JP2008151698A

JP2008151698A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2008151698A
Application number: JP2006341283A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Murakami; 克彦村上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】ブラインド領域をカバーするための短い送信パルスの送受信を不要とすることで、時間的なリソースを節約する。
【解決手段】周波数変調した送信パルスを周期的に送信し、目標物から反射された反射パルスを受信してパルス圧縮し、このパルス圧縮結果をもとに目標物の位置を検出するレーダ装置において、それぞれが異なる受信パルス幅に対応する周波数変調の帯域幅を有する参照関数が用意され、該異なる参照関数を用いて前記パルス圧縮処理を行う複数のブラインド領域用のパルス圧縮器４ａ〜４ｅと、複数のパルス圧縮器４ａ〜４ｅによるパルス圧縮処理結果を用いて目標物検出処理を行う複数の目標検出器６ａ〜６ｅとを備え、ブラインド領域における目標物を検出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、目標物に対して電波を照射し、目標物から反射された電波をもとに目標物の位置を検出するレーダ装置に関するものである。

従来のレーダ装置は、距離性能と距離分解能を同時に満足させるために、長いパルス信号を送信し、受信された信号に対してパルス圧縮処理を行い、パルス圧縮後の信号に対して目標検出処理を行うことにより、目標有無の判定と目標距離の測定を行っている。すなわち従来のパルス圧縮を用いたレーダにおいては、遠距離の目標を探知する際には、平均送信電力を向上させるために、送信時間がパルス繰り返し周期の数１０％の長パルスを用いている。長パルスを用いると、送信中は受信できないため、近距離に目標を検出できない大きなブラインド領域が発生する。例えばデューティ（送信パルス幅／パルス繰り返し周期）を３０％とすると、覆域（インストルメントレンジ）の近距離側３０％がブラインド領域となってしまう。

このようなブラインド領域をカバーするために、特許文献１においては、長パルスの後に短パルスでチャープ周波数の異なるチャープ信号を付加した送信信号を使用し、この送信信号によるレーダ反射波を受信し、受信した反射波をフーリエ変換して２つの周波数帯域のスプクトラムに分割し、この２つのスプクトラムと長短それぞれのチャープ信号から作成した個別のフィルタ係数とのベクトル積をフーリエ逆変換することによって、各パルスの発射時間位置に対応した反射波を得るようにしている。

特開２００４−５３５６９号公報

しかしながらこのような短い送信パルスを別に送信する特許文献１の手法では、ブラインド領域をカバーするための短い送信パルスの送受信に時間的なリソースを使ってしまい、送信パルスの繰り返し周期が長くなるなどの問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ブラインド領域をカバーするための短い送信パルスの送受信を不要とすることで、時間的なリソースを節約することができるレーダ装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、周波数変調した送信パルスを周期的に送信し、目標物から反射された反射パルスを受信してパルス圧縮し、このパルス圧縮結果をもとに目標物の位置を検出するレーダ装置において、それぞれが異なる受信パルス幅に対応する前記周波数変調の帯域幅を有する参照関数が用意され、該異なる参照関数を用いて前記パルス圧縮処理を行う複数のブラインド領域用のパルス圧縮器と、前記複数のパルス圧縮器によるパルス圧縮処理結果を用いて目標物検出処理を行う複数の目標検出器とを備え、送信パルスより短い幅の受信パルスしか受信できないブラインド領域における目標物を検出することを特徴とする。

この発明によれば、異なる受信パルス幅に対応する周波数変調の帯域幅を有する参照関数を用いてパルス圧縮を行い、これらのパルス圧縮処理結果を用いてブラインド領域における目標物検出処理を行うようにしたので、ブラインド領域をカバーするための短い送信パルスの送受信が不要となり、そのための時間的なリソースを節約できるという効果がある。また、受信パルスと参照関数が同じ変調帯域をもつため正常なパルス圧縮が行え、変調帯域が異なるパルス圧縮を行った場合に生じるレンジサイドローブの増大が生じることはない。

以下に、本発明にかかるレーダ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明に係るレーダ装置の実施の形態１の構成図である。図１に示すように、レーダ装置は、アンテナ１と、送受信機２と、ノーマルパルス圧縮器３と、複数（この場合５個）のエクリプス用パルス圧縮器４ａ〜４ｅと、ノーマル目標検出器５と、複数（この場合５個）の低分解能用目標検出器６ａ〜６ｅと、距離合成器７とを備えて構成される。このレーダ装置は、例えば艦船や海辺などに設置される。

次に、図１のレーダ装置の動作を説明する。送受信機２は、リニアＦＭ変調（アップチャープ変調またはダウンチャープ変調）をかけた送信信号を発生し、アンテナ１へ出力する。アンテナ１は、空中に送信信号を放射し、目標物からの反射信号を受信する。アンテナ１によって受信された信号は、送受信機２へ出力され、送受信機２によって増幅、周波数変換され、ノーマルパルス圧縮器３及び複数のエクリプス用パルス圧縮器４ａ〜４ｅへ出力される。

