(57)【要約】【課題】割り当てられているレーダ帯域の中で長パルスと短パルスで異なる周波数を使用しても、確実に干渉を除去する。【解決手段】同一繰り返し周期内または繰り返し周期間で短パルス及び長パルスによる送信信号を送受信するレーダ装置において、短パルス及び長パルスを異なる周波数で生成し、送信信号を指定方向に送信してその反射波を受信し、受信信号を送信に使用した周波数帯数の系統に分波し、分波系統それぞれで、受信信号から対応する送信周波数帯の信号を受信フィルタで抽出して不要波成分を抑圧し、抽出された信号をそれぞれ所定の利得で増幅し、所望の位相に制御し合成することで、複数のバンドの受信ビームを形成するものとし、受信フィルタに超伝導素材を用い、運用時に複数の受信フィルタが超伝導状態となるように冷却して、分波系統別に帯域通過フィルタ特性を得る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一繰り返し周期内または繰り返し周期間で短距離用の短パルス及び長距離用の長パルスによる送信信号を送受信するレーダ装置において、
前記短パルス及び長パルスを異なる周波数で生成する送信信号生成手段と、
前記送信信号を指定方向に送信しその反射波を受信する送受信手段と、
前記送受信手段の受信信号を前記送信に使用した周波数帯数の系統に分波する分波手段と、
前記分波系統それぞれで、前記受信信号から対応する送信周波数帯の信号を受信フィルタで抽出して不要波成分を抑圧し、抽出された信号をそれぞれ増幅器によって所定の利得で増幅し、移相器によって前記所望の位相に制御し、合成器により各信号を合成することで、複数のバンドの受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と
を具備し、
前記受信フィルタに超伝導素材を用い、運用時に前記複数の受信フィルタが超伝導状態となるように冷却して、前記分波系統別に帯域通過フィルタ特性を得るレーダ装置。
【請求項２】
前記分波手段には、入力信号を前記複数の系統に振り分ける分波スイッチを使用する請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記分波手段には、入力信号を前記複数の系統に波長別に振り分ける分波器を使用する請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記受信フィルタには、チューナブル型を使用する請求項１記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記受信ビーム形成手段は、少なくとも受信フィルタ及び増幅器を真空容器に収容し、前記増幅器の後段で前記真空容器の外で前記系統を選択するためのスイッチを介在させる請求項１記載のレーダ装置。
【請求項６】
同一繰り返し周期内または繰り返し周期間で短距離用の短パルス及び長距離用の長パルスによる送信信号を送受信するレーダ装置に用いられ、
前記短パルス及び長パルスを異なる周波数で生成し、
前記送信信号を指定方向に送信しその反射波を受信し、
前記受信信号を前記送信に使用した周波数帯数の系統に分波し、
前記分波系統それぞれで、前記受信信号から対応する送信周波数帯の信号を受信フィルタで抽出して不要波成分を抑圧し、抽出された信号をそれぞれ所定の利得で増幅し、移相器によって前記所望の位相に制御し、合成器により各信号を合成することで、複数のバンドの受信ビームを形成するものとし、
前記受信フィルタに超伝導素材を用い、運用時に前記複数の受信フィルタが超伝導状態となるように冷却して、前記分波系統別に帯域通過フィルタ特性を得るレーダ装置の干渉除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置に適用され、長パルス及び短パルスをパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）で送受信する場合に発生する干渉を除去する干渉除去技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置にあっては、距離に応じた分解能を高めるため、同一ＰＲＩ内、またはＰＲＩ間で短距離用の短パルス及び長距離用の長パルスを送受信する方式がある。この場合、周波数を有効利用するため、短パルスと長パルスは互いに同一周波数が使用される。
