(57)【要約】【課題】理想的な特性を有するマイクロ波の線形ＦＭパルスを発生可能なパルス発生回路およびそれを使用するマイクロ波映像レーダを提供する。【解決手段】パルス発生回路１０は、順次周波数が変化するバースト状の線形ＦＭパルス信号を発生する回路である。このパルス発生回路１０は、Ｎビットの波形データおよび補正データを記憶するマスタＲＯＭ１１および補正ＲＯＭ２１、これらＲＯＭ１１、２１から読み出されたデータが書き込まれるＮ個のＲＡＭ１２Ａ〜１２Ｎ、これらＲＡＭ１２Ａ〜１２Ｎの出力を並列‐直列変換する並列‐直列変換器１３Ａ〜１３Ｎ、Ｄ／Ａ変換器１４、電流‐電圧変換器１５、低域フィルタ１６、周波数カウンタ１７、タイムシンセサイザ１８、周波数データ積分器１９および位相補正量判別器２０により構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準トリガ信号に同期して線形周波数変調（ＦＭ）されたバースト状パルスを発生するパルス発生回路において、
Ｎビットの波形データを記憶するマスタＲＯＭと、該マスタＲＯＭから読み出された波形データを書き込むＮ個のＲＡＭと、該ＲＡＭから読み出されたデータを並列−直列変換する並列−直列変換器と、該並列−直列変換器の出力をアナログ変換するＤ／Ａ変換器と、該Ｄ／Ａ変換器の電流出力を電圧値に変換する電流−電圧変換器と、該電流−電圧変換器の出力の量子化ノイズを除去して意図するパルスを出力するフィルタを備えることを特徴とするパルス発生回路。
【請求項２】
前記バースト状パルス内の各時刻における周波数の理想特性からの誤差を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のパルス発生回路。
【請求項３】
前記補正手段は、前記フィルタからの出力信号が入力される周波数カウンタ、該周波数カウンタで測定された周波数データを積分する周波数データ積分器、該周波数データ積分器の出力に基づき補正量を判別する位相補正量判別器および該位相補正量判別器の結果を受けて位相補正データを記憶する補正ＲＯＭにより構成されることを特徴とする請求項２に記載のパルス発生回路。
【請求項４】
前記周波数カウンタは、前記バースト状パルスの予め設定された順次異なる時刻における周波数を測定することを請求項２又は３に記載のパルス発生回路
【請求項５】
前記Ｎ個のＲＡＭは、それぞれ前記Ｎビット波形データのＭＳＢからＬＳＢが順次書き込まれることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のパルス発生回路。
【請求項６】
予め決められた一定周期の基準信号に同期して周波数が線形周波数変調（ＦＭ）されたバースト状パルスを発生するパルス発生回路において、
それぞれ波形データおよび補正データを記憶するマスタＲＯＭおよび補正ＲＯＭと、前記マスタＲＯＭから読み出された波形データを書き込む複数のＲＡＭと、それぞれ該複数のＲＡＭの出力を並列−直列変換する複数の並列−直列変換器と、該並列−直列変換器の出力に対応するアナログ電流に変換するＤ／Ａ変換器と、該Ｄ／Ａ変換器の電流を電圧値に変換する電流−電圧変換器と、該電流−電圧変換器の出力から量子化のノイズを除去して意図するパルスを出力するフィルタと、該フィルタの出力をパルスの周波数を測定する周波数カウンタと、該周波数カウンタの測定値を積分する周波数データ積分器と、該周波数データ積分器の出力を受けて位相補正量を判別して前記補正ＲＯＭに入力する位相補正量判別器を備えることを特徴とするパルス発生回路。
【請求項７】
前記周波数カウンタに周波数測定タイミング信号を入力するタイムシンセサイザを備えることを特徴とする請求項６に記載のパルス発生回路。
【請求項８】
前記タイムシンセサイザは、基準トリガ信号に同期して発生する順次の前記線形ＦＭパルス信号の異なる時刻に前記タイミング信号を発生することを特徴とする請求項６又は７に記載のパルス発生回路。
【請求項９】
請求項１乃至８に記載のパルス発生回路で発生された線形ＦＭパルス信号をアンテナから送信し、反射されたマイクロ波をアンテナで受信して映像を表示することを特徴とするマイクロ波映像レーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波映像レーダに関し、特に航空機に搭載し地表面の３次元映像を得る航空機搭載マイクロ波映像レーダおよびそれに使用するバースト状の線形ＦＭパルスを発生するパルス発生回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
地形又は地図情報の取得のみならず、植生分布、森林破壊、砂漠化の進行、海洋波浪、氷河の消長等の地球観測のために、地表面データ（情報）を正確且つ容易に取得する必要がある。そのための１つの手法は、航空機に搭載される３次元マイクロ波映像レーダの使用である。
