レーダ装置及び干渉波除去方法
【課題】干渉波による影響を正確に除去できるレーダ装置を提供する。
【解決手段】 観測対象から反射された受信信号は、相関算出部１７３に入力する。参照波メモリ１７１は、干渉波の原因となる他局の電波情報を予め保持している。シフト部１７２は、参照波メモリ１７１が保持する情報に基づいて、干渉波を再現した参照波を生成する。シフト部１７２は、参照波のパルス立ち上がり点を順次ずらし、相関算出部１７３が算出する参照波と受信信号との相関が最も高くなるような参照波パルスの立ち上がり点が、最大値検出部１７４によって検出される。ホールド部１７５は、参照波パルスの立ち上がり点を移動させ、除去処理部１７６は、受信信号から、立ち上がり点が移動した参照波パルスを除去する。
【解決手段】 観測対象から反射された受信信号は、相関算出部１７３に入力する。参照波メモリ１７１は、干渉波の原因となる他局の電波情報を予め保持している。シフト部１７２は、参照波メモリ１７１が保持する情報に基づいて、干渉波を再現した参照波を生成する。シフト部１７２は、参照波のパルス立ち上がり点を順次ずらし、相関算出部１７３が算出する参照波と受信信号との相関が最も高くなるような参照波パルスの立ち上がり点が、最大値検出部１７４によって検出される。ホールド部１７５は、参照波パルスの立ち上がり点を移動させ、除去処理部１７６は、受信信号から、立ち上がり点が移動した参照波パルスを除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置及びレーダ装置の干渉波除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば気象レーダは、雲や雨の降雨粒子によって反射されるエコーの強さを検出し、気象状況を観測あるいは予測するために用いられている。近年では、反射波のドップラー効果を利用して雨や雲の動的な変化を捉えることができるドップラーレーダが、気象レーダとして用いられるようになっている。
【０００３】
気象レーダ等のレーダを用いた観測の際には、他のレーダサイト等からの信号が干渉波として受信信号に混信することがある。また、マルチパスによる干渉が生じて、受信信号に不要な信号が混信することもある。このような干渉波を除去する技術として、非特許文献１には、３つのパルスヒットに基づいて干渉波を判定する技術が記載されている。この干渉波除去では、他のパルスよりも充分に大きな電力値を有する受信パルスを干渉波であると判定して、当該電力値を他のパルスの電力値で置き換えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】気象庁，「空港気象ドップラーレーダー製作仕様書（鹿児島空港）」，平成１８年５月，ｐ．１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の技術では、わずか３つの電力値から干渉波を判定しているため、検出された電力値が目標からの強い受信波なのか、他局からの干渉波であるのかの判定が難しい。このため、受信波を干渉波として除去してしまったり、干渉波を受信波として処理してしまうなどの問題が生じてしまう。
【０００６】
本発明は前記のような問題に鑑みなされたもので、干渉波による影響を除去することが可能なレーダ装置及び干渉波除去方法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】
【０００７】
本発明の一実施形態に係るレーダ装置は、観測対象から反射された受信信号を受信する受信手段と、干渉波の原因となる与干渉局の電波情報を保持する参照波メモリと、前記電波情報に基づいて、前記干渉波を再現した参照波パルスを生成する参照波生成手段と、前記受信信号との相関が最も高くなるよう、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させるパルス制御手段と、前記受信信号から、前記立ち上がり点が移動した参照波パルスを除去する除去手段とを具備する。
【０００８】
また、本発明の一実施形態に係る干渉波除去方法は、干渉波の原因となる与干渉局の電波情報を保持する参照波メモリを有するレーダ装置において用いられる干渉波除去方法であって、観測対象から反射された受信信号を受信する受信ステップと、前記電波情報に基づいて、前記干渉波を再現した参照波パルスを生成する参照波生成ステップと、前記受信信号との相関が最も高くなるよう、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させるパルス制御ステップと、前記受信信号から、前記立ち上がり点が移動した参照波パルスを除去する除去ステップとを具備する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施形態に係るレーダ装置によれば、干渉波を再現する参照波を、受信信号との相関が最も高くなるように生成し、当該参照波を受信信号から除去する。このため干渉波による影響を正確に除去することができる。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る干渉波除去方法によれば、干渉波を再現する参照波を、受信信号との相関が最も高くなるように生成し、当該参照波を受信信号から除去する。このため干渉波による影響を正確に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る信号処理部の詳細構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る干渉波除去処理のフローチャート。
【図４】受信信号の一例と、干渉波除去処理において生成される参照波の例を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る信号処理部の詳細構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る干渉波除去処理のフローチャート。
【図７】第２の実施形態に係る干渉波除去処理において、逆離散フーリエ変換によって得られる時間領域における電力値示すグラフ。
【図８】ピーク電力を与える時間に合わせて生成される参照波を示す図。
【図９】第２の実施形態に係るレーダシステムにおいて、周波数変換装置及び信号処理装置にＧＰＳ衛星基準信号が供給される例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
第１の実施形態
図１は本発明の第１の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図である。
【００１４】
このシステムは、空中線装置（アンテナ）１１、送信装置１２、受信装置１３、周波数変換装置１６、信号処理装置１７、監視制御装置１８、データ変換装置１９、データ表示装置２０、データ蓄積装置２１、データ通信装置２２、遠隔監視制御装置２３、遠隔表示装置２４から構成される。
【００１５】
このうち遠隔監視制御装置２３及び遠隔表示装置２４は、レーダサイトに設けられた他の装置からは遠方に設けられており、システムを遠隔監視及び遠隔制御するために用いられる。
【００１６】
システムを監視又は制御するための監視制御信号は、遠隔監視制御装置２３から監視制御装置１８に送られる。監視制御装置１８は、監視制御信号に応じて制御信号を信号処理装置１７に送信する。また、監視制御装置１８は、信号処理装置１７からの監視信号を受信して遠隔監視制御装置２３に転送する。
【００１７】
信号処理装置１７は、監視制御装置１８からのデジタル制御信号に応じてアナログの送信ＩＦ（中間周波数）信号を周波数変換装置１６に出力する。周波数変換装置１６は、送信ＩＦ信号を送信ＲＦ（無線周波数）信号に変換（アップコンバート）し、送信装置１２に出力する。送信装置１２は、送信ＲＦ信号を遠距離での観測が可能な送信電力の送信電波に増幅し、空中線装置１１に出力する。
【００１８】
送信電波は空中線装置１１から空中に放射され、観測対象によって反射される。一例として、気象レーダシステムにおける観測対象は、所定の有効反射面積内に存在する降雨粒子である。
【００１９】
観測対象からの反射波（受信電波）は、空中線装置１１によって捕捉され、受信装置１３に受信される。受信装置１３は、受信した受信電波を復調し、受信ＲＦ信号として周波数変換装置１６に出力する。周波数変換装置１６は、受信ＲＦ信号を受診ＩＦ信号に周波数変換（ダウンコンバート）して信号処理装置１７に出力する。
