯域処理による高分解能相対距離計測結果を相対速度距離計測器２１に出力する。
【００７１】
前述の実施の形態１から実施の形態４に記載した処理では、異なる時間の受信信号を用いてＭＴＩ処理を行うため、また、送信パルス毎の周波数の変化が異なるパルス列を用いるため、あるいは、異なるパルス繰り返し周期を用いるため、パルス繰り返し周期、送信周波数、送信パルス毎の周波数の変化、目標の相対速度の関係によっては、目標数が１つの場合にでも、高分解能相対距離計測結果に２つのピークが生る。図１５に高分解能相対距離計測結果に２つのピークが生じた場合の例を示す。
【００７２】
相対速度距離計測器２１は、高分解能相対距離計測結果に２つのピークの距離Ｒ１とＲ２と、パルス繰り返し周期、送信周波数、送信パルス毎の周波数の変化の情報を用いて目標との相対速度ｖと相対距離Ｒｃａｌを求める。求めた相対速度ｖｃａｌと相対距離Ｒｃａｌを表示器２０に出力する。
【００７３】
例えば、実施の形態２で示したパルス繰り返し周期、送信周波数、送信パルス毎の周波数の変化の場合は、それぞれ、次式によって、相対速度ｖｃａｌと相対距離Ｒｃａｌを求めることができる。
【００７４】
【数６】
【００７５】
【数７】
【００７６】
あるいは、
【００７７】
【数８】
【００７８】
また、実施の形態３で示したパルス繰り返し周期、送信周波数、送信パルス毎の周波数の変化の場合は、それぞれ、次式によって、相対速度ｖｃａｌと相対距離Ｒｃａｌを求めることができる。
【００７９】
【数９】
【００８０】
【数１０】
【００８１】
あるいは、
【００８２】
【数１１】
【００８３】
さらに、実施の形態４で示したパルス繰り返し周期、送信周波数、送信パルス毎の周波数の変化の場合は、それぞれ、次式によって、相対速度ｖｃａｌと相対距離Ｒｃａｌを求めることができる。
【００８４】
【数１２】
【００８５】
【数１３】
【００８６】
あるいは、
【００８７】
【数１４】
【００８８】
また、相対距離Ｒｃａｌとして高分解能相対距離計測結果に２つのピークの距離Ｒ１とＲ２から次式で求めることも可能である。
【００８９】
【数１５】
【産業上の利用可能性】
【００９０】
この発明のパルスレーダ装置は、例えば、目標とする航空機を追尾する装置や航空管制レーダ等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】この発明の実施の形態１におけるパルスレーダ装置の構成図である。
【図２】パルス繰り返し周期・周波数制御器によるパルス信号設定例の説明図である。
【図３】実施の形態１における反射受信信号のMTI処理による合成帯域処理後の信号抑圧度を−５ｄＢ以上にするため計算式で求めた抑圧特性図である。
【図４】実施の形態１におけるクラッタ抑圧器によるMTI処理動作の説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器によるパルス信号設定例の説明図である。
【図６】実施の形態２における反射受信信号のMTI処理による合成帯域処理後の信号抑圧度を−５ｄＢ以上にするため計算式で求めた抑圧特性図である。
【図７】実施の形態２におけるクラッタ抑圧器によるMTI処理動作の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態３におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器によるパルス信号設定例の説明図である。
【図９】実施の形態３における反射受信信号のMTI処理による合成帯域処理後の信号抑圧度を−５ｄＢ以上にするため計算式で求めた抑圧特性図である。
【図１０】実施の形態３におけるクラッタ抑圧器によるMTI処理動作の説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態４におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器によるパルス信号設定例の説明図である。
【図１２】実施の形態４における反射受信信号のMTI処理による合成帯域処理後の信号抑圧度を−５ｄＢ以上にするため計算式で求めた抑圧特性図である。
【図１３】実施の形態４におけるクラッタ抑圧器によるMTI処理動作の説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態５のパルスレーダ装置の構成図である。
【図１５】高分解能相対距離計測結果に２つのピークが生じた場合の特性図である。
【図１６】パルスレーダ装置と目標が相対速度を有するときの送信パルスと反射受信信号の関係を示す波形図である。
【図１７】従来のパルスレーダ装置におけるMTI処理部の機能構成図である。
【図１８】従来のパルスレーダ装置のMTI処理による抑圧特性図である。
【符号の説明】
【００９２】
１；パルス繰り返し周期・周波数制御器、２；タイミング発生器、３；周波数シンセサイザ、４ａ、４ｂ；分配器、５；基準中間周波数信号生成器、６ａ、６ｂ；周波数変換器、７；パルス変調器、８；電力増幅器、９；送受切替器、１０；アンテナ、１１；目標、１２；中間周波数増幅器、１３；９０度ハイブリッド器、１４ａ、１４ｂ；位相検波器、１５ａ、１５ｂ；Ａ／Ｄ変換器、１６；ビデオ信号保存用メモリ、１７；クラッタ抑圧器、１８；合成帯域器、１９；包絡線検波器、２０；表示器、２１；相対速度距離計測器。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標からの反射波を合成帯域処理によって高距離分解能の測距を行い、かつクラッタの抑圧を行うパルスレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成帯域処理による高距離分解能の測距を行い、かつクラッタの抑圧を行う従来のパルスレーダ装置として、例えば非特許文献１に示すものがある。この装置では、送信時に、連続した２つの送信パルスに対し同じ周波数、連続した２つの送信パルス毎にステップ状に変化した異なる周波数で送信を行う。
