JP6030006B2

JP6030006B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP6030006B2
Application number: JP2013045631A
Authority: JP
Inventors: 洋史小林; 博行西田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP2014173943A

Description

本発明の実施形態は、レーダ装置に関する。

レーダ装置にはＭＴＩ（ｍｏｖｉｎｇｔａｒｇｅｔｉｎｄｉｃａｔｏｒ）処理とパルスドップラ処理を行うものがある。ここで、ＭＴＩ処理はある時間間隔を開けて受信した信号の差分をとることにより速度を持たない固定成分を除去し、速度成分を抽出する処理である。ＭＴＩでは反射波の位相回転量が２πの整数倍となる場合に、目標が移動しているにもかかわらず速度成分を検知できない場合が生じる。これをブラインド速度という。従来のレーダ装置では、このブラインド速度による目標の誤消去を低減するために、パルス間の繰り返し周期を変更するスタガが行われている。

また、パルスドップラ処理を行うレーダ装置では、複数のパルスを用いて移動目標のドップラ成分の抽出を行う。この所定のパルス数の繰り返しのパターンの間隔をＣＰＩ（ＣｏｈｅｒｅｎｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＩｎｔｅｒｖａｌ）という。

パルスドップラ処理を行うレーダでもＭＴＩを行うことは可能であるが、通常パルスドップラの処理負荷を考慮してＣＰＩ内のパルス繰り返し周期は一定とし、パルス間で繰り返し周期を変更するパルス間スタガは行われないため、このＣＰＩにおいては目標の移動速度がブラインド速度と一致した場合に目標を検出することができなくなる。こういったレーダ装置ではブラインド速度対処として、次のＣＰＩにおいてはパルス繰り返し周波数を変更するグループスタガや次のスキャンにおいてパルス繰り返し周波数を変更するスキャン間スタガが行われてきた。

しかし、高速移動目標に対処するレーダ装置や目標の検出機会が少ないレーダ装置においては、１ＣＰＩ目標を検出できないことにより追尾精度が低下するなどの問題点があった。

特開２００９−６３５０７号公報

従って、ＭＴＩ処理におけるブラインド速度による移動目標の誤消去を最小限にしつつ高精度に目標の速度を検知できるレーダ装置が求められている。

上記の課題を解決するために、本実施形態に係るレーダ装置は、入力される送信信号を送信するとともに、送信信号の反射波を受信する空中線装置と、ＣＰＩの間に、予め規定され相互に異なる間隔で配列されるｎ個のパルスからなるパルス群を複数含む送信信号を空中線装置へ送出し、空中線装置を介して受信した反射波に基づく受信信号を出力する送受信装置と、送受信装置から出力される受信信号に対してＭＴＩ処理を行い、受信信号から、１番目からｎ番目のパルスを先頭とし、ｎ個のパルスからなるパルスパターンを選択し、選択したパルスパターンのうちから相互に等しいパルスパターンごとに受信信号の周波数と振幅を算出する信号処理装置と、を備える。

レーダ装置の構成を示すブロック図である。本実施形態におけるスタガ単位の例を示す図である。パルスパターンを示す図である。信号処理装置が行ったＦＦＴの結果の例を示す図である。信号処理装置が行った積算処理を示す図である。信号処理装置の動作を示す図である。

以下、レーダ装置の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本実施形態のレーダ装置は、信号の送受信を行う空中線装置と、ＣＰＩ内においてパルス間の時間間隔が異なる複数のパルスを有する送信信号を生成して空中線装置に送出し、空中線装置から入力した受信信号の受信処理を行う送受信装置と、受信信号に対してＭＴＩ処理を行い、ＣＰＩを構成するパルス内で繰り返し周期が同じもの同士を選択して受信信号の周波数と振幅を算出する信号処理装置と、備える。

図１は、本実施形態のレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のレーダ装置は、信号の送受信を行う空中線装置１０と、送信信号を生成して空中線装置１０に送出し、空中線装置１０から入力した受信信号の受信処理を行う送受信装置２０と、受信信号の信号処理を行う信号処理装置３０と、を備える。

