(57)【要約】【課題】  送信信号の周り込みを抑圧して受信ＮＦの劣化を抑えつつ、送信中もレーダ観測を行うことができるようにする。【解決手段】  一実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置は、パルス圧縮用の変調を施したパルス信号を周波数変換して出力される送信信号とカップリングして送信カップリング信号を取得し、前記送信信号を送信して観測対象から反射される信号の受信信号とカップリングして受信カップリング信号を取得し、前記送信カップリング信号の位相及び振幅を調整して前記受信カップリング信号と電力合成することで、前記受信信号から前記送信信号の周り込み成分を抑圧し、第１受信回路では、回り込み成分が抑圧された受信信号を入力して時間軸上でパルスの圧縮処理を施し、第２受信回路では、パルス送信後の受信信号を入力して時間軸上でパルスの圧縮処理を施す。【選択図】図１
2019219314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス圧縮用の変調を施したパルス信号を周波数変換して出力される送信信号とカップリングして送信カップリング信号を取得し、前記送信信号を送信して観測対象から反射される信号の受信信号とカップリングして受信カップリング信号を取得し、前記送信カップリング信号の位相及び振幅を調整して前記受信カップリング信号と電力合成することで、前記受信信号から前記送信信号の周り込み成分を抑圧する回り込み抑圧回路と、
前記回り込み抑圧回路で前記回り込み成分が抑圧された受信信号を入力して時間軸上でパルスの圧縮処理を施す第１受信回路と、
前記観測対象から反射される受信信号を入力して時間軸上でパルスの圧縮処理を施す第２受信回路と
を具備するパルス圧縮レーダ装置。
【請求項２】
前記パルス信号のパルス長から定まるブラインド領域に相当する領域を第１観測領域とし、前記ブラインド領域に相当する領域を越え最大観測距離までの領域の第２観測領域として、前記第１受信回路が前記第１観測領域を観測し、前記第２受信回路が前記第２観測領域を観測する請求項１記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項３】
前記第１受信回路は、パルス圧縮に用いるデータに、前記送信信号のパルスの開始から前記パルスの２倍の時間幅もしくはそれ以上で受信した信号を用い、
前記第２受信回路は、パルス圧縮に用いるデータに、前記送信信号のパルスの送信終了後から取得した受信信号を用いる請求項２に記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項４】
前記回り込み抑圧回路は、前記受信信号とのカップリングの結合度を、距離による利得差と前記電力合成の損失との差分値以下とする請求項３記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項５】
前記周り込み抑圧回路は、
前記送信カップリング信号を電力分器で複数系統に電力分配し、
前記複数系統に分配された送信カップリング信号のそれぞれを遅延線、位相調整器及び振幅調整器で遅延補正、位相調整、振幅調整を施して、それぞれの信号を電力合成することで複数の経路からの周り込み信号を受信信号から除去する請求項１記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項６】
前記第１受信回路のパルス圧縮出力を観測目標物からのエコーがない状態でレベル検波し、その出力レベルが最小となるように、前記振幅調整及び前記位相調整の制御を行う請求項１記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項７】
前記周り込み抑圧回路は、
前記電力合成に用いる４端子の電力合成器を備え、
前記電力合成器で同相合成の信号が得られる端子の出力信号を電力検波し、
観測対象からのエコーがない状態のときに電力検波の出力が最大となるように振幅調整及び位相調整を行う請求項１記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項８】
さらに、前記第１受信回路のパルス圧縮出力において、送信信号の周り込み成分の速度が0であることを利用して、複数ヒットの信号を用いて速度スペクトル上でフィルタ除去する請求項１記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項９】
少なくとも前記第２受信回路の入力経路に電力リミッタ回路を備える請求項１記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項１０】
パルス圧縮用の変調を施したパルス信号を周波数変換して出力される送信信号とカップリングして送信カップリング信号を取得し、前記送信信号を送信して観測対象から反射される信号の受信信号とカップリングして受信カップリング信号を取得し、前記送信カップリング信号の位相及び振幅を調整して前記受信カップリング信号と電力合成することで、前記受信信号から前記送信信号の周り込み成分を抑圧する回り込み抑圧回路と、