ノーマルパルス圧縮器３の動作を説明する。ノーマルパルス圧縮器３は、図２に示すように、近距離側のブラインド領域ＢＬを除く距離範囲の信号、すなわち正常にパルス圧縮処理が行える距離範囲の信号に対してパルス圧縮処理を行う。ここで、送信パルスの送信期間においては反射信号を受信できないので、図４に示すような受信パルスの欠損（エクリプス）が発生する。ブラインド領域ＢＬとは、送信パルスのパルス幅と同じ長さのパルスが受信できない距離範囲、別言すれば送信パルス幅より短いパルス幅の受信パルスしか受信できない距離範囲のことをいう。ノーマルパルス圧縮器３は、図２に示すように、送信パルスの後端から次の送信パルスの前端までの距離範囲の入力信号にリニアＦＭ方式のパルス圧縮処理を行い、近距離側のブラインド領域ＢＬを除く距離範囲（ブラインド領域ＢＬの後端から次の送信パルスの前端までの距離範囲）のパルス圧縮後信号をノーマル目標検出器５へ出力する。

エクリプス用パルス圧縮器４ａ〜４ｅの動作を説明する。エクリプス用パルス圧縮器４ａ〜４ｅは、全体としてみれば、図３に示すように、ブラインド領域ＢＬの距離範囲の入力信号に対して、リニアＦＭ方式のエクリプス用パルス圧縮処理を行い、ブラインド領域ＢＬに対応する距離範囲のパルス圧縮後信号を低分解能用目標検出器６ａ〜６ｅへ出力する。

前述したように、ブラインド領域ＢＬにおいては、受信パルスの欠損（エクリプス）が発生するので、このブラインド領域ＢＬにおける目標物からの受信パルスは、送信パルスのパルス幅より短いものとなる。エクリプス用パルス圧縮処理は、図４に示すように、受信パルス幅によってリニアＦＭ変調波の変調帯域Δｆが異なることに着目し、受信距離毎に（受信パルス幅毎に）受信できる変調帯域幅Δｆを予め計算し、これら各変調帯域に対応する複数の異なる参照関数を予め生成し、生成した複数の参照関数を用いてパルス圧縮処理を行うものである。

図５は、各エクリプス用パルス圧縮器４ａ〜４ｅで行うパルス圧縮処理の概念を示したものであり、ハッチングで示した部分が受信パルス部分であり、破線で囲まれた部分がエクリプスである。また、受信パルスおよびエクリプス部分に記入した斜め直線は、図４と同様の変調帯域を示すものである。例えば、エクリプス用パルス圧縮器４ａでは、０からΔｔａの受信パルス幅に対応する変調帯域Δｆａを有する参照関数を用いてパルス圧縮処理を行う。また、エクリプス用パルス圧縮器４ｂでは、０からΔｔｂの受信パルス幅に対応する変調帯域Δｆｂを有する参照関数を用いてパルス圧縮処理を行い、エクリプス用パルス圧縮器４ｃでは、０からΔｔｃの受信パルス幅に対応する変調帯域Δｆｃを有する参照関数を用いてパルス圧縮処理を行い、エクリプス用パルス圧縮器４ｄでは、０からΔｔｄの受信パルス幅に対応する変調帯域Δｆｄを有する参照関数を用いてパルス圧縮処理を行い、エクリプス用パルス圧縮器４ｅでは、０からΔｔｅの受信パルス幅に対応する変調帯域Δｆｅを有する参照関数を用いてパルス圧縮処理を行う。この場合、受信パルス幅を５段階に分割したが、分割数は任意である。

エクリプス用パルス圧縮処理は、受信パルスと参照関数が同じ変調帯域をもつため正常なパルス圧縮が行え、変調帯域が異なるパルス圧縮を行った場合に生じる、レンジサイドローブの増大が生じることはない。ただし、受信パルス幅が小さくなるとこれに応じて参照関数の変調帯域幅が狭くなるため、パルス圧縮後のパルス幅は広くなり、距離分解能は劣化する。

また、エクリプス用パルス圧縮処理では、送信パルス幅の全てが受信されていない受信パルスに対してパルス圧縮処理を行うため、パルス圧縮後の目標信号は、ノーマルパルス圧縮に比べ電力的には低下する。しかし、ブラインド領域ＢＬは近距離に生じるものであり、スパンロスが小さいため、同じレーダ有効反射面積の目標に対する探知性能は劣化しない。

ノーマル目標検出器５は、入力信号に対して、Ｓ／Ｎ改善処理、不要信号除去処理を行った後、振幅検出処理を行い、ノーマル目標検出処理によって距離ごとに目標の有無を判定し、判定結果を距離合成器７へ出力する。

ノーマル目標検出処理を図６に示す。ノーマル目標検出処理は、一般にＣＦＡＲと呼ばれる処理であり、移動窓中の参照セル内の受信電力を用いてスレショルドレベルを決定し、注目セルの信号がスレショルドレベルよりも大きいかどうかで、目標の有無を判定するものである。すなわち、演算部１０および１１で各参照セル受信信号の和を計算し、演算部１２で各参照セルの受信信号の合計値を参照セル数で除算し、演算部１３で該除算結果に係数を乗じて閾値レベルを算出し、比較器１４で注目セル内の信号を閾値レベルと比較することで目標の有無を判定する。注目セルと参照セルとの間に存在するガードセルは、目標信号が注目セルに存在するときに、目標信号の距離方向の裾野が参照セルに入り、スレショルドレベルが高くなることを防止するものであり、ノーマルパルス圧縮後のピークパルス幅相当のセル長とする。

