(57)【要約】【課題】レーダ信号を受信する構成を簡易化する。【解決手段】アンテナ２は所定のタイミングで送信され、目標物に反射された、レーダ信号を受信し、ＲＦ増幅器７はレーダ信号を増幅する。Ａ−Ｄ変換器８は増幅されたレーダ信号をサンプリング周波数でサンプリングする。受信側発振器９は、ローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を加算した値、または、サンプリング周波数からローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を減算した値、との差が閾値以下である値を周波数とするＣＯＨＯ’信号を位相検波器１１に送る。調節部１０は上記送信タイミングでＣＯＨＯ’信号の位相を初期化する。位相検波器１１はサンプリングされたレーダ信号を分岐させ、一方をＣＯＨＯ’信号で検波し、他方を９０度位相をずらしたＣＯＨＯ’信号で検波してＩ信号およびＱ信号を生成し、出力する。周波数検出器１２はＩ信号およびＱ信号からドップラー周波数を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の局部発振器が出力するローカル信号をパルス変調基準信号でパルス変調され、所定のタイミングで送信され、目標物に反射された、レーダ信号を受信するアンテナと、
前記レーダ信号を増幅する増幅器と、
増幅された前記レーダ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするＡ−Ｄ変換器と、
前記ローカル信号の周波数と前記パルス変調基準信号の周波数を加算した値との差が閾値以下である値、または前記サンプリング周波数から前記ローカル信号の周波数と前記パルス変調基準信号の周波数を減算した値との差が閾値以下である値、を周波数とする受信側パルス変調基準信号を出力する発振器と、
前記受信側パルス変調基準信号の位相を調節する調節部と、
前記調節部で調節された前記受信側パルス変調基準信号および該受信側パルス変調基準信号の位相を９０度ずらした信号に基づき、前記Ａ−Ｄ変換器でサンプリングされた前記レーダ信号の位相検波を行い、Ｉ信号およびＱ信号を出力する位相検波器と、
前記Ｉ信号および前記Ｑ信号からドップラー周波数を検出する周波数検出器と、
を備えるレーダ装置。
【請求項２】
前記調節部は、前記レーダ信号が送信される前記所定のタイミングに前記受信側パルス変調基準信号の位相の基準を合わせる請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記調節部は、前記受信側パルス変調基準信号の位相を調節して、前記受信側パルス変調基準信号の周波数を、前記ローカル信号の周波数と前記パルス変調基準信号の周波数を加算した値、または、前記サンプリング周波数から前記ローカル信号の周波数と前記パルス変調基準信号の周波数を減算した値、に一致させる請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記調節部は、前記パルス変調基準信号および前記ローカル信号に基づき前記受信側パルス変調基準信号が含む誤差を検出し、
前記周波数検出器は、前記調節部で検出された前記受信側パルス変調基準信号が含む誤差に基づき、前記Ｉ信号および前記Ｑ信号の位相を補正し、位相を補正した前記Ｉ信号および前記Ｑ信号から前記ドップラー周波数を検出する、
請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項５】
所定の周波数の局部発振器が出力するローカル信号をパルス変調基準信号でパルス変調され、所定のタイミングで送信され、目標物に反射された、レーダ信号を受信する受信ステップと、
前記レーダ信号を増幅する増幅ステップと、
増幅された前記レーダ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングするＡ−Ｄ変換ステップと、
前記ローカル信号の周波数と前記パルス変調基準信号の周波数を加算した値との差が閾値以下である値、または前記サンプリング周波数から前記ローカル信号の周波数と前記パルス変調基準信号の周波数を減算した値との差が閾値以下である値、を周波数とする受信側パルス変調基準信号を出力する発振ステップと、
前記受信側パルス変調基準信号の位相を調節する調節ステップと、
