(57)【要約】【課題】レーダシステムにおける干渉及びノイズの効果を低減するシステム及び方法の提供。【解決手段】レーダ信号送信方法は、各パルスがパルス間時間分離しており且つ異なる符号の第１コードに従って変調される一連のパルス３１０，３１１を送信する工程からなる。互いに近傍に位置する複数のレーダ送信器を作動する方法は、複数のレーダ送信器の各々に、複数のレーダ送信器のうち他のレーダ送信器に付与された第１コードと異なる第１コードを付与する工程と、送信器に付与された各々の第１コードに従ってパルス間変調された各送信器から一連のパルスを送信する工程とからなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各パルスがパルス間時間分離しており且つ異なる符号の第１コードに従って変調される一連のパルスを送信する工程からなることを特徴とする、レーダ信号送信方法。
【請求項２】
前記変調が二相位相変調であることを特徴とする請求項１記載のレーダ信号送信方法。
【請求項３】
前記一連のパルスがバッチを構成することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号送信方法。
【請求項４】
前記第１コードの長さが前記バッチ内のパルスの数に等しいことを特徴とする請求項３記載のレーダ信号送信方法。
【請求項５】
パルス及び前記第１コードの符号の間に１対１対応があることを特徴とする請求項１記載のレーダ信号送信方法。
【請求項６】
前記一連のパルス間の複数パルス間時間中に電磁エネルギーを受信する工程と、
前記第１コードに従って前記受信された電磁エネルギーを逆相関する工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号送信方法。
【請求項７】
複数のパルスコード符号を具備し且つ各パルスの一部が前記パルスコード符号に従って変調されるパルスコードで各パルスを変調することにより、一連の各パルスをコード化する工程をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号送信方法。
【請求項８】
パルスコードで各パルスを変調する前記工程が、前記第１コードに従って書くパルスを変調するために使用される変調と同じタイプを使用して実行されることを特徴とする請求項７記載のレーダ信号送信方法。
【請求項９】
互いに近傍に位置する複数のレーダ送信器を作動する方法であって、
複数のレーダ送信器の各々に、前記複数のレーダ送信器のうち他のレーダ送信器に付与された第１コードと異なる第１コードを付与する工程と、
送信器に付与された各々の前記第１コードに従ってパルス間変調された前記各送信器から一連のパルスを送信する工程と
を特徴とする複数レーダ送信器の作動方法。
【請求項１０】
前記パルス間変調が二相位相変調であることを特徴とする請求項９記載の複数レーダ送信器の作動方法。
【請求項１１】
前記一連のパルスの各々がバッチを構成することを特徴とする請求項９記載の複数レーダ送信器の作動方法。
【請求項１２】
前記第１コードの長さが前記バッチ内のパルスの数に等しいことを特徴とする請求項１１記載の複数レーダ送信器の作動方法。
【請求項１３】
各パルス及び前記第１コードの単一符号の間に１対１対応があることを特徴とする請求項９記載の複数レーダ送信器の作動方法。
【請求項１４】
前記送信器の各々において前記一連のパルス間の複数パルス間時間中に電磁エネルギーを受信する工程と、
前記送信器の各々においてそれぞれの前記第１コードに従って前記受信された電磁エネルギーを逆相関する工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項９記載の複数レーダ送信器の作動方法。
【請求項１５】
イントラパルス変調スキームで前記一連のパルスの各々をコード化する工程をさらに具備することを特徴とする請求項９記載の複数レーダ送信器の作動方法。
【請求項１６】
前記イントラパルス変調及び前記パルス間変調は、同一のタイプの変調を使用して実行されることを特徴とする請求項１５記載の複数レーダ送信器の作動方法。
【請求項１７】
アンテナに結合可能であって、第１コードに従ってパルス間変調された一連のパルスを送信するよう構成された送信器と、
アンテナに結合可能であって、前記アンテナからの前記一連のパルスからエコーを受信し、前記第１コードに従って前記エコーを逆相関するよう構成された受信器と
を具備することを特徴とするレーダ。
【請求項１８】
前記受信器は、前記一連のパルスから受信された前記エコーをバッチ処理するよう構成されたことを特徴とする請求項１７記載のレーダ。
【請求項１９】
