(57)【要約】【課題】距離分解能、送信回数および処理距離範囲をそれぞれ独立に設定可能なレーダ装置を得る。【解決手段】送信周波数が所定のステップ周波数だけ異なるＭ種類（Ｍ≧２）の周波数の信号にそれぞれ異なる変調を施した後に合成するとともに、送信毎にＮ（Ｎ≧２）を法とした送信回数の剰余演算結果をミキシングした送信信号をアンテナ部６から送信する送信部３と、送信部３からの送信波が目標で反射した当該目標からの反射波をアンテナ部６により受信し、当該受信信号をＭ点の離散フーリエ変換処理した後に前記変調を復調するＤＦＴ部７と、送信部３による送信毎に得られるＤＦＴ部７からのＭ個の出力をＮ回の送信にわたり保持し、そのＭ×Ｎ個の信号で離散逆フーリエ変換処理を行うＩＤＦＴ部８とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信周波数が所定のステップ周波数だけ異なるＭ種類（Ｍは２以上の任意の整数）の周波数の信号にそれぞれ異なる変調を施した後に合成するとともに、送信毎にＮ（Ｎは２以上の任意の整数）を法とした送信回数の剰余演算結果をミキシングして送信する送信手段と、
前記送信手段からの送信波が目標で反射した当該目標からの反射波を受信信号として受信し、前記受信信号をＭ点の離散フーリエ変換処理した後に前記変調を復調する離散フーリエ変換処理手段と、
前記送信手段からの前記送信波の送信毎に得られる前記離散フーリエ変換処理手段からのＭ個の出力をＮ回の送信にわたり保持し、そのＭ×Ｎ個の信号で離散逆フーリエ変換処理を行う離散逆フーリエ変換処理手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記剰余演算結果は、０から（Ｎ−１）までの数値に比例して変化する周波数の信号であることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記変調は、０度と１８０度の２位相変調であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はレーダ装置に関し、特に、ステップチャープ送信により高距離分解能を得る、合成帯域法を用いるレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成帯域法は高距離分解能を得るレーダ方式の一つで、従来の合成帯域法では、送信毎に一定の周波数（以下、ステップ周波数とする。）だけ異なる信号を送信し、その受信信号をＩＤＦＴ(Inverse Discrete Fourier Transform，離散逆フーリエ変換)することにより高距離分解能を得る（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Donald R. Wehner著、“High-Resolution Radar Second Edition”、Artech House, Inc., １９９５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の合成帯域法の場合、ステップ周波数をｄＦ、送信回数をＮとすると、距離分解能ｄＲｇは、次式（１）で示される。
【０００５】
【数１】
2010203894.tif 000003
【０００６】
また、従来の合成帯域法で検出される距離は、次式（２）で示される距離範囲Ｒｕｇ（以下、処理距離範囲とする。）で繰り返される周期関数となり、距離の不確定性が発生する。
【０００７】
【数２】
2010203894.tif 000004
【０００８】
なお、ここで、式（１）、式（２）において、ｃは光速である。
【０００９】
式（１）、式（２）から自明のとおり、距離分解能、送信回数、および、処理距離範囲のうち２項目が決まると、他の１項目は一義的に決まってしまうという問題点がある。
【００１０】
例えば、許容される観測時間が０．１秒以下、ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval、パルス繰返し周期）が２ｍｓの航空機を検出するレーダ装置の場合、送信回数は５０回が上限となる。一方、航空機の機体の長さは最大８０ｍ程度であるため、処理距離範囲を誤差も含め１５０ｍとすると、ステップ周波数は、式（２）から１ＭＨｚとなる。従って、距離分解能は、式（１）から一義的に３ｍとなり、これ以上の距離分解能を得ることができないという問題点があった。
