(57)【要約】【課題】  追尾目標数よりも数の少ない励振機しか備えていないレーダ装置により、時分割を用いずに目標追尾を実施する。【解決手段】  アンテナ４の開口面を分割するとともに、励振機１内において、中心周波数が等しい２つの送信信号を生成し、一方の送信信号にアップチャープ変調を施し、もう一方の送信信号にダウンチャープ変調を施し、送受切替器２に接続されたアンテナ４の第１の開口部により複数の目標に対して信号の送受信を行うようにし、アップチャープ変調を施した信号を送信したアンテナ４の第１の開口部からの受信機５で受信した信号はダウンチャープ変調を施した信号により復調を行い、ダウンチャープ変調を施した信号を送信したアンテナ４の第２の開口部からの受信機７で受信した信号はアップチャープ変調を施した信号により復調を行うようにした。【選択図】  図１
2007232584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送信する第１の開口部と第２の開口部を有するアンテナと、
中心周波数が等しく、かつ単位時間当たりの周波数偏移幅が等しいアップチャープ信号とダウンチャープ信号を生成し、上記アンテナの第１の開口部へアップチャープ変調された送信信号を送り、上記アンテナの第２の開口部へダウンチャープ変調された送信信号を送る励振機と、
上記アンテナの第１の開口部から受信した信号を、上記励振機で生成されたダウンチャープ信号により復調する第１の復調器と、
上記アンテナの第２の開口部から受信した信号を、上記励振機で生成されたアップチャープ信号により復調する第２の復調器と、
上記第１の復調器で復調された受信信号と上記第２の復調器で復調された受信信号を比較するコンパレータと、
を具備することを特徴としたレーダ装置。
【請求項２】
上記アンテナの第１の開口部から第１の目標へ、上記アンテナの第２の開口部から第２の目標へ送信信号を送信し、上記第１の復調器及び第２の復調器は、上記アンテナからの受信信号にＦＦＴ(Fast Fourier Transform)を施した信号と上記励振機からの信号にＦＦＴを施した信号を乗算したものにＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)を施すことにより、複数目標を検出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
電波を送信する第１の開口部と第２の開口部を有するアンテナと、
中心周波数が等しく、かつ単位時間当たりの周波数偏移幅が等しいアップチャープ信号とダウンチャープ信号を生成し、上記アンテナの第１の開口部へアップチャープ変調された送信信号を送り、上記アンテナの第２の開口部へダウンチャープ変調された送信信号を送る励振機と、
上記アンテナの第１の開口部から受信した信号を、上記アンテナの第２の開口部で受信したダウンチャープ変調された信号により復調する第１の復調器と、
上記アンテナの第２の開口部から受信した信号を、上記アンテナの第１の開口部から受信したダウンチャープ変調された信号により復調する第２の復調器と、
上記第１の復調器で復調された受信信号と上記第２の復調器で復調された受信信号を比較するコンパレータと、
を具備することを特徴としたレーダ装置。
【請求項４】
上記アンテナの第１の開口部と、上記アンテナの第２の開口部とから同一目標へ送信信号を送信し、上記第１の開口部から受信した信号にＦＦＴ(Fast Fourier Transform)を施した信号と、上記第２の開口部から受信した信号にＦＦＴを施した信号を乗算したものに逆ＦＦＴを施すことにより、単一目標の移動速度を測定することを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は多目標を追尾するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の目標全てについての位置情報を予め一括して取得するとともに、これら位置情報を取得した各目標について(a)位置情報に基づきレーダビームを照射してその振幅／位相情報を採取するステップ、(b)この採取された振幅／位相情報に基づき同目標を画像化するステップ、(c)識別情報に基づきこの得られる目標情報から目標を識別するステップをこれら目標の動揺周期よりも十分短い周期で時分割的に繰り返し処理するレーダ装置は既に開示されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−７５８５０号公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のレーダ装置において時分割で多目標に対処する場合には、アンテナで単一目標を追尾する場合に比べて、１つの目標に対して追尾を行うことのできる時間が短くなってしまう。