JPS5828550B2 - レ−ダシンゴウシヨリソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーダ信号処理装置に係り、特にＦＭ−ＣＷレ
ーダ信号処理装置に関する。

一般に使用されているパルスレーダとは異なり特殊なレ
ーダの一種に無変調連続波（ＣＷ）レーダが知られてい
る。

このＣＷレーダの原理は、レーダ送信信号が移動目標に
より反射されると受信信号はドプラ効果を受けるので、
このドプラ周波数成分を検出して移動目標の存在や速度
情報を知るものである。

具体的には受信信号を送信信号の一部と混合してヘテロ
ダイン検波またはホモダイン検波すること６どよりドプ
ラ周波数成分を持ったビート信号を検出し、このビート
信号を増幅器により増幅すると共にビート信号の直流成
分を除去することによって固定目標信号成分を除去して
いる。

したがって上記ビート信号増幅器の周波数特性としては
、直流成分を充分に除去し、期待されるどんな小さなド
プラ周波数成分を持った信号をも抽出できなければなら
ないために、低周波遮断特性はかなり鋭いものとなるの
が普通である。

また上限の方の周波数遮断特性は、所望の最も高いドプ
ラ周波数を通すように選ばれる。

しかしこの周波数特性の帯域幅は無制限に広げることは
できない。

検出しようとする目標の速度成分が全熱わからないとき
は、予期されるドプラ周波数成分を充分におおうくらい
に帯域幅を広げておけばよいが、帯域を広げることによ
り雑音が増し感度が低下するという弊害が生じる。

これを解決するため一般には狭帯域のフィルタをくし状
に並設し、等価的に広帯域幅の特性を持たせている。

これにより多目標の分離が可能で、その分離可能な目標
の数は、上記フィルタの数と等しい○ しかし上記したＣＷレーダでは移動目標までの距離の測
定が不可能であり、測定能力を持たせるためには例えば
送信信号に周波数変調（ＦＭ）を施して送信信号の周波
数帯域幅を広げてやればよい。

このようにＣＷレーダの送信信号にＦＭを施したＦＭ−
ＣＷレーダにおいて、いまこのＦＭを例えば三角波で行
なうものとすれば、送信信号の周波数と時間との関係は
第１図ａの実線のように示される。

もし距離Ｒのところに固定反射目標があるとすれば、反
射信号は上記Ｒに比例した時間だけ遅れて戻ってくる。

第１図ａの点線は、この反射信号の周波数対時間の関係
を表わしている。

そしてこの場合の例えばホモダイン検波出力（トド信号
。

）の周波数ｆｏは、反射目標が固定目標なのでドプラ周
波数偏移を受けず、前記距離Ｒ，ＦＭ変調周波数ｆｍ、
ＦＭ最犬偏最大ｆに比例する。

このときのビート信号の周波数対時間の関係を第１図す
に示す。

また反射目標が移動目標の場合には、送信信号と受信信
号との周波数対時間の関係は、第１図Ｃに示すようにな
り、ビート信号の周波数は前記固定目標の場合のビート
信号周波数ｆ、からｆｄなるドプラ周波数分だけ偏移し
、その偏移方向は各変調サイクル毎に交互に変わる。

このときのビート信号の周波数対時間の関係は第１図ｄ
に示すようになる。

したがってＦＭ変調の各半サイクル毎にビート信号周波
数を測定し、両サイクルの測定周波数の和の１／２をと
って固定目標の場合のビート信号周波数ｆｏを算出すれ
ば、これから目標までの距離情報Ｒを求めることができ
る。

同様にしてドプラ周波数ｆｄのみを取り出し、移動目標
の速度を求めることができる。

ところで上記したような従来のＦＭ−ＣＷレーダの信号
処理装置によれば、くシ状フィルタを必要とするので、
構成が複雑である欠点があった。

また地面等の大きい固定目標からの大きい不要反射信号
ω）わゆるクラッタ）があり、且つ移動目標反射信号が
小さい場合には、大きいクラッタの中から小さい移動目
標信号のみを抽出することが非常に困難であり、最大探
知距離に制限が生じる欠点があった。

