(57)【要約】【課題】目標が移動している場合であっても高い距離分解能を得ることができるレーダ装置を提供する。【解決手段】周波数がステップ状に異なるＭ（Ｍは正の整数）通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のサブパルスが連続して成るパルス信号を生成する信号生成器７と、信号生成器で生成されたパルス信号に基づく送信パルスを、全開口を用いて送信するアンテナ１と、アンテナで受信された信号を、該アンテナの全開口を形成するＭ個のサブアレイ毎に合成してＭ通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のビームを生成するサブアレイビーム合成回路３と、サブアレイビーム合成回路から出力されるＭ個のビームをステップ周波数合成するステップ周波数合成回路４を備える。【選択図】図１
2008096332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数がステップ状に異なるＭ（Ｍは正の整数）通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のサブパルスが連続して成るパルス信号を生成する信号生成器と、
前記信号生成器で生成されたパルス信号に基づく送信パルスを全開口又は一部の開口を用いて送信し、受信時には前記全開口をＭ個のサブアレイに分割してＭ個のサブアレイ毎に前記パルス信号を受信するアンテナと、
前記アンテナで受信された信号を、前記Ｍ個のサブアレイ毎に合成して前記Ｍ通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のビームを生成するサブアレイビーム合成回路と、
前記サブアレイビーム合成回路から出力されるＭ個のビームをステップ周波数合成するステップ周波数合成回路と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
周波数がステップ状に異なるＭ（Ｍは正の整数）通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のサブパルスが連続して成るパルス信号を生成する信号生成器と、
前記信号生成器で生成されたパルス信号に基づく送信パルスを、全開口又は一部の開口を用いて送信するアンテナと、
前記アンテナで受信された信号に基づいて該アンテナで同時に生成された前記Ｍ通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のビームをステップ周波数合成するステップ周波数合成回路と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標を検知するレーダ装置に関し、特に目標までの距離分解能を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置において、高い距離分解能を得るために、広帯域のチャープ信号を送受信し、受信信号を距離方向にパルス圧縮し、高分解能の信号を得る方式が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この方式の場合、チャープ信号の帯域幅を広げることは、瞬時帯域が広がることを意味し、送受信器やアンテナの構成が困難になる。したがって、チャープ信号の帯域幅を広げることによって距離分解能を向上させるには限界がある。
【０００３】
この対策として、狭帯域の信号の周波数を順次ステップ状に変化させて送受信し、受信信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）合成することにより、広帯域の信号を送受する場合と等価な状態を作り出し、これにより距離分解能を向上させるステップ周波数方式が知られている（例えば、非特許文献２および非特許文献３参照）。
【０００４】
図６は、このようなステップ周波数方式を採用した従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、アンテナ１ａ、周波数変換器２、ステップ周波数合成回路４、走査制御器５、励振器６、信号生成器７および送受信制御器８から構成されている。アンテナ１ｂは、給電回路１３を含んでいる。
【０００５】
上記のように構成されるレーダ装置において、送信時は、信号生成器７は、送受信制御器８からの制御にしたがって狭帯域のパルス信号を生成し、励振器６に送る。励振器６は、送受信制御器８からの制御にしたがって、信号生成器７から送られてきたパルス信号を増幅し、アンテナ１ａの給電回路１３に送る。給電回路１３は、励振器６から送られてきた増幅されたパルス信号を、アンテナ１ｂを構成する送受信モジュール（図示は省略する）に分配する。
【０００６】
