JP7275897B2 - レーダシステム - Google Patents
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Description
図1に示すレーダシステム1は、FCM(Fast Charp Modulation)変調方式により周波数変調されたレーダ波をターゲット2に照射し当該ターゲット2に反射した反射波を受信した信号に基づいて測定対象を測定するシステムである。測定対象は、レーダシステム1からターゲット2までの距離、ターゲット2の移動速度、ターゲット2が存在する方位角などである。FCM変調方式は、周波数を所定の初期周波数から最終周波数まで漸増又は漸減させた後に瞬時に初期周波数に戻すように変化させ、この周期T1(以下、チャープ周期T1と称す)毎にレスト期間を挟んで周波数変化を繰り返す方式である(図6参照)。
信号処理部9は、集積回路8に内蔵された制御レジスタ6に制御指令を記憶させることで、集積回路8のロジック回路7がこの制御指令を実行する。なお、集積回路8と信号処理部9とを分離して構成した形態を示すが、これに限定されるものではなく一体化して構成しても良く、一方の回路(例えば集積回路8)に搭載されている機能を他方の回路(例えば信号処理部9)に組み込んでも良い。
アナログスイッチ24は、MOSFET20及び23のゲート間に接続されており、ロジック回路7がイネーブル信号を入力させることで当該ゲート間の導通、遮断を切替えることができる。ロジック回路7が、イネーブル信号を有効(イネーブル)にすると、アナログスイッチ24は導通し、MOSFET20及び23のゲート間が導通される。すると、送信電力調整部10の入力にはカレントミラー回路が構成される。ロジック回路7が、バイアス制御信号を可変電流源22に出力することで、MOSFET20の入力バイアスを変化させることができる。これによりロジック回路7は、送信電力調整部10の電力増幅度を調整できる。
ここまで、送信チャンネル数をN、受信チャンネル数をMに一般化した構成を例示して説明したが、以下、N=3チャンネル分の送信機31…33を設けたレーダシステム201の実施例について、図3…図9を参照しながら説明する。なお、図3には図1の構成に付した符号と同一符号を付して説明する。図3に示すように、送信部3は、その中央に第1送信機31のアンテナ素子13を設置し、その両脇に第2送信機32及び第3送信機33の各アンテナ素子13を設置している。各アンテナ素子13は、一直線上に等間隔で設置されていることが望ましい。
前述の(1)式において、n=1に対応した繰り返し回数K1は1であり、k1={0}、θ1={0}となるため、ロジック回路7は、第1送信機31の二値移相器11の移相値φ1を{0}とする。また、ロジック回路7は、電圧振幅値A1[θ1]を所定の基準値SQRT(2PT)(図4には相対値0[dB]と記載)にする。SQRTは平方根を示す。ロジック回路7がこのように設定することで、第1送信機31は、所定の送信電力のレーダ波をターゲット2に照射する。
このときもロジック回路7は、各チャープ波の電圧振幅値A2(θ2)を所定の基準値SQRT(2PT)(相対値0[dB])にする。ロジック回路7がこのように設定することで、第2送信機32はチャープ周期T1単位でBPSK変調しつつ所定の送信電力のレーダ波をターゲット2に照射する。
基準位相値θ3=π/2、3π/2のとき(1)式の電圧振幅値A3(θ3)は0となる。このためロジック回路7が、第3送信機33の電圧振幅値A3(θ3)を0に設定し送信信号TXを出力しない場合には、二値移相器11の移相値φnを0に設定してもπに設定しても良い。このときロジック回路7は、二値移相器11の移相値φ3を{0、0orπ、π、0orπ}の4回を一周期として繰り返し変更する。ロジック回路7が、このように設定することで、第3送信機33はチャープ周期T1単位で疑似QPSK変調しつつ、基準位相値θ3がπ/2、3π/2のときには送信電力をゼロにしつつ、基準位相値θ3が0、πのときには所定の送信電力としたレーダ波をターゲット2に照射する。
そして信号処理部9は、S4においてCFAR(Constant False Alarm Rate)によりピーク検出することで、図7に模式的に示すように角速度軸でパワー分布を得ることができる。
以下、4チャンネル分の送信機31…34を設けたレーダシステム301の具体例について、図10…図12を参照しながら説明する。図10に示すように、送信部3は、その中央に第1送信機31及び第2送信機32を設置し、その両脇に第3送信機33及び第4送信機34を設置している。これらの送信機31…34のアンテナ素子13は一直線上に等間隔で設置されていることが望ましい。その他の構成は、実施例1と同様であるため説明を省略する。