【００２０】
信号処理装置１７は、周波数変換装置１６から出力された受信ＩＦ信号に対して、後述する干渉波除去処理を行う。また号処理部１７は、干渉波除去処理が行われた受信信号に対して、ＩＱ検波、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換、受信電力算出、ドップラー速度算出等の、所要の信号処理を施す。
【００２１】
信号処理装置１７によってデジタル信号処理された受信データ（降水強度やドップラー速度）は、データ変換装置１９に出力される。データ変換装置１９は、信号処理装置１７が算出した受信電力に基づいて、受信データを解析しレーダ反射因子等を検出する。データ表示装置２０は、例えばＬＣＤ等の表示装置であり、データ変換装置１９で解析されたデータを表示する。データ蓄積装置２１は、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の記憶装置を有し、データ変換装置１９で解析されたデータを蓄積する。
【００２２】
データ通信装置２２は、当該解析データを、無線又は有線の通信ネットワークを介してレーダサイト外の遠隔表示装置２４に転送する。遠隔表示装置２４は、例えばＬＣＤ等の表示装置を有し、データ通信装置２２から転送されてきたデータを表示する。
【００２３】
遠隔表示装置２４に表示されたデータに基づいて、遠隔地からレーダサイトを解析し、遠隔監視制御装置２３によってレーダサイトを監視及び制御することができる。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る信号処理装置１７の詳細な構成を示すブロック図である。図２では、干渉波除去処理に係る各部が図示されている。
【００２５】
図２に示すように、信号処理装置１７は、参照波メモリ１７１、シフト部１７２、相関算出部１７３、最大値検出部１７４、ホールド部１７５、及び除去処理部１７６を備えている。
【００２６】
参照波メモリ１７１は、本レーダシステム（自局；被干渉局）に対して電波干渉を与え得る他のレーダ局（他局；与干渉局）が発信する電波の情報（参照波情報）を予め記憶している。参照波メモリ１７１は、一例として、与干渉局が発信する電波の送信パルス幅及びパルス繰り返し周波数を予め記憶する。参照波メモリ１７１は、複数の与干渉局の発信電波（複数の参照波）の情報を記憶していてもよい。
【００２７】
シフト部１７２は、参照波メモリ１７１に記憶された参照波情報に基づいて、与干渉局が発信する電波を再現した参照波を生成する。シフト部１７２は、生成した参照波の時間軸を所定時間量ずつずらしながら相関算出部１７３に出力する。
【００２８】
相関算出部１７３は、周波数変換装置１６から出力された受信信号と、シフト部１７２から出力された参照波との相互相関関数の値を算出する。
【００２９】
最大値検出部１７４は、受信信号と参照波との間で最大の相互相関値を検出する。また最大値検出部１７４は、当該最大の相互相関値を与える時間軸のずらし幅を検出する。検出されたずらし幅は、ホールド部１７５に出力される。
【００３０】
ホールド部１７５は、シフト部１７２が生成する参照波の時間軸のずらし幅が、最大値検出部１７４によって検出されたずらし幅となるように、ずらし幅を固定する。
【００３１】
除去処理部１７６は、受信信号から参照波を減算する。又は、参照波にパルスが存在する時間帯の受信波を除去する。
【００３２】
本実施形態に係る信号処理部１７は、以下のような干渉波除去処理を実行して干渉波の影響を除去する。図３は、信号処理装置１７が実行する干渉波除去処理のフローチャートである。
【００３３】
干渉波除去処理では、参照波メモリ１７１の参照波情報から、例えば図４に示すような参照波が生成される（ステップＳ１１）。例えば、図４の参照波ＰＲＦ１は、短パルスＰ１と長パルスＰ２を、繰り返し周期Ｔ１で繰り返し発信する他局の電波を示す。
【００３４】
シフト部１７２は、生成された参照波の時間軸を所定時間量（例えば１μ秒）だけずらす（ステップＳ１２）。例えば図４の参照波ＰＲＦ１において、短パルスＰ１の立ち上がり点が右へ１μ秒だけずらされる。ただし、ステップＳ１２の処理の初期実行時には、時間軸をずらさなくともよい。
【００３５】
相関算出部１７３は、周波数変換装置１６から出力された受信信号の電力値と、参照波の電力値との相互相関関数の値を算出する（ステップＳ１３）。算出された相関値及び対応する時間軸のずらし幅は、最大値検出部１７４に送られ、最大値検出部１７４の所定の記憶領域にバッファされる。
【００３６】
最大値検出部１７４は、シフト部１７２によってずらされた時間量が、所定時間に達したか否かを判定する（ステップＳ１４）。当該所定時間、すなわちシフト部１７２によってずらされる最大の時間量は、例えば参照波の繰り返し周期（１ｍ秒程度）としてもよい。
【００３７】
シフト部１７２によってずらされた時間量が所定時間に達していない場合（ステップＳ１４でＮｏ）、ステップＳ１２に戻り、参照波の時間軸（パルスＰ１の立ち上がり点）を所定量ずらして、以降の処理を繰り返す。
【００３８】
一方、シフト部１７２がずらした時間量が所定時間に達したと判定された場合（ステップＳ１４でＹｅｓ）、最大値検出部１７４が、バッファされた相関値のうち最大の値を検出する（ステップＳ１５）。そして受信信号との間で最大の相関を与えるずらし幅が得られる。
【００３９】
最大値検出部１７４は、検出した最大値が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。最大値が所定の閾値より小さい場合は（ステップＳ１６でＮｏ）、干渉が生じていないと見なされる（ステップＳ１７）。
【００４０】
最大値が所定の閾値以上である場合は（ステップＳ１６でＹｅｓ）、ホールド部１７５が当該最大の相関を与えるずらし幅をホールドする（ステップＳ１８）。当該ずらし幅の情報はシフト部１７２に出力され、シフト部１７２は、当該参照波と受信信号との間の時間軸のずらし幅を固定する。
【００４１】
除去処理部１７６は、このホールドされた参照波に基づいて除去処理を実行する（ステップＳ１９）。除去処理部１７６は、当該ホールドされた参照波を受信信号から減算する。或いは除去処理部１７６は、当該ホールドされた参照波にパルスが存在する時間帯の受信信号を除去する（受信電力をゼロとする）。
【００４２】
その後、参照波メモリ１７１に記憶された全ての参照波について、処理が終了したか否かが判定される（ステップＳ２０）。
【００４３】
まだ除去処理が行なわれていない参照波があると判定されれば（ステップＳ２０でＮｏ）、他の参照波が生成される（ステップＳ１１）。例えば図４の参照波ＰＲＦ２は、参照波ＰＲＦ１とは異なる与干渉局の電波を示す。参照波ＰＲＦ２では、短パルスＰ１´と長パルスＰ２´が繰り返し周期Ｔ２で繰り返されている。新たに生成された参照波についても、ステップＳ１２以降の処理が繰り返される。
【００４４】
一方、全ての参照波について除去処理が完了している場合は（ステップＳ２０でＹｅｓ）、干渉波除去処理が終了する。
【００４５】
図４は、受信信号の一例と、干渉波除去処理において生成される参照波の例を示す図である。
【００４６】
図４では、受信信号の電力値に参照波ＰＲＦ１に相当する干渉波が生じている。このため、参照波ＰＲＦ１と受信信号との相互相関値は、参照波ＰＲＦ２と受信信号との相互相関値よりも大きい。
【００４７】
参照波ＰＲＦ１の時間軸（短パルスＰ１の開始点）をｔ＝０からずらしていって、図４のように、受信信号に生じる干渉波の周期と参照波ＰＲＦ１の繰り返し周期Ｔ１が同期した場合に、参照波ＰＲＦ１と受信信号との相互相関の値が最大になる。この最大値が所定の閾値よりも大きければ干渉が生じていると判断され、ステップＳ１９の除去処理が行われる。
【００４８】
除去処理では、参照波ＰＲＦ１の電力値が受信信号の電力値から減算される。或いは、参照波ＰＲＦ１において短パルスＰ１及び長パルスＰ２が存在する時間帯の受信の電力値がゼロとされる。
【００４９】
このように、受信信号に混入している干渉波と参照波との相互相関が高いほど、当該参照波に対応する与干渉局の電波による干渉が生じている可能性が高い。本実施形態のレーダシステムによれば、受信信号との相関の高い参照波を検出することができる。このため、受信信号に混入している干渉波が、他局から発信された信号であるかを判断することができる。
【００５０】