前記回り込み抑圧回路で前記回り込み成分が抑圧された受信信号と前記観測対象から反射される受信信号とを選択的に切換出力する切換回路と、
前記切換回路で切換出力される受信信号を入力して時間軸上でパルスの圧縮処理を施す受信回路と
を具備するパルス圧縮レーダ装置。
【請求項１１】
前記切換回路は、前記送信信号のパルス送信中に前記回り込み抑圧回路で前記回り込み成分が抑圧された受信信号を選択出力し、前記送信信号のパルス送信後に前記観測対象から反射される受信信号を選択出力する請求項１０記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項１２】
前記受信回路は、前記送信信号のパルス送信後に取得したデータの先頭から前記送信信号のパルスの時間幅もしくはそれ以上の時系列データに対して振幅のレベルと位相を補正して、前記送信信号のパルス送信中に取得したデータの後に追加し、このデータを前記パルス信号のパルス長から定まるブラインド領域に相当する領域のパルス圧縮前のデータとして用いる請求項１１記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項１３】
前記回り込み抑圧回路は、前記受信信号とのカップリングの結合度を、距離による利得差と前記電力合成の損失との差分値以下とする請求項１２記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項１４】
前記周り込み抑圧回路は、
前記送信カップリング信号を電力分器で複数系統に電力分配し、
前記複数系統に分配された送信カップリング信号のそれぞれを遅延線、位相調整器及び振幅調整器で遅延補正、位相調整、振幅調整を施して、それぞれの信号を電力合成することで複数の経路からの周り込み信号を受信信号から除去する請求項１０記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項１５】
前記受信回路の前記回り込み成分が抑圧された受信信号を入力しているときのパルス圧縮出力を観測対象からのエコーがない状態でレベル検波し、その出力レベルが最小となるように、前記振幅調整及び前記位相調整の制御を行う請求項１０記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項１６】
前記周り込み抑圧回路は、
前記電力合成に用いる４端子の電力合成器を備え、
前記電力合成器で同相合成の信号が得られる端子の出力信号を電力検波し、
観測目標物からのエコーがない状態のときに電力検波の出力が最大となるように振幅調整及び位相調整を行う請求項１０記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項１７】
さらに、前記受信回路の前記回り込み成分が抑圧された受信信号を入力しているときのパルス圧縮出力について、送信信号の周り込み成分の速度が0であることを利用して、複数ヒットの信号を用いて速度スペクトル上でフィルタ除去する請求項１０記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項１８】
前記受信回路の入力経路に電力リミッタ回路を備える請求項１０記載のパルス圧縮レーダ装置。
【請求項１９】
パルス圧縮用の変調を施したパルス信号を周波数変換して出力される送信信号とカップリングして送信カップリング信号を取得し、
前記送信信号を送信して観測対象から反射される信号の受信信号とカップリングして受信カップリング信号を取得し、
前記送信カップリング信号の位相及び振幅を調整して前記受信カップリング信号と電力合成することで、前記受信信号から前記送信信号の周り込み成分を抑圧し、
前記回り込み成分が抑圧された受信信号を時間軸上でパルスの圧縮処理を施し、
前記観測対象から反射される受信信号を時間軸上でパルスの圧縮処理を施すパルス圧縮レーダ装置のレーダ信号処理方法。
【請求項２０】
パルス圧縮用の変調を施したパルス信号を周波数変換して出力される送信信号とカップリングして送信カップリング信号を取得し、
前記送信信号を送信して観測対象から反射される信号の受信信号とカップリングして受信カップリング信号を取得し、
前記送信カップリング信号の位相及び振幅を調整して前記受信カップリング信号と電力合成することで、前記受信信号から前記送信信号の周り込み成分を抑圧し、
前記回り込み成分が抑圧された受信信号と前記観測対象から反射される受信信号とを選択的に切換出力し、
前記切換出力される受信信号を入力して時間軸上でパルスの圧縮処理を施すパルス圧縮レーダ装置のレーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パルス圧縮レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルスレーダ装置では、送信の出力レベルが数百Ｗ〜数ｋＷ以上と高出力な場合に、パルスの送信中は送信波の周り込みにより受信回路が飽和するため、レーダ観測が行えないという本質的な問題がある。特にパルス圧縮を用いた固体化気象レーダでは、送信パルスが数十μs〜数百μsと時間幅の長いパルス（長パルス）を用いるため、観測不能なブラインド領域が〜数十kmと大きくなるという問題がある。
