相関処理器、相関処理方法、パルス圧縮装置、および物標探知装置
【課題】周波数領域での相関処理を行った結果を重複加算する場合でも、並び替えを行う必要が無いパルス圧縮装置を実現する。
【解決手段】フーリエ変換部５１は、受信エコー信号ｙ［ｔ］を離散化して受信エコー信号ｙ［ｎ］を算出し、部分区間毎にフーリエ変換して周波数領域の受信エコー信号ｙｍ［ｋ］を生成する。相関処理部５２は、メモリ５２１に記憶されたレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］を部分区間毎に相関処理することでパルス圧縮を行い、パルス圧縮信号Ｚｍ［ｋ］を出力する。この際、レプリカ信号Ｒｅ［ｋ］は、例えば、送信パルス信号ｘ［ｎ］の波形を時間反転させ、当該送信パルス信号ｘ［ｎ］をパルス長分遅延させ、複素共役処理して得られる。算出された部分区間毎のパルス圧縮信号Ｚｍ［ｋ］は時間領域のパルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］に変換され、時系列に沿って単純に重複加算される。
【解決手段】フーリエ変換部５１は、受信エコー信号ｙ［ｔ］を離散化して受信エコー信号ｙ［ｎ］を算出し、部分区間毎にフーリエ変換して周波数領域の受信エコー信号ｙｍ［ｋ］を生成する。相関処理部５２は、メモリ５２１に記憶されたレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］を部分区間毎に相関処理することでパルス圧縮を行い、パルス圧縮信号Ｚｍ［ｋ］を出力する。この際、レプリカ信号Ｒｅ［ｋ］は、例えば、送信パルス信号ｘ［ｎ］の波形を時間反転させ、当該送信パルス信号ｘ［ｎ］をパルス長分遅延させ、複素共役処理して得られる。算出された部分区間毎のパルス圧縮信号Ｚｍ［ｋ］は時間領域のパルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］に変換され、時系列に沿って単純に重複加算される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被相関処理信号を、該被相関処理信号に基づくレプリカ信号で自己相関処理する相関処理器、当該相関処理器を利用し、送信信号のレプリカ信号で受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮装置および物標探知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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物標探知装置が各種実用化されている。このような物標探知装置の中には、特許文献１に示すように、ＦＭチャープ方式の送信パルス信号を用い、受信エコー信号をパルス圧縮処理することで、距離分解能を向上させるものがある。そして、このようなパルス圧縮処理の１つとして、周波数領域で実行されるマッチドフィルタがある。このマッチドフィルタは、送信パルス信号の複素共役信号からなるレプリカ信号に基づいて周波数領域でのフィルタ係数を設定し、周波数領域に変換された受信エコー信号に当該フィルタ係数を乗算することでパルス圧縮処理を実行する。すなわち周波数領域でレプリカ信号と受信エコー信号とを相関処理することで、パルス圧縮処理を実行する。
【０００３】
ここで、上述の物標探知を行う場合には、探知距離に応じた時間長の受信期間を設け、受信期間内の受信エコー信号全体に対してパルス圧縮処理を行うのであるが、受信期間の長さによっては、受信期間全体を一つの区間としてパルス圧縮処理を行うと演算負荷が増大する等の不都合が生じる場合がある。このため、受信期間を複数の部分区間に分割し、部分区間毎のパルス圧縮処理を行って、部分区間毎に得られたパルス圧縮結果を重複加算することで、受信期間全体に対してパルス圧縮を行う方法が考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−９０２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の重複加算によるパルス圧縮処理では、次に示す課題が存在する。
【０００６】
図５は、従来の周波数領域でパルス圧縮処理を行う場合の受信エコー信号に含まれる送信パルス信号ｘ［ｎ］、送信パルス信号の時間反転信号ｘ［−ｎ］、送信パルス信号の複素共役信号からなるレプリカ信号ｘ＊［ｎ］、およびパルス圧縮信号ｚ［ｔ］の時間領域における関係を示す図である。
【０００７】
また、図６は、従来の重複加算によるパルス圧縮処理を行った場合の各部分区間のパルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］の時間軸上での状態およびこの際に生じるパルス圧縮信号毎の並び替え処理を説明する為の図である。
【０００８】
まず、周波数領域でのパルス圧縮処理は、受信エコー信号に含まれる送信パルス信号ｘ［ｎ］の周波数領域信号であるＸ［ｋ］と、レプリカ信号であるこの周波数領域の送信パルス信号Ｘ［ｋ］の複素共役信号であるレプリカ信号Ｘ＊［ｋ］との相関処理を意味する。したがって、周波数領域では、パルス圧縮信号Ｚ［ｋ］は、次式で与えられる。
【０００９】
Ｚ［ｋ］＝Ｘ［ｋ］・Ｘ＊［ｋ］ −（１）
なお、ＮはＤＦＴのデータ点数を意味する 。
【００１０】
ここで、送信パルス信号Ｘ［ｋ］の時間領域での送信信号ｘ［ｎ］が、図５（Ａ）に示すように、時間軸上で「０」のタイミングに立ち上がる波形であるとすると、レプリカ信号Ｘ＊［ｋ］の時間軸での信号は、時間領域の送信信号ｘ［ｎ］を時間反転してｘ［−ｎ］とし、当該ｘ［−ｎ］の複素共役を取った信号ｘ＊［−ｎ］となる。
【００１１】
しかしながら、時間反転した際に、図５（Ｂ）の破線に示すように時間軸上の負の領域に波形が現れることはなく、現実的には、図５（Ｂ）の実線に示すように、ＤＦＴ期間の最後のタイミングを立ち下がりタイミングとする波形となって現れる。
【００１２】
このため、時間軸上でのレプリカ信号ｘ＊［−ｎ］は、図５（Ｃ）に示すように、ＤＦＴ期間の最後のタイミングを立ち下がりタイミングとする波形となって現れる。
【００１３】
すなわち、上述の式（１）で与えられる周波数領域での離散化された信号によるパルス圧縮処理を、時間軸上の処理で表すと、ｚ［ｎ］を時間軸上での離散化されたパルス圧縮信号として、次式となる。
【００１４】
【数１】
【００１５】
このような畳み込み演算となることで、時間領域でのパルス圧縮信号ｚ［ｔ］は、図５（Ｄ）に示すように、距離０以前の波形がＤＦＴ期間の最後のタイミングＮ−１を終点とする波形としてシフトした形状となり、距離０のタイミングを起点とする部分波形と、ＤＦＴ期間の最後のタイミングＮ−１を終点とする部分波形とに分かれた波形となってしまう。さらに、各部分波形の時間領域での前後関係が逆転してしまう。
【００１６】
このため、送信パルス信号ｘ［ｎ］と同じ波形成分を有する受信エコー信号ｙ［ｎ］を、部分的な受信エコー信号ｙｍ［ｎ］（ｍは正の整数）毎に時間領域で分割してパルス圧縮処理を行うと、各受信エコー信号ｙｍ［ｎ］に対応する各パルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］は、図６に示すように、それぞれに部分波形の時間領域での前後関係が逆転し、且つ分離された波形となる。例えば、パルス圧縮信号ｚ１［ｎ］を、時系列で部分的なパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］，ｚ１２［ｎ］，ｚ１３［ｎ］とする。部分的なパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］は、レプリカ信号Ｒｅ［ｎ］が部分的な受信エコー信号ｙ１［ｎ］の期間に重なり始めてから完全に重なるまでの期間に相当する。部分的なパルス圧縮信号ｚ１２［ｎ］は、レプリカ信号Ｒｅ［ｎ］全体が受信エコー信号ｙ１［ｎ］期間に完全に重なる期間に相当する。部分的なパルス圧縮信号ｚ１３［ｎ］は、レプリカ信号Ｒｅ［ｎ］が受信エコー信号ｙ１［ｎ］の期間から外れ始めてから完全に外れるまでの期間に相当する。