受信時には、連続した同じ周波数の送信パルスに対する受信信号に対して、MTI(Moving Target Indicator)処理によりクラッタを抑圧した後に、全ての異なる周波数のMTI処理後の信号を用いて帯域の合成を行い、高距離分解能の測距を行う。
また、特許文献１には、合成帯域処理に対しMTI処理を適用する記述があるが、どのような送信パルスを送信するか、あるいは、受信信号に対してどのように処理するかの具体的な説明は記載されていない。
さらに、合成帯域処理に関する先行技術文献としては、非特許文献２が、MTI処理に関する先行文献としては、非特許文献３がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１１８１５号公報
【非特許文献１】Zhang, Q.; Yeo, T.S.; Du, G.著「ISAR imaging in strong ground clutter by using a new stepped-frequency signal mode」、IGRASS’02 2002.Page(s):2753 - 2755 vol.5
【非特許文献２】Donald R.Wehner著「High-Resolution Radar」、Second Edition、Artech House、Chapter 5、第１９７頁〜第２３７頁
【非特許文献３】吉田 孝監修「改定 レーダ技術」、電子情報通信学会、P.67-84.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には以下の課題がある。最初に従来技術の課題を明確にするために、MTI処理の原理について説明する。一般に、MTI処理は、地面等からのクラッタが存在する環境において、クラッタを抑圧し航空機等の移動目標を検出するために用いられる。
【０００５】
パルスレーダ装置が静止している場合、図１６に示すように、移動物である航空機等の目標とパルスレーダ装置の間には、相対速度が生じ、移動物である航空機等の目標からの反射受信信号には相対速度に応じたドップラー周波数が生じる。一方、静止物である地面等のクラッタとパルスレーダ装置間には、相対速度が０ｍ／ｓｅｃとなり、静止物である地面等のクラッタからの反射受信信号には、ドップラー周波数の影響を受けない。（ドップラー周波数は０ Ｈｚとなる。）
【０００６】
MTI処理は、このドップラー周波数を利用し、図１７に示すように、ある時間間隔（図１７の場合は１パルス繰り返し周期）はなれた同じ周波数の送信パルスに対する反射受信信号間で引き算を行うことにより、相対速度が０ｍ／ｓｅｃの反射物からの反射受信信号、すなわちクラッタからの反射受信信号を抑圧するものである。
【０００７】
非特許文献１記載の従来のパルスレーダ装置では、連続した同じ周波数の送信パルスに対する受信信号に対して、MTI処理によりクラッタ抑圧処理を行う。そのため、MTI処理を行う２つのパルス間の時間間隔はパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉとなり、その場合のレーダ装置と反射物との相対速度vに対する合成帯域処理後の信号に対するMTI処理による抑圧特性は次式で表される。
【０００８】
【数１】
【０００９】
ただし、Ｎは送信パルス数、ｆ０は送信最小周波数、Δｆは周波数ステップ幅、ｃは光速を示す。
【００１０】
図１８に、送信パルス数Ｎ＝５１２、送信最小周波数ｆ０＝１０ＧＨｚ、周波数ステップ幅Δｆ＝１ＭＨｚ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉ＝５０μｓｅｃとし、相対速度ｖを−２０から２０ｍ／ｓｅｃまで変化させた場合のMTI処理の抑圧特性を示す。
【００１１】
図１８からも分かるように、従来のパルスレーダ装置のMTI処理では、相対速度は０ｍ／ｓｅｃの反射物からの受信信号を抑圧できることが分かる。しかしながら、例えば、１５ｍ／ｓｅｃの相対速度の目標に対しても約16dB抑圧してしまい、低速移動目標の検出性能が劣化する課題があった。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、クラッタの抑圧が可能で合成帯域処理によって高距離分解能の測距行い、且つ低速移動目標検出性能に優れたパルスレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るパルスレーダ装置は、
パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化する送信パルス列が、繰り返される送信信号を生成して目標方向へ送信し、パルス繰り返し周期毎に得られる目標および背景からの反射信号から送信信号と同じ基準中間周波数信号を用いて、受信ビデオ信号を生成するパルスレーダ装置であって、
送信信号を生成するため、パルス繰り返し周期と、パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化する複数個の周波数を設定するパルス繰り返し周期・周波数制御器と、
繰り返される送信パルス列から同じ周波数の送信パルスに対する受信ビデオ信号を用いてＭＴＩ処理による背景からの反射信号であるクラッタの抑圧を行うクラッタ抑圧器と、