各低分解能目標検出器６ａ〜６ｅでは、ノーマル目標検出器５と同様に、入力信号に対して、Ｓ／Ｎ改善処理、不要信号除去処理を行った後、振幅検出処理を行い、低分解能目標検出出処理によって距離ごとに目標の有無を判定し、判定結果を距離合成器７へ出力する。

低分解能目標検出処理を図７に示す。すなわち、演算部２０および２１で各参照セル受信信号の和を計算し、演算部２２で各参照セルの受信信号の合計値を参照セル数で除算し、演算部２３で該除算結果に係数を乗じて閾値レベルを算出し、比較器２４で注目セル内の信号を閾値レベルと比較することで目標の有無を判定する。低分解能目標検出処理とノーマル目標検出処理との違いは、ガードセル長のみである。低分解能目標検出処理では、ガードセル長を受信距離ごとに変化させ、エクリプス用パルス圧縮後のパルス幅相当のセル長とする。すなわち、複数の低分解能目標検出器６ａ〜６ｅにおける移動窓中のガードセルのセル長を受信パルス幅に応じてパルス圧縮後のパルス幅相当のセル長になるように異ならせている。具体的には、低分解能目標検出器６ａは受信パルス幅が最も短いものを検出対象としているので、パルス圧縮後のピークパルス幅が最も広くなるので、ガードセルもこれに応じて長くし、また低分解能目標検出器６ｅは受信パルス幅が最も長いものを検出対象としているので、パルス圧縮後のピークパルス幅が最も狭くなるので、ガードセルもこれに応じて短くする。

距離合成器７は、ノーマル目標検出器５と複数の低分解能用目標検出器６ａ〜６ｅの出力を統合し、ブラインド領域ＢＬを含む全距離範囲の目標検出結果を出力する。

本レーダ装置は、上記のように動作するため、従来ブラインドとなっていた領域の信号に対しても、レンジサイドローブの劣化しないパルス圧縮を行うことができる。また、従来ブラインドとなっていた領域の信号に対して目標検出を行う際に、圧縮後パルス幅が広くなることによって参照セル内に目標信号が混入し、スレショルドレベルの増大を招き、目標探知性能が劣化することを防止できる。これにより、長パルスを送信しても、従来必要であった、ブラインド領域をカバーするための短い送信パルスの送受信を行う必要がなく、そのための時間的なリソースを節約できるという効果がある。

以上のように、本発明にかかるレーダ装置は、周波数変調した送信パルスを周期的に送信し、目標物から反射された反射パルスを受信してパルス圧縮し、このパルス圧縮結果をもとに目標物の位置を検出するレーダ装置に有用である。

この発明の実施の形態によるレーダ装置を示す構成図である。この発明の実施の形態によるノーマルパルス圧縮器の入出力距離範囲を示す図である。この発明の実施の形態によるエクリプス用パルス圧縮器の入出力距離範囲を示す図である。この発明の実施の形態によるエクリプス用パルス圧縮処理における参照関数の変調帯域を示す図である。この発明の実施の形態によるエクリプス用パルス圧縮処理におけるパルス圧縮処理を示す概念図である。この発明の実施の形態によるノーマル目標検出処理を説明する図である。この発明の実施の形態による低分解能用目標検出処理を説明する図である。

符号の説明

１アンテナ
２送受信機
３ノーマルパルス圧縮器
４ａ〜４ｅエクリプス用パルス圧縮器
５ノーマル目標検出器
６ａ〜６ｅ低分解能用目標検出器
７距離合成器

Claims

周波数変調した送信パルスを周期的に送信し、目標物から反射された反射パルスを受信してパルス圧縮し、このパルス圧縮結果をもとに目標物の位置を検出するレーダ装置において、
それぞれが異なる受信パルス幅に対応する前記周波数変調の帯域幅を有する参照関数が用意され、該異なる参照関数を用いて前記パルス圧縮処理を行う複数のブラインド領域用のパルス圧縮器と、
前記複数のパルス圧縮器によるパルス圧縮処理結果を用いて目標物検出処理を行う複数の目標検出器と、
を備え、送信パルスより短い幅の受信パルスしか受信できないブラインド領域における目標物を検出することを特徴とするレーダ装置。
前記複数の目標検出器は、移動窓中の参照セル内の信号を用いて閾値を決定し、注目セルの信号が前記閾値よりも大きいか否かで、目標の有無を判定するＣＦＡＲ処理を行うものであり、
前記複数の目標検出器における移動窓中の前記注目セルと参照セル間に存在するガードセルのセル長を受信パルス幅に応じてパルス圧縮後のパルス幅相当のセル長になるように異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。