前記第１コードの長さは、前記受信器によりバッチ処理されたパルスの数に等しいことを特徴とする請求項１８記載のレーダ。
【請求項２０】
前記第１コードの長さは、前記受信器によりバッチ処理されたパルスの数より大きいことを特徴とする請求項１７記載のレーダ。
【請求項２１】
前記送信器はさらに、パルスコードに従って各パルスをイントラパルス変調するよう構成されていることを特徴とする請求項１７記載のレーダ。
【請求項２２】
前記イントラパルス変調は、前記パルス間変調と同じタイプの変調を使用して実行されることを特徴とする請求項２１記載のレーダ。
【請求項２３】
発振器と、
該発振器に接続され、時間で分離された一連のパルスを出力部に提供するよう構成されたパルス形成器と、
該パルス形成器の前記出力部に接続され、第１コードに従って前記一連のパルスをイントラパルス変調するよう構成された変調器と
を具備することを特徴とするレーダ送信器。
【請求項２４】
前記変調器は、パルスコードに従って前記一連のパルスの各々をイントラパルス変調するよう構成されていることを特徴とする請求項２３記載のレーダ送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダの分野に関し、より詳細にはレーダシステムに対するエラー検知／訂正技法及び符号化技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
RAdio Detection And Rangingの頭文字であるレーダは、（通常、無線周波数又はマイクロ波周波数における）電磁エネルギーの送信により所定距離の物体を検知するのに使用される技法である。レーダシステムは、例えば嵐を検知するために（例えばＮＥＸＲＡＤシステム等の）気象を含む広範囲の目的に使用される。レーダは複数の航空機及び船舶で使用され、軍事用及び民生用の双方のために表面上及び空中の物体を検知及び追跡するために使用される。このようなシステムの例には、水上艦艇及びミサイル等の小さな低空飛行物体を検知するのに使用される、ノースロップ・グルマン・ノーデン・システム社（Northrop Grumman Norden Systems, Inc.）から販売されているAN/SPQ-9(b)海軍レーダシステムや、他の船舶の検知や航法目的に使用される、レイセオン社（Raytheon Corp.）から販売されているパスファインダ（Pathfinder）商業用船上レーダシステムがある。レーダは自動車の衝突防止にも使用されている。また、天体及び地球の双方の画像化にレーダを使用することも公知である。例えば、共同監視標的攻撃レーダシステム（ＪＳＴＡＲＳ）は、改造された７０７機体の下側に実装された合成開口レーダ（ＳＡＲ）を使用し、戦車等の軍事車両の存在を明かすことができる地上画像を形成する。
【０００３】
レーダシステムは連続波タイプ又はパルス波タイプのいずれかである。両タイプのシステムにおいて、送信アンテナにより物体に向かって送信されるエネルギーの一部は、受信アンテナに向かって反射されて物体に関する情報を提供する。連続波レーダシステムでは（典型的には無線周波数又はマイクロ波周波数における）電磁エネルギーが連続的に送信されるが、パルスレーダシステムではデンジエネルギーが、パルス繰返し周波数すなわちｐｒｆと称される周波数で短いバーストすなわちパルスで送信される。ｐｒｆは、標的検知が望まれている最大予想範囲に基づいて選択されることが多い。この範囲は、明確（unambiguous）範囲と称される。このようなパルスシステムにおいて、パルスは、パルス間の周期と比較して典型的には短い周期すなわちパルス幅（ｐｒｆの逆数）を有する。パルスが送信された後、受信器は、物体で反射された送信パルスのエコーを「聴く」。エコーが受信されると、物体は検知されたことになる。
【０００４】
パルスシステムにおいて、（物体の範囲が明確範囲より小さいと仮定すると）送信パルス及びエコー受信間の時間を決定することにより、物体の範囲を決定することができる。送信アンテナ及び受信アンテナの一方又は両方（同一のアンテナが両機能に使用されることが多い）が指向性を有する場合、標的の姿勢（方向）に関する情報もエコーによって明らかにできる。
【０００５】
また、レーダは、レーダシステムに対する物体の相対速度の決定に使用することができる。例えば、ドップラレーダシステムにおいて、エコーの周波数シフト及び位相シフトの一方または両方は、物体及びシステム間の相対速度を明らかにすることができる。このようなパルスレーダシステムにおいて、いくつかのパルスから受信されたエコーは、「バッチ」すなわち結合される（例えば、付加され平均化される）ことが多い。このように結合された複数のパルスからのエコーは、バッチと称されることが多い。5〜10°のオーダのビーム幅及び1〜10秒のオーダの回転速度を有する回転方向アンテナが使用される監視レーダ用途において、2〜16パルスのバッチが典型的であり、一方、50〜250パルスのバッチは、自動車の衝突防止用に使用されるタイプのように、非回転アンテナを有する高解像度レーダシステムにより一般的である。バッチは、エコーのＳＮ比の増加と、必要な処理量の減少の双方に役立つ。