基準位相値θ4=π/2、3π/2のとき(1)式の電圧振幅値A4(θ4)は0となる。このため、ロジック回路7が、第4送信機34の電圧振幅値A4(θ4)を0に設定することで送信信号TXを出力しない場合には、二値移相器11の移相値φnを0に設定してもπに設定しても良い。また、基準位相値θ4=π/4、3π/4、5π/4、7π/4のとき(1)式に基づいて電圧振幅値A4(θ4)をSQRT(PT)とし相対値-3[dB]に設定する。
信号処理部9は、S4において受信信号RXについてCFARによりピーク検出することで、図12に示すようにターゲット2の移動速度に対応した角速度に対するパワー分布を得ることができる。
本実施形態によれば、送信機31…3Mは、それぞれ、FCM変調方式のチャープ周期T1単位で0又はπの移相値φ1…φNに移相させる二値移相器11を備えると共に、チャープ周期T1単位で送信電力を調整可能にする送信電力調整部10を備える。送信部3は、二値移相器11の単独の位相ステップπよりも高解像度の位相ステップにて生成される送信信号TXによりレーダ波をターゲット2に照射するように構成される。
前述実施形態に限られるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
前述実施形態では、送信チャンネル数を3又は4とした実施例を説明したが、Nチャンネルに一般化できる。このとき第n送信機3nは、チャープ周期T1単位で基準位相値θnを位相ステップ2π/{2^(n-1)}ずつ変化させながら繰り返し回数Kn=2^(n-1)を一周期として繰り返すことになり、第n送信機3nの送信信号TXの電圧振幅値Avを(1)式に基づく送信信号TXとしてレーダ波をターゲット2に照射する。
Claims (5)
- FCM(Fast Charp Modulation)変調方式により周波数変調されたレーダ波をターゲット(2)に照射し当該ターゲットに反射した反射波を受信した信号に基づいて測定対象を測定するレーダシステム(1)であって、
少なくとも3以上のNチャンネル分備えられ、各送信チャンネルの送信信号により前記レーダ波を前記ターゲットに照射するように構成された複数の送信機(31…3N)と、
複数のMチャンネル分備えられ前記Nチャンネル分の送信信号に対応した複数の受信信号をそれぞれ受信する複数の受信機(41…4M)と、
複数の受信信号を信号処理する信号処理部(9)と、を備え、
前記複数の送信機は、それぞれ、前記FCM変調方式のチャープ周期単位で0又はπの移相値(φ1…φN)に移相させる二値移相器(11)を備えると共に、
前記複数の送信機のうち少なくとも一つ以上の前記送信機(33;43、44)は、前記チャープ周期単位で送信電力を調整可能にする送信電力調整部(10)を備え、前記二値移相器の位相ステップπよりも高解像度の位相ステップにて生成される送信信号により前記レーダ波を前記ターゲットに照射するように構成され、
前記信号処理部は、
前記ターゲットに反射した前記反射波を前記複数の送信機に対応した複数の受信信号として取得するとチャープ周期(T1)の繰り返し間隔(T2)の解像度により前記複数の受信信号をサンプリング処理して高速フーリエ変換する第1FFT(61)を備え、前記第1FFTにより変換した変換結果に基づいて前記Nチャンネル分の送信信号に対応した前記複数の受信信号を互いに分離する構成であり、
前記複数の送信機は、第1送信機(31)、第2送信機(32)、及び第3送信機(33)を含む3チャンネル分だけ備えられ、
前記第1送信機は、前記二値移相器の移相値(φ1)を0としながら所定の送信電力にて生成される送信信号によりレーダ波を前記ターゲットに照射し、
前記第2送信機は、前記チャープ周期単位で前記二値移相器の移相値(φ2)を0、πの2回を一周期として変更を繰り返すと共に前記所定の送信電力にて生成される送信信号によりレーダ波を前記ターゲットに照射し、
前記第3送信機は、前記チャープ周期単位で基準位相値(θ3)を0から位相ステップπ/2ずつ遷移させながら当該0、π/2、π、3π/2の4回を一周期として変更を繰り返したときに、前記二値移相器の移相値(φ3)をそれぞれ0、0又はπ、π、0又はπとし、前記基準位相値がπ/2、3π/2のときには送信電力をゼロにしつつ前記基準位相値が0、πのときには前記所定の送信電力とする送信信号によりレーダ波を前記ターゲットに照射し、
前記信号処理部は、前記チャープ周期(T1)の繰り返し間隔(T2)の解像度により前記複数の受信信号をサンプリング処理して高速フーリエ変換することで、前記第1送信機、前記第2送信機、及び前記第3送信機の前記チャープ周期単位の各位相差に対応した0、π、π/2又は3π/2をそれぞれ角速度として検出し、前記角速度の検出結果により前記複数の受信信号を互いに分離するレーダシステム。 - 前記複数の送信機は、前記第1送信機、前記第2送信機、前記第3送信機と共に第4送信機(34)を含む4チャンネル分だけ備えられ、
