パルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置
【課題】キャリアリークによる周波数スペクトラムのピーク値の増大を大幅に低減したパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置を提供する。
【解決手段】パルス発生装置１００は、インパルス信号１０１を出力するパルス信号生成部１１０と、所定の周波数のローカル信号１０２を出力する高周波源１２０と、インパルス信号１０１とローカル信号１０２とを乗算するミキサ１３０と、高周波源１２０からミキサ１３０に出力されるローカル信号１０２を遮断するためのスイッチ１４０およびこれを制御するスイッチ制御部１５０とを備えている。パルス信号生成部１１０では、双極性パルスを発生させ、これをベースバンドインパルス信号１０１として出力している。
【解決手段】パルス発生装置１００は、インパルス信号１０１を出力するパルス信号生成部１１０と、所定の周波数のローカル信号１０２を出力する高周波源１２０と、インパルス信号１０１とローカル信号１０２とを乗算するミキサ１３０と、高周波源１２０からミキサ１３０に出力されるローカル信号１０２を遮断するためのスイッチ１４０およびこれを制御するスイッチ制御部１５０とを備えている。パルス信号生成部１１０では、双極性パルスを発生させ、これをベースバンドインパルス信号１０１として出力している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線周波数信号（ＲＦ信号）の発生装置に係り、特にパルスレーダ等の信号源に用いるインパルス状のパルスの発生方法とパルス発生装置およびそれを利用したレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パルスレーダ等で用いるインパルス状のＲＦ信号を生成する方法として、図１３に示すものが知られている。同図では、従来のパルス発生方法として、（ａ）バースト発振器を用いた方法、（ｂ）連続波発振器とスイッチを用いた方法、及び（ｃ）ベースバンドインパルスをミキサでアップコンバートする方法、を示している。
【０００３】
図１３（ａ）に示すバースト発振器を用いた方法では、バースト発振器９０１に所定のトリガ信号９０２を入力してパルスを発振させ、これを送信アンテナ９０３から送信している。このパルス発生方法では、パルスの形状がバースト発振器９０１の設計によって決まってしまい、例えばバースト発振器９０１の回路を構成するコンポーネントの性能によってパルスの立ち上がり時間等が決まってしまう。そのため、パルス形状の調整をバースト発振器９０１で行うのは困難であり、設計変更やハードウェアの変更等が必要になってしまう。
【０００４】
また、図１３（ｂ）に示す連続波発振器とスイッチとを用いた方法では、連続波発振器９１１から出力される連続波を、スイッチ９１２を高速に開閉することでパルス信号を発生させ、これを送信アンテナ９１３から送信している。この方法では、高速に開閉するスイッチ素子９１２ａとこれを制御する外部回路９１２ｂからなるスイッチ９１２が必要となり、このスイッチ９１２の特性によってパルス形状が決定されてしまう。そのため、この方法でもパルス形状を変更するのは容易ではない。
【０００５】
さらに、図１３（ｃ）に示すベースバンドインパルスをアップコンバートする方法では、ミキサ９２２において、ベースバンドインパルス９２１を連続波発振器９２３から出力される搬送波に乗算することで、インパルス状のＲＦ信号を発振させ、これを送信アンテナ９２４から送信している。この方法では、ベースバンドインパルスの生成を、ディジタル処理で行うことが可能であり、パルス発生の制御をソフトウェアで容易に変更することが可能となっている。
【０００６】
上記のような事情から、高い周波数でインパルス状の信号を発生させる場合には、図１３（ｃ）に示したベースバンドインパルス信号をミキサ９２２により搬送波に乗算する方式がとられることが多い。この方式では、搬送波に乗算されたベースバンドインパルス信号のみがミキサ９２２から出力されるのが理想的であるが、実際にはベースバンドインパルスが供給されない期間にも搬送波がミキサから漏出（キャリアリーク）してしまい、無変調の搬送波が出力されるといった問題がある。
【０００７】
図１３（ｃ）に示したベースバンドインパルスをアップコンバートする方法として、ヘテロダイン方式・スーパーヘテロダイン方式を用いることが可能な場合には、変調信号（ベースバンドインパルス）と搬送波とのそれぞれの周波数が隔離されているため、帯域通過・除去フィルタなどにより不要な搬送波を除去することができる。
【０００８】
しかしながら、ヘテロダイン方式・スーパーヘテロダイン方式では、部品点数増加等により高コストとなる。また、使用する周波数帯域が超広帯域となるＵＷＢのパルス信号を生成する場合には、ベースバンドインパルスと搬送波とを周波数上分離することが難しい。そのため、ＵＷＢパルス信号を用いる場合には、ダイレクトコンバージョン方式によるパルス信号の生成が必要となる。
【０００９】
レーダ装置においては、パルス信号を放射源として使用する場合、無変調の搬送波が漏出することは、受信感度の劣化といった性能面で大きな不利益となる。また、無線周波数の利用効率上も好ましくない。そこで、このような問題を解決するために、非特許文献１では、パルス信号を発生させないときはスイッチなどを用いて搬送波を停止させる方法が提案されている。
【００１０】
スイッチなどを用いて搬送波を停止させる方法では、少なくともベースバンドインパルス信号がミキサに供給されている期間は、搬送波もミキサに供給されていなければならない。そのためには、スイッチの開閉制御をおこなう回路における信号伝送遅延等を考慮した上で、スイッチの開閉タイミングを制御する必要がある。非特許文献１では、ベースバンドインパルス信号の出力期間に対応する高速パルスと、搬送波供給期間に対応する低速パルスとを重ね合わせてスイッチング制御に用いることで、ベースバンドインパルス信号が出力されていないときのキャリアリーク量を抑制するようにしている。
【非特許文献１】「重畳パルス方式を用いたハーモニックミキサ形高速パルス変調回路」、川上憲司他、電子情報通信学会技術研究報告、電子デバイス、Vol.104、No.549、pp.7-11,
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のようなスイッチング制御では、製造上のバラツキに加えて、温度・湿度等の環境条件による性能の変化も考慮する必要がある。そのため、ベースバンドインパルス信号が供給される期間に対し、その前後に時間的なマージンをとって搬送波の供給時間をさらに長くする必要がある。また、ベースバンドインパルス信号が供給される時間が極端に短くなった場合（たとえば数ナノ秒以下）、搬送波の供給を制御するスイッチの動作速度の限界から、搬送波のみが供給される比率はさらに高くなる。その結果、受信側の受信感度が劣化するといった問題が生じる。
【００１２】
パルス信号をレーダの放射源として利用する場合、最大探知距離といった性能は、パルス信号の尖頭値によって支配的に決定される。一方、各国の電波利用条件に適合させるために、周波数スペクトラムの上限値を許容範囲以下に収める必要がある。搬送波の供給を断続的に行わせる場合でも、キャリアリークの影響を受けてスペクトラムピークが増加する。そのため、キャリアリークが存在しない場合と比較してスペクトラムピークが増加した分だけ、ベースバンドインパルス信号の尖頭値自体を低減する必要があり、レーダ性能の劣化につながるといった問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、キャリアリークによる周波数スペクトラムのピーク値の増大を大幅に低減したパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のパルス発生装置の第１の態様は、インパルスを出力するパルス信号生成部と、高周波の搬送波を出力する高周波源と、前記インパルスと前記搬送波とを入力し、前記搬送波を前記インパルスで変調した無線周波数信号を出力するミキサと、前記パルス信号生成部から前記インパルスが出力される期間（以下ではパルス出力期間という）を含む所定の期間（以下ではスイッチ閉期間という）だけ前記高周波源から前記ミキサに前記搬送波を入力させそれ以外の期間は前記搬送波を遮断するスイッチと、を備え、前記インパルスは、双極性パルスであることを特徴とする。
【００１５】