クラッタ抑圧器による全ての周波数の送信パルスに対するＭＴＩ処理後の信号を用いて、合成帯域処理を行う合成帯域器と、
合成帯域器からの出力の振幅値を求め、合成帯域処理による目標の高分解能測距結果を出力する検波器を備える。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のパルスレーダ装置によれば、パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化する送信パルス列が、繰り返される送信信号を目標方向へ送信し、
前記パルス繰り返し周期毎に得られる目標および背景からの反射信号から送信パルスと同じ周波数を用いて、生成された受信ビデオ信号を用いてＭＴＩ処理による目標以外の反射物からの反射信号であるクラッタの抑圧をクラッタ抑圧器で行い、合成帯域器でクラッタ抑圧器による全ての周波数の前記送信パルスに対する前記ＭＴＩ処理後の信号を用いて、合成帯域処理を行い、検波器で、合成帯域器からの出力の振幅値を求め、合成帯域処理による目標の高分解能測距結果を出力するので、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であることに加え、低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明のパルスレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。この発明のパルスレーダ装置は、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であることに加え、低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるパルスレーダ装置の構成図である。図１を用いて、各構成要素の機能について説明する。
【００１７】
パルス繰り返し周期・周波数制御器１は、１つのパルス繰り返し周期を設定するとともに、パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化するＮ個の周波数を繰り返し設定する。図２に、具体的な周波数の設定例を示す。この例では、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ間隔Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を繰り返し設定している。
【００１８】
その際、次式を用いて予め、合成帯域処理後の信号に対するMTI処理による抑圧特性を計算し、想定するレーダ装置と反射物との相対速度vの範囲の抑圧度が小さくなるように、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉを設定する。
【００１９】
【数２】
【００２０】
図３に例えば、レーダ装置との相対速度が１０から２０ｍ／ｓｅｃの範囲の反射物からの反射受信信号に対するMTI処理による合成帯域処理後の信号の抑圧度を−５ｄＢ以上にしたい場合に、式（２）を用いて求めた抑圧特性を示す。この場合の、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉはそれぞれ、Ｎ＝５１２、ｆ０＝１０ＧＨｚ、周波数ステップ幅Δｆ＝１ＭＨｚ、Ｔｐｒｉ＝５０μｓｅｃである。
【００２１】
タイミング発生器２は、パルス繰り返し周期・周波数制御器１からのパルス繰り返し周期情報を用いて、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉの間隔で、タイミング信号を発生する。このタイミング信号は、周波数シンセサイザ３では周波数切替信号として使用され、パルス変調器７ではパルス変調信号として使用され、送受切替器９では送受切替信号として使用される。
【００２２】
周波数シンセサイザ３は、タイミング発生器２からのタイミング信号（周波数切替信号に相当）によって、パルス繰り返し周期・周波数制御器１から入力され送信周波数情報に応じて、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ毎に周波数を生成し、分配器４ａに出力する。
【００２３】
分配器４ａは、周波数シンセサイザ３からの入力信号を２分し、一方を送信信号生成用の局部発振信号として周波数変換器６ａに出力し、もう一方を中間周波数信号生成用の局部発振信号として、周波数変換器６ｂに出力する。
【００２４】
基準中間周波数信号生成器５は、基準中間周波数信号を生成する。周波数変換器６ａは、分配器４ａからの局部発振信号の周波数と、基準中間周波数信号生成器５で生成された基準中間周波数信号の周波数との和の周波数の送信キャリア信号を生成する。
【００２５】
パルス変調器７は、周波数変換器６ａで生成された送信キャリア信号に対して、タイミング発生器２からのタイミング信号（パルス変調信号に相当）によって、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ毎に、予め定めたパルス幅Ｔｐのパルス変調を行う。電力増幅器８は、パルス変調器７の出力信号を取り込み、電力増幅を行う。
【００２６】
送受切替器９は、タイミング発生器２からのタイミング信号（送受切替信号に相当）によって、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ毎に、予め定めた時間間隔で、電力増幅器８からの入力信号を出力する。アンテナ１０は、送受切替器９からの入力信号を、送信信号として空間へ放射する。
【００２７】
