JP4450802B2 - レーダの受信機 - Google Patents

Description

本発明は、出力周波数信号に応じた直流信号を周波数弁別器で生成し、前記直流信号に基づく制御周波数信号を電圧制御発振器で生成するレーダの受信機に関し、より詳細には、船舶用レーダの受信機における中間周波数信号の周波数引き込みに好適なレーダの受信機に関する。

従来より、船舶用レーダでは、空中線が１回転する間に送信信号（所定時間内に繰り返し発生する搬送波を含むパルス変調信号）を電波として送信し、前記電波が物標にて反射したときの反射波を前記空中線を介し受信信号（前記送信信号に応じた搬送波を含むパルス変調信号）として受信機で受信する。この場合、前記受信機では、前記受信信号を短時間で周波数引き込みするために自動周波数制御を行っている。

例えば、非特許文献１に開示されている自動周波数制御回路を適用した受信機では、ミキサにおいて前記受信信号を低周波の中間周波数信号（ＩＦ信号）に変換し、このＩＦ信号を出力周波数信号として出力する。ここで、前記ＩＦ信号を構成する搬送波の周波数（以下、ＩＦ周波数ともいう。）が所定の同調周波数から離調している場合には、周波数弁別器にて前記ＩＦ周波数に応じた信号レベルを有する直流信号を生成し、電圧制御発振器（ＶＣＯ）にて前記直流信号に応じた局部発振周波数を有する制御周波数信号を生成し、前記ミキサは、前記局部発振周波数に基づいて、前記受信信号を前記同調周波数のＩＦ信号に変換して出力する。

大越孝敬、大学課程 基礎電子回路（改訂２版）、オーム社、昭和５９年１２月２０日発行

前述した船舶用レーダにおいて、空中線が１回転する間の送信信号の送信時間を短縮すると（例えば、１［μｓ］から０．１［μｓ］に短縮した場合）、該船舶用レーダの距離分解能は向上するが、これに伴って前記受信信号の受信時間や、前記受信信号から変換したＩＦ信号の時間幅（以下、出力時間ともいう。）が減少する。これにより、周波数弁別器では、前記ＩＦ信号の入力に起因して前記直流信号が時間経過に伴って立ち上がる際に、その信号レベルがピークレベルに到達する前に前記ＩＦ信号の入力が終了するので、ＩＦ周波数に応じた信号レベルの直流信号をＶＣＯに出力することができないという問題がある。

また、前記ＶＣＯは、前記ＩＦ周波数に対応しない前記直流信号に基づいて制御周波数信号を生成するので、前記送信時間や前記受信時間や前記出力時間が短縮した場合に、ミキサは、前記受信信号を同調周波数のＩＦ信号に変換することができないという問題がある。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、送信信号の送信時間、受信信号の受信時間及び出力周波数信号の出力時間を短縮しても、周波数弁別器の応答性の確保と、該出力周波数信号の周波数変動の抑制とが可能なレーダの受信機を提供することを目的とする。

本発明に係るレーダの受信機は、受信信号を受信し、受信した前記受信信号を該受信信号よりも低周波の出力周波数信号に変換するレーダの受信機において、第１周波数信号を生成する第１発振器と、前記第１周波数信号と前記出力周波数信号とに基づいて前記出力周波数信号よりも高い周波数を有する第２周波数信号を生成するミキサと、前記第２周波数信号に応じた直流信号を生成する周波数弁別器と、前記直流信号に基づいて前記出力周波数信号を所定周波数に同調させる制御周波数信号を生成する第２発振器とを有することを特徴とする。

この場合、前記ミキサは、前記第１周波数信号に基づいて前記出力周波数信号を高周波の前記第２周波数信号に変換し前記周波数弁別器に出力するので、該周波数弁別器は、前記第２周波数信号に応じた前記直流信号を生成することができる。従って、前記レーダの受信機を船舶用レーダの受信機に適用した際に、送信信号の送信時間、前記受信信号の受信時間及び前記出力周波数信号の出力時間を短縮しても、前記周波数弁別器の応答性を確保することができる。

また、前記周波数弁別器の応答性が確保されるので、前記受信機では、前記第２発振器にて生成された前記制御周波数信号に基づいて前記受信信号を所定の同調周波数のＩＦ信号（出力周波数信号）に変換することができる。これにより、前記受信機では、前記出力周波数信号の周波数変動を抑制することができる。

さらに、前記レーダの受信機では、前記直流信号に含まれる前記出力周波数信号の高周波信号成分を除去して前記第２発振器に供給するフィルタをさらに有すると、前記出力周波数信号の周波数変動を確実に抑制することができる。