【０００３】
航空機搭載マイクロ波映像レーダを使用すると、昼夜に拘わらず且つ天候に殆んど左右されることなく、地表面の高分解能マイクロ波映像を取得可能である。斯かるマイクロ波映像レーダは、一般に主従２個のアンテナを使用する。このマイクロ波映像レーダは、インターフェロメトリにより地表面の高さを高精度で測定するトポログラフィック機能、平行および交差の全ての偏波の組合せで同時観測するポラリメータ機能、およびアンテナビーム方向可変機能を有している。類似技術として、水面上の船舶又は水中曳航からだから推定に向けて超音波を発射し、そのエコーを受信した映像から推定の地層構造を調査する地層探査装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−２６４８０号公報（第３頁、第３図）
【０００４】
斯かるマイクロ波や超音波を使用するレーダ、特にマイクロ波映像レーダは、送信パルス信号をベースバンド波で発生する。その際に、波形データを予めメモリ（記憶装置）に格納しておき、送信周期毎に読み出す。そして、デジタル・アナログ変換（Ｄ／Ａ変換）して送信出力する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
送信パルス信号をメモリから周期的に読み出して、Ｄ／Ａ変換後に線形ＦＭ変調（周波数変調）して出力する際に、Ｄ／Ａ変換器に入力するデジタルデータの全ビットを同一のメモリから読み出すと、線形ＦＭパルス信号の帯域が５０ＭＨｚ以上の場合には、Ｄ／Ａ変換のサンプリング速度にメモリのアクセス時間が対応できなくなるという課題を有する。また、Ｄ／Ａ変換器および演算増幅器のみにより線形ＦＭパルス信号を発生すると、線形ＦＭパルス信号の帯域が広くなり、Ｄ／Ａ変換器の周波数特性および演算増幅器のスルーレート劣化による振幅や位相への影響が無視できなくなるという課題を有する。更に、Ｄ／Ａ変換後による量子化誤差に起因するノイズ成分の低減を図るためにフィルタを挿入すると、低域フィルタの挿入による位相劣化が無視できなくなるという課題を有する。
【０００６】
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、上述した課題を解消又は軽減するパルス発生回路およびそれを使用するマイクロ波映像レーダ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】
前述の課題を解決するため、本発明によるパルス発生回路およびそれを使用するマイクロ波映像レーダは、次のような特徴的な構成を採用している。
【０００８】
（１）基準トリガ信号に同期して線形周波数変調（ＦＭ）されたバースト状パルスを発生するパルス発生回路において、
Ｎビットの波形データを記憶するマスタＲＯＭと、該マスタＲＯＭから読み出された波形データを書き込むＮ個のＲＡＭと、該ＲＡＭから読み出されたデータを並列−直列変換する並列−直列変換器と、該並列−直列変換器の出力をアナログ変換するＤ／Ａ変換器と、該Ｄ／Ａ変換器の電流出力を電圧値に変換する電流−電圧変換器と、該電流−電圧変換器の出力の量子化ノイズを除去して意図するパルスを出力するフィルタを備えるパルス発生回路。
【０００９】
（２）前記バースト状パルス内の各時刻における周波数の理想特性からの誤差を補正する補正手段を備える上記（１）に記載のパルス発生回路。
【００１０】
（３）前記補正手段は、前記フィルタからの出力信号が入力される周波数カウンタ、該周波数カウンタで測定された周波数データを積分する周波数データ積分器、該周波数データ積分器の出力に基づき補正量を判別する位相補正量判別器および該位相補正量判別器の結果を受けて位相補正データを記憶する補正ＲＯＭにより構成される上記（２）に記載のパルス発生回路。
【００１１】
（４）前記周波数カウンタは、前記バースト状パルスの予め設定された順次異なる時刻における周波数を測定する上記（２）又は（３）に記載のパルス発生回路
【００１２】
（５）前記Ｎ個のＲＡＭは、それぞれ前記Ｎビット波形データのＭＳＢからＬＳＢが順次書き込まれる上記（１）、（２）、（３）又は（４）に記載のパルス発生回路。
【００１３】
（６）予め決められた一定周期の基準信号に同期して周波数が線形周波数変調（ＦＭ）されたバースト状パルスを発生するパルス発生回路において、
それぞれ波形データおよび補正データを記憶するマスタＲＯＭおよび補正ＲＯＭと、前記マスタＲＯＭから読み出された波形データを書き込む複数のＲＡＭと、それぞれ該複数のＲＡＭの出力を並列‐直列変換する複数の並列−直列変換器と、該並列−直列変換器の出力に対応するアナログ電流に変換するＤ／Ａ変換器と、該Ｄ／Ａ変換器の電流を電圧値に変換する電流−電圧変換器と、該電流−電圧変換器の出力から量子化のイズを除去して意図するパルスを出力するフィルタと、該フィルタの出力をパルスの周波数を測定する周波数カウンタと、該周波数カウンタの測定値を積分する周波数データ積分器と、該周波数データ積分器の出力を受けて位相補正量を判別して前記補正ＲＯＭに入力する位相補正量判別器を備えるパルス発生回路。