空間に放射された送信信号は、目標１１、および背景に反射し、反射信号となってアンテナ１０で受信され、送受切替器９に出力される。送受切替器９は、タイミング発生器２からのタイミング信号（送受切替信号に相当）によって、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ毎に、予め定めた時間間隔で、アンテナ１０からの入力信号を周波数変換器６ｂに出力する。
【００２８】
また、周波数変換器６ｂには、中間周波数信号の生成用として、分配器４ａからの局部発振信号も入力される。そして、周波数変換器６ｂは、受信信号の周波数と局部発振信号の周波数との差の周波数である中間周波数信号を生成し、中間周波数増幅器１２へ出力する。
【００２９】
中間周波数増幅器１２は、中間周波数信号の電力の増幅を行い、その結果を分配器４ｂに出力する。分配器４ｂは、中間周波数増幅器１２で増幅された中間周波数信号を２分し、それぞれを位相検波器１４ａ、１４ｂに出力する。
【００３０】
一方、９０度ハイブリッド器１３は、基準中間周波数信号生成器５で生成された基準中間周波数信号を、９０度の位相差を持った２つの信号に分離し、位相検波器１４ａ、１４ｂに出力する。位相検波器１４ａ、１４ｂは、分配器４ｂからの入力信号、および９０度ハイブリッド器１３からの入力信号から、中間周波数信号の周波数と基準中間周波数信号の周波数との差の周波数を持ち、互いに９０度の位相差を持つＩ成分、Ｑ成分のビデオ信号（以下、Ｉ、Ｑビデオ信号と称す）を生成する。
【００３１】
生成されたＩ、Ｑビデオ信号は、サンプリング周波数が１／Ｔｐ（送信パルス幅Ｔｐの逆数に相当）のＡ／Ｄ変換器１５ａ、１５ｂに入力され、送信パルス幅Ｔｐと同じ間隔のレンジビン毎のディジタルＩ、Ｑビデオ信号に変換され、ビデオ信号保存用メモリ１６に記憶される。ビデオ信号保存用メモリ１６は、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉの２Ｎ倍の時間間隔のすべてのレンジビン番号のディジタルＩビデオ信号を実部、ディジタルＱビデオ信号を虚部とした複素ディジタルビデオ信号を保存する。
【００３２】
クラッタ抑圧器１７は、図４に示すように、ビデオ信号保存用メモリ１６から、Ｎ倍のＴｐｒｉの時間間隔ずつ離れた同じ周波数の送信パルスに対する受信信号から得られた同じレンジビン番号のＮ組の複素ディジタルビデオ信号を取り出し、複素ディジタルビデオ信号の各組に対し、MTI処理を行い、Ｎ個のMTI処理後複素ディジタルビデオ信号を生成し、合成帯域器１８に出力する。
【００３３】
合成帯域器１８は、クラッタ抑圧器１７から入力されたMTI処理後複素ディジタルビデオ信号を逆フーリエ変換することによって、帯域の合成を行い、パルス幅Ｔｐ以下の距離分解能ΔＲを持つ複素信号を生成し、その結果を包絡線検波器１９に出力する。包絡線検波器１９は、合成帯域器１８から入力されるすべての複素信号の振幅値を求め、合成帯域処理による高分解能相対距離計測結果として、表示器２０に出力する。表示器２０は、包絡線検波器１９からの入力信号を表示する。
【００３４】
以上のように、実施の形態１によれば、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であるパルスレーダ装置において、低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【００３５】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器１での送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、および、２種類のパルス繰返し周期Ｔｐｒｉ１とＴｐｒｉ2設定の例である。パルスレーダ装置の構成図は図１と同じである。
【００３６】
次に、この実施の形態２におけるパルスレーダ装置の動作について、先の実施の形態１と動作と異なる新たなパルス繰り返し周期・周波数制御器１とクラッタ抑圧器１７を中心に説明する。
【００３７】
パルス繰り返し周期・周波数制御器１は、２種類のパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１とＴｐｒｉ2を設定するとともに、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化するＮ個の周波数と、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ2毎に同じＮ個の周波数を用い、同じ順序で重複なく周波数が変化するＮ個の周波数を連続して設定する。
【００３８】
図５に、具体的な周波数の設定例を示す。この例では、最初にパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１で送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ間隔Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を設定し、次に、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ2で送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ間隔Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を設定している。
【００３９】
その際、次式を用いて予め、合成帯域処理後の信号に対するMTI処理による抑圧特性を計算し、想定するレーダ装置と反射物との相対速度vの範囲の抑圧度が小さくなるように、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉ1、Ｔｐｒｉ2を設定する。