【０００３】
このブラインド領域を補間するため、現行の固体化気象レーダではパルス幅が0.5μs〜1μs程度の短パルスを使った観測も併用している。ただ、長パルスと短パルスの互いの干渉を防ぐ目的で、それぞれの中心周波数をずらして使用していることにより、周波数の占有帯域幅が２倍に増えている。また、長パルスの観測と短パルスの観測を連続的に行うことになり、観測時間の増大あるいは観測距離の減少といった問題も発生している。これらの長パルスと短パルスを併用することで生じる弊害を改善するため、長パルスのみで観点できる（＝パルスの送信中も観測できる）固体化パルス圧縮レーダの実現が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−２３２号公報
【特許文献２】特開平９−６９８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来のパルス圧縮レーダ装置では、パルスの送信中は送信波の周り込みにより受信回路が飽和してレーダ観測が行えないブラインド領域を補間するため、短パルスを使った観測も併用しているが、長パルスと短パルスの互いの干渉を防ぐ目的で周波数の占有帯域幅が２倍に増えている。また、長パルスの観測と短パルスの観測を連続的に行うため、観測時間の増大あるいは観測距離の減少といった問題も発生している。
【０００６】
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、送信信号の周り込みを抑圧して受信ＮＦの劣化を抑えつつ、送信中もレーダ観測を行うことができるパルス圧縮レーダ装置とそのレーダ信号処理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】
【０００７】
一実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置は、パルス圧縮用の変調を施したパルス信号を周波数変換して出力される送信信号とカップリングして送信カップリング信号を取得し、前記送信信号を送信して観測対象から反射される信号の受信信号とカップリングして受信カップリング信号を取得し、前記送信カップリング信号の位相及び振幅を調整して前記受信カップリング信号と電力合成することで、前記受信信号から前記送信信号の周り込み成分を抑圧し、第１受信回路では、回り込み成分が抑圧された受信信号を入力して時間軸上でパルスの圧縮処理を施し、第２受信回路では、前記観測対象から反射される受信信号を入力して時間軸上でパルスの圧縮処理を施す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態における観測領域と取得データの関係を示す図。
【図３】第２の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図４】第２の実施形態における観測領域と取得データの関係を示す図。
【図５】第１または第２の実施形態における回り込み抑圧回路の具体的な構成を示すブロック図。
【図６】第１の実施形態における回り込み抑圧回路の振幅及び位相の調整を制御する構成を示すブロック図。
【図７】第１の実施形態における回り込み抑圧回路の振幅及び位相の調整を制御する他の構成を示すブロック図と概念図。
【図８】第１、第２の実施形態の後段で行うデジタル信号処理の例を概念的に示すブロック図。
【図９】第１の実施形態における低雑音電力増幅器の保護回路の構成を示すブロック図。
【図１０】第２の実施形態における低雑音電力増幅器の保護回路の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置として、送受共用アンテナを使ったパラボラレーダの構成を示すブロック図である。図１において、１００は送信回路、２００は第１受信回路，３００は第２受信回路、４００は回り込み抑制回路、５００はサーキュレータ、６００は送受共用アンテナを示している。
【００１０】
送信回路１００は、レーダに必要な変調パルス信号を発生し、規定の送信周波数、送信出力に増幅させる役割を担っている。まず、変調信号発生器１００ａで周波数変調を施したパルス信号をデジタル信号で発生し、Ｄ／Ａ変換器１００ｂでデジタルからアナログ信号への変換を行った後、周波数変換器１００ｃでＲＦ周波数に変換して高周波電力増幅器１００ｄにより規定の送信出力に電力増幅し、送信ＲＦ信号として出力する。
【００１１】
上記送信回路１００から出力される送信ＲＦ信号は、後述の周り込み抑圧回路４００の方向性結合器４００ａ、サーキュレータ５００を介して送受共用アンテナ６００から送出され、送受共用アンテナ６００で受けた観測対象からの反射波は受信ＲＦ信号となってサーキュレータ５００、周り込み抑圧回路４００の方向性結合器４００ｅを介して第２受信回路３００に送られる。