本発明は上記の欠点を除去すべくなされたもので、構成
が簡単でクラッタ抑圧比が高く、所望の距離の移動目標
に対して速度を検出し得るレーダ信号処理装置を提供す
るものである。

以下図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する
。

第２図において、ハトσ■レーダ信号発生器１１は制御
器１２から供給される直線変化波例えば鋸歯状波変調波
によりＦＭ変調されたＦＭ−ＣＷレーダ信号を発生する
。

このレーダ信号は方向性結合器１３により二分され、一
方はサーキュレータ１４へ、他方は例えばホモダイン検
波器１５へ供給される。

尚、検波器１５は原理的にはホモダイン検波と同種に属
するヘテロダイン検波器で構成してもよい。

上記サーキュレータ１４に供給されたレーダ信号はアン
テナ１６から目標に向けて放射される。

この放射信号は目標にて反射され前記アンテナ１昨受信
される。

この受信信号はアンテナ１６から目標までの距離に対応
した周波数偏差と、目標が移動目標であればＦＭ−ＣＷ
レーダに対する相対速度に対応したドプラ周波数偏移を
持っている。

ここで上記レーダ信号の送信信号の周波数対時間の関係
を第３図ａにおいて実線で示し、受信信号について点線
で示す。

上記受信信号はサーキュレータ１４を通りホモダイン検
波器１５に供給されて前記方向性結合器１３からの信号
との間でホモダイン検波される。

この検波器１５の出力信号は、目標の距離およびドプラ
周波数に対応した線スペクトラムに近い周波数成分を持
つ。

ここで上記検波出力（ビート信号。

）の周波数対時間の関係を第３図すに示し、周波数スペ
クトラムを第３図Ｃに示す。

一般に、ＦＭ変調された信号の周波数スペクトラムは、
ＦＭ変調理論、フーリエ変換の理論から明らかなように
、搬送波の周波数を中心としてＦＭ変調周波数間隔毎に
離散的に与えられる。

本発明において、送信信号は第３図ａに示す如くＦＭ変
調された信号であんしたがって、この送信信号の周波数
スペクトラへすなわち、実効的にエネルギーをもつ周波
数成分としては、般送波の周波数を中心としてＦＭ変調
周波数間隔毎の離散的な成分しかなＣ／ｂまた、目標か
らの反射信号、すなわち、受信信号も送信信号同様にＦ
Ｍ変調された信号であるから、その周波数スペクトラム
は、目標が固定目標であれば、送信信号同様に、搬送波
の周波数を中心としてＦＭ変調周波数間隔毎の離散的な
周波数スペクトラムとなる。

一方、目標が移動目標であれば、受信信号は移動速度に
対応したドプラ周波数だけの周波数偏移を受けるため、
受信信号の周波数スペクトラムは、固定目標の場合の周
波数スペクトラムと比較してドプラ周波数だけ離間した
離散的な周波数スペクトラムとなる。

したがって、ホモダイン検波器１５の検波出力、すなわ
ち、送信信号と受信信号とから得られるビート信号の周
波数スペクトラムは、送信信号の離散的な各周波数成分
と受信信号の離散的な各周波数成分とのそれぞれの差の
周波数成分をもつ離散的な周波数スペクトラムになる。

したがって、このビート信号の周波数スペクトラムは、
目標が固定目標であれｃｆ１ｐＭ変調周波数の整数倍の
ところにのみ存在し、目標が移動目標であれば固定目標
の場合の周波数スペクトルすなわちＦＭ変調周波数の整
数倍の周波数値からドプラ周波数だけ離間したところに
存在する。

