(57)【要約】【課題】  パルス圧縮を行うと、反射電力の大きなクラッタ等のレンジサイドローブで微小な目標が埋もれてしまう。クラッタの反射電力が大きい低空目標に対して対処可能とするためには、レンジサイドローブレベルを低減する必要がある。【解決手段】  パルス毎に送信周波数が所定の周波数間隔ずつ変化する複数個の送信パルスを位相変調して目標方向へ繰り返し送信するパルスレーダ装置であって、点目標を仮定して前記点目標で反射して受信される受信パルス信号と、当該受信パルス信号をパルス圧縮処理した際に得られる前記点目標の存在するレンジビンのみにパルス圧縮後の信号が観測される観測信号とから算出されるフィルタ係数を用いて、前記目標で反射されて受信した受信パルス信号を復調処理するパルス圧縮処理部を備えるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス毎に送信周波数が所定の周波数間隔ずつ変化する複数個の送信パルスを位相変調して目標方向へ繰り返し送信するパルスレーダ装置であって、
点目標を仮定して前記点目標で反射して受信される受信パルス信号と、当該受信パルス信号をパルス圧縮処理した際に得られる、前記点目標の存在するレンジビンのみにパルス圧縮後の信号が観測される観測信号とから算出されるフィルタ係数を用いて、前記目標で反射されて受信した受信パルス信号を復調処理するパルス圧縮処理部を備えることを特徴とするパルスレーダ装置。
【請求項２】
前記パルス圧縮処理部は、前記フィルタ係数を、前記点目標で反射して受信される受信パルス信号の逆フーリエ変換後の信号を当該受信パルス信号をパルス圧縮処理した際に得られる前記点目標の存在するレンジビンのみにパルス圧縮後の信号が観測される観測信号の逆フーリエ変換後の信号により周波数領域上で複素除算し、当該複素除算後の信号をフーリエ変換することにより算出して記憶手段に記憶し、前記記憶手段に記憶した前記フィルタ係数を用いて受信パルス信号を復調処理することを特徴とする請求項１記載のパルスレーダ装置。
【請求項３】
前記送信パルスは、バーカーコードを用いて位相変調されていることを特徴とする請求項１、２いずれか記載のパルスレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パルス毎に送信周波数が所定の周波数間隔ずつ変化する複数個のパルスを目標方向へ繰り返し送信するパルスレーダ装置であって、測距精度を高めるためのパルス圧縮技術を有するパルスレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パルス圧縮を行う場合に、サイドローブレベルをできるだけ低減する必要がある。従来サイドローブレベルの抑圧技術としては、ＩＳＬ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｉｄｅ−Ｌｏｂｅ）抑圧フィルタと呼ばれるものがあるが、このＩＳＬ抑圧フィルタは送信信号の変調は通常のバーカーコードのパルス圧縮と同様に（０、π）変調信号で行い、復調は信号処理器でＩＳＬ抑圧フィルタ係数を用いて行うものである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】Ｇｕｙ  Ｖ．Ｍｏｒｒｉｓ著、ＡＩＲＢＯＲＮ ＰＵＬＳＥＤ ＤＯＰＰＬＥＲ ＲＡＤＯＲ、Ｇｅｏｒｇｉａ  Ｔｅｃｈ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、ｐ１４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図７は、非特許文献１のｐ１４７  Ｆｉｇｕｒｅ８．９と同様にして１３ＢＩＴバーカーコードを使用し、通常のバーカーコードで復調したパルス圧縮結果と、ＩＳＬ抑圧フィルタを用いて復調したパルス圧縮結果とを比較した一例を示す図である。
【０００５】
ＩＳＬ抑圧フィルタを用いた場合、通常の１３ＢＩＴバーカーコード使用時より、ピークサイドローブレベルは約１２ｄＢ抑圧することができるが、反射電力の大きなクラッタ等のレンジサイドローブにおいては、微小な目標が埋もれてしまう可能性がある。そのため、クラッタの反射電力が大きい低空目標検出を精度よく行うためには、さらなるサイドローブレベルの低減が必要である。