【００４０】
【数３】
【００４１】
図６に例えば、レーダ装置との相対速度が２から２０ｍ／ｓｅｃの範囲の反射物からの反射受信信号に対するMTI処理による合成帯域処理後の信号の抑圧度を−５ｄＢ以上にしたい場合に、式（３）を用いて求めた抑圧特性である。この場合の、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉはそれぞれ、Ｎ＝５１２、ｆ０＝１０ＧＨｚ、周波数ステップ幅Δｆ＝１ＭＨｚ、Ｔｐｒｉ１＝５０μｓｅｃ、Ｔｐｒｉ２＝６０μｓｅｃである。
【００４２】
以降、タイミング発生器２からビデオ信号保存用メモリ１６までは、実施の形態１と同様である。
【００４３】
クラッタ抑圧器１７は、図７に示すように、ビデオ信号保存用メモリ１６から、（（Ｎ−ｎ）Ｔｐｒｉ１+ｎＴｐｒｉ２） [ｎ＝０、１、・・・、Ｎ−１]倍の時間間隔ずつ離れた同じ周波数の送信パルスに対する受信信号から得られた同じレンジビン番号のＮ組の複素ディジタルビデオ信号を取り出し、複素ディジタルビデオ信号の各組に対し、MTI処理を行い、Ｎ個のMTI処理後複素ディジタルビデオ信号を生成し、合成帯域器１８に出力する。
【００４４】
合成帯域器１８以降は実施の形態１と同様である。
【００４５】
以上のように、実施の形態２によれば、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であるパルスレーダ装置において、同じ、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆを用いた場合に、パルス繰返し周期ＴｐｒｉをＴｐｒｉ１、Ｔｐｒｉ２と異なる２つにすることによって、実施の形態１よりもより低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【００４６】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器１での送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉを設定の例である。パルスレーダ装置の構成図は図１と同じである。
【００４７】
次に、この実施の形態３におけるパルスレーダ装置の動作について、先の実施の形態１と動作と異なる新たなパルス繰り返し周期・周波数制御器１とクラッタ抑圧器１７を中心に説明する。
【００４８】
パルス繰り返し周期・周波数制御器１は、１つのパルス繰り返し周期を設定するとともに、パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化するＮ個の周波数と、同じＮ個の周波数を用い、異なる順序で重複なく周波数が変化するＮ個の周波数を連続して設定する。
【００４９】
図８に、具体的な周波数の設定例を示す。この例では、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ間隔Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数と、送信最大周波数ｆ０＋（Ｎ−１）Δｆから、周波数ステップ間隔―Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を繰り返し設定している。
【００５０】
その際、次式を用いて予め、合成帯域処理後の信号に対するMTI処理による抑圧特性を計算し、想定するレーダ装置と反射物との相対速度vの範囲の抑圧度が小さくなるように、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉを設定する。
【００５１】
【数４】
【００５２】
図９に例えば、レーダ装置との相対速度が１から２０ｍ／ｓｅｃの範囲の反射物からの反射受信信号に対するMTI処理による合成帯域処理後の信号の抑圧度を−５ｄＢ以上にしたい場合に、式（４）を用いて求めた抑圧特性である。この場合の、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉはそれぞれ、Ｎ＝５１２、ｆ０＝１０ＧＨｚ、周波数ステップ幅Δｆ＝１ＭＨｚ、Ｔｐｒｉ＝５０μｓｅｃである。
【００５３】
以降、タイミング発生器２からビデオ信号保存用メモリ１６までは、実施の形態１と同様である。
【００５４】
クラッタ抑圧器１７は、図１０に示すように、ビデオ信号保存用メモリ１６から、（２Ｎ−２ｎ−１） [ｎ＝０、１、・・・、Ｎ−１]倍のＴｐｒｉの時間間隔ずつ離れた同じ周波数の送信パルスに対する受信信号から得られた同じレンジビン番号のＮ組の複素ディジタルビデオ信号を取り出し、複素ディジタルビデオ信号の各組に対し、MTI処理を行い、Ｎ個のMTI処理後複素ディジタルビデオ信号を生成し、合成帯域器１８に出力する。
【００５５】
合成帯域器１８以降は実施の形態１と同様である。
【００５６】
以上のように、実施の形態３によれば、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であるパルスレーダ装置において、同じ、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉを用いた場合に、実施の形態１よりもより低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【００５７】
実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器１での送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、および、２種類のパルス繰返し周期Ｔｐｒｉ１とＴｐｒｉ2設定の例である。パルスレーダ装置の構成図は図１と同じである。