前記調節ステップで調節された前記受信側パルス変調基準信号および該受信側パルス変調基準信号の位相を９０度ずらした信号に基づき、前記Ａ−Ｄ変換ステップでサンプリングされた前記レーダ信号の位相検波を行い、Ｉ信号およびＱ信号を出力する位相検波ステップと、
前記Ｉ信号および前記Ｑ信号からドップラー周波数を検出する周波数検出ステップと、
を備えるレーダ信号受信方法。
【請求項６】
前記調節ステップにおいて、前記レーダ信号が送信される前記所定のタイミングに前記受信側パルス変調基準信号の位相の基準を合わせる請求項５に記載のレーダ信号受信方法。
【請求項７】
前記調節ステップにおいて、前記受信側パルス変調基準信号の位相を調節して、前記受信側パルス変調基準信号の周波数を、前記ローカル信号の周波数と前記パルス変調基準信号の周波数を加算した値、または、前記サンプリング周波数から前記ローカル信号の周波数と前記パルス変調基準信号の周波数を減算した値、に一致させる請求項５に記載のレーダ信号受信方法。
【請求項８】
前記調節ステップにおいて、前記パルス変調基準信号および前記ローカル信号に基づき前記受信側パルス変調基準信号が含む誤差を検出し、
前記周波数検出ステップにおいて、前記調節ステップで検出された前記受信側パルス変調基準信号が含む誤差に基づき、前記Ｉ信号および前記Ｑ信号の位相を補正し、位相を補正した前記Ｉ信号および前記Ｑ信号から前記ドップラー周波数を検出する、
請求項５に記載のレーダ信号受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ装置およびレーダ信号受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置には、送信側と受信側で同一の、パルス変調基準信号および局部発振器の出力信号を用いることでレーダ信号の送受信を行うレーダ装置や、特許文献１のように、送信側と受信側で独立した、パルス変調基準信号および局部発振器の出力信号を用いるレーダ装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２３６４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されるレーダ装置は、送信側と受信側で独立した、パルス変調基準信号および局部発振器の出力信号を用いるため、受信側においてパルス変調基準信号および局部発振器の出力信号の周波数変動を送信局から受信局への直接波受信時のＦＦＴフィルタの出力フィルタより検出する。そして、検出結果に基づきＦＦＴフィルタの出力を選択してクラッタ除去を行い移動目標に反射した信号のみを取り出す。特許文献１に開示されるレーダ装置は、周波数変動を検出するために周波数偏移検出器等を備えるため、装置の構成が複雑である。
【０００５】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、レーダ信号を受信する構成を簡易化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のレーダ装置は、アンテナ、増幅器、Ａ−Ｄ変換器、発振器、調節部、位相検波器、および周波数検出器を備える。アンテナは、所定の周波数の局部発振器が出力するローカル信号をパルス変調基準信号でパルス変調され、所定のタイミングで送信され、目標物に反射された、レーダ信号を受信する。増幅器は、レーダ信号を増幅する。Ａ−Ｄ変換器は、増幅されたレーダ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングする。発振器は、ローカル信号の周波数とパルス変調基準信号の周波数を加算した値との差が閾値以下である値、またはサンプリング周波数からローカル信号の周波数とパルス変調基準信号の周波数を減算した値との差が閾値以下である値、を周波数とする受信側パルス変調基準信号を出力する。調節部は、受信側パルス変調基準信号の位相を調節する。位相検波器は、調節部で調節された受信側パルス変調基準信号および該受信側パルス変調基準信号の位相を９０度ずらした信号に基づき、Ａ−Ｄ変換器でサンプリングされたレーダ信号の位相検波を行い、Ｉ信号およびＱ信号を出力する。