【０００３】
ところで、その運用においては、短パルスの受信データが長パルスの受信期間に入る、あるいはその逆の場合があり、限定的なレーダ帯域では干渉が発生する。加えて、他のレーダサイトからの送信波も同様の干渉が発生するため、機器間で周波数をオフセットする処置が講じられている。但し、この干渉を確実に回避するためには十分離れた中心周波数で送受信する必要があるが、周波数割り当ての観点から、もはやレーダ帯域を広げることはできない。
【０００４】
仮に周波数割り当てが拡張されたとしても、十分離れた周波数で送受信するにはさらなる広帯域化、あるいは周波数別に信号処理の回路系統を備える必要があり、コスト、重量、寸法及び回路系統の増加等、装置を実現する上では様々な課題がある。加えて、近年における周波数有効利用の観点から、送受信する周波数の狭帯域化が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１４２５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、レーダ装置では、長パルス及び短パルスをパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）で送受信する場合に発生する干渉を除去するために、干渉が生じないような十分離れた中心周波数で送受信する必要があるが、周波数割り当ての観点から、もはやレーダ帯域を広げることができない。
【０００７】
本実施形態は上記の問題を解決するためになされたもので、割り当てられているレーダ帯域の中で長パルスと短パルスで異なる周波数を使用しても、確実に干渉を除去することのできるレーダ装置とその干渉除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本実施形態によれば、同一繰り返し周期内または繰り返し周期間で短距離用の短パルス及び長距離用の長パルスによる送信信号を送受信するレーダ装置において、前記短パルス及び長パルスを異なる周波数で生成し、前記送信信号を指定方向に送信してその反射波を受信し、前記受信信号を前記送信に使用した周波数帯数の系統に分波し、前記分波系統それぞれで、前記受信信号から対応する送信周波数帯の信号を受信フィルタで抽出して不要波成分を抑圧し、抽出された信号をそれぞれ増幅器によって所定の利得で増幅し、移相器によって前記所望の位相に制御し、合成器により各信号を合成することで、複数のバンドの受信ビームを形成するものとし、前記受信フィルタに超伝導素材を用い、運用時に前記複数の受信フィルタが超伝導状態となるように冷却して、前記分波系統別に帯域通過フィルタ特性を得る態様とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図２】レーダ装置において、同一周波数による長パルスと短パルスの送受信状態の一例を示すタイミング図。
【図３】レーダ装置において、従来の受信フィルタを適用した場合のレーダ帯域と使用帯域を示す周波数分布図。
【図４】図１に示す第１の実施形態に係るレーダ装置の受信フィルタを適用した場合のレーダ帯域と使用帯域を示す周波数分布図。
【図５】図１に示す実施形態のレーダ装置において、長パルスと短パルスで異なる周波数帯域を使用した場合の長パルスと短パルスの送受信状態を示すタイミング図。
【図６】第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図７】第３の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図８】第４の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以降の図における同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００１２】