本発明によれば、送信信号の送信時間、受信信号の受信時間及び出力周波数信号の出力時間を短縮しても、周波数弁別器の応答性の確保と、該出力周波数信号の周波数変動の抑制とを共に実現することができる。

本発明に係るレーダの受信機を船舶用レーダの受信機に適用した好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下に説明するが、その説明に先立ち、本実施形態の前提となる受信機の構成とその課題とについて、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の前提となる受信機１８が適用された船舶用レーダ１０のブロック図である。

この船舶用レーダ１０は、空中線（以下、アンテナともいう。）１２、サーキュレータ１４、送信機１６、受信機１８、処理装置２０及び表示装置２２とから構成され、図示しない船舶内に配置（搭載）されている。

アンテナ１２が１回転する間に、送信機１６から出力された送信信号（所定時間内に繰り返し発生する搬送波を含むパルス変調信号）Ｓｔは、サーキュレータ１４を介してアンテナ１２から電波３４として周囲に放射される。電波３４は、船舶用レーダ１０から所定距離離間した物標で反射し、その反射波３０は、アンテナ１２及びサーキュレータ１４を介し受信機１８で受信信号（前記送信信号に応じた搬送波を含むパルス変調信号）Ｓｒとして受信される。

受信機１８は、ミキサ３２、分配器（又はカプラ）２４、周波数弁別器２６及びＶＣＯ（第２発振器）２８を有する。

ミキサ３２は、ＶＣＯ２８からの制御周波数信号Ｓｃに基づいて、受信信号Ｓｒをより低周波のＩＦ信号(出力周波数信号)Ｓｏに変換する。分配器２４は、ＩＦ信号Ｓｏを処理装置２０及び（又は）周波数弁別器２６の入力ポート２６ａに出力する。周波数弁別器２６は、ＩＦ信号ＳｏのＩＦ周波数に応じた信号レベルの直流信号Ｓｄを生成し、出力ポート２６ｂからＶＣＯ２８に出力する。ＶＣＯ２８は、直流信号Ｓｄに基づいて、所定の局部発振周波数を有する制御周波数信号Ｓｃを生成する。

ここで、前記ＩＦ周波数が所定の同調周波数から離調している場合（前記同調周波数に対する前記ＩＦ周波数の周波数変動が発生している場合）、分配器２４、周波数弁別器２６及びＶＣＯ２８によるＩＦ信号Ｓｏのフィードバックにより、ミキサ３２は、前記局部発振周波数に基づいて、受信信号Ｓｒから前記同調周波数を有するＩＦ信号Ｓｏを生成し、生成したＩＦ信号Ｓｏを分配器２４を介して処理装置２０に出力する。なお、前記ＩＦ周波数が同調周波数である場合、周波数弁別器２６の出力ポート２６ｂから出力される直流信号Ｓｄの信号レベルは、略ゼロレベルである。

処理装置２０は、入力されたＩＦ信号Ｓｏに基づいて、船舶用レーダ１０を搭載した前記船舶からの前記物標の方位、距離を算出し、表示装置２２に出力する。表示装置２２は、表示画面上に前記船舶からの前記物標の方位、距離を画像表示する。

次に、この船舶用レーダ１０に適用される受信機１８の課題（第１の課題〜第３の課題）について説明する。

船舶用レーダ１０において、アンテナ１２が１回転する間の送信信号Ｓｔの送信時間を、例えば、１［μｓ］から０．１［μｓ］に短縮すると、該船舶用レーダ１０の距離分解能は向上するが、これに対応して受信信号Ｓｒの受信時間や、ミキサ３２にて周波数変換されたＩＦ信号Ｓｏの出力時間も短縮する。

図２Ａは、周波数弁別器２６の入力ポート２６ａ（図１参照）に入力され且つ前記同調周波数（例えば、６０［ＭＨｚ］）から離調したＩＦ周波数（例えば、３０［ＭＨｚ］）のＩＦ信号Ｓｏの時間経過を概略的に示し、図２Ｂは、周波数弁別器２６の出力ポート２６ｂから出力される直流信号Ｓｄの時間経過を概略的に示している。

受信信号Ｓｒの受信時間が短縮化すると、ＩＦ信号Ｓｏ中の搬送波の個数は、例えば、図２Ａに示すように、破線表示の搬送波及び実線表示の搬送波を含んだ個数から前記実線表示の３周期分の個数にまで減少し、図２Ｂに示す直流信号Ｓｄは、前記搬送波の入力に起因して時刻ｔ０から時間経過に伴って立ち上がるが、時刻ｔ１にて前記搬送波の入力が終了するので、周波数弁別器２６の出力ポート２６ｂからＶＣＯ２８には、信号レベルＶ１の直流信号Ｓｄが出力される。