一方、走査制御器５は、上記動作と並行して、送受信制御器８からの制御にしたがって、ビーム指向方向に対応する移相量を算出し、送受信モジュールに設定する。送受信モジュールは、給電回路１３から送られてくるパルス信号の位相を、走査制御器５から設定された移相量に応じて変化させ、アンテナ素子（図示は省略する）に送る。これにより、アンテナ１ｂから送信パルスが空中に放射される。
【０００７】
以上の動作は、ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval；パルス繰返し周期）毎に、送信パルスの周波数を所定周波数Δｆずつ変化させながら繰り返される。これにより、図７（ｂ）に示すような所定周波数Δｆずつ変化する周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・・ｆＭを有するＭ個の送信パルスが、図７（ａ）に示すように、ＰＲＩ毎に順次に送信される。
【０００８】
受信時は、送信パルスに対する反射波をアンテナ１ｂのアンテナ素子で受信することにより得られた信号は、送受信モジュールにおいて、送受信制御器８からの制御にしたがって動作する走査制御器５から設定された移相量に応じて位相が制御され、給電回路１３に送られる。給電回路１３は、各送受信モジュールからの信号を合成し、周波数変換器２に送る。周波数変換器２は、アンテナ１ａから送られてくる信号を周波数変換し、ステップ周波数合成回路４に送る。ステップ周波数合成回路４は、周波数変換器２から送られてくる信号をＦＦＴ合成する。これにより、図７（ｄ）に示すようなパルス圧縮された信号が生成され、処理後データとして出力される。
【非特許文献１】電子情報通信学会、“改訂レーダ技術”、pp.275-278(1996)
【非特許文献２】Donald R.Wehner,“High-Resolution Radar Second Edition”,Artech House(1995),pp.200-209
【非特許文献３】Jae Sok Son,“Range-Doppler Radar Imaging and Motion Compensation”,Artec House(2001), pp13-15
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したステップ周波数方式を採用した従来のレーダ装置では、異なる周波数の送信パルスがＰＲＩ毎に時系列に送受信される。しかしながら、目標が移動している場合は、ＰＲＩ毎に認識される目標の位置がずれる。このため、図７（ｃ）に示すように、目標の位置を補正する速度補正が行われるが、この補正時の誤差により、レンジ方向のずれが生じたり、レンジ分解能に制約が生じたりするという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、目標が移動している場合であっても高い距離分解能を得ることができるレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、周波数がステップ状に異なるＭ（Ｍは正の整数）通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のサブパルスが連続して成るパルス信号を生成する信号生成器と、前記信号生成器で生成されたパルス信号に基づく送信パルスを全開口又は一部の開口を用いて送信し、受信時には前記全開口をＭ個のサブアレイに分割してＭ個のサブアレイ毎に前記パルス信号を受信するアンテナと、前記アンテナで受信された信号を、前記Ｍ個のサブアレイ毎に合成して前記Ｍ通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のビームを生成するサブアレイビーム合成回路と、前記サブアレイビーム合成回路から出力されるＭ個のビームをステップ周波数合成するステップ周波数合成回路とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、周波数がステップ状に異なるＭ（Ｍは正の整数）通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のサブパルスが連続して成るパルス信号を生成する信号生成器と、前記信号生成器で生成されたパルス信号に基づく送信パルスを、全開口又は一部の開口を用いて送信するアンテナと、前記アンテナで受信された信号に基づいて該アンテナで同時に生成された前記Ｍ通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のビームをステップ周波数合成するステップ周波数合成回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、送信時は、アンテナの全開口を用いて送信パルスを送信するため利得と送信出力は低下せず、受信時は、アンテナの全開口をＭ個のサブアレイに分割して、各サブアレイにおいてＭ個のステップ周波数を有する信号を同時に受信するので、目標の移動の影響を受けずに、ステップ周波数合成により距離方向の圧縮（レンジ圧縮）ができ、高い距離分解能を得ることができる。この際、各サブアレイは、狭帯域の信号を受信すればよいので、受信帯域が狭くて済む。
