JP4362354B2 - Pulse generation circuit and microwave image radar using the same - Google Patents
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Description
本発明はマイクロ波映像レーダに関し、特に航空機に搭載し地表面の3次元映像を得る航空機搭載マイクロ波映像レーダおよびそれに使用するバースト状の線形FMパルスを発生するパルス発生回路に関する。 The present invention relates to a microwave image radar, and more particularly to an aircraft-mounted microwave image radar that is mounted on an aircraft and obtains a three-dimensional image of the ground surface, and a pulse generation circuit that generates burst-like linear FM pulses used therefor.
地形又は地図情報の取得のみならず、植生分布、森林破壊、砂漠化の進行、海洋波浪、氷河の消長等の地球観測のために、地表面データ(情報)を正確且つ容易に取得する必要がある。そのための1つの手法は、航空機に搭載される3次元マイクロ波映像レーダの使用である。 It is necessary to acquire ground surface data (information) accurately and easily not only for topographical or map information but also for observing the earth such as vegetation distribution, deforestation, progress of desertification, ocean wave, and glaciation. is there. One approach for this is the use of a three-dimensional microwave imaging radar mounted on an aircraft.
航空機搭載マイクロ波映像レーダを使用すると、昼夜に拘わらず且つ天候に殆んど左右されることなく、地表面の高分解能マイクロ波映像を取得可能である。斯かるマイクロ波映像レーダは、一般に主従2個のアンテナを使用する。このマイクロ波映像レーダは、インターフェロメトリにより地表面の高さを高精度で測定するトポログラフィック機能、平行および交差の全ての偏波の組合せで同時観測するポラリメータ機能、およびアンテナビーム方向可変機能を有している。類似技術として、水面上の船舶又は水中曳航体から推定に向けて超音波を発射し、そのエコーを受信した映像から推定の地層構造を調査する地層探査装置が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
斯かるマイクロ波や超音波を使用するレーダ、特にマイクロ波映像レーダは、送信パルス信号をベースバンド波で発生する。その際に、波形データを予めメモリ(記憶装置)に格納しておき、送信周期毎に読み出す。そして、デジタル・アナログ変換(D/A変換)して送信出力する。 Such radars that use microwaves and ultrasonic waves, particularly microwave image radars, generate transmission pulse signals as baseband waves. At that time, the waveform data is stored in advance in a memory (storage device) and read out every transmission cycle. Then, digital-analog conversion (D / A conversion) is performed for transmission.
送信パルス信号をメモリから周期的に読み出して、D/A変換後に線形FM変調(周波数変調)して出力する際に、D/A変換器に入力するデジタルデータの全ビットを同一のメモリから読み出すと、線形FMパルス信号の帯域が50MHz以上の場合には、D/A変換のサンプリング速度にメモリのアクセス時間が対応できなくなるという課題を有する。また、D/A変換器および演算増幅器のみにより線形FMパルス信号を発生すると、線形FMパルス信号の帯域が広くなり、D/A変換器の周波数特性および演算増幅器のスルーレート劣化による振幅や位相への影響が無視できなくなるという課題を有する。更に、D/A変換後による量子化誤差に起因するノイズ成分の低減を図るためにフィルタを挿入すると、低域フィルタの挿入による位相劣化が無視できなくなるという課題を有する。 When the transmission pulse signal is periodically read out from the memory and output after linear FM modulation (frequency modulation) after D / A conversion, all bits of the digital data input to the D / A converter are read out from the same memory. When the bandwidth of the linear FM pulse signal is 50 MHz or more, there is a problem that the access time of the memory cannot correspond to the sampling speed of D / A conversion. In addition, when a linear FM pulse signal is generated only by a D / A converter and an operational amplifier, the bandwidth of the linear FM pulse signal is widened, and the frequency characteristics of the D / A converter and the amplitude and phase due to deterioration of the slew rate of the operational amplifier. There is a problem that the influence of can not be ignored. Furthermore, when a filter is inserted to reduce a noise component due to a quantization error after D / A conversion, there is a problem that phase deterioration due to insertion of a low-pass filter cannot be ignored.
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、上述した課題を解消又は軽減するパルス発生回路およびそれを使用するマイクロ波映像レーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a pulse generation circuit that eliminates or reduces the above-described problems and a microwave image radar using the same.
前述の課題を解決するため、本発明によるパルス発生回路およびそれを使用するマイクロ波映像レーダは、次のような特徴的な構成を採用している。 In order to solve the above-described problems, the pulse generation circuit according to the present invention and the microwave image radar using the same employ the following characteristic configuration.