【００１７】
そして、この場合には、時間領域で、パルス圧縮信号ｚ１２［ｎ］，ｚ１３［ｎ］が連続的に出力され、その後、時間的に離間されてパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］が出力される。
【００１８】
したがって、上述の重複加算処理を行う場合、図６に示すように、各パルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］の部分的なパルス圧縮信号ｚｍ１［ｎ］，ｚｍ２［ｎ］，ｚｍ３［ｎ］を、時間領域での正常な前後関係に並び替えなければならない。例えば、パルス圧縮信号ｚ１［ｎ］であれば、時間軸で後側となるパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］を、パルス圧縮信号ｚ１２［ｎ］，ｚ１３［ｎ］の前（過去側）に、連続的な波形となるように置き換えなければならない。このため、重複加算処理に対する演算負荷が増大してしまう。
【００１９】
このような課題を鑑み、本発明の目的は、周波数領域での相関処理を行った結果を重複加算する場合でも、並び替えを行う必要が無い相関処理器、当該相関処理器を用いたパルス圧縮装置、および物標探知装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明は、パルス状の被相関処理信号をレプリカ信号で相関処理する相関処理器に関するものである。この相関処理器は、変換部、相関処理部、および逆変換部を備える。変換部は、被相関処理信号を時間領域から周波数領域へ変換する。相関処理部は、該被相関処理信号の元となるパルス状の信号を時間領域で反転処理し、パルス長分だけ遅延処理し、複素共役処理した波形と同じ波形を周波数領域に変換してなるレプリカ信号を、周波数領域の被相関処理信号に対して乗算することで相関処理を行う。逆変換部は、相関処理後の信号を周波数領域から時間領域へ逆変換する。
【００２１】
このようにレプリカ信号を設定することで、パルス圧縮波形をパルス長分遅延させ、パルス圧縮後の信号が時間領域で分離した上述の図６に示した従来技術のような波形にはならず、図３に示すような時間軸に沿った連続した波形で出力される。
【００２２】
また、この発明の相関処理器の変換部は、被相関処理信号を時間領域で連続する複数の区間に分割して、周波数領域への変換を行う。相関処理部は、区間分割された被相関処理信号毎に相関処理を行う。逆変換部は、個別に相関処理された信号それぞれに逆変換を行う。さらに、この相関処理器は、逆変換が行われた信号を時間領域で連続するように加算する重複加算処理部を備える。
【００２３】
この構成では、各区間の相関処理後の信号が時間軸に沿った連続波形を有するので、これらを時間領域で加算する重複加算を行う場合に、区間分割された個々の相関処理後の信号を時間軸に沿って並び替える必要がない。
【００２４】
また、この発明では、パルス状の被相関処理信号は、時間領域において対称な波形の信号であり、相関処理器では、レプリカ信号を、被相関処理信号の元となるパルス状の信号を複素共役処理することで得る。
【００２５】
この構成では、パルス状の被相関処理信号が時間領域において対称な波形の信号の場合、時間反転しても波形は変化しないので、時間反転処理を行う必要が無い。これにより、遅延処理の必要も無いので、単に複素共役処理のみでレプリカ信号を生成することができる。
【００２６】
また、この発明の相関処理器の変換部は、被相関処理信号を離散化処理して、パルス長以上のデータを２ｎ単位で変換する。
【００２７】
この構成では、パルス長以上のデータを２ｎ単位で周波数変換を行うことで、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行うことができる。これにより、より高速な変換処理が可能になる。
【００２８】
また、この発明はパルス圧縮装置に関するものであり、当該パルス圧縮装置は、上述の相関処理器を備える。この相関処理器の相関処理部は、元となる信号としてＦＭチャープ方式の送信パルス信号を用い、該送信パルス信号を時間反転処理、遅延処理、および複素共役処理して得られる信号をレプリカ信号として相関処理を行う。
【００２９】
この構成では、上述の相関処理器を用いた具体的な装置として、ＦＭチャープ方式の送信パルス信号を利用したパルス圧縮装置を示している。そして、上述の相関処理を用いたパルス圧縮処理を行うことで、従来の並び替え処理を行うことなく、パルス圧縮処理時の演算負荷を低減することができる。
【００３０】
また、この発明は物標探知装置に関するものであり、当該物標探知装置は、上述のパルス圧縮装置を備えるとともに、相関処理により得られたパルス圧縮後の信号を用いて表示画面上に表示する画像を生成する画像生成部を備える。
【００３１】
この構成では、上述のパルス圧縮装置を用いた具体的な装置として、前記送信パルス信号を探知領域内に送信して得られる受信エコー信号から物標エコーを画像表示する物標探知装置を示している。そして、上述のパルス圧縮処理を用いることで、物標探知装置としても、演算負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【００３２】
この発明によれば、受信信号等の被相関処理信号を周波数領域で相関処理した結果を重複加算処理する場合であっても、各相関処理結果内におけるデータの並び替え処理を行わなくてもよく、演算負荷を低減することができる。これにより、重複加算型のパルス圧縮処理の演算負荷も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】レーダ装置１１の主要回路構成を示すブロック図、およびパルス圧縮部１５の主要回路構成を示すブロック図である。
【図２】本願の周波数領域でのレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］となる離散的な時間領域での信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］の生成概念、および、当該信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］で相関処理した場合の時間領域でのパルス圧縮信号の波形を示す図である。
【図３】本実施形態の相関処理（パルス圧縮）と重複加算とを行った場合の各部分区間のパルス圧縮信号の時間軸上での状態を示す図である。
【図４】時間領域で対称な波形の送信パルス信号ｘ［ｎ］を用いた場合の送信パルス信号と、レプリカ信号である複素共役信号ｘ＊［ｎ］の波形の関係を示した図である。
【図５】従来の周波数領域でパルス圧縮処理を行う場合の受信エコー信号に含まれる送信パルス信号ｘ［ｎ］、送信パルス信号の時間反転信号ｘ［−ｎ］、送信パルス信号の複素共役信号からなるレプリカ信号ｘ＊［ｎ］、およびパルス圧縮信号ｚ［ｔ］の時間領域における関係を示す図である。
【図６】従来の重複加算によるパルス圧縮処理を行った場合の各部分区間のパルス圧縮信号の時間軸上での状態およびこの際に生じるパルス圧縮信号毎の並び替え処理を説明する為の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の実施形態に係る相関処理器、パルス圧縮装置、および物標探知装置について、図を参照して説明する。なお、本実施形態では、ＦＭチャープ方式からなる振幅一定の送信パルス信号を用いたレーダ装置１１を、物標探知装置の一例として説明する。
【００３５】
図１（Ａ）はレーダ装置１１の主要回路構成を示すブロック図であり、図１（Ｂ）はパルス圧縮部１５の主要回路構成を示すブロック図である。
【００３６】
レーダ装置１１は、送信部１２、ＤＰＸ（デュプレクサ）１３、アンテナ１４、パルス圧縮部１５、および画像生成部１６を備える。パルス圧縮部１５は、本発明の「パルス圧縮装置」に相当するとともに、「相関処理器」にも相当する。
