JPH0827347B2 - パルス圧縮法によるレーダを用いた測距方法 - Google Patents
パルス圧縮法によるレーダを用いた測距方法Info
- Publication number
- JPH0827347B2 JPH0827347B2 JP5153017A JP15301793A JPH0827347B2 JP H0827347 B2 JPH0827347 B2 JP H0827347B2 JP 5153017 A JP5153017 A JP 5153017A JP 15301793 A JP15301793 A JP 15301793A JP H0827347 B2 JPH0827347 B2 JP H0827347B2
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- radar
- pulse compression
- waveform
- pulse
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変調されたレーザ光を標
的に送信し、標的からの反射信号として得られる受信信
号をパルス圧縮することにより信号対雑音比が高く、立
上りの鋭い検出信号を得るレーダを用いた測距方法に関
するものである。
的に送信し、標的からの反射信号として得られる受信信
号をパルス圧縮することにより信号対雑音比が高く、立
上りの鋭い検出信号を得るレーダを用いた測距方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】月および人工衛星測距等遠距離用のレー
ザレーダは単一のパルスレーザ光信号を発射してその往
復時間を計測し標的までの距離を測定している。探知距
離を延ばし、かつ距離分散能を上げる為には送信ピーク
電力を大きくし、かつパルス幅を短くすることが必要で
あるためＱスイッチングレーザやモードロッキングレー
ザを使用しているが、送信電力の増大には限界があり、
装置も大型になる。また、高出力のレーザ光は眼にも有
害である。
ザレーダは単一のパルスレーザ光信号を発射してその往
復時間を計測し標的までの距離を測定している。探知距
離を延ばし、かつ距離分散能を上げる為には送信ピーク
電力を大きくし、かつパルス幅を短くすることが必要で
あるためＱスイッチングレーザやモードロッキングレー
ザを使用しているが、送信電力の増大には限界があり、
装置も大型になる。また、高出力のレーザ光は眼にも有
害である。
【０００３】一方、電波によるレーダでも送信管の送信
ピーク電力には上限があり、またパルス幅を短くするこ
とは受信帯域幅が広くなるので信号対雑音比が低下し探
知距離の増大と矛盾することになるが、これらの限界を
克服する方法としてパルス圧縮法が用いられている。こ
れは送信ピーク電力を上げる代わりにパルス幅を長く
し、パルス幅を短くする代わりに送信パルス帯域幅を広
くするための変調を施した波を送信し、受信後整合フィ
ルタ（ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒ）等を通すことに
より大きな信号対雑音比を有する鋭い検出パルスを得る
方法である。種々のパルス圧縮法の中でも線形周波数変
調法はアナログ回路により実現でき、符号変調法のよう
にディジタル処理を必要としないので簡単な装置で実時
間（ｒｅａｌ ｔｉｍｅ）検出が可能な優れた方法であ
る。
ピーク電力には上限があり、またパルス幅を短くするこ
とは受信帯域幅が広くなるので信号対雑音比が低下し探
知距離の増大と矛盾することになるが、これらの限界を
克服する方法としてパルス圧縮法が用いられている。こ
れは送信ピーク電力を上げる代わりにパルス幅を長く
し、パルス幅を短くする代わりに送信パルス帯域幅を広
くするための変調を施した波を送信し、受信後整合フィ
ルタ（ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒ）等を通すことに
より大きな信号対雑音比を有する鋭い検出パルスを得る
方法である。種々のパルス圧縮法の中でも線形周波数変
調法はアナログ回路により実現でき、符号変調法のよう
にディジタル処理を必要としないので簡単な装置で実時
間（ｒｅａｌ ｔｉｍｅ）検出が可能な優れた方法であ
る。
【０００４】図１は電波による線形周波数変調レーダの
系統図の例である。図１において、１は周波数変調部、
２は送信機、３は送受切換器、４はアンテナ、５は混合
器、６は中間周波増幅部、７は分散遅延フィルタ、８は
検出部、９はビデオ増幅部、１０は局部発振器である。