(1)基準トリガ信号に同期して線形周波数変調(FM)されたバースト状パルスを発生するパルス発生回路において、
それぞれ波形データおよび補正データを記憶するマスタROMおよび補正ROMと、該マスタROMから読み出された波形データを書き込む複数のRAMと、該RAMから読み出されたデータを並列‐直列変換する並列‐直列変換器と、該並列‐直列変換器の出力をアナログ変換するD/A変換器と、該D/A変換器の電流出力を電圧値に変換する電流‐電圧変換器と、該電流‐電圧変換器の出力の量子化ノイズを除去して意図するパルスを出力するフィルタと、該フィルタの出力パルスの周波数を測定する周波数カウンタと、該周波数カウンタの測定値を積分する周波数データ積分器と、該周波数データ積分器の出力を受けて位相補正量を判別して前記補正ROMに入力する位相補正量判別器を備えるパルス発生回路。
( 1 ) In a pulse generation circuit that generates a burst pulse that is linear frequency modulated (FM) in synchronization with a reference trigger signal ,
A master ROM and correction ROM for storing waveform data and corrected data, respectively, and a plurality of RAM to write the waveform data read from the master ROM, parallel data read from the RAM - serial converter parallel - serial Converter, D / A converter for analog-converting the output of the parallel-serial converter, current-voltage converter for converting the current output of the D / A converter into a voltage value, and the current-voltage conversion a filter for outputting a pulse intended to remove the quantization noise of the output of the vessel, and a frequency counter for measuring the frequency of the output pulse of the filter, and frequency data integrator for integrating the measurement value of the frequency counter, A pulse generation circuit comprising a phase correction amount discriminator that receives an output of the frequency data integrator and discriminates a phase correction amount and inputs the phase correction amount to the correction ROM.
(2)前記周波数カウンタに周波数測定タイミング信号を入力するタイムシンセサイザを備える上記(1)に記載のパルス発生回路。 ( 2 ) The pulse generation circuit according to ( 1 ), further including a time synthesizer that inputs a frequency measurement timing signal to the frequency counter.
(3)前記タイムシンセサイザは、前記基準トリガ信号に同期する順次の前記線形周波数変調されたパルス信号の異なる時刻にタイミング信号を発生する上記(2)に記載のパルス発生回路。 (3) the time synthesizer, pulse generating circuit according to the above (2) for generating a timing signal at different times of sequential said linear frequency modulated pulse signal synchronized with the reference trigger signal.
(4)上記(1)、(2)又は(3)に記載のパルス発生回路で発生された線形周波数変調されたパルス信号をアンテナから送信し、反射されたマイクロ波をアンテナで受信して映像を表示するマイクロ波映像レーダ。 ( 4 ) A linear frequency modulated pulse signal generated by the pulse generation circuit described in (1) , (2) or (3) above is transmitted from the antenna, and the reflected microwave is received by the antenna. Microwave image radar that displays.
本発明によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、データバス上に複数のRAMを設けることにより高速サンプリング機能および量子化ビット数の選択を行うことが可能である。また、D/A変換器、演算増幅器および低域フィルタが有する周波数特性による振幅や位相への影響を低減可能である。 According to the present invention, the following practical effects can be obtained. That is, it is possible to select a high-speed sampling function and the number of quantization bits by providing a plurality of RAMs on the data bus. Further, the influence on the amplitude and phase due to the frequency characteristics of the D / A converter, the operational amplifier, and the low-pass filter can be reduced.
