物標探知装置および物標探知方法
【課題】変調パルス信号から得られる受信信号の飽和に起因する各問題を抑制できるレーダ装置を実現する。
【解決手段】送信部１１は、通常処理として、無変調パルス信号のパルス状送信信号ＰＳｎと変調パルス信号のパルス状送信信号ＰＭｎとの組を所定のパルス群の繰り返し周期で送信する。受信部１４で受信信号が飽和すると、飽和検出部１６がこれを検出して、飽和情報を送信部１１と画像形成部１７へ出力する。送信部１１は、飽和情報を取得すると、次の組のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１の受信期間を延長し、パルス状送信信号ＰＭｎ＋１の送信を中止する。画像形成部１７は、飽和したパルス状送信信号ＰＭｎのパルス圧縮後の信号を、次の組のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１の受信期間における当該期間に対応する期間の受信信号に置き換えて画像処理用データを形成する。
【解決手段】送信部１１は、通常処理として、無変調パルス信号のパルス状送信信号ＰＳｎと変調パルス信号のパルス状送信信号ＰＭｎとの組を所定のパルス群の繰り返し周期で送信する。受信部１４で受信信号が飽和すると、飽和検出部１６がこれを検出して、飽和情報を送信部１１と画像形成部１７へ出力する。送信部１１は、飽和情報を取得すると、次の組のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１の受信期間を延長し、パルス状送信信号ＰＭｎ＋１の送信を中止する。画像形成部１７は、飽和したパルス状送信信号ＰＭｎのパルス圧縮後の信号を、次の組のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１の受信期間における当該期間に対応する期間の受信信号に置き換えて画像処理用データを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パルス状の送信信号が物標に反射して得られる受信信号に基づいて物標の探知を行うレーダ装置等の物標探知装置および物標探知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、物標探知装置の一種であるレーダ装置は、パルス信号を探知対象領域へ送信して反射信号から物標の探知を行う。このようなレーダ装置には、受信信号のＳ／Ｎを改善し、物標探知性能を向上させるために、パルス圧縮処理を用いたレーダ装置が存在する。
【０００３】
このような変調パルス信号を用いたレーダ装置では、反射断面積が大きな物体が探知対象領域内に存在すると受信信号をＬＮＡで増幅する際に飽和してしまうことがある。このように受信信号が飽和してしまうと、受信信号のピークレベルが頭打ちして、Ｓ／Ｎが低下したりすることで、正確な物標探知結果を得られなくなってしまう。特に、ＦＭチャープ信号からなるパルス状の送信信号（以下、「変調パルス信号」と称する。）を送信するパルス圧縮処理を用いたレーダ装置の場合、受信信号が飽和すると、受信信号の周波数成分比と送信信号の周波数成分比が一致しなくなることで、パルス圧縮時に、ピーク周波数のレベルが低下したり、レンジサイドローブ（時間軸上でのサイドローブ）が発生してしまう。
【０００４】
図４は従来のレーダ装置におけるパルス圧縮後の信号のレンジサイドローブの発生について説明するための図であり、図４（Ａ）は送信信号、受信信号、およびパルス圧縮後の信号の時間軸波形を示す図であり、図４（Ｂ）は基本的な物標探知方法を説明するための平面図である。
【０００５】
図４（Ｂ）に示すように、自船に搭載されたレーダ装置は、アンテナを介して図４（Ａ）に示すように、短距離探知用のパルス信号ＰＳｎ（ｎは正の整数）と中距離探知用のパルス信号ＰＭｎ（ｎは正の整数）とを交互に、順次所定のタイミング間隔で送信する。この際、短距離探知用のパルス信号ＰＳｎは無変調パルスから形成されており、中距離探知用のパルス信号ＰＭｎは、変調パルスによって形成されている。
【０００６】
ここで、図４（Ｂ）に示すように、中距離探知用のパルス信号ＰＭ１，ＰＭ２の送信方向に反射断面積の大きい物標９０が存在すると、パルス信号ＰＭ１，ＰＭ２に対応する受信信号ＲＥ９０１，９０２が増幅時に飽和して、これらのパルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１，９０２には、図４（Ａ）のハッチング部に示すように、レンジサイドローブが発生してしまう。このため、Ｓ／Ｎが劣化したり、他の物体からの反射信号が当該レンジサイドローブに埋もれてしまう等の問題が発生し、正確な物標探知を行えなくなってしまう。
【０００７】
このような受信信号の飽和を回避する方法として、次に示すような各種の方法が存在する。
（１）所謂ＳＴＣ処理すなわち受信信号をアナログ的に振幅減衰させる方法、
（２）特許文献１に示すような、受信信号を減衰させない伝送系と受信信号を減衰させる伝送系との２系統備えて、ダイナミックレンジを改善する方法、
（３）特許文献２に示すような、受信信号をＬＮＡに通す伝送系と、受信信号をＬＮＡに通さない伝送系とを、飽和を検知して切り替える方法、
がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１３７０７１号公報
【特許文献２】特開平９−７２９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の（１）の方法を用いた場合、受信信号の振幅の減衰とともに、受信信号の一つの波形内で位相が変化してしまうので、パルス圧縮処理を行うと、上述の飽和の場合と同様に、レンジサイドローブが発生してしまう。
【００１０】
また、上述の（２）の方法を用いた場合、受信系回路を複数設けなければならないため、ハードウエアの規模が大幅に大きくなってしまう。また、このような回路構成で稼ぐことができる追加のダイナミックレンジは小さく、飽和を完全に抑制することができるとは限らない。
【００１１】
また、上述の（３）の方法を用いた場合、飽和を検知することで、伝送系を切り替えるので、飽和の検知のタイミングから切り替える期間に対しては、正確な探知画像を得ることができない。
【００１２】
このような課題を鑑みて、本発明の目的は、受信信号が飽和しても正確な探知画像を形成できる物標探知装置、物標探知方法、およびパルスレーダ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、異なる探知領域を異なるパルス状信号で探知し、探知した情報を合成してアンテナ位置から所定距離までの領域を探知する物標探知装置に関するものである。この物標探知装置は、送信部、受信部、飽和検出部、画像形成部、を備える。送信部は、少なくとも２以上の異なるパルス状送信信号を所定のタイミングで送信する。受信部は、送信したパルス状信号の反射信号を受信して受信信号を生成する。飽和検出部は、送信したパルス状信号に対する受信信号のレベルを所定閾値と比較し、該受信信号の飽和を検出する。画像形成部は、受信信号に基づいて探知画像を形成する。そして、送信部は、飽和検出部が受信信号の飽和を検出した時、送信したパルス状信号とは異なる代替パルス状信号を生成する。画像形成部は、代替パルス状信号を用いて探索した受信信号を、飽和した受信信号に代えて用いる。
【００１４】
この構成では、所定のパルス状信号による受信信号が飽和した場合に、代替パルス状信号を送信する。そして、飽和した受信信号を用いずに、代替パルス状信号の受信信号で画像を形成する。これにより、飽和した受信信号による不正確な画像の形成が防止される。
【００１５】
また、この発明の物標探知装置の送信部は、代替パルス状信号として、飽和が検出された領域からの反射信号による受信信号のレベルが飽和しないパルス状信号を送信する。
【００１６】
この構成では、代替パルス状信号の受信信号が飽和しないので、当該代替パルス状信号の受信信号を用いれば、正確な画像を形成することができる。
【００１７】
また、この発明の物標探知装置の送信部は、送信部は、少なくとも近距離領域探知用のパルス状信号と、中距離領域探知用のパルス状信号とを含む２以上の異なるパルス状信号を予め決められた順序で送信し、中距離領域探知用のパルス状信号が飽和した際に用いる代替パルス状信号に近距離領域探知用のパルス状信号を用いる。
【００１８】
この構成では、近距離領域探知用のパルス状信号が、よりアンテナから遠い領域である中距離領域以遠では基本的に飽和しないことを利用している。そして、このように近距離領域探知用のパルス状信号を代替パルス状信号にすることで、確実に受信信号を飽和させず、正確な画像を形成することができる。
【００１９】
