(57)【要約】【課題】  クラッタと目標の周波数が重なる場合であっても、高ＰＲＦの送信パルスによる目標探知を可能とするパルスドップラレーダ装置を得ることを目的とする。【解決手段】  第１フェーズにて第１の直線周波数変調による第１の周波数変調を行った後、第２フェーズにて第１の直線周波数変調よりも時間変化率の大きい第２の直線周波数変調による第２の周波数変調を行うことで、距離遅延に基く周波数遷移から目標の第１、第２の周波数を観測し、観測された目標の第１、第２の周波数に基いて、当該目標の距離を測定する距離測定部を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高パルス繰り返し周波数による周波数変調の施された送信パルスを出力し、目標からの反射信号を受信してビデオ信号を得る送受信機と、得られたビデオ信号から目標までの距離を計測するパルスドップラレーダ装置において、
第１フェーズにて第１の直線周波数変調による第１の周波数変調を行った後、第２フェーズにて第１の直線周波数変調よりも時間変化率の大きい第２の直線周波数変調による第２の周波数変調を行うように、上記送受信機からの送信パルスの周波数を制御する周波数変調制御器と、
上記第１の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から目標の第１の周波数を観測し、上記第２の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から目標の第２の周波数を観測する目標検出処理部と、
上記目標検出処理部により観測された目標の第１、第２の周波数に基いて、当該目標の距離を測定する距離測定部と、
を備えたことを特徴とするパルスドップラレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機や車両等の移動体に搭載され、高ＰＲＦ(Pulse Repetition Frequency：パルス繰り返し周波数)の送信パルスを出力して、目標までの距離を計測するパルスドップラレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高ＰＲＦの送信パルスを出力するパルスドップラレーダ装置（以下、高ＰＲＦパルスドップラレーダ装置）においては、目標までの距離測定のために、ＦＭ(Frequency Modulation)レンジングの技術を用いている。この技術は、目標捜索フェーズにおいて目標のドップラ周波数を測定した後、距離測定フェーズにおいてレーダの送信信号を連続的に直線周波数変調し、目標からの反射信号を、送信信号と同一の周波数変調した信号で検波することにより、距離遅延に基づく周波数偏移を抽出し、周波数変調速度から、距離を算出する方法を用いている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、従来の高ＰＲＦパルスドップラレーダ装置の構成例を示す図である。図４において、高ＰＲＦパルスドップラレーダ装置は、周波数変調制御器（１）１０１と、送信機２と、アンテナ３と、受信機４と、Ａ／Ｄ(Analog to Digital)変換器５と、フィルタ手段６と、周波数分析手段７と、目標検出手段８と、距離測定手段（１）１０９と、フェーズ制御器（１）１１０を備える。ここで、Ａ／Ｄ変換器５と、フィルタ手段６と、周波数分析手段７と、目標検出手段８は、目標捜索部１１を構成している。また、Ａ／Ｄ変換器５と、フィルタ手段６と、周波数分析手段７と、目標検出手段８と、周波数変調制御器（１）１０１と、距離測定手段（１）１０９は、距離測定部１２を構成している。
【０００４】
目標捜索フェーズでは、フェーズ制御器（１）１１０からの制御により、周波数変調が施されない送信信号（送信パルス）が送信機２より発生され、アンテナ３より空間に放射される。アンテナ３にて、目標からの反射信号を受信し、受信信号は、送信信号と同一の信号により受信機４にて検波され、ビデオ信号に変換される。目標捜索部１１は、Ａ／Ｄ変換器５により、ビデオ信号をディジタルビデオ信号に変換し、フィルタ手段６により必要な帯域制限を行った後、周波数分析手段７により周波数分析を施す。目標信号は、周波数的に単一の成分しか持たないため、周波数分析により特定の周波数に積分される。目標検出手段８は、非特許文献２に示されるＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)のような方式を用いて、周波数分析結果から目標を検出し、目標捜索フェーズでの目標のドップラ周波数fa(Hz)が観測される。
【０００５】
目標捜索フェーズにて目標を探知した後、距離測定フェーズにおいて、以下の方法で距離測定を行う。フェーズ制御器（１）１１０からの制御によって、周波数変調制御器（１）１０１は、送信信号（送信パルス）に直線周波数変調を施すための制御を行い、送信機２より周波数変調が施された送信信号が発生される。目標捜索フェーズと同様に、アンテナ３より送信信号が空間に放射される。アンテナ３にて、目標からの反射信号が受信され、受信信号は、送信信号に対して施された周波数変調と、同一の周波数変調信号により受信機４にて検波され、ビデオ信号に変換される。距離測定部１２において、このビデオ信号がＡ／Ｄ変換器５、フィルタ手段６によって信号処理され、周波数分析手段７によって周波数分析された後、目標検出手段８によって目標が検出されるまでの動作は、目標捜索フェーズと同一である。但し、距離測定フェーズでは送信波に周波数変調が施されているため、目標の距離遅延に基づく周波数偏移が発生しており、目標の距離遅延に基づく目標周波数fb(Hz)が観測される。