【００１１】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、距離分解能、送信回数および処理距離範囲をそれぞれ独立に設定可能にし、それにより、広距離範囲を短時間で高距離分解能処理することを可能にするレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、送信周波数が所定のステップ周波数だけ異なるＭ種類（Ｍは２以上の任意の整数）の周波数の信号にそれぞれ異なる変調を施した後に合成するとともに、送信毎にＮ（Ｎは２以上の任意の整数）を法とした送信回数の剰余演算結果をミキシングして送信する送信手段と、前記送信手段からの送信波が目標で反射した当該目標からの反射波を受信信号として受信し、前記受信信号をＭ点の離散フーリエ変換処理した後に前記変調を復調する離散フーリエ変換処理手段と、前記送信手段からの前記送信波の送信毎に得られる前記離散フーリエ変換処理手段からのＭ個の出力をＮ回の送信にわたり保持し、そのＭ×Ｎ個の信号で離散逆フーリエ変換処理を行う離散逆フーリエ変換処理手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明は、送信周波数が所定のステップ周波数だけ異なるＭ種類（Ｍは２以上の任意の整数）の周波数の信号にそれぞれ異なる変調を施した後に合成するとともに、送信毎にＮ（Ｎは２以上の任意の整数）を法とした送信回数の剰余演算結果をミキシングして送信する送信手段と、前記送信手段からの送信波が目標で反射した当該目標からの反射波を受信信号として受信し、前記受信信号をＭ点の離散フーリエ変換処理した後に前記変調を復調する離散フーリエ変換処理手段と、前記送信手段からの前記送信波の送信毎に得られる前記離散フーリエ変換処理手段からのＭ個の出力をＮ回の送信にわたり保持し、そのＭ×Ｎ個の信号で離散逆フーリエ変換処理を行う離散逆フーリエ変換処理手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置であるので、距離分解能、送信回数および処理距離範囲をそれぞれ独立に設定できるため、広距離範囲を短時間で高距離分解能処理することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１によるレ−ダ装置の構成を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この発明に係るレーダ装置は、送信周波数がステップ周波数ｄＦだけ異なるＭ種類（Ｍは２以上の任意の整数）の周波数の信号に、それぞれ異なる変調、例えば、０度と１８０度の２位相変調を施した後に合成し、さらに、送信毎にＮ（Ｎは２以上の任意の整数）を法とした送信回数の剰余演算結果、すなわち、０から（Ｎ−１）の数値に比例して変化する周波数の信号をミキシングして送信する送信部と、目標からの反射波を受信した受信信号をＭ点のＤＦＴ（Discrete Fourier Transform、離散フーリエ変換）処理した後、前記位相変調を復調するＤＦＴ部と、送信毎に得られる前記ＤＦＴ部からのＭ個の出力をＮ回の送信に亘り保持し、その「Ｍ×Ｎ」個の信号でＩＤＦＴ処理を行うＩＤＦＴ部とを備えたものである。
【００１６】
なお、この発明によるレーダ装置は、送信回数Ｎを周期として同一の動作を繰り返すため、以下、上記Ｎを法とした送信回数の剰余演算結果を送信回数という。
【００１７】
以下、この発明の一実施の形態に係るレーダ装置について説明する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１によるレーダ装置の構成を示したブロック構成図である。図１に示すように、このレーダ装置は、タイミング発生部１と、送信キャリア信号発生部２と、送信部３と、受信部４と、送受切替部５と、アンテナ部６と、ＤＦＴ部７と、ＩＤＦＴ部８とから構成される。
【００１９】
タイミング発生部１は、送信回数信号１０１および位相変調信号１０２を送信キャリア信号発生部２に送出するとともに、送信パルス変調信号１０３を送信部３に送出し、Ａ／Ｄクロック信号１０４を受信部４に送出し、位相復調信号１０５をＤＦＴ部７へ送出する。送信回数信号１０１は、レーダ装置の距離分解処理に必要な送信回数をＮ回（Ｎは２以上の任意の整数）とすると、送信毎に０から（Ｎ−１）の整数値を順に繰返し出力する信号である。また、位相変調信号１０２は、送信キャリア信号発生部２から送出される送信キャリア信号１０６に例えば０度と１８０度の２位相変調を施す信号で、例えばビット長がＭ（Ｍは２以上の任意の自然数）で、各ビットの値が「０」又は「１」の２値の擬似ランダム符号で、例えば値が「０」のとき０度に位相変調し（すなわち、位相変調しない）、値が「１」のとき１８０度に位相変調する。一方、位相復調信号１０５は、送信部３から送出される送信信号１０９に施された位相変調成分を取り除くための信号で、例えば位相変調信号１０２と同一の信号である。