【特許文献１】特開平１１−２６４８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーダシステムは、他の通信システムのように、可能な限り最低のコスト及び最高速度で情報を伝送することが望ましい。また、レーダシステムは、他の通信システムのように、干渉及びノイズの結果生ずる性能劣化を受ける。このことは、システムの各レーダ送信器／受信器が、システムの他の送信器及び車両の一方又は双方から干渉を受けるばかりでなく、付近の複数の車両からも干渉を受ける可能性がある、自動車の衝突防止レーダシステム等のレーダシステムに特に顕著である。干渉及びノイズに直面するレーダシステムの性能の改良は、長いことレーダシステム技術者の目標であった。レーダが誕生して以来６０年以上の間に大きな進歩はあったが、改良は依然として望ましく且つ必要である。
【０００７】
従って、レーダシステムにおける干渉及びノイズの効果を低減するシステム及び方法に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、公知の符号化／エラー訂正技法をレーダシステムに適用して性能を改良し、上述のニーズに大きく合致するものである。特にパルスレーダシステムに適用可能な本発明の好適な実施形態において、（コード分割マルチプルアクセスすなわちＣＤＭＡとも称される）直接シーケンススペクトラム拡散技法が使用される。この実施形態において、パルスのバッチは符号（symbol）として取り扱われる。符号は擬似ノイズ（ＰＮ）コードにより変調され、擬似ノイズコードの各チップは、単一パルスに関連した周期に対応する（すなわち、チップ速度がｐｒｆに対応する）。変調技法は好適には二相位相変調（ＢＰＳＫ）であるが、多相符号化（例えばＱＰＳＫ）も使用可能である。符号内の各パルスから受信されたエコーは、ＰＮコードの関数として結合又は相関される。ビタビ復号を受信器に使用することができる。ＰＮコードは、例えばゴールドコード、ウォルシュコード、ターボコード等の他の通信システムに広く使用されている任意のタイプであってもよい。好適な一実施形態において、システムはまた、パルス符号化を使用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のより完全な理解及びその付随する特徴及び利点は、以下の説明を添付図面と関連して考えるとよりよく理解されよう。
【００１０】
以下、好適実施形態を参照して本発明を説明する。変調スキームのタイプ及びコード長さ等の特定の詳細は、本発明を完全に理解するために記載される。本明細書に記載された好適実施形態は、本発明を限定するものと理解すべきでない。さらに、理解を容易にするために、ある方法の工程は別の工程として描写される。しかし、これらの工程は、必ずしも明確なものとして、また性能が順序に依存すると解釈すべきでない。
【００１１】
図１は、周期TBを有するバッチ１００として処理された一連のパルス１１０を示す。図１のパルス１１０は、実際のパルスの符号を代表するものである。各パルス１１０は、レーダシステムが電磁エネルギーを伝送する時間間隔を表わす。パルス間隔と称されるパルス間の時間間隔において、レーダシステムは、物体により反射されたパルスのエコーを聞く。各パルス１１０は、時にパルス幅と称される時間TPを有する。パルス１１０の拡大された時間ベースの図は、切取り部分１２０に図示されている。切取り部分１２０から理解されるように、各パルスは変調されている。
【００１２】
図２（Ａ）は、図１のパルス１１０を符号で表わした図である。一方、図２（Ｂ）は、対応する波形を表わしたものである。さて、図２（Ａ）を参照すると、（パルス変調とも称される）パルス符号化が当業界で周知の方法でパルスに加えられたことを理解することができる。パルス幅TPは、チップと称される多数のサブパルスに分割され、各々は等しいサブパルス時間すなわちサブパルス幅TCを有する。各サブパルス時間TCは＋又は−符号に関連する。図２（Ｂ）を参照すると理解されるように、対応するサブパルスが＋符号に関連すると信号２２０の位相変調は起こらないが、−符号に関連するサブパルス時間TCに対しては１８０°の位相ずれが起こる。＋及び−のパターンは（この場合、７ビットバーカーコードである）コードと称され、このコードに従ったパルス変調処理はパルスコード化又はパルス変調と称される。