また、最大の相互相関に対応する時間のずれを検出することは、受信信号と最も同期の良い参照波パルスの立ち上がり点を検出することに相当する。従って、受信信号との相関が最も高くなるように、参照波と受信信号の同期を取ることができる。このため、受信信号に及ぼされる干渉波の影響を正確に除去することができるようになる。
【００５１】
上述の除去処理（ステップＳ１９）によって、参照波にパルスが存在する時間内の受信信号の情報が削除されてしまうと、エコーが正確に生成できない恐れがある。このような場合、当該参照波のパルス繰り返し周波数に対して、自局のパルス繰り返し周波数をずらしてもよい。レーダは、複数の送信パルスに対する反射波を受信して、ターゲットからの反射強度や速度を検出するため、少数の受信データが除去されたとしても検出に大きな支障は生じない。すなわち、レーダによる検出は距離毎に行われるため、同じ距離に集中して干渉波が混入しなければ、検出が行えることになる。しかしながら、自局のパルス繰り返し周波数と他局のパルス繰り返し周波数とが同じ、あるいは近い場合、同じ距離のデータに集中して干渉波が混入するため、多くの受信データが除去されてしまい有効な検出が行えない。このような場合、当該他局による参照波のパルス繰り返し周波数に対して、自局のパルス繰り返し周波数をずらしてもよい。参照波のパルス繰り返し周波数と、自局のパルス繰り返し周波数をずらすことで、干渉波との同期を防止し、受信信号の情報が削除されることを防止できる。
【００５２】
特に周波数配置が密な場合等には、観測対象からの反射波ではなく他のレーダ局が発信する電波（干渉波）を、空中線装置１１が捕捉してしまうことがある。このような場合に正確に干渉波の影響を除去できるようにすることで、周波数を有効に利用できるようになる。
【００５３】
以下、本発明によるレーダシステムの他の実施形態を説明する。他の実施形態の説明において第１の実施の形態と同一部分は同一参照数字を付してその詳細な説明は省略する。
【００５４】
第２の実施形態
第２の実施形態に係るレーダシステムのブロック図は第１の実施形態のブロック図と同一であるので、図示を省略する。
【００５５】
図５は、本実施形態に係る信号処理装置１７の詳細な構成を示すブロック図である。図５では、干渉波除去処理に係る各部が図示されている。
【００５６】
図５に示すように、信号処理装置１７は、参照波メモリ１７１、ＤＦＴ部２７１と２７２、複素共役検出部２７３、ＩＤＦＴ部２７４、ピーク検出部２７５、閾値判定部２７６及び除去処理部２７７を備えている。
【００５７】
参照波メモリ１７１は、本レーダシステム（自局；被干渉局）に対して電波干渉を与え得る他のレーダ局（他局；与干渉局）が発信する電波の情報（参照波情報）を予め記憶している。参照波メモリ１７１は、一例として、与干渉局が発信する電波の送信パルス幅及びパルス繰り返し周波数を予め記憶する。参照波メモリ１７１は、複数の与干渉局の発信電波（複数の参照波）の情報を記憶していてもよい。
【００５８】
ＤＦＴ部２７１は、デジタル化された受信信号に対して離散フーリエ変換（ＤＦＴあるいはＦＦＴ）を施す。離散フーリエ変換によって、受信信号の周波数成分が得られる。
【００５９】
同様にＤＦＴ部２７２は、参照波メモリ１７１に記憶された参照波情報に基づいて、与干渉局が発信する電波を再現した参照波を生成し、当該参照波に対して離散フーリエ変換（ＦＦＴ）を施す。離散フーリエ変換によって、参照波の周波数成分が得られる。
【００６０】
複素共役検出部２７３は、受信信号の周波数成分に対して複素共役となる参照波の周波数成分を検出する。検出された周波数成分は、ＩＤＦＴ部２７４に出力される。
【００６１】
ＩＤＦＴ部２７４は、検出された周波数成分に対して逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ或いはＩＦＦＴ）を施す。逆フーリエ変換の結果は、ピーク検出部２７５に出力される。
【００６２】
ピーク検出部２７５は、逆フーリエ変換の結果から、時間領域におけるピーク電力値を検出する。このピークを与える時間が、受信信号と参照波の相関が最大となる場合の時間軸のずれを与える。
【００６３】
閾値判定部２７６は、ピーク検出部２７５が検出したピーク電力値が所定の閾値以上であるか否かを判定する。ピーク電力値が所定の閾値以上である場合、干渉が生じていると判定される。
【００６４】
このため、除去処理部２７７によって除去処理が行われる。除去処理部２７７は、第１の実施形態と同様、当該ピークを与える時間を受信信号と参照波の時間軸のずれとして固定して、受信信号から当該参照波を減算する。あるいは、参照波にパルスが存在する時間帯の受信波を除去する。
【００６５】
本実施形態に係る信号処理部１７は、以下のような干渉波除去処理を実行して干渉波の影響を除去する。図６は、信号処理装置１７が実行する干渉波除去処理のフローチャートである。
【００６６】
干渉波除去処理では、参照波メモリ１７１の参照波情報から参照波が生成される（ステップＳ２１）。ＤＦＴ部２７１及び２７２は、受信信号及び参照波に対して離散フーリエ変換を行なう（ステップＳ２２）。
【００６７】
複素共役検出部２７３は、受信信号の周波数成分に対して複素共役となる参照波の周波数成分を検出する（ステップＳ２３）。ＩＤＦＴ部２７４は、検出された周波数成分に対して逆離散フーリエ変換を施す（ステップＳ２４）。
【００６８】
ピーク検出部２７５は、逆離散フーリエ変換の結果から時間領域におけるピークを検出する（ステップＳ２５）。例えば図７に示すように、ピーク電力値を与える時間Ｔが検出される。
【００６９】
ピーク電力値に対応する時間Ｔは、第１の実施形態において図３のステップＳ１５で検出された参照波と受信信号の相互相関を最大とする時間ずれに相当する。すなわち、参照波の時間軸（パルスの立ち上がり点）をｔ＝０から時間Ｔだけずらすと、受信信号と参照波の相関が最大となる。
【００７０】
閾値判定部２７６は、ピーク検出部２７５が検出したピーク電力値が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。当該ピーク電力値が所定の閾値より小さい場合は（ステップＳ２６でＮｏ）、干渉が生じていないとされる（ステップＳ２７）。
【００７１】
ピーク電力値が所定の閾値以上である場合は（ステップＳ２６でＹｅｓ）、干渉が生じているとされ、除去処理部２７７によって除去処理が行われる（ステップＳ２７）。例えば図７に示す例では、時間Ｔにおけるピーク電力値が所定の閾値以上であり、干渉が生じているとされる。
【００７２】
除去処理部２７７は、参照波の時間軸（パルスの立ち上がり点）を時間Ｔだけずらし、この参照波に基づいた除去処理を実行する（ステップＳ２８）。すなわち、図８に示すような時間Ｔだけずれた参照波に基づく除去処理が行われる。除去処理では、除去処理部２７７は、当該時参照波を受信信号から減算する。或いは、当該参照波にパルスが存在する時間帯の受信信号を除去する（受信電力をゼロとする）。
【００７３】
その後、参照波メモリ１７１に記憶された全ての参照波について、処理が終了したか否かが判定される（ステップＳ２９）。
【００７４】
まだ除去処理が行なわれていない参照波があると判定されれば（ステップＳ２９でＮｏ）、他の参照波が生成される（ステップＳ２１）。一方、全ての参照波について除去処理が完了している場合は（ステップＳ２９でＹｅｓ）、干渉波除去処理を終了する。
【００７５】
受信信号に混入している干渉波と参照波との相互相関が高いほど、当該参照波に対応する与干渉局の電波による干渉が生じている可能性が高い。本実施形態のレーダシステムによれば、受信信号との相関の高い参照波を検出することができる。このため、受信信号に混入している干渉波が、他局から発信された信号であるかを判断することができる。
【００７６】
また、ステップＳ２４における逆ＤＦＴの結果得られる電力値（振幅）の値が大きいほど、受信信号との相関が高い参照波であることに相当する。したがって、ピーク電力値を検出することは、第１の実施形態において最大の相互相関に対応する時間のずれを検出したことと同様に、受信信号と最も良く同期した参照波を検出することに相当する。このため、受信信号に及ぼされる干渉波の影響を正確に除去することができるようになる。
【００７７】
また、本実施形態のレーダシステムでは、受信信号との相関が最も強くなるパルスの立ち上がり点を、離散フーリエ変換によって、周波数軸上で算出している。このため、処理に要する計算量を削減することができる。
【００７８】
