レーダ装置
【課題】パルス幅内で任意の周波数変調を施した送信パルスを空間に発射し、目標からの反射波を受信、パルス圧縮処理するレーダ装置において、送信パルスの先頭と末端にランプ特性を付加し、タイムサイドローブ抑圧を図る方法が提案されている。同方法においては、付加したランプ特性の遷移期間中も周波数掃引を継続する為、送信パルス内の実効帯域が損なわれ、圧縮パルス幅の拡大、即ち距離分解能が劣化する。
【解決方法】送信パルスに付加したランプ特性の遷移期間は、変調周波数掃引を停止し、変調周波数を一定とする。これにより、送信パルス内の帯域を保護し圧縮パルス幅の拡がり、即ち距離分解能の劣化を抑制する。
【解決方法】送信パルスに付加したランプ特性の遷移期間は、変調周波数掃引を停止し、変調周波数を一定とする。これにより、送信パルス内の帯域を保護し圧縮パルス幅の拡がり、即ち距離分解能の劣化を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅内で任意の周波数変調を施した送信パルスを空間に発射し、目標から反射された信号を受信するとともに、パルス圧縮部において、送信パルスと受信信号に基づく相関処理を行うパルス圧縮方式レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置において目標の探知範囲を拡大する為には、空間に発射するパルスの尖頭送信電力、若しくはパルス幅を増加して、平均送信電力を増加させねばならない。しかし、ハードウェアの制約により、尖頭送信電力を上げられない場合は、パルス内で特殊な変調を施した幅の広いパルスを発射し、目標からの反射波を受信処理にてパルス圧縮処理を行い、等価的に高い尖頭送信電力、且つ幅の狭いパルスによる目標からの反射波を得る。この方法を用いて目標の探知を行うレーダ装置を、パルス圧縮レーダ装置と呼称する。（非特許文献１を参照）
【０００３】
このパルス圧縮処理を行う為、送信パルスに施す変調にはパルス内で直線状に周波数掃引するリニアＦＭ変調方式、非直線状に周波数掃引するノンリニアＦＭ変調方式や、擬似乱数符号による符号変調方式(位相変調方式)が用いられる。
【０００４】
パルス圧縮処理は、変調方式に拠らず、送信パルスと同一の波形をフィルタ係数とするトランスバーサルフィルタによる時間領域における相関処理、所謂、マッチドフィルタ処理である。
【０００５】
任意の周波数変調を施した送信パルスの下、前記パルス圧縮処理によって得られる圧縮パルス幅τは、送信パルスに施した周波数変調の変調帯域幅ｆＴにより（数１）で示す数式で表現される。
（数１）
τ ＝ １／ｆＴ
【０００６】
また、パルス圧縮処理においては、主たる圧縮パルスの両端にｓｉｎｃ関数状のタイムサイドローブが発生するが、該タイムサイドローブは、距離方向の偽像として現出し、誤警報の原因となる。
【０００７】
このタイムサイドローブを抑圧する手段として、前記パルス圧縮処理のフィルタ係数にハミング窓等の窓関数を乗算する手段が挙げられる。本手段は、フーリエ変換による周波数解析同様（非特許文献２を参照）、ＳＮ比の劣化を招き、最大探知距離や最小受信信号電力に好ましくない影響を与える。
【０００８】
一方、送信パルスの先頭と末端に、送信パルス幅の最大３０％程度の幅を持ったランプ特性を設けることによりタイムサイドローブの抑圧を図る方法も提案されている（特許文献１と非特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２７０１９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】吉田 孝監修 「改訂 レーダ技術」 社団法人電気通信学会 平成１１年５月２５日 初版第３刷発行 ｐ２７５−２８０
【非特許文献２】ＦＲＥＤＲＩＣ Ｊ．ＨＡＲＲＩＳ，”Ｏｎ ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ｆｏｒ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ”，Ｐｒｏｃ ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ６６，Ｎｏ．１，ｐｐ５５，１．１９７８
【非特許文献３】井口 俊夫 「ＮＩＣＴで行った混信低減技術実証実験について １．気象レーダの混信低減技術」 情報通信研究機構 平成１６年３月１７日 気象レーダの混信低減技術ワークショップ資料
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記のように、送信パルスの先頭と末端にランプ特性を設けることによるタイムサイドローブの抑圧に関する従来技術は、ランプ特性の遷移期間においても送信パルスの周波数掃引を継続しているのが特徴である。