【００５８】
次に、この実施の形態４におけるパルスレーダ装置の動作について、先の実施の形態１と動作と異なる新たなパルス繰り返し周期・周波数制御器１とクラッタ抑圧器１７を中心に説明する。
【００５９】
パルス繰り返し周期・周波数制御器１は、２種類のパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１とＴｐｒｉ2を設定するとともに、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化するＮ個の周波数と、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ2毎に同じＮ個の周波数を用い、異なる順序で重複なく周波数が変化するＮ個の周波数を連続して設定する。
【００６０】
図１１に、具体的な周波数の設定例を示す。この例では、最初にパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ１で送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ間隔Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を設定し、次に、パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ2で送信最大周波数ｆ０＋（Ｎ−１）Δｆから、周波数ステップ間隔―Δｆでパルス毎にステップ状に周波数が変化するＮ個の周波数を設定している。
【００６１】
その際、次式を用いて予め、合成帯域処理後の信号に対するMTI処理による抑圧特性を計算し、想定するレーダ装置と反射物との相対速度vの範囲の抑圧度が小さくなるように、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉ1、Ｔｐｒｉ2を設定する。
【００６２】
【数５】
【００６３】
図１２に例えば、レーダ装置との相対速度が１から２０ｍ／ｓｅｃの範囲の反射物からの反射受信信号に対するMTI処理による合成帯域処理後の信号の抑圧度を−５ｄＢ以上にしたい場合に、式（５）を用いて求めた抑圧特性である。この場合の、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆ、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉはそれぞれ、Ｎ＝５１２、ｆ０＝１０ＧＨｚ、周波数ステップ幅Δｆ＝１ＭＨｚ、Ｔｐｒｉ１＝５０μｓｅｃ、Ｔｐｒｉ２＝６０μｓｅｃである。
【００６４】
以降、タイミング発生器２からビデオ信号保存用メモリ１６までは、実施の形態１と同様である。
【００６５】
クラッタ抑圧器１７は、図１３に示すように、ビデオ信号保存用メモリ１６から、（（Ｎ−ｎ）Ｔｐｒｉ１+（Ｎ−ｎ−１）Ｔｐｒｉ２） [ｎ＝０、１、・・・、Ｎ−１]倍の時間間隔ずつ離れた同じ周波数の送信パルスに対する受信信号から得られた同じレンジビン番号のＮ組の複素ディジタルビデオ信号を取り出し、複素ディジタルビデオ信号の各組に対し、MTI処理を行い、Ｎ個のMTI処理後複素ディジタルビデオ信号を生成し、合成帯域器１８に出力する。
【００６６】
合成帯域器１８以降は実施の形態１と同様である。
【００６７】
以上のように、実施の形態４によれば、クラッタの抑圧が可能で、且つ合成帯域処理によって高距離分解能の測距が可能であるパルスレーダ装置において、同じ、送信パルス数Ｎ、送信最小周波数ｆ０、周波数ステップ幅Δｆを用いた場合に、パルス繰返し周期ＴｐｒｉをＴｐｒｉ１、Ｔｐｒｉ２と異なる２つにすることによって、実施の形態１よりもより低速移動目標検出性能の劣化の低減を図ることができる。
【００６８】
実施の形態５．
図１４は、この発明の実施の形態５のパルスレーダ装置の構成図である。図１４におけるこの実施の形態５のパルスレーダ装置は、図１における先の実施の形態１から実施の形態４のパルスレーダ装置と比較すると、包絡線検波器１９と表示器２０との間に、相対速度距離計測器２１がさらに設けられている点が異なっている。
【００６９】
次に、この実施の形態５におけるパルスレーダ装置の動作について、先の実施の形態１と異なる構成である相対速度距離計測器２１を中心に説明する。図１４の構成において包絡線検波器１９までの動作は、先の実施の形態１の動作と同様である。
【００７０】
包絡線検波器１９は、合成帯域器１８から入力されるすべての複素信号の振幅値を求め、合成帯域処理による高分解能相対距離計測結果を相対速度距離計測器２１に出力する。
【００７１】
前述の実施の形態１から実施の形態４に記載した処理では、異なる時間の受信信号を用いてＭＴＩ処理を行うため、また、送信パルス毎の周波数の変化が異なるパルス列を用いるため、あるいは、異なるパルス繰り返し周期を用いるため、パルス繰り返し周期、送信周波数、送信パルス毎の周波数の変化、目標の相対速度の関係によっては、目標数が１つの場合にでも、高分解能相対距離計測結果に２つのピークが生る。図１５に高分解能相対距離計測結果に２つのピークが生じた場合の例を示す。
【００７２】
相対速度距離計測器２１は、高分解能相対距離計測結果に２つのピークの距離Ｒ１とＲ２と、パルス繰り返し周期、送信周波数、送信パルス毎の周波数の変化の情報を用いて目標との相対速度ｖと相対距離Ｒｃａｌを求める。求めた相対速度ｖｃａｌと相対距離Ｒｃａｌを表示器２０に出力する。
【００７３】