このレーダ装置は、アレイ状に配列されるｎ個のアンテナ素子Ｔ−１〜Ｔ−ｎを有するアンテナ装置１と、送信信号生成器２、分配器３、移相器４−１〜４−ｎ、送信アンプ５−１〜５−ｎ及び送信フィルタ６−１〜６−ｎからなる送信系統と、送受信切換器７−１〜７−ｎと、分波スイッチ８−１〜８−ｎ、バンド１用受信フィルタ９１−１〜９１−ｎ、バンド２用受信フィルタ９２−１〜９２−ｎ、バンド１用リミッタ１０１−１〜１０１−ｎ、バンド２用リミッタ１０２−１〜１０２−ｎ、バンド１用ＬＮＡ（低雑音増幅器）１１１−１〜１１１−ｎ、バンド２用ＬＮＡ１１２−１〜１１２−ｎ、バンド１用移相器１２１−１〜１２１−ｎ、バンド２用移相器１２２−１〜１２２−ｎ、及びバンド１用合成器１３１，バンド２用合成器１３２からなる受信系統と、真空容器１４とを備える。
【００１３】
真空容器１４には、上記受信フィルタ９１−１〜９１−ｎ，９２−１〜９２−ｎ、リミッタ１０１−１〜１０１−ｎ，１０２−１〜１０２−ｎ、ＬＮＡ１１１−１〜１１１−ｎ，１１２−１〜１１２−ｎが収容され、その内部は図示しない冷凍機及び冷却プレートにより、超伝導状態となる温度まで冷却されるようになっている。
【００１４】
上記構成において、送信系統の送信信号生成器２は、複数の中心周波数ｆ１〜ｆｍの中からいずれかの中心周波数を選択して、互いに中心周波数の異なる短パルスと長パルスの送信信号を交互に所定の周期で繰り返し生成する。分配器３は、送信信号生成装置２により繰り返し生成される短パルス及び長パルスの送信信号を入力し、この送信信号をｎ系統の移相器４−１〜４−ｎに分配する。移相器４−１〜４−ｎは、それぞれ分配器３により分配された対応する系統の送信信号を入力して所望の位相制御を施す。送信アンプ５−１〜５−ｎは、それぞれ対応する系統の移相器４−１〜４−ｎから出力される送信信号を入力し、この送信信号を所望の利得で電力増幅する。送信フィルタ６−１〜６−ｎは、それぞれ対応する系統の送信アンプ５−１〜５−ｎから出力される送信信号を入力し、この送信信号から所望の送信周波数帯域成分を抽出して送受信切換器７−１〜７−ｎに出力する。
【００１５】
送受信切換器７−１〜７−ｎは、例えばサーキュレータや同軸スイッチ等で構成され、対応する系統のアンテナ素子Ｔ−１〜Ｔ−ｎに対する送信系統と受信系統の接続切り換えを行うものである。すなわち、送信フィルタ６−１〜６−ｎから出力される送信信号は当該送受信切換器７−１〜７−ｎを介して対応する系統のアンテナ素子Ｔ１〜Ｔｎに送られ、各アンテナ素子Ｔ１〜Ｔｎで得られた受信信号は当該送受信切換器７−１〜７−ｎを介して受信系統の分波スイッチ８−１〜８−ｎに送られる。
【００１６】
分波スイッチ８−１〜８−ｎはそれぞれ入力された受信信号をバンド１の受信系統とバンド２の受信系統の２系統に分波するものである。バンド１の受信系統に分波された受信信号は受信フィルタ９１−１〜９１−ｎに送られ、バンド２の受信系統に分波された受信信号は受信フィルタ９２−１〜９２−ｎに送られる。受信フィルタ９１−１〜９１−ｎ，９２−１〜９２−ｎは、それぞれ対応する系統に分波された受信信号から所望の周波数帯域成分を抽出して他の周波数帯域成分を遮断する。リミッタ１０１−１〜１０１−ｎ，１０２−１〜１０２−ｎは、それぞれ対応する系統の受信フィルタ９１−１〜９１−ｎ，９２−１〜９２−ｎから出力される所望の周波数帯域成分の受信信号を入力し、この受信信号の信号レベルを制限して後段の過入力保護を行う。ＬＮＡ１１１−１〜１１１−ｎ，１１２−１〜１１２−ｎは、それぞれ対応する系統のリミッタ１０１−１〜１０１−ｎ，１０２−１〜１０２−ｎでレベル制限を受けた受信信号を低雑音で増幅する。移相器１２１−１〜１２１−ｎ，１２２−１〜１２２−ｎは、それぞれ対応する系統のＬＮＡ１１１−１〜１１１−ｎ，１１２−１〜１１２−ｎの増幅信号に所望の位相制御を施す。合成器１３１，１３２はそれぞれ対応する系統の移相器１２１−１〜１２１−ｎ，１２２−１〜１２２−ｎの出力を入力し、合成することで、バンド別の受信ビームを形成する。
【００１７】
上記構成において、以下に本実施形態の動作を詳細に説明する。
【００１８】