本発明のパルス発生装置の他の態様は、前記搬送波の周波数スペクトラムが極大となる周波数と、前記無線周波数信号の周波数スペクトラムが極大となる周波数とが一致しないように前記スイッチ閉期間が制御されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のパルス発生装置の他の態様は、前記スイッチ閉期間は、前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算した長さであることを特徴とする。
【００１７】
本発明のパルス発生装置の他の態様は、前記スイッチ閉期間は、前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算し、さらに自然数を乗算した長さであることを特徴とする。
【００１８】
本発明のパルス発生方法の第１の態様は、インパルスを生成するステップと、前記インパルスによって変調される搬送波を生成するステップと、前記インパルスが出力されるパルス出力期間を含む所定のスイッチ閉期間だけ搬送波を出力するステップと、前記搬送波を前記インパルスで変調した無線周波数信号を出力するステップと、を有するパルス発生方法であって、前記インパルスは、双極性パルスであることを特徴とする。
【００１９】
本発明のパルス発生方法の他の態様は、前記無線周波数信号の周波数スペクトラムが極大となる周波数とが一致しないように前記スイッチ閉期間を制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明のパルス発生方法の他の態様は、前記スイッチ閉期間が前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算した長さとなるように前記スイッチを制御することを特徴とする。
【００２１】
本発明のパルス発生方法の他の態様は、前記スイッチ閉期間が前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算し、さらに自然数を乗算した長さとなるように前記スイッチを制御することを特徴とする。
【００２２】
本発明のレーダ装置の第１の態様は、上記態様のいずれかに記載のパルス発生装置を含む送信部と、前記パルス発生装置で生成された無線周波数信号を送信する送信用アンテナと、前記無線周波数信号の反射波を受信して受信波を出力する受信用アンテナと、前記受信波に所定の処理を行い受信信号を出力する受信部と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明のレーダ装置の他の態様は、前記受信部は、前記受信波を所定の復調用高周波で復調させて復調信号を出力する受信用ミキサと、前記復調信号を検波して受信信号を出力する検波部と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明のレーダ装置の他の態様は、前記受信波の周波数を２倍に逓倍する第１の逓倍器と、前記パルス発生装置から搬送波を入力して周波数を２倍に逓倍して前記復調用高周波として出力する第２の逓倍器とをさらに備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明のレーダ装置の他の態様は、前記復調用高周波として前記パルス発生装置から無線周波数信号を入力し、前記復調信号に対しスライディング相関の処理を行って単極性の検出信号を前記検波部に出力するスライディング相関器をさらに備えることを特徴とする。
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ベースバンドインパルス信号として双極性インパルスを用いることで、キャリアリークによる周波数スペクトラムのピーク値の増大を大幅に抑制したパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態におけるパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２８】
はじめに、単極性のベースバンドインパルスをアップコンバートしてインパルス状のＲＦ信号を生成する方法において、キャリアリークが周波数スペクトラムに与える影響を図３および図４を用いて説明する。ミキサの性能上、ＲＦ信号に対してキャリアリークを抑制できるレベルは、１０〜２０ｄＢ程度である。図３、図４では、キャリアリークが２０ｄＢまで抑制されているものとしている。キャリアリークをさらに抑制する手段が設けられていない場合には、図３（ａ）に例示するように、ミキサから出力されるＲＦ信号の周波数スペクトラムにおいて、搬送波の周波数位置に高いピーク（符号１１）が出現する。同図では、キャリアリークがない理想的な状態の周波数スペクトラムも、図３（ｂ）に符号１２で併せて示している。
【００２９】
このように、キャリアリークをさらに抑制する手段が用いられない場合には、周波数スペクトラムにキャリアリークによる高いピークが出現するため、これを所定の許容範囲以下に抑えるにはベースバンドインパルス信号の尖頭値自体を低減しなければならなくなる。
【００３０】
これに対し、搬送波がミキサに供給される期間を、スイッチ等を用いてベースバンドインパルス信号が供給されている期間を含む断続的な期間に限定した場合には、図４に例示するように、周波数スペクトラムの搬送波の周波数位置に見られた高いピークが抑制される（符号１３）。ここでは、搬送波がミキサに供給される期間を、ベースバンドインパルス信号が供給される期間の２倍としている。しかし、この場合でも、図４の符号１４で示すキャリアリークがない理想的な状態と比較すると、周波数スペクトラムのピーク値は１．６ｄＢ程度増大している。
【００３１】
本発明の実施の形態に係るパルス発生方法およびパルス発生装置を、図１を用いて以下に説明する。本実施形態のパルス発生装置１００は、インパルス信号１０１を出力するパルス信号生成部１１０と、所定の周波数のローカル信号１０２を出力する高周波源１２０と、インパルス信号１０１とローカル信号１０２とを乗算するミキサ１３０と、高周波源１２０からミキサ１３０に出力されるローカル信号１０２を遮断するためのスイッチ１４０およびこれを制御するスイッチ制御部１５０とを備えている。
【００３２】
ミキサ１３０は、パルス信号生成部１１０からのインパルス信号１０１を入力するためのパルス信号入力端１３１（以下ではＩＦ端とする）と、高周波源１２０から出力されるローカル信号の搬送波１０２を入力するためのローカル信号入力端１３２（以下ではＬＯ端とする）と、ミキサ１３０で乗算された出力信号１０３を出力するための無線周波数出力端１３３（以下ではＲＦ端とする）とを有している。
【００３３】
スイッチ１４０は、インパルス信号生成部１１０からインパルス信号１０１が出力されていない期間、ミキサ１３０のＲＦ端１３３から搬送波１０２のみが漏出する（キャリアリーク）のを防止するために、高周波源１２０からミキサ１３０に出力されている搬送波１０２を遮断するために設けられている。すなわち、スイッチ１４０は、少なくともパルス信号生成部１１０からインパルス信号１０１が出力されている期間は閉状態に制御され、インパルス信号１０１が出力されていない期間はできるだけ開状態となるように制御されている。スイッチ制御部１５０は、インパルス信号１０１が出力される前後のタイミング情報をパルス信号生成部１１０から入力し、これをもとにスイッチ１４０の開閉制御を行っている。
【００３４】
本実施形態のパルス発生装置１００およびパルス発生方法では、パルス信号生成部１１０において図２（ａ）に示すような双極性パルスを発生させ、これをベースバンドインパルス信号１０１として出力している。また、スイッチ制御部１５０では、パルス信号生成部１１０から双極性パルス１０１が出力される期間を含む所定の期間だけスイッチ１４０を閉状態に制御するために、図２（ｂ）に示すような制御信号１０４をスイッチ１４０に出力している。本実施形態では、スイッチ１４０を閉状態にする時間幅（以下ではスイッチ閉時間幅という）を、双極性パルス１０１が出力される時間幅（以下ではパルス出力時間幅という）の所定倍数（以下では、搬送波供給時間倍数という）としている。搬送波供給時間倍数には、１より大きい値を設定する。パルス信号生成部１１０から出力される双極性パルス１０１の波数が増えると、それに比例してパルス出力時間幅が長くなり、さらにスイッチ閉時間幅も長くなる。
【００３５】
本実施形態のパルス発生方法で用いる双極性パルスは、直流付近の周波数成分がヌルになっているのが特徴である。そして、双極性インパルス１０１の中心周波数で搬送波１０２を変調することで、出力信号１０３の周波数スペクトラムにおいて、搬送波１０２の周波数位置にスペクトラムピークが出現しないようにしている。
【００３６】
また、上記の搬送波供給時間倍数を、出力信号１０３である高周波インパルスに対し、その周波数スペクトラム劣化量ができるだけ小さくなるように決定している。ここで、周波数スペクトラム劣化量は、キャリアリークがないとしたときの出力信号１０３である高周波インパルスの周波数スペクトラムピーク値に対する、キャリアリークを有するときの出力信号１０３の周波数スペクトラムピーク値の割合（ｄＢ）で示すものとする。