送信信号は周波数変調部１と送信機２により発生され送
受切換器３を経てアンテナ４から標的に向けて送信され
る。送信信号は線形周波数変調されたパルス信号で数式
１の様に表現出来る。
系統図の例である。図１において、１は周波数変調部、
２は送信機、３は送受切換器、４はアンテナ、５は混合
器、６は中間周波増幅部、７は分散遅延フィルタ、８は
検出部、９はビデオ増幅部、１０は局部発振器である。
送信信号は周波数変調部１と送信機２により発生され送
受切換器３を経てアンテナ４から標的に向けて送信され
る。送信信号は線形周波数変調されたパルス信号で数式
１の様に表現出来る。
【０００５】
【数１】
【０００６】ここで、ω０は線形周波数変調信号の搬送
波角速度、μ＝（２πΔｆ）／Ｔ，Ｔは送信信号のパル
ス幅、Δｆは周波数偏移量、ｔは時間である。また、こ
の信号の波形の概略を図示すると図３（ａ）の様にな
る。ただし、図３（ａ）は数式１中の複号±が＋の場合
について図示したものである。図３（ｂ）〜（ｆ）の波
形も以下に述べる様に数式１から誘導されるものであ
り、図３（ａ）と同様に数式１中の複号が＋の場合につ
いて図示したものである。数式中の複号については以下
同様とする。
波角速度、μ＝（２πΔｆ）／Ｔ，Ｔは送信信号のパル
ス幅、Δｆは周波数偏移量、ｔは時間である。また、こ
の信号の波形の概略を図示すると図３（ａ）の様にな
る。ただし、図３（ａ）は数式１中の複号±が＋の場合
について図示したものである。図３（ｂ）〜（ｆ）の波
形も以下に述べる様に数式１から誘導されるものであ
り、図３（ａ）と同様に数式１中の複号が＋の場合につ
いて図示したものである。数式中の複号については以下
同様とする。
【０００７】標的からの反射波をアンテナ４で受け送受
切換器３で混合器５へ導く。混合器５では受信信号と局
部発振器１０からの信号とを混合し、その結果生じる中
間周波信号を中間周波増幅部６へ出力する。中間周波増
幅部６は混合器５からの信号を増幅して分散遅延フィル
タ７へ出力する。この分散遅延フィルタ７がこのフィル
タへの入力信号と時間軸を逆にした形のインパルスレス
ポンスを有する時入力信号はパルス圧縮されて狭いパル
ス幅の大きな出力が得られる。このパルス圧縮作用によ
り振幅は√（Ｔ・Δｆ）倍、パルス幅は１／（Ｔ・Δ
ｆ）倍になる。ωＩＦを中間周波数として分散遅延フィ
ルタ７のインパルスレスポンス関数を数式２に示す。た
だし、ω０が増加するときωＩＦも増加し、数式１と数
式２は複合同順であるとする。
切換器３で混合器５へ導く。混合器５では受信信号と局
部発振器１０からの信号とを混合し、その結果生じる中
間周波信号を中間周波増幅部６へ出力する。中間周波増
幅部６は混合器５からの信号を増幅して分散遅延フィル
タ７へ出力する。この分散遅延フィルタ７がこのフィル
タへの入力信号と時間軸を逆にした形のインパルスレス
ポンスを有する時入力信号はパルス圧縮されて狭いパル
ス幅の大きな出力が得られる。このパルス圧縮作用によ
り振幅は√（Ｔ・Δｆ）倍、パルス幅は１／（Ｔ・Δ
ｆ）倍になる。ωＩＦを中間周波数として分散遅延フィ
ルタ７のインパルスレスポンス関数を数式２に示す。た
だし、ω０が増加するときωＩＦも増加し、数式１と数
式２は複合同順であるとする。
【０００８】
【数２】
【０００９】パルス圧縮された波形の例を図３（ｆ）に
示す。
示す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上に述べた様に周波数
変調法によるパルス圧縮法では周波数偏移量Δｆが大き
い程大きなパルス圧縮比が得られるのであるが、パルス
圧縮できる程の大きな周波数偏移を有するレーザ光を容
易に発生させることは出来ないため、レーザレーダでは
周波数変調法によるパルス圧縮法を用いることは困難で
あった。本発明はこの様な点にかんがみて創案されたも
ので、レーザ光の発振周波数を直接変えることなく簡易
な構成で線形周波数変調法に似たパルス圧縮を行なう方
法を提供することを目的としている。
変調法によるパルス圧縮法では周波数偏移量Δｆが大き
い程大きなパルス圧縮比が得られるのであるが、パルス
圧縮できる程の大きな周波数偏移を有するレーザ光を容
易に発生させることは出来ないため、レーザレーダでは
周波数変調法によるパルス圧縮法を用いることは困難で
あった。本発明はこの様な点にかんがみて創案されたも
ので、レーザ光の発振周波数を直接変えることなく簡易
な構成で線形周波数変調法に似たパルス圧縮を行なう方