例えば、実施の形態２で示したパルス繰り返し周期、送信周波数、送信パルス毎の周波数の変化の場合は、それぞれ、次式によって、相対速度ｖｃａｌと相対距離Ｒｃａｌを求めることができる。
【００７４】
【数６】
【００７５】
【数７】
【００７６】
あるいは、
【００７７】
【数８】
【００７８】
また、実施の形態３で示したパルス繰り返し周期、送信周波数、送信パルス毎の周波数の変化の場合は、それぞれ、次式によって、相対速度ｖｃａｌと相対距離Ｒｃａｌを求めることができる。
【００７９】
【数９】
【００８０】
【数１０】
【００８１】
あるいは、
【００８２】
【数１１】
【００８３】
さらに、実施の形態４で示したパルス繰り返し周期、送信周波数、送信パルス毎の周波数の変化の場合は、それぞれ、次式によって、相対速度ｖｃａｌと相対距離Ｒｃａｌを求めることができる。
【００８４】
【数１２】
【００８５】
【数１３】
【００８６】
あるいは、
【００８７】
【数１４】
【００８８】
また、相対距離Ｒｃａｌとして高分解能相対距離計測結果に２つのピークの距離Ｒ１とＲ２から次式で求めることも可能である。
【００８９】
【数１５】
【産業上の利用可能性】
【００９０】
この発明のパルスレーダ装置は、例えば、目標とする航空機を追尾する装置や航空管制レーダ等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】この発明の実施の形態１におけるパルスレーダ装置の構成図である。
【図２】パルス繰り返し周期・周波数制御器によるパルス信号設定例の説明図である。
【図３】実施の形態１における反射受信信号のMTI処理による合成帯域処理後の信号抑圧度を−５ｄＢ以上にするため計算式で求めた抑圧特性図である。
【図４】実施の形態１におけるクラッタ抑圧器によるMTI処理動作の説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器によるパルス信号設定例の説明図である。
【図６】実施の形態２における反射受信信号のMTI処理による合成帯域処理後の信号抑圧度を−５ｄＢ以上にするため計算式で求めた抑圧特性図である。
【図７】実施の形態２におけるクラッタ抑圧器によるMTI処理動作の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態３におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器によるパルス信号設定例の説明図である。
【図９】実施の形態３における反射受信信号のMTI処理による合成帯域処理後の信号抑圧度を−５ｄＢ以上にするため計算式で求めた抑圧特性図である。
【図１０】実施の形態３におけるクラッタ抑圧器によるMTI処理動作の説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態４におけるパルス繰り返し周期・周波数制御器によるパルス信号設定例の説明図である。
【図１２】実施の形態４における反射受信信号のMTI処理による合成帯域処理後の信号抑圧度を−５ｄＢ以上にするため計算式で求めた抑圧特性図である。
【図１３】実施の形態４におけるクラッタ抑圧器によるMTI処理動作の説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態５のパルスレーダ装置の構成図である。
【図１５】高分解能相対距離計測結果に２つのピークが生じた場合の特性図である。
【図１６】パルスレーダ装置と目標が相対速度を有するときの送信パルスと反射受信信号の関係を示す波形図である。
【図１７】従来のパルスレーダ装置におけるMTI処理部の機能構成図である。
【図１８】従来のパルスレーダ装置のMTI処理による抑圧特性図である。
【符号の説明】
【００９２】
１；パルス繰り返し周期・周波数制御器、２；タイミング発生器、３；周波数シンセサイザ、４ａ、４ｂ；分配器、５；基準中間周波数信号生成器、６ａ、６ｂ；周波数変換器、７；パルス変調器、８；電力増幅器、９；送受切替器、１０；アンテナ、１１；目標、１２；中間周波数増幅器、１３；９０度ハイブリッド器、１４ａ、１４ｂ；位相検波器、１５ａ、１５ｂ；Ａ／Ｄ変換器、１６；ビデオ信号保存用メモリ、１７；クラッタ抑圧器、１８；合成帯域器、１９；包絡線検波器、２０；表示器、２１；相対速度距離計測器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化する送信パルス列が、繰り返される送信信号を生成して目標方向へ送信し、パルス繰り返し周期毎に得られる目標および背景からの反射信号から送信信号と同じ基準中間周波数信号を用いて、受信ビデオ信号を生成するパルスレーダ装置であって、
送信信号を生成するため、パルス繰り返し周期と、パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化する複数個の周波数を設定するパルス繰り返し周期・周波数制御器と、
繰り返される送信パルス列から同じ周波数の送信パルスに対する受信ビデオ信号を用いてＭＴＩ処理による背景からの反射信号であるクラッタの抑圧を行うクラッタ抑圧器と、
クラッタ抑圧器による全ての周波数の送信パルスに対するＭＴＩ処理後の信号を用いて、合成帯域処理を行う合成帯域器と、
合成帯域器からの出力の振幅値を求め、合成帯域処理による目標の高分解能測距結果を出力する検波器を備えることを特徴とするパルスレーダ装置。
【請求項２】
パルス繰り返し周期・周波数制御器は、繰り返し送信パルス列を何れも、同じ送信周波数、同じ送信パルス毎の周波数の変化でかつ同じパルス繰り返し周期になるよう設定することを特徴とする特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