前記第4送信機は、前記チャープ周期単位で基準位相値(θ4)を0から位相ステップπ/4ずつ遷移させながら当該0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4の8回を一周期として変更を繰り返したときに、前記二値移相器の移相値をそれぞれ0、0、0又はπ、π、π、π、0又はπ、0とし、前記基準位相値が0又はπのときには前記所定の送信電力、前記基準位相値がπ/2、又は3π/2のときには送信電力をゼロ、前記基準位相値がπ/4、3π/4、5π/4、又は7π/4のときには前記所定の半分の送信電力とするように生成される前記送信信号により前記レーダ波をターゲットに照射し、
前記信号処理部は、前記チャープ周期の繰り返し間隔の解像度により前記複数の受信信号をサンプリング処理して高速フーリエ変換することで、前記第1送信機、前記第2送信機、前記第3送信機、及び前記第4送信機における前記チャープ周期単位の各位相差に対応したπ、0、π/2又は3π/2、若しくはπ/4又は7π/4をそれぞれ角速度として検出し、前記角速度の検出結果により前記複数の受信信号を互いに分離する請求項1記載のレーダシステム。 - FCM(Fast Charp Modulation)変調方式により周波数変調されたレーダ波をターゲット(2)に照射し当該ターゲットに反射した反射波を受信した信号に基づいて測定対象を測定するレーダシステム(1)であって、
少なくとも3以上のNチャンネル分備えられ、各送信チャンネルの送信信号により前記レーダ波を前記ターゲットに照射するように構成された複数の送信機(31…3N)と、
複数のMチャンネル分備えられ前記Nチャンネル分の送信信号に対応した複数の受信信号をそれぞれ受信する複数の受信機(41…4M)と、
複数の受信信号を信号処理する信号処理部(9)と、を備え、
前記複数の送信機は、それぞれ、前記FCM変調方式のチャープ周期単位で0又はπの移相値(φ1…φN)に移相させる二値移相器(11)を備えると共に、
前記複数の送信機のうち少なくとも一つ以上の前記送信機(33;43、44)は、前記チャープ周期単位で送信電力を調整可能にする送信電力調整部(10)を備え、前記二値移相器の位相ステップπよりも高解像度の位相ステップにて生成される送信信号により前記レーダ波を前記ターゲットに照射するように構成され、
前記信号処理部は、
前記ターゲットに反射した前記反射波を前記複数の送信機に対応した複数の受信信号として取得するとチャープ周期(T1)の繰り返し間隔(T2)の解像度により前記複数の受信信号をサンプリング処理して高速フーリエ変換する第1FFT(61)を備え、前記第1FFTにより変換した変換結果に基づいて前記Nチャンネル分の送信信号に対応した前記複数の受信信号を互いに分離する構成であり、
前記複数の送信機は、前記Nチャンネルの1…Nまでのチャンネル変数をnとした第1…第N送信機(31…3N)により構成され、
第n送信機(3n)は、前記チャープ周期単位で基準位相値(θn)を位相ステップ2π/{2^(n-1)}ずつ変化させながら繰り返し回数Kn=2^(n-1)を一周期として繰り返したときに、前記第n送信機の送信信号の送信電力の平均出力電力PTとすると共に電圧振幅値An[θn]としたときに、前記電圧振幅値An[θn]を下記の(1)式に基づく送信信号としてレーダ波を前記ターゲットに照射し、
前記信号処理部は、前記レーダ波が前記ターゲットに反射して受信した複数の受信信号について、前記チャープ周期の繰り返し間隔の解像度により前記複数の受信信号をサンプリング処理して高速フーリエ変換することで、前記第n送信機の前記チャープ周期単位の各位相差に対応した2π/{2^(n-1)}をそれぞれ角速度として検出し、前記角速度の検出結果に基づいて前記複数の受信信号を互いに分離するレーダシステム。
- 一の前記チャープ周期の中でサンプリング処理して高速フーリエ変換する第2FFT(62)をさらに備え、
前記信号処理部は、前記第2FFTを用いて算出される前記ターゲットまでの距離が同一と見做される一群の信号をペアマッチングし、当該ペアマッチングされた前記一群の信号を選定し前記第1FFTにより変換した前記変換結果に基づいて前記受信信号を分離する請求項1から3の何れか一項に記載のレーダシステム。 - 前記信号処理部は、前記受信信号を分離した後、分離した前記受信信号の基準位相に対する位相を取得し、前記取得された位相が前記Nを超えるときに、前記受信信号の位相が等間隔と見做される前記Nの信号を抽出し、当該抽出された前記Nの信号に基づいて前記ターゲットが存在する方位角を推定する請求項1から4の何れか一項に記載のレーダシステム。
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