【００３７】
本実施形態では、スイッチ１４０を間欠的に閉状態にすることで搬送波１０２を間欠的にミキサ１３０に出力させるようにしたことから、搬送波１０２の周波数スペクトラムが拡がって周期的なスペクトラムピークが発生している。上記の搬送波供給時間倍数は、双極性インパルス１０１のスペクトラムピークが存在する周波数と、搬送波１０２の周波数スペクトラムピークが存在する周波数とが一致しないように決定するのがよい。
【００３８】
一例として、搬送波供給時間倍数を２、すなわち、スイッチ閉時間幅をパルス出力時間幅の２倍としたときの出力信号１０３の周波数スペクトラムを図５に示す。但し、以下では、ミキサ１３０からのキャリアリークが、出力信号１０３に対し２０ｄＢまで抑制されているものとする。同図において、キャリアリークを含む出力信号１０３の周波数スペクトラムを符号２１で示し、キャリアリークがないとしたとき（理想的状態）の出力信号１０３（高周波インパルス）の周波数スペクトラムを符号２２で示している。本実施例では、出力信号１０３の周波数スペクトラムのピーク（図５に示されるスペクトラムの２６ＧＨｚ付近と２７ＧＨｚ付近）において、キャリアリークによるスペクトラム増加は０．５ｄＢ程度である。
【００３９】
ミキサのキャリアリーク、およびスイッチの開閉制御を上記図５の条件と同じにし、ベースバンドインパルスに単極性インパルスを用いたときの周波数スペクトラムを図４に示したが、キャリアリークによるスペクトラム増加が、単極性インパルスを用いたときには略１．６ｄＢであったのに対し、本実施形態の双極性インパルスを用いた場合には略０．５ｄＢまで低減されている。これにより、双極性インパルスを用いることで、キャリアリークによるスペクトラムピークへの影響を大幅に低減できることが確認できる。
【００４０】
本実施形態のパルス発生方法において、出力信号１０３である高周波インパルスの周波数スペクトラム劣化量ができるだけ低減されるように、上記の搬送波供給時間倍数を決定する方法を以下に説明する。搬送波供給時間倍数を変化させたときの、周波数スペクトラム劣化量の変化を図６に示す。同図に示すように、周波数スペクトラム劣化量は、搬送波供給時間倍数に対しほぼ一定の周期で変化している。そして、搬送波供給時間倍数を１．３５程度にしたときに、周波数スペクトラム劣化量が最も小さくなることが分かる。
【００４１】
また、搬送波供給時間倍数を略１．３５の自然数倍にしたときに、周波数スペクトラム劣化量が極小となっている。したがって、搬送波供給時間倍数を略１．３５にするのが望ましく、パルス出力時間幅が特に短いために搬送波１０２の供給時間を短くできない場合には、搬送波供給時間倍数を略１．３５の自然数倍にするのがよい。これにより、周波数スペクトラム劣化量をできるだけ抑制することができる。
【００４２】
図６に示した周波数スペクトラム劣化量は、搬送波供給時間倍数に対してほぼ一定の周期で極小になるとともに、ほぼ同じ周期で極大になっている。例えば、搬送波供給時間倍数を２．１倍としたときには、周波数スペクトラム劣化量がほぼ極大となっている。搬送波供給時間倍数を２．１としたときの出力信号１０３の周波数スペクトラムを図７に示す。同図では、キャリアリークを有するときの出力信号１０３の周波数スペクトラムを符号３１で示し、キャリアリークがないとしたときの高周波インパルス１０３の周波数スペクトラムを符号３２で示している。同図では、さらにミキサ１３０のＬＯ端１３２に入力される搬送波１０２の周波数スペクトラムを併せて示している（符号３３）。
【００４３】
同図に示す搬送波１０２の周波数スペクトラム３３は、搬送波供給時間倍数に相当する時間幅だけスイッチ１４０を周期的に閉状態にすることにより、搬送波１０２の周波数スペクトラムが拡がって周期的なスペクトラムピークが発生することを示している。その結果、２６．２ＧＨｚ付近で、出力信号１０３のスペクトラムピークと搬送波１０２のスペクトラムピークとがほぼ一致するため、周波数スペクトラム劣化量が増大していることが確認できる。
【００４４】
上記では、ミキサ１３０からのキャリアリークが、ＲＦ端１３３からの出力信号１０３に対し２０ｄＢまで低減されているものとして説明したが、キャリアリークの低減割合が異なるときの影響について、図８を用いて説明する。図８は、図６と同様に、搬送波供給時間倍数を変化させたときの周波数スペクトラム劣化量の変化を示しており、キャリアリークの低減割合を１０ｄＢ、１４ｄＢ、１６ｄＢ、１９ｄＢ、２０ｄＢ、２４ｄＢ、２４ｄＢ、３０ｄＢとしたときの周波数スペクトラム劣化量の変化を、それぞれ符号４１〜４７で示している。
【００４５】
図８において、キャリアリークが最も小さい３０ｄＢのとき（符号３７）に周波数スペクトラム劣化量が最も小さく、キャリアリークが大きくなるにつれて周波数スペクトラム劣化量も大きくなっている。また、それぞれのキャリアリークにおいて周波数スペクトラム劣化量が極小となるときの搬送波供給時間倍数は、キャリアリークが大きくなるにつれて若干大きくなる傾向がみられるものの、ほぼ１．３〜１．５の範囲、およびその自然数倍となっている。これより、ミキサ１３０のキャリアリークの大きさによらず、搬送波供給時間倍数を略１．３〜１．５の範囲、あるいはその自然数倍に設定するのが好適である。
【００４６】
次に、本発明のパルス発生装置を用いた本発明のレーダ装置の第１の実施形態について、図９を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置２００は、送信部２１０と受信部２２０とから構成されている。送信部２１０は、パルス発生装置１００と、これから出力される出力信号１０３を増幅する増幅器２１１と、増幅器２１１で増幅された信号を送信波として送信する送信用アンテナ２１２とを備えている。
【００４７】
また、受信部２２０は、受信用アンテナ２２１と、受信用アンテナ２２１で受信された信号を所定のレベルまで増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）２２２と、低雑音増幅器２２２で増幅された信号からベースバンドインパルスを復調させるためのミキサ２２３と、ミキサ２２３から出力される信号を処理する受信回路２２４とを備えている。ミキサ２２３は、低雑音増幅器２２２からＲＦ端２２３ｃに入力された受信信号を、高周波源１２０からＬＯ端２２３ｂに入力されたローカル信号１０２で復調し、これをＩＦ端子２２３ａから受信回路２２４に出力する。受信回路２２４は、Ａ／Ｄコンバータを含んで構成されており、受信信号をディジタル信号に変換して次の処理工程に出力する。
【００４８】
送信用アンテナ２１２から送信された送信波は、対象物で反射されて受信用アンテナ２２１で受信されると、低雑音増幅器２２２で所望のＳ／Ｎを確保するレベルまで増幅され、これをミキサ２２３で復調された後、所定の方法で検波される。一般に、パルスを用いたレーダ装置では、信号源となるパルスを送信してから受信されるまでの時間差を計測し、この時間差をもとに対象物までの距離を算出する方法が採られている。従来のレーダ装置では、信号源として単極性パルスを用いていることから、受信信号が極大（ピーク）となる時刻を検出し、この時刻と送信波を送信した時刻との差を算出すればよい。
【００４９】
これに対し、信号源として双極性パルス１０１を用いた本実施形態のレーダ装置２００では、受信信号も双極性パルスとなり、受信回路２２４にて適切な処理をおこなう必要がある。その一例を以下に説明する。
【００５０】
本発明のレーダ装置の第２の実施形態について、図１０を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置では、受信回路２２４の内部に包絡線検出部２３１を備える構成としている。包絡線検出部２３１は、図１０に示すように、受信信号の搬送波位相によらずその大きさ（包絡線）を検出することから、包絡線検出部２３１からの出力信号は単極性の信号となる。これにより、受信回路２２４は、従来の単極性パルスレーダと同様に、包絡線検出部２３１から入力した信号のピークをピーク検出部２３２で検出すればよい。なお、包絡線検出部２３１に代えて自乗検波の手段を用いることもでき、この場合も同様の単極性の信号を得ることができる。
【００５１】
本発明のレーダ装置の第３の実施形態について、図１１を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置３００は、低雑音増幅器２２２とミキサ２２３との間に逓倍器３１０を追加している。本実施形態では、低雑音増幅器２２２で増幅された受信信号の周波数を逓倍器３１０で２倍に逓倍することで、送信信号の双極性パルスを単極性パルスに変換している。