第３図Ｃにおいて実線は固定目標の場合のビート信号の
周波数スペクトラムを示すもので、レーダ繰り返し周波
数（以下ＰＲＦと略する。

）（これはＦＭ変調周波数であって例えば５ ｋＨｚで
ある。

）の整数倍の成分のみを持つ。

このスペクトラムの間隔は距離分解能に相当し、この距
離分解能の値は送信信号の周波数帯域（ＦＭ変調の最大
周波数偏移。

）により決まる。例えば１０ＭＨｚの帯域で距離分解能
は約１５ｍである。

また第３図Ｃにおいて点線は移動目標の場合のビート信
号の周波数スペクトラムを示すもので、上記固定目標の
場合のビート信号のスペクトラムに対して速度情報に対
応するドプラ周波数分の間隔をあけて沿っている。

このように、上記したビート信号の周波数スペクトラム
は離散的なものとなる一方、各周波数成分の振幅（レベ
ル）は、第３図Ｃの実線で示す如く目標までの距離に対
応した所定の周波数のところで最大値をとり、それ以外
の周波数成分のレベルは小さいものとなる。

これは第３図ａに示すＦＭ変調された送信及び受信信号
とから得られるビート信号（検波器１５の検波出力）が
、目標までの距離に比例した一部の周波数のところで、
エネルギー的に集中されたものとなるからである。

したがって、目標の距離情報は、目標が固定目標であれ
ば上記したビート信号の周波数スペクトラムにおいてレ
ベルが最大となる同波数スペクトラム（これはＰＲＦの
整数倍の周波数である。

）の検出により知ることができ、移動目標の場合は、レ
ベルの最大値を検出したときの同波数スペクトラムに近
接するＰＲＦの整数倍の同波数の検出により知ることが
できる。

また、目標の速度情報は、レベルの最大値を検出したと
きの周波数スペクトラムとこれに近接する最寄りのＰＲ
Ｆの整数倍の同波数との同波数偏差（すなわちドプラ周
波数）の検出により知ることができる。

以下具体例を述べる。

前記ホモダイン検波出力は増幅器１１により増幅された
のち同期検波器１８に導かれ、ここへ位相同期発振器１
９から供給される距離ゲート信号との間で同期検波され
る。

この位相同期発振器１９は、前記制御器１２から供給さ
れる変調信号を基準として制御され、前記ＰＲＦの整数
倍になるような高安定コヒーレント信号である上記距離
ゲート信号を発振する。

この場合、任意の距離に対応するゲート信号を発生させ
るためには、例えば前記位相同期発振器１９として位相
同期ループを用い、このループ内の可変分局器の分周数
を可変制御してループ内の発振器の周波数を基準となる
前記制御器１２の出力周波数の任意の整数倍に位相同期
させればよい。

したがって同期検波器１８からは、距離情報および速度
情報を有する入力信号に対して同じ距離情報を表わす距
離ゲート信号、すなわち、距離に対応した所定のＰＲＦ
の整数倍の距離ゲート信号が導かれたときに最大検波出
力が得られる。

この最大検波出力の周波数対レベルの関係は第３図ｄに
示すようになり、零ビート周波数成分である固定目標反
射成分を実線で示し、この零ビート周波数成分からドプ
ラ同波数だけ偏移した移動目標反射成分を点線で示す。

そこで第３図ｄに一点鎖線で示すように固定目標のとき
のホモダイン検波器１５の検波出力の周波数スペクトラ
ムの間隔、即ちＰＲＦより狭い帯域を有し且つ直流成分
を阻止するような特性を有する狭帯域ドプラフィルタ２
０を同期検波器１８の出力側に設けておけ（玉移動目標
距離に対応する所定同波数（ＰＲＦの整数倍）の距離ゲ
ート信号が同期検波器１８に供給されたとき同期検波出
力中より、レベルが最大となる同波数成分すなわちドプ
ラ周波数成分のみを抽出することができ、固定目標反射
成分を完全に抑圧することができる。

この狭帯域ドプラフィルタ２０の出力は最大値検出器２
１に導かれてフィルタ出力レベルの最大値が検出され、
この最大値検出時の距離ゲート信号の周波数（ＰＲＦの
整数倍）から移動目標の距離を知ることができる。