上述の除去処理（ステップＳ２８）によって、参照波にパルスが存在する時間内の受信信号の情報が削除されてしまうと、エコーが正確に生成できない恐れがある。このような場合、当該参照波のパルス繰り返し周波数に対して、自局のパルス繰り返し周波数をずらしてもよい。レーダは、複数の送信パルスに対する反射波を受信して、ターゲットからの反射強度や速度を検出するため、少数の受信データが除去されたとしても検出に大きな支障は生じない。すなわち、レーダによる検出は距離毎に行われるため、同じ距離に集中して干渉波が混入しなければ、検出が行えることになる。しかしながら、自局のパルス繰り返し周波数と他局のパルス繰り返し周波数とが同じ、あるいは近い場合、同じ距離のデータに集中して干渉波が混入するため、多くの受信データが除去されてしまい有効な検出が行えない。このような場合、当該他局による参照波のパルス繰り返し周波数に対して、自局のパルス繰り返し周波数をずらしてもよい。参照波のパルス繰り返し周波数と、自局のパルス繰り返し周波数をずらすことで、干渉波との同期を防止し、受信信号の情報が削除されることを防止できる。
【００７９】
ステップＳ２２のＤＦＴ処理では、ＤＦＴ部２７２が参照波にＤＦＴ処理を施すとして説明したが、参照波のＤＦＴ結果を予め算出しておき、参照波メモリ１７１に保持しておいてもよい。これによって、干渉波除去処理に要する計算量を削減することができる。
【００８０】
図９は、第２の実施形態に係るレーダシステムにおいて、周波数変換装置及び信号処理装置にＧＰＳ衛星基準信号が供給される例を示した図である。
【００８１】
このレーダシステムは、図１に示す各部に加えて、ＧＰＳ基準信号発生器３０及びＧＰＳアンテナ３１を有する。
【００８２】
ＧＰＳアンテナ３１は、ＧＰＳ衛星３２からのＧＰＳ信号を受信し、受信したＧＰＳ信号をＧＰＳ基準信号発生器３０に出力する。
【００８３】
ＧＰＳ基準信号発生器３０は、ＧＰＳ信号からＧＰＳ基準信号（例えば１０ＭＨｚのクロック信号）を生成し、この基準信号を周波数変換装置１６及び信号処理装置１７に供給する。
【００８４】
このため、周波数変換装置１６１に備えられた発振器（ＰＬＬ）１６３は、基準信号に同期して発振する。発振器１６３の供給する信号はミキサー１６１及び１６２に送られ、周波数変換装置１６の動作周期を決定する。
【００８５】
また、信号処理装置１７のクロック３７２もこの基準信号に同期したクロック信号を生成する。信号処理装置１７に設けられたＡ／Ｄ変換器３７１とＤ／Ａ変換器３７４は、このクロック信号に同期して動作する。図５に示す干渉波除去処理に係る各部は、信号処理装置１７に備えられた演算器３７３内に備えられている。
【００８６】
このレーダシステムに干渉を与える可能性のある与干渉局のレーダ装置も、同様の構成を有するものとする。
【００８７】
このような周波数変換装置１６及び信号処理装置１７によれば、ミキサー１６２から出力されＡ／Ｄ変換器３７２によってデジタル化される受信信号（Ｓ＝Ｉｓ＋ｊＱｓ；ｊは虚数単位）と信号処理装置１７内で生成される参照波信号（Ｒ＝Ｉｒ＋ｊＱｒ）の位相を同期させることができる。
【００８８】
このため、除去処理（ステップＳ２８）において受信信号から参照波を減算する際に、複素数平面上で減算（Ｓ−Ｒ）することができる。
【００８９】
このように、ＧＰＳ信号に基づいてフェーズロックすることで、干渉を与える与干渉局と自局のコヒーレンシーを保つことができ、受信信号から干渉波のみを複素平面上で減算できる。
【００９０】
上述の実施形態では、一例として、降雨量等を観測するための気象レーダにおける干渉波除去について説明した。しかしながら、上述の実施形態は、航空機を検出する空港監視レーダ等、他の１次レーダにも適用可能である。
【００９１】
上述のように、信号処理によって電波干渉の影響を除去することで、密な周波数配置や同一周波数の再利用等による周波数の有効利用を進展させることができるようになる。
【００９２】
本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、１つの実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの実施形態に示される構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。
【符号の説明】
【００９３】
１１…空中線装置（アンテナ）、１２…送信装置、１３…受信装置、１６…周波数変換装置、１７…信号処理装置、１８…監視制御装置、１９…データ変換装置、２０…データ表示装置、２１…データ蓄積装置、２２…データ通信装置、２３…遠隔監視制御装置、２４…遠隔表示装置、１７１…参照波メモリ、１７２…シフト部、１７３…相関算出部、１７４…最大値検出部、１７５…ホールド部、１７６…除去処理部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置及びレーダ装置の干渉波除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば気象レーダは、雲や雨の降雨粒子によって反射されるエコーの強さを検出し、気象状況を観測あるいは予測するために用いられている。近年では、反射波のドップラー効果を利用して雨や雲の動的な変化を捉えることができるドップラーレーダが、気象レーダとして用いられるようになっている。
【０００３】
気象レーダ等のレーダを用いた観測の際には、他のレーダサイト等からの信号が干渉波として受信信号に混信することがある。また、マルチパスによる干渉が生じて、受信信号に不要な信号が混信することもある。このような干渉波を除去する技術として、非特許文献１には、３つのパルスヒットに基づいて干渉波を判定する技術が記載されている。この干渉波除去では、他のパルスよりも充分に大きな電力値を有する受信パルスを干渉波であると判定して、当該電力値を他のパルスの電力値で置き換えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】気象庁，「空港気象ドップラーレーダー製作仕様書（鹿児島空港）」，平成１８年５月，ｐ．１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の技術では、わずか３つの電力値から干渉波を判定しているため、検出された電力値が目標からの強い受信波なのか、他局からの干渉波であるのかの判定が難しい。このため、受信波を干渉波として除去してしまったり、干渉波を受信波として処理してしまうなどの問題が生じてしまう。
【０００６】
本発明は前記のような問題に鑑みなされたもので、干渉波による影響を除去することが可能なレーダ装置及び干渉波除去方法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】
【０００７】
本発明の一実施形態に係るレーダ装置は、観測対象から反射された受信信号を受信する受信手段と、干渉波の原因となる与干渉局の電波情報を保持する参照波メモリと、前記電波情報に基づいて、前記干渉波を再現した参照波パルスを生成する参照波生成手段と、前記受信信号との相関が最も高くなるよう、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させるパルス制御手段と、前記受信信号から、前記立ち上がり点が移動した参照波パルスを除去する除去手段とを具備する。
【０００８】
また、本発明の一実施形態に係る干渉波除去方法は、干渉波の原因となる与干渉局の電波情報を保持する参照波メモリを有するレーダ装置において用いられる干渉波除去方法であって、観測対象から反射された受信信号を受信する受信ステップと、前記電波情報に基づいて、前記干渉波を再現した参照波パルスを生成する参照波生成ステップと、前記受信信号との相関が最も高くなるよう、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させるパルス制御ステップと、前記受信信号から、前記立ち上がり点が移動した参照波パルスを除去する除去ステップとを具備する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施形態に係るレーダ装置によれば、干渉波を再現する参照波を、受信信号との相関が最も高くなるように生成し、当該参照波を受信信号から除去する。このため干渉波による影響を正確に除去することができる。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る干渉波除去方法によれば、干渉波を再現する参照波を、受信信号との相関が最も高くなるように生成し、当該参照波を受信信号から除去する。このため干渉波による影響を正確に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る信号処理部の詳細構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る干渉波除去処理のフローチャート。