法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】線形周波数変調された信
号に代えて、線形周波数変調信号をしきい値判定して得
られる信号でレーザ光をオンオフキーイングした信号を
送信する。それぞれの波形を概略図と数式で示すと、線
形周波数変調波は図３（ａ）と数式１に、図３（ａ）に
示す如き線形周波数変調波をしきい値判定して得られる
信号は図３（ｂ）と数式４に、図３（ｂ）に示す如きパ
ルス信号でレーザ光をオンオフキーイングして得られる
送信信号は図３（ｃ）と数式３にそれぞれ対応する。こ
こで、ω １ はレーザ光の発振角速度、αはしきい値判定
のしきい値である。
号に代えて、線形周波数変調信号をしきい値判定して得
られる信号でレーザ光をオンオフキーイングした信号を
送信する。それぞれの波形を概略図と数式で示すと、線
形周波数変調波は図３（ａ）と数式１に、図３（ａ）に
示す如き線形周波数変調波をしきい値判定して得られる
信号は図３（ｂ）と数式４に、図３（ｂ）に示す如きパ
ルス信号でレーザ光をオンオフキーイングして得られる
送信信号は図３（ｃ）と数式３にそれぞれ対応する。こ
こで、ω １ はレーザ光の発振角速度、αはしきい値判定
のしきい値である。
【００１２】
【数３】
【００１３】
【数４】
【００１４】
【作用】図３（ｃ）の様な波形を送信すると受信波形は
図３（ｄ）の様になる。これは図３（ｃ）の波形を伝搬
時間だけ遅延させたものに雑音と減衰を加えた波形であ
る。この信号を二乗検波特性をもつ光検出器で受光する
と光検出器からの出力は受光エネルギーの強度に比例し
図３（ｅ）の様な波形の信号が出力される。図３（ｅ）
に対応する信号において雑音と伝搬遅延時間を無視する
と得られる信号に対応する波形は図３（ｂ）の様にな
る。図３（ａ）と図３（ｂ）の波形は次の点で共通性を
有する。 （１）振幅が一定である。 （２）図３（ａ）波形の角速度の変化は図３（ｂ）波形
のパルス幅の変化に等しい。したがって、図３（ｂ）波
形は図３（ａ）波形の周波数成分を含んでおり図３
（ｂ）波形を適当な低域通過フィルタを通すことにより
図３（ａ）波形が得られる。同様に図３（ｅ）波形は図
３（ａ）波形の周波数成分を含んでいることが分かる。
図３（ｄ）の様になる。これは図３（ｃ）の波形を伝搬
時間だけ遅延させたものに雑音と減衰を加えた波形であ
る。この信号を二乗検波特性をもつ光検出器で受光する
と光検出器からの出力は受光エネルギーの強度に比例し
図３（ｅ）の様な波形の信号が出力される。図３（ｅ）
に対応する信号において雑音と伝搬遅延時間を無視する
と得られる信号に対応する波形は図３（ｂ）の様にな
る。図３（ａ）と図３（ｂ）の波形は次の点で共通性を
有する。 （１）振幅が一定である。 （２）図３（ａ）波形の角速度の変化は図３（ｂ）波形
のパルス幅の変化に等しい。したがって、図３（ｂ）波
形は図３（ａ）波形の周波数成分を含んでおり図３
（ｂ）波形を適当な低域通過フィルタを通すことにより
図３（ａ）波形が得られる。同様に図３（ｅ）波形は図
３（ａ）波形の周波数成分を含んでいることが分かる。
【００１５】一方、先に述べたように線形周波数変調信
号をそれと時間軸が逆のインパルスレスポンスを有する
フィルタに通すとパルス圧縮されることが分かっている
から、図３（ａ）波形と逆のインパルスレスポンスを有
するフィルタに図３（ａ）波形を通すとパルス圧縮され
るが、このフィルタに図３（ｂ）波形を通しても、図３
（ｂ）波形は図３（ａ）波形の周波数成分を含むのでパ
ルス圧縮される。故に図３（ｅ）に対応する信号を線形
周波数変調レーダと同じ線形分散遅延特性を有するフィ
ルタに通すと図３（ｆ）に示す様なパルス圧縮された信
号が得られる。図３（ａ）、図３（ｂ）と図３（ｃ）の
波形に対応する信号の数式は数式１、数式４と数式３に
それぞれ対応する。また分散遅延フィルタ７のインパル
スレスポンス関数は数式２に示される。
号をそれと時間軸が逆のインパルスレスポンスを有する
フィルタに通すとパルス圧縮されることが分かっている
から、図３（ａ）波形と逆のインパルスレスポンスを有
するフィルタに図３（ａ）波形を通すとパルス圧縮され
るが、このフィルタに図３（ｂ）波形を通しても、図３
（ｂ）波形は図３（ａ）波形の周波数成分を含むのでパ
ルス圧縮される。故に図３（ｅ）に対応する信号を線形
周波数変調レーダと同じ線形分散遅延特性を有するフィ
ルタに通すと図３（ｆ）に示す様なパルス圧縮された信
号が得られる。図３（ａ）、図３（ｂ）と図３（ｃ）の
波形に対応する信号の数式は数式１、数式４と数式３に
それぞれ対応する。また分散遅延フィルタ７のインパル