【００１２】
しかしこの場合は、付加したランプ特性により送信パルス幅内の実効変調帯域、即ち（数１）に記すｆＴが損なわれる。このことは、圧縮パルス幅が拡がることを意味する。レーダ装置の距離分解能は圧縮パルス幅τと光速により、（数２）で示す数式で表現される。
（数２）
距離分解能＝光速×τ／２
【００１３】
このように圧縮パルス幅が拡がることにより、レーダ装置の距離分解能が劣化する。前記のようにランプ特性の遷移幅には送信パルス幅の最大３０％程度を割り当てるため、最大で３０％程度の距離分解能の劣化が予想される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明は、
パルス幅内で任意の周波数変調を施した送信パルスを空間に発射し、目標から反射された信号を受信するとともに、パルス圧縮部において、送信パルスと受信信号に基づく相関処理を行うパルス圧縮装置において、
前記パルス圧縮部が出力するパルスの先頭に傾きが正であるランプ波形を付加する第１の波形付加部と、
前記パルス圧縮部が出力するパルスの末尾に傾きが負であるランプ波形を付加する第２の波形付加部と、
送信パルスを周波数掃引して変調する際に前記第１の波形付加部と前記第２の波形付加部によって波形が付加された領域においては掃引を停止する周波数掃引部と、
から成ることを特徴とするパルス圧縮装置とする。
【発明の効果】
【００１５】
送信パルスの立ち上がり、及び立ち下がりの期間中は変調周波数を一定にすることによって、変調パルスが含むべき周波数変位量を保護するため、圧縮パルス幅の劣化を抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかるレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図２】ベースバンド送信パルスの時間対周波数遷移と送信パルスに付加するランプ特性の関係を示す図。
【図３】本発明にかかる処理フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明のパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１の送信波形格納メモリ部１は、任意の変調を施したベースバンド送信パルス ディジタル波形を格納する。本部に格納するベースバンド送信パルスの時間対周波数遷移と送信パルスに付加するランプ特性の関係は図２に示す形状とする。
【００１９】
図１の送信タイミング計時指示部２は、送信パルスを空間に発射するタイミングを指示する送信トリガを生成する。
【００２０】
図１のアドレスカウンタ部３は、送信波形格納メモリ部１に格納したベースバンド送信パルス ディジタル波形を順次読み出す為のアドレスを発行する。本部は送信タイミング計時指示部２で生成した送信トリガをアドレス走査開始タイミングとして、送信波形格納メモリ部１にアドレスを発行する。
【００２１】
図１のＤ／Ａ変換部４は、送信波形格納メモリ部１から順次読み出したベースバンド送信パルス ディジタル波形をアナログ変換する。
【００２２】
図１の送信部５は、Ｄ／Ａ変換部４でアナログ変換したベースバンド送信パルス波形を空間に発射する周波数まで周波数変換、電力増幅する。
【００２３】
図１の空中線部６は、送信部５で周波数変換、電力増幅した送信パルスを空間に発射し、目標からの反射波を受信する。
【００２４】
図１の受信部７は、空中線部６で受信した目標からの反射波を、中間周波数まで周波数変換、電力増幅する。
【００２５】
図１のＡ／Ｄ変換部８は、受信部７で中間周波数に変換した目標からの反射波を標本／量子化する。
【００２６】
図１のディジタル直交検波部９は、Ａ／Ｄ変換部８で標本／量子化した目標からの反射波を直交検波する。
【００２７】
図１のパルス圧縮部１０は、送信波形格納メモリ部１に格納したベースバンド送信パルス ディジタル波形をフィルタ係数に持つトランスバーサルフィルタである。本部は、前記の圧縮計数を以って直交検波部９で検波した目標からの反射波をパルス圧縮処理する。
【００２８】
送信波形格納メモリ部１に格納した形状の送信パルスを前記のような一連の動作を以ってパルス圧縮することにより、パルス圧縮処理で発生するタイムサイドローブを低減し、且つランプ特性の付加による圧縮パルス幅の拡がりを抑制する。
【００２９】
次に、図３に示した処理フローチャートを用いて本発明の処理を説明する。送信波形格納メモリ部１に送信波形を格納するにあたって、まず、傾きが正である幅ａのランプ状波形を送信波形格納メモリ部１に格納する。幅ａは、前記のように、送信パルス幅ｂの最大３０％の半分、つまり、送信パルス幅ｂに対して最大１５％程度となるようにする（Ｓ３０１）。