【図４】受信信号の一例と、干渉波除去処理において生成される参照波の例を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る信号処理部の詳細構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る干渉波除去処理のフローチャート。
【図７】第２の実施形態に係る干渉波除去処理において、逆離散フーリエ変換によって得られる時間領域における電力値示すグラフ。
【図８】ピーク電力を与える時間に合わせて生成される参照波を示す図。
【図９】第２の実施形態に係るレーダシステムにおいて、周波数変換装置及び信号処理装置にＧＰＳ衛星基準信号が供給される例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
第１の実施形態
図１は本発明の第１の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図である。
【００１４】
このシステムは、空中線装置（アンテナ）１１、送信装置１２、受信装置１３、周波数変換装置１６、信号処理装置１７、監視制御装置１８、データ変換装置１９、データ表示装置２０、データ蓄積装置２１、データ通信装置２２、遠隔監視制御装置２３、遠隔表示装置２４から構成される。
【００１５】
このうち遠隔監視制御装置２３及び遠隔表示装置２４は、レーダサイトに設けられた他の装置からは遠方に設けられており、システムを遠隔監視及び遠隔制御するために用いられる。
【００１６】
システムを監視又は制御するための監視制御信号は、遠隔監視制御装置２３から監視制御装置１８に送られる。監視制御装置１８は、監視制御信号に応じて制御信号を信号処理装置１７に送信する。また、監視制御装置１８は、信号処理装置１７からの監視信号を受信して遠隔監視制御装置２３に転送する。
【００１７】
信号処理装置１７は、監視制御装置１８からのデジタル制御信号に応じてアナログの送信ＩＦ（中間周波数）信号を周波数変換装置１６に出力する。周波数変換装置１６は、送信ＩＦ信号を送信ＲＦ（無線周波数）信号に変換（アップコンバート）し、送信装置１２に出力する。送信装置１２は、送信ＲＦ信号を遠距離での観測が可能な送信電力の送信電波に増幅し、空中線装置１１に出力する。
【００１８】
送信電波は空中線装置１１から空中に放射され、観測対象によって反射される。一例として、気象レーダシステムにおける観測対象は、所定の有効反射面積内に存在する降雨粒子である。
【００１９】
観測対象からの反射波（受信電波）は、空中線装置１１によって捕捉され、受信装置１３に受信される。受信装置１３は、受信した受信電波を復調し、受信ＲＦ信号として周波数変換装置１６に出力する。周波数変換装置１６は、受信ＲＦ信号を受診ＩＦ信号に周波数変換（ダウンコンバート）して信号処理装置１７に出力する。
【００２０】
信号処理装置１７は、周波数変換装置１６から出力された受信ＩＦ信号に対して、後述する干渉波除去処理を行う。また号処理部１７は、干渉波除去処理が行われた受信信号に対して、ＩＱ検波、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換、受信電力算出、ドップラー速度算出等の、所要の信号処理を施す。
【００２１】
信号処理装置１７によってデジタル信号処理された受信データ（降水強度やドップラー速度）は、データ変換装置１９に出力される。データ変換装置１９は、信号処理装置１７が算出した受信電力に基づいて、受信データを解析しレーダ反射因子等を検出する。データ表示装置２０は、例えばＬＣＤ等の表示装置であり、データ変換装置１９で解析されたデータを表示する。データ蓄積装置２１は、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の記憶装置を有し、データ変換装置１９で解析されたデータを蓄積する。
【００２２】
データ通信装置２２は、当該解析データを、無線又は有線の通信ネットワークを介してレーダサイト外の遠隔表示装置２４に転送する。遠隔表示装置２４は、例えばＬＣＤ等の表示装置を有し、データ通信装置２２から転送されてきたデータを表示する。
【００２３】
遠隔表示装置２４に表示されたデータに基づいて、遠隔地からレーダサイトを解析し、遠隔監視制御装置２３によってレーダサイトを監視及び制御することができる。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る信号処理装置１７の詳細な構成を示すブロック図である。図２では、干渉波除去処理に係る各部が図示されている。
【００２５】
図２に示すように、信号処理装置１７は、参照波メモリ１７１、シフト部１７２、相関算出部１７３、最大値検出部１７４、ホールド部１７５、及び除去処理部１７６を備えている。
【００２６】
参照波メモリ１７１は、本レーダシステム（自局；被干渉局）に対して電波干渉を与え得る他のレーダ局（他局；与干渉局）が発信する電波の情報（参照波情報）を予め記憶している。参照波メモリ１７１は、一例として、与干渉局が発信する電波の送信パルス幅及びパルス繰り返し周波数を予め記憶する。参照波メモリ１７１は、複数の与干渉局の発信電波（複数の参照波）の情報を記憶していてもよい。
【００２７】
シフト部１７２は、参照波メモリ１７１に記憶された参照波情報に基づいて、与干渉局が発信する電波を再現した参照波を生成する。シフト部１７２は、生成した参照波の時間軸を所定時間量ずつずらしながら相関算出部１７３に出力する。
【００２８】
相関算出部１７３は、周波数変換装置１６から出力された受信信号と、シフト部１７２から出力された参照波との相互相関関数の値を算出する。
【００２９】
最大値検出部１７４は、受信信号と参照波との間で最大の相互相関値を検出する。また最大値検出部１７４は、当該最大の相互相関値を与える時間軸のずらし幅を検出する。検出されたずらし幅は、ホールド部１７５に出力される。
【００３０】
ホールド部１７５は、シフト部１７２が生成する参照波の時間軸のずらし幅が、最大値検出部１７４によって検出されたずらし幅となるように、ずらし幅を固定する。
【００３１】
除去処理部１７６は、受信信号から参照波を減算する。又は、参照波にパルスが存在する時間帯の受信波を除去する。
【００３２】
本実施形態に係る信号処理部１７は、以下のような干渉波除去処理を実行して干渉波の影響を除去する。図３は、信号処理装置１７が実行する干渉波除去処理のフローチャートである。
【００３３】
干渉波除去処理では、参照波メモリ１７１の参照波情報から、例えば図４に示すような参照波が生成される（ステップＳ１１）。例えば、図４の参照波ＰＲＦ１は、短パルスＰ１と長パルスＰ２を、繰り返し周期Ｔ１で繰り返し発信する他局の電波を示す。
【００３４】
シフト部１７２は、生成された参照波の時間軸を所定時間量（例えば１μ秒）だけずらす（ステップＳ１２）。例えば図４の参照波ＰＲＦ１において、短パルスＰ１の立ち上がり点が右へ１μ秒だけずらされる。ただし、ステップＳ１２の処理の初期実行時には、時間軸をずらさなくともよい。
【００３５】
相関算出部１７３は、周波数変換装置１６から出力された受信信号の電力値と、参照波の電力値との相互相関関数の値を算出する（ステップＳ１３）。算出された相関値及び対応する時間軸のずらし幅は、最大値検出部１７４に送られ、最大値検出部１７４の所定の記憶領域にバッファされる。
【００３６】
最大値検出部１７４は、シフト部１７２によってずらされた時間量が、所定時間に達したか否かを判定する（ステップＳ１４）。当該所定時間、すなわちシフト部１７２によってずらされる最大の時間量は、例えば参照波の繰り返し周期（１ｍ秒程度）としてもよい。
【００３７】
シフト部１７２によってずらされた時間量が所定時間に達していない場合（ステップＳ１４でＮｏ）、ステップＳ１２に戻り、参照波の時間軸（パルスＰ１の立ち上がり点）を所定量ずらして、以降の処理を繰り返す。
【００３８】