また、この発明の物標探知装置の送信部は、代替パルス状信号として、一定のキャリア周波数のパルス状信号を用いる。
【００２０】
この構成では、具体的な飽和検出に利用するパルス状信号として、一定のキャリア周波数のパルス状信号（無変調パルス信号）を用いる場合を示している。
【００２１】
また、この発明の物標探知装置の送信部は、代替パルス状信号として、キャリア周波数が順次変化し、振幅レベルが制限されたパルス状信号を用いる。
【００２２】
この構成では、具体的な飽和検出に利用するパルス状信号として、キャリア周波数が変化するパルス状信号（変調パルス信号）を用いる場合を示している。
【００２３】
また、この発明の物標探知装置の飽和検出部は、パルス状信号のキャリア周波数が順次変化するパルス状信号である場合にのみ、飽和検出を行う。
【００２４】
この構成では、パルス状信号が、一定のキャリア周波数からなるパルス信号である無変調パルス信号であれば、パルス圧縮処理を行わないので、飽和によるレンジサイドローブの発生はないことを利用し、当該無変調パルス信号の場合には飽和検出を行わない。そして、飽和によりレンジサイドローブが発生する変調パルス信号の場合にのみ飽和検出を行う。これにより、必要な場合にのみ飽和検出が行われ、不必要な飽和検出をなくすことができる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、変調パルス信号を用いる物標探知装置や物標探知方法において、当該送信信号に基づく受信信号が飽和しても、正確な探知画像を確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るレーダ装置の主要構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るレーダ装置の信号処理を説明するための図である。
【図３】第２の実施形態に係るレーダ装置の信号処理を説明するための図である。
【図４】従来のレーダ装置におけるパルス圧縮後の信号のレンジサイドローブの発生について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の第１の実施形態に係る物標探知装置について、図を参照して説明する。なお、本実施形態で示す物標探知装置は具体的にはパルスレーダ装置であるが、変調パルス信号からなるパルス状送信信号を用いて物標を探知する装置であれば、他の装置であってもよい。
【００２８】
まず、本実施形態のレーダ装置１０の構成について説明する。図１は、本実施形態のレーダ装置１０の主要回路構成を示すブロック図である。
【００２９】
レーダ装置１０は、送信部１１、サーキュレータ１２、アンテナ１３、受信部１４、パルス圧縮部１５、飽和検出部１６、および画像形成部１７を備える。
【００３０】
送信部１１は、半導体等の発振素子を有し、通常の送信制御時には、従来技術の図４（Ａ）に示したように、一定のパルス群の繰り返し周期（ＰＲＦ）で、短距離探知用パルス信号ＰＳｎ（ｎは正の整数）と中距離探知用のパルス信号ＰＭｎ（ｎは正の整数）との組を、順次送信する。なお、パルス群の繰り返し周期とは、短距離探知用のパルス信号ＰＳｎ、および中距離探知用のパルス信号ＰＭｎからなるパルス列を一群とし、当該一群が繰り返し送信される周期を示すものである。
【００３１】
送信タイミングのフローとしては、例えば、送信部１１は、まず短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳ１を無変調パルス信号で送信する。送信部１１は、このパルス状送信信号ＰＳ１の送信後、短距離領域に対応する時間長だけ短距離探知用の受信期間ＴＷＳを設ける。ここで、短距離領域とは自船近傍の所定の距離範囲を意味する。
【００３２】
次に、送信部１１は、受信期間ＴＷＳ後に、中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭ１を変調パルス信号で送信する。送信部１１は、このパルス状送信信号ＰＭ１の送信後、中距離領域に対応する時間長だけ中距離探知用の受信期間ＴＷＭを設ける。ここで、中距離領域とは、前述した近距離領域よりも遠方の所定の距離範囲を意味する。これら短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳ１と中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭ１とにより、第１のパルス送信の組が形成される。なお、本実施形態では、この短距離領域と中距離距離領域の受信信号を合成して、アンテナ位置から所定距離までの領域を探索する例について説明する。
【００３３】
次に、送信部１１は、受信期間ＴＷＭ後に、短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳ２を無変調パルス信号で送信し、受信期間ＴＷＳを設け、中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭ２を送信し、受信期間ＴＷＭを設ける。これら短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳ２と中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭ２とにより、第２のパルス送信の組が形成される。そして、送信部１１は、このようなパルス送信の組を形成しながら、パルス状送信信号ＰＳｎとパルス状送信信号ＰＭｎとを交互に順次送信する。
【００３４】
また、送信部１１は、後述する飽和検出部１６から受信信号の飽和情報を取得すると、後述の図２に示すように、当該受信信号が飽和したパルス状送信信号ＰＭｎを含むパルス送信の組の次の組に対する送信制御を変更する。具体的には、当該変更対象とする組の短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１はそのまま送信し、中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭｎ＋１は送信しない。そして、短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１に対する受信期間を中距離探知用の受信期間ＴＷＭに設定する。この次の組のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１が本発明の「代替のパルス状送信信号」に相当する。
【００３５】
サーキュレータ１２は、送信部１１からの各パルス状送信信号をアンテナ１３へ伝送する。アンテナ１３は、所定の回転速度で定速度回転し続けながら、供給されたパルス状送信信号を外部へ放射するとともに、パルス状送信信号が供給されていない期間（上述の受信期間ＴＷＳ、ＴＷＭ）は、外部の物標からの反射信号を受信して、受信信号をサーキュレータ１２へ出力する。サーキュレータ１２は、アンテナ１３からの受信信号を受信部１４へ出力する。なお、アンテナ１３の回転速度と送信信号のビーム幅との関係は、レーダの仕様等で予め設定されており、例えば自装置から所定距離で所定反射断面積を有する物標であれば、連続する複数の送信信号が当該物標で反射されるように設定されている。
【００３６】
受信部１４は、ＬＮＡ（低雑音増幅器）を備え、受信信号を増幅して出力する。受信部１４には送信部１１から送信タイミングに関するデータが与えられており、受信部１４は、送信タイミングに関するデータに基づいて、無変調パルス信号による受信信号であれば画像形成部１６へ出力し、変調パルス信号であればパルス圧縮部１５へ出力する。
【００３７】
パルス圧縮部１５は、例えば、フーリエ変換部、マッチドフィルタ、逆フーリエ変換部を備え、受信部１４からの変調パルス信号を既知の方法でパルス圧縮して、パルス圧縮後の信号を、画像形成部１７へ出力する。
【００３８】
飽和検出部１６は、受信部１４のＬＮＡで増幅する受信信号の飽和を検出すると、飽和情報を送信部１１および画像形成部１７へ出力する。
【００３９】
画像形成部１７は、飽和検出部１６からの飽和情報が入力されていなければ、受信部１４からの無変調パルス信号の受信信号とパルス圧縮部１５からのパルス圧縮後の信号とを用いて、探知画像データを形成する。この際、画像形成部１７は、必要に応じて、既知のパルス積分処理を行う。パルス積分処理とは、アンテナ１３の回転する方向に沿って隣り合う受信信号同士を積算する処理である。画像形成部１７から出力された探知画像データは、図示しない表示器に表示される等の処理が施される。
【００４０】
また、画像形成部１７は、飽和情報が入力されると、飽和した受信信号によるパルス圧縮後の信号でのレンジサイドローブ発生区間に対して、次の組のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１のレンジサイドローブ発生区間に対応する区間の受信信号で置き換え、当該置き換えた受信信号に基づいてレンジサイドローブ発生区間に対する画像形成を行う。