また、従来のレーダ装置において周波数分別で多目標に対処する場合には、追尾する目標数に応じて、発生する周波数の種類を増加させる必要があり、励振機５、参照信号生成器１１が複数必要となる。このためハードウェア規模が増大し、寸法、質量、消費電力が増大化してしまうという問題があった。
さらに参照信号を用いる際に、対処しようとする目標の加速度の変化が影響し、受信されるドップラ周波数から目標速度を算出する場合に自機と目標との相対速度の時間変化に起因する誤差が含まれてしまうという問題もあった。
【０００５】
この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、１つの中心周波数の送信信号を発生させる励振機により、時分割を用いずに２目標を追尾することができるレーダ装置を提供する。また、単一目標に対しては、参照信号を生成することなく対処でき、かつ、ドップラ周波数補償を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のレーダ装置は、電波を送信する第１の開口部と第２の開口部を有するアンテナと、中心周波数が等しく、かつ単位時間当たりの周波数偏移幅が等しいアップチャープ信号とダウンチャープ信号を生成し、上記アンテナの第１の開口部へアップチャープ変調された送信信号を送り、上記アンテナの第２の開口部へダウンチャープ変調された送信信号を送る励振機と、上記アンテナの第１の開口部から受信した信号を、上記励振機で生成されたダウンチャープ信号により復調する第１の復調器と、上記アンテナの第２の開口部から受信した信号を、上記励振機で生成されたアップチャープ信号により復調する第２の復調器と、上記第１の復調器で復調された受信信号と上記第２の復調器で復調された受信信号を比較するコンパレータとを具備するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、一つの中心周波数を使用し、単位時間当たりの周波数偏移幅が同値となるような変調を施した２種類の信号を用いての送受信を行い、夫々の受信波を互いの送信波で復調することによって、追尾目標数よりも数の少ない励振機しか備えていないレーダ装置により、時分割を用いずに目標追尾を実施することが可能になるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明のレーダ装置の目標対処の実施の形態１を示す構成図であり、１は励振機、２は送受切替器、３は送受切替器、４は複数開口を有するアンテナ、５は受信機、６は復調器、７は受信機、８は復調器、９はコンパレータである。
【０００９】
励振機１は内部に、発振機能、変調機能等を備えており、内部の発振機能により生成した信号を２つに分配し、各々を内部の変調機能により、信号に対してアップチャープ変調、ダウンチャープ変調を施すことにより、中心周波数が等しい２つの送信信号を生成できる。
【００１０】
送受切替器２、送受切替器３は、増幅機能、送受切替器能等を備えた複数の送受信モジュールで構成され、アンテナ４は、開口を分割することにより複数の信号を送受信することが可能である。
【００１１】
ここでは、アンテナ開口部を４つに分割可能で、右側の開口部１の上下を信号の送受信に使用可能であり、左側の開口部２も同様に使用可能なアンテナの例である。
受信機５、受信機７は、復調器６、復調器８は受信信号を復調するためのものであり、コンパレータ９は復調後の信号を比較するためのものである。
【００１２】
励振機１ではアンテナ４から送信するための信号を生成する。
励振機１内部には、発振機能、変調機能等を備えており、励振器１内の発振機能により生成した信号を２つに分配し、各々を励振器１内の変調機能により、信号に対してアップチャープ変調、ダウンチャープ変調を施す。このようにして、励振器１内部において中心周波数が等しい２つの送信信号を生成する。
【００１３】
まず送信の動作について説明する。