【００３０】
次に、送信したい幅ｂのパルスを送信格納メモリ部１に格納する（Ｓ３０２）。
【００３１】
次に、傾きが負である幅Ｃのランプ状波形を送信波形格納メモリ部１に格納する。幅ｂは幅ａと同様に、送信パルス幅ｂに対して最大１５％程度となるようにする（Ｓ３０３）。
【００３２】
次に、送信波形格納メモリ部１に格納されたデータをＤ／Ａ変換する（Ｓ３０４）。
【００３３】
次に、送信するために変調するにあたって、ランプ状波形の部分であるところの幅ａを変調周波数一定とし（Ｓ３０５）、幅ｂの送信パルスに対しては通常通り周波数掃引し（Ｓ３０６）、ランプ状波形の部分であるところの幅ｂを変調周波数一定とし（Ｓ３０７）、該変調データを送信処理する（Ｓ３０８）。
【００３４】
このように、ランプ波形を付加によってタイムサイドローブが抑圧され、また、該付加時間において周波数掃引を継続しないという手段によって、圧縮パルス幅が拡大することを防ぎ、距離分解能の劣化を防止できる。
【００３５】
本実施例は、送信パルスの前後に付加するデータとしてランプ波形と限定したが、波形の傾きに関してはこれを限定しない。
【００３６】
また、本発明では付加する波形の幅について、最適な例としてパルス幅の３０％と示したが、これに限定しない。
【符号の説明】
【００３７】
１ 送信波形格納メモリ部
２ 送信タイミング計時指示部
３ アドレスカウンタ部
４ Ｄ／Ａ変換部
５ 送信部
６ 空中線部
７ 受信部
８ Ａ／Ｄ変換部
９ ディジタル直交検波部
１０ パルス圧縮処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅内で任意の周波数変調を施した送信パルスを空間に発射し、目標から反射された信号を受信するとともに、パルス圧縮部において、送信パルスと受信信号に基づく相関処理を行うパルス圧縮方式レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置において目標の探知範囲を拡大する為には、空間に発射するパルスの尖頭送信電力、若しくはパルス幅を増加して、平均送信電力を増加させねばならない。しかし、ハードウェアの制約により、尖頭送信電力を上げられない場合は、パルス内で特殊な変調を施した幅の広いパルスを発射し、目標からの反射波を受信処理にてパルス圧縮処理を行い、等価的に高い尖頭送信電力、且つ幅の狭いパルスによる目標からの反射波を得る。この方法を用いて目標の探知を行うレーダ装置を、パルス圧縮レーダ装置と呼称する。（非特許文献１を参照）
【０００３】
このパルス圧縮処理を行う為、送信パルスに施す変調にはパルス内で直線状に周波数掃引するリニアＦＭ変調方式、非直線状に周波数掃引するノンリニアＦＭ変調方式や、擬似乱数符号による符号変調方式(位相変調方式)が用いられる。
【０００４】
パルス圧縮処理は、変調方式に拠らず、送信パルスと同一の波形をフィルタ係数とするトランスバーサルフィルタによる時間領域における相関処理、所謂、マッチドフィルタ処理である。
【０００５】
任意の周波数変調を施した送信パルスの下、前記パルス圧縮処理によって得られる圧縮パルス幅τは、送信パルスに施した周波数変調の変調帯域幅ｆＴにより（数１）で示す数式で表現される。
（数１）
τ ＝ １／ｆＴ
【０００６】
また、パルス圧縮処理においては、主たる圧縮パルスの両端にｓｉｎｃ関数状のタイムサイドローブが発生するが、該タイムサイドローブは、距離方向の偽像として現出し、誤警報の原因となる。
【０００７】
このタイムサイドローブを抑圧する手段として、前記パルス圧縮処理のフィルタ係数にハミング窓等の窓関数を乗算する手段が挙げられる。本手段は、フーリエ変換による周波数解析同様（非特許文献２を参照）、ＳＮ比の劣化を招き、最大探知距離や最小受信信号電力に好ましくない影響を与える。
【０００８】
一方、送信パルスの先頭と末端に、送信パルス幅の最大３０％程度の幅を持ったランプ特性を設けることによりタイムサイドローブの抑圧を図る方法も提案されている（特許文献１と非特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２７０１９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】吉田 孝監修 「改訂 レーダ技術」 社団法人電気通信学会 平成１１年５月２５日 初版第３刷発行 ｐ２７５−２８０