【００３７】
送信部１２は、半導体やマグネトロンなどの発振素子を有し、送信期間に対応する所定の送信タイミングで、ＦＭチャープ方式からなるパルス状の波形を有する送信パルス信号ｘ［ｔ］を送信する。送信部１２から出力された送信パルス信号ｘ［ｔ］は、ＤＰＸ１３へ出力される。
【００３８】
ＤＰＸ１３は、送信部１２からの送信パルス信号ｘ［ｔ］をアンテナ１４へ伝送する。アンテナ１４は、所定の回転速度で定速度回転し続けながら、供給された送信パルス信号ｘ［ｔ］を外部へ放射するとともに、送信パルス信号ｘ［ｔ］が供給されていない期間（受信期間）は、外部の物標からの反射信号を受信して、受信エコー信号ｙ［ｔ］をＤＰＸ１３へ出力する。ＤＰＸ１３は、アンテナ１４からの受信エコー信号ｙ［ｔ］をパルス圧縮部１５へ出力する。この受信エコー信号ｙ［ｔ］が、本発明の「被相関処理信号」に相当する。
【００３９】
パルス圧縮部１５は、所謂マッチドフィルタと称されるものであり、詳細は後述するが、受信期間中の離散化された受信エコー信号ｙ［ｎ］を複数区間に分割して周波数領域でパルス圧縮処理を行った後に、重複加算することで、パルス圧縮信号ｚ［ｎ］を算出する。
【００４０】
画像生成部１６は、パルス圧縮部１５からのパルス圧縮信号ｚ［ｎ］を用いて表示画面上に表示される画像を生成する。
【００４１】
次に、パルス圧縮部１５について、より詳細に説明する。パルス圧縮部１５は、図１（Ｂ）に示すように、本発明の「変換部」に相当するフーリエ変換部５１、相関処理部５２、本発明の「逆変換部」に相当する逆フーリエ変換部５３、および重複加算部５４を備える。
【００４２】
フーリエ変換部５１は、ＤＰＸ１３を介してアンテナ１４から入力された時間軸上の受信エコー信号ｙ［ｔ］を所定サンプリングタイミングにて離散化することで受信エコー信号ｙ［ｎ］を取得して記憶する。ここで、ｎはサンプリング番号である。フーリエ変換部５１は、受信エコー信号ｙ［ｎ］を所定サンプリングデータ数毎に区間分割する。
【００４３】
フーリエ変換部５１は、各部分区間の受信エコー信号ｙｍ［ｎ］を順次フーリエ変換し、周波数領域の受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］を生成する。ここで、ｍは部分区間番号であり、ｋは離散周波数である。フーリエ変換部５１は、周波数領域の受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］を、部分区間毎に相関処理部５２へ与える。
【００４４】
この際、フーリエ変換部５１は、各部分区間の受信エコー信号ｙｍ［ｎ］の遅延側に後述の相関処理で必要となる「０」からなるダミーサンプリングデータ群を、送信パルス信号のパルス長に相当する個数加えた上で、各部分区間のサンプリングデータ数が２ｎ個となるように、区間分割を設定して、フーリエ変換を実行する。これにより、フーリエ変換部５１は、各部分区間の受信エコー信号ｙｍ［ｎ］を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理することができる。この結果、各部分区間の受信エコー信号ｙｍ［ｎ］を周波数領域の受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］へ高速に変換することができる。
【００４５】
相関処理部５２は、メモリ５２１および乗算器５２２を備える。
相関処理部５２は、メモリ５２１に記憶された離散周波数毎のレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］を、乗算器５２２で受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］に乗算することで相関処理を行い、相関処理後の信号Ｚｍ［ｋ］＝Ｎ・Ｒｅ［ｋ］・Ｙｍ［ｋ］を出力する。なお、ＮはＤＦＴのデータ点数を意味する。
【００４６】
この相関処理後の信号Ｚｍ［ｋ］が周波数領域でのパルス圧縮信号となる。なお、以下では、「パルス圧縮信号」と称して説明を行う。また、ここでは、機能的に相関処理を示しているが、これらの処理は、フィルタバンクであるメモリ５２１にフィルタ係数としてレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］の各離散周波数成分を記憶し、当該フィルタ係数によって乗算器５２２で受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］をフィルタ処理するマッチドフィルタとして実現することができる。
【００４７】
メモリ５２１に記憶されたレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］は具体的に次に示す手法により設定されている。図２は、本願の周波数領域でのレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］となる離散的な時間領域で信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］の生成概念、および、当該信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］で相関処理した場合の時間領域でのパルス圧縮信号の波形を示す図である。
【００４８】
（１）図２（Ａ）に示す離散化した送信パルス信号ｘ［ｎ］の波形を時間反転させた図２（Ｂ）の破線に示す信号ｘ［−ｎ］を算出する。ここで、信号ｘ［−ｎ］は現実的には、上述のようにＤＦＴ期間の最後のタイミングを立ち下がりタイミングとする波形（図２（Ｂ）の実線の波形）となるが、算出演算上は破線の波形と見なすことができる。
（２）時間反転された信号ｘ［−ｎ］を、送信パルス信号ｘ［ｎ］のパルス長Ｎｐ分だけ遅延させた図２（Ｃ）に示す信号ｘ［Ｎｐ−１−ｎ］を算出する。
（３）時間反転と遅延処理とが行われた信号ｘ［Ｎｐ−１−ｎ］を複素共役処理してなる図２（Ｄ）に示す複素共役信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］をレプリカ信号Ｒｅ［ｎ］として算出する。
（４）レプリカ信号Ｒｅ［ｎ］である複素共役信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］を周波数領域の関数Ｒｅ［ｋ］＝ＦＦＴ［ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］］に変換し、離散周波数でのレプリカ信号に設定する。
【００４９】
このようなレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］を用いて相関処理を実行すると、時間領域でのパルス圧縮信号ｚ［ｔ］は、送信パルス信号ｘ［ｎ］のパルス長Ｎｐ分だけ遅延されることで、上述の従来技術の図５に示したような不連続な波形ではなく、図２（Ｅ）に示すような連続的な波形となる。
【００５０】
これにより、受信エコー信号ｙｍ［ｎ］を周波数領域で順次相関処理し、これを時間領域に逆フーリエ変換して時間領域のパルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］を取得することにより、当該パルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］は、図３に示すように、時間領域で連続した波形となる。
【００５１】
図３は、本実施形態の相関処理（パルス圧縮）と重複加算とを行った場合の各部分区間のパルス圧縮信号の時間軸上での状態を示す図である。
【００５２】
例えば、部分区間の受信エコー信号ｙ１［ｎ］に対するパルス圧縮信号ｚ１［ｎ］を、上述のように、部分的なパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］，ｚ１２［ｎ］，ｚ１３［ｎ］とした場合、時間領域において、これら部分的なパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］，ｚ１２［ｎ］，ｚ１３［ｎ］が時系列で連続的に出力される波形からなるパルス圧縮信号ｚ１［ｎ］を得ることができる。