まず、送信時においては、送信信号生成器２で交互に生成される短パルス及び長パルスの送信信号を、分配器３にてアレイ状に配置するアンテナ素子Ｔ−１〜Ｔ−ｎに対応する各移相器４−１〜４−ｎに分配供給し、各移相器４−１〜４−ｎにて所望の位相に制御し、送信アンプ５−１〜５−ｎで電力増幅し、送信フィルタ６−１〜６−ｎにて不要輻射成分を抑圧した後、送受信切換器７−１〜７−ｎを介してアンテナ素子Ｔ−１〜Ｔ−ｎから空間へ放射する。
【００１９】
受信時においては、各アンテナ素子Ｔ−１〜Ｔ−ｎにて受信された信号を送受信切換器７−１〜７−ｎに入力し、分波スイッチ８−１〜８−ｎで２つの周波数（バンド１とバンド２）の系統に分波する。バンド１の系統では、受信フィルタ９１−１〜９１−ｎにて受信信号から所望の周波数帯域成分を抽出して不要波成分を抑圧し、リミッタ１０１−１〜１０１−ｎで過入力を制限し、ＬＮＡ１１１−１〜１１１−ｎにより信号増幅した後、移相器１２１−１〜１２１−ｎにて所望の位相に制御し、合成器１３１により各信号を合成することでバンド１の受信ビームを得る。一方、バンド２の系統では、受信フィルタ９２−１〜９２−ｎにて受信信号から所望の周波数帯域成分を抽出して不要波成分を抑圧し、リミッタ１０２−１〜１０２−ｎで過入力を制限し、ＬＮＡ９２−１〜９２−ｎにより信号増幅した後、移相器１０２−１〜１０２−ｎにて所望の位相に制御し、合成器１３２により各信号を合成することでバンド２の受信ビームを得る。
【００２０】
ここで、真空容器１４は、上記受信回路の構成品を収容し、内部を真空状態にすることで、収容物の断熱と保温を行う。この真空容器１４は、極低温の効率的な維持を目的として超伝導素材を配置した周囲を真空状態として断熱するための容器である。このため、少なくとも超伝導素材を配置した周囲はインターフェース用のコネクタ等を含めて気密構造とする。
【００２１】
尚、本実施形態では、使用するバンドを２としたが、使用するバンド数分、系統の構成を増加することで、３以上のバンド数にも対応することができる。また、アンテナ素子数ｎが１の場合には、ｎが２以上の構成部分は不要となる。
【００２２】
一実施形態として、長パルス、短パルスを繰り返して送受信する場合を考える。
【００２３】
図２は、同一周波数で長パルスと短パルスの送信信号を繰り返し生成して送信し、その反射信号を受信する場合の受信信号の一例を示すタイミング図である。図２から分かるように、短パルスの受信信号が長パルスの受信期間に入る場合には、二次エコー、すなわち実際は当該距離には存在しないゴーストエコーとして受信される。
【００２４】
図３は、従来の受信フィルタを適用した場合のレーダ帯域と使用帯域ｆ１〜ｆｎを示す周波数分布図である。図から分かるように、受信フィルタ特性が広いため、複数の周波数を使用する場合には、使用帯域に比べて十分広い帯域が必要であった。
【００２５】
図４は、本実施形態の受信フィルタ９１−１〜９１−ｎ，９２−１〜９２−ｎに超伝導素材による超伝導バンドパスフィルタを適用し、超伝導状態となるように冷却することで、急峻な帯域外抑圧特性が得られた場合のレーダ帯域と使用帯域を示す周波数分布図である。図から分かるように、急峻な帯域外抑圧特性を有する帯域通過フィルタ（超伝導バンドパスフィルタ）を適用することで、従来の受信フィルタ特性と同等の周波数範囲において、使用帯域を確保したまま長パルスと短パルスとで異なる周波数を使用しても、干渉を生じることはなく送受信可能となる。また、ここで適用した実施形態の帯域通過フィルタ特性は、従来の受信フィルタ特性内で２周波数を使用可能と設定しているため、使用可能な周波数が２倍に増加することが分かる。
【００２６】
図５は、本実施形態のレーダ装置において、長パルスと短パルスで異なる周波数帯域を使用した場合の長パルスと短パルスの送受信状態を示すタイミング図である。図から分かるように、長パルスと短パルスとで異なる周波数を使用しているので干渉は生じない。また、受信フィルタが急峻なフィルタ特性を有するため、帯域内への漏れこみも発生しなくなり、これによって二次エコーを確実に除去することができる。
【００２７】