【００４１】
次に、受信部１４での飽和が発生した場合のより具体的な処理について、図２を参照して説明する。図２は本実施形態に係るレーダ装置の信号処理を説明するための図である。なお、以下では、図４（Ｂ）に示すように、短距離探知領域に反射断面積の小さい物標９１が存在し、中距離探知領域に反射断面積が大きい物標９０が存在している場合を例に説明する。
【００４２】
まず、第１のパルス送信の組として、無変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＳ１が送信され、受信期間ＴＷＳ内における自装置から物標９１までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９１１が得られる。この受信信号は、無変調パルス信号に対する受信信号であるので、そのまま画像形成部１７に入力されて、画像形成に利用される。
【００４３】
次に、パルス状送信信号ＰＳ１の送信完了タイミングから受信期間ＴＷＳの後、変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＭ１が送信され、受信期間ＴＷＭ内における自装置から物標９０までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９０１が得られる。ここで、物標９０の反射断面積が大きいことにより、受信信号ＲＥ９０１を受信部１４で増幅した際に飽和してしまうと、パルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１は、ピークレベルを有するものの、レンジサイドローブを有する信号となる（図２の三段目の信号波形参照）。
【００４４】
この際、飽和検出部１６は受信信号ＲＥ９０１の飽和を検出しており、飽和情報が送信部１１および画像形成部１７へ入力されている。
【００４５】
送信部１１は、この飽和情報に基づいて、第２のパルス送信の組の短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳ２の送信後の受信期間を中距離探知用のＴＷＭに設定するとともに、パルス状送信信号ＰＭ２の送信を中止する。
【００４６】
画像形成部１７は、物標９１に対する無変調パルス信号の受信信号ＲＥ９１１については、そのまま探知画像用信号として利用する。
【００４７】
また、画像形成部１７は、物標９０に対するパルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１がパルス圧縮部１５から入力されると、当該パルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１のピークレベルのタイミングｔｐを検出する。さらに、画像形成部１７は、ピークレベルのタイミングｔｐを時間軸の中心として、パルス状送信信号ＰＭ１のパルス幅ＷＰＭの略２倍の期間ＴＲＳのデータを「０」データ列に置き換える。これは、パルス圧縮後のレンジサイドローブが発生する期間が送信信号のパルス幅の略２倍であることに基づくものである。これにより、レンジサイドローブが発生している期間を確実に「０」データ列に置き換えることができる。
【００４８】
次に、送信部１１から無変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＳ２が送信されると、受信期間ＴＷＭ内における自装置から物標９１までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９１２が得られ、自装置から物標９０までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９０２が得られる。これらの受信信号は、無変調パルス信号に対する受信信号であるので、そのまま画像形成部１７に入力される。
【００４９】
画像形成部１７は、物標９１に対する無変調パルス信号の受信信号ＲＥ９１２については、受信信号ＲＥ９１１とともに、そのまま探知画像用信号として利用する。
【００５０】
さらに、画像形成部１７は、パルス状送信信号ＰＳ２に対する受信期間ＴＷＭ内の上述の破棄対象の期間ＴＲＳに対応する期間Ｔ’ＲＳの受信信号、すなわち、実質的に物標９０の反射エコーであるＲＥ９０２を含む期間の受信信号を取得する。そして、画像形成部１７は、当該ＲＥ９０２を含む受信信号をそのまま探知画像用信号として利用するとともに、当該ＲＥ９０２を含む受信信号を、前の処理で「０」データ列に置き換えた期間に補填する。
【００５１】
このような処理を行うことで、パルス圧縮によってレンジサイドローブが生じた信号を用いることなく、画像形成を行うことができる。これにより、レンジサイドローブの発生によるＳ／Ｎの低下を防止できるとともに、レンジサイドローブの期間内に反射断面積の小さな物標があったとしても、確実に探知することができる。すなわち、物標探知性能を向上することができる。
【００５２】
なお、この処理の際、アンテナを回転しながら送信を行い、飽和したパルス状送信信号ＰＭ１の次の組のパルス状送信信号ＰＳ２による受信信号を、パルス状送信信号ＰＭ１の受信信号に置き換えているので、現実的に正確な物標９０のエコーを得られないようにも感じられる。しかしながら、本装置からの送信信号は上述のようにビーム幅を有するものであり、飽和が生じるような反射断面積が大きな物標であり、且つ受信信号のレベルが飽和するほど大きければ、飽和が生じた次の組での受信信号は、確実に同じ物標９０に反射して得られるものとなる。したがって、本実施形態の構成及び処理を用いることで、反射断面積の大きな物標９０を正確に探知するとともに、レンジサイドローブによる悪影響を防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭｎの送信中止処理を、飽和が発生したパルス送信の組の次の一組にのみ実行する例を示したが、複数組に亘って実行することも可能である。
【００５４】
次に、第２の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態のレーダ装置１０に対して、レーダ装置のブロック構成としては同じであり、送信部１１および画像形成部１７の処理が異なるのみであるので、必要部のみを説明する。
【００５５】
概略的には、本実施形態では、受信信号が飽和すると、送信部１１は、当該飽和したパルス状送信信号ＰＭｎの直後に、無変調パルス信号からなる代替のパルス状送信信号ＰＭ’ｎを送信し、中距離探知用の受信期間ＴＷＭを設けて、通常の送信制御処理に対して挿入する。そして、画像形成部１７は、代替のパルス状送信信号ＰＭ’ｎの受信信号で、飽和したパルス状送信信号ＰＭ２のパルス圧縮後の信号の期間を補填する。
【００５６】
具体的には、図３に示すような処理が実行される。図３は本実施形態に係るレーダ装置の信号処理を説明するための図である。なお、以下でも、第１の実施形態と同様に図４（Ｂ）に示すように、短距離探知領域に反射断面積の小さい物標９１が存在し、中距離探知領域に反射断面積が大きい物標９０が存在している場合を例に説明する。
【００５７】
まず、第１のパルス送信の組として、無変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＳ１が送信され、受信期間ＴＷＳ内における自装置から物標９１までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９１１が得られる。この受信信号は、無変調パルス信号に対する受信信号であるので、そのまま画像形成部１７に入力されて、画像形成に利用される。
【００５８】
次に、パルス状送信信号ＰＳ１の送信完了タイミングから受信期間ＴＷＳの後、変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＭ１が送信され、受信期間ＴＷＭ内における自装置から物標９０までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９０１が得られる。ここで、物標９０の反射断面積が大きいことにより、受信信号ＲＥ９０１を受信部１４で増幅した際に飽和してしまうと、パルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１は、ピークレベルを有するものの、レンジサイドローブを有する信号となる（図２の三段目の信号波形参照）。
【００５９】
この際、飽和検出部１６は受信信号ＲＥ９０１の飽和を検出しており、飽和情報が送信部１１および画像形成部１７へ入力されている。