【００１４】
また、請求項２記載の発明によれば、送信時は、アンテナの全開口を用いて送信パルスを送信するため利得と送信出力は低下せず、受信時は、複数のビームを用いて、Ｍ個のビームで同時にＭ通りのステップ周波数を有する信号を同時に受信するので、目標の移動の影響を受けずに、ステップ周波数合成により距離方向の圧縮（レンジ圧縮）ができ、高い距離分解能を得ることができる。この際、各ビームには、狭帯域の信号を受信すればよいので、受信帯域が狭くて済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、以下では、背景技術の欄で説明した従来のレーダ装置の構成要素と同一部分には、背景技術の欄で使用した符号と同一の符号を付して説明する。
【００１７】
このレーダ装置は、アンテナ１、周波数変換器２、サブアレイビーム合成回路３、ステップ周波数合成回路４、走査制御器５、励振器６、信号生成器７および送受信制御器８から構成されている。アンテナ１は、給電回路１３を含んでいる。
【００１８】
アンテナ１は、その開口面を形成するように配列されたｎ個（ｎは正の整数）の送受信モジュール１１を備えている。アンテナ１は、信号生成器７で生成されたパルス信号に基づく送信パルスを全開口を用いて送信し、受信時には前記全開口をｎ個のサブアレイに分割してｎ個のサブアレイ毎に前記パルス信号を受信する。
【００１９】
各送受信モジュール１１には、アンテナ素子１２が接続されている。図２は、送受信モジュール１１の構成を示す図である。送受信モジュール１１は、サーキュレータ１１１、送信側増幅器１１２ａ、受信側増幅器１１２ｂ、送信側移相器１１３ａおよび受信側移相器１１３ｂから構成されている。サーキュレータ１１１は、送信側増幅器１１２ａから送られてくる高周波送信信号をアンテナ素子１２に送るか、アンテナ素子１２から送られてくる高周波受信信号を受信側増幅器１１２ｂに送るかを切り替える。
【００２０】
送信側増幅器１１２ａは、送信側移相器１１３ａから送られてくる高周波送信信号を増幅し、サーキュレータ１１１に送る。送信側移相器１１３ａは、給電回路１３から送信信号として送られてくる高周波信号の位相を、走査制御器５から設定された移相量に応じて調整し、高周波送信信号として送信側増幅器１１２ａに送る。
【００２１】
受信側増幅器１１２ｂは、サーキュレータ１１１から送られてくる高周波受信信号を増幅し、受信側移相器１１３ｂに送る。受信側移相器１１３ｂは、受信側増幅器１１２ｂから送られてくる高周波受信信号の位相を、走査制御器５から設定された移相量に応じて調整し、受信信号として給電回路１３に送る。
【００２２】
給電回路１３は、励振器６から送られてくるパルス信号を電力分配してｎ個の送受信モジュール１１に送るとともに、ｎ個の送受信モジュール１１から送られてくる受信信号を、周波数変換器２に送る。
【００２３】
周波数変換器２は、送受信制御器８からの制御にしたがって、アンテナ１からアナログ信号として送られてくるｎ個の受信信号Ａ１〜Ａｎの周波数を変換し、さらにデジタル信号に変換してサブアレイビーム合成回路３に送る。
【００２４】
サブアレイビーム合成回路３は、周波数変換器２から送られてきた信号を、アンテナ１の全開口を形成するＭ（Ｍは正の整数）個のサブアレイ毎に合成してＭ個のサブアレイビームｂ１〜ｂＭを生成し、ステップ周波数合成回路４に送る。ステップ周波数合成回路４は、サブアレイビーム合成回路３から送られてきたサブアレイビームｂ１〜ｂＭをＦＦＴ合成し、処理後データとして出力する。
【００２５】
走査制御器５は、送受信制御器８からの制御にしたがって、ビーム指向方向に対応する移相量を算出し、送受信モジュール１１の送信側移相器１１３ａおよび受信側移相器１１３ｂに設定する。励振器６は、送受信制御器８からの制御にしたがって、信号生成器７から送られてくるパルス信号を増幅し、アンテナ１の給電回路１３に送る。
【００２６】
信号生成器７は、送受信制御器８からの制御にしたがって、図３（ａ）に示すような、周波数がステップ状に所定周波数Δｆずつ異なるＭ通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のサブパルスが連続して成るパルス信号を生成する。この信号生成器７で生成されたパルス信号は、上述したように、励振器６に送られる。
【００２７】
送受信制御器８は、このレーダ装置の全体を制御する。具体的には、送受信制御器８は、周波数変換器２、走査制御器５、励振器６および信号生成器７を制御することにより、ステップ周波数方式による動作を実現する。