【０００６】
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、送信信号の変調は通常のバーカーコードを用いて変調を行い、復調の際の信号処理器で用いるフィルタ係数を、サイドローブレベルをほぼ０にする抑圧フィルタ係数を用いることで低空目標検出を安定して行えるパルス圧縮技術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】
この発明のパルスレーダ装置は、パルス毎に送信周波数が所定の周波数間隔ずつ変化する複数個の送信パルスを位相変調して目標方向へ繰り返し送信するパルスレーダ装置であって、点目標を仮定して前記点目標で反射して受信される受信パルス信号と、当該受信パルス信号をパルス圧縮処理した際に得られる、前記点目標の存在するレンジビンのみにパルス圧縮後の信号が観測される観測信号とから算出されるフィルタ係数を用いて、前記目標で反射されて受信した受信パルス信号を復調処理するパルス圧縮処理部を備えるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、復調後の信号のサイドローブレベルを低減することができ、低空目標検出を安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るＬＰＲＦ（Ｌｏｗ  Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）レーダ装置１００のブロック図である。
パルスレーダ装置１００は、送信パルス変調信号１０１と、送信周波数設定信号１０２と、位相変調信号１０３を出力するタイミング発生部１と、送信周波数設定信号１０２によりパルス繰返し周期ＰＲＩ毎に所定の周波数だけ増加あるいは減少する周波数に設定された送信周波数信号１０５とローカル信号１０４とを出力する発振部２と、送信周波数信号１０５を位相変調信号１０３により位相変調して位相変調送信信号１０６を出力する位相変調部３と、位相変調送信信号１０６を送信パルス変調信号１０１によりパルス変調すると共に電力増幅して送信信号１０７を出力する送信部４と、送信信号１０７を空間に放射するとともに、ターゲットで反射された真の反射信号である一次エコー成分とターゲット以外のもので反射された反射信号である二次エコー成分とを含む反射波を受信して受信信号１０８として出力するアンテナ部７と、送信信号１０７と受信信号１０８を切換える送受信切替部６と、受信信号１０８をローカル信号により周波数変換、増幅、位相検波し、アナログの位相変調ビデオ信号１０９を出力する受信部５と、アナログの位相変調ビデオ信号１０９をデジタル信号に変換してデジタル位相変調ビデオ信号１１０を出力するＡ／Ｄ変換部８と、デジタル位相変調ビデオ信号１１０を、パルス圧縮処理によりサイドローブがほほゼロであるレンジプロファイル１１１を出力するパルス圧縮処理部９と、レンジプロファイル１１１からターゲット情報を用いて、目標を検出する目標検出処理部１０とを備える。
【００１０】
次に、図１を参照して、本発明の実施の形態１でのパルスレーダ装置１００の動作の詳細を説明する。まず、タイミング発生部１は、送信部４、発信部２の各々に対して、送信パルス変調信号１０１、送信周波数の周波数を設定する送信周波数設定信号１０２、ＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ）の周期で０／１８０度の位相変調を繰り返し施す位相変調信号１０３を出力する。
【００１１】
送信周波数設定信号１０２を受けた発振部２は、送信周波数設定信号１０２を用いて、ＰＲＩ毎にステップ周波数だけ増加あるいは減少する周波数ｆに設定された送信周波数信号１０５及びローカル信号１０４のうち、ローカル信号１０４を受信部５に対して出力し、送信周波数信号１０５を位相変調部３に対し出力する。
【００１２】
位相変調部３は、送信周波数信号１０５を位相変調信号Φ１０３に基づいて、逆周波数解析（ＩＦＦＴ：inverse fast Fourier transform）処理フレーム毎に、０度／１８０度で位相変調を行う。位相変調部３は位相変調後の位相変調送信信号１０６を送信部４に出力する。
【００１３】