空中線装置１０は、例えば、反射板を用いるリフレクタ方式や複数のアンテナ素子をアレイ状に配置し、送信信号の位相を変化させることにより送信信号の送出方向を変化させるアレイアンテナ方式を用いることができる。

送受信装置２０は、ＣＰＩ内においてパルス間の時間間隔が異なる複数のパルスを有する送信信号を生成及び受信を行う。

ここで、本実施形態のレーダ装置にはＭＴＩ（ｍｏｖｉｎｇｔａｒｇｅｔｉｎｄｉｃａｔｏｒ）処理とパルスドップラ処理を行う。ＭＴＩ処理はある時間間隔を開けて受信した信号の差分をとることにより速度を持たない固定成分を除去し、速度成分を抽出する処理である。

このレーダ装置は、パルスドップラ処理を行う所定のパルス数を送信する。この所定のパルスの期間をＣＰＩ（ＣｏｈｅｒｅｎｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＩｎｔｅｒｖａｌ）という。

信号処理装置３０は、演算装置であるＣＰＵ３１と、記憶装置であるＲＡＭ３２、及びＲＯＭ３３と、を備える。

信号処理装置３０は、受信信号に対してＭＴＩ処理を行い、ＣＰＩを構成するパルスパターンにおいて繰り返し周期が同じもの同士を選択して、例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換）によってパルスパターンごとに受信信号の周波数と振幅を算出し、算出されたパルスパターンごとの周波数と振幅について周波数ごとに振幅を積算して目標の速度を検出する。

図２は、本実施形態におけるＣＰＩ内のパルス間スタガの例を示す図である。図２に示すように、送受信装置２０は、ＣＰＩ内のパルス間隔を互いに異なった時間間隔にして送信信号を生成する。

図２には、スタガ単位のパルス数が３個の場合を示す。第１のパルスと次の第２のパルスの時間間隔をＡ、第２のパルスと次の第３のパルスの時間間隔をＢ、第３のパルスと後続するパルスとの時間間隔をＣとし、以降はまたＡ、Ｂ、Ｃの繰り返しとする。このＡ、Ｂ、Ｃの繰り返し周期の単位をスタガ単位と呼ぶ。

時間間隔Ａと時間間隔Ｂと時間間隔Ｃとを互いに異ならせることにより、目標の移動速度とブラインド速度とが一致することを最小限にすることが可能となる。

スタガ単位を構成する各パルスの時間間隔の順序は後続するスタガ単位を構成する各パルスの時間間隔の順序と等しい。すなわち、スタガ単位において、時間間隔Ａと時間間隔Ｂと時間間隔Ｃとによってパルスが生成される場合、後続するスタガ単位も時間間隔Ａと時間間隔Ｂと時間間隔Ｃとによってパルスが生成される。

図３は、パルスパターンを示す図である。図３に示すように、パルスパターンはスタガ単位内のパルス数がｎ個（ｎは整数）の時、連続するｎ個のパルスが選択され、ｎ個のパルスパターンが定義される。

具体的には、スタガ単位内のパルス数が３個である場合、パルスパターンはＡＢＣ（以下、Ｘという。）、ＢＣＡ（以下、Ｙという。）、ＣＡＢ（以下、Ｚという。）の３パターンである。ＣＰＩにｎ＋１個のスタガ単位が含まれる場合、各パルスパターンはｎ個定義できる。

各パルスパターン、この例においてはＸ、Ｙ、及びＺの時間間隔及びその合計はそれぞれ等しい。

信号処理装置３０は、受信信号についてパルスパターンごとにＦＦＴを行う。すなわち、Ｘについて、第１のＸ（Ｘ１）から第ｎのＸを用いてＦＦＴを行い、Ｙ、Ｚも同様にｎ個を用いてＦＦＴを行う。

図４は、信号処理装置３０が行ったＦＦＴの結果の例を示す図である。図４に示すように、信号処理装置３０は受信信号についてパルスパターンＸ、Ｙ、Ｚごとに周波数ごとの振幅を算出する。