【００１４】
（７）前記周波数カウンタに周波数測定タイミング信号を入力するタイムシンセサイザを備える上記（６）に記載のパルス発生回路。
【００１５】
（８）前記タイムシンセサイザは、基準トリガ信号に同期して発生する順次の前記線形ＦＭパルス信号の異なる時刻に前記タイミング信号を発生する上記（６）又は（７）に記載のパルス発生回路。
【００１６】
（９）上記１乃至８に記載のパルス発生回路で発生された線形ＦＭパルス信号をアンテナから送信し、反射されたマイクロ波をアンテナで受信して映像を表示するマイクロ波映像レーダ。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、データバス上に複数のＲＡＭを設けることにより高速サンプリング機能および量子化ビット数の選択を行うことが可能である。また、Ｄ／Ａ変換器、演算増幅器および低域フィルタが有する周波数特性による振幅や位相への影響を低減可能である。
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明によるパルス発生回路およびそれを使用するマイクロ波映像レーダの好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
先ず、図１は、本発明によるマイクロ波映像レーダに使用されるパルス発生回路の好適実施例の構成を示すブロック図である。このパルス発生回路１０は、マスタＲＯＭ（読出専用メモリ）１１、複数のＲＡＭ(ランダムアクセスメモリ)１２Ａ〜１２Ｎ、複数の並列−直列変換器（Ｐ→Ｓ変換シフトレジスタ）１３Ａ〜１３Ｎ、Ｄ／Ａ変換器１４、電流→電圧変換演算増幅器（電流‐電圧変換器）１５、低域フィルタ１６、周波数カウンタ１７、タイムシンセサイザ１８、周波数データ積分器１９、位相補正量判別器２０、補正ＲＯＭ２１およびリード／ライト（読み出し／書き込み）コントローラ２２により構成される。
【００２０】
マスタＲＯＭ１１および補正ＲＯＭ２１は、データバス２３を介してＲＡＭ１２Ａ〜１２Ｎに接続されている。ＲＡＭ１２Ａ〜１２Ｎは、それぞれ対応するＰ→Ｓ変換シフトレジスタ１３Ａ〜１３Ｎに接続されている。複数のＰ→Ｓ変換シフトレジスタ１３Ａ〜１３Ｎの出力は、Ｄ／Ａ変換器１４に接続されている。Ｄ／Ａ変換器１４の出力は、電流→電圧変換演算増幅器１５を介して低域フィルタ１６に接続されている。この低域フィルタ１６は、後続するデータ処理系へ出力すると共に周波数カウンタ１７に接続されている。この周波数カウンタ１７には、タイムシンセサイザ１８からタイミング信号が入力され、周波数データ積分器１９に接続されている。この周波数データ積分器１９は、位相補正量判別器２０を介して補正ＲＯＭ２１に接続されている。また、リード／ライトコントローラ２２は、マスタＲＯＭ１１、各ＲＡＭ１２Ａ〜１２Ｎおよび補正ＲＯＭ２１に制御信号を入力する。
【００２１】
次に、図１に示すパルス発生回路１０の動作を説明する。マスタＲＯＭ１１には、線形ＦＭパルス信号を発生させるために必要な波形データが記憶されている。そして、リード／ライトコントローラ２２からの制御信号に従って、マスタＲＯＭ１１に記憶されたデータが読み出され、データバス２３に出力される。データバス２３上のデータは、ＲＡＭ１２Ａ〜１２ＮにＲＡＭ１２Ａ、ＲＡＭ１２Ｂ、・・・、ＲＡＭ１２Ｎの順に順次書き込まれる。これら複数のＲＡＭ１２Ａ〜１２Ｎに書き込まれたデータは、リード／ライトコントローラ２２からの制御信号に従ってＮ個同時に読み出される。
【００２２】
ここで、線形ＦＭパルス信号をＤ／Ａ変換により発生するために必要な量子化ビット数をＮとすると、ＲＡＭ１２Ａには波形データのＭＳＢ(Most Significant Bit)のデータが、ＲＡＭ１２Ｂには波形データのＭＳＢから２番目のデータが、以下同様にしてＲＡＭ１２Ｎには波形データのＬＳＢ(Least
Significant Bit)が、Ｍサンプル分を１ワードとして書き込まれる。これらのＲＡＭ１２Ａ〜１２Ｎに書き込まれたデータは、リード／ライトコントローラ２２からの制御信号に従って送信周波数毎に読み出された後、対応するＰ→Ｓ変換シフトレジスタ１３Ａ〜１３Ｎに入力される。
【００２３】