【００２０】
送信キャリア信号発生部２は、送信回数信号１０１および位相変調信号１０２に基づいて、次式（３）で示されるＣＯＨＯ信号１０７と、次式（４）および次式（５）で示される、送信毎に「Ｍ×ｄＦ」だけ周波数が異なるローカル信号１０８とを生成し、受信部４へ送出するとともに、次式（６）で示される、ｄＦだけ異なるＭ種類の周波数成分から成り、かつ、送信毎に「Ｍ×ｄＦ」だけ送信周波数が異なる送信キャリア信号１０６を生成し、送信部３へ送出する。
【００２１】
【数３】
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【００２２】
ここで、Ｓｃ（ｎ，ｔ）、Ｓｌ（ｎ，ｔ）およびＳｔ（ｎ，ｔ）は、それぞれ、ＣＯＨＯ信号１０７、ローカル信号１０８および送信キャリア信号１０６であり、ｎは送信回数、ｔは時間、ＡｃおよびＡｌは、それぞれ、ＣＯＨＯ信号１０７およびローカル信号１０８の振幅、Ａｔは送信キャリア信号１０６の各周波数成分の振幅で、一例として各周波数成分で同一振幅としている。Ｆｉｆは、ＣＯＨＯ信号１０７の周波数、Ｆｌ０はローカル信号１０８の規準となる周波数、φ（ｍ）は位相変調信号１０２のｍビット目の値である。また、ＣＯＨＯ信号１０７、ローカル信号１０８、および、送信キャリア信号１０６の初期位相は本発明の作動に影響を与えないため省略している。
【００２３】
送信部３は、送信キャリア信号１０６を送信パルス変調信号１０３で周期的にパルス変調した後、電力増幅し、送信信号１０９として、送受切替部５を経由して、アンテナ部６に送出する。送信パルス変調信号１０３は、前述のとおり、送信信号１０９のパルス幅をステップ周波数ｄＦの逆数以下、例えばステップ周波ｄＦの逆数（１／ｄＦ）に制御する。
【００２４】
アンテナ部６は、送信信号１０９を空間に放射し、図示していない目標でそれが反射された信号はアンテナ部６で受信され、送受切替部５を経て、次式（７）および次式（８）で示される受信信号１１０として受信部４へ出力される。
【００２５】
【数４】
2010203894.tif 000006
【００２６】
ここで、Ｓｒ（ｎ，ｔ）は受信信号１１０、Ａｒは受信信号１１０の振幅、Ｒｔは図示していない目標までの距離、τｒは図示していない目標までの距離Ｒｔによる時間遅れである。
【００２７】
受信部４は、受信信号１１０を電力増幅するとともに、ローカル信号１０８でそれをＩＦ周波数に変換し、さらに、ＣＯＨＯ信号１０７で直交位相検波した後、Ａ／Ｄクロック信号１０４のタイミングでＡ／Ｄ変換し、次式（９）で示される２チャンネルのＩ／Ｑビデオ信号１１１として、ＤＦＴ部７へ送出する。また、Ａ／Ｄクロック信号１０４の周期は、次式（１０）で示すとおり、受信信号１１０の周波数帯域幅である「Ｍ×ｄＦ」の逆数以下、例えば「Ｍ×ｄＦ」の逆数に選定される。なお、簡単のため、次式（９）ではＩ／Ｑビデオ信号１１１を複素信号で表すとともに、パルス変調成分は省略し、Ｉ／Ｑビデオ信号１１１の立ち上がり時点をＡ／Ｄ変換の開始時点とし、Ｉ／Ｑビデオ信号１１１の立ち上がり時点をＡ／Ｄ変換の終了時点としている。
【００２８】
【数５】
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【００２９】
ここで、Ｓｖ（ｎ，ｋ）はＩ／Ｑビデオ信号１１１、ＡｖはＩ／Ｑビデオ信号１１１の振幅、τｓはＡ／Ｄクロック信号１０４の周期、ｋはＡ／Ｄ変換のサンプリング回数で、Ｉ／Ｑビデオ信号１１１のパルス幅が「１／ｄＦ」であるため、０から（Ｍ−１）のＭ個の整数値をとる。
【００３０】
ＤＦＴ部７は、次式（１１）で示すとおり、Ｉ／Ｑビデオ信号１１１をＤＦＴにより周波数信号に変換する。
【００３１】
【数６】
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【００３２】
ここで、Ｓｆｍ（ｎ，l）はＤＦＴされたＩ／Ｑビデオ信号１１１のｎ番目の周期送信回数における、l番目の周波数セルの信号で、ｎは０から（Ｎ−１）のＮ個の整数、lは０から（Ｍ−１）のＭ個の整数である。また、周波数セルの分解能はＡ／Ｄのサンプリング時間、すなわちＩ／Ｑビデオ信号１１１のパルス幅の逆数で、ステップ周波数ｄＦである。
【００３３】
ＤＦＴ部７は、さらに、次式（１１）で示されるＤＦＴされたＩ／Ｑビデオ信号１１１を位相復調信号１０５により周波数セルごとに式（１２）で示される位相変調を施すことにより、位相変調信号１０２で生成された位相変調成分を取り除き、ＤＦＴビデオ信号１１２としてＩＤＦＴ部８へ送出する。なお、前述のとおり、本説明では位相復調信号１０５は位相変調信号１０２と同じ信号で、「０」のとき０度の位相変調を行い、「１」のとき１８０度の位相変調を行う。