尚、図４では、従来の受信フィルタ特性内で２周波数を使用可能と設定したが、使用周波数を増加しない場合は、レーダ帯域を半分に低減できることは明らかである。また、真空容器内１４の構成品は、少なくとも受信フィルタ（帯域通過フィルタ）からＬＮＡまでが含まれていれば良く、他の構成品が含まれていてもかまわない。
【００２８】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図６において、図１と同一部分には同一符号を付して示す。この第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、受信フィルタ９１−１〜９１−ｎ，９２−１〜９２−ｎへの入力回路として、分波スイッチ８−１〜８−ｎに代わって分波器１５−１〜１５−ｎを適用した点にある。分波器１５−１〜１５−ｎを用いることで、周波数ごとのスイッチ制御が不要となり、制御線の削減による低コスト化及び軽量化、信頼性向上を実現することができる。
【００２９】
（第３の実施形態）
図７は第３の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図７において、図１と同一部分には同一符号を付して示す。この第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、受信フィルタ９１−１〜９１−ｎ，９２−１〜９２−ｎにチューナブル型の受信フィルタ１６１−１〜１６１−ｎ，１６２−１〜１６２−ｎを適用したことにある。
【００３０】
本実施形態によれば、チューナブル型の受信フィルタを適用することで、使用される現地の状況に応じた設定や周囲の電波環境の変化（干渉波源の発生等）に伴う使用周波数の変更が容易に実現することができる。また、チューナブル受信フィルタを有する受信系統を交互に変更する等とすることで、機能を損なうことなく使用周波数を変更することができる。
【００３１】
尚、チューナブル型受信フィルタ１６１−１〜１６１−ｎ，１６２−１〜１６２−ｎを選択するスイッチ８−１〜８−ｎは、第２の実施形態と同様に、分波器１５−１〜１５−ｎを利用してもよい。
【００３２】
（第４の実施形態）
図８は第４の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図８において、図１と同一部分には同一符号を付して示す。この第４の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、真空容器１４の後段にスイッチ１７１−１〜１７１−ｎを介在させることで、移相器１２１−１〜１２１−ｎ以降の構成品を共有化したことにある。これにより、構成品の数量が削減可能であり、低コスト化、小型化及び軽量化を実現することができる。
【００３３】
この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
Ｔ−１〜Ｔ−ｎ…アンテナ素子、１…アンテナ装置、２…送信信号生成器、３…分配器、４−１〜４−ｎ…移相器、５−１〜５−ｎ…送信アンプ、６−１〜６−ｎ…送信フィルタ、７−１〜７−ｎ…送受信切換器、８−１〜８−ｎ…分波スイッチ、９１−１〜９１−ｎ…バンド１用受信フィルタ、９２−１〜９２−ｎ…バンド２用受信フィルタ、１０１−１〜１０１−ｎ…バンド１用リミッタ、１０２−１〜１０２−ｎ…バンド２用リミッタ、１１１−１〜１１１−ｎ…バンド１用ＬＮＡ、１１２−１〜１１２−ｎ…バンド２用ＬＮＡ、１２１−１〜１２１−ｎ…バンド１用移相器、１２２−１〜１２２−ｎ…バンド２用移相器、１３１…バンド１用合成器、１３２…バンド２用合成器、１４…真空容器、１５−１〜１５−ｎ…分波器、１６１−１〜１６１−ｎ，１６２−１〜１６２−ｎ…チューナブル型受信フィルタ、１７１−１〜１７１−ｎ…スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014025727.tif 000008
【図７】
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【図８】
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