スレスポンス関数は数式２に示される。
【００１６】
【実施例】図２は本発明に係るパルス圧縮法によるレー
ダを用いた測距方法を実施するための装置構成の一例で
ある。６は中間周波増幅部、７は分散遅延フィルタ、８
は検出部、９はビデオ増幅部、１１は線形周波数変調波
発生部、１２はしきい値判定部、１３はレーザ、１４は
送信光学系、１５は受信光学系、１６は光検出部、１７
は局部発振器、１８は混合器、１９は標的である。
ダを用いた測距方法を実施するための装置構成の一例で
ある。６は中間周波増幅部、７は分散遅延フィルタ、８
は検出部、９はビデオ増幅部、１１は線形周波数変調波
発生部、１２はしきい値判定部、１３はレーザ、１４は
送信光学系、１５は受信光学系、１６は光検出部、１７
は局部発振器、１８は混合器、１９は標的である。
【００１７】 まず線形周波数変調信号発生部１１で線形
周波数変調信号を発生させる。出力信号は図３（ａ）で
表される様な波形になる。この信号をしきい値判定部１
２に入力させ、しきい値αを適当に設定すると出力信号
として図３（ｂ）で表される波形が得られる。しきい値
判定部１２の出力信号によってレーザダイオード等のレ
ーザ１３をオンオフキーイングすると図３（ｃ）で表さ
れる波形が得られるので、この光信号を望遠鏡等の送信
光学系１４を経て標的１９に向けて発射する。
周波数変調信号を発生させる。出力信号は図３（ａ）で
表される様な波形になる。この信号をしきい値判定部１
２に入力させ、しきい値αを適当に設定すると出力信号
として図３（ｂ）で表される波形が得られる。しきい値
判定部１２の出力信号によってレーザダイオード等のレ
ーザ１３をオンオフキーイングすると図３（ｃ）で表さ
れる波形が得られるので、この光信号を望遠鏡等の送信
光学系１４を経て標的１９に向けて発射する。
【００１８】 標的からの反射信号は送信信号に伝搬遅延
と雑音および減衰等が加わったものでその波形の概形は
図３（ｄ）の様に表せる。反射信号を望遠鏡等の受光光
学系１５を経てホトダイオード等の光検出器を含む光検
出部１６で光信号を電気信号に変換する。ホトダイオー
ド等の光検出器の出力信号は光エネルギーの強さに比例
し、その波形は図３（ｅ）で示される様な概形になる。
この信号を局部発振機１７の出力信号と混合器１８内で
混合して得られた中間周波信号を中間周波増幅部６で増
幅後ＳＡＷフィルター（表面弾性フィルタ）等の分散遅
延フィルタ７に通すと図３（ｆ）に示すようなパルス圧
縮した標的検出波が得られる。ここで、図３（ａ）、図
３（ｂ）と図３（ｃ）の波形に対応する信号の数式は数
式１、数式４と数式３にそれぞれ対応する。また分散遅
延フィルタ７のインパルスレスポンス関数は数式２に示
される。
と雑音および減衰等が加わったものでその波形の概形は
図３（ｄ）の様に表せる。反射信号を望遠鏡等の受光光
学系１５を経てホトダイオード等の光検出器を含む光検
出部１６で光信号を電気信号に変換する。ホトダイオー
ド等の光検出器の出力信号は光エネルギーの強さに比例
し、その波形は図３（ｅ）で示される様な概形になる。
この信号を局部発振機１７の出力信号と混合器１８内で
混合して得られた中間周波信号を中間周波増幅部６で増
幅後ＳＡＷフィルター（表面弾性フィルタ）等の分散遅
延フィルタ７に通すと図３（ｆ）に示すようなパルス圧
縮した標的検出波が得られる。ここで、図３（ａ）、図
３（ｂ）と図３（ｃ）の波形に対応する信号の数式は数
式１、数式４と数式３にそれぞれ対応する。また分散遅
延フィルタ７のインパルスレスポンス関数は数式２に示
される。
【００１９】
【発明の効果】以上述べてきた様に、本発明によればレ
ーザ光の発振周波数を直接変えることなく線形周波数変
調レーダに似たパルス圧縮をおこなうことができる。パ
ルス圧縮により高い信号対雑音比が得られるので低出力
のレーザでも遠距離の計測が実時間で可能になる。ま
た、高密度のレーザ光は眼に有害であるが、本発明によ
れば低密度のレーザ光を発射してもパルス圧縮により高
いピーク電力が得られるので、眼にも安全である。さら
に、将来においてより広帯域の分散遅延フィルタの出現
等条件が整えば本発明により深宇宙のレーザレーダによ
る計測の可能性もある。
ーザ光の発振周波数を直接変えることなく線形周波数変
調レーダに似たパルス圧縮をおこなうことができる。パ
ルス圧縮により高い信号対雑音比が得られるので低出力
のレーザでも遠距離の計測が実時間で可能になる。ま
た、高密度のレーザ光は眼に有害であるが、本発明によ
れば低密度のレーザ光を発射してもパルス圧縮により高