以下、本発明によるパルス発生回路およびそれを使用するマイクロ波映像レーダの好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of a pulse generation circuit according to the present invention and a microwave image radar using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
先ず、図1は、本発明によるマイクロ波映像レーダに使用されるパルス発生回路の好適実施例の構成を示すブロック図である。このパルス発生回路10は、マスタROM(読出専用メモリ)11、複数のRAM(ランダムアクセスメモリ)12A〜12N、複数の並列−直列変換器(P→S変換シフトレジスタ)13A〜13N、D/A変換器14、電流→電圧変換演算増幅器(電流‐電圧変換器)15、低域フィルタ16、周波数カウンタ17、タイムシンセサイザ18、周波数データ積分器19、位相補正量判別器20、補正ROM21およびリード/ライト(読み出し/書き込み)コントローラ22により構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of a pulse generation circuit used in a microwave image radar according to the present invention. The
マスタROM11および補正ROM21は、データバス23を介してRAM12A〜12Nに接続されている。RAM12A〜12Nは、それぞれ対応するP→S変換シフトレジスタ13A〜13Nに接続されている。複数のP→S変換シフトレジスタ13A〜13Nの出力は、D/A変換器14に接続されている。D/A変換器14の出力は、電流→電圧変換演算増幅器15を介して低域フィルタ16に接続されている。この低域フィルタ16は、後続するデータ処理系へ出力すると共に周波数カウンタ17に接続されている。この周波数カウンタ17には、タイムシンセサイザ18からタイミング信号が入力され、周波数データ積分器19に接続されている。この周波数データ積分器19は、位相補正量判別器20を介して補正ROM21に接続されている。また、リード/ライトコントローラ22は、マスタROM11、各RAM12A〜12Nおよび補正ROM21に制御信号を入力する。
The master ROM 11 and the
次に、図1に示すパルス発生回路10の動作を説明する。マスタROM11には、線形FMパルス信号を発生させるために必要な波形データが記憶されている。そして、リード/ライトコントローラ22からの制御信号に従って、マスタROM11に記憶されたデータが読み出され、データバス23に出力される。データバス23上のデータは、RAM12A〜12NにRAM12A、RAM12B、・・・、RAM12Nの順に順次書き込まれる。これら複数のRAM12A〜12Nに書き込まれたデータは、リード/ライトコントローラ22からの制御信号に従ってN個同時に読み出される。
Next, the operation of the
ここで、線形FMパルス信号をD/A変換により発生するために必要な量子化ビット数をNとすると、RAM12Aには波形データのMSB(Most Significant Bit)のデータが、RAM12Bには波形データのMSBから2番目のデータが、以下同様にしてRAM12Nには波形データのLSB(Least
Significant Bit)が、Mサンプル分を1ワードとして書き込まれる。これらのRAM12A〜12Nに書き込まれたデータは、リード/ライトコントローラ22からの制御信号に従って送信周波数毎に読み出された後、対応するP→S変換シフトレジスタ13A〜13Nに入力される。
Here, if the number of quantization bits necessary for generating the linear FM pulse signal by D / A conversion is N, the MSB (Most Significant Bit) data of the waveform data is stored in the
Significant Bit) is written with M samples as one word. The data written in these
これらP→S変換シフトレジスタ13A〜13Nは、それぞれMビットのパラレル(並列)入力をシリアル(直列)変換してD/A変換器14に出力する。D/A変換器14は、Nビットのデジタル入力データをアナログ信号(電流)に変換して電流→電圧変換演算増幅器15に出力する。電流→電圧変換演算増幅器15は、入力信号を電圧値に変換し、低域フィルタ16に出力する。この低域フィルタ16は、D/A変換による量子化誤差に起因するノイズ成分を低減し、その出力をデータ処理系に出力すると共に周波数カウンタ17へ送り出す。
These P → S conversion shift registers 13 </ b> A to 13 </ b> N convert M-bit parallel (parallel) inputs to serial (serial) and output them to the D /
周波数カウンタ17は、タイムシンセサイザ18からのタイミング信号に同期して低域フィルタ16の出力信号である線形FMパルス信号の周波数を測定する。図2は、測定タイミングを説明するタイミングチャートである。図2において、(A)は基準トリガ信号、(B)は直線FMパルス信号および(C)はタイムシンセサイザ18からのタイミング信号である。
The frequency counter 17 measures the frequency of the linear FM pulse signal that is the output signal of the low-
図2において、基準トリガ信号(図2(A)参照)は、各送信周期の基準となる信号である。タイムシンセサイザ18は、この基準トリガ信号に完全に同期しながら動作する。バースト状の線形(又は直線)FMパルス信号(図2(B)参照)のパルス内の各時刻における周波数を測定するために、タイムシンセサイザ18は、先ず、最初の測定を行う時刻t1を知らせるタイミング信号(図2(C)参照)を周波数カウンタ17に送り出す。周波数カウンタ17は、このタイミング信号に基づいて測定を行い、その測定結果を周波数データ積分器19に通知する。
In FIG. 2, a reference trigger signal (see FIG. 2A) is a signal that serves as a reference for each transmission cycle. The
タイムシンセサイザ18は、次の送信周期に次のパルス内の2番目の周波数測定時刻となるt2を知らせるタイミング信号を、周波数カウンタ17に送り出す。同様にして、更に次の測定周期では、次のパルスの3番目の測定時刻t3を知らせるタイミング信号を周波数カウンタ17に送り出す。以下同様に、タイムシンセサイザ10は、パルス内の全ての周波数測定が完了するまでタイミング信号を送り続ける。周波数カウンタ17は、その測定データを、周波数データ積分器19に通知し続ける。
The
周波数データ積分器19は、入力データを保管した後、積分処理する。そして、得られた位相データを位相補正量判別器20に出力する。位相補正量判別器20は、理想的なFMに基づく位相とパルス内の各周波数測定時刻における位相との差を計算する。この位相補正量判別器20の計算結果は、補正ROM21に出力する。
The
次に、図3を参照して説明する。図3(A)は、パルス内の時間−周波数特性(即ち、縦軸が周波数、横軸が時間)を示す。図3(A)において、理想特性を直線で示し、実測値を×印で示す。一方、図3(B)は、パルス内の時間−位相特性(縦軸が位相、横軸が時間)を示す。曲線で理想特性を示し、小さな円で積分による位相値を示す。 Next, a description will be given with reference to FIG. FIG. 3A shows time-frequency characteristics (that is, the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time) in the pulse. In FIG. 3A, the ideal characteristic is indicated by a straight line, and the actually measured value is indicated by a cross. On the other hand, FIG. 3B shows time-phase characteristics in a pulse (the vertical axis is phase and the horizontal axis is time). The curve shows the ideal characteristics, and the small circle shows the phase value by integration.