【非特許文献２】ＦＲＥＤＲＩＣ Ｊ．ＨＡＲＲＩＳ，”Ｏｎ ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ｆｏｒ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ”，Ｐｒｏｃ ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ６６，Ｎｏ．１，ｐｐ５５，１．１９７８
【非特許文献３】井口 俊夫 「ＮＩＣＴで行った混信低減技術実証実験について １．気象レーダの混信低減技術」 情報通信研究機構 平成１６年３月１７日 気象レーダの混信低減技術ワークショップ資料
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記のように、送信パルスの先頭と末端にランプ特性を設けることによるタイムサイドローブの抑圧に関する従来技術は、ランプ特性の遷移期間においても送信パルスの周波数掃引を継続しているのが特徴である。
【００１２】
しかしこの場合は、付加したランプ特性により送信パルス幅内の実効変調帯域、即ち（数１）に記すｆＴが損なわれる。このことは、圧縮パルス幅が拡がることを意味する。レーダ装置の距離分解能は圧縮パルス幅τと光速により、（数２）で示す数式で表現される。
（数２）
距離分解能＝光速×τ／２
【００１３】
このように圧縮パルス幅が拡がることにより、レーダ装置の距離分解能が劣化する。前記のようにランプ特性の遷移幅には送信パルス幅の最大３０％程度を割り当てるため、最大で３０％程度の距離分解能の劣化が予想される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明は、
パルス幅内で任意の周波数変調を施した送信パルスを空間に発射し、目標から反射された信号を受信するとともに、パルス圧縮部において、送信パルスと受信信号に基づく相関処理を行うパルス圧縮装置において、
前記パルス圧縮部が出力するパルスの先頭に傾きが正であるランプ波形を付加する第１の波形付加部と、
前記パルス圧縮部が出力するパルスの末尾に傾きが負であるランプ波形を付加する第２の波形付加部と、
送信パルスを周波数掃引して変調する際に前記第１の波形付加部と前記第２の波形付加部によって波形が付加された領域においては掃引を停止する周波数掃引部と、
から成ることを特徴とするパルス圧縮装置とする。
【発明の効果】
【００１５】
送信パルスの立ち上がり、及び立ち下がりの期間中は変調周波数を一定にすることによって、変調パルスが含むべき周波数変位量を保護するため、圧縮パルス幅の劣化を抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかるレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図２】ベースバンド送信パルスの時間対周波数遷移と送信パルスに付加するランプ特性の関係を示す図。
【図３】本発明にかかる処理フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明のパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１の送信波形格納メモリ部１は、任意の変調を施したベースバンド送信パルス ディジタル波形を格納する。本部に格納するベースバンド送信パルスの時間対周波数遷移と送信パルスに付加するランプ特性の関係は図２に示す形状とする。
【００１９】
図１の送信タイミング計時指示部２は、送信パルスを空間に発射するタイミングを指示する送信トリガを生成する。
【００２０】
図１のアドレスカウンタ部３は、送信波形格納メモリ部１に格納したベースバンド送信パルス ディジタル波形を順次読み出す為のアドレスを発行する。本部は送信タイミング計時指示部２で生成した送信トリガをアドレス走査開始タイミングとして、送信波形格納メモリ部１にアドレスを発行する。
【００２１】
図１のＤ／Ａ変換部４は、送信波形格納メモリ部１から順次読み出したベースバンド送信パルス ディジタル波形をアナログ変換する。
【００２２】
図１の送信部５は、Ｄ／Ａ変換部４でアナログ変換したベースバンド送信パルス波形を空間に発射する周波数まで周波数変換、電力増幅する。
【００２３】
図１の空中線部６は、送信部５で周波数変換、電力増幅した送信パルスを空間に発射し、目標からの反射波を受信する。
【００２４】
図１の受信部７は、空中線部６で受信した目標からの反射波を、中間周波数まで周波数変換、電力増幅する。
【００２５】
図１のＡ／Ｄ変換部８は、受信部７で中間周波数に変換した目標からの反射波を標本／量子化する。
【００２６】
図１のディジタル直交検波部９は、Ａ／Ｄ変換部８で標本／量子化した目標からの反射波を直交検波する。
【００２７】