【００３４】
【数７】
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【００３５】
ここで、Ｓｄｆｔ（ｎ，l）はＤＦＴビデオ信号１１２のｎ番目の周期送信回数におけるl番目の周波数セルの信号である。
【００３６】
ＩＤＦＴ部８は上記ＤＦＴビデオ信号１１２をＮ回の送信にわたり記憶し、最初の周期送信回数（ｎ＝０）の最初の周波数セル（l＝０）から順番に、すなわち「ｎＭ＋l、ｎ＝０〜Ｎ−１，l＝０〜Ｍ−１」の値が小さい方から順番に並べた後、次式（１３）〜次式（１５）で示されるＩＤＦＴ変換により、時間信号であるＩＤＦＴ変換信号１１３に変換する。
【００３７】
【数８】
2010203894.tif 000010
【００３８】
ここで、Ｓｉｄｆｔ（ｐ）はＩＤＦＴ変換信号１１３である。
【００３９】
ＩＤＦＴ変換信号１１３は例えば図示していない測距装置へ送出され、目標までの測距が行なわれる。目標までの距離Ｒｔは、ＩＤＦＴ変換信号１１３の振幅が最大値のセル、すなわち、式（１３）の分母がゼロのセルで与えられ、次式（１６）で示される。
【００４０】
【数９】
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【００４１】
ここで、Ｐ０はＩＤＦＴ変換信号１１３の振幅が最大値のセル番号である。
【００４２】
さらに、式（７）および式（１６）から、本発明の距離分解能ｄＲｐ、処理距離範囲Ｒｕｐは、それぞれ、次式（１７）および次式（１８）で表される。
【００４３】
【数１０】
2010203894.tif 000012
【００４４】
すなわち、処理距離範囲を「ｃ／（２×ｄＦ）」、送信回数をＮとした場合、従来の合成帯域法での距離分解能ｄＲｇは、式（１）に示すとおり、送信回数Ｎ、ステップ周波数ｄＦの逆数に比例するが、本発明によれば、距離分解能ｄＲｐは、次式（１７）に示すとおり、送信回数Ｎ、ステップ周波数ｄＦ、および、同一送信での周波数の数Ｍの逆数に比例するため、Ｍの値を変えることにより、ステップ周波数ｄＦ、および、送信回数Ｎとは独立に距離分解能ｄＲｐを設定することができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態１では、位相変調信号１０２は送信キャリア信号１０６に０度と１８０度の位相変調を施す信号で、各ビットの値が０又は１の２値の擬似ランダム符号としたが、その場合に限らず、各ビットの値が多値で、多値の位相変調を行なう信号でも良い。また、位相復調信号１０５は位相変調信号１０２と同一としたが、送信キャリア信号１０６での位相変調をキャンセルできる信号であれば良い。
【００４６】
以上のように、本実施の形態１に係るレーダ装置は、ステップチャ−プ送信により高距離分解能を得る、合成帯域法を用いるレーダ装置であって、送信周波数がステップ周波数だけ異なるＭ種類（Ｍは２以上の任意の整数）の周波数の信号にそれぞれ異なる変調、例えば、０度と１８０度の２位相変調を施した後に合成し、さらに、送信毎にＮ（Ｎは２以上の任意の整数）を法とした送信回数の剰余演算結果、すなわち、０から（Ｎ−１）までの数値に比例して変化する周波数の信号をミキシングして送信する送信部３と、目標からの反射波を受信した受信信号をＭ点のＤＦＴ処理した後に位相変調を復調するＤＦＴ部７と、送信毎に得られるＤＦＴ部７からのＭ個の出力をＮ回の送信にわたり保持し、その「Ｍ×Ｎ」個の信号で、ＩＤＦＴ処理を行うＩＤＦＴ部８とを備えるようにしたので、距離分解能、送信回数、および処理距離範囲を独立に設定できるため、広距離範囲を短時間で高距離分解能処理をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  タイミング発生部、２  送信キャリア信号発生部、３  送信部、４  受信部、５  送受切換部、６  アンテナ部、７  ＤＦＴ部、８  ＩＤＦＴ部、１０１  送信回数信号、１０２  位相変調信号、１０３  パルス変調信号、１０４  Ａ／Ｄクロック信号、１０５  位相復調信号、１０６  送信キャリア信号、１０７  ＣＯＨＯ信号、１０８  ローカル信号、１０９  送信信号、１１０  受信信号、１１１  Ｉ／Ｑビデオ信号、１１２  ＤＦＴビデオ信号、１１３  ＩＤＦＴ変換信号。
【図１】
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