【００５３】
逆フーリエ変換部５３は、相関処理部５２から出力される各部分区間のパルス圧縮信号Ｚｍ［ｋ］を逆フーリエ変換することで、時間領域でのパルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］を取得する。
【００５４】
重複加算部５４は、各部分区間のパルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］を取得し、時間領域において各パルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］が時系列通りに連続するように重複加算処理を行う。より具体的には、図３（Ｂ）に示すように、重複加算部５４は、パルス圧縮信号ｚ１［ｎ］の後端側の部分的なパルス圧縮信号ｚ１３［ｎ］と、パルス圧縮信号ｚ１［ｎ］に連続するパルス圧縮信号ｚ２［ｎ］の先端側の部分的なパルス圧縮信号ｚ２１［ｎ］とが、時間領域で重なり合うように加算する。さらに、重複加算部５４は、パルス圧縮信号ｚ２［ｎ］の後端側の部分的なパルス圧縮信号ｚ２３［ｎ］と、パルス圧縮信号ｚ２［ｎ］に連続するパルス圧縮信号ｚ３［ｎ］の先端側の部分的なパルス圧縮信号ｚ３１［ｎ］とが、時間領域で重なり合うように加算する。そして、重複加算部５４は、このような重複加算処理を受信期間分に亘って実行する。
【００５５】
このような処理を行うことで、従来技術に示したような各部分区間のパルス圧縮信号内でのデータの並び替えを行う必要がない。これにより、周波数領域による相関処理と重複加算法とを用いたパルス圧縮処理を、従来よりも軽い演算負荷で、高速に実行することができる。そして、このようにパルス圧縮処理に対する演算負荷を低減して、高速化することで、物標探知処理全体としても、演算負荷の軽減化、および高速化を実現することができる。
【００５６】
なお、上述の説明では、単にＦＭチャープ方式の送信パルス信号と説明したが、時間領域において対称な波形の送信パルス信号を用いる場合には、単に送信パルス信号の複素共役からなるレプリカ信号を用いても良い。
【００５７】
図４は、時間領域で対称な波形の送信パルス信号ｘ［ｎ］を用いた場合の送信パルス信号と、レプリカ信号である複素共役信号ｘ＊［ｎ］の波形の関係を示した図である。
【００５８】
送信パルス信号ｘ［ｎ］の波形が、時間領域で対称な場合、時間反転した波形も当然に同じになる。したがって、レプリカ信号として使用する時間反転複素共役信号は、単に複素共役信号と同じになる。このため、時間反転処理を必要とせず、時間反転処理を必要としない以上、遅延処理も必要としない。
【００５９】
これにより、送信パルス信号ｘ［ｎ］の波形が時間領域で対称な場合、複素共役処理のみから算出されたレプリカ信号が、上述の時間反転処理、遅延処理、複素共役処理を実行したレプリカ信号と同じの信号となる。この結果、パルス圧縮信号を連続的にさせるレプリカ信号を簡素な処理で設定することができる。
【００６０】
また、上述の説明では、送信パルス信号を時間反転処理、遅延処理、複素共役処理することで、レプリカ信号を設定する例を示したが、結果的に送信パルス信号を時間反転処理、遅延処理、複素共役処理した波形と同等の波形が得られるものであれば、他の方法でレプリカ信号を設定しても良い。
【００６１】
また、上述の説明では、相関処理部５２が１つである場合を示しているが、複数の相関処理部５２を備え、それぞれの相関処理部５２毎に、部分区間毎の受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］の相関処理を行ってもよい。
【００６２】
また、上述の説明では重複加算処理を行う例を示したが、部分区間毎とパルス圧縮データの並び替えを行う必要がないという効果は、重複加算処理を行わない場合であっても適用することができる。したがって、重複加算処理を行わないパルス圧縮装置であっても上述の効果を得ることができる。
【００６３】
また、上述の説明では、送信パルス信号に基づくレプリカ信号で受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮装置を例に示したが、周波数領域で被相関処理信号を自己相関処理する装置であれば、上述の構成を適用することができる。
【００６４】
また、上述の説明では、物標探知装置としてレーダ装置を例に示したが、周波数領域で被相関処理信号を自己相関処理した結果を用いるソナー等の装置であれば、上述の構成を適用することができる。
【００６５】
また、上述の説明では、パルス圧縮部１５を、フーリエ変換部５１、相関処理部５２、逆フーリエ変換部５３、重複加算部５４という個別の機能部で表して説明したが、必ずしも、これら機能部を個別に形成する必要はない。すなわち、パルス圧縮部１５を１つのＩＣで構成し、上述のような相関処理方法を用いたパルス圧縮処理を、プログラムとして記憶しておき、ＩＣで実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１１−レーダ装置、１２−送信部、１３−ＤＰＸ、１４−アンテナ、１５−パルス圧縮部、１６−物標探知部、５１−フーリエ変換部、５２−相関処理器、５３−逆フーリエ変換部、５４−重複加算部、５２１−メモリ、５２２−乗算器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被相関処理信号を、該被相関処理信号に基づくレプリカ信号で自己相関処理する相関処理器、当該相関処理器を利用し、送信信号のレプリカ信号で受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮装置および物標探知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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物標探知装置が各種実用化されている。このような物標探知装置の中には、特許文献１に示すように、ＦＭチャープ方式の送信パルス信号を用い、受信エコー信号をパルス圧縮処理することで、距離分解能を向上させるものがある。そして、このようなパルス圧縮処理の１つとして、周波数領域で実行されるマッチドフィルタがある。このマッチドフィルタは、送信パルス信号の複素共役信号からなるレプリカ信号に基づいて周波数領域でのフィルタ係数を設定し、周波数領域に変換された受信エコー信号に当該フィルタ係数を乗算することでパルス圧縮処理を実行する。すなわち周波数領域でレプリカ信号と受信エコー信号とを相関処理することで、パルス圧縮処理を実行する。
【０００３】
ここで、上述の物標探知を行う場合には、探知距離に応じた時間長の受信期間を設け、受信期間内の受信エコー信号全体に対してパルス圧縮処理を行うのであるが、受信期間の長さによっては、受信期間全体を一つの区間としてパルス圧縮処理を行うと演算負荷が増大する等の不都合が生じる場合がある。このため、受信期間を複数の部分区間に分割し、部分区間毎のパルス圧縮処理を行って、部分区間毎に得られたパルス圧縮結果を重複加算することで、受信期間全体に対してパルス圧縮を行う方法が考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−９０２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の重複加算によるパルス圧縮処理では、次に示す課題が存在する。
【０００６】
図５は、従来の周波数領域でパルス圧縮処理を行う場合の受信エコー信号に含まれる送信パルス信号ｘ［ｎ］、送信パルス信号の時間反転信号ｘ［−ｎ］、送信パルス信号の複素共役信号からなるレプリカ信号ｘ＊［ｎ］、およびパルス圧縮信号ｚ［ｔ］の時間領域における関係を示す図である。
