JP2007170846A

JP2007170846A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2007170846A
Application number: JP2005365097A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kajio; 浩史梶尾; Toshio Nanba; 敏男難波
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】覆域を損なうことなくパルスヒット数を稼ぎ速度成分を高精度に検出可能なレーダ装置を提供すること。
【解決手段】レーダパルスの中心周波数を変更することで、１つのＰＲＩの中で複数の信号を送信し反射エコーを受信するようにする。このようにすることで、１つのＰＲＩの中で同一の物標からの反射エコーを複数受信することができる。例えばＰＲＩ１では、中心周波数ｆ０およびｆ１の反射エコーが受信され、ＰＲＩ２では、中心周波数ｆ０、ｆ１およびｆ２の反射エコーが受信される。よって、これらの反射エコーを中心周波数毎に分離・処理することで、既存のレーダ装置よりも同一物標からの反射エコーの受信回数を多く取得することが可能となる。受信回数の増加はレーダパルスの積分につながり、これにより物標の検出性能を向上させることが可能になる。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えば気象レーダなどのレーダ装置に関する。

例えば非特許文献１に記載のように、パルスレーダ装置においては目標の速度成分を高精度に検出するには送信パルス繰り返し周波数（Pulse Repetition frequency：ＰＲＦ）を高くすることが有効である。しかしながらＰＲＦとレーダ覆域との間には密接な関係があり、すなわちＰＲＦを高くするとパルス間隔（Pulse Repetition Interval：ＰＲＩ）が短くなるので、宿命的に覆域が狭くなる。このようにＰＲＦを高めて速度検出の性能を高めようとすると、その代償としてレーダ覆域が狭くなる。
吉田孝著 "改訂レーダ技術"、電子情報通信学会（1996）

以上述べたように既存のレーダ装置においては、速度成分の検出性能を向上させようとすると覆域が狭くなるという、互いに相反する要求がある。
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、覆域を損なうことなく速度成分を高精度に検出可能なレーダ装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、レーダパルスを送信する送信部と、前記レーダパルスに基づくパルスエコーを受信して受信信号を出力する受信部と、前記受信信号を処理して目標情報を得る信号処理部とを具備し、前記送信部は、前記レーダパルスの中心周波数を１つのパルス繰返し周期ごとに割当周波数帯域内で複数に可変する送信周波数可変手段を備え、前記受信部は、前記中心周波数の異なるレーダパルスに基づくパルスエコーを前記中心周波数ごとに分離する分離手段を備え、前記信号処理部は、前記分離されたパルスエコーに基づく受信信号を統一的に処理して前記目標情報を得ることを特徴とするレーダ装置が提供される。

このような手段を講じることにより、１つのＰＲＩにおいて周波数の異なる複数のレーダパルスが送出される。これにより既存のレーダ装置よりも多くのパルスヒット数を稼ぐことができ、その受信信号を積分することで処理精度の向上、および速度検出機能の向上を促すことが可能になる。しかも、或る中心周波数の送信信号のＰＲＦを変化させる必要が無いので覆域の広さをそのままに保つことができる。従って覆域を損なうことなく速度成分を高精度に検出可能なレーダ装置を提供することができるようになる。

レーダ装置にはその用途・機能により送信信号の周波数帯域が割り当てられており（割当周波数帯域）、送信信号の中心周波数は割当周波数帯域の中のある周波数になるように生成される。本発明は、割当周波数帯域内の複数の周波数を使用し発射する送信信号の中心周波数を送信毎に変化させることでヒット数を多く検出し、速度成分の検出機能を向上させるものである。

本発明の特徴は、レーダパルスを送信するごとにその中心周波数およびバンドパスフィルタ１１の周波数特性を変化させることにより、空間へ放射されるレーダパルスの送信周波数を可変する機能を具備する点、および中心周波数の異なる複数の信号を同時に統一的に処理する機能を具備する点である。

この発明によれば、覆域を損なうことなく多くのパルスヒット数を稼ぐことができ、速度成分を高精度に検出可能なレーダ装置を提供することができる。

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。
図１は本発明に係るレーダ装置を示す機能ブロック図である。図１において、送信種信号発生部１３はタイミング制御部７から与えられるタイミングに従って送信種信号を送出する。この送信種信号は、ミキサ１２により局部発振器８から送出される信号と混合されて周波数変換され、バンドパスフィルタ１１で影像周波数成分の信号を除去されて所望の周波数成分の信号のみを抽出される。そののち増幅器１０で増幅され、サーキュレーター２を通過したのち空中線１を介して空間へ放射される。ここで、局部発振器８の発振周波数、およびバンドパスフィルタ１１の通過周波数帯域は周波数制御部９により制御される。

物標から反射されたエコー信号は空中線１から入力され、サーキュレーター２を通過したのち増幅器３で増幅される。その後、ミキサ４において局部発振器８から送出される信号と混合されて周波数変換され、バンドパスフィルタ５で影像周波数成分の信号を除去され、所望の周波数成分の信号のみが信号処理部６へ入力されて処理を施される。