周波数検出器は、Ｉ信号およびＱ信号からドップラー周波数を検出する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レーダ信号を受信する構成を簡易化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るレーダ装置における所定のタイミングに受信側ＣＯＨＯ信号の位相の基準を合わせる例を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るレーダ装置が行う信号受信の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】実施の形態３に係るレーダ装置が行う信号受信の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。レーダ装置１は、アンテナ２、送信側発振器３、局部発振器４、Ｕ−Ｃ（Up-Converter）部５、送受信切替部６、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）増幅器７、Ａ−Ｄ（Analog-Digital）変換器８、受信側発振器９、調節部１０、位相検波器１１、および周波数検出器１２を備える。
【００１１】
送信側の処理について説明する。送信側のコヒーレント発振器である送信側発振器３はパルス変調基準信号（以下、ＣＯＨＯ信号という）をＵ−Ｃ部５に送る。局部発振器４はローカル信号をＵ−Ｃ部５に送る。Ｕ−Ｃ部５は、ローカル信号をＣＯＨＯ信号でパルス変調してレーダ信号を生成し、送受信切替部６およびアンテナ２を介して所定のタイミングでレーダ信号を送信する。
【００１２】
受信側の処理について説明する。アンテナ２は、所定のタイミングで送信され、目標物に反射された、レーダ信号を受信し、送受信切替部６を介してＲＦ増幅器７にレーダ信号を送る。ＲＦ増幅器７は、受信したレーダ信号を増幅し、Ａ−Ｄ変換器８に送る。Ａ−Ｄ変換器８は、増幅されたレーダ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングし、サンプリングしたレーダ信号を位相検波器１１に送る。
【００１３】
受信側発振器９は、ローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を加算した値との差が閾値以下である値、またはサンプリング周波数からローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を減算した値との差が閾値以下である値、を周波数とする受信側パルス変調基準信号（以下、ＣＯＨＯ’信号という）を位相検波器１１に送る。上記閾値を十分に小さい値とし、ＣＯＨＯ’信号の周波数が、ローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を加算した値、またはサンプリング周波数からローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を減算した値、に一致するとみなせるようにすることが好ましい。受信側発振器９は、送信側発振器３とは独立した発振器であり、既知のローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数に基づき周波数が決定される。
【００１４】
ＣＯＨＯ信号の周波数をｆｃ、ローカル信号の周波数をｆｓ、ドップラー周波数をｆｄとし、Ａ−Ｄ変換器８でのサンプリングしたレーダ信号の周波数をｆａｄとし、サンプリングされたレーダ信号の周波数からドップラー周波数を除いた成分をｆａｄ’とする。サンプリングされたレーダ信号の周波数ｆａｄ＝ｆａｄ’＋ｆｄである。ナイキスト周波数以上の周波数でサンプリングされた場合には、元の信号を復元することができ、ｆａｄ’＝ｆｓ＋ｆｃで表すことができる。この場合、受信側発振器９は、ローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を加算した値との差が閾値以下である値を周波数とするＣＯＨＯ’を出力する。ＣＯＨＯ’の周波数をｆｃ’とすると、ｆｃ’≒ｆｓ＋ｆｃである。
【００１５】
サンプリングされたレーダ信号Ｓａｄは、下記（１）式で表される。下記（１）式中のｆは周波数、Ａは振幅、φはレーダ信号が目標物に反射することで生じる位相差である。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