【００６０】
送信部１１は、この飽和情報に基づいて、パルス状送信信号ＰＭ１に対する受信期間ＴＷＭの後に、無変調パルスからなる代替のパルス状送信信号ＰＭ１’を送信し、当該送信後に中距離探知用の受信期間ＴＷＭを設定する。なお、代替のパルス状送信信号ＰＭ１’は、変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＭ１のパルス圧縮後の信号と距離分解能及びＳ／Ｎ比が略同一となるような信号であることが望ましく、飽和したパルス状送信信号に応じて、無変調パルスからなる代替のパルス状送信信号ＰＭ１’の送信電力及びパルス幅が適宜設定される。
【００６１】
画像形成部１７は、物標９１に対する無変調パルス信号の受信信号ＲＥ９１１については、そのまま探知画像用信号として利用する。
【００６２】
また、画像形成部１７は、物標９０に対するパルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１がパルス圧縮部１５から入力されると、当該パルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１のピークレベルのタイミングｔｐを検出する。さらに、画像形成部１７は、ピークレベルのタイミングｔｐを時間軸の中心として、パルス状送信信号ＰＭ１のパルス幅ＷＰＭの略２倍の期間ＴＲＳのデータを「０」データ列に置き換える。
【００６３】
次に、送信部１１から無変調パルス信号からなる代替のパルス状送信信号ＰＭ１’が送信されると、受信期間ＴＷＭ内における自装置から物標９１までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９１１’が得られ、自装置から物標９０までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９０１’が得られる。
【００６４】
画像形成部１７は、物標９１に対する無変調パルス信号の受信信号ＲＥ９１１’は破棄し、上記期間ＴＲＳに対応する期間Ｔ’ＲＳの受信信号、すなわち、実質的に物標９０の反射エコーであるＲＥ９０１’を含む期間の受信信号を取得する。そして、画像形成部１７は、当該ＲＥ９０１’を含む受信信号を、前の処理で「０」データ列に置き換えた期間に補填する。
【００６５】
このような処理を行っても、パルス圧縮によってレンジサイドローブが生じた信号を用いることなく、画像形成を行うことができる。これにより、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、飽和を検出した際の代替のパルス状送信信号の送信回数を一回としているが、送信回数は必要に応じて適宜設定することも可能である。
【００６７】
また、上述の各実施形態では、代替のパルス状送信信号を無変調パルス信号とする例を示したが、変調パルス信号であって、パルス状送信信号ＰＭｎよりも送信電力を低下させた信号であってもよい。この場合、送信電力は、例えば短距離探知領域と中距離探知領域との境界に、現実的考え得る最大の反射断面積を有する物標が存在しても受信信号が飽和しないように設定すると上述の問題は生じない。ただし、この設定の場合、送信電力が必要以上に低くなりすぎてしまう可能性があるので、例えば無変調パルス信号を用いて物標の反射断面積を把握してから、把握した反射断面積に応じた送信電力で変調パルス信号を送信する等の方法を用いると良い。
【００６８】
一方で、上述の無変調パルス信号を用いた場合、パルス圧縮処理を行わないので、このような代替のパルス状送信信号を変調パルス信号で設定する場合のような煩雑な送信電力の設定処理を必要とせずとも、受信信号を得ることができる。これは、無変調パルス信号ならば、万が一、飽和しても、物標９０のエコーを時間軸上で独立して得られ、且つレンジサイドローブが発生しないからである。
【００６９】
また、上述の説明では、短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳｎと中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭｎとの２種類のパルス状送信信号でパルス送信の組を構成する例を示したが、上述の第２の実施形態であれば、探知の全体領域を距離毎に３つ以上の範囲に分割し、それぞれの範囲に対する複数種類のパルス状送信信号を用いるような処理を行っても、上述の効果を奏することができる。
【００７０】
また、上述の各実施形態では、物標探知装置として、レーダ装置１０を例に説明したが、レーダ装置以外の物標探知装置であっても、同様に上述の構成を適用することができる。例えば、超音波振動子からパルス状の超音波信号を送信して、反射信号を受信するソナーや魚群探知機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０−レーダ装置、１１−送信部、１２−サーキュレータ、１３−アンテナ、１４−受信部、１５−パルス圧縮部、１６−飽和検出部、１７−画像形成部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パルス状の送信信号が物標に反射して得られる受信信号に基づいて物標の探知を行うレーダ装置等の物標探知装置および物標探知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、物標探知装置の一種であるレーダ装置は、パルス信号を探知対象領域へ送信して反射信号から物標の探知を行う。このようなレーダ装置には、受信信号のＳ／Ｎを改善し、物標探知性能を向上させるために、パルス圧縮処理を用いたレーダ装置が存在する。
【０００３】
このような変調パルス信号を用いたレーダ装置では、反射断面積が大きな物体が探知対象領域内に存在すると受信信号をＬＮＡで増幅する際に飽和してしまうことがある。このように受信信号が飽和してしまうと、受信信号のピークレベルが頭打ちして、Ｓ／Ｎが低下したりすることで、正確な物標探知結果を得られなくなってしまう。特に、ＦＭチャープ信号からなるパルス状の送信信号（以下、「変調パルス信号」と称する。）を送信するパルス圧縮処理を用いたレーダ装置の場合、受信信号が飽和すると、受信信号の周波数成分比と送信信号の周波数成分比が一致しなくなることで、パルス圧縮時に、ピーク周波数のレベルが低下したり、レンジサイドローブ（時間軸上でのサイドローブ）が発生してしまう。
【０００４】
図４は従来のレーダ装置におけるパルス圧縮後の信号のレンジサイドローブの発生について説明するための図であり、図４（Ａ）は送信信号、受信信号、およびパルス圧縮後の信号の時間軸波形を示す図であり、図４（Ｂ）は基本的な物標探知方法を説明するための平面図である。
【０００５】
図４（Ｂ）に示すように、自船に搭載されたレーダ装置は、アンテナを介して図４（Ａ）に示すように、短距離探知用のパルス信号ＰＳｎ（ｎは正の整数）と中距離探知用のパルス信号ＰＭｎ（ｎは正の整数）とを交互に、順次所定のタイミング間隔で送信する。この際、短距離探知用のパルス信号ＰＳｎは無変調パルスから形成されており、中距離探知用のパルス信号ＰＭｎは、変調パルスによって形成されている。
【０００６】
ここで、図４（Ｂ）に示すように、中距離探知用のパルス信号ＰＭ１，ＰＭ２の送信方向に反射断面積の大きい物標９０が存在すると、パルス信号ＰＭ１，ＰＭ２に対応する受信信号ＲＥ９０１，９０２が増幅時に飽和して、これらのパルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１，９０２には、図４（Ａ）のハッチング部に示すように、レンジサイドローブが発生してしまう。このため、Ｓ／Ｎが劣化したり、他の物体からの反射信号が当該レンジサイドローブに埋もれてしまう等の問題が発生し、正確な物標探知を行えなくなってしまう。
【０００７】
このような受信信号の飽和を回避する方法として、次に示すような各種の方法が存在する。
（１）所謂ＳＴＣ処理すなわち受信信号をアナログ的に振幅減衰させる方法、
（２）特許文献１に示すような、受信信号を減衰させない伝送系と受信信号を減衰させる伝送系との２系統備えて、ダイナミックレンジを改善する方法、
（３）特許文献２に示すような、受信信号をＬＮＡに通す伝送系と、受信信号をＬＮＡに通さない伝送系とを、飽和を検知して切り替える方法、
がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１３７０７１号公報
【特許文献２】特開平９−７２９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の（１）の方法を用いた場合、受信信号の振幅の減衰とともに、受信信号の一つの波形内で位相が変化してしまうので、パルス圧縮処理を行うと、上述の飽和の場合と同様に、レンジサイドローブが発生してしまう。