【００５２】
受信信号を逓倍するのに伴って、ミキサ２２３で受信信号を復調させるためのローカル信号１０２に対しても、ミキサ２２３に入力する前に逓倍器３２０で周波数を２倍に逓倍している。ともに２倍に逓倍された受信信号およびローカル信号をミキサ２２３に入力することで、ミキサ２２３のＩＦ端２２３ａからは単極化されたパルス信号が出力される。したがって、本実施形態においても、受信回路２２４でミキサ２２３のＩＦ端２２３ａから入力した信号のピークを検出すればよい。
【００５３】
本発明のレーダ装置の第４の実施形態について、図１２を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置４００では、送信部２１０において、パルス発生装置１００からの出力信号１０３の出力先を、増幅器２１１とミキサ２２３のＬＯ端２２３ｂに切り替える、スイッチ４１０を追加している。スイッチ４１０により、パルス発生装置１００と増幅器２１１を接続し、出力信号１０３を増幅器２１１に入力する時刻から、スイッチ４１０を切り替えて、パルス発生装置１００とミキサ２２３のＬＯ端２２３ｂを接続し、出力信号１０３をミキサ２２３のＬＯ端２２３ｂに入力する時刻までの間隔を順次変更する。
【００５４】
本実施形態では、低雑音増幅器２２２で増幅された受信信号をタイミングが順次変更される出力信号１０３で復調することで、スライディング相関処理を行う。ミキサ２２３のＩＦ端２２３ａから出力される相関値は、同期検出された時点にのみ単極性の信号が得られる。したがって、本実施形態においても、受信回路２２５でミキサのＩＦ端２２３ａから入力した信号のピークを検出すればよい。本実施形態では、スライディング相関の処理回数、処理時間が、レーダ装置４００の処理時間に影響する。
【００５５】
上記説明のとおり、本発明のパルス発生方法およびパルス発生装置によれば、キャリアリークによる周波数スペクトラムのピーク値の増大を大幅に抑制することができる。また、本発明のレーダ装置では、レーダの放射源として本発明のパルス発生装置を備えることで、パルス信号の尖頭値を低下させる必要がなくなり、最大探知距離を向上させてレーダ装置の性能を高めることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパルス発生装置のブロック図である。
【図２】双極性パルスおよびスイッチ制御信号の一例を示す図である。
【図３】キャリアリークが単極性パルスの周波数スペクトラムに与える影響を示す図であり、（ａ）はキャリアリークの影響を受けている状態の周波数スペクトラム、（ｂ）はキャリアリークがない理想的な状態の周波数スペクトラムである。
【図４】断続的に供給される搬送波のキャリアリークが単極性パルスの周波数スペクトラムに与える影響を示す図である。
【図５】搬送波供給時間倍数を２としたときの出力信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【図６】搬送波供給時間倍数を変化させたときの周波数スペクトラム劣化量の変化を示す図である。
【図７】搬送波供給時間倍数を２．１としたときの出力信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【図８】搬送波供給時間倍数を変化させたときの周波数スペクトラム劣化量の変化を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置のブロック図である。
【図１０】包絡線検出部における信号処理を説明する図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置のブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係るレーダ装置のブロック図である。
【図１３】従来のパルス発生方法を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００ パルス発生装置
１０１ 双極性パルス
１０２ ローカル信号
１０３ 出力信号
１１０ パルス信号生成部
１２０ 高周波源
１３０ ミキサ
１３１ ＩＦ端
１３２ ＬＯ端
１３３ ＲＦ端
１４０ スイッチ
１５０ スイッチ制御部
２００、３００、４００ レーダ装置
２１０ 送信部
２２０ 受信部
２１１ 増幅器
２１２ 送信用アンテナ
２２１ 受信用アンテナ
２２２ 低雑音増幅器
２２３ ミキサ
２２４ 受信回路
２３１ 包絡線検出部
２３２ ピーク検出部
３１０、３２０ 逓倍器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線周波数信号（ＲＦ信号）の発生装置に係り、特にパルスレーダ等の信号源に用いるインパルス状のパルスの発生方法とパルス発生装置およびそれを利用したレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パルスレーダ等で用いるインパルス状のＲＦ信号を生成する方法として、図１３に示すものが知られている。同図では、従来のパルス発生方法として、（ａ）バースト発振器を用いた方法、（ｂ）連続波発振器とスイッチを用いた方法、及び（ｃ）ベースバンドインパルスをミキサでアップコンバートする方法、を示している。
【０００３】
図１３（ａ）に示すバースト発振器を用いた方法では、バースト発振器９０１に所定のトリガ信号９０２を入力してパルスを発振させ、これを送信アンテナ９０３から送信している。このパルス発生方法では、パルスの形状がバースト発振器９０１の設計によって決まってしまい、例えばバースト発振器９０１の回路を構成するコンポーネントの性能によってパルスの立ち上がり時間等が決まってしまう。そのため、パルス形状の調整をバースト発振器９０１で行うのは困難であり、設計変更やハードウェアの変更等が必要になってしまう。
【０００４】
また、図１３（ｂ）に示す連続波発振器とスイッチとを用いた方法では、連続波発振器９１１から出力される連続波を、スイッチ９１２を高速に開閉することでパルス信号を発生させ、これを送信アンテナ９１３から送信している。この方法では、高速に開閉するスイッチ素子９１２ａとこれを制御する外部回路９１２ｂからなるスイッチ９１２が必要となり、このスイッチ９１２の特性によってパルス形状が決定されてしまう。そのため、この方法でもパルス形状を変更するのは容易ではない。
【０００５】
さらに、図１３（ｃ）に示すベースバンドインパルスをアップコンバートする方法では、ミキサ９２２において、ベースバンドインパルス９２１を連続波発振器９２３から出力される搬送波に乗算することで、インパルス状のＲＦ信号を発振させ、これを送信アンテナ９２４から送信している。この方法では、ベースバンドインパルスの生成を、ディジタル処理で行うことが可能であり、パルス発生の制御をソフトウェアで容易に変更することが可能となっている。
【０００６】
上記のような事情から、高い周波数でインパルス状の信号を発生させる場合には、図１３（ｃ）に示したベースバンドインパルス信号をミキサ９２２により搬送波に乗算する方式がとられることが多い。この方式では、搬送波に乗算されたベースバンドインパルス信号のみがミキサ９２２から出力されるのが理想的であるが、実際にはベースバンドインパルスが供給されない期間にも搬送波がミキサから漏出（キャリアリーク）してしまい、無変調の搬送波が出力されるといった問題がある。
【０００７】
図１３（ｃ）に示したベースバンドインパルスをアップコンバートする方法として、ヘテロダイン方式・スーパーヘテロダイン方式を用いることが可能な場合には、変調信号（ベースバンドインパルス）と搬送波とのそれぞれの周波数が隔離されているため、帯域通過・除去フィルタなどにより不要な搬送波を除去することができる。
【０００８】
しかしながら、ヘテロダイン方式・スーパーヘテロダイン方式では、部品点数増加等により高コストとなる。また、使用する周波数帯域が超広帯域となるＵＷＢのパルス信号を生成する場合には、ベースバンドインパルスと搬送波とを周波数上分離することが難しい。そのため、ＵＷＢパルス信号を用いる場合には、ダイレクトコンバージョン方式によるパルス信号の生成が必要となる。
【０００９】
レーダ装置においては、パルス信号を放射源として使用する場合、無変調の搬送波が漏出することは、受信感度の劣化といった性能面で大きな不利益となる。また、無線周波数の利用効率上も好ましくない。そこで、このような問題を解決するために、非特許文献１では、パルス信号を発生させないときはスイッチなどを用いて搬送波を停止させる方法が提案されている。
【００１０】