いピーク電力が得られるので、眼にも安全である。さら
に、将来においてより広帯域の分散遅延フィルタの出現
等条件が整えば本発明により深宇宙のレーザレーダによ
る計測の可能性もある。
【図１】線形周波数変調レーダの原理を説明するための
系統図である。
系統図である。
【図２】本発明の方法によるレーザレーダの実施例を示
す系統図である。
す系統図である。
【図３】線形周波数変調レーダおよび本発明の方法によ
るレーザレーダを説明するための信号波形図である。 （ａ） 線形周波数変調波形例 （ｂ） しきい値判定部出力波形例 （ｃ） 本発明の方法によるレーザレーダのレーザ光出
力波形例 （ｄ） 本発明の方法によるレーザレーダの受信光波形
例 （ｅ） 光検出部出力波形例 （ｆ） 分散遅延フィルタ出力波形例
るレーザレーダを説明するための信号波形図である。 （ａ） 線形周波数変調波形例 （ｂ） しきい値判定部出力波形例 （ｃ） 本発明の方法によるレーザレーダのレーザ光出
力波形例 （ｄ） 本発明の方法によるレーザレーダの受信光波形
例 （ｅ） 光検出部出力波形例 （ｆ） 分散遅延フィルタ出力波形例
１ 周波数変調部 ２ 送信機 ３ 送受切替器 ４ アンテナ ５ 混合器 ６ 中間周波増幅部 ７ 分散遅延フィルタ ８ 検出部 ９ ビデオ増幅部 １０ 局部発振器 １１ 線形周波数変調波発生部 １２ しきい値判定部 １３ レーザ １４ 送信光学系 １５ 受信光学系 １６ 光検出部 １７ 局部発振器 １８ 混合器 １９ 標的
Claims (1)
- 【請求項１】 変調された信号を送信し、受信信号を分
散遅延フィルタによってパルス圧縮を行うことで得た立
上りの鋭い標的検出パルスを用いて標的までの距離を求
めるパルス圧縮法によるレーダを用いた測距方法におい
て、線形周波数変調波をしきい値判定して得られる信号
でオンオフキーイングしたレーザ光を標的に送信し、標
的から反射してきた受信光信号を光検出器で光電変換し
て得た電気信号を分散遅延フィルタに入力して標的検出
パルスを得るようにしたことを特徴とするパルス圧縮法
によるレーダを用いた測距方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5153017A JPH0827347B2 (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | パルス圧縮法によるレーダを用いた測距方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5153017A JPH0827347B2 (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | パルス圧縮法によるレーダを用いた測距方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0735857A JPH0735857A (ja) | 1995-02-07 |
| JPH0827347B2 true JPH0827347B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=15553149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5153017A Expired - Lifetime JPH0827347B2 (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | パルス圧縮法によるレーダを用いた測距方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0827347B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2730942B1 (de) * | 2012-11-13 | 2015-03-18 | Sick Ag | Optoelektronischer Scanner |
-
1993
- 1993-05-31 JP JP5153017A patent/JPH0827347B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0735857A (ja) | 1995-02-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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