JP2013124888A - レーダ装置および検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーダ装置は、送信部、受信部、補正部、帯域補間処理部、信号処理部を備える。送信部は、第1の周波数帯域の第1のチャープパルスと、第1の周波数帯域と異なる第2の周波数帯域の第2のチャープパルスを目標に送信する。受信部は、目標から第1の受信信号と第2の受信信号を受信する。補正部は、第1および第2の受信信号の位相を、補正値テーブルを用いて補正し、第1および第2の補正スペクトルを求める。帯域補間処理部は、第1および第2の補正スペクトルを結合した信号に、第1の周波数帯域と第2の周波数帯域の間の帯域の信号を補間して、第1の周波数帯域から第2の周波数帯域までのチャープ信号についての目標からの反射波を表す補間信号を生成する。信号処理部は、補間信号を用いて目標までの距離を求める。
【選択図】図1
Description
図1は、第1の実施形態にかかるレーダ装置の構成の例を示す。レーダ装置10は、周波数シンセサイザ11、周波数フィルタ12、パルス変調器13、高出力増幅器14、制御器20、送受切替器30、送受信アンテナ31を備える。レーダ装置10は、さらに、周波数フィルタ41(41a、41b)、低雑音増幅器42、受信ミキサ43、中間周波増幅器45、分波器46、A/D変換器47(47a〜47c)、信号処理器48、表示器49、帯域補間処理器50を備える。なお、以下の説明では、3種類の周波数帯域の送信パルスが用いられるものとし、受信信号は送信パルスの種類ごとに異なるA/D変換器47で処理される場合について説明するが、送信パルスの周波数帯域の種類の数は任意である。また、レーダ装置10に備えられているA/D変換器47の数も、任意に変更されるものとする。例えば、レーダ装置10にA/D変換器47が1つ含まれていても良く、A/D変換器47が1つである場合、受信信号は所定の周期でA/D変換器47に入力され、受信信号ごとにデジタルI/Q信号が記録される。
(3n+1)番目に生成されるパルス:f1〜f2
(3n+2)番目に生成されるパルス:f3〜f4
3n番目に生成されるパルス :f5〜f6
となるように周波数帯域を指定するものとする。ここでnは、0以上の任意の整数である。制御器20は、決定した周波数帯域を、周波数シンセサイザ11と分波器46に通知する。
以下、第1の実施形態で行われる動作の例を説明する。なお、レーダ装置10の動作は実装に応じて変更されることがあるものとする。例えば、以下の例では低周波数側から順に選択された周波数の送信パルスが、一定時間ごとに目標1に送信される場合について説明しているが、周波数帯域を選択する順序は任意に変更することができる。さらに、以下の説明では、複数の送信パルスから得られた受信信号はバッファ51に記録されるときに結合されているが、受信信号の周波数軸上での結合は、電気長が補正された後で行われても良い。
送信波がf1〜f2である場合のIF信号の出力先:A/D変換器47a
送信波がf3〜f4である場合のIF信号の出力先:A/D変換器47b
送信波がf5〜f6である場合のIF信号の出力先:A/D変換器47c
であるものとする。そこで、分波器46は、中間周波増幅器45から入力された信号をA/D変換器47aに出力する。
第1の実施形態では、周波数シンセサイザ11が送信チャープ信号を生成する場合について説明したが、チャープ信号は波形発生器15によって生成されても良い。図11は、第2の実施形態にかかるレーダ装置60の構成の例を示す。レーダ装置60は、周波数シンセサイザ61、波形発生器15、中間周波増幅器16、周波数フィルタ12bを備える。波形発生器15は、チャープ信号を生成し、中間周波増幅器16に出力する。中間周波増幅器16は、増幅後のチャープ信号を周波数フィルタ12bに出力する。増幅後のチャープ信号は、周波数フィルタ12bにより所定の周波数帯域のチャープ信号に変更された後に、送信ミキサ18に出力される。
図12は、第3の実施形態に係るレーダ装置80の構成の例を示す。レーダ装置80は、周波数帯域が高い送信パルスほど送信パルスの強度が大きくなるように、送信パルスの増幅量を送信パルスに含まれている周波数成分に応じて変更する。