スイッチなどを用いて搬送波を停止させる方法では、少なくともベースバンドインパルス信号がミキサに供給されている期間は、搬送波もミキサに供給されていなければならない。そのためには、スイッチの開閉制御をおこなう回路における信号伝送遅延等を考慮した上で、スイッチの開閉タイミングを制御する必要がある。非特許文献１では、ベースバンドインパルス信号の出力期間に対応する高速パルスと、搬送波供給期間に対応する低速パルスとを重ね合わせてスイッチング制御に用いることで、ベースバンドインパルス信号が出力されていないときのキャリアリーク量を抑制するようにしている。
【非特許文献１】「重畳パルス方式を用いたハーモニックミキサ形高速パルス変調回路」、川上憲司他、電子情報通信学会技術研究報告、電子デバイス、Vol.104、No.549、pp.7-11,
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のようなスイッチング制御では、製造上のバラツキに加えて、温度・湿度等の環境条件による性能の変化も考慮する必要がある。そのため、ベースバンドインパルス信号が供給される期間に対し、その前後に時間的なマージンをとって搬送波の供給時間をさらに長くする必要がある。また、ベースバンドインパルス信号が供給される時間が極端に短くなった場合（たとえば数ナノ秒以下）、搬送波の供給を制御するスイッチの動作速度の限界から、搬送波のみが供給される比率はさらに高くなる。その結果、受信側の受信感度が劣化するといった問題が生じる。
【００１２】
パルス信号をレーダの放射源として利用する場合、最大探知距離といった性能は、パルス信号の尖頭値によって支配的に決定される。一方、各国の電波利用条件に適合させるために、周波数スペクトラムの上限値を許容範囲以下に収める必要がある。搬送波の供給を断続的に行わせる場合でも、キャリアリークの影響を受けてスペクトラムピークが増加する。そのため、キャリアリークが存在しない場合と比較してスペクトラムピークが増加した分だけ、ベースバンドインパルス信号の尖頭値自体を低減する必要があり、レーダ性能の劣化につながるといった問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、キャリアリークによる周波数スペクトラムのピーク値の増大を大幅に低減したパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のパルス発生装置の第１の態様は、インパルスを出力するパルス信号生成部と、高周波の搬送波を出力する高周波源と、前記インパルスと前記搬送波とを入力し、前記搬送波を前記インパルスで変調した無線周波数信号を出力するミキサと、前記パルス信号生成部から前記インパルスが出力される期間（以下ではパルス出力期間という）を含む所定の期間（以下ではスイッチ閉期間という）だけ前記高周波源から前記ミキサに前記搬送波を入力させそれ以外の期間は前記搬送波を遮断するスイッチと、を備え、前記インパルスは、双極性パルスであることを特徴とする。
【００１５】
本発明のパルス発生装置の他の態様は、前記搬送波の周波数スペクトラムが極大となる周波数と、前記無線周波数信号の周波数スペクトラムが極大となる周波数とが一致しないように前記スイッチ閉期間が制御されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のパルス発生装置の他の態様は、前記スイッチ閉期間は、前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算した長さであることを特徴とする。
【００１７】
本発明のパルス発生装置の他の態様は、前記スイッチ閉期間は、前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算し、さらに自然数を乗算した長さであることを特徴とする。
【００１８】
本発明のパルス発生方法の第１の態様は、インパルスを生成するステップと、前記インパルスによって変調される搬送波を生成するステップと、前記インパルスが出力されるパルス出力期間を含む所定のスイッチ閉期間だけ搬送波を出力するステップと、前記搬送波を前記インパルスで変調した無線周波数信号を出力するステップと、を有するパルス発生方法であって、前記インパルスは、双極性パルスであることを特徴とする。
【００１９】
本発明のパルス発生方法の他の態様は、前記無線周波数信号の周波数スペクトラムが極大となる周波数とが一致しないように前記スイッチ閉期間を制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明のパルス発生方法の他の態様は、前記スイッチ閉期間が前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算した長さとなるように前記スイッチを制御することを特徴とする。
【００２１】
本発明のパルス発生方法の他の態様は、前記スイッチ閉期間が前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算し、さらに自然数を乗算した長さとなるように前記スイッチを制御することを特徴とする。
【００２２】
本発明のレーダ装置の第１の態様は、上記態様のいずれかに記載のパルス発生装置を含む送信部と、前記パルス発生装置で生成された無線周波数信号を送信する送信用アンテナと、前記無線周波数信号の反射波を受信して受信波を出力する受信用アンテナと、前記受信波に所定の処理を行い受信信号を出力する受信部と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明のレーダ装置の他の態様は、前記受信部は、前記受信波を所定の復調用高周波で復調させて復調信号を出力する受信用ミキサと、前記復調信号を検波して受信信号を出力する検波部と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明のレーダ装置の他の態様は、前記受信波の周波数を２倍に逓倍する第１の逓倍器と、前記パルス発生装置から搬送波を入力して周波数を２倍に逓倍して前記復調用高周波として出力する第２の逓倍器とをさらに備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明のレーダ装置の他の態様は、前記復調用高周波として前記パルス発生装置から無線周波数信号を入力し、前記復調信号に対しスライディング相関の処理を行って単極性の検出信号を前記検波部に出力するスライディング相関器をさらに備えることを特徴とする。
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ベースバンドインパルス信号として双極性インパルスを用いることで、キャリアリークによる周波数スペクトラムのピーク値の増大を大幅に抑制したパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態におけるパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２８】
はじめに、単極性のベースバンドインパルスをアップコンバートしてインパルス状のＲＦ信号を生成する方法において、キャリアリークが周波数スペクトラムに与える影響を図３および図４を用いて説明する。ミキサの性能上、ＲＦ信号に対してキャリアリークを抑制できるレベルは、１０〜２０ｄＢ程度である。図３、図４では、キャリアリークが２０ｄＢまで抑制されているものとしている。キャリアリークをさらに抑制する手段が設けられていない場合には、図３（ａ）に例示するように、ミキサから出力されるＲＦ信号の周波数スペクトラムにおいて、搬送波の周波数位置に高いピーク（符号１１）が出現する。同図では、キャリアリークがない理想的な状態の周波数スペクトラムも、図３（ｂ）に符号１２で併せて示している。
【００２９】
このように、キャリアリークをさらに抑制する手段が用いられない場合には、周波数スペクトラムにキャリアリークによる高いピークが出現するため、これを所定の許容範囲以下に抑えるにはベースバンドインパルス信号の尖頭値自体を低減しなければならなくなる。
【００３０】
これに対し、搬送波がミキサに供給される期間を、スイッチ等を用いてベースバンドインパルス信号が供給されている期間を含む断続的な期間に限定した場合には、図４に例示するように、周波数スペクトラムの搬送波の周波数位置に見られた高いピークが抑制される（符号１３）。ここでは、搬送波がミキサに供給される期間を、ベースバンドインパルス信号が供給される期間の２倍としている。しかし、この場合でも、図４の符号１４で示すキャリアリークがない理想的な状態と比較すると、周波数スペクトラムのピーク値は１．６ｄＢ程度増大している。
【００３１】