位相検波器１１は、サンプリングされたレーダ信号Ｓａｄを２系統に分岐させ、一方を周波数がｆａｄ’であるＣＯＨＯ’信号で検波し、他方をＣＯＨＯ’信号の位相を９０度ずらした信号で検波することで、Ｉ信号およびＱ信号を生成し、出力する。位相検波することにより、周波数ｆａｄ’の成分が除去され、Ａ’ｃｏｓφとＡ’ｓｉｎφの信号が得られる。ただし、Ａ’は位相検波後の信号の振幅である。
【００１８】
ナイキスト周波数未満の周波数でサンプリングされた場合には、元の信号を復元することができない。サンプリング周波数をｆｓａｍとすると、ｆａｄ’＝ｆｓａｍ−（ｆｓ＋ｆｃ）で表すことができる。この場合、受信側発振器９は、サンプリング周波数からローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を減算した値との差が閾値以下である値を周波数とするＣＯＨＯ’を出力する。ＣＯＨＯ’の周波数をｆｃ’とすると、ｆｃ’≒ｆｓａｍ−（ｆｓ＋ｆｃ）である。
【００１９】
上記の場合と同様に、位相検波器１１は、サンプリングされたレーダ信号Ｓａｄを２系統に分岐させ、一方を周波数がｆａｄ’であるＣＯＨＯ’信号で検波し、他方をＣＯＨＯ’信号の位相を９０度ずらした信号で検波することで、Ｉ信号およびＱ信号を生成し、出力する。
【００２０】
周波数検出器１２は、Ｉ信号およびＱ信号からドップラー周波数を検出し、外部機器に出力する。ドップラー周波数に基づき、目標物の速度を検出することが可能になる。
【００２１】
調節部１０は、ＣＯＨＯ’信号の位相を調節する。調節部１０は、例えばレーダ信号が送信される所定のタイミングにＣＯＨＯ’信号の位相の基準を合わせる。位相の基準とは、例えば位相がマイナスからプラスに転じる際の位相が０である点である。
【００２２】
図２は、実施の形態１に係るレーダ装置における所定のタイミングに受信側ＣＯＨＯ信号の位相の基準を合わせる例を示す図である。点線がレーダ信号が送信されるタイミングであり、受信側では送信タイミングについての情報を保持している。送信側は、図２の上段に示すように、ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval：パルス繰り返し周期）の間隔でパルスを送信する。受信側では、図２の中段に示すように、目標物に反射されたパルスを受信する。調節部１０は、図２の下段に示すように、レーダ信号が送信されるタイミングにＣＯＨＯ’信号の位相の基準を合わせる。
【００２３】
ＰＲＩは十分に短い時間であるから、ＰＲＩごとにＰＲＩの開始時点にＣＯＨＯ’信号の位相の基準を合わせることで、ＣＯＨＯ’信号の周波数と、ローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を加算した値、または、サンプリング周波数からローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を減算した値、とのずれを最小限に抑えることができる。調節部１０により調節されたＣＯＨＯ’信号が位相検出器１１に入力され、該ＣＯＨＯ’信号を用いて位相検波することで、Ｉ信号とＱ信号を生成し、ドップラー周波数を検出することが可能となる。
【００２４】
図３は、実施の形態１に係るレーダ装置が行う信号受信の動作の一例を示すフローチャートである。アンテナ２は、所定のタイミングで送信され、目標物に反射された、レーダ信号を受信する（ステップＳ１１０）。ＲＦ増幅器７は、受信したレーダ信号を増幅する（ステップＳ１２０）。Ａ−Ｄ変換器８は、増幅されたレーダ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングする（ステップＳ１３０）。位相検波器１１は、サンプリングされたレーダ信号Ｓａｄを２系統に分岐させ、一方を調節部１０で調節されたＣＯＨＯ’信号で検波し、他方をＣＯＨＯ’信号の位相を９０度ずらした信号で検波することで、Ｉ信号およびＱ信号を生成する（ステップＳ１４０）。周波数検出器１２は、Ｉ信号およびＱ信号からドップラー周波数を検出する（ステップＳ１５０）。
【００２５】
実施の形態１に係るレーダ装置１においては、送信側と受信側で独立した発振器を用いるため、同一信号を送信側と受信側で利用できるようにする必要はなく、レーダ装置１の構成が簡易となる。またＲＦ領域のレーダ信号を直接Ａ−Ｄ変換器８でサンプリングするため、ＩＦミキサなどを設ける必要がなく、レーダ装置１の構成を簡易化することが可能である。また送信側の構成と受信側の構成に分けて配置し、バイスタティックレーダとして利用することも可能である。
【００２６】