一方、シフト部１７２がずらした時間量が所定時間に達したと判定された場合（ステップＳ１４でＹｅｓ）、最大値検出部１７４が、バッファされた相関値のうち最大の値を検出する（ステップＳ１５）。そして受信信号との間で最大の相関を与えるずらし幅が得られる。
【００３９】
最大値検出部１７４は、検出した最大値が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。最大値が所定の閾値より小さい場合は（ステップＳ１６でＮｏ）、干渉が生じていないと見なされる（ステップＳ１７）。
【００４０】
最大値が所定の閾値以上である場合は（ステップＳ１６でＹｅｓ）、ホールド部１７５が当該最大の相関を与えるずらし幅をホールドする（ステップＳ１８）。当該ずらし幅の情報はシフト部１７２に出力され、シフト部１７２は、当該参照波と受信信号との間の時間軸のずらし幅を固定する。
【００４１】
除去処理部１７６は、このホールドされた参照波に基づいて除去処理を実行する（ステップＳ１９）。除去処理部１７６は、当該ホールドされた参照波を受信信号から減算する。或いは除去処理部１７６は、当該ホールドされた参照波にパルスが存在する時間帯の受信信号を除去する（受信電力をゼロとする）。
【００４２】
その後、参照波メモリ１７１に記憶された全ての参照波について、処理が終了したか否かが判定される（ステップＳ２０）。
【００４３】
まだ除去処理が行なわれていない参照波があると判定されれば（ステップＳ２０でＮｏ）、他の参照波が生成される（ステップＳ１１）。例えば図４の参照波ＰＲＦ２は、参照波ＰＲＦ１とは異なる与干渉局の電波を示す。参照波ＰＲＦ２では、短パルスＰ１´と長パルスＰ２´が繰り返し周期Ｔ２で繰り返されている。新たに生成された参照波についても、ステップＳ１２以降の処理が繰り返される。
【００４４】
一方、全ての参照波について除去処理が完了している場合は（ステップＳ２０でＹｅｓ）、干渉波除去処理が終了する。
【００４５】
図４は、受信信号の一例と、干渉波除去処理において生成される参照波の例を示す図である。
【００４６】
図４では、受信信号の電力値に参照波ＰＲＦ１に相当する干渉波が生じている。このため、参照波ＰＲＦ１と受信信号との相互相関値は、参照波ＰＲＦ２と受信信号との相互相関値よりも大きい。
【００４７】
参照波ＰＲＦ１の時間軸（短パルスＰ１の開始点）をｔ＝０からずらしていって、図４のように、受信信号に生じる干渉波の周期と参照波ＰＲＦ１の繰り返し周期Ｔ１が同期した場合に、参照波ＰＲＦ１と受信信号との相互相関の値が最大になる。この最大値が所定の閾値よりも大きければ干渉が生じていると判断され、ステップＳ１９の除去処理が行われる。
【００４８】
除去処理では、参照波ＰＲＦ１の電力値が受信信号の電力値から減算される。或いは、参照波ＰＲＦ１において短パルスＰ１及び長パルスＰ２が存在する時間帯の受信の電力値がゼロとされる。
【００４９】
このように、受信信号に混入している干渉波と参照波との相互相関が高いほど、当該参照波に対応する与干渉局の電波による干渉が生じている可能性が高い。本実施形態のレーダシステムによれば、受信信号との相関の高い参照波を検出することができる。このため、受信信号に混入している干渉波が、他局から発信された信号であるかを判断することができる。
【００５０】
また、最大の相互相関に対応する時間のずれを検出することは、受信信号と最も同期の良い参照波パルスの立ち上がり点を検出することに相当する。従って、受信信号との相関が最も高くなるように、参照波と受信信号の同期を取ることができる。このため、受信信号に及ぼされる干渉波の影響を正確に除去することができるようになる。
【００５１】
上述の除去処理（ステップＳ１９）によって、参照波にパルスが存在する時間内の受信信号の情報が削除されてしまうと、エコーが正確に生成できない恐れがある。このような場合、当該参照波のパルス繰り返し周波数に対して、自局のパルス繰り返し周波数をずらしてもよい。レーダは、複数の送信パルスに対する反射波を受信して、ターゲットからの反射強度や速度を検出するため、少数の受信データが除去されたとしても検出に大きな支障は生じない。すなわち、レーダによる検出は距離毎に行われるため、同じ距離に集中して干渉波が混入しなければ、検出が行えることになる。しかしながら、自局のパルス繰り返し周波数と他局のパルス繰り返し周波数とが同じ、あるいは近い場合、同じ距離のデータに集中して干渉波が混入するため、多くの受信データが除去されてしまい有効な検出が行えない。このような場合、当該他局による参照波のパルス繰り返し周波数に対して、自局のパルス繰り返し周波数をずらしてもよい。参照波のパルス繰り返し周波数と、自局のパルス繰り返し周波数をずらすことで、干渉波との同期を防止し、受信信号の情報が削除されることを防止できる。
【００５２】
特に周波数配置が密な場合等には、観測対象からの反射波ではなく他のレーダ局が発信する電波（干渉波）を、空中線装置１１が捕捉してしまうことがある。このような場合に正確に干渉波の影響を除去できるようにすることで、周波数を有効に利用できるようになる。
【００５３】
以下、本発明によるレーダシステムの他の実施形態を説明する。他の実施形態の説明において第１の実施の形態と同一部分は同一参照数字を付してその詳細な説明は省略する。
【００５４】
第２の実施形態
第２の実施形態に係るレーダシステムのブロック図は第１の実施形態のブロック図と同一であるので、図示を省略する。
【００５５】
図５は、本実施形態に係る信号処理装置１７の詳細な構成を示すブロック図である。図５では、干渉波除去処理に係る各部が図示されている。
【００５６】
図５に示すように、信号処理装置１７は、参照波メモリ１７１、ＤＦＴ部２７１と２７２、複素共役検出部２７３、ＩＤＦＴ部２７４、ピーク検出部２７５、閾値判定部２７６及び除去処理部２７７を備えている。
【００５７】
参照波メモリ１７１は、本レーダシステム（自局；被干渉局）に対して電波干渉を与え得る他のレーダ局（他局；与干渉局）が発信する電波の情報（参照波情報）を予め記憶している。参照波メモリ１７１は、一例として、与干渉局が発信する電波の送信パルス幅及びパルス繰り返し周波数を予め記憶する。参照波メモリ１７１は、複数の与干渉局の発信電波（複数の参照波）の情報を記憶していてもよい。
【００５８】
ＤＦＴ部２７１は、デジタル化された受信信号に対して離散フーリエ変換（ＤＦＴあるいはＦＦＴ）を施す。離散フーリエ変換によって、受信信号の周波数成分が得られる。
【００５９】
同様にＤＦＴ部２７２は、参照波メモリ１７１に記憶された参照波情報に基づいて、与干渉局が発信する電波を再現した参照波を生成し、当該参照波に対して離散フーリエ変換（ＦＦＴ）を施す。離散フーリエ変換によって、参照波の周波数成分が得られる。
【００６０】
複素共役検出部２７３は、受信信号の周波数成分に対して複素共役となる参照波の周波数成分を検出する。検出された周波数成分は、ＩＤＦＴ部２７４に出力される。
【００６１】
ＩＤＦＴ部２７４は、検出された周波数成分に対して逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ或いはＩＦＦＴ）を施す。逆フーリエ変換の結果は、ピーク検出部２７５に出力される。
【００６２】
ピーク検出部２７５は、逆フーリエ変換の結果から、時間領域におけるピーク電力値を検出する。このピークを与える時間が、受信信号と参照波の相関が最大となる場合の時間軸のずれを与える。
【００６３】
閾値判定部２７６は、ピーク検出部２７５が検出したピーク電力値が所定の閾値以上であるか否かを判定する。ピーク電力値が所定の閾値以上である場合、干渉が生じていると判定される。
【００６４】
このため、除去処理部２７７によって除去処理が行われる。除去処理部２７７は、第１の実施形態と同様、当該ピークを与える時間を受信信号と参照波の時間軸のずれとして固定して、受信信号から当該参照波を減算する。あるいは、参照波にパルスが存在する時間帯の受信波を除去する。
【００６５】
本実施形態に係る信号処理部１７は、以下のような干渉波除去処理を実行して干渉波の影響を除去する。図６は、信号処理装置１７が実行する干渉波除去処理のフローチャートである。
【００６６】
干渉波除去処理では、参照波メモリ１７１の参照波情報から参照波が生成される（ステップＳ２１）。ＤＦＴ部２７１及び２７２は、受信信号及び参照波に対して離散フーリエ変換を行なう（ステップＳ２２）。
【００６７】