本発明の実施の形態に係るパルス発生方法およびパルス発生装置を、図１を用いて以下に説明する。本実施形態のパルス発生装置１００は、インパルス信号１０１を出力するパルス信号生成部１１０と、所定の周波数のローカル信号１０２を出力する高周波源１２０と、インパルス信号１０１とローカル信号１０２とを乗算するミキサ１３０と、高周波源１２０からミキサ１３０に出力されるローカル信号１０２を遮断するためのスイッチ１４０およびこれを制御するスイッチ制御部１５０とを備えている。
【００３２】
ミキサ１３０は、パルス信号生成部１１０からのインパルス信号１０１を入力するためのパルス信号入力端１３１（以下ではＩＦ端とする）と、高周波源１２０から出力されるローカル信号の搬送波１０２を入力するためのローカル信号入力端１３２（以下ではＬＯ端とする）と、ミキサ１３０で乗算された出力信号１０３を出力するための無線周波数出力端１３３（以下ではＲＦ端とする）とを有している。
【００３３】
スイッチ１４０は、インパルス信号生成部１１０からインパルス信号１０１が出力されていない期間、ミキサ１３０のＲＦ端１３３から搬送波１０２のみが漏出する（キャリアリーク）のを防止するために、高周波源１２０からミキサ１３０に出力されている搬送波１０２を遮断するために設けられている。すなわち、スイッチ１４０は、少なくともパルス信号生成部１１０からインパルス信号１０１が出力されている期間は閉状態に制御され、インパルス信号１０１が出力されていない期間はできるだけ開状態となるように制御されている。スイッチ制御部１５０は、インパルス信号１０１が出力される前後のタイミング情報をパルス信号生成部１１０から入力し、これをもとにスイッチ１４０の開閉制御を行っている。
【００３４】
本実施形態のパルス発生装置１００およびパルス発生方法では、パルス信号生成部１１０において図２（ａ）に示すような双極性パルスを発生させ、これをベースバンドインパルス信号１０１として出力している。また、スイッチ制御部１５０では、パルス信号生成部１１０から双極性パルス１０１が出力される期間を含む所定の期間だけスイッチ１４０を閉状態に制御するために、図２（ｂ）に示すような制御信号１０４をスイッチ１４０に出力している。本実施形態では、スイッチ１４０を閉状態にする時間幅（以下ではスイッチ閉時間幅という）を、双極性パルス１０１が出力される時間幅（以下ではパルス出力時間幅という）の所定倍数（以下では、搬送波供給時間倍数という）としている。搬送波供給時間倍数には、１より大きい値を設定する。パルス信号生成部１１０から出力される双極性パルス１０１の波数が増えると、それに比例してパルス出力時間幅が長くなり、さらにスイッチ閉時間幅も長くなる。
【００３５】
本実施形態のパルス発生方法で用いる双極性パルスは、直流付近の周波数成分がヌルになっているのが特徴である。そして、双極性インパルス１０１の中心周波数で搬送波１０２を変調することで、出力信号１０３の周波数スペクトラムにおいて、搬送波１０２の周波数位置にスペクトラムピークが出現しないようにしている。
【００３６】
また、上記の搬送波供給時間倍数を、出力信号１０３である高周波インパルスに対し、その周波数スペクトラム劣化量ができるだけ小さくなるように決定している。ここで、周波数スペクトラム劣化量は、キャリアリークがないとしたときの出力信号１０３である高周波インパルスの周波数スペクトラムピーク値に対する、キャリアリークを有するときの出力信号１０３の周波数スペクトラムピーク値の割合（ｄＢ）で示すものとする。
【００３７】
本実施形態では、スイッチ１４０を間欠的に閉状態にすることで搬送波１０２を間欠的にミキサ１３０に出力させるようにしたことから、搬送波１０２の周波数スペクトラムが拡がって周期的なスペクトラムピークが発生している。上記の搬送波供給時間倍数は、双極性インパルス１０１のスペクトラムピークが存在する周波数と、搬送波１０２の周波数スペクトラムピークが存在する周波数とが一致しないように決定するのがよい。
【００３８】
一例として、搬送波供給時間倍数を２、すなわち、スイッチ閉時間幅をパルス出力時間幅の２倍としたときの出力信号１０３の周波数スペクトラムを図５に示す。但し、以下では、ミキサ１３０からのキャリアリークが、出力信号１０３に対し２０ｄＢまで抑制されているものとする。同図において、キャリアリークを含む出力信号１０３の周波数スペクトラムを符号２１で示し、キャリアリークがないとしたとき（理想的状態）の出力信号１０３（高周波インパルス）の周波数スペクトラムを符号２２で示している。本実施例では、出力信号１０３の周波数スペクトラムのピーク（図５に示されるスペクトラムの２６ＧＨｚ付近と２７ＧＨｚ付近）において、キャリアリークによるスペクトラム増加は０．５ｄＢ程度である。
【００３９】
ミキサのキャリアリーク、およびスイッチの開閉制御を上記図５の条件と同じにし、ベースバンドインパルスに単極性インパルスを用いたときの周波数スペクトラムを図４に示したが、キャリアリークによるスペクトラム増加が、単極性インパルスを用いたときには略１．６ｄＢであったのに対し、本実施形態の双極性インパルスを用いた場合には略０．５ｄＢまで低減されている。これにより、双極性インパルスを用いることで、キャリアリークによるスペクトラムピークへの影響を大幅に低減できることが確認できる。
【００４０】
本実施形態のパルス発生方法において、出力信号１０３である高周波インパルスの周波数スペクトラム劣化量ができるだけ低減されるように、上記の搬送波供給時間倍数を決定する方法を以下に説明する。搬送波供給時間倍数を変化させたときの、周波数スペクトラム劣化量の変化を図６に示す。同図に示すように、周波数スペクトラム劣化量は、搬送波供給時間倍数に対しほぼ一定の周期で変化している。そして、搬送波供給時間倍数を１．３５程度にしたときに、周波数スペクトラム劣化量が最も小さくなることが分かる。
【００４１】
また、搬送波供給時間倍数を略１．３５の自然数倍にしたときに、周波数スペクトラム劣化量が極小となっている。したがって、搬送波供給時間倍数を略１．３５にするのが望ましく、パルス出力時間幅が特に短いために搬送波１０２の供給時間を短くできない場合には、搬送波供給時間倍数を略１．３５の自然数倍にするのがよい。これにより、周波数スペクトラム劣化量をできるだけ抑制することができる。
【００４２】
図６に示した周波数スペクトラム劣化量は、搬送波供給時間倍数に対してほぼ一定の周期で極小になるとともに、ほぼ同じ周期で極大になっている。例えば、搬送波供給時間倍数を２．１倍としたときには、周波数スペクトラム劣化量がほぼ極大となっている。搬送波供給時間倍数を２．１としたときの出力信号１０３の周波数スペクトラムを図７に示す。同図では、キャリアリークを有するときの出力信号１０３の周波数スペクトラムを符号３１で示し、キャリアリークがないとしたときの高周波インパルス１０３の周波数スペクトラムを符号３２で示している。同図では、さらにミキサ１３０のＬＯ端１３２に入力される搬送波１０２の周波数スペクトラムを併せて示している（符号３３）。
【００４３】
同図に示す搬送波１０２の周波数スペクトラム３３は、搬送波供給時間倍数に相当する時間幅だけスイッチ１４０を周期的に閉状態にすることにより、搬送波１０２の周波数スペクトラムが拡がって周期的なスペクトラムピークが発生することを示している。その結果、２６．２ＧＨｚ付近で、出力信号１０３のスペクトラムピークと搬送波１０２のスペクトラムピークとがほぼ一致するため、周波数スペクトラム劣化量が増大していることが確認できる。
【００４４】
上記では、ミキサ１３０からのキャリアリークが、ＲＦ端１３３からの出力信号１０３に対し２０ｄＢまで低減されているものとして説明したが、キャリアリークの低減割合が異なるときの影響について、図８を用いて説明する。図８は、図６と同様に、搬送波供給時間倍数を変化させたときの周波数スペクトラム劣化量の変化を示しており、キャリアリークの低減割合を１０ｄＢ、１４ｄＢ、１６ｄＢ、１９ｄＢ、２０ｄＢ、２４ｄＢ、２４ｄＢ、３０ｄＢとしたときの周波数スペクトラム劣化量の変化を、それぞれ符号４１〜４７で示している。
【００４５】
図８において、キャリアリークが最も小さい３０ｄＢのとき（符号３７）に周波数スペクトラム劣化量が最も小さく、キャリアリークが大きくなるにつれて周波数スペクトラム劣化量も大きくなっている。また、それぞれのキャリアリークにおいて周波数スペクトラム劣化量が極小となるときの搬送波供給時間倍数は、キャリアリークが大きくなるにつれて若干大きくなる傾向がみられるものの、ほぼ１．３〜１．５の範囲、およびその自然数倍となっている。これより、ミキサ１３０のキャリアリークの大きさによらず、搬送波供給時間倍数を略１．３〜１．５の範囲、あるいはその自然数倍に設定するのが好適である。
【００４６】