以上説明したとおり、実施の形態１に係るレーダ装置１によれば、レーダ信号を受信する構成を簡易化することが可能となる。
【００２７】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係るレーダ装置１は、図１に示す実施の形態１に係るレーダ装置１と同じ構成であるが、ＣＯＨＯ信号とローカル信号を送信側と受信側で共用する点が異なる。
【００２８】
調節部１０は、ＣＯＨＯ信号とローカル信号に基づきＣＯＨＯ’信号の位相を調節する。調節部１０は、ＣＯＨＯ’信号の周波数がローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を加算した値に一致、またはＣＯＨＯ’信号の周波数がサンプリング周波数からローカル信号の周波数とＣＯＨＯ信号の周波数を減算した値に一致するように、ＣＯＨＯ’信号の位相を調節する。
【００２９】
実施の形態２に係るレーダ装置１の信号受信の動作は、図３に示す実施の形態１に係るレーダ装置１と同様である。
【００３０】
実施の形態２に係るレーダ装置１においては、ＲＦ領域のレーダ信号を直接Ａ−Ｄ変換器８でサンプリングするため、ＩＦミキサなどを設ける必要がなく、レーダ装置１の構成を簡易化することが可能である。
【００３１】
以上説明したとおり、実施の形態２に係るレーダ装置１によれば、レーダ信号を受信する構成を簡易化することが可能となる。
【００３２】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態３に係るレーダ装置１は、図１に示す実施の形態１に係るレーダ装置１と同じ構成であるが、ＣＯＨＯ信号とローカル信号を送信側と受信側で共用する点が異なる。
【００３３】
調節部１０は、ＣＯＨＯ信号、ローカル信号、およびＣＯＨＯ’信号に基づきＣＯＨＯ’信号が含む誤差を検出する。すなわち周波数がｆｓ＋ｆｃである信号とＣＯＨＯ’信号の位相差を検出し、周波数検出器１２に送る。
【００３４】
位相検波器１１は、サンプリングされたレーダ信号Ｓａｄを２系統に分岐させ、一方をＣＯＨＯ’信号で検波し、他方をＣＯＨＯ’信号の位相を９０度ずらした信号で検波することで、Ｉ信号およびＱ信号を生成し、出力する。位相検波することにより、周波数ｆａｄ’の成分が除去され、Ａ’ｃｏｓφとＡ’ｓｉｎφの信号が得られる。ただし、Ａ’は位相検波後の信号の振幅である。
【００３５】
周波数検出器１２は、調節部１０で検出された誤差に基づきＩ信号およびＱ信号の位相を補正し、位相を補正したＩ信号およびＱ信号からドップラー周波数を検出し、ドップラー周波数を補正し、外部機器に出力する。
【００３６】
図６は、実施の形態３に係るレーダ装置が行う信号受信の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１０〜Ｓ１４０の処理は、図３に示す実施の形態１に係るレーダ装置１が行う動作と同様である。調節部１０は、ＣＯＨＯ信号、ローカル信号、およびＣＯＨＯ’信号に基づきＣＯＨＯ’信号が含む誤差を検出する（ステップＳ１４１）。周波数検出器１２は、調節部１０で検出したＣＯＨＯ’信号が含む誤差に基づきＩ信号およびＱ信号の位相を補正し、補正したＩ信号およびＱ信号からドップラー周波数を検出する（ステップＳ１６０）。なおステップＳ１４０の処理とステップＳ１４１の処理は、並行して実行してもよい。
【００３７】
実施の形態３に係るレーダ装置１においては、ＲＦ領域のレーダ信号を直接Ａ−Ｄ変換器８でサンプリングするため、ＩＦミキサなどを設ける必要がなく、レーダ装置１の構成を簡易化することが可能である。
【００３８】
以上説明したとおり、実施の形態３に係るレーダ装置１によれば、レーダ信号を受信する構成を簡易化することが可能となる。
【００３９】
本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。
【符号の説明】
【００４０】
１  レーダ装置、２  アンテナ、３  送信側発振器、４  局部発振器、５  Ｕ−Ｃ部、６  送受信切替部、７  ＲＦ増幅器、８  Ａ−Ｄ変換器、９  受信側発振器、１０  調節部、１１  位相検波器、１２  周波数検出器。
【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】
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