【００１２】
ここで、上記回り込み抑圧回路４００は、送信ＲＦ信号がサーキュレータ５００を通じて受信回路に周り込む送信波を抑圧するもので、方向性結合器４００ａで送信回路１００から出力される送信ＲＦ信号の一部を取り出し、位相調整器４００ｂ、振幅調整器４００ｃで位相、振幅を調整した後、電力合成器４００ｄに送る。一方、受信ＲＦ信号を取り込んで方向性結合器４００ｅでその一部を取り出して、電力合成器４００ｄに送り、送信ＲＦ信号の位相・振幅調整結果と合成することで、受信ＲＦ信号から送信ＲＦ信号の回り込み成分を抑圧する。電力合成器４００ｄの出力は第１受信回路２００に送られる。
【００１３】
上記第１受信回路２００は、受信ＲＦ信号を取り込んで低雑音電力増幅器２００ａで電力増幅した後、周波数変換器２００ｂで受信ＩＦ信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器２００ｃでデジタル信号に変換し、パルス圧縮器２００ｄでパルス圧縮を行って、受信出力信号１（観測領域１）として出力する。同様に、上記第２受信回路３００は、受信ＲＦ信号を取り込んで低雑音電力増幅器３００ａで電力増幅した後、周波数変換器３００ｂで受信ＩＦ信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器３００ｃでデジタル信号に変換し、パルス圧縮器３００ｄでパルス圧縮を行って、受信出力信号２（観測領域２）として出力する。
【００１４】
上記構成において、以下に本実施形態の処理動作を説明する。
送受共用アンテナを使ったパラボラレーダでは、送信回路と受信回路の間には通常サーキュレータが配置され、サーキュレータの働きにより、送信回路からの送信信号はアンテナに接続され、アンテナで受信した受信信号は受信回路に接続される。サーキュレータとしては、送信回路から受信回路への信号の流れは抑圧される方向に働くが、通常は15dB〜30dB程度の抑圧量しかとれない。そのため、サーキュレータを介して送信回路から受信回路への送信信号および雑音の漏洩が生じ、これが受信回路への送信の周り込みとなる。
【００１５】
送信出力が数百Ｗ以上の高い電力のレーダでは、この送信信号及び雑音の周り込みにより受信回路が飽和あるいは雑音レベルの上昇が生じるため、レーダの送信中は受信信号を観測することが不可能あるいは性能の劣化がおきる。特に受信回路において、時間軸上でパルス幅の圧縮処理を実施するパルス圧縮レーダでは、長いパルス幅の信号を用いるためにレーダ設置場所を円の中心として観測できない領域が円形状に広がるという問題がある。
【００１６】
そこで、本実施形態では、レーダ送信波の送信中も受信を可能とするため、第１の実施形態では受信信号に含まれる送信信号の周り込みを抑圧するための回路として周り込み抑圧回路４００を配置している。
周り込み抑圧回路４００では、送信回路１００からの出力を方向性結合器４００ａにより、送信信号の一部をカップリングして分岐する。このカップリングされた送信信号は位相調整器４００ｂ、振幅調整器４００ｃによってそれぞれ位相と振幅レベルを調整した後、電力合成器４００ｄに入力される。一方、受信側においても上記周り込み信号を含んだ受信信号を方向性結合器４００ｅで結合、分岐し、電力合成器４００ｄに入力される。
【００１７】
電力合成器４００ｄでは、送信からのカップリング信号と受信からのカップリング信号が電力合成される。このとき、受信カップリング信号に含まれる周り込み信号の位相と振幅に対して、送信カップリング信号が同振幅で位相が逆相で電力合成されるように位相調整器４００ｂと振幅調整器４００ｃにおいて位相と振幅を調整する。これにより、受信カップリング信号に含まれる送信の周り込み信号を抑圧することができる。
【００１８】
第１の実施形態では、受信した信号を低雑音で電力増幅（２００ａ，３００ａ)し、周波数変換（２００ｂ，３００ｂ）、アナログ信号からデジタル信号への変換（２００ｃ，３００ｃ）、パルス圧縮（２００ｄ，３００ｄ）を行って受信出力信号を得る受信回路を２系統配置している（第１受信回路２００、第２受信回路３００）。
【００１９】
第１受信回路２００及び第２受信回路３００は、回路構成は同じであるが、第１受信回路２００は、電力合成器４００ｄの出力端子に接続されており、第２受信回路３００は、方向性結合器４００ｅの出力端子に接続されている。
第１受信回路２００では、送信中に従来はブラインドとなっていた近距離の観測領域をカバーするために、周り込み抑圧回路４００によって送信の周り込みが抑圧された受信出力信号１を出力する。
【００２０】
一方、受信回路３００では、方向性結合器４００ｅを介して低損失で接続されるためにパルス送信中は受信観測を行えないが、パルス送信後に送信回路１００の高出力電力増幅器１００ｄの動作がオフとなっているときに観測可能な受信出力信号２を出力することができる。
【００２１】
送信するパルスの長さをT [s]、光の速度をc [m/s]とおくと、送信時に従来レーダでブラインドとなる観測領域〜Rb[m]は下記の（１）式となる。  