これらＰ→Ｓ変換シフトレジスタ１３Ａ〜１３Ｎは、それぞれＭビットのパラレル（並列）入力をシリアル（直列）変換してＤ／Ａ変換器１４に出力する。Ｄ／Ａ変換器１４は、Ｎビットのデジタル入力データをアナログ信号（電流）に変換して電流→電圧変換演算増幅器１５に出力する。電流→電圧変換演算増幅器１５は、入力信号を電圧値に変換し、低域フィルタ１６に出力する。この低域フィルタ１６は、Ｄ／Ａ変換による量子化誤差に起因するノイズ成分を低減し、その出力をデータ処理系に出力すると共に周波数カウンタ１７へ送り出す。
【００２４】
周波数カウンタ１７は、タイムシンセサイザ１８からのタイミング信号に同期して低域フィルタ１６の出力信号である線形ＦＭパルス信号の周波数を測定する。図２は、測定タイミングを説明するタイミングチャートである。図２において、（Ａ）は基準トリガ信号、（Ｂ）は直線ＦＭパルス信号および（Ｃ）はタイムシンセサイザ１８からのタイミング信号である。
【００２５】
図２において、基準トリガ信号（図２（Ａ）参照）は、各送信周期の基準となる信号である。タイムシンセサイザ１８は、この基準トリガ信号に完全に同期しながら動作する。バースト状の線形（又は直線）ＦＭパルス信号（図２（Ｂ）参照）のパルス内の各時刻における周波数を測定するために、タイムシンセサイザ１８は、先ず、最初の測定を行う時刻ｔ１を知らせるタイミング信号（図２（Ｃ）参照）を周波数カウンタ１７に送り出す。周波数カウンタ１７は、このタイミング信号に基づいて測定を行い、その測定結果を周波数データ積分器１９に通知する。
【００２６】
タイムシンセサイザ１８は、次の送信周期に次のパルス内の２番目の周波数測定時刻となるｔ２を知らせるタイミング信号を、周波数カウンタ１７に送り出す。同様にして、更に次の測定周期では、次のパルスの３番目の測定時刻ｔ３を知らせるタイミング信号を周波数カウンタ１７に送り出す。以下同様に、タイムシンセサイザ１０は、パルス内の全ての周波数測定が完了するまでタイミング信号を送り続ける。周波数カウンタ１７は、その測定データを、周波数データ積分器１９に通知し続ける。
【００２７】
周波数データ積分器１９は、入力データを保管した後、積分処理する。そして、得られた位相データを位相補正量判別器２０に出力する。位相補正量判別器２０は、理想的なＦＭに基づく位相とパルス内の各周波数測定時刻における位相との差を計算する。この位相補正量判別器２０の計算結果は、補正ＲＯＭ２１に出力する。
【００２８】
次に、図３を参照して説明する。図３（Ａ）は、パルス内の時間−周波数特性（即ち、縦軸が周波数、横軸が時間）を示す。図３（Ａ）において、理想特性を直線で示し、実測値を×印で示す。一方、図３（Ｂ）は、パルス内の時間−位相特性（縦軸が位相、横軸が時間）を示す。曲線で理想特性を示し、小さな円で積分による位相値を示す。
【００２９】
補正量ＲＯＭ２１には、パルス内の各時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・における位相差を波形データの補正量に変換するテーブルが予め書き込まれている。そして、リード／ライトコントローラ２２からの制御信号に従って、読み出された補正データがＲＡＭ１２Ａ〜１２Ｎに加えられて位相補正が行われる。
【００３０】
上述した本発明によるパルス発生回路で発生されたパルス信号をマイクロ波映像レーダの主アンテナ（図示せず）から対象物（又は目標物）に向けて送信し、反射波を従アンテナ（図示せず）で受信し、必要な処理を行い、表示パネル等の表示装置（図示せず）に３時限表示することにより本発明によるマイクロ波映像レーダが実現される。
【００３１】
以上、本発明によるパルス発生回路およびそれを使用するマイクロ波映像レーダの好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるパルス発生回路の好適実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のパルス発生回路が発生する線形ＦＭパルス信号の周波数測定動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】本発明のパルス発生回路が発生するパルスの特性を示し、（Ａ）は時間‐周波数特性図および（Ｂ）は時間‐位相特性図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  パルス発生回路
１１  マスタＲＯＭ
１２Ａ〜１２Ｎ  ＲＡＭ
１３Ａ〜１３Ｎ  並列‐直列変換器
１４  Ｄ／Ａ変換器
１５  電流‐電圧変換器（電流−電圧変換演算増幅器）
１６  フィルタ（低域フィルタ）
１７  周波数カウンタ
１８  タイムシンセサイザ
１９  周波数データ積分器
２０  位相補正量判別器
２１  補正ＲＯＭ
２２  リード／ライトコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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