【００１０】
また、上述の（２）の方法を用いた場合、受信系回路を複数設けなければならないため、ハードウエアの規模が大幅に大きくなってしまう。また、このような回路構成で稼ぐことができる追加のダイナミックレンジは小さく、飽和を完全に抑制することができるとは限らない。
【００１１】
また、上述の（３）の方法を用いた場合、飽和を検知することで、伝送系を切り替えるので、飽和の検知のタイミングから切り替える期間に対しては、正確な探知画像を得ることができない。
【００１２】
このような課題を鑑みて、本発明の目的は、受信信号が飽和しても正確な探知画像を形成できる物標探知装置、物標探知方法、およびパルスレーダ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、異なる探知領域を異なるパルス状信号で探知し、探知した情報を合成してアンテナ位置から所定距離までの領域を探知する物標探知装置に関するものである。この物標探知装置は、送信部、受信部、飽和検出部、画像形成部、を備える。送信部は、少なくとも２以上の異なるパルス状送信信号を所定のタイミングで送信する。受信部は、送信したパルス状信号の反射信号を受信して受信信号を生成する。飽和検出部は、送信したパルス状信号に対する受信信号のレベルを所定閾値と比較し、該受信信号の飽和を検出する。画像形成部は、受信信号に基づいて探知画像を形成する。そして、送信部は、飽和検出部が受信信号の飽和を検出した時、送信したパルス状信号とは異なる代替パルス状信号を生成する。画像形成部は、代替パルス状信号を用いて探索した受信信号を、飽和した受信信号に代えて用いる。
【００１４】
この構成では、所定のパルス状信号による受信信号が飽和した場合に、代替パルス状信号を送信する。そして、飽和した受信信号を用いずに、代替パルス状信号の受信信号で画像を形成する。これにより、飽和した受信信号による不正確な画像の形成が防止される。
【００１５】
また、この発明の物標探知装置の送信部は、代替パルス状信号として、飽和が検出された領域からの反射信号による受信信号のレベルが飽和しないパルス状信号を送信する。
【００１６】
この構成では、代替パルス状信号の受信信号が飽和しないので、当該代替パルス状信号の受信信号を用いれば、正確な画像を形成することができる。
【００１７】
また、この発明の物標探知装置の送信部は、送信部は、少なくとも近距離領域探知用のパルス状信号と、中距離領域探知用のパルス状信号とを含む２以上の異なるパルス状信号を予め決められた順序で送信し、中距離領域探知用のパルス状信号が飽和した際に用いる代替パルス状信号に近距離領域探知用のパルス状信号を用いる。
【００１８】
この構成では、近距離領域探知用のパルス状信号が、よりアンテナから遠い領域である中距離領域以遠では基本的に飽和しないことを利用している。そして、このように近距離領域探知用のパルス状信号を代替パルス状信号にすることで、確実に受信信号を飽和させず、正確な画像を形成することができる。
【００１９】
また、この発明の物標探知装置の送信部は、代替パルス状信号として、一定のキャリア周波数のパルス状信号を用いる。
【００２０】
この構成では、具体的な飽和検出に利用するパルス状信号として、一定のキャリア周波数のパルス状信号（無変調パルス信号）を用いる場合を示している。
【００２１】
また、この発明の物標探知装置の送信部は、代替パルス状信号として、キャリア周波数が順次変化し、振幅レベルが制限されたパルス状信号を用いる。
【００２２】
この構成では、具体的な飽和検出に利用するパルス状信号として、キャリア周波数が変化するパルス状信号（変調パルス信号）を用いる場合を示している。
【００２３】
また、この発明の物標探知装置の飽和検出部は、パルス状信号のキャリア周波数が順次変化するパルス状信号である場合にのみ、飽和検出を行う。
【００２４】
この構成では、パルス状信号が、一定のキャリア周波数からなるパルス信号である無変調パルス信号であれば、パルス圧縮処理を行わないので、飽和によるレンジサイドローブの発生はないことを利用し、当該無変調パルス信号の場合には飽和検出を行わない。そして、飽和によりレンジサイドローブが発生する変調パルス信号の場合にのみ飽和検出を行う。これにより、必要な場合にのみ飽和検出が行われ、不必要な飽和検出をなくすことができる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、変調パルス信号を用いる物標探知装置や物標探知方法において、当該送信信号に基づく受信信号が飽和しても、正確な探知画像を確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るレーダ装置の主要構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るレーダ装置の信号処理を説明するための図である。
【図３】第２の実施形態に係るレーダ装置の信号処理を説明するための図である。
【図４】従来のレーダ装置におけるパルス圧縮後の信号のレンジサイドローブの発生について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の第１の実施形態に係る物標探知装置について、図を参照して説明する。なお、本実施形態で示す物標探知装置は具体的にはパルスレーダ装置であるが、変調パルス信号からなるパルス状送信信号を用いて物標を探知する装置であれば、他の装置であってもよい。
【００２８】
まず、本実施形態のレーダ装置１０の構成について説明する。図１は、本実施形態のレーダ装置１０の主要回路構成を示すブロック図である。
【００２９】
レーダ装置１０は、送信部１１、サーキュレータ１２、アンテナ１３、受信部１４、パルス圧縮部１５、飽和検出部１６、および画像形成部１７を備える。
【００３０】
送信部１１は、半導体等の発振素子を有し、通常の送信制御時には、従来技術の図４（Ａ）に示したように、一定のパルス群の繰り返し周期（ＰＲＦ）で、短距離探知用パルス信号ＰＳｎ（ｎは正の整数）と中距離探知用のパルス信号ＰＭｎ（ｎは正の整数）との組を、順次送信する。なお、パルス群の繰り返し周期とは、短距離探知用のパルス信号ＰＳｎ、および中距離探知用のパルス信号ＰＭｎからなるパルス列を一群とし、当該一群が繰り返し送信される周期を示すものである。
【００３１】
送信タイミングのフローとしては、例えば、送信部１１は、まず短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳ１を無変調パルス信号で送信する。送信部１１は、このパルス状送信信号ＰＳ１の送信後、短距離領域に対応する時間長だけ短距離探知用の受信期間ＴＷＳを設ける。ここで、短距離領域とは自船近傍の所定の距離範囲を意味する。
【００３２】
次に、送信部１１は、受信期間ＴＷＳ後に、中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭ１を変調パルス信号で送信する。送信部１１は、このパルス状送信信号ＰＭ１の送信後、中距離領域に対応する時間長だけ中距離探知用の受信期間ＴＷＭを設ける。ここで、中距離領域とは、前述した近距離領域よりも遠方の所定の距離範囲を意味する。これら短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳ１と中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭ１とにより、第１のパルス送信の組が形成される。なお、本実施形態では、この短距離領域と中距離距離領域の受信信号を合成して、アンテナ位置から所定距離までの領域を探索する例について説明する。
【００３３】
次に、送信部１１は、受信期間ＴＷＭ後に、短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳ２を無変調パルス信号で送信し、受信期間ＴＷＳを設け、中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭ２を送信し、受信期間ＴＷＭを設ける。これら短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳ２と中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭ２とにより、第２のパルス送信の組が形成される。そして、送信部１１は、このようなパルス送信の組を形成しながら、パルス状送信信号ＰＳｎとパルス状送信信号ＰＭｎとを交互に順次送信する。
【００３４】