【００２２】
【数１】
2019219314.tif 000003
したがって、第１受信回路２００の受信出力信号１を使って観測する領域１は、レーダの設置場所からRbまでの近い領域、第２受信回路３００の受信出力信号２を使って観測する領域２はRbより遠い領域とする。これにより、第２受信回路３００の受信出力信号２では送信の周り込みの影響を受けずに観測することができ、第１受信回路２００の受信出力信号１では、送信中に周り込みを抑圧して観測することができる。
【００２３】
第１の実施形態では、受信側の方向性結合器４００ｅの結合度をCcpl[dB]、電力合成器４００ｄの損失をLcomb [dB]とおくと、第１受信回路２００に入力される受信信号のレベルは、Ccpl＋Lcomb[dB]分、信号レベルが低下することになる。しかし、レーダでは同じ標的であっても観測距離が短い程受信レベルが大きくなるため、上記信号レベルの低下を観測距離が短くなることによるレベル向上で相殺できれば観測上問題がない。
【００２４】
標的から反射して戻ってくる受信電力（Pr）は観測する標的の種類により異なり、下記のレーダ方程式で記述される。  
(i) 離散分布型標的の場合のレーダ方程式  
【００２５】
【数２】
2019219314.tif 000004
(ii)孤立型標的の場合のレーダ方程式  
【００２６】
【数３】
2019219314.tif 000005
上記より、観測対象が雨雲のような離散分布型標的の場合は、受信電力が観測距離の２乗に反比例し、航空機のような孤立型標的の場合は、受信電力が観測距離の４乗に反比例する。
【００２７】
第２受信回路３００で観測する最大観測距離をRmax [m]とした場合、観測距離RmaxとRb間での受信電力の差をG [dB]とすると、受信側の方向性結合器４００ｅの結合度Ccpl[dB]を下記の条件を満たすように設定することで、第１受信回路２００における観測領域（r≦Rb）においても第２受信回路３００の最大観測距離Rmax時に得られるS/Nと同等以上のS/Nを確保することができる。
【００２８】
【数４】
2019219314.tif 000006
上記条件を満足することで、第１受信回路２００における観測が成立すると共に、送信の周り込み量の観点で受信側の方向性結合器４００ｅの結合度分（Ccpl）のレベルを低減することが可能となる。ちなみに最大観測距離Rmaxで得られるS/Nがシステムとして必要なS/Nに対してマージンがある場合は、そのマージンの範囲で（４）式の条件よりも結合度Ccplをかさ上げすることは可能である。
【００２９】
なお、上記の説明は、送受共用アンテナ６００、サーキュレータ５００を用いた場合を例にとっているが、本実施形態は、アンテナが送受共用であるか送受別々であるか、あるいはサーキュレータを使っているかどうかの構成については問わず、どちらでも適用可能である（以下の実施形態でも同様）。
【００３０】
図２では、第１の実施形態における観測領域と取得データの関係を示している。ここでは、パルスの送信時間（T [s]）を光の速度で距離換算したRb [m]に相当する領域を第１受信回路２００の受信出力信号１で観測する領域とし、Rb＜r≦Rmaxに相当する領域を第２受信回路３００の受信出力信号２で観測する領域としている。
【００３１】
パルスレーダでは、孤立型の標的であっても、送信しているパルス長の長さでエコーが返ってくるため、受信出力信号１の観測領域１にある標的からのエコーも時間軸上では0＜t≦2×T [s]の範囲で観測されることになる。
これに対して、パルス圧縮レーダでは、観測するエコー信号を時間軸上で相関処理による積分を行って利得の積み上げを行う。そこで、相関処理によるパルス圧縮利得を十分稼ぐために、標的からの観測エコーがパルス長分は含まれる形でデータを取得する。
【００３２】
パルス圧縮前のＡ／Ｄ変換器２００、Ａ／Ｄ変換器３００の出力信号を受信信号Ｒ１、受信信号Ｒ２とし、それぞれの受信信号Ｒ１，Ｒ２のデータ取得時間を下記とする。
受信信号Ｒ１のデータ取得時間：0≦t≦2×T
受信信号Ｒ２のデータ取得時間：T≦t≦Rmax/c×2＋T
パルス圧縮前の受信信号Ｒ１，Ｒ２のデータ取得時間を上記のように設定することで、図２に示すエコー１，２，…，Ｎのような受信信号に対しても十分なパルス圧縮利得を得ることが可能となる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図である。図３において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
第２の実施形態では、送信回路１００と周り込み抑圧回路４００、受信回路２００は、第１の実施形態と同じであるが、受信が１系統となって受信回路３００がなくなっている。
【００３４】
また、パルスの送信中は受信回路２００を電力合成器４００ｄに接続し、パルスの送信後は方向性結合器４００ｅに接続できるように切り替えスイッチ３００を配置している。またスイッチ３００には、受信回路２００が接続されていない端子は終端できるように終端器８０１，８０２も接続されている。