励振器１で同一の中心周波数である信号を２系統生成し、それぞれにアップチャープ変調、ダウンチャープ変調を施す。上記２種類の信号のうち、アップチャープ変調を施した信号を送受切替器２へ供給し、ダウンチャープ変調を施した信号を送受切替器３へ供給する。
【００１４】
アップチャープ変調を施した信号は、送受切替器２からアンテナ４へ供給され、アンテナ４内部の増幅器によって増幅された後、アンテナ４の第１の開口部より送信される。ダウンチャープ変調を施した信号は、送受切替器３からアンテナ４へ供給され、アンテナ４内部の増幅器によって増幅された後、アンテナ４の第２の開口部より送信される。
【００１５】
続いて、受信の動作について説明する。
アンテナ４の第１の開口部によって受信された受信信号を送受切替器２へ供給し、アンテナ４の第２の開口部によって受信された受信信号は送受切替器３に供給する。第１の開口部から供給された信号は送受切替器２から受信機５へ供給する。受信機５では供給された信号に対して周波数変換等を行い、処理後の信号を復調器６へ供給する。
【００１６】
復調器６では励振機１より供給されるダウンチャープ信号により復調を実施する。第２の開口部から供給された信号は送受切替器３から受信機７へ供給する。受信機７では供給された信号に対して周波数変換等を行い、処理後の信号を復調器８へ供給する。復調器８では励振機１より供給されるアップチャープ信号により復調を実施する。復調の詳細な原理については図５の説明で後述する。各復調器６，復調器８により得られた信号はコンパレータ９で比較し、目標からの信号を得る。
【００１７】
図２はこの発明のレーダ装置で複数目標に対処する場合の概念図であり、１０は複数開口を有するアンテナ、１１は第１の目標、１２は複数開口を有するアンテナ、１３は第２の目標、１４はＦＦＴ、１５は乗算器、１６はＦＦＴ、１７はIＦＦＴ、１８はＦＦＴ、１９は乗算器、２０はＦＦＴ、２１はIＦＦＴであり、１〜９は図１と同じものである。
【００１８】
図２は、２目標に対処する場合について説明するための図である。
励振機１によって生成したアップチャープ信号は、送受切替器２を経由してアンテナ４に供給し、アンテナの第１の開口部１０から第１の目標１１に送信する。また、励振機１によって生成したダウンチャープ信号は、送受切替器３を経由してアンテナ４に供給し、アンテナの第２の開口部１２から第２の目標１３に送信する。
【００１９】
アンテナの第１の開口部１０で得られる受信信号には、アンテナの第１の開口部１０より送信された後に第１の目標１１によって反射された信号、アンテナの第１の開口部１０より送信された後に、第２の目標１３もしくは他の要因によって反射された信号、アンテナの第２の開口部１２より送信された後に、アンテナの第１の開口部１０に漏れこんだ信号が含まれる。
【００２０】
アンテナの第２の開口部１２で得られる受信信号には、アンテナの第２の開口部１２より送信された後に第２の目標１３によって反射された信号、アンテナの第２の開口部１２より送信された後に第１の目標１１もしくは他の要因によって反射された信号、アンテナの第１の開口部１０より送信された後に、アンテナの第２の開口部１２に漏れこんだ信号が含まれる。
【００２１】
図２においては、アップチャープ変調を施した信号を実線で、ダウンチャープ変調を施した信号を破線で示している。アップチャープ変調を施した受信波をu、ダウンチャープ変調を施した受信波はdとしている。また、アンテナの第１の開口部１０より送信された後、アンテナの第１の開口部１０で受信したアップチャープ信号をu、アンテナの第２の開口部１２で受信したアップチャープ信号をu'、アンテナの第２の開口部１２より送信された後、複数開口を有するアンテナの第１の開口部で受信したダウンチャープ信号をd、アンテナの第２の開口部１２で受信したダウンチャープ信号をd'とした。
【００２２】
次に復調について説明する。
アンテナの第１の開口部１０で得られた受信波は、送受切替器２、受信機５を経由し、復調器６内に備えられたＦＦＴ(Fast Fourier Transform)を行う装置であるＦＦＴ１４によりＦＦＴ処理が施された後、復調器６内に備えられた乗算器１５に供給される。
また、励振機１より供給されたダウンチャープ信号に対してＦＦＴ１６によってＦＦＴが施された参照信号も乗算器１５に供給され、乗算器１６において上記２つの信号が乗算される。図２内のＵ、Ｄ、Ｕ’、Ｄ’は夫々受信信号ｕ、ｄ、ｕ’、ｄ’に対してＦＦＴを施した結果を表す。乗算器１５で乗算された結果は次式（１）となる。
【００２３】
【数１】
2007232584.tif 000003