また、送信部１１は、後述する飽和検出部１６から受信信号の飽和情報を取得すると、後述の図２に示すように、当該受信信号が飽和したパルス状送信信号ＰＭｎを含むパルス送信の組の次の組に対する送信制御を変更する。具体的には、当該変更対象とする組の短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１はそのまま送信し、中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭｎ＋１は送信しない。そして、短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１に対する受信期間を中距離探知用の受信期間ＴＷＭに設定する。この次の組のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１が本発明の「代替のパルス状送信信号」に相当する。
【００３５】
サーキュレータ１２は、送信部１１からの各パルス状送信信号をアンテナ１３へ伝送する。アンテナ１３は、所定の回転速度で定速度回転し続けながら、供給されたパルス状送信信号を外部へ放射するとともに、パルス状送信信号が供給されていない期間（上述の受信期間ＴＷＳ、ＴＷＭ）は、外部の物標からの反射信号を受信して、受信信号をサーキュレータ１２へ出力する。サーキュレータ１２は、アンテナ１３からの受信信号を受信部１４へ出力する。なお、アンテナ１３の回転速度と送信信号のビーム幅との関係は、レーダの仕様等で予め設定されており、例えば自装置から所定距離で所定反射断面積を有する物標であれば、連続する複数の送信信号が当該物標で反射されるように設定されている。
【００３６】
受信部１４は、ＬＮＡ（低雑音増幅器）を備え、受信信号を増幅して出力する。受信部１４には送信部１１から送信タイミングに関するデータが与えられており、受信部１４は、送信タイミングに関するデータに基づいて、無変調パルス信号による受信信号であれば画像形成部１６へ出力し、変調パルス信号であればパルス圧縮部１５へ出力する。
【００３７】
パルス圧縮部１５は、例えば、フーリエ変換部、マッチドフィルタ、逆フーリエ変換部を備え、受信部１４からの変調パルス信号を既知の方法でパルス圧縮して、パルス圧縮後の信号を、画像形成部１７へ出力する。
【００３８】
飽和検出部１６は、受信部１４のＬＮＡで増幅する受信信号の飽和を検出すると、飽和情報を送信部１１および画像形成部１７へ出力する。
【００３９】
画像形成部１７は、飽和検出部１６からの飽和情報が入力されていなければ、受信部１４からの無変調パルス信号の受信信号とパルス圧縮部１５からのパルス圧縮後の信号とを用いて、探知画像データを形成する。この際、画像形成部１７は、必要に応じて、既知のパルス積分処理を行う。パルス積分処理とは、アンテナ１３の回転する方向に沿って隣り合う受信信号同士を積算する処理である。画像形成部１７から出力された探知画像データは、図示しない表示器に表示される等の処理が施される。
【００４０】
また、画像形成部１７は、飽和情報が入力されると、飽和した受信信号によるパルス圧縮後の信号でのレンジサイドローブ発生区間に対して、次の組のパルス状送信信号ＰＳｎ＋１のレンジサイドローブ発生区間に対応する区間の受信信号で置き換え、当該置き換えた受信信号に基づいてレンジサイドローブ発生区間に対する画像形成を行う。
【００４１】
次に、受信部１４での飽和が発生した場合のより具体的な処理について、図２を参照して説明する。図２は本実施形態に係るレーダ装置の信号処理を説明するための図である。なお、以下では、図４（Ｂ）に示すように、短距離探知領域に反射断面積の小さい物標９１が存在し、中距離探知領域に反射断面積が大きい物標９０が存在している場合を例に説明する。
【００４２】
まず、第１のパルス送信の組として、無変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＳ１が送信され、受信期間ＴＷＳ内における自装置から物標９１までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９１１が得られる。この受信信号は、無変調パルス信号に対する受信信号であるので、そのまま画像形成部１７に入力されて、画像形成に利用される。
【００４３】
次に、パルス状送信信号ＰＳ１の送信完了タイミングから受信期間ＴＷＳの後、変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＭ１が送信され、受信期間ＴＷＭ内における自装置から物標９０までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９０１が得られる。ここで、物標９０の反射断面積が大きいことにより、受信信号ＲＥ９０１を受信部１４で増幅した際に飽和してしまうと、パルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１は、ピークレベルを有するものの、レンジサイドローブを有する信号となる（図２の三段目の信号波形参照）。
【００４４】
この際、飽和検出部１６は受信信号ＲＥ９０１の飽和を検出しており、飽和情報が送信部１１および画像形成部１７へ入力されている。
【００４５】
送信部１１は、この飽和情報に基づいて、第２のパルス送信の組の短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳ２の送信後の受信期間を中距離探知用のＴＷＭに設定するとともに、パルス状送信信号ＰＭ２の送信を中止する。
【００４６】
画像形成部１７は、物標９１に対する無変調パルス信号の受信信号ＲＥ９１１については、そのまま探知画像用信号として利用する。
【００４７】
また、画像形成部１７は、物標９０に対するパルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１がパルス圧縮部１５から入力されると、当該パルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１のピークレベルのタイミングｔｐを検出する。さらに、画像形成部１７は、ピークレベルのタイミングｔｐを時間軸の中心として、パルス状送信信号ＰＭ１のパルス幅ＷＰＭの略２倍の期間ＴＲＳのデータを「０」データ列に置き換える。これは、パルス圧縮後のレンジサイドローブが発生する期間が送信信号のパルス幅の略２倍であることに基づくものである。これにより、レンジサイドローブが発生している期間を確実に「０」データ列に置き換えることができる。
【００４８】
次に、送信部１１から無変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＳ２が送信されると、受信期間ＴＷＭ内における自装置から物標９１までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９１２が得られ、自装置から物標９０までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９０２が得られる。これらの受信信号は、無変調パルス信号に対する受信信号であるので、そのまま画像形成部１７に入力される。
【００４９】
画像形成部１７は、物標９１に対する無変調パルス信号の受信信号ＲＥ９１２については、受信信号ＲＥ９１１とともに、そのまま探知画像用信号として利用する。
【００５０】
さらに、画像形成部１７は、パルス状送信信号ＰＳ２に対する受信期間ＴＷＭ内の上述の破棄対象の期間ＴＲＳに対応する期間Ｔ’ＲＳの受信信号、すなわち、実質的に物標９０の反射エコーであるＲＥ９０２を含む期間の受信信号を取得する。そして、画像形成部１７は、当該ＲＥ９０２を含む受信信号をそのまま探知画像用信号として利用するとともに、当該ＲＥ９０２を含む受信信号を、前の処理で「０」データ列に置き換えた期間に補填する。
【００５１】
このような処理を行うことで、パルス圧縮によってレンジサイドローブが生じた信号を用いることなく、画像形成を行うことができる。これにより、レンジサイドローブの発生によるＳ／Ｎの低下を防止できるとともに、レンジサイドローブの期間内に反射断面積の小さな物標があったとしても、確実に探知することができる。すなわち、物標探知性能を向上することができる。
【００５２】
なお、この処理の際、アンテナを回転しながら送信を行い、飽和したパルス状送信信号ＰＭ１の次の組のパルス状送信信号ＰＳ２による受信信号を、パルス状送信信号ＰＭ１の受信信号に置き換えているので、現実的に正確な物標９０のエコーを得られないようにも感じられる。しかしながら、本装置からの送信信号は上述のようにビーム幅を有するものであり、飽和が生じるような反射断面積が大きな物標であり、且つ受信信号のレベルが飽和するほど大きければ、飽和が生じた次の組での受信信号は、確実に同じ物標９０に反射して得られるものとなる。したがって、本実施形態の構成及び処理を用いることで、反射断面積の大きな物標９０を正確に探知するとともに、レンジサイドローブによる悪影響を防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭｎの送信中止処理を、飽和が発生したパルス送信の組の次の一組にのみ実行する例を示したが、複数組に亘って実行することも可能である。