複素共役検出部２７３は、受信信号の周波数成分に対して複素共役となる参照波の周波数成分を検出する（ステップＳ２３）。ＩＤＦＴ部２７４は、検出された周波数成分に対して逆離散フーリエ変換を施す（ステップＳ２４）。
【００６８】
ピーク検出部２７５は、逆離散フーリエ変換の結果から時間領域におけるピークを検出する（ステップＳ２５）。例えば図７に示すように、ピーク電力値を与える時間Ｔが検出される。
【００６９】
ピーク電力値に対応する時間Ｔは、第１の実施形態において図３のステップＳ１５で検出された参照波と受信信号の相互相関を最大とする時間ずれに相当する。すなわち、参照波の時間軸（パルスの立ち上がり点）をｔ＝０から時間Ｔだけずらすと、受信信号と参照波の相関が最大となる。
【００７０】
閾値判定部２７６は、ピーク検出部２７５が検出したピーク電力値が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。当該ピーク電力値が所定の閾値より小さい場合は（ステップＳ２６でＮｏ）、干渉が生じていないとされる（ステップＳ２７）。
【００７１】
ピーク電力値が所定の閾値以上である場合は（ステップＳ２６でＹｅｓ）、干渉が生じているとされ、除去処理部２７７によって除去処理が行われる（ステップＳ２７）。例えば図７に示す例では、時間Ｔにおけるピーク電力値が所定の閾値以上であり、干渉が生じているとされる。
【００７２】
除去処理部２７７は、参照波の時間軸（パルスの立ち上がり点）を時間Ｔだけずらし、この参照波に基づいた除去処理を実行する（ステップＳ２８）。すなわち、図８に示すような時間Ｔだけずれた参照波に基づく除去処理が行われる。除去処理では、除去処理部２７７は、当該時参照波を受信信号から減算する。或いは、当該参照波にパルスが存在する時間帯の受信信号を除去する（受信電力をゼロとする）。
【００７３】
その後、参照波メモリ１７１に記憶された全ての参照波について、処理が終了したか否かが判定される（ステップＳ２９）。
【００７４】
まだ除去処理が行なわれていない参照波があると判定されれば（ステップＳ２９でＮｏ）、他の参照波が生成される（ステップＳ２１）。一方、全ての参照波について除去処理が完了している場合は（ステップＳ２９でＹｅｓ）、干渉波除去処理を終了する。
【００７５】
受信信号に混入している干渉波と参照波との相互相関が高いほど、当該参照波に対応する与干渉局の電波による干渉が生じている可能性が高い。本実施形態のレーダシステムによれば、受信信号との相関の高い参照波を検出することができる。このため、受信信号に混入している干渉波が、他局から発信された信号であるかを判断することができる。
【００７６】
また、ステップＳ２４における逆ＤＦＴの結果得られる電力値（振幅）の値が大きいほど、受信信号との相関が高い参照波であることに相当する。したがって、ピーク電力値を検出することは、第１の実施形態において最大の相互相関に対応する時間のずれを検出したことと同様に、受信信号と最も良く同期した参照波を検出することに相当する。このため、受信信号に及ぼされる干渉波の影響を正確に除去することができるようになる。
【００７７】
また、本実施形態のレーダシステムでは、受信信号との相関が最も強くなるパルスの立ち上がり点を、離散フーリエ変換によって、周波数軸上で算出している。このため、処理に要する計算量を削減することができる。
【００７８】
上述の除去処理（ステップＳ２８）によって、参照波にパルスが存在する時間内の受信信号の情報が削除されてしまうと、エコーが正確に生成できない恐れがある。このような場合、当該参照波のパルス繰り返し周波数に対して、自局のパルス繰り返し周波数をずらしてもよい。レーダは、複数の送信パルスに対する反射波を受信して、ターゲットからの反射強度や速度を検出するため、少数の受信データが除去されたとしても検出に大きな支障は生じない。すなわち、レーダによる検出は距離毎に行われるため、同じ距離に集中して干渉波が混入しなければ、検出が行えることになる。しかしながら、自局のパルス繰り返し周波数と他局のパルス繰り返し周波数とが同じ、あるいは近い場合、同じ距離のデータに集中して干渉波が混入するため、多くの受信データが除去されてしまい有効な検出が行えない。このような場合、当該他局による参照波のパルス繰り返し周波数に対して、自局のパルス繰り返し周波数をずらしてもよい。参照波のパルス繰り返し周波数と、自局のパルス繰り返し周波数をずらすことで、干渉波との同期を防止し、受信信号の情報が削除されることを防止できる。
【００７９】
ステップＳ２２のＤＦＴ処理では、ＤＦＴ部２７２が参照波にＤＦＴ処理を施すとして説明したが、参照波のＤＦＴ結果を予め算出しておき、参照波メモリ１７１に保持しておいてもよい。これによって、干渉波除去処理に要する計算量を削減することができる。
【００８０】
図９は、第２の実施形態に係るレーダシステムにおいて、周波数変換装置及び信号処理装置にＧＰＳ衛星基準信号が供給される例を示した図である。
【００８１】
このレーダシステムは、図１に示す各部に加えて、ＧＰＳ基準信号発生器３０及びＧＰＳアンテナ３１を有する。
【００８２】
ＧＰＳアンテナ３１は、ＧＰＳ衛星３２からのＧＰＳ信号を受信し、受信したＧＰＳ信号をＧＰＳ基準信号発生器３０に出力する。
【００８３】
ＧＰＳ基準信号発生器３０は、ＧＰＳ信号からＧＰＳ基準信号（例えば１０ＭＨｚのクロック信号）を生成し、この基準信号を周波数変換装置１６及び信号処理装置１７に供給する。
【００８４】
このため、周波数変換装置１６１に備えられた発振器（ＰＬＬ）１６３は、基準信号に同期して発振する。発振器１６３の供給する信号はミキサー１６１及び１６２に送られ、周波数変換装置１６の動作周期を決定する。
【００８５】
また、信号処理装置１７のクロック３７２もこの基準信号に同期したクロック信号を生成する。信号処理装置１７に設けられたＡ／Ｄ変換器３７１とＤ／Ａ変換器３７４は、このクロック信号に同期して動作する。図５に示す干渉波除去処理に係る各部は、信号処理装置１７に備えられた演算器３７３内に備えられている。
【００８６】
このレーダシステムに干渉を与える可能性のある与干渉局のレーダ装置も、同様の構成を有するものとする。
【００８７】
このような周波数変換装置１６及び信号処理装置１７によれば、ミキサー１６２から出力されＡ／Ｄ変換器３７２によってデジタル化される受信信号（Ｓ＝Ｉｓ＋ｊＱｓ；ｊは虚数単位）と信号処理装置１７内で生成される参照波信号（Ｒ＝Ｉｒ＋ｊＱｒ）の位相を同期させることができる。
【００８８】
このため、除去処理（ステップＳ２８）において受信信号から参照波を減算する際に、複素数平面上で減算（Ｓ−Ｒ）することができる。
【００８９】
このように、ＧＰＳ信号に基づいてフェーズロックすることで、干渉を与える与干渉局と自局のコヒーレンシーを保つことができ、受信信号から干渉波のみを複素平面上で減算できる。
【００９０】
上述の実施形態では、一例として、降雨量等を観測するための気象レーダにおける干渉波除去について説明した。しかしながら、上述の実施形態は、航空機を検出する空港監視レーダ等、他の１次レーダにも適用可能である。
【００９１】
上述のように、信号処理によって電波干渉の影響を除去することで、密な周波数配置や同一周波数の再利用等による周波数の有効利用を進展させることができるようになる。
【００９２】
本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、１つの実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの実施形態に示される構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。
【符号の説明】
【００９３】
１１…空中線装置（アンテナ）、１２…送信装置、１３…受信装置、１６…周波数変換装置、１７…信号処理装置、１８…監視制御装置、１９…データ変換装置、２０…データ表示装置、２１…データ蓄積装置、２２…データ通信装置、２３…遠隔監視制御装置、２４…遠隔表示装置、１７１…参照波メモリ、１７２…シフト部、１７３…相関算出部、１７４…最大値検出部、１７５…ホールド部、１７６…除去処理部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測対象から反射された受信信号を受信する受信手段と、
干渉波の原因となる与干渉局の電波情報を保持する参照波メモリと、
前記電波情報に基づいて、前記干渉波を再現した参照波パルスを生成する参照波生成手段と、