【００２８】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を説明する。
【００２９】
まず、送信の動作を説明する。送信時は、信号生成器７は、送受信制御器８からの制御にしたがって、Ｍ通りのステップ周波数をそれぞれ有するＭ個のサブパルスが連続して成る高周波のパルス信号を生成し、励振器６に送る。励振器６は、送受信制御器８からの制御にしたがって、信号生成器７から送られてきたパルス信号を増幅し、アンテナ１の給電回路１３に送る。給電回路１３は、励振器６から送られてきた増幅されたパルス信号を、アンテナ１を構成する送受信モジュール１１に送信信号として分配する。
【００３０】
一方、走査制御器５は、上記動作と並行して、送受信制御器８からの制御にしたがって、ビーム指向方向に対応する移相量を算出し、送受信モジュール１１の送信側移相器１１３ａおよび受信側移相器１１３ｂに設定する。これにより、送信側移相器１１３ａは、給電回路１３から送られてくる送信信号の位相を、走査制御器５から設定された移相量に応じて調整し、高周波送信信号として送信側増幅器１１２ａに送る。
【００３１】
送信側増幅器１１２ａは、送信側移相器１１３ａから送られてくる高周波送信信号を増幅し、サーキュレータ１１１を経由してアンテナ素子１２に送る。これにより、アンテナ素子１２から、該アンテナ１の全開口を用いて送信パルスが送信される。この際、Ｍ通りのステップ周波数を有するサブパルスが同時に送信されるために、送信パルスは、図３（ａ）に示すように、Ｍ個のサブパルスに分割して送信されることになる。
【００３２】
次に、受信の動作を説明する。
【００３３】
受信時は、全開口をｎ個のサブアレイに分割してｎ個のサブアレイ毎にパルス信号を受信する。各サブアレイ毎に、送信パルスの反射波を受信したアンテナ素子１２から送られてくる高周波受信信号は、サーキュレータ１１１を経由して受信側増幅器１１２ｂに送られる。受信側増幅器１１２ｂは、サーキュレータ１１１から送られてくる高周波受信信号を増幅し、受信側移相器１１３ｂに送る。受信側移相器１１３ｂは、受信側増幅器１１２ｂから送られてくる高周波受信信号の位相を、走査制御器５から設定された移相量に応じて調整し、受信信号として給電回路１３に送る。
【００３４】
給電回路１３は、各送受信モジュール１１から送られてくる受信信号を、周波数変換器２に送る。周波数変換器２は、アンテナ１の給電回路１３から送られてきた受信信号Ａ１〜Ａｎを周波数変換し、サブアレイビーム合成回路３に送る。サブアレイビーム合成回路３は、周波数変換器２から送られてきた信号に基づきＭ個のサブアレイビームｂ１〜ｂＭを形成し、ステップ周波数合成回路４に送る。
【００３５】
ステップ周波数合成回路４は、サブアレイ毎に受信信号ｘｒ（ｒ、ｎ）を用いて、次式により、ステップ周波数による合成を実施する。これにより、図３（ｃ）に示すような、レンジセルｒ毎に、レンジ圧縮された結果が得られ、処理後データとして外部に出力される。
【数１】
2008096332.tif 000003
【００３６】
ここで、
Ｘstep（ｒ）：  レンジ圧縮された信号
ＦＴｍ      ：  周波数ｍに関するフーリエ変換（ｍ＝１〜Ｍ）
ｒ          ：  レンジセル番号
なお、式（１）は、簡単のため、窓関数を含まないフーリエ変換を行う場合を示しているが、窓関数を含んでフーリエ変換を行うように構成することもできる。
【００３７】
また、各ステップ周波数を有するパルス信号として、パルス変調されたチャープ信号を用い、これに対してパルス圧縮を実施するように構成することもできる。なお、パルス圧縮については、例えば非特許文献１または本願出願人が先に出願した特願２００５−２４７８５２号に説明されている。
【００３８】
また、送信は全開口を用いることで述べたが、制御の容易性等の理由により、一部の開口を用いる場合でも良いのは言うまでもない。
【実施例２】
【００３９】
本発明の実施例２に係るレーダ装置は、Ｍ個のサブアレイの代わりに、Ｍ通りの受信ビームを用いるようにしたものである。
【００４０】
図４は、実施例２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置のアンテナ１がアンテナ１ａに置き換えられるとともに、実施例１に係るレーダ装置からサブアレイビーム合成回路３が除去されて構成されている。アンテナ１ａは、その開口面を形成するように配列された複数の送受信モジュール２１を備えており、各送受信モジュール２１には、アンテナ素子１２が接続されている。
【００４１】