図15は、レーダ装置90の構成の例を示す図である。レーダ装置90は、受信波から目標1までの距離に応じて、送信パルスを増幅する際の利得を変更することができる。すなわち、第4の実施形態では、レーダ装置90は、フィードバックされた情報を用いて、送信波の減衰量を認識し、送信波を増幅する際の利得を調整する。
第5の実施形態では、周波数帯域が高い送信パルスの生成に用いるチャープ信号ほど広い帯域の信号とすることにより、周波数が高い領域を用いた場合のデータ量を確保する場合について、レーダ装置10の動作を説明する。
従ってパルス幅は、nを0以上の任意の整数とすると以下のように計算できる。
(3n+1)番目に生成されるパルス:(f2−f1)/Δfa
(3n+2)番目に生成されるパルス:(f7−f3)/Δfb
3n番目に生成されるパルス :(f8−f5)/Δfc
以下、パルス幅は、τ1〜τ3を用いて次のように表すものとする。
τ1=(f2−f1)/Δfa
τ2=(f7−f3)/Δfb
τ3=(f8−f5)/Δfc
ここでは、分かりやすくするために、いずれの周波数帯域でも周波数の変化量は同じ値、すなわち、Δfa=Δfb=Δfcであるものとする。すると、周波数シンセサイザ11は、チャープ信号の長さが、f1〜f2の信号<f3〜f7の信号<f5〜f8の信号となるようにチャープ信号を生成する。生成されたチャープ信号は、パルス変調器13によって送信パルスに変換される。このとき、パルス変調器13は、チャープ信号の長さに応じたパルス幅の送信波を生成するので、τ1<τ2<τ3となる。
比帯域=帯域幅/中心周波数
で表される。このため、高周波数側では低周波数と同じ比帯域であったとしても帯域幅を広くすることができ、低周波数側よりも比較的容易に広い周波数帯域を確保できることが期待される。本実施形態では、周波数帯域が高いほど使用されている帯域を広くするため、高周波数の帯域の受信波から得られる情報量が増加する。そのため、高周波側での減衰量が比較的大きくても、高周波数で使用する帯域を広くすることにより、高周波側の結果から得られる情報の精度の劣化を防ぐことができる。
なお、実施形態は上記に限られるものではなく、様々に変形可能である。以下にその例をいくつか述べる。
10、60、80、90、95、100、110、120 レーダ装置
11、61 周波数シンセサイザ
12、41 周波数フィルタ
13 パルス変調器
14 高出力増幅器
15 波形発生器
16、45 中間周波増幅器
18 送信ミキサ
19、46 分波器
20、82、91、96 制御器
30 送受切替器
31 送受信アンテナ
42 低雑音増幅器
43 受信ミキサ
47 A/D変換器
48 信号処理器
49 表示器
50 帯域補間処理器
51 バッファ
52 補正値テーブル
53 電気長補正部
54 補間処理部
70 制御回路
71 表示デバイス
72 メモリ
81、93 可変増幅器
92 検波器
111 送信アンテナ
112 受信アンテナ
Claims (8)
- 第1の周波数帯域にわたる第1のチャープパルスと、前記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域にわたる第2のチャープパルスを、観測対象である目標に向けて送信する送信部と、
前記目標からの前記第1のチャープパルスの反射波である第1の受信信号と、前記第2のチャープパルスの反射波である第2の受信信号を受信する受信部と、
前記第1の受信信号の位相を、補正値テーブルに記録されている補正値で補正することにより第1の補正スペクトルを求めるとともに、前記第2の受信信号の位相を、前記補正値で補正することにより第2の補正スペクトルを求める補正部と、
前記第1および第2の補正スペクトルを結合した信号に、前記第1の周波数帯域と前記第2の周波数帯域の間の帯域の信号を補間することにより、前記第1の周波数帯域から前記第2の周波数帯域までのチャープ信号を前記目標に照射したときに得られる反射波を表す補間信号を生成する帯域補間処理部と、
前記補間信号を用いて前記目標までの距離を求める信号処理部
を備えることを特徴とするレーダ装置。 - 前記補正値テーブルは、前記第1および第2のチャープパルスが前記目標に向けて送信されるまでに経由する電気長に起因して発生する位相の変化を解消するための補正値を、前記電気長を経由する信号の周波数の関数として記録し、