あるコードを有する単一パルス変調を、本明細書ではイントラパルスコード化と称することにする。７ビットバーカーコードは図２に示されるが、（例えば他の長さの）バーカーコード又は他のコードを使用することが可能である。（ＢＰＳＫすなわち二相位相変調とも称される）二相コード化／変調が図２に示される。しかし、例えばフランクコード化又は四相位相変調（ＱＰＳＫ）等の多相（３位相以上）コード化も使用可能である。１９９０年発行のM. Skolnik著「レーダハンドブック第２版」の10.15〜10.26に十分に記載されているように、位相コード化は、非圧縮パルスと比較すると付加的な電力伝送及び範囲解像の一方又は双方を可能にするパルス圧縮の一形態である。
【００１３】
図１に戻って参照すると、バッチ時間TBの間に全く同一のパルス１１０が多数回送信されることを見ることができる。上述したように、バッチ内で多数のパルスは変化できるが、自動車で使用する衝突防止においてはバッチ当たり２００パルスのオーダであるのが典型的である。図１のバッチ１００のパルスは、情報の単位、すなわち符号として考えることができる。スペクトラム拡散技法を使用すると、この情報ユニット／符号をコード化することにより通信（レーダ）システムの性能を改良することが可能である。特に、符号／バッチは、ＣＤＭＡ用途で広く使用されている擬似ノイズ（ＰＮ）コードを含みこの目的に公知の任意のコードを使用して符号を変調することにより実施できる直接シーケンススペクトラム拡散技法を使用してコード化可能である。
【００１４】
符号として（バッチ内の一連のパルス等）一連のパルスを取り扱うこと、及びコードに従ってバッチ内の各パルスを変調することは、本明細書では（単一パルスのコード化と称するイントラパルス変調と区別されるものとして）パルス間変調と称することにする。これらのコードは好適には直交する。すなわち、これらのコードは、低い相互相関（他のコードとの相関）を有する高い自己相関（自身との相関）を有する。このことは、符号を変調するのに使用される同一コード以外の任意のコードを使用して逆相関（decorrelation）が実行されると、出力はほぼ零である。ゴールドコード、ウォルシュコード及びターボコード等のコードを使用することが可能である。コード長が符号長さと等しい短コードスキームは、バッチ内の多数のパルスが十分な数の特異コード用に設けられる際に使用することができる。また、コード長が符号長さを超える長コードスキームも、バッチ内の多数のパルスが小さい場合、特に使用することができる。任意の変調タイプを使用することができるが、レーダシステム、とりわけＢＰＳＫイントラパルス変調を使用する特に好適な実施形態において、システムをすでに表わす二相変調器の利点を有するので、ＢＰＳＫ変調が好適である。
【００１５】
本発明の一実施形態に従ったバッチ／符号３００用のイントラパルス変調及びパルス間変調の双方を使用する典型的変調スキームは、図３に図示されている。バッチ３００は複数のパルス３１０，３１１を具備する。いくつかのパルス３１０は、図１のパルス１１０と同様にイントラパルス変調される。すなわち、パルスはサブパルス（すなわちチップ）に分割され、各チップは、未変更のままか、或いは７ビットバーカーコードに従って１８０°位相がシフトされる。他のパルス３１１は、位相が１８０°シフトされた、パルス３１０の位相シフトされたものである。このため、バッチ３００のパルスはパルス間変調されている。パルス３１０，３１１がシフトされた又はシフトされていないパターンは、システムに関連したコードにより指示される。受信エコーは、同一コードを使用して逆相関（非拡散）される。
【００１６】
実際には、典型的なＣＤＭＡシステムにおいて各携帯電話に異なるＰＮコードが付与されるのと同じ方法で、各レーダ送信器に異なるＰＮコードが付与される。各レーダ送信器は、単一の車両に配置されてもよく、また複数の車両に配置されてもよい。このように、本発明は、自動車衝突防止レーダシステムに使用される場合、他の車両からの干渉と同様に、同一自動車のレーダ送信器間の干渉を低減するのに使用することができる。短コードスキームが使用されると、可能な異なる多数のコードが、この場合バッチ内の多数のパルスである、符号の「チップ」に依存する。バッチが２００パルスのシステムにおいて、個別の送信器に対して付与するために多数の直交コードが使用可能である。
【００１７】