【０００６】
図５は従来の高ＰＲＦパルスドップラレーダ装置における送信信号と受信信号の関係を示す図であり、（ａ）は目標捜索フェーズにおける送信信号および受信信号の周波数時間変化を示し、（ｂ）はクラッタと目標信号の周波数と振幅の関係を示す。図５（ａ）において、ライン１１３が送信信号、ライン１１４が受信信号を示す。距離測定フェーズにおける周波数変調速度をΔF(Hz/s)とすると、目標捜索フェーズにおける目標のドップラ周波数１１５と、距離測定フェーズにおける目標周波数１１６は、図５（ｂ）に示す関係となり、距離測定手段１０９において、目標の距離は以下で算出される。
【０００７】
【数１】
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【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Guy V.Morris著「AIRBORNE PULSED DOPPLER RADAR」Artech House出版、1989年、P77-80
【非特許文献２】Guy V.Morris著「AIRBORNE PULSED DOPPLER RADAR」Artech House出版、1989年、P391-408
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の高ＰＲＦパルスドップラレーダ装置においては、周波数変調を行わない目標捜索フェーズで探知した目標について、周波数変調を行う距離測定フェーズで距離測定を実施していた。このため、周波数変調を行わない目標捜索フェーズにおいて、クラッタと目標の周波数が重なる場合、目標探知が困難になるという問題があった。
【００１０】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、クラッタと目標の周波数が重なる場合であっても、高ＰＲＦの送信パルスによる目標探知を可能とするパルスドップラ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】
【００１１】
この発明によるパルスドップラレーダ装置は、高パルス繰り返し周波数による周波数変調の施された送信パルスを出力し、目標からの反射信号を受信してビデオ信号を得る送受信機と、得られたビデオ信号から目標までの距離を計測するパルスドップラレーダ装置において、第１フェーズにて第１の直線周波数変調による第１の周波数変調を行った後、第２フェーズにて第１の直線周波数変調よりも時間変化率の大きい第２の直線周波数変調による第２の周波数変調を行うように、上記送受信機からの送信パルスの周波数を制御する周波数変調制御器と、上記第１の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から目標の第１の周波数を観測し、上記第２の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から目標の第２の周波数を観測する目標検出処理部と、上記目標検出処理部により観測された目標の第１、第２の周波数に基いて、当該目標の距離を測定する距離測定部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、クラッタと目標のドップラ周波数が等しい場合でも、周波数変調を行いながら目標を捜索することにより、クラッタと目標の距離が異なることを利用して目標の探知および距離測定が可能になる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明に係る実施の形態１による高ＰＲＦパルスドップラレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１における送信信号と、受信信号の関係を示す図である。
【図３】実施の形態１におけるクラッタと目標信号の分離方法を示す図である。
【図４】従来の高ＰＲＦのパルスドップラレーダ装置の構成を示す図である。
【図５】従来の高ＰＲＦのパルスドップラレーダ装置における送信信号と、受信信号の関係を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による高ＰＲＦパルスドップラレーダ装置の構成を示す図である。図１において、高ＰＲＦパルスドップラレーダ装置は、周波数変調制御器（２）１と、送信機２と、アンテナ３と、受信機４と、２系統のＡ／Ｄ変換器５と、２系統のフィルタ手段６と、２系統の周波数分析手段７と、２系統の目標検出手段８と、距離測定手段（２）９と、フェーズ制御器（２）１０を備えて構成される。第１系統のＡ／Ｄ変換器５と、第１系統のフィルタ手段６と、第１系統の周波数分析手段７と、第１系統の目標検出手段８と、周波数変調制御器（２）１は、目標捜索部１１を構成する。また、第２系統のＡ／Ｄ変換器５と、第２系統のフィルタ手段６と、第２系統の周波数分析手段７と、第２系統の目標検出手段８と、周波数変調制御器（１）１０１と、距離測定手段（１）９は、距離測定部１２を構成する。なお、周波数分析手段７および目標検出手段８は目標検出処理部を構成する。