【０００７】
また、図６は、従来の重複加算によるパルス圧縮処理を行った場合の各部分区間のパルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］の時間軸上での状態およびこの際に生じるパルス圧縮信号毎の並び替え処理を説明する為の図である。
【０００８】
まず、周波数領域でのパルス圧縮処理は、受信エコー信号に含まれる送信パルス信号ｘ［ｎ］の周波数領域信号であるＸ［ｋ］と、レプリカ信号であるこの周波数領域の送信パルス信号Ｘ［ｋ］の複素共役信号であるレプリカ信号Ｘ＊［ｋ］との相関処理を意味する。したがって、周波数領域では、パルス圧縮信号Ｚ［ｋ］は、次式で与えられる。
【０００９】
Ｚ［ｋ］＝Ｘ［ｋ］・Ｘ＊［ｋ］ −（１）
なお、ＮはＤＦＴのデータ点数を意味する 。
【００１０】
ここで、送信パルス信号Ｘ［ｋ］の時間領域での送信信号ｘ［ｎ］が、図５（Ａ）に示すように、時間軸上で「０」のタイミングに立ち上がる波形であるとすると、レプリカ信号Ｘ＊［ｋ］の時間軸での信号は、時間領域の送信信号ｘ［ｎ］を時間反転してｘ［−ｎ］とし、当該ｘ［−ｎ］の複素共役を取った信号ｘ＊［−ｎ］となる。
【００１１】
しかしながら、時間反転した際に、図５（Ｂ）の破線に示すように時間軸上の負の領域に波形が現れることはなく、現実的には、図５（Ｂ）の実線に示すように、ＤＦＴ期間の最後のタイミングを立ち下がりタイミングとする波形となって現れる。
【００１２】
このため、時間軸上でのレプリカ信号ｘ＊［−ｎ］は、図５（Ｃ）に示すように、ＤＦＴ期間の最後のタイミングを立ち下がりタイミングとする波形となって現れる。
【００１３】
すなわち、上述の式（１）で与えられる周波数領域での離散化された信号によるパルス圧縮処理を、時間軸上の処理で表すと、ｚ［ｎ］を時間軸上での離散化されたパルス圧縮信号として、次式となる。
【００１４】
【数１】
【００１５】
このような畳み込み演算となることで、時間領域でのパルス圧縮信号ｚ［ｔ］は、図５（Ｄ）に示すように、距離０以前の波形がＤＦＴ期間の最後のタイミングＮ−１を終点とする波形としてシフトした形状となり、距離０のタイミングを起点とする部分波形と、ＤＦＴ期間の最後のタイミングＮ−１を終点とする部分波形とに分かれた波形となってしまう。さらに、各部分波形の時間領域での前後関係が逆転してしまう。
【００１６】
このため、送信パルス信号ｘ［ｎ］と同じ波形成分を有する受信エコー信号ｙ［ｎ］を、部分的な受信エコー信号ｙｍ［ｎ］（ｍは正の整数）毎に時間領域で分割してパルス圧縮処理を行うと、各受信エコー信号ｙｍ［ｎ］に対応する各パルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］は、図６に示すように、それぞれに部分波形の時間領域での前後関係が逆転し、且つ分離された波形となる。例えば、パルス圧縮信号ｚ１［ｎ］を、時系列で部分的なパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］，ｚ１２［ｎ］，ｚ１３［ｎ］とする。部分的なパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］は、レプリカ信号Ｒｅ［ｎ］が部分的な受信エコー信号ｙ１［ｎ］の期間に重なり始めてから完全に重なるまでの期間に相当する。部分的なパルス圧縮信号ｚ１２［ｎ］は、レプリカ信号Ｒｅ［ｎ］全体が受信エコー信号ｙ１［ｎ］期間に完全に重なる期間に相当する。部分的なパルス圧縮信号ｚ１３［ｎ］は、レプリカ信号Ｒｅ［ｎ］が受信エコー信号ｙ１［ｎ］の期間から外れ始めてから完全に外れるまでの期間に相当する。
【００１７】
そして、この場合には、時間領域で、パルス圧縮信号ｚ１２［ｎ］，ｚ１３［ｎ］が連続的に出力され、その後、時間的に離間されてパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］が出力される。
【００１８】
したがって、上述の重複加算処理を行う場合、図６に示すように、各パルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］の部分的なパルス圧縮信号ｚｍ１［ｎ］，ｚｍ２［ｎ］，ｚｍ３［ｎ］を、時間領域での正常な前後関係に並び替えなければならない。例えば、パルス圧縮信号ｚ１［ｎ］であれば、時間軸で後側となるパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］を、パルス圧縮信号ｚ１２［ｎ］，ｚ１３［ｎ］の前（過去側）に、連続的な波形となるように置き換えなければならない。このため、重複加算処理に対する演算負荷が増大してしまう。
【００１９】
このような課題を鑑み、本発明の目的は、周波数領域での相関処理を行った結果を重複加算する場合でも、並び替えを行う必要が無い相関処理器、当該相関処理器を用いたパルス圧縮装置、および物標探知装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明は、パルス状の被相関処理信号をレプリカ信号で相関処理する相関処理器に関するものである。この相関処理器は、変換部、相関処理部、および逆変換部を備える。変換部は、被相関処理信号を時間領域から周波数領域へ変換する。相関処理部は、該被相関処理信号の元となるパルス状の信号を時間領域で反転処理し、パルス長分だけ遅延処理し、複素共役処理した波形と同じ波形を周波数領域に変換してなるレプリカ信号を、周波数領域の被相関処理信号に対して乗算することで相関処理を行う。逆変換部は、相関処理後の信号を周波数領域から時間領域へ逆変換する。
【００２１】
このようにレプリカ信号を設定することで、パルス圧縮波形をパルス長分遅延させ、パルス圧縮後の信号が時間領域で分離した上述の図６に示した従来技術のような波形にはならず、図３に示すような時間軸に沿った連続した波形で出力される。
【００２２】
また、この発明の相関処理器の変換部は、被相関処理信号を時間領域で連続する複数の区間に分割して、周波数領域への変換を行う。相関処理部は、区間分割された被相関処理信号毎に相関処理を行う。逆変換部は、個別に相関処理された信号それぞれに逆変換を行う。さらに、この相関処理器は、逆変換が行われた信号を時間領域で連続するように加算する重複加算処理部を備える。
【００２３】
この構成では、各区間の相関処理後の信号が時間軸に沿った連続波形を有するので、これらを時間領域で加算する重複加算を行う場合に、区間分割された個々の相関処理後の信号を時間軸に沿って並び替える必要がない。
【００２４】
また、この発明では、パルス状の被相関処理信号は、時間領域において対称な波形の信号であり、相関処理器では、レプリカ信号を、被相関処理信号の元となるパルス状の信号を複素共役処理することで得る。
【００２５】
この構成では、パルス状の被相関処理信号が時間領域において対称な波形の信号の場合、時間反転しても波形は変化しないので、時間反転処理を行う必要が無い。これにより、遅延処理の必要も無いので、単に複素共役処理のみでレプリカ信号を生成することができる。
【００２６】
また、この発明の相関処理器の変換部は、被相関処理信号を離散化処理して、パルス長以上のデータを２ｎ単位で変換する。
【００２７】
この構成では、パルス長以上のデータを２ｎ単位で周波数変換を行うことで、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行うことができる。これにより、より高速な変換処理が可能になる。
【００２８】
また、この発明はパルス圧縮装置に関するものであり、当該パルス圧縮装置は、上述の相関処理器を備える。この相関処理器の相関処理部は、元となる信号としてＦＭチャープ方式の送信パルス信号を用い、該送信パルス信号を時間反転処理、遅延処理、および複素共役処理して得られる信号をレプリカ信号として相関処理を行う。
【００２９】