【００５４】
次に、第２の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態のレーダ装置１０に対して、レーダ装置のブロック構成としては同じであり、送信部１１および画像形成部１７の処理が異なるのみであるので、必要部のみを説明する。
【００５５】
概略的には、本実施形態では、受信信号が飽和すると、送信部１１は、当該飽和したパルス状送信信号ＰＭｎの直後に、無変調パルス信号からなる代替のパルス状送信信号ＰＭ’ｎを送信し、中距離探知用の受信期間ＴＷＭを設けて、通常の送信制御処理に対して挿入する。そして、画像形成部１７は、代替のパルス状送信信号ＰＭ’ｎの受信信号で、飽和したパルス状送信信号ＰＭ２のパルス圧縮後の信号の期間を補填する。
【００５６】
具体的には、図３に示すような処理が実行される。図３は本実施形態に係るレーダ装置の信号処理を説明するための図である。なお、以下でも、第１の実施形態と同様に図４（Ｂ）に示すように、短距離探知領域に反射断面積の小さい物標９１が存在し、中距離探知領域に反射断面積が大きい物標９０が存在している場合を例に説明する。
【００５７】
まず、第１のパルス送信の組として、無変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＳ１が送信され、受信期間ＴＷＳ内における自装置から物標９１までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９１１が得られる。この受信信号は、無変調パルス信号に対する受信信号であるので、そのまま画像形成部１７に入力されて、画像形成に利用される。
【００５８】
次に、パルス状送信信号ＰＳ１の送信完了タイミングから受信期間ＴＷＳの後、変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＭ１が送信され、受信期間ＴＷＭ内における自装置から物標９０までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９０１が得られる。ここで、物標９０の反射断面積が大きいことにより、受信信号ＲＥ９０１を受信部１４で増幅した際に飽和してしまうと、パルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１は、ピークレベルを有するものの、レンジサイドローブを有する信号となる（図２の三段目の信号波形参照）。
【００５９】
この際、飽和検出部１６は受信信号ＲＥ９０１の飽和を検出しており、飽和情報が送信部１１および画像形成部１７へ入力されている。
【００６０】
送信部１１は、この飽和情報に基づいて、パルス状送信信号ＰＭ１に対する受信期間ＴＷＭの後に、無変調パルスからなる代替のパルス状送信信号ＰＭ１’を送信し、当該送信後に中距離探知用の受信期間ＴＷＭを設定する。なお、代替のパルス状送信信号ＰＭ１’は、変調パルス信号からなるパルス状送信信号ＰＭ１のパルス圧縮後の信号と距離分解能及びＳ／Ｎ比が略同一となるような信号であることが望ましく、飽和したパルス状送信信号に応じて、無変調パルスからなる代替のパルス状送信信号ＰＭ１’の送信電力及びパルス幅が適宜設定される。
【００６１】
画像形成部１７は、物標９１に対する無変調パルス信号の受信信号ＲＥ９１１については、そのまま探知画像用信号として利用する。
【００６２】
また、画像形成部１７は、物標９０に対するパルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１がパルス圧縮部１５から入力されると、当該パルス圧縮後の信号ＲＥＣ９０１のピークレベルのタイミングｔｐを検出する。さらに、画像形成部１７は、ピークレベルのタイミングｔｐを時間軸の中心として、パルス状送信信号ＰＭ１のパルス幅ＷＰＭの略２倍の期間ＴＲＳのデータを「０」データ列に置き換える。
【００６３】
次に、送信部１１から無変調パルス信号からなる代替のパルス状送信信号ＰＭ１’が送信されると、受信期間ＴＷＭ内における自装置から物標９１までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９１１’が得られ、自装置から物標９０までの距離に準じたタイミングで受信信号ＲＥ９０１’が得られる。
【００６４】
画像形成部１７は、物標９１に対する無変調パルス信号の受信信号ＲＥ９１１’は破棄し、上記期間ＴＲＳに対応する期間Ｔ’ＲＳの受信信号、すなわち、実質的に物標９０の反射エコーであるＲＥ９０１’を含む期間の受信信号を取得する。そして、画像形成部１７は、当該ＲＥ９０１’を含む受信信号を、前の処理で「０」データ列に置き換えた期間に補填する。
【００６５】
このような処理を行っても、パルス圧縮によってレンジサイドローブが生じた信号を用いることなく、画像形成を行うことができる。これにより、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、飽和を検出した際の代替のパルス状送信信号の送信回数を一回としているが、送信回数は必要に応じて適宜設定することも可能である。
【００６７】
また、上述の各実施形態では、代替のパルス状送信信号を無変調パルス信号とする例を示したが、変調パルス信号であって、パルス状送信信号ＰＭｎよりも送信電力を低下させた信号であってもよい。この場合、送信電力は、例えば短距離探知領域と中距離探知領域との境界に、現実的考え得る最大の反射断面積を有する物標が存在しても受信信号が飽和しないように設定すると上述の問題は生じない。ただし、この設定の場合、送信電力が必要以上に低くなりすぎてしまう可能性があるので、例えば無変調パルス信号を用いて物標の反射断面積を把握してから、把握した反射断面積に応じた送信電力で変調パルス信号を送信する等の方法を用いると良い。
【００６８】
一方で、上述の無変調パルス信号を用いた場合、パルス圧縮処理を行わないので、このような代替のパルス状送信信号を変調パルス信号で設定する場合のような煩雑な送信電力の設定処理を必要とせずとも、受信信号を得ることができる。これは、無変調パルス信号ならば、万が一、飽和しても、物標９０のエコーを時間軸上で独立して得られ、且つレンジサイドローブが発生しないからである。
【００６９】
また、上述の説明では、短距離探知用のパルス状送信信号ＰＳｎと中距離探知用のパルス状送信信号ＰＭｎとの２種類のパルス状送信信号でパルス送信の組を構成する例を示したが、上述の第２の実施形態であれば、探知の全体領域を距離毎に３つ以上の範囲に分割し、それぞれの範囲に対する複数種類のパルス状送信信号を用いるような処理を行っても、上述の効果を奏することができる。
【００７０】
また、上述の各実施形態では、物標探知装置として、レーダ装置１０を例に説明したが、レーダ装置以外の物標探知装置であっても、同様に上述の構成を適用することができる。例えば、超音波振動子からパルス状の超音波信号を送信して、反射信号を受信するソナーや魚群探知機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０−レーダ装置、１１−送信部、１２−サーキュレータ、１３−アンテナ、１４−受信部、１５−パルス圧縮部、１６−飽和検出部、１７−画像形成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる探知領域を異なるパルス状信号で探知し、探知した情報を合成してアンテナ位置から所定距離までの領域を探知する物標探知装置であって、
少なくとも２以上の異なるパルス状送信信号を所定のタイミングで送信する送信部と、
送信したパルス状信号の反射信号を受信して受信信号を生成する受信部と、
送信したパルス状信号に対する受信信号のレベルを所定閾値と比較し、該受信信号の飽和を検出する飽和検出部と、
前記受信信号に基づいて探知画像を形成する画像形成部と、を備え、
前記送信部は、前記飽和検出部が受信信号の飽和を検出した時、送信したパルス状信号とは異なる代替パルス状信号を生成し、
前記画像形成部は、前記代替パルス状信号を用いて探索した受信信号を、飽和した受信信号に代えて用いる、
ことを特徴とする物標探知装置。
【請求項２】
前記送信部は、前記代替パルス状信号として、飽和が検出された領域からの反射信号による受信信号のレベルが飽和しないパルス状信号を送信する、請求項１に記載の物標探知装置。