すなわち、周波数弁別器２６では、６周期分以上の搬送波入力があれば、時刻ｔ２にて直流信号Ｓｄの信号レベルがピークレベルＶ２に到達し、前記搬送波の周波数（ＩＦ周波数）に応じた信号レベルの直流信号Ｓｄを生成することが可能であるが、前述したように、ピークレベルＶ２に到達する前に搬送波の入力が停止するので、周波数弁別器２６の出力ポート２６ｂからＶＣＯ２８には、前記ＩＦ周波数に対応しない信号レベルＶ１の直流信号Ｓｄが供給されることになる。従って、前記送信時間や前記受信時間や前記出力時間を短縮した場合、ＶＣＯ２８は、前記ＩＦ周波数に対応しない直流信号Ｓｄに基づいて制御周波数信号Ｓｃを生成することになる。これが第１の課題である。

また、ＶＣＯ２８は、前記ＩＦ周波数に対応しない直流信号Ｓｄに基づいて制御周波数信号Ｓｃを生成することになるので、受信機１８では、前記送信時間、前記受信時間及び前記出力時間が短縮した場合に、ＩＦ信号Ｓｏの周波数変動（同調周波数に対するＩＦ周波数の離調）に対応することができない。これが第２の課題である。

さらに、周波数弁別器２６の出力ポート２６ｂから出力される直流信号Ｓｄには、受信信号ＳｒやＩＦ信号Ｓｏの一部が高周波信号成分（図２Ｂの直流信号Ｓｄの波形に重畳し上下に変動している信号成分）として重畳するので、ＶＣＯ２８にて生成される制御周波数信号Ｓｃの精度が低下し、ＩＦ信号Ｓｏの周波数変動を抑制することができない。これが第３の課題である。

以上が、本実施形態の前提となる受信機１８の第１の課題〜第３の課題である。

次に、本実施形態に係る受信機４２を適用した船舶用レーダ４０について、図３を参照しながら説明する。

なお、この船舶用レーダ４０を説明する際に、船舶用レーダ１０（図１参照）と同じ構成要素については、同一の参照符号を付けて説明する。

この船舶用レーダ４０は、図３に示すように、受信機４２内において、分配器２４の出力側と周波数弁別器２６の入力ポート２６ａとの間にミキサ４６及び発振器（第１発振器）４４を設け、さらに、周波数弁別器２６の出力ポート２６ｂとＶＣＯ２８との間にローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８を設けた点で、本実施形態の前提となる船舶用レーダ１０とは異なる。

ここで、ミキサ４６は、発振器４４からの第１周波数信号Ｓ１の第１周波数と、分配器２４からのＩＦ信号ＳｏのＩＦ周波数との差を第２周波数とした第２周波数信号Ｓ２を生成する。この場合、前記第１周波数は、前記第２周波数が前記ＩＦ周波数よりも高くなるような周波数に設定されている（例えば、ＩＦ周波数：３０［ＭＨｚ］、第１周波数：２１０［ＭＨｚ］、第２周波数：１８０［ＭＨｚ］）。

周波数弁別器２６は、第２周波数信号Ｓ２の第２周波数に応じた信号レベルの直流信号Ｓｄを生成する。ＬＰＦ４８は、周波数弁別器２６の出力ポート２６ｂからの直流信号Ｓｄに含まれる受信信号ＳｒやＩＦ信号Ｓｏに起因した高周波信号成分を除去してＶＣＯ２８に出力する。ＶＣＯ２８は、前記高周波信号成分を除去した直流信号Ｓｄに基づいて、所定の局部発振周波数を有する制御周波数信号Ｓｃを生成する。

図４Ａは、図３の受信機４２に関し、周波数弁別器２６の入力ポート２６ａに入力される第２周波数信号Ｓ２の時間経過を概略的に示し、図４Ｂは、周波数弁別器２６の出力ポート２６ｂから出力される直流信号Ｓｄの時間経過を概略的に示している。なお、図４Ａは、ＩＦ信号Ｓｏ（図２Ａ参照）のＩＦ周波数が受信機４２の同調周波数から離調している場合（例えば、前記同調周波数：６０［ＭＨｚ］、ＩＦ周波数：３０［ＭＨｚ］）を図示している。