【００２４】
この時、式(１)内のＤＵ成分はパルス圧縮が施されるが、ＤＤ’成分は相関が無いためにパルス圧縮が施されず、拡散される。こうして得られた信号を６の復調器内に備えた逆ＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)を実施する装置であるＩＦＦＴ１７により、第１の目標２３からの反射波のみを得ることが可能である。同様の原理により、第２の目標１３からの反射波は復調器８内に備えたIＦＦＴを実施する装置２１により得られる。乗算器２１で乗算された結果は次式（２）となる。
【００２５】
【数２】
2007232584.tif 000004
【００２６】
このように一つの中心周波数を使用し、単位時間当たりの周波数偏移幅が同値となるような変調を施した２種類の信号を用いての送受信を行うことにより、夫々の受信波を互いの送信波で復調することができるため、参照信号生成器を用意する必要が無く、装置規模を縮小させることが可能となる。
【００２７】
以上に述べたように、この実施の形態１によれば、一つの中心周波数を使用し、単位時間当たりの周波数偏移幅が同値となるような変調を施した２種類の信号を用いての送受信を行い、夫々の受信波を互いの送信波で復調することによって、参照信号生成器を用意する必要が無く、装置規模を縮小させることが可能となり、追尾目標数よりも数の少ない励振機しか備えていないレーダ装置により、時分割を用いずに目標追尾を実施することが可能になるという効果が得られる。
【００２８】
実施の形態２．
図３はこの発明のレーダ装置の目標対処の実施の形態２を示す構成図であり、１〜９は図１と同じものである。
【００２９】
以下に実施の形態２の動作について説明する。
励振機１は内部に、発振機能、変調機能等を備えており、内部の発振機能により生成した信号を２つに分配し、各々を内部の変調機能により、信号に対してアップチャープ変調、ダウンチャープ変調を施すことにより、中心周波数が等しい２つの送信信号を生成できる励振機、送受切替器２、送受切替器３、増幅機能、送受切替機能等を備えた複数の送受信モジュールで構成されるアンテナ４であり、開口を分割することにより複数の信号を送受信することが可能である。
【００３０】
ここでは、開口を４つに分割可能で、右側の第１の開口部の上下を信号の送受信に使用可能であり、左側の第２の開口部も同様に使用可能なアンテナの例であり、受信機５、受信機７からの受信信号を復調するための復調器６、復調器８で復調した後の信号をコンパレータ９で比較する。
【００３１】
まず送信の動作について説明する。
励振器１で同一の中心周波数である信号を２系統生成し、それぞれにアップチャープ変調、ダウンチャープ変調を施す。上記２種類の信号のうち、アップチャープ変調を施した信号を送受切替器２へ供給し、ダウンチャープ変調を施した信号を送受切替器３へ供給する。
【００３２】
アップチャープ変調を施した信号は、送受切替器２からアンテナ４へ供給され、アンテナ４内部の増幅器によって増幅された後、アンテナ４の第１の開口部より送信される。ダウンチャープ変調を施した信号は、送受切替器３からアンテナ４へ供給され、アンテナ４内部の増幅器によって増幅された後、アンテナ４の第２の開口部より送信される。
【００３３】
続いて、受信の動作について説明する。
アンテナ４の第１の開口部によって受信された受信信号を送受切替器２へ供給し、アンテナ４の第２の開口部によって受信された受信信号は送受切替器３に供給する。第１の開口部から供給された信号は送受切替器２から受信機５へ供給する。受信機５では供給された信号に対して周波数変換等を行い、処理後の信号を復調器６へ供給する。
【００３４】
復調器８ではアンテナ４の第２の開口部によって受信された受信信号により復調を実施する。第２の開口部から供給された信号は送受切替器３から受信機７へ供給する。受信機７では供給された信号に対して周波数変換等を行い、処理後の信号を復調器８へ供給する。復調器８ではアンテナ４の第１の開口部によって受信された受信信号により復調を実施する。復調の詳細な原理については図４の説明で後述する。復調により得られた信号はコンパレータ９で比較し、目標からの信号を得る。
【００３５】
励振機１によって生成したアップチャープ信号は、送受切替器２を経由してアンテナ４に供給し、アンテナの第１の開口部１０から目標２２に送信する。また、励振機１によって生成したダウンチャープ信号は、送受切替器３を経由してアンテナ４に供給し、アンテナの第２の開口部１２から目標２２に送信する。