【請求項３】
前記送信部は、少なくとも近距離領域探知用のパルス状信号と、中距離領域探知用のパルス状信号とを含む２以上の異なるパルス状信号を予め決められた順序で送信し、前記中距離領域探知用のパルス状信号が飽和した際に用いる代替パルス状信号に前記近距離領域探知用のパルス状信号を用いる、
請求項１または請求項２に記載の物標探知装置。
【請求項４】
前記送信部は、前記代替パルス状信号として、一定のキャリア周波数のパルス状信号を用いる、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の物標探知装置。
【請求項５】
前記送信部は、前記代替パルス状信号として、キャリア周波数が順次変化し、振幅レベルが制限されたパルス状信号を用いる、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の物標探知装置。
【請求項６】
前記飽和検出部は、前記パルス状信号がキャリア周波数が順次変化し、振幅レベルが制限されたパルス状信号である場合にのみ、飽和検出を行う、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の物標探知装置。
【請求項７】
前記送信部は、前記パルス状送信信号を電波信号として所定のタイミングで１つのアンテナから送信し、
前記受信部は、前記１つのアンテナから得られる前記反射信号で前記受信信号を生成する、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の物標探知装置。
【請求項８】
異なる探知領域を異なるパルス状信号で探知し、探知した情報を合成してアンテナ位置から所定距離までの領域を探知する物標探知方法であって、
少なくとも２以上の異なるパルス状送信信号を所定のタイミングで送信し、
送信したパルス状信号の反射信号を受信して受信信号を生成し、
送信したパルス状信号に対する受信信号のレベルを所定閾値と比較し、該受信信号の飽和を検出し、
前記受信信号に基づいて探知画像を形成する、過程を有し、
前記飽和検出部が受信信号の飽和を検出した時、送信したパルス状信号とは異なる代替パルス状信号を生成し、
前記代替パルス状信号を用いて探索した受信信号を、飽和した受信信号に代えて用いる、
ことを特徴とする物標探知方法。
【請求項９】
前記代替パルス状信号は、飽和が検出された領域からの反射信号による受信信号のレベルが飽和しないパルス状信号である、請求項８に記載の物標探知方法。
【請求項１０】
少なくとも近距離領域探知用のパルス状信号と、中距離領域探知用のパルス状信号とを含む２以上の異なるパルス状信号を予め決められた順序で送信し、前記代替パルス状信号に前記近距離領域探知用のパルス状信号を用いる、
請求項８または請求項９に記載の物標探知方法。
【請求項１１】
前記代替パルス状信号は、一定のキャリア周波数のパルス状信号である、請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の物標探知方法。
【請求項１２】
前記代替パルス状信号は、キャリア周波数が順次変化し、振幅レベルが制限されたパルス状信号である、請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の物標探知方法。
【請求項１３】
前記パルス状信号がキャリア周波数が順次変化し、振幅レベルが制限されたパルス状信号である場合にのみ、飽和検出を行う、請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の物標探知方法。
【請求項１】
異なる探知領域を異なるパルス状信号で探知し、探知した情報を合成してアンテナ位置から所定距離までの領域を探知する物標探知装置であって、
少なくとも２以上の異なるパルス状送信信号を所定のタイミングで送信する送信部と、
送信したパルス状信号の反射信号を受信して受信信号を生成する受信部と、
送信したパルス状信号に対する受信信号のレベルを所定閾値と比較し、該受信信号の飽和を検出する飽和検出部と、
前記受信信号に基づいて探知画像を形成する画像形成部と、を備え、
前記送信部は、前記飽和検出部が受信信号の飽和を検出した時、送信したパルス状信号とは異なる代替パルス状信号を生成し、
前記画像形成部は、前記代替パルス状信号を用いて探索した受信信号を、飽和した受信信号に代えて用いる、
ことを特徴とする物標探知装置。
【請求項２】
前記送信部は、前記代替パルス状信号として、飽和が検出された領域からの反射信号による受信信号のレベルが飽和しないパルス状信号を送信する、請求項１に記載の物標探知装置。
【請求項３】
前記送信部は、少なくとも近距離領域探知用のパルス状信号と、中距離領域探知用のパルス状信号とを含む２以上の異なるパルス状信号を予め決められた順序で送信し、前記中距離領域探知用のパルス状信号が飽和した際に用いる代替パルス状信号に前記近距離領域探知用のパルス状信号を用いる、
請求項１または請求項２に記載の物標探知装置。
【請求項４】
前記送信部は、前記代替パルス状信号として、一定のキャリア周波数のパルス状信号を用いる、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の物標探知装置。
【請求項５】
前記送信部は、前記代替パルス状信号として、キャリア周波数が順次変化し、振幅レベルが制限されたパルス状信号を用いる、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の物標探知装置。
【請求項６】
前記飽和検出部は、前記パルス状信号がキャリア周波数が順次変化し、振幅レベルが制限されたパルス状信号である場合にのみ、飽和検出を行う、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の物標探知装置。
【請求項７】
前記送信部は、前記パルス状送信信号を電波信号として所定のタイミングで１つのアンテナから送信し、
前記受信部は、前記１つのアンテナから得られる前記反射信号で前記受信信号を生成する、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の物標探知装置。
【請求項８】
異なる探知領域を異なるパルス状信号で探知し、探知した情報を合成してアンテナ位置から所定距離までの領域を探知する物標探知方法であって、
少なくとも２以上の異なるパルス状送信信号を所定のタイミングで送信し、
送信したパルス状信号の反射信号を受信して受信信号を生成し、
送信したパルス状信号に対する受信信号のレベルを所定閾値と比較し、該受信信号の飽和を検出し、
前記受信信号に基づいて探知画像を形成する、過程を有し、
前記飽和検出部が受信信号の飽和を検出した時、送信したパルス状信号とは異なる代替パルス状信号を生成し、
前記代替パルス状信号を用いて探索した受信信号を、飽和した受信信号に代えて用いる、
ことを特徴とする物標探知方法。
【請求項９】
前記代替パルス状信号は、飽和が検出された領域からの反射信号による受信信号のレベルが飽和しないパルス状信号である、請求項８に記載の物標探知方法。
【請求項１０】
少なくとも近距離領域探知用のパルス状信号と、中距離領域探知用のパルス状信号とを含む２以上の異なるパルス状信号を予め決められた順序で送信し、前記代替パルス状信号に前記近距離領域探知用のパルス状信号を用いる、
請求項８または請求項９に記載の物標探知方法。
【請求項１１】
前記代替パルス状信号は、一定のキャリア周波数のパルス状信号である、請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の物標探知方法。
【請求項１２】
前記代替パルス状信号は、キャリア周波数が順次変化し、振幅レベルが制限されたパルス状信号である、請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の物標探知方法。
【請求項１３】
前記パルス状信号がキャリア周波数が順次変化し、振幅レベルが制限されたパルス状信号である場合にのみ、飽和検出を行う、請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の物標探知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１３１８３（Ｐ２０１１−１３１８３Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５９７７５（Ｐ２００９−１５９７７５）
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
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