図２は、図１の信号処理部６を示す機能ブロック図である。図１のバンドパスフィルタ５から入力される受信信号は、Ａ／Ｄ変換部２１によりデジタル信号に変換されたのち、デジタルフィルタ２２、デジタルフィルタ２３およびデジタルフィルタ２４により所望の中心周波数の信号が必要数だけ分離・抽出される。分離された各信号（それぞれ中心周波数をｆ０，ｆ１，ｆ２とする）はそれぞれ検波部２５，２６，２７により検波され、得られた受信レベルが送信タイミングを考慮しつつ順番にメモリ２８に格納される。この格納された信号を１つのＰＲＩごとに統一的に使用し、データ処理部２９において振幅データや速度データなどの処理データが作成される。

図３は、図１のレーダ装置における処理のタイミングチャートの一例を示す図である。ＰＲＩごとに、あるタイミングで中心周波数がｆ０、ｆ１、ｆ２の送信信号を送信して、反射エコーを受信する。タイミングチャート上のあるポイントでは、距離が異なり中心周波数の異なる反射エコーを同時に受信される。これを信号処理部６で中心周波数毎に分離し、既知の送信タイミングから受信タイミングを算出する。

既存のレーダ装置においては、ＰＲＩ毎にレーダパルスは１回しか送信されない（例えば中心周波数ｆ０の送信信号のみ）。すなわちＰＲＩごとにに１種類の送信信号が送受信されるに過ぎないので、ヒット数は最大でＰＲＩ分しか得られず、検出性能の向上に限界がある。

これに対しこの実施形態ではレーダパルスの中心周波数を変更することで、１つのＰＲＩの中で複数の信号を送信し反射エコーを受信する。すなわち、１ＰＲＩの中で同一の物標からの反射エコーを複数受信することができる。例えば図３のＰＲＩ１では、中心周波数ｆ０およびｆ１の反射エコーが受信され、ＰＲＩ２では、中心周波数ｆ０、ｆ１およびｆ２の反射エコーが受信される。よって、これらの反射エコーを中心周波数毎に分離・処理することで、既存のレーダ装置よりも同一物標からの反射エコーの受信回数を多く取得することが可能となる。受信回数の増加はレーダパルスの積分につながり、これにより物標の検出性能を向上させることが可能になる。

更に、反射エコーの受信回数の増加は、反射物の速度観測性能の向上につながる。図４を参照してこのことを説明する。図４は、図３を中心周波数毎に分離して並べた図である。既存のレーダ装置では、ＰＲＩ１、ＰＲＩ２で受信した反射エコーをもとに物標の速度成分を算出するに過ぎないが、この実施形態ではＰＲＩ１とＰＲＩ２との間にＰＲＩ１’とＰＲＩ１’’とが存在することになり、ＰＲＦが大きくなったように捉えることが可能である。速度観測性能はＰＲＦに比例するので、この実施形態によれば速度観測性能を向上させることが可能となる。しかも、ＰＲＩの間隔は既存のレーダ装置と何ら変わらないので、レーダ覆域をそのままの広さに保つことが可能になる。これらのことから、覆域を損なうことなく速度成分を高精度に検出可能なレーダ装置を提供することが可能となる。

なお、この発明は上記実施形態そのまま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構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明に係るレーダ装置を示す機能ブロック図。図１の信号処理部６を示す機能ブロック図。図１のレーダ装置における処理のタイミングチャートの一例を示す図。図３のタイミングチャートを中心周波数毎に分離し配列した図。

符号の説明

１…空中線、２…サーキュレーター、３…増幅器、４…ミキサ、５…バンドパスフィルタ、６…信号処理部、７…タイミング制御部、８…局部発振器、９…周波数制御部、１０…増幅器、１１…バンドパスフィルタ、１２…ミキサ、１３…送信種信号発生部、２１…Ａ／Ｄ変換部、２２…デジタルフィルタ、２３…デジタルフィルタ、２４…デジタルフィルタ、２５…検波部、２６…検波部、２７…検波部、２８…メモリ、２９…データ処理部

Claims

レーダパルスを送信する送信部と、前記レーダパルスに基づくパルスエコーを受信して受信信号を出力する受信部と、前記受信信号を処理して目標情報を得る信号処理部とを具備し、
前記送信部は、前記レーダパルスの中心周波数を１つのパルス繰返し周期ごとに割当周波数帯域内で複数に可変する送信周波数可変手段を備え、
前記受信部は、前記中心周波数の異なるレーダパルスに基づくパルスエコーを前記中心周波数ごとに分離する分離手段を備え、
前記信号処理部は、前記分離されたパルスエコーに基づく受信信号を統一的に処理して前記目標情報を得ることを特徴とするレーダ装置。
前記送信周波数可変手段は、
前記中心周波数の異なるレーダパルスごとに不要な成分を除去する帯域フィルタと、
この帯域フィルタの通過周波数帯域を前記レーダパルスの送信ごとに切り替え制御する周波数制御部とを備えることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。