図５は、信号処理装置３０が行った積算処理を示す図である。図５に示すように、信号処理装置３０は、各パルスパターンのＦＦＴの結果について周波数ごとに振幅を積算することにより、目標の移動速度を判定する。

図６は、信号処理装置３０の動作を示す図である。図６に示すように、ステップ６０１において、信号処理装置３０は受信信号を送受信装置２０から入力する。

ステップ６０２において、信号処理装置３０は、受信信号をパルスごとにＲＡＭ３２に格納する。

ステップ６０３において、信号処理装置３０は、ＣＰＩ分の受信信号を格納したかを判定する。信号処理装置３０は、ＣＰＩ分の受信信号を格納したと判定した場合、ステップ６０４に進み、格納していないと判定した場合、ステップ６０１に戻る。

ステップ６０４において、信号処理装置３０はステップ６０８までの処理をｎ回繰り返す。すなわち、信号処理装置３０は、ステップ６０５においてＸ１についてＭＴＩ処理を行い、ステップ６０６においてＹ１についてＭＴＩ処理を行い、ステップ６０７においてＺ１についてＭＴＩ処理を行う。この各処理をＸｎ、Ｙｎ、Ｚｎまで行う。

ステップ６０９において、信号処理装置３０はＭＴＩ処理後のＸについてＸ１からＸｎを用いてＦＦＴにより周波数ごとの振幅を算出する。

ステップ６１０において、信号処理装置３０はＭＴＩ処理後のＹについてＹ１からＹｎを用いてＦＦＴにより周波数ごとの振幅を算出する。

ステップ６１１において、信号処理装置３０はＭＴＩ処理後のＺについてＺ１からＺｎを用いてＦＦＴにより周波数ごとの振幅を算出する。

ステップ６１２において、信号処理装置３０は、パルスパターンごとに算出された振幅を周波数ごとに積算する。すなわち、信号処理装置３０はＸについてのＦＦＴの結果と、ＹについてのＦＦＴの結果と、ＺについてのＦＦＴの結果とを積算する。

ステップ６１３において、信号処理装置３０は積算結果から目標の移動速度を検出する。

以上のべたように、本実施形態のレーダ装置は、信号の送受信を行う空中線装置１０と、ＣＰＩ内においてパルス間の時間間隔が異なる複数のパルスを有する送信信号を生成して空中線装置１０に送出し、空中線装置１０から入力した受信信号の受信処理を行う送受信装置２０と、受信信号に対してＭＴＩ処理を行い、ＣＰＩを構成するパルスパターンが同じもの同士を選択してパルスパターンごとに受信信号の周波数と振幅を算出し、算出されたパルスパターンごとの周波数と振幅について周波数ごとに振幅を積算して目標の速度を検出する信号処理装置３０と、を備える。

従って、ＣＰＩ内においてスタガを行っているため、ＭＴＩ処理におけるブラインド速度による移動目標の誤消去を最小限にするとともに高精度に目標の速度を検知できるという効果がある。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０：アンテナ装置
２０：送受信装置
３０：信号処理装置

Claims

入力される送信信号を送信するとともに、前記送信信号の反射波を受信する空中線装置と、
ＣＰＩの間に、予め規定され相互に異なる間隔で配列されるｎ個のパルスからなるパルス群を複数含む前記送信信号を前記空中線装置へ送出し、前記空中線装置を介して受信した前記反射波に基づく受信信号を出力する送受信装置と、
前記送受信装置から出力される前記受信信号に対してＭＴＩ処理を行い、前記受信信号から、１番目からｎ番目のパルスを先頭とし、ｎ個のパルスからなるパルスパターンを選択し、選択した前記パルスパターンのうちから相互に等しい前記パルスパターンごとに前記受信信号の周波数と振幅を算出する信号処理装置と、
を備えるレーダ装置。
前記信号処理装置は、
算出された前記パルスパターンごとの前記周波数と前記振幅について前記周波数ごとに前記振幅を積算して目標の速度を検出する請求項１記載のレーダ装置。
前記パルスパターンを構成するパルス間の時間間隔の合計は、各パルスパターンにおいて等しい請求項２記載のレーダ装置。
前記パルス群はスタガ単位を構成する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーダ装置。