【００３５】
第１の実施形態と異なり、受信回路２００ではスイッチ３００の切り替えによりパルスの送信中も送信後も受信回路２００の受信出力信号を使って観測することになる。パルス長をT [s]、最大観測距離をRmax [m]とすると、第１の実施形態と同じように（１）式、（４）式が成立し、受信側の方向性結合器４００ｅの結合度Ccplが（４）式を満たすように設定することで、第１の実施形態と同じ効果を得ることが可能である。
【００３６】
図４では、第２の実施形態における観測領域と取得データの関係を示している。
本実施形態では、１系統の受信回路２００を使ってスイッチ７００で切り替えることにより、観測領域１と観測領域２の観測を行う。パルスの送信中は受信回路２００を電力合成器４００ｄに接続し、パルスの送信後は受信回路２００を方向性結合器４００ｅに接続する。
【００３７】
その際、観測領域１用のデータとしては、図４中の信号Ｓ１のデータに信号Ｓ２のT≦t≦2×Tの部分データ（信号Ａ）を継ぎ足したものを使用する。信号Ｓ１と信号Ｓ２では、信号が通ってくる回路の違いにより振幅、位相の違いが生じる。事前にその差異を校正データとして取得しておき、校正データを反映したものを信号Ａとして用いる。
【００３８】
図５では、第１、第２の実施形態における周り込み抑圧回路４００の具体例を示している。
送信回路１００から受信回路２００，３００の周り込みは、サーキュレータ５００でのアイソレーションポートへの漏洩やアンテナ６００とのミスマッチによる反射、レドームからの反射と複数の要素で生じている場合がある。それぞれの周り込み成分の振幅値、位相、遅延量がそれぞれ異なる場合においても、その成分毎に振幅値、位相、遅延量を合わせたものを合算して電力合成することで受信回路への周り込みをキャンセルすることができる。
【００３９】
図５では、複数の周り込み要素がある場合に対応するために、各周り込み成分の振幅値と位相、遅延量に応じて調整できるよう、送信側の方向性結合器４００ａ側に電力分配器４００ｆを配置してＮ系統に分配し、遅延線４１１〜４１Ｎ、振幅調整器４２１〜４２Ｎ、位相調整器４３１〜４３Ｎをそれぞれ直列に接続して受信側の電力合成器４００ｄに接続している。
【００４０】
図６では、第１の実施形態における振幅調整器と位相調整器の制御の一例を示している。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。
観測すべき標的からのエコーが無い状態、例えばアンテナが終端されている、あるいは晴天時にレーダが天頂を向いているという状態では、図６における第１受信回路２００の受信出力信号１は限りなく低いレベル、あるいはノイズフローに埋もれていることが望ましい。送信中に検出される信号があれば、送信回路１００から受信回路２００への周り込み信号と考えられ、この出力を検波回路９０１で検波し、制御回路９０２でその検波結果に基づいて振幅調整器４００ｃの振幅と位相調整器４００ｂの位相の調整を制御することで、受信回路２００への送信の周り込み量を最小化することができる。
【００４１】
周り込み量の検波においては、パルス圧縮後の信号を検波することで周り込み成分においてもパルス幅が狭くなり、パルス圧縮利得によるS/N向上効果が得られるため検波精度が向上する。
図６では、出力レベルを検波するための検波回路９０１とその結果を受けて振幅調整器４００ｃと位相調整器４００ｂを制御するための制御回路９０２を付加している。図６は第１の実施形態への適用例を図示しているが、第２の実施形態においても図３中の受信回路２００の出力に検波回路９０１、制御回路９０２を接続することで、同様に制御が可能である。
【００４２】
図７では、第１、第２の実施形態における振幅調整器４００ｃと位相調整器４００ｂの制御のもう一つの例を示しており、図７Ａは図６と同様に振幅調整器４００ｃと位相調整器４００ｂを制御するための検波回路Ａ０１、制御回路Ａ０２を備える構成を示すブロック図、図７Ｂは電力合成器４００ｄに用いられる４端子電力合成器の入出力を示している。
【００４３】
周り込み抑圧回路４００中の電力合成器４００ｄとして、図７Ｂに示すような４端子の電力合成器を用いた場合、２つの入力信号（0°信号Ａ、-90°信号Ｂ）の同相合成出力端子の出力Ｃを検波することで、送信の周り込み量が最小となるように振幅調整器４００ｃと位相調整器４００ｂを制御することが可能である。
【００４４】
本回路では、４端子の電力合成器４００ｄの逆相合成出力である信号Ｄが受信回路２００に接続されて、同相合成出力の信号Ｃが検波回路Ａ０１に接続される。送信の周り込みが電力合成器４００ｄによって抑圧される程、信号Ｃの検波レベルは大きくなる。したがって、検波回路Ａ０１の検波レベルができる限り大きくなるように制御回路Ａ０２から振幅調整器４００ｃ、位相調整器４００ｂの制御を行うことで、受信回路２００に入力される送信の周り込み量を最小化することができる。
【００４５】
図８は、第１、第２の実施形態の後段で行うデジタル信号処理の例を示している。