この構成では、上述の相関処理器を用いた具体的な装置として、ＦＭチャープ方式の送信パルス信号を利用したパルス圧縮装置を示している。そして、上述の相関処理を用いたパルス圧縮処理を行うことで、従来の並び替え処理を行うことなく、パルス圧縮処理時の演算負荷を低減することができる。
【００３０】
また、この発明は物標探知装置に関するものであり、当該物標探知装置は、上述のパルス圧縮装置を備えるとともに、相関処理により得られたパルス圧縮後の信号を用いて表示画面上に表示する画像を生成する画像生成部を備える。
【００３１】
この構成では、上述のパルス圧縮装置を用いた具体的な装置として、前記送信パルス信号を探知領域内に送信して得られる受信エコー信号から物標エコーを画像表示する物標探知装置を示している。そして、上述のパルス圧縮処理を用いることで、物標探知装置としても、演算負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【００３２】
この発明によれば、受信信号等の被相関処理信号を周波数領域で相関処理した結果を重複加算処理する場合であっても、各相関処理結果内におけるデータの並び替え処理を行わなくてもよく、演算負荷を低減することができる。これにより、重複加算型のパルス圧縮処理の演算負荷も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】レーダ装置１１の主要回路構成を示すブロック図、およびパルス圧縮部１５の主要回路構成を示すブロック図である。
【図２】本願の周波数領域でのレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］となる離散的な時間領域での信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］の生成概念、および、当該信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］で相関処理した場合の時間領域でのパルス圧縮信号の波形を示す図である。
【図３】本実施形態の相関処理（パルス圧縮）と重複加算とを行った場合の各部分区間のパルス圧縮信号の時間軸上での状態を示す図である。
【図４】時間領域で対称な波形の送信パルス信号ｘ［ｎ］を用いた場合の送信パルス信号と、レプリカ信号である複素共役信号ｘ＊［ｎ］の波形の関係を示した図である。
【図５】従来の周波数領域でパルス圧縮処理を行う場合の受信エコー信号に含まれる送信パルス信号ｘ［ｎ］、送信パルス信号の時間反転信号ｘ［−ｎ］、送信パルス信号の複素共役信号からなるレプリカ信号ｘ＊［ｎ］、およびパルス圧縮信号ｚ［ｔ］の時間領域における関係を示す図である。
【図６】従来の重複加算によるパルス圧縮処理を行った場合の各部分区間のパルス圧縮信号の時間軸上での状態およびこの際に生じるパルス圧縮信号毎の並び替え処理を説明する為の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の実施形態に係る相関処理器、パルス圧縮装置、および物標探知装置について、図を参照して説明する。なお、本実施形態では、ＦＭチャープ方式からなる振幅一定の送信パルス信号を用いたレーダ装置１１を、物標探知装置の一例として説明する。
【００３５】
図１（Ａ）はレーダ装置１１の主要回路構成を示すブロック図であり、図１（Ｂ）はパルス圧縮部１５の主要回路構成を示すブロック図である。
【００３６】
レーダ装置１１は、送信部１２、ＤＰＸ（デュプレクサ）１３、アンテナ１４、パルス圧縮部１５、および画像生成部１６を備える。パルス圧縮部１５は、本発明の「パルス圧縮装置」に相当するとともに、「相関処理器」にも相当する。
【００３７】
送信部１２は、半導体やマグネトロンなどの発振素子を有し、送信期間に対応する所定の送信タイミングで、ＦＭチャープ方式からなるパルス状の波形を有する送信パルス信号ｘ［ｔ］を送信する。送信部１２から出力された送信パルス信号ｘ［ｔ］は、ＤＰＸ１３へ出力される。
【００３８】
ＤＰＸ１３は、送信部１２からの送信パルス信号ｘ［ｔ］をアンテナ１４へ伝送する。アンテナ１４は、所定の回転速度で定速度回転し続けながら、供給された送信パルス信号ｘ［ｔ］を外部へ放射するとともに、送信パルス信号ｘ［ｔ］が供給されていない期間（受信期間）は、外部の物標からの反射信号を受信して、受信エコー信号ｙ［ｔ］をＤＰＸ１３へ出力する。ＤＰＸ１３は、アンテナ１４からの受信エコー信号ｙ［ｔ］をパルス圧縮部１５へ出力する。この受信エコー信号ｙ［ｔ］が、本発明の「被相関処理信号」に相当する。
【００３９】
パルス圧縮部１５は、所謂マッチドフィルタと称されるものであり、詳細は後述するが、受信期間中の離散化された受信エコー信号ｙ［ｎ］を複数区間に分割して周波数領域でパルス圧縮処理を行った後に、重複加算することで、パルス圧縮信号ｚ［ｎ］を算出する。
【００４０】
画像生成部１６は、パルス圧縮部１５からのパルス圧縮信号ｚ［ｎ］を用いて表示画面上に表示される画像を生成する。
【００４１】
次に、パルス圧縮部１５について、より詳細に説明する。パルス圧縮部１５は、図１（Ｂ）に示すように、本発明の「変換部」に相当するフーリエ変換部５１、相関処理部５２、本発明の「逆変換部」に相当する逆フーリエ変換部５３、および重複加算部５４を備える。
【００４２】
フーリエ変換部５１は、ＤＰＸ１３を介してアンテナ１４から入力された時間軸上の受信エコー信号ｙ［ｔ］を所定サンプリングタイミングにて離散化することで受信エコー信号ｙ［ｎ］を取得して記憶する。ここで、ｎはサンプリング番号である。フーリエ変換部５１は、受信エコー信号ｙ［ｎ］を所定サンプリングデータ数毎に区間分割する。
【００４３】
フーリエ変換部５１は、各部分区間の受信エコー信号ｙｍ［ｎ］を順次フーリエ変換し、周波数領域の受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］を生成する。ここで、ｍは部分区間番号であり、ｋは離散周波数である。フーリエ変換部５１は、周波数領域の受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］を、部分区間毎に相関処理部５２へ与える。
【００４４】
この際、フーリエ変換部５１は、各部分区間の受信エコー信号ｙｍ［ｎ］の遅延側に後述の相関処理で必要となる「０」からなるダミーサンプリングデータ群を、送信パルス信号のパルス長に相当する個数加えた上で、各部分区間のサンプリングデータ数が２ｎ個となるように、区間分割を設定して、フーリエ変換を実行する。これにより、フーリエ変換部５１は、各部分区間の受信エコー信号ｙｍ［ｎ］を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理することができる。この結果、各部分区間の受信エコー信号ｙｍ［ｎ］を周波数領域の受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］へ高速に変換することができる。
【００４５】
相関処理部５２は、メモリ５２１および乗算器５２２を備える。
相関処理部５２は、メモリ５２１に記憶された離散周波数毎のレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］を、乗算器５２２で受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］に乗算することで相関処理を行い、相関処理後の信号Ｚｍ［ｋ］＝Ｎ・Ｒｅ［ｋ］・Ｙｍ［ｋ］を出力する。なお、ＮはＤＦＴのデータ点数を意味する。
【００４６】
この相関処理後の信号Ｚｍ［ｋ］が周波数領域でのパルス圧縮信号となる。なお、以下では、「パルス圧縮信号」と称して説明を行う。また、ここでは、機能的に相関処理を示しているが、これらの処理は、フィルタバンクであるメモリ５２１にフィルタ係数としてレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］の各離散周波数成分を記憶し、当該フィルタ係数によって乗算器５２２で受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］をフィルタ処理するマッチドフィルタとして実現することができる。