前記受信信号との相関が最も高くなるよう、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させるパルス制御手段と、
前記受信信号から、前記立ち上がり点が移動した参照波パルスを除去する除去手段と、
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記除去手段は、前記参照波パルスにおいてパルスが存在する時間帯は前記受信信号の値をゼロにすることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記除去手段は、前記受信信号から前記参照波パルスを減算することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記参照波パルスの立ち上がり点を順次移動させながら、前記受信信号との相互相関値を算出する相関算出手段を更に具備し、
前記パルス制御手段は、前記相関算出手段が算出する相互相関値が最大となる点に、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記パルス制御手段は、前記相関算出手段が算出する最大の相互相関値が所定の閾値以上である場合に、前記相互相関値が最大となる点に前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記受信信号と前記参照波パルスの相互相関が最も高くなる前記参照波パルスの立ち上がり点を複素数領域において検出する検出手段を更に具備し、
前記パルス制御手段は、前記検出手段が検出した点に、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項７】
干渉波の原因となる与干渉局の電波情報を保持する参照波メモリを有するレーダ装置において用いられる干渉波除去方法であって、
観測対象から反射された受信信号を受信する受信ステップと、
前記電波情報に基づいて、前記干渉波を再現した参照波パルスを生成する参照波生成ステップと、
前記受信信号との相関が最も高くなるよう、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させるパルス制御ステップと、
前記受信信号から、前記立ち上がり点が移動した参照波パルスを除去する除去ステップと、
を具備することを特徴とする干渉波除去方法。
【請求項８】
前記除去ステップは、前記参照波パルスにおいてパルスが存在する時間帯は前記受信信号の値をゼロにすることを特徴とする請求項７に記載の干渉波除去方法。
【請求項９】
前記除去ステップは、前記受信信号から前記参照波パルスを減算することを特徴とする請求項７に記載の干渉波除去方法。
【請求項１０】
前記参照波パルスの立ち上がり点を順次移動させながら、前記受信信号との相互相関値を算出する相関算出ステップを更に具備し、
前記パルス制御ステップは、前記相関算出ステップによって算出される相互相関値が最大となる点に、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項７に記載の干渉波除去。
【請求項１１】
前記パルス制御ステップは、前記相関算出ステップによって算出される最大の相互相関値が所定の閾値以上である場合に、前記相互相関値が最大となる点に前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項１０に記載の干渉波除去方法。
【請求項１２】
前記受信信号と前記参照波パルスの相互相関が最も高くなる前記参照波パルスの立ち上がり点を複素数領域において検出する検出ステップを更に具備し、
前記パルス制御ステップは、前記検出ステップによって検出された点に、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項７に記載の干渉波除去方法。
【請求項１】
観測対象から反射された受信信号を受信する受信手段と、
干渉波の原因となる与干渉局の電波情報を保持する参照波メモリと、
前記電波情報に基づいて、前記干渉波を再現した参照波パルスを生成する参照波生成手段と、
前記受信信号との相関が最も高くなるよう、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させるパルス制御手段と、
前記受信信号から、前記立ち上がり点が移動した参照波パルスを除去する除去手段と、
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記除去手段は、前記参照波パルスにおいてパルスが存在する時間帯は前記受信信号の値をゼロにすることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記除去手段は、前記受信信号から前記参照波パルスを減算することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記参照波パルスの立ち上がり点を順次移動させながら、前記受信信号との相互相関値を算出する相関算出手段を更に具備し、
前記パルス制御手段は、前記相関算出手段が算出する相互相関値が最大となる点に、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記パルス制御手段は、前記相関算出手段が算出する最大の相互相関値が所定の閾値以上である場合に、前記相互相関値が最大となる点に前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記受信信号と前記参照波パルスの相互相関が最も高くなる前記参照波パルスの立ち上がり点を複素数領域において検出する検出手段を更に具備し、
前記パルス制御手段は、前記検出手段が検出した点に、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項７】
干渉波の原因となる与干渉局の電波情報を保持する参照波メモリを有するレーダ装置において用いられる干渉波除去方法であって、
観測対象から反射された受信信号を受信する受信ステップと、
前記電波情報に基づいて、前記干渉波を再現した参照波パルスを生成する参照波生成ステップと、
前記受信信号との相関が最も高くなるよう、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させるパルス制御ステップと、
前記受信信号から、前記立ち上がり点が移動した参照波パルスを除去する除去ステップと、
を具備することを特徴とする干渉波除去方法。
【請求項８】
前記除去ステップは、前記参照波パルスにおいてパルスが存在する時間帯は前記受信信号の値をゼロにすることを特徴とする請求項７に記載の干渉波除去方法。
【請求項９】
前記除去ステップは、前記受信信号から前記参照波パルスを減算することを特徴とする請求項７に記載の干渉波除去方法。
【請求項１０】
前記参照波パルスの立ち上がり点を順次移動させながら、前記受信信号との相互相関値を算出する相関算出ステップを更に具備し、
前記パルス制御ステップは、前記相関算出ステップによって算出される相互相関値が最大となる点に、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項７に記載の干渉波除去。
【請求項１１】
前記パルス制御ステップは、前記相関算出ステップによって算出される最大の相互相関値が所定の閾値以上である場合に、前記相互相関値が最大となる点に前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項１０に記載の干渉波除去方法。
【請求項１２】
前記受信信号と前記参照波パルスの相互相関が最も高くなる前記参照波パルスの立ち上がり点を複素数領域において検出する検出ステップを更に具備し、
前記パルス制御ステップは、前記検出ステップによって検出された点に、前記参照波パルスの立ち上がり点を移動させることを特徴とする請求項７に記載の干渉波除去方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−５３０３４（Ｐ２０１１−５３０３４Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０１０２０（Ｐ２００９−２０１０２０）
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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