レーダでは、地面や建造物からの不要波（グランドクラッタ）を抑圧するため、一般的にＭＴＩ（Moving Target Indicator）が用いられる。これは、グランドクラッタの速度成分が0に近いことを利用して、速度が0付近の成分を除去して速度成分を有する観測対象と分離するものである。
【００４６】
送信の周り込みの除去に関してもＭＴＩ処理は有効で、第１または第２の実施形態で抑圧し残した送信の周り込みを効果的に除去することができる。
図８に示すように、受信回路２００から出力される受信出力信号１（ヒット１，２，…，ｎ）は、サイドローブの発生を低減するための窓関数を前処理部Ｂ０１で設定し、フーリエ変換部（ＦＦＴ）Ｂ０２でフーリエ変換を施して速度スペクトルを算出し、速度0付近除去部Ｂ０３で速度成分が0 [m/s] 付近を除去あるいはフィルタ除去し、逆フーリエ変換部Ｂ０４で逆フーリエ変換を行うことで送信の周り込み成分を除去することができる。なお、気象レーダでは、本処理によって必要な気象エコーも除去されてしまうため、除去した部分の補填が行われる。
なお、グランドクラッタの除去処理に関しては、以下の文献にその詳細が示されている。
下記文献の付録A-8  (2)グランドクラッタの除去処理  
http://www.nilim.go.jp/lab/bcg/siryou/tnn/tnn0909pdf/ks090915.pdf
【００４７】
図９は、第１の実施形態中の第２受信回路３００の低雑音電力増幅器３００ａの保護回路を示している。
【００４８】
第１の実施形態では、送信中において第１受信回路２００と第２受信回路３００に送信の周り込みが混入される。電力合成器４００ｄによって送信の周り込みが十分抑圧されるため、第１受信回路２００に入力される受信ＲＦ信号は低雑音電力増幅器２００ａの損傷するほどのレベルにはならないが、第２受信回路３００には低雑音電力増幅器３００ａが損傷するレベルの送信の周り込みが入力するおそれがある。図９では、方向性結合器４００ｅと低雑音電力増幅器３００ａの間に電力リミッタ回路Ｃ０１を配置することで、低雑音電力増幅器３００ａの過入力による損傷を防止することができる。
【００４９】
なお、第１受信回路２００と第２受信回路３００の回路系統で回路の対称性を維持するために電力合成器４００ｄと低雑音電力増幅器２００ａの間にＣ０１と同じ電力リミッタ回路を配置してもよい。
図１０は、第２の実施形態中の低雑音電力増幅器２００ａの保護回路を示している。図１０中の低雑音電力増幅器２００ａとスイッチ７００との間に電力リミッタ回路Ｃ０２を配置することで、低雑音電力増幅器２００ａが過入力で損傷することを防止できる。
【００５０】
以上のように、第１の本実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置は、周波数変調を施したパルス信号をデジタル／アナログ変換、周波数変換、電力増幅後に送信を行う送信回路と、受信した信号を低雑音増幅、周波数変換、アナログ／デジタル変換後に時間軸上でパルス圧縮を施す受信回路を２つ以上有し、１つの受信回路の低雑音増幅器の入力段に方向性結合器を配置し、送信回路の出力段にも方向性結合器を配置し、送信回路側の方向性結合器でカップリングした送信カップリング信号を位相と振幅を調整した後に受信回路側の方向性結合器でカップリングした受信カップリング信号と電力合成するための電力合成器を配置した、周り込み抑圧回路を有し、この周り込み抑圧回路の電力合成器の出力がもう１つの受信回路の低雑音増幅器の入力段に接続されていることを特徴とする。
【００５１】
この構成によれば、受信側に方向性結合器を付加して受信回路のパスを２つにすることで、送信中に送信波の周り込みをキャンセルしながら受信するパス（第１受信回路）と、送信後の信号を受信するパス（第２受信回路）に分けることができる。
第１受信回路では、レーダから近い距離の範囲をカバーする観測を行い、第２受信回路では、レーダから遠い距離の範囲をカバーする観測を行うというように観測エリアを使い分けることで、第２受信回路の観測におけるＮＦの劣化を低減することができる（従来回路では、観測距離に関わらず合成器（ハイブリッド）によるＮＦ劣化が生じていた。）。
【００５２】
第１受信回路では、方向性結合器の結合度と電力合成器の損失（3dB）分の受信信号レベルの低下（＝ＮＦの劣化）が生じるが、レーダ観測において観測距離が近くなるほど受信レベルが高くなることを利用すると、方向性結合器の結合度と観測距離を適切に選択することで、第２受信回路と同等のS/Nを維持することができる。
【００５３】
また、受信回路に周り込む送信信号（又は雑音）のレベルを考えると、受信回路に付加された方向性結合器により、周り込みのレベルを結合度分、従来回路より低減できるという効果がある。
上記構成において、電力合成器に接続されている第１受信回路を使って観測領域１で示す領域の観測を行い、もう一つの方向性結合器に接続されている第２受信回路を使って観測領域２の観測を行う。すなわち、観測距離（レーダ装置からの距離）をR[m]とするとき、観測領域１をR≦Rb、観測領域２をRb＜R≦Rmaxとする。ここで、Rmax [m]はレーダ装置の最大観測距離で、Rbはc×T／2[m]（c:光速 [m/s]、T：パルス長 [s]）とする。このような信号処理を施すことで、余分なＮＦ劣化を生じさせず、また十分な送信信号の周り込みの低減効果を享受できる。