この場合、周波数弁別器２６の入力ポート２６ａ（図３参照）には、ミキサ４６にてＩＦ信号Ｓｏから変換された高周波の第２周波数信号Ｓ２が入力され、直流信号Ｓｄは、第２周波数信号Ｓ２の搬送波を含むパルス変調信号に起因して時刻ｔ０から時間経過に伴って立ち上がり、前記搬送波の入力が終了する時刻ｔ１前の時刻ｔ３（ｔ３＜ｔ１）にて信号レベルがピークレベルＶ２に到達する。これにより、周波数弁別器２６の出力ポート２６ｂから前記搬送波の第２周波数に応じた信号レベルの直流信号Ｓｄを出力することができる。

すなわち、周波数弁別器２６の入力ポート２６ａに入力される第２周波数信号Ｓ２の第２周波数が、ＩＦ信号ＳｏのＩＦ周波数よりも高いので（図２Ａ及び図４Ａ参照）、搬送波入力が終了する時刻ｔ１前の時刻ｔ３にて直流信号Ｓｄの信号レベルがピークレベルＶ２に到達することにより、前記送信時間、前記受信時間及び前記出力時間を短縮しても、受信機４２内の周波数弁別器２６は、前記第２周波数に対応した直流信号Ｓｄを生成することができる。従って、ＶＣＯ２８は、前記第２周波数に対応した直流信号Ｓｄに基づいて制御周波数信号Ｓｃを生成することができる。なお、図３の周波数弁別器２６は、前記第２周波数が同調周波数と第１周波数との差の周波数である場合には、略ゼロレベルの直流信号Ｓｄを出力ポート２６ｂから出力する。

このように、本実施形態では、ミキサ４６は、第１周波数信号Ｓ１の第１周波数に基づいて、ＩＦ信号Ｓｏを高周波の第２周波数信号Ｓ２に変換し周波数弁別器２６の入力ポート２６ａに出力するので、該周波数弁別器２６は、第２周波数信号Ｓ２の入力に応じて前記第２周波数に対応する直流信号Ｓｄを生成することができる。従って、受信機４２を船舶用レーダ４０に適用した際に、送信信号Ｓｔの送信時間、受信信号Ｓｒの受信時間及びＩＦ信号Ｓｏの出力時間を短縮しても、周波数弁別器２６の応答性を確保することができる。

また、周波数弁別器２６の応答性が確保されるので、受信機４２では、ＶＣＯ２８にて生成された制御周波数信号Ｓｃに基づいて受信信号Ｓｒを所定の同調周波数を有するＩＦ信号Ｓｏに変換することができる。これにより、受信機４２は、ＩＦ信号Ｓｏの周波数変動を抑制することが可能となる。

さらに、直流信号Ｓｄに含まれる受信信号ＳｒやＩＦ信号Ｓｏの高周波信号成分をＬＰＦ４８で除去してＶＣＯ２８に供給するので、ＩＦ信号Ｓｏの周波数変動を確実に抑制することができる。

本発明に係るレーダの受信機は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

本実施形態の前提となる受信機が適用された船舶用レーダのブロック図である。 図２Ａは、図１の周波数弁別器の入力ポートに入力されるＩＦ信号を示すタイムチャートであり、図２Ｂは、出力ポートから出力される直流信号を示すタイムチャートである。 本実施形態に係る受信機が適用される船舶用レーダのブロック図である。 図４Ａは、図３の周波数弁別器の入力ポートに入力される第２信号を示すタイムチャートであり、図４Ｂは、出力ポートから出力される直流信号を示すタイムチャートである。

符号の説明

２４…分配器 ２６…周波数弁別器
２６ａ…入力ポート ２６ｂ…出力ポート
２８…ＶＣＯ ３２、４６…ミキサ
４０…船舶用レーダ ４２…受信機
４４…発振器 ４８…ＬＰＦ

Claims (2)

1. 受信信号を受信し、受信した前記受信信号を該受信信号よりも低周波の出力周波数信号に変換するレーダの受信機において、
   第１周波数信号を生成する第１発振器と、
   前記第１周波数信号と前記出力周波数信号とに基づいて、前記出力周波数信号よりも高い周波数を有する第２周波数信号を生成するミキサと、
   前記第２周波数信号に応じた直流信号を生成する周波数弁別器と、
   前記直流信号に基づいて前記出力周波数信号を所定周波数に同調させる制御周波数信号を生成する第２発振器と、
   を有する
   ことを特徴とするレーダの受信機。
2. 請求項１記載のレーダの受信機において、
   前記直流信号に含まれる前記出力周波数信号の高周波信号成分を除去して前記第２発振器に供給するフィルタをさらに有する
   ことを特徴とするレーダの受信機。

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