本発明の一実施形態に従ったシステム４００の一実施形態のブロック図が、上述の図１と同様の図４に示される。図４において、マイクロ波発生源１０は、ＦＭ変調モジュール１１により安定化される。マイクロ波発生源の出力はバッファ増幅器１２により増幅され緩衝される（周波数の引き寄せが防止される）。バッファ増幅器１２の出力は、スイッチドライバ１５により制御されて所望のパルス幅でパルスを形成するパルス形成器４１４に入力される。パルス形成器４１４からのパルスは、イントラパルス変調及びパルス間二相変調を実行する二相変調器１６に入力される。二相変調器１６はＸＯＲゲート４０１の出力により制御される。ＸＯＲゲート４０１への一方の入力は、イントラパルス変調（パルス圧縮）目的のためにバーカーコードに対応する波形を供給することが任務であるパルス変調ドライバ１７に接続される。このため、パルス変調ドライバ１７による波形出力は図２（Ａ）の波形に対応する。ＸＯＲゲート４０１への他方の入力は、ＰＮコードメモリ４０３に記憶されたＰＮコードを使用してバッチ時間にわたりＰＮコードに従って変化する波形を出力してパルス間変調機能を果たすバッチ変調器ドライバ４０２に接続される。このため、ＸＯＲゲート４０１は、二相変調器１６を制御するために、パルス変調器ドライバ１７及びバッチ変調器ドライバ４０２により生成される波形を結合し、図３に符号で表わされるパルス間変調及びイントラパルス変調された出力を生成する。次に、二相変調器の出力は、送信サイクル中に二相変調器１６の出力がアンテナ３０を介した送信用に増幅器２５，２６に接続されるようにスイッチドライバ２８に制御された送受信スイッチ１８に入力され、受信サイクル中に受信器のＩミキサ４４及びＱミキサ４５のローカル発振器の入力部に入力される。
【００１８】
特に好適な一実施形態において、破線４０９で囲まれた要素１５，１７，２８，４０１，４０２，４０３により実行される機能は、プログラマブルゲートアレー又はＡＳＩＣ等の単一ＩＣで実施される。しかし、破線４０９内の要素も個別部品を使用して実施することができる。
【００１９】
アンテナ３１を介して受信された信号は、増幅器４０，４１で増幅され、次に分割されてミキサ４４，４５に入力される。ミキサ４４，４５は、送信パルスのレプリカ及び９０°位相がシフトされた送信パルスのレプリカを有する（受信信号の方形部を形成する）入力信号をそれぞれ混成する。次に、ミキサ４４，４５の下位変換された出力は、イントラパルス変調に対応して逆相関機能を果たす積分器４７，４８に接続される。次に、積分器４７，４８はフィルタ４９，５０によりドップラフィルタリングされる。ドップラフィルタ４９，５０の出力はスイッチ５２，５４に接続される。スイッチ５２，５４は、サンプラ５１により制御され、当業界で周知の積分−ダンプ処理を実行する。スイッチング５２，５４の出力は第２段階の積分器５３，５５にそれぞれ接続される。
【００２０】
図４に示される実施形態において、受信される信号はベースバンドに直接的に下位変換される。別の実施形態において、中間周波数（ＩＦ）発振器を組み込んで、受信される信号を最初にＩＦに下位変換することも可能である。このようなスキームにおいて、二相変調は、図４に示される送信周波数の代わりのＩＦで実行可能である。また、図４に示された逆相関は、受信信号を逆相関するための方法である。ビタビ復号を含む別の形態の逆相関も使用可能である。
【００２１】
パルス間変調スキームを例示し、パルス間変調スキームを使用するレーダシステムの好適な実施形態を説明してきた。明らかに、上述の教示に鑑みて、本発明の種々の変形・変更が可能である。従って、添付の特許請求の範囲内で、本明細書に特に記載されたもの以外で本発明を実施することができることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の処理においてバッチを具備する複数のパルス及びパルス間時間を示す概略図である。
【図２】従来の処理による７要素バーカーコードに従った二相変調を示す単一パルスを時間支配で表わした図である。
【図３】本発明の一実施形態に従った擬似ノイズによる変調後の図１のバッチ内のパルスを示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に従った図２の変調スキームを使用したレーダシステムのハードウエアブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０    マイクロ波発生源（発振器）
１６    二相位相変調器
３０，３１  アンテナ
４１４  パルス形成器
【図１】
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【図２】
2004271529.tif 000004
【図３】
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【図４】
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