【００４７】
メモリ５２１に記憶されたレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］は具体的に次に示す手法により設定されている。図２は、本願の周波数領域でのレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］となる離散的な時間領域で信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］の生成概念、および、当該信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］で相関処理した場合の時間領域でのパルス圧縮信号の波形を示す図である。
【００４８】
（１）図２（Ａ）に示す離散化した送信パルス信号ｘ［ｎ］の波形を時間反転させた図２（Ｂ）の破線に示す信号ｘ［−ｎ］を算出する。ここで、信号ｘ［−ｎ］は現実的には、上述のようにＤＦＴ期間の最後のタイミングを立ち下がりタイミングとする波形（図２（Ｂ）の実線の波形）となるが、算出演算上は破線の波形と見なすことができる。
（２）時間反転された信号ｘ［−ｎ］を、送信パルス信号ｘ［ｎ］のパルス長Ｎｐ分だけ遅延させた図２（Ｃ）に示す信号ｘ［Ｎｐ−１−ｎ］を算出する。
（３）時間反転と遅延処理とが行われた信号ｘ［Ｎｐ−１−ｎ］を複素共役処理してなる図２（Ｄ）に示す複素共役信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］をレプリカ信号Ｒｅ［ｎ］として算出する。
（４）レプリカ信号Ｒｅ［ｎ］である複素共役信号ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］を周波数領域の関数Ｒｅ［ｋ］＝ＦＦＴ［ｘ＊［Ｎｐ−１−ｎ］］に変換し、離散周波数でのレプリカ信号に設定する。
【００４９】
このようなレプリカ信号Ｒｅ［ｋ］を用いて相関処理を実行すると、時間領域でのパルス圧縮信号ｚ［ｔ］は、送信パルス信号ｘ［ｎ］のパルス長Ｎｐ分だけ遅延されることで、上述の従来技術の図５に示したような不連続な波形ではなく、図２（Ｅ）に示すような連続的な波形となる。
【００５０】
これにより、受信エコー信号ｙｍ［ｎ］を周波数領域で順次相関処理し、これを時間領域に逆フーリエ変換して時間領域のパルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］を取得することにより、当該パルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］は、図３に示すように、時間領域で連続した波形となる。
【００５１】
図３は、本実施形態の相関処理（パルス圧縮）と重複加算とを行った場合の各部分区間のパルス圧縮信号の時間軸上での状態を示す図である。
【００５２】
例えば、部分区間の受信エコー信号ｙ１［ｎ］に対するパルス圧縮信号ｚ１［ｎ］を、上述のように、部分的なパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］，ｚ１２［ｎ］，ｚ１３［ｎ］とした場合、時間領域において、これら部分的なパルス圧縮信号ｚ１１［ｎ］，ｚ１２［ｎ］，ｚ１３［ｎ］が時系列で連続的に出力される波形からなるパルス圧縮信号ｚ１［ｎ］を得ることができる。
【００５３】
逆フーリエ変換部５３は、相関処理部５２から出力される各部分区間のパルス圧縮信号Ｚｍ［ｋ］を逆フーリエ変換することで、時間領域でのパルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］を取得する。
【００５４】
重複加算部５４は、各部分区間のパルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］を取得し、時間領域において各パルス圧縮信号ｚｍ［ｎ］が時系列通りに連続するように重複加算処理を行う。より具体的には、図３（Ｂ）に示すように、重複加算部５４は、パルス圧縮信号ｚ１［ｎ］の後端側の部分的なパルス圧縮信号ｚ１３［ｎ］と、パルス圧縮信号ｚ１［ｎ］に連続するパルス圧縮信号ｚ２［ｎ］の先端側の部分的なパルス圧縮信号ｚ２１［ｎ］とが、時間領域で重なり合うように加算する。さらに、重複加算部５４は、パルス圧縮信号ｚ２［ｎ］の後端側の部分的なパルス圧縮信号ｚ２３［ｎ］と、パルス圧縮信号ｚ２［ｎ］に連続するパルス圧縮信号ｚ３［ｎ］の先端側の部分的なパルス圧縮信号ｚ３１［ｎ］とが、時間領域で重なり合うように加算する。そして、重複加算部５４は、このような重複加算処理を受信期間分に亘って実行する。
【００５５】
このような処理を行うことで、従来技術に示したような各部分区間のパルス圧縮信号内でのデータの並び替えを行う必要がない。これにより、周波数領域による相関処理と重複加算法とを用いたパルス圧縮処理を、従来よりも軽い演算負荷で、高速に実行することができる。そして、このようにパルス圧縮処理に対する演算負荷を低減して、高速化することで、物標探知処理全体としても、演算負荷の軽減化、および高速化を実現することができる。
【００５６】
なお、上述の説明では、単にＦＭチャープ方式の送信パルス信号と説明したが、時間領域において対称な波形の送信パルス信号を用いる場合には、単に送信パルス信号の複素共役からなるレプリカ信号を用いても良い。
【００５７】
図４は、時間領域で対称な波形の送信パルス信号ｘ［ｎ］を用いた場合の送信パルス信号と、レプリカ信号である複素共役信号ｘ＊［ｎ］の波形の関係を示した図である。
【００５８】
送信パルス信号ｘ［ｎ］の波形が、時間領域で対称な場合、時間反転した波形も当然に同じになる。したがって、レプリカ信号として使用する時間反転複素共役信号は、単に複素共役信号と同じになる。このため、時間反転処理を必要とせず、時間反転処理を必要としない以上、遅延処理も必要としない。
【００５９】
これにより、送信パルス信号ｘ［ｎ］の波形が時間領域で対称な場合、複素共役処理のみから算出されたレプリカ信号が、上述の時間反転処理、遅延処理、複素共役処理を実行したレプリカ信号と同じの信号となる。この結果、パルス圧縮信号を連続的にさせるレプリカ信号を簡素な処理で設定することができる。
【００６０】
また、上述の説明では、送信パルス信号を時間反転処理、遅延処理、複素共役処理することで、レプリカ信号を設定する例を示したが、結果的に送信パルス信号を時間反転処理、遅延処理、複素共役処理した波形と同等の波形が得られるものであれば、他の方法でレプリカ信号を設定しても良い。
【００６１】
また、上述の説明では、相関処理部５２が１つである場合を示しているが、複数の相関処理部５２を備え、それぞれの相関処理部５２毎に、部分区間毎の受信エコー信号Ｙｍ［ｋ］の相関処理を行ってもよい。
【００６２】
また、上述の説明では重複加算処理を行う例を示したが、部分区間毎とパルス圧縮データの並び替えを行う必要がないという効果は、重複加算処理を行わない場合であっても適用することができる。したがって、重複加算処理を行わないパルス圧縮装置であっても上述の効果を得ることができる。
【００６３】
また、上述の説明では、送信パルス信号に基づくレプリカ信号で受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮装置を例に示したが、周波数領域で被相関処理信号を自己相関処理する装置であれば、上述の構成を適用することができる。
【００６４】
また、上述の説明では、物標探知装置としてレーダ装置を例に示したが、周波数領域で被相関処理信号を自己相関処理した結果を用いるソナー等の装置であれば、上述の構成を適用することができる。
【００６５】