送信部４は位相変調送信信号１０６を、送信パルス変調信号Ｐｍｏｄ１０１に基づいてパルス変調する。そして電力増幅した後、送信信号１０７として送受信切替部６へ送出する。
【００１４】
送受信切替部６へ送出された送信信号１０７は、アンテナ部７を経て空間へ放射される。空間に放射された送信信号１０７はターゲットや海面などの地表クラッタで反射され、反射された信号は受信信号１０８としてアンテナ部７で受信される。受信信号１０８は、送受信切替部６、受信部５、Ａ／Ｄ変換部８を経てデジタル位相変調ビデオ信号１０９としてパルス圧縮処理部９へ送出される。
【００１５】
パルス圧縮処理部９の詳細な説明を行う。図２はパルス圧縮処理部９で実施する処理の処理ブロックを示した図である。
【００１６】
パルス圧縮処理部９では、Ａ／Ｄ変換部８から出力された前記デジタル位相変調ビデオ信号ＢｉをＩＦＦＴしたものに対して、あらかじめメモリされている抑圧フィルタ係数ベクトルＨｉを複素乗算し、再度ＦＦＴすることでサイドローブが存在しないサイドローブゼロ信号Ｓｉを生成し、レンジプロファイルを出力する。ここでｉはレンジビン数のことである。上記処理をパルス圧縮処理という。
【００１７】
以下にパルス圧縮処理部９にメモリされている抑圧フィルタ係数Ｈｉの説明を行う。サイドローブレベルを０にするには、前記デジタル位相変調ビデオ信号と抑圧フィルタ係数を畳み込み積分した結果（周波数領域での乗算結果）において、全レンジビンのサイドローブが０になるように抑圧フィルタ係数Ｈiを求める必要がある。次に、このような抑圧フィルタ係数の算出方法を説明する。
【００１８】
図３（ａ）は、抑圧フィルタ係数Ｈｉの算出方法を説明するための図である。理想的な送受信の状態としてまず、クラッタフリーの状態で目標が点目標、１パルス送信した際の受信信号を考える。クラッタフリーの状態で、目標が点目標であるから、送信したパルスはそのまま受信されるため、送信パルス信号aｉを以下のように設定すると、受信パルス信号biは数１、数２のようになる。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
【数２】
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【００２１】
この受信パルス信号ｂｉをパルス圧縮すると、目標の存在するレンジビンにのみ信号が観測される。この時観測できる信号をｓｊとすると数３のようになる、
【００２２】
【数３】
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【００２３】
図３（ｂ）は、抑圧フィルタ係数Ｈｉを算出するブロック図である。図３（ｂ）のように受信パルス信号ｂｉと観測信号Ｓｊをそれぞれ逆フーリエ変換し両者を周波数領域上で複素除算し、再度フーリエ変換することで、両者の相関関数を数４により導出することができる。
【００２４】
【数４】
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【００２５】
この相関関数がサイドローブを０にする（サイドローブが存在しないときの）抑圧フィルタ係数Ｈｉである。パルス圧縮処理部９はこの抑圧フィルタ係数Ｈｉを予め記憶手段に記憶しており、パルス圧縮処理部９は、以後、この抑圧フィルタ係数Ｈｉを用いてパルス圧縮処理を行う。
【００２６】
次に、図４を用いてパルス圧縮処理部９が行うパルス圧縮の処理について説明する。図４は、パルス圧縮処理のフロー図である。
パルス圧縮処理部９に入力される前記デジタル位相変調ビデオ信号Ｂiは、クラッタの信号が重畳されている（図４（ａ））が、実際には数５や図４（ｂ）で示されるように複数の単パルス信号が重ね合わさったものが観測されているに過ぎない。
【００２７】
【数５】
2008241319.tif 000007
【００２８】
そのため、デジタル位相変調ビデオ信号Ｂiのそれぞれの単パルスに対して、式(4)で求めた抑圧フィルタ係数Ｈｉを繰り返しかけることにより、数６や図４（ｃ）で示されるようにクラッタと目標が分離したサイドローブゼロ信号Ｓｉを生成することができる。
【００２９】
【数６】
2008241319.tif 000008
【００３０】
パルス圧縮処理部９は、ここで生成されたサイドローブゼロ信号Ｓｉからレンジプロファイルを作成し目標検出処理部１０に送る。
【００３１】