【００１５】
この実施の形態１では、目標捜索フェーズおよび距離測定フェーズとも、フェーズ制御器（２）１０による動作フェーズの切り替え制御に応じて、周波数変調制御器（２）１による送信機２の直線周波数変調制御が行われる。ただし、各フェーズにおける周波数変調速度は異なったものが使用される。
【００１６】
まず、高ＰＲＦパルスドップラレーダ装置は、フェーズ制御器（２）１０が動作フェーズを第１のフェーズである目標捜索フェーズに設定し、目標捜索フェーズによる目標の捜索が開始される。フェーズ制御器（１）１０は目標捜索フェーズに対応した、第１の周波数変調を行うように周波数変調制御器（１）１を制御する。
目標捜索フェーズにおいて、フェーズ制御器（１）１０からの制御によって、周波数変調制御器（１）１は、送信信号（送信パルス）に第１の周波数変調を施すための制御を行い、送信機２より第１の周波数変調が施された送信信号が発生される。第１の周波数変調では、時間変化により周波数が直線的に変化する直線周波数変調が行われる。アンテナ３より、第１の周波数変調が施された送信信号が空間に放射される。アンテナ３にて、目標からの反射信号を受信し、受信信号は、送信信号に対して施された周波数変調と、同一の周波数変調信号により、受信機４にて検波されて、ビデオ信号に変換される。
【００１７】
目標捜索部１１は、Ａ／Ｄ変換器５により、ビデオ信号をディジタルビデオ信号に変換し、フィルタ手段６により必要な帯域制限を行った後、周波数分析手段７により周波数分析を施す。目標信号は、周波数的に単一の成分しか持たないため、周波数分析により特定の周波数に積分される。目標検出手段８は、非特許文献２に示されるＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)のような方式を用いて、周波数分析結果から目標が検出される。このとき、目標捜索フェーズでは送信信号に第１の周波数変調が施されているため、目標の距離遅延に基づく周波数偏移が発生しており、目標の距離遅延に応じた第１の周波数である目標周波数fc(Hz)が観測される。
【００１８】
目標捜索フェーズにて目標を探知した後、フェーズ制御器（１）１０は第２のフェーズである距離測定フェーズに処理を移行し、距離測定フェーズに対応した第１の周波数変調を行うように周波数変調制御器（１）１を制御する。
距離測定フェーズにおいて、フェーズ制御器（１）１０からの制御によって、周波数変調制御器（１）１は、送信信号（送信パルス）に第２の周波数変調を施すための制御を行い、送信機２より第２の周波数変調が施された送信信号が発生される。第２の周波数変調では、時間変化により周波数が直線的に変化する直線周波数変調が行われるが、第２の周波数変調とは異なるより大きな時間変化率で直線周波数変調が行われる。例えば、第２の周波数変調の周波数変調速度を、第１の周波数変調の周波数変調速度の２倍にする。目標捜索フェーズと同様に、アンテナ３より第２の周波数変調が施された送信信号が空間に放射される。アンテナ３にて、目標からの反射信号が受信され、受信信号は、送信信号に対して施された周波数変調と、同一の周波数変調信号により受信機４にて検波され、ビデオ信号に変換される。
【００１９】
目標捜索部１１は、Ａ／Ｄ変換器５により、ビデオ信号をディジタルビデオ信号に変換し、フィルタ手段６により必要な帯域制限を行った後、周波数分析手段７により周波数分析を施す。目標信号は、周波数的に単一の成分しか持たないため、周波数分析により特定の周波数に積分される。目標検出手段８は、非特許文献２に示されるＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)のような方式を用いて、周波数分析結果から目標が検出される。このとき、距離測定フェーズでは送信波に第２の周波数変調が施されているため、目標の距離遅延に基づく周波数偏移が発生しており、目標の距離遅延に応じた第２の周波数である目標周波数fd(Hz)が観測される。
【００２０】
図２は、実施の形態１における送信信号と受信信号の関係を示す図である。図２の例では、目標捜索フェーズにおいて、第１の周波数変調として周波数変調速度ΔF(Hz/s)による周波数変調が行われ、目標周波数fc(Hz)が観測される。距離測定フェーズにおいては、第２の周波数変調として周波数変調速度２×ΔF(Hz/s)による周波数変調が行われ、目標周波数fd(Hz)が観測される。
【００２１】
図３は、実施の形態１におけるクラッタと目標信号の分離方法を示す図である。例えば、図３（ａ）に示すような状態の場合、目標のドップラ周波数と、自機直下のクラッタのドップラ周波数は、ともに"０"で等しいため、仮に目標捜索フェーズにおいて周波数変調を行わなかった場合は、図３（ｂ）に示す通り、目標１８は直下クラッタ１９の影響で検出が困難となる。
【００２２】