図５は、実施例２に係るレーダ装置で使用される送受信モジュール２１を示す図である。送受信モジュール２１は、サーキュレータ２１１、送信側増幅器２１２ａ、Ｍ個の受信側増幅器２１２ｂ１〜２１２ｂＭ、送信側移相器２１３ａおよびＭ個の受信側移相器２１３ｂ１〜２１３ｂＭから構成されている。サーキュレータ２１１は、送信側増幅器２１２ａから送られてくる高周波送信信号をアンテナ素子１２に送るか、アンテナ素子１２から送られてくる高周波受信信号を受信側増幅器２１２ｂ１〜２１２ｂＭに送るかを切り替える。
【００４２】
送信側増幅器２１２ａは、送信側移相器２１３ａから送られてくる高周波送信信号を増幅し、サーキュレータ２１１に送る。送信側移相器２１３ａは、給電回路１３から送信信号として送られてくる高周波信号の位相を、走査制御器５から設定された移相量に応じて調整し、高周波送信信号として送信側増幅器２１２ａに送る。
【００４３】
受信側増幅器２１２ｂ１〜２１２ｂＭは、サーキュレータ２１１から送られてくる高周波受信信号を増幅し、受信側移相器２１３ｂ１〜２１３ｂＭにそれぞれ送る。受信側移相器２１３ｂ１〜２１３ｂＭは、受信側増幅器２１２ｂ１〜２１２ｂＭからそれぞれ送られてくる高周波受信信号の位相を、走査制御器５からＭ通りのステップ周波数にそれぞれ適合するように設定された移相量に応じて調整し、受信信号として給電回路１３に送る。
【００４４】
次に、上記のように構成される本発明の実施例２に係るレーダ装置の動作を説明する。
【００４５】
送信の動作は、上述した実施例１に係るレーダ装置の動作と同じである。受信時の動作は、以下の通りである。すなわち、送信パルスの反射波を受信したアンテナ素子１２から送られてくる高周波受信信号は、サーキュレータ２１１を経由して受信側増幅器２１２ｂ１〜２１２ｂＭに送られる。受信側増幅器１１２ｂ１〜２１２ｂＭは、サーキュレータ１１１から送られてくる高周波受信信号をそれぞれ増幅し、受信側移相器１１３ｂ１〜２１３ｂＭに送る。受信側移相器１１３ｂ１〜２１３ｂＭは、受信側増幅器１１２ｂ１〜２１２ｂＭからそれぞれ送られてくる高周波受信信号の位相を、走査制御器５から設定された移相量に応じて調整し、第１受信信号〜第Ｍ受信信号として給電回路１３に送る。
【００４６】
給電回路１３は、各送受信モジュール１１から送られてくる第１受信信号〜第Ｍ受信信号を合成し、ビームｂ１〜ｂＭとして周波数変換器２に送る。周波数変換器２は、アンテナ１の給電回路１３から送られてきたビームｂ１〜ｂｎを周波数変換し、ステップ周波数合成回路４に送る。ステップ周波数合成回路４は、実施例１で詳細に説明したように、周波数変換器２から送られてきたビームｂ１〜ｂＭをＦＦＴ合成し、処理後データとして出力する。
【００４７】
実施例２に係るレーダ装置によれば、上述した実施例１に係るレーダ装置と同様の効果が得られるとともに、アンテナ１ａの全開口で受信された信号に基づき受信信号が作成されるので、受信信号のＳＮ比を高くすることができる。
【００４８】
また、送信は全開口を用いることで述べたが、制御の容易性等の理由により、一部の開口を用いる場合でも良いのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、クラッタ抑圧や目標分離等のために高い距離分解能を必要とするレーダ装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係るレーダ装置で使用される送受信モジュールの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われるステップ周波数合成処理を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例２に係るレーダ装置で使用される送受信モジュールの構成を示す図である。
【図６】従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来のレーダ装置において行われるステップ周波数合成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５１】
１、１ａ、１ｂ    アンテナ
２    周波数変換器
３    サブアレイビーム合成回路
４    ステップ周波数合成回路
５    走査制御器
６    励振器
７    信号生成器
８    送受信制御器
１１、２１  送受信モジュール
１１１、２１１  サーキュレータ
１１２ａ、２１２ａ  送信側増幅器
１１２ｂ、２１２ｂ１〜２１２ｂＭ  受信側増幅器
１１３ａ、２１３ａ  送信側移相器
１１３ｂ、２１３ｂ１〜２１３ｂＭ  受信側移相器
１２  アンテナ素子
【図１】
2008096332.tif 000004
【図２】
2008096332.tif 000005
【図３】
2008096332.tif 000006
【図４】
2008096332.tif 000007
【図５】
2008096332.tif 000008
【図６】
2008096332.tif 000009
【図７】
2008096332.tif 000010