次に、目標検出部１０は、レンジプロファイルに対して、クラッタか目標かを判定する。パルス圧縮処理後のレンジプロファイルは、目標とクラッタの信号が分離され、かつサイドローブが０であるために、クラッタ信号はレンジ方向に広がりをもたず、目標信号のみ形状に応じた広がりをもつ。目標検出部１０では、この広がりの幅を閾値としてメモリしておくことで、レンジプロファイルから目標信号を抽出できる。
【００３２】
上述した実施の形態１に示した手法により求めた最適抑圧フィルタを用いて、シミュレーションにてパルス圧縮性能を評価する。図５にバーカーコードに対応する最適抑圧フィルタと通常の１３ＢＩＴバーカーコードを使用したパルス圧縮結果を示す。最適抑圧フィルタＨｉを用いることで、通常のバーカーコード使用時より、サイドローブは約３００ｄＢ抑圧されていることがわかる。
【００３３】
このように実施の形態１に係るパルスレーダ装置では、数７で算出される最適抑圧フィルタＨｉを予め用意し、この最適抑圧フィルタＨｉを用いてデジタル位相変調ビデオ信号Ｂiを復調するようにした。これにより、通常のバーカーコードを用いてデジタル位相変調ビデオ信号Ｂiを復調する場合と比較して、サイドローブレベルを低減することができる。
【００３４】
実施の形態２
実施の形態１では、目標数が１の場合について説明したが、実施の形態２では、目標数が２の場合について評価する。
【００３５】
目標１と目標２の距離差を２レンジビンとして、２目標のレベル差が４０ｄＢの場合において、図６（ａ）に最適抑圧フィルタを使用したときのパルス圧縮結果を示す。また、図６（ｂ）に１３ＢＩＴバーカーコードを使用したときのパルス圧縮結果を示す。
【００３６】
図６（ａ）のように、通常の１３ＢＩＴバーカーコードを使用した場合は、レベルの大きい目標のサイドローブにレベルの小さい目標が埋まっているが、図６（ｂ）のように最適抑圧フィルタを使用した場合はに、レベル差によらず目標の識別が可能であることがわかる。
【００３７】
このように、このように実施の形態１に係るパルスレーダ装置では、数８で算出される最適抑圧フィルタＨｉを予め用意し、この最適抑圧フィルタＨｉを用いてデジタル位相変調ビデオ信号Ｂiを復調することで、目標が２個の場合で、２個の目標のレベル差が４０ｄＢ程度であっても、レベルの小さい目標がレベルの大きな目標のサイドローブに埋もれることなく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るパルスレーダ装置のブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るパルス圧縮処理を表すブロック図である。
【図３】（ａ）この発明の実施の形態１に係る抑圧フィルタ係数Ｈｉの算出方法の説明図である。（ｂ）この発明の実施の形態１に係る抑圧フィルタ係数Ｈｉを算出するブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るパルス圧縮処理のフロー図である。
【図５】バーカーコードに対応する最適抑圧フィルタと通常の１３ＢＩＴバーカーコードを使用したパルス圧縮結果である。
【図６】目標が２個存在する時の（ａ）バーカーコードに対応する最適抑圧フィルタＨｉを使用したパルス圧縮結果と、（ｂ）通常の１３ＢＩＴバーカーコードを使用したパルス圧縮結果の一例を示した図である。
【図７】従来方法によるパルス圧縮処理結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ タイミング発生部、２ 発振部、３ 位相変調部、４ 送信部、５ 受信部、６ 送受信切替部、７ アンテナ部、８ Ａ／Ｄ変換部、９ パルス圧縮処理部、１０ 目標検出部、１００ パルスレーダ装置、１０１ 送信パルス変調信号、１０２ 送信周波数設定信号、１０３ 位相変調信号、１０４ ローカル信号、１０５ 送信周波数信号、１０６ 位相変調送信信号、１０７ 送信信号、１０８ 受信信号、１０９ アナログ位相変調ビデオ信号、１１０ デジタル位相変調ビデオ信号、１１１ レンジプロファイル。
【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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