図１のパルス圧縮部１０は、送信波形格納メモリ部１に格納したベースバンド送信パルス ディジタル波形をフィルタ係数に持つトランスバーサルフィルタである。本部は、前記の圧縮計数を以って直交検波部９で検波した目標からの反射波をパルス圧縮処理する。
【００２８】
送信波形格納メモリ部１に格納した形状の送信パルスを前記のような一連の動作を以ってパルス圧縮することにより、パルス圧縮処理で発生するタイムサイドローブを低減し、且つランプ特性の付加による圧縮パルス幅の拡がりを抑制する。
【００２９】
次に、図３に示した処理フローチャートを用いて本発明の処理を説明する。送信波形格納メモリ部１に送信波形を格納するにあたって、まず、傾きが正である幅ａのランプ状波形を送信波形格納メモリ部１に格納する。幅ａは、前記のように、送信パルス幅ｂの最大３０％の半分、つまり、送信パルス幅ｂに対して最大１５％程度となるようにする（Ｓ３０１）。
【００３０】
次に、送信したい幅ｂのパルスを送信格納メモリ部１に格納する（Ｓ３０２）。
【００３１】
次に、傾きが負である幅Ｃのランプ状波形を送信波形格納メモリ部１に格納する。幅ｂは幅ａと同様に、送信パルス幅ｂに対して最大１５％程度となるようにする（Ｓ３０３）。
【００３２】
次に、送信波形格納メモリ部１に格納されたデータをＤ／Ａ変換する（Ｓ３０４）。
【００３３】
次に、送信するために変調するにあたって、ランプ状波形の部分であるところの幅ａを変調周波数一定とし（Ｓ３０５）、幅ｂの送信パルスに対しては通常通り周波数掃引し（Ｓ３０６）、ランプ状波形の部分であるところの幅ｂを変調周波数一定とし（Ｓ３０７）、該変調データを送信処理する（Ｓ３０８）。
【００３４】
このように、ランプ波形を付加によってタイムサイドローブが抑圧され、また、該付加時間において周波数掃引を継続しないという手段によって、圧縮パルス幅が拡大することを防ぎ、距離分解能の劣化を防止できる。
【００３５】
本実施例は、送信パルスの前後に付加するデータとしてランプ波形と限定したが、波形の傾きに関してはこれを限定しない。
【００３６】
また、本発明では付加する波形の幅について、最適な例としてパルス幅の３０％と示したが、これに限定しない。
【符号の説明】
【００３７】
１ 送信波形格納メモリ部
２ 送信タイミング計時指示部
３ アドレスカウンタ部
４ Ｄ／Ａ変換部
５ 送信部
６ 空中線部
７ 受信部
８ Ａ／Ｄ変換部
９ ディジタル直交検波部
１０ パルス圧縮処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅内で任意の周波数変調を施した送信パルスを空間に発射し、目標から反射された信号を受信するとともに、パルス圧縮部において、送信パルスと受信信号に基づく相関処理を行うパルス圧縮装置において、
前記パルス圧縮部が出力するパルスの先頭に傾きが正であるランプ波形を付加する第１の波形付加部と、
前記パルス圧縮部が出力するパルスの末尾に傾きが負であるランプ波形を付加する第２の波形付加部と、
送信パルスを周波数掃引して変調する際に前記第１の波形付加部と前記第２の波形付加部によって波形が付加された領域においては掃引を停止する周波数掃引部と、
から成ることを特徴とするパルス圧縮装置。
【請求項１】
パルス幅内で任意の周波数変調を施した送信パルスを空間に発射し、目標から反射された信号を受信するとともに、パルス圧縮部において、送信パルスと受信信号に基づく相関処理を行うパルス圧縮装置において、
前記パルス圧縮部が出力するパルスの先頭に傾きが正であるランプ波形を付加する第１の波形付加部と、
前記パルス圧縮部が出力するパルスの末尾に傾きが負であるランプ波形を付加する第２の波形付加部と、
送信パルスを周波数掃引して変調する際に前記第１の波形付加部と前記第２の波形付加部によって波形が付加された領域においては掃引を停止する周波数掃引部と、
から成ることを特徴とするパルス圧縮装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２６６４００（Ｐ２０１０−２６６４００Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２００２８（Ｐ２００９−１２００２８）
【出願日】平成２１年５月１８日（２００９．５．１８）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１８日（２００９．５．１８）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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