次に、本発明のパルス発生装置を用いた本発明のレーダ装置の第１の実施形態について、図９を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置２００は、送信部２１０と受信部２２０とから構成されている。送信部２１０は、パルス発生装置１００と、これから出力される出力信号１０３を増幅する増幅器２１１と、増幅器２１１で増幅された信号を送信波として送信する送信用アンテナ２１２とを備えている。
【００４７】
また、受信部２２０は、受信用アンテナ２２１と、受信用アンテナ２２１で受信された信号を所定のレベルまで増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）２２２と、低雑音増幅器２２２で増幅された信号からベースバンドインパルスを復調させるためのミキサ２２３と、ミキサ２２３から出力される信号を処理する受信回路２２４とを備えている。ミキサ２２３は、低雑音増幅器２２２からＲＦ端２２３ｃに入力された受信信号を、高周波源１２０からＬＯ端２２３ｂに入力されたローカル信号１０２で復調し、これをＩＦ端子２２３ａから受信回路２２４に出力する。受信回路２２４は、Ａ／Ｄコンバータを含んで構成されており、受信信号をディジタル信号に変換して次の処理工程に出力する。
【００４８】
送信用アンテナ２１２から送信された送信波は、対象物で反射されて受信用アンテナ２２１で受信されると、低雑音増幅器２２２で所望のＳ／Ｎを確保するレベルまで増幅され、これをミキサ２２３で復調された後、所定の方法で検波される。一般に、パルスを用いたレーダ装置では、信号源となるパルスを送信してから受信されるまでの時間差を計測し、この時間差をもとに対象物までの距離を算出する方法が採られている。従来のレーダ装置では、信号源として単極性パルスを用いていることから、受信信号が極大（ピーク）となる時刻を検出し、この時刻と送信波を送信した時刻との差を算出すればよい。
【００４９】
これに対し、信号源として双極性パルス１０１を用いた本実施形態のレーダ装置２００では、受信信号も双極性パルスとなり、受信回路２２４にて適切な処理をおこなう必要がある。その一例を以下に説明する。
【００５０】
本発明のレーダ装置の第２の実施形態について、図１０を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置では、受信回路２２４の内部に包絡線検出部２３１を備える構成としている。包絡線検出部２３１は、図１０に示すように、受信信号の搬送波位相によらずその大きさ（包絡線）を検出することから、包絡線検出部２３１からの出力信号は単極性の信号となる。これにより、受信回路２２４は、従来の単極性パルスレーダと同様に、包絡線検出部２３１から入力した信号のピークをピーク検出部２３２で検出すればよい。なお、包絡線検出部２３１に代えて自乗検波の手段を用いることもでき、この場合も同様の単極性の信号を得ることができる。
【００５１】
本発明のレーダ装置の第３の実施形態について、図１１を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置３００は、低雑音増幅器２２２とミキサ２２３との間に逓倍器３１０を追加している。本実施形態では、低雑音増幅器２２２で増幅された受信信号の周波数を逓倍器３１０で２倍に逓倍することで、送信信号の双極性パルスを単極性パルスに変換している。
【００５２】
受信信号を逓倍するのに伴って、ミキサ２２３で受信信号を復調させるためのローカル信号１０２に対しても、ミキサ２２３に入力する前に逓倍器３２０で周波数を２倍に逓倍している。ともに２倍に逓倍された受信信号およびローカル信号をミキサ２２３に入力することで、ミキサ２２３のＩＦ端２２３ａからは単極化されたパルス信号が出力される。したがって、本実施形態においても、受信回路２２４でミキサ２２３のＩＦ端２２３ａから入力した信号のピークを検出すればよい。
【００５３】
本発明のレーダ装置の第４の実施形態について、図１２を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置４００では、送信部２１０において、パルス発生装置１００からの出力信号１０３の出力先を、増幅器２１１とミキサ２２３のＬＯ端２２３ｂに切り替える、スイッチ４１０を追加している。スイッチ４１０により、パルス発生装置１００と増幅器２１１を接続し、出力信号１０３を増幅器２１１に入力する時刻から、スイッチ４１０を切り替えて、パルス発生装置１００とミキサ２２３のＬＯ端２２３ｂを接続し、出力信号１０３をミキサ２２３のＬＯ端２２３ｂに入力する時刻までの間隔を順次変更する。
【００５４】
本実施形態では、低雑音増幅器２２２で増幅された受信信号をタイミングが順次変更される出力信号１０３で復調することで、スライディング相関処理を行う。ミキサ２２３のＩＦ端２２３ａから出力される相関値は、同期検出された時点にのみ単極性の信号が得られる。したがって、本実施形態においても、受信回路２２５でミキサのＩＦ端２２３ａから入力した信号のピークを検出すればよい。本実施形態では、スライディング相関の処理回数、処理時間が、レーダ装置４００の処理時間に影響する。
【００５５】
上記説明のとおり、本発明のパルス発生方法およびパルス発生装置によれば、キャリアリークによる周波数スペクトラムのピーク値の増大を大幅に抑制することができる。また、本発明のレーダ装置では、レーダの放射源として本発明のパルス発生装置を備えることで、パルス信号の尖頭値を低下させる必要がなくなり、最大探知距離を向上させてレーダ装置の性能を高めることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパルス発生装置のブロック図である。
【図２】双極性パルスおよびスイッチ制御信号の一例を示す図である。
【図３】キャリアリークが単極性パルスの周波数スペクトラムに与える影響を示す図であり、（ａ）はキャリアリークの影響を受けている状態の周波数スペクトラム、（ｂ）はキャリアリークがない理想的な状態の周波数スペクトラムである。
【図４】断続的に供給される搬送波のキャリアリークが単極性パルスの周波数スペクトラムに与える影響を示す図である。
【図５】搬送波供給時間倍数を２としたときの出力信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【図６】搬送波供給時間倍数を変化させたときの周波数スペクトラム劣化量の変化を示す図である。
【図７】搬送波供給時間倍数を２．１としたときの出力信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【図８】搬送波供給時間倍数を変化させたときの周波数スペクトラム劣化量の変化を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置のブロック図である。
【図１０】包絡線検出部における信号処理を説明する図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置のブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係るレーダ装置のブロック図である。
【図１３】従来のパルス発生方法を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００ パルス発生装置
１０１ 双極性パルス
１０２ ローカル信号
１０３ 出力信号
１１０ パルス信号生成部
１２０ 高周波源
１３０ ミキサ
１３１ ＩＦ端
１３２ ＬＯ端
１３３ ＲＦ端
１４０ スイッチ
１５０ スイッチ制御部
２００、３００、４００ レーダ装置
２１０ 送信部
２２０ 受信部
２１１ 増幅器
２１２ 送信用アンテナ
２２１ 受信用アンテナ
２２２ 低雑音増幅器
２２３ ミキサ
２２４ 受信回路
２３１ 包絡線検出部
２３２ ピーク検出部
３１０、３２０ 逓倍器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インパルスを出力するパルス信号生成部と、
高周波の搬送波を出力する高周波源と、
前記インパルスと前記搬送波とを入力し、前記搬送波を前記インパルスで変調した無線周波数信号を出力するミキサと、
前記パルス信号生成部から前記インパルスが出力される期間（以下ではパルス出力期間という）を含む所定の期間（以下ではスイッチ閉期間という）だけ前記高周波源から前記ミキサに前記搬送波を入力させそれ以外の期間は前記搬送波を遮断するスイッチと、を備え、
前記インパルスは、双極性パルスである
ことを特徴とするパルス発生装置。
【請求項２】
前記搬送波の周波数スペクトラムが極大となる周波数と、前記無線周波数信号の周波数スペクトラムが極大となる周波数とが一致しないように前記スイッチ閉期間が制御されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。