補正量ROM21には、パルス内の各時刻t1、t2、t3、・・・における位相差を波形データの補正量に変換するテーブルが予め書き込まれている。そして、リード/ライトコントローラ22からの制御信号に従って、読み出された補正データがRAM12A〜12Nに加えられて位相補正が行われる。
In the
上述した本発明によるパルス発生回路で発生されたパルス信号をマイクロ波映像レーダの主アンテナ(図示せず)から対象物(又は目標物)に向けて送信し、反射波を従アンテナ(図示せず)で受信し、必要な処理を行い、表示パネル等の表示装置(図示せず)に3次元表示することにより本発明によるマイクロ波映像レーダが実現される。
The pulse signal generated by the above-described pulse generation circuit according to the present invention is transmitted from the main antenna (not shown) of the microwave image radar toward the object (or target), and the reflected wave is transmitted to the sub-antenna (not shown). ), Performing necessary processing, and performing three- dimensional display on a display device (not shown) such as a display panel, the microwave image radar according to the present invention is realized.
以上、本発明によるパルス発生回路およびそれを使用するマイクロ波映像レーダの好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。 The configuration and operation of the preferred embodiment of the pulse generation circuit according to the present invention and the microwave image radar using the same have been described in detail. However, it should be noted that such examples are merely illustrative of the invention and do not limit the invention in any way. Those skilled in the art will readily understand that various modifications and changes can be made according to a specific application without departing from the gist of the present invention.
10 パルス発生回路
11 マスタROM
12A〜12N RAM
13A〜13N 並列‐直列変換器
14 D/A変換器
15 電流‐電圧変換器(電流−電圧変換演算増幅器)
16 フィルタ(低域フィルタ)
17 周波数カウンタ
18 タイムシンセサイザ
19 周波数データ積分器
20 位相補正量判別器
21 補正ROM
22 リード/ライトコントローラ
10 Pulse generation circuit 11 Master ROM
12A-12N RAM
13A to 13N Parallel-series converter 14 D /
16 filter (low-pass filter)
17
22 Read / write controller
Claims (4)
それぞれ波形データおよび補正データを記憶するマスタROMおよび補正ROMと、該マスタROMから読み出された波形データを書き込む複数のRAMと、該RAMから読み出されたデータを並列‐直列変換する並列‐直列変換器と、該並列‐直列変換器の出力をアナログ変換するD/A変換器と、該D/A変換器の電流出力を電圧値に変換する電流‐電圧変換器と、該電流‐電圧変換器の出力の量子化ノイズを除去して意図するパルスを出力するフィルタと、該フィルタの出力パルスの周波数を測定する周波数カウンタと、該周波数カウンタの測定値を積分する周波数データ積分器と、該周波数データ積分器の出力を受けて位相補正量を判別して前記補正ROMに入力する位相補正量判別器を備えることを特徴とするパルス発生回路。 In a pulse generation circuit that generates a burst pulse that is linear frequency modulated (FM) in synchronization with a reference trigger signal ,
A master ROM and correction ROM for storing waveform data and corrected data, respectively, and a plurality of RAM to write the waveform data read from the master ROM, parallel data read from the RAM - serial converter parallel - serial Converter, D / A converter for analog-converting the output of the parallel-serial converter, current-voltage converter for converting the current output of the D / A converter into a voltage value, and the current-voltage conversion A filter that removes quantization noise from the output of the detector and outputs an intended pulse; a frequency counter that measures the frequency of the output pulse of the filter; a frequency data integrator that integrates the measured value of the frequency counter; A pulse generation circuit comprising: a phase correction amount discriminator that receives an output of a frequency data integrator and discriminates a phase correction amount and inputs the phase correction amount to the correction ROM.
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