【００５４】
上記第１受信回路で行うパルス圧縮に用いるデータは、送信パルスの開始から送信パルスの２倍の時間幅もしくはそれ以上で受信した信号を用い、第２受信回路で行うパルス圧縮に用いるデータは送信パルスの送信終了後から取得した受信信号を用いる。
このように、第１受信回路で使用するデータ長を送信パルスの２倍以上の時間幅とすることで、観測領域１を観測するためのパルス圧縮利得を十分確保することができる。
【００５５】
また、第２の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置は、周波数変調を施したパルス信号をデジタル／アナログ変換、周波数変換、電力増幅後に送信を行う送信回路と、受信した信号を低雑音増幅、周波数変換、アナログ／デジタル変換後に時間軸上でパルス圧縮を施す受信回路を有し、受信ＲＦ信号を結合して分岐させるための方向性結合器を配置し、送信回路の出力段にも方向性結合器を配置し、送信回路側の方向性結合器でカップリングした送信カップリング信号を位相と振幅を調整した後に受信回路側の方向性結合器でカップリングした受信カップリング信号と電力合成するための電力合成器を配置した、周り込み抑圧回路を有し、この周り込み抑圧回路の電力合成器からの出力と方向性結合器の順方向出力の２つの出力を、上記受信回路か終端器のどちらかに選択して接続できるスイッチを有することを特徴とする。
【００５６】
この構成によれば、第１の実施形態と効果は同じであるが、スイッチを追加して受信回路を１つで共用しているため、小型・軽量化を実現できる。
ここで、パルスの送信中は、受信回路を電力合成器の出力に接続し、パルスの送信後は、受信回路を方向性結合器の出力に接続するようスイッチを制御する。このように構成することで、スイッチの切り替え操作をパルスの送信中、送信後で行うことができる。
【００５７】
ただし、パルス送信後に取得したデータ（信号Ｓ２）の先頭から送信パルスの時間幅もしくはそれ以上の時系列データに対して振幅のレベルと位相を補正したものを、パルス送信中に取得したデータ（信号Ｓ１）の後に追加し、このデータを観測領域１のパルス圧縮前のデータとして用いる。このようにすることで、スイッチ切り替え方式が抱える問題点、すなわち観測領域１の観測には、パルス送信幅の2倍のデータが必要であるが、スイッチによる切り替え方式では信号Ｓ１において送信後のパルス幅分のデータが欠損することを考慮し、欠損分のデータを信号Ｓ２から生成することで、スイッチ切り替え方式においても、観測領域１を観測するためのパルス圧縮利得を十分確保することができる。
【００５８】
また、上記受信回路に接続される方向性結合器の結合度（Ccpl[dB]）を下記の関係式を満足するように設定すれば、観測領域１における受信信号のS/Nを観測領域２におけるS/Nよりも同等もしくはそれ以上を確保することができる。
Ccpl≦G−Lcomb  
Lcomb：電力合成器の損失  [dB]  
G   ：距離による利得差  [dB]  
(i) 観測対象が離散分布型標的の場合  G=10×log10(Rmax/Rb)2 
(ii)観測対象が孤立型標的の場合      G=10×log10(Rmax/Rb)4
また、上記実施形態では、周波数変調を施したパルス信号を送信信号としたが、変調方式は周波数変調に限らず、符号化変調等のパルス圧縮用の他の変調方式でもよい。
【００５９】
なお、本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】
【００６０】
１００…送信回路、１００ａ…変調信号発生器、１００ｂ…Ｄ／Ａ変換器、１００ｃ…周波数変換器、１００ｄ…高周波電力増幅器、２００…第１受信回路，２００ａ…低雑音電力増幅器、２００ｂ…周波数変換器、２００ｃ…Ａ／Ｄ変換器、２００ｄ…パルス圧縮器、３００…第２受信回路、３００ａ…低雑音電力増幅器、３００ｂ…周波数変換器、３００ｃ…Ａ／Ｄ変換器、３００ｄ…パルス圧縮器、４００…回り込み抑制回路、４００ａ…方向性結合器、４００ｂ…位相調整器、４００ｃ…振幅調整器、４００ｄ…電力増幅器、４００ｅ…方向性結合器、４００ｆ…電力分配器、４１１〜４１Ｎ…遅延線、４２１〜４２Ｎ…振幅調整器、４３１〜４３Ｎ…位相調整器、５００…サーキュレータ、６００…送受共用アンテナ。７００…スイッチ、８０１，８０２…終端器、９０１…検波回路、９０２…制御回路、Ａ０１…検波回路、Ａ０２…制御回路、Ｂ０１…前処理部、Ｂ０２…フーリエ変換部（ＦＦＴ）、Ｂ０３…速度0付近除去部、Ｂ０４…逆フーリエ変換部、Ｃ０１，Ｃ０２…電力リミッタ回路。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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