【請求項３】
前記スイッチ閉期間は、前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算した長さである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパルス発生装置。
【請求項４】
前記スイッチ閉期間は、前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算し、さらに自然数を乗算した長さである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパルス発生装置。
【請求項５】
インパルスを生成するステップと、前記インパルスによって変調される搬送波を生成するステップと、前記インパルスが出力されるパルス出力期間を含む所定のスイッチ閉期間だけ搬送波を出力するステップと、前記搬送波を前記インパルスで変調した無線周波数信号を出力するステップと、を有するパルス発生方法であって、
前記インパルスは、双極性パルスである
ことを特徴とするパルス発生方法。
【請求項６】
前記搬送波の周波数スペクトラムが極大となる周波数と、前記無線周波数信号の周波数スペクトラムが極大となる周波数とが一致しないように前記スイッチ閉期間を制御する
ことを特徴とする請求項５に記載のパルス発生方法。
【請求項７】
前記スイッチ閉期間が前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算した長さとなるように前記スイッチを制御する
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のパルス発生方法。
【請求項８】
前記スイッチ閉期間が前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算し、さらに自然数を乗算した長さとなるように前記スイッチを制御する
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のパルス発生方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のパルス発生装置を含む送信部と、
前記パルス発生装置で生成された無線周波数信号を送信する送信用アンテナと、
前記無線周波数信号の反射波を受信して受信波を出力する受信用アンテナと、
前記受信波に所定の処理を行い受信信号を出力する受信部と、を備える
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１０】
前記受信部は、前記受信波を所定の復調用高周波で復調させて復調信号を出力する受信用ミキサと、
前記復調信号を検波して受信信号を出力する検波部と、を備える
ことを特徴とする請求項９に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記受信波の周波数を２倍に逓倍する第１の逓倍器と、
前記パルス発生装置から搬送波を入力して周波数を２倍に逓倍して前記復調用高周波として出力する第２の逓倍器とをさらに備える
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
前記復調用高周波として前記パルス発生装置から無線周波数信号を入力し、
前記復調信号に対しスライディング相関の処理を行って単極性の検出信号を前記検波部に出力するスライディング相関器をさらに備える
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のレーダ装置。
【請求項１】
インパルスを出力するパルス信号生成部と、
高周波の搬送波を出力する高周波源と、
前記インパルスと前記搬送波とを入力し、前記搬送波を前記インパルスで変調した無線周波数信号を出力するミキサと、
前記パルス信号生成部から前記インパルスが出力される期間（以下ではパルス出力期間という）を含む所定の期間（以下ではスイッチ閉期間という）だけ前記高周波源から前記ミキサに前記搬送波を入力させそれ以外の期間は前記搬送波を遮断するスイッチと、を備え、
前記インパルスは、双極性パルスである
ことを特徴とするパルス発生装置。
【請求項２】
前記搬送波の周波数スペクトラムが極大となる周波数と、前記無線周波数信号の周波数スペクトラムが極大となる周波数とが一致しないように前記スイッチ閉期間が制御されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス発生装置。
【請求項３】
前記スイッチ閉期間は、前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算した長さである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパルス発生装置。
【請求項４】
前記スイッチ閉期間は、前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算し、さらに自然数を乗算した長さである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパルス発生装置。
【請求項５】
インパルスを生成するステップと、前記インパルスによって変調される搬送波を生成するステップと、前記インパルスが出力されるパルス出力期間を含む所定のスイッチ閉期間だけ搬送波を出力するステップと、前記搬送波を前記インパルスで変調した無線周波数信号を出力するステップと、を有するパルス発生方法であって、
前記インパルスは、双極性パルスである
ことを特徴とするパルス発生方法。
【請求項６】
前記搬送波の周波数スペクトラムが極大となる周波数と、前記無線周波数信号の周波数スペクトラムが極大となる周波数とが一致しないように前記スイッチ閉期間を制御する
ことを特徴とする請求項５に記載のパルス発生方法。
【請求項７】
前記スイッチ閉期間が前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算した長さとなるように前記スイッチを制御する
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のパルス発生方法。
【請求項８】
前記スイッチ閉期間が前記パルス出力期間に１．３から１．５の範囲の倍数を乗算し、さらに自然数を乗算した長さとなるように前記スイッチを制御する
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のパルス発生方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のパルス発生装置を含む送信部と、
前記パルス発生装置で生成された無線周波数信号を送信する送信用アンテナと、
前記無線周波数信号の反射波を受信して受信波を出力する受信用アンテナと、
前記受信波に所定の処理を行い受信信号を出力する受信部と、を備える
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１０】
前記受信部は、前記受信波を所定の復調用高周波で復調させて復調信号を出力する受信用ミキサと、
前記復調信号を検波して受信信号を出力する検波部と、を備える
ことを特徴とする請求項９に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記受信波の周波数を２倍に逓倍する第１の逓倍器と、
前記パルス発生装置から搬送波を入力して周波数を２倍に逓倍して前記復調用高周波として出力する第２の逓倍器とをさらに備える
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
前記復調用高周波として前記パルス発生装置から無線周波数信号を入力し、
前記復調信号に対しスライディング相関の処理を行って単極性の検出信号を前記検波部に出力するスライディング相関器をさらに備える
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のレーダ装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２２２４５７（Ｐ２００９−２２２４５７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６５０９５（Ｐ２００８−６５０９５）
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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