【請求項３】
パルス繰り返し周期・周波数制御器は、繰り返し送信パルス列を、同じ送信周波数、同じ送信パルス毎の周波数の変化であるが、パルス繰り返し周期が異なるよう設定することを特徴とする特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
【請求項４】
パルス繰り返し周期・周波数制御器は、繰り返し送信パルス列を、同じ送信周波数、同じパルス繰り返し周期であるが、送信パルス毎の周波数の変化が異なるよう設定することを特徴とする特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
【請求項５】
パルス繰り返し周期・周波数制御器は、繰り返し送信パルス列を、同じ送信周波数であるが、パルス繰り返し周期と送信パルス毎の周波数の変化が異なるよう設定することを特徴とする特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
【請求項６】
パルス繰り返し周期・周波数制御器は、予め定めた相対速度範囲の目標に対するクラッタ抑圧器での前期ＭＴＩ処理の抑圧量が予め定めた値以下になるように、前記パルス繰り返し周期、前記送信周波数、前期送信パルス毎の周波数の変化を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のパルスレーダ装置。
【請求項７】
合成帯域処理後の高分解能測距結果と前記パルス繰り返し周期、前記送信周波数、前期送信パルス毎の周波数の変化の情報を用いて、目標の相対速度、相対距離を求める相対速度距離計測器を付加したことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のパルスレーダ装置。
【請求項１】
パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化する送信パルス列が、繰り返される送信信号を生成して目標方向へ送信し、パルス繰り返し周期毎に得られる目標および背景からの反射信号から送信信号と同じ基準中間周波数信号を用いて、受信ビデオ信号を生成するパルスレーダ装置であって、
送信信号を生成するため、パルス繰り返し周期と、パルス繰り返し周期毎に送信周波数が重複なく所定の周波数で変化する複数個の周波数を設定するパルス繰り返し周期・周波数制御器と、
繰り返される送信パルス列から同じ周波数の送信パルスに対する受信ビデオ信号を用いてＭＴＩ処理による背景からの反射信号であるクラッタの抑圧を行うクラッタ抑圧器と、
クラッタ抑圧器による全ての周波数の送信パルスに対するＭＴＩ処理後の信号を用いて、合成帯域処理を行う合成帯域器と、
合成帯域器からの出力の振幅値を求め、合成帯域処理による目標の高分解能測距結果を出力する検波器を備えることを特徴とするパルスレーダ装置。
【請求項２】
パルス繰り返し周期・周波数制御器は、繰り返し送信パルス列を何れも、同じ送信周波数、同じ送信パルス毎の周波数の変化でかつ同じパルス繰り返し周期になるよう設定することを特徴とする特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
【請求項３】
パルス繰り返し周期・周波数制御器は、繰り返し送信パルス列を、同じ送信周波数、同じ送信パルス毎の周波数の変化であるが、パルス繰り返し周期が異なるよう設定することを特徴とする特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
【請求項４】
パルス繰り返し周期・周波数制御器は、繰り返し送信パルス列を、同じ送信周波数、同じパルス繰り返し周期であるが、送信パルス毎の周波数の変化が異なるよう設定することを特徴とする特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
【請求項５】
パルス繰り返し周期・周波数制御器は、繰り返し送信パルス列を、同じ送信周波数であるが、パルス繰り返し周期と送信パルス毎の周波数の変化が異なるよう設定することを特徴とする特徴とする請求項１に記載のパルスレーダ装置。
【請求項６】
パルス繰り返し周期・周波数制御器は、予め定めた相対速度範囲の目標に対するクラッタ抑圧器での前期ＭＴＩ処理の抑圧量が予め定めた値以下になるように、前記パルス繰り返し周期、前記送信周波数、前期送信パルス毎の周波数の変化を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のパルスレーダ装置。
【請求項７】
合成帯域処理後の高分解能測距結果と前記パルス繰り返し周期、前記送信周波数、前期送信パルス毎の周波数の変化の情報を用いて、目標の相対速度、相対距離を求める相対速度距離計測器を付加したことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のパルスレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２６４７８８（Ｐ２００９−２６４７８８Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１１５７７（Ｐ２００８−１１１５７７）
【出願日】平成２０年４月２２日（２００８．４．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２２日（２００８．４．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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