同時に上記フィルタ出力は同波数測定器２２に導かれて
このフィルタ出力信号のもつ同波数（これは第３図ｄの
実線と点線との差の周波数すなわちドプラ周波数である
。

）が測定され、この周波数から移動目標の速度を知るこ
とができる。

なお、最大値検出器２１は、例えば同効のピークホール
ド回路で構成され、距離ゲート信号周波数すなわち位相
同期発振器１９の出力周波数が変わる毎に狭帯域フィル
タ２０の出力レベルが変わるが、このフィルタ出力レベ
ルの最大値を検出するようにした回路である。

また、同波数測定器２２は、例えば単なるカウンタで構
成できるものである。

上述したように直線状ＦＭ変調が施されたＦＭ−ＣＷレ
ーダ信号の目標反射信号を受信処理する装置においては
、受信信号をホモダイン検波またはヘテロダイン検波し
、この検波出力を前記ＦＭ変調用変調波に位相同期し且
つＦＭ変調周波数の整数倍の周波数を有する距離ゲート
信号との間で同期検波し、この同期検波出力を狭帯域ド
プラフィルタによって取り出している。

したがって従来の装置で必要とされたくし状フィルタを
使用しないので構成が簡単になり、且つ同期検波出力か
ら狭帯域ドプラフィルタにより移動目標信号のみを抽出
するのでクラッタ抑圧比が高い。

しかも狭帯域ドプラフィルタにより受信機帯域幅が狭く
探知距離が増大する。

又距離ゲート信号の周波数を所定周波数にすることによ
り所望距離の移動目標を検出することができる。

本発明は上述したように構成が簡単でクラッタ抑圧比が
高く、所望の距離の移動目標に対して速度を瞬時に検出
し得るレーダ信号処理装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ乃至ｄは従来のＦＭ−ＣＷレーダに係る信号を
説明するために示すタイミング図、第２図は本発明に係
るレーダ信号処理装置の一実施例を示すブロックダイヤ
グラム、第３図ａ乃至ｄは第２図の動作を説明するため
に示すタイミング図である。 １１・・・ＦＭ−ＣＷレーダ信号発生器、１２・・・制
御器、１３・・・方向性結合器、１４・・・サーキュレ
ータ、１５・・・ホモダイン検波器、１８・・・同期検
波器、１９・・・位相同期発振器、２０・・・狭帯域ド
プラフィルタ、２１・・・最大値検出器、２２・・・周
波数測定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 変調信号を出力する制御器と、この制御器からの変
   調信号が供給され周波数変調されたＦＭ−ＣＷレーダ信
   号を発生する信号発生器と、この信号発生器の出力信号
   を分岐する分岐手段と、この分岐手段により分岐された
   一方の信号がサーキュレータを介して供給されＦＭ’−
   ＣＷレーダ送信波を放射するとともに目標からの反射波
   を受信する空中線と、この空中線からの受信信号が前記
   サーキュレータを介して供給されかつ前記分岐手段によ
   り分岐された他方の信号が供給されホモダイン検波また
   はヘテロダイン検波する第１の検波手段と、前記制御器
   からの変調信号を導入しこの変調信号を基準として制御
   され変調周波数の任意の整数倍に対応した周波数の距離
   ゲート信号を発生する位相同期発振器と、この位相同期
   発振器からの距離ゲート信号及び前記第１の検波手段の
   出力信号が供給され同期検波する第２の検波手段と、前
   記変調周波数より狭い帯域を有しこの第２の検波手段の
   出力信号中よりドプラ周波数成分のみを抽出する狭帯域
   ドプラフィルタと、この狭帯域トブラフイルタの出力信
   号が供給され最大レベルのフィルタ出力信号を検出する
   最大値検出器と、前記狭帯域ドプラフィルタの出力信号
   が供給されフィルタ出力信号周波数を測定する周波数測
   定器とを具備し、前記最大レベル検出時における前記距
   離ゲート信号周波数から目標の距離を検出し前記周波数
   測定器の測定周波数から目標の速度を検出することを特
   徴とするレーダ信号処理装置。