しかし、この実施の形態１では、目標捜索フェーズにおいても周波数変調を行っているため、クラッタと目標の周波数は、それぞれ次式（２）、式（３）で観測される。
【００２３】
【数２】
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【００２４】
【数３】
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【００２５】
これにより、図３（ｃ）に示すように、目標捜索フェーズにおいて目標２０と直下クラッタ２２の信号が分離されるとともに、距離測定フェーズにおいても目標２１と直下クラッタ２３の信号が分離される。このため、直下クラッタの存在下であっても、従来目標捜索フェーズで探知出来なかった諸元の目標を、確実に探知することが可能となる。目標捜索フェーズにおいて目標検出手段８は、周波数分析手段７の周波数分析結果から、ＣＦＡＲのような方式を用いて、周波数の絶対値が所定の閾値以上となるものを、目標の第１の周波数として分離する。また、距離測定フェーズにおいて目標検出手段８は、周波数分析手段７の周波数分析結果から、ＣＦＡＲのような方式を用いて、周波数の絶対値が所定の閾値以上となるものを、目標の第２の周波数として分離する。
【００２６】
距離測定手段９は、目標捜索フェーズでの第１の周波数である目標周波数fc(Hz)、および距離測定フェーズでの第２の周波数である目標周波数fd(Hz)から、目標の真のドップラ周波数ftgt(Hz)を、次式（４）で算出する。
【００２７】
【数４】
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【００２８】
また、距離測定手段９は、目標捜索フェーズでの第１の周波数である目標周波数fc(Hz)、および距離測定フェーズでの第２の周波数である目標周波数fd(Hz)から、目標の距離Rtgtを、次式（５）で算出する。
【００２９】
【数５】
2011163962.tif 000007
【００３０】
かくして、目標捜索フェーズおよび距離測定フェーズとも、フェーズ制御器（２）１０からの制御により、周波数変調制御器（２）１による周波数変調制御が行われる。目標捜索フェーズおよび距離測定フェーズにおいて異なる周波数変調速度による周波数変調が施され、両フェーズとも目標の距離遅延に基づく周波数偏移が発生する。目標捜索フェーズにおいて直線周波数変調を行っているため、クラッタと目標の距離の違いにより周波数が異なることを利用して目標とクラッタの信号を分離することができる。
【００３１】
以上説明した通り、実施の形態１によるパルスドップラレーダ装置は、高パルス繰り返し周波数による周波数変調の施された送信パルスを出力し、目標からの反射信号を受信してビデオ信号を得る送信機２および受信機４と、得られたビデオ信号から目標までの距離を計測するパルスドップラレーダ装置において、目標捜索フェーズにて第１の直線周波数変調による第１の周波数変調を行った後、距離測定フェーズにて第１の直線周波数変調よりも時間変化率の大きい第２の直線周波数変調による第２の周波数変調を行うように、上記送受信機からの送信パルスの周波数を制御する周波数変調制御器と、上記第１の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から、周波数分析により目標の第１の周波数を観測し、上記第２の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から、周波数分析により目標の第２の周波数を観測する目標検出処理部と、上記目標検出処理部により観測された目標の第１、第２の周波数に基いて、当該目標の距離を測定する距離測定部とを備えたことを特徴とする。
【００３２】
このように構成することにより、クラッタと目標の距離の違いにより周波数が異なることを利用して目標とクラッタの信号を分離することができるので、クラッタと目標のドップラ周波数が等しく目標の検出が困難な場合であっても、目標を探知し、目標の距離およびドップラ周波数を算出することが可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１  周波数変調制御器（２）、２  送信機、３  アンテナ、４  受信機、５  Ａ／Ｄ変換器、６  フィルタ手段、７  周波数分析手段、８  目標検出手段、９  距離測定手段（２）、１０  フェーズ制御器、１１  目標捜索フェーズ構成、１２  距離測定フェーズ構成、１３  送信信号周波数、１４  受信信号周波数、１５  自機、１６  目標、１７  直下クラッタ範囲、１８  目標信号、１９  直下クラッタ信号、２０  目標捜索フェーズ目標信号、２１  距離測定フェーズ目標信号、２２  目標捜索フェーズ直下クラッタ信号、２３  距離測定フェーズ直下クラッタ信号、１０１  周波数変調制御器（１）、１０９  距離測定手段（１）、１１０  フェーズ制御器（１）。
【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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