前記補正部は、補正対象の信号と同じ周波数に対応付けられた補正値を用いて、前記第1および第2の受信信号を補正することにより、前記第1および第2の補正スペクトルを求める
ことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記補正部は、前記目標での前記第1のチャープパルスの散乱中心の周波数成分である第1の特異点を前記第1の受信信号から求めずに、前記第1の補正スペクトルを求め、さらに、前記目標での前記第2のチャープパルスの散乱中心の周波数成分である第2の特異点を前記第2の受信信号から求めずに、前記第2の補正スペクトルを求める
ことを特徴とする請求項1もしくは2に記載のレーダ装置。 - 前記第1および第2のチャープパルスの強度を増幅する増幅器をさらに備え、
前記増幅器は、増幅しようとするチャープパルスに含まれる周波数が高いほど送信されるチャープパルスの送信強度が高くなるようにチャープパルスの強度を増幅する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーダ装置。 - 前記信号処理部で算出された距離から周波数ごとの減衰量を見積もることにより、前記第1の周波数帯域にわたるチャープパルスを増幅するときの第1の利得と、前記第2の周波数帯域にわたるチャープパルスを増幅するときの第2の利得を求める制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1の利得を前記第1の周波数帯域に対応付けて前記増幅器に通知すると共に、前記第2の利得を前記第2の周波数帯域に対応付けて前記増幅器に通知し、
前記増幅器は、前記第1の周波数帯域にわたる第3のチャープパルスを前記第1の利得で増幅し、前記第2の周波数帯域にわたる第4のチャープパルスを前記第2の利得で増幅する
ことを特徴とする請求項4に記載のレーダ装置。 - 前記第1の周波数帯域にわたるチャープ信号から前記第1のチャープパルスを生成し、前記第2の周波数帯域にわたるチャープ信号から前記第2のチャープパルスを生成するパルス変調器をさらに備え、
前記パルス変調器は、チャープパルスの生成に用いる信号に含まれる周波数が高いほどパルスの幅が広くなるようにチャープパルスを生成する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーダ装置。 - 前記信号処理部で算出された距離から周波数ごとの減衰量を見積もることにより、前記第1の周波数帯域にわたるチャープパルスに適用する第1のパルス幅と、前記第2の周波数帯域にわたるチャープパルスに適用する第2のパルス幅を求める制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1のパルス幅を前記第1の周波数帯域に対応付けて前記パルス変調器に通知すると共に、前記第2のパルス幅を前記第2の周波数帯域に対応付けて前記パルス変調器に通知し、
前記パルス変調器は、前記第1の周波数帯域にわたる第3のチャープパルスを前記第1のパルス幅に調整し、前記第2の周波数帯域にわたる第4のチャープパルスを前記第2のパルス幅に調整する
ことを特徴とする請求項6に記載のレーダ装置。 - 第1の周波数帯域にわたる第1のチャープパルスと、前記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域にわたる第2のチャープパルスを、観測対象である目標に向けて送信し、
前記目標からの前記第1のチャープパルスの反射波である第1の受信信号と、前記第2のチャープパルスの反射波である第2の受信信号を受信し、
前記第1の受信信号の位相を、補正値テーブルに記録されている補正値で補正することにより第1の補正スペクトルを求めるとともに、前記第2の受信信号の位相を、前記補正値で補正することにより第2の補正スペクトルを求め、
前記第1および第2の補正スペクトルを結合した信号に、前記第1の周波数帯域と前記第2の周波数帯域の間の帯域の信号を補間することにより、前記第1の周波数帯域から前記第2の周波数帯域までのチャープ信号を前記目標に照射したときに得られる反射波を表す補間信号を生成し、
前記補間信号を用いて前記目標までの距離を求める
ことを特徴とする目標の検出方法。
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