また、上述の説明では、パルス圧縮部１５を、フーリエ変換部５１、相関処理部５２、逆フーリエ変換部５３、重複加算部５４という個別の機能部で表して説明したが、必ずしも、これら機能部を個別に形成する必要はない。すなわち、パルス圧縮部１５を１つのＩＣで構成し、上述のような相関処理方法を用いたパルス圧縮処理を、プログラムとして記憶しておき、ＩＣで実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１１−レーダ装置、１２−送信部、１３−ＤＰＸ、１４−アンテナ、１５−パルス圧縮部、１６−物標探知部、５１−フーリエ変換部、５２−相関処理器、５３−逆フーリエ変換部、５４−重複加算部、５２１−メモリ、５２２−乗算器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状の被相関処理信号をレプリカ信号で相関処理する相関処理器であって、
前記被相関処理信号を時間領域から周波数領域へ変換する変換部と、
該被相関処理信号の元となるパルス状の信号を時間領域で反転処理し、パルス長分だけ遅延処理し、複素共役処理した波形と同じ波形を周波数領域に変換してなるレプリカ信号を、前記周波数領域の被相関処理信号に対して乗算することで相関処理を行う相関処理部と、
相関処理後の信号を周波数領域から時間領域へ逆変換する逆変換部と、
を備えた相関処理器。
【請求項２】
前記変換部は、前記被相関処理信号を時間領域で連続する複数の区間に分割して、前記周波数領域への変換を行い、
前記相関処理部は、区間分割された被相関処理信号毎に前記相関処理を行い、
前記逆変換部は、個別に相関処理された信号それぞれに前記逆変換を行うとともに、
前記逆変換が行われた信号を時間領域で連続するように加算する重複加算処理部を備える、請求項１に記載の相関処理器。
【請求項３】
前記パルス状の被相関処理信号は、時間領域において対称な波形の信号であり、
前記レプリカ信号を、前記被相関処理信号の元となるパルス状の信号を複素共役処理することで得る、請求項１または請求項２に記載の相関処理器。
【請求項４】
前記変換部は、前記被相関処理信号を離散化処理してパルス長以上のデータを２ｎ単位で変換する、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の相関処理器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の相関処理器を備えるとともに、
前記相関処理部は、前記元となる信号としてＦＭチャープ方式の送信パルス信号を用い、該送信パルス信号を時間反転処理、遅延処理、および複素共役処理して得られる信号を前記レプリカ信号として、前記相関処理を行う、パルス圧縮装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパルス圧縮装置を備えるとともに、
前記相関処理により得られたパルス圧縮後の信号を用いて、表示画面上に表示する画像を生成する画像生成部を備えた、物標探知装置。
【請求項７】
パルス状の被相関処理信号をレプリカ信号で相関処理する相関処理方法であって、
前記被相関処理信号を時間領域から周波数領域へ変換する工程と、
該被相関処理信号の元となるパルス状の信号を時間領域で反転処理し、パルス長分だけ遅延処理し、複素共役処理した波形と同じ波形を周波数領域に変換してなるレプリカ信号を、前記周波数領域の被相関処理信号に対して乗算することで相関処理を行う工程と、
相関処理後の信号を周波数領域から時間領域へ逆変換する工程と、
を有する相関処理方法。
【請求項８】
前記周波数領域へ変換する工程は、前記被相関処理信号を時間領域で連続する複数の区間に分割して、前記周波数領域への変換を行い、
前記相関処理を行う工程は、区間分割された被相関処理信号毎に前記相関処理を行い、
前記逆変換する工程は、個別に相関処理された信号それぞれに前記逆変換を行い、
さらに、前記逆変換が行われた信号を時間領域で連続するように加算する重複加算処理工程を加えた、請求項７に記載の相関処理方法。
【請求項９】
前記パルス状の被相関処理信号は、時間領域において対称な波形の信号であり、
前記相関処理を行う工程は、前記レプリカ信号を、前記被相関処理信号の元となるパルス状の信号を複素共役処理することで得る、請求項７または請求項８に記載の相関処理方法。
【請求項１】
パルス状の被相関処理信号をレプリカ信号で相関処理する相関処理器であって、
前記被相関処理信号を時間領域から周波数領域へ変換する変換部と、
該被相関処理信号の元となるパルス状の信号を時間領域で反転処理し、パルス長分だけ遅延処理し、複素共役処理した波形と同じ波形を周波数領域に変換してなるレプリカ信号を、前記周波数領域の被相関処理信号に対して乗算することで相関処理を行う相関処理部と、
相関処理後の信号を周波数領域から時間領域へ逆変換する逆変換部と、
を備えた相関処理器。
【請求項２】
前記変換部は、前記被相関処理信号を時間領域で連続する複数の区間に分割して、前記周波数領域への変換を行い、
前記相関処理部は、区間分割された被相関処理信号毎に前記相関処理を行い、
前記逆変換部は、個別に相関処理された信号それぞれに前記逆変換を行うとともに、
前記逆変換が行われた信号を時間領域で連続するように加算する重複加算処理部を備える、請求項１に記載の相関処理器。
【請求項３】
前記パルス状の被相関処理信号は、時間領域において対称な波形の信号であり、
前記レプリカ信号を、前記被相関処理信号の元となるパルス状の信号を複素共役処理することで得る、請求項１または請求項２に記載の相関処理器。
【請求項４】
前記変換部は、前記被相関処理信号を離散化処理してパルス長以上のデータを２ｎ単位で変換する、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の相関処理器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の相関処理器を備えるとともに、
前記相関処理部は、前記元となる信号としてＦＭチャープ方式の送信パルス信号を用い、該送信パルス信号を時間反転処理、遅延処理、および複素共役処理して得られる信号を前記レプリカ信号として、前記相関処理を行う、パルス圧縮装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパルス圧縮装置を備えるとともに、
前記相関処理により得られたパルス圧縮後の信号を用いて、表示画面上に表示する画像を生成する画像生成部を備えた、物標探知装置。
【請求項７】
パルス状の被相関処理信号をレプリカ信号で相関処理する相関処理方法であって、
前記被相関処理信号を時間領域から周波数領域へ変換する工程と、
該被相関処理信号の元となるパルス状の信号を時間領域で反転処理し、パルス長分だけ遅延処理し、複素共役処理した波形と同じ波形を周波数領域に変換してなるレプリカ信号を、前記周波数領域の被相関処理信号に対して乗算することで相関処理を行う工程と、
相関処理後の信号を周波数領域から時間領域へ逆変換する工程と、
を有する相関処理方法。
【請求項８】
前記周波数領域へ変換する工程は、前記被相関処理信号を時間領域で連続する複数の区間に分割して、前記周波数領域への変換を行い、
前記相関処理を行う工程は、区間分割された被相関処理信号毎に前記相関処理を行い、
前記逆変換する工程は、個別に相関処理された信号それぞれに前記逆変換を行い、
さらに、前記逆変換が行われた信号を時間領域で連続するように加算する重複加算処理工程を加えた、請求項７に記載の相関処理方法。
【請求項９】
前記パルス状の被相関処理信号は、時間領域において対称な波形の信号であり、
前記相関処理を行う工程は、前記レプリカ信号を、前記被相関処理信号の元となるパルス状の信号を複素共役処理することで得る、請求項７または請求項８に記載の相関処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２８６３３７（Ｐ２０１０−２８６３３７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３９９６９（Ｐ２００９−１３９９６９）
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]