【００３６】
アンテナの第１の開口部１０で得られる受信信号には、アンテナの第１の開口部１０より送信された後に、目標２２によって反射された信号、および、アンテナの第２の開口部１２より送信された後に、アンテナの第１の開口部１０に漏れこんだ信号が含まれる。
【００３７】
アンテナの第２の開口部１２で得られる受信信号には、アンテナの第２の開口部１２より送信された後に、目標２２によって反射された信号、および、アンテナの第１の開口部１０より送信された後に、アンテナの第２の開口部１２に漏れこんだ信号が含まれる。
【００３８】
図４はこの発明のレーダ装置で単一目標に対処する場合の概念図であり、２３はＦＦＴ、２４はＦＦＴ、２５は乗算器、２６はIＦＦＴであり、１〜２２は図１と同じものである。
【００３９】
図４においては、アップチャープ変調を施した信号を実線で、ダウンチャープ変調を施した信号を破線で示している。
アップチャープ変調を施した受信波をu、ダウンチャープ変調を施した受信波はdとしている。また、アンテナの第１の開口部１０より送信された後、アンテナの第１の開口部１０で受信したアップチャープ信号をu、アンテナの第２の開口部１２で受信したアップチャープ信号をu'、アンテナの第２の開口部１２より送信された後、アンテナの第２の開口部１２で受信したダウンチャープ信号をd、アンテナの第１の開口部１０で受信したダウンチャープ信号をd'とした。
【００４０】
次に復調について説明する。
アンテナの第１の開口部１０で得られた受信波は、送受切替器２、受信機５を経由し、復調器６内に備えられたＦＦＴ２３によりＦＦＴ処理が施され、また、アンテナの第２の開口部１２で得られた受信波は、送受切替器３、受信機７を経由し、復調器６内に備えられたＦＦＴ２４によりＦＦＴ処理が施される。ＦＦＴ処理された双方の信号は、その後、復調器６内に備えられた乗算器２６に供給され、乗算器２６において２つの信号が乗算される。図４内のＵ、Ｄ、Ｕ’、Ｄ’は夫々受信信号ｕ、ｄ、ｕ’、ｄ’に対してＦＦＴを施した結果を表す。乗算器２５で乗算された結果は次式（３）となる。
【００４１】
【数３】
2007232584.tif 000005
【００４２】
この時、式(３)内のＵＤ＋Ｕ’Ｄ’成分はパルス圧縮が施されるが、ＵＵ’、ＤＤ’成分はＵ、Ｕ’、Ｄ、Ｄ’に相関が無いためにパルス圧縮が施されず、拡散される。こうして得られた信号をＩＦＦＴを実施する装置２６により、目標からの反射波のみを得ることが可能である。
【００４３】
また、この実施の形態２によれば対処目標の測速度を行った場合に、対処目標の速度変化に起因するドップラ周波数の変化を相殺し、正確な目標の測速度が可能である。以下に正確な目標の測速度が可能となる理由を示す。
【００４４】
図５はこの発明のレーダ装置で目標の測速度を実施する場合の概念図であり、実施形態２において、アンテナより送信された信号と、目標によって反射され、アンテナで受信された受信された信号の様子を示す。
【００４５】
図５において横軸を時間、縦軸を周波数としており、Ａはアップチャープ変調を施した上で送信された信号、Ｂはダウンチャープ変調を施した上で送信された信号、Ｃはダウンチャープ変調を施した上で送信し、目標で反射され、アンテナで受信された信号、Ｄはアップチャープ変調を施した上で送信し、目標で反射され、アンテナで受信された信号である。
【００４６】
送信信号のパルス幅をＴ、送信信号の中心周波数をｆ０、最小周波数をｆ１、最大周波数をｆ２、目標のドップラ周波数成分をｆｄとし、目標と時期の相対速度をＶとすると、アンテナで受信された信号Ｃ、Ｄにはパルス幅Ｉがアンテナで受信されている間のＶの変化が含まれる。しかし、Ｃ、Ｄは同時刻に目標から反射された信号であるため、Ｄ、Ｄに含まれる相対速度Ｖの変動の寄与は完全に一致する。このため、Ｄの復調にＤ、もしくはＤの復調にＣの信号を用いることにより、自機と目標の相対速度の誤差成分を相殺することが可能である。
【００４７】
以上に述べたように、この実施の形態２によれば、一つの中心周波数を使用し、単位時間当たりの周波数偏移幅が同値となるような変調を施した２種類の信号を用いての送受信を行い、夫々の受信波を互いの受信波で復調した受信信号にＩＦＦＴを実施して、目標からの反射波のみを得ることによって、対処目標の速度変化に起因するドップラ周波数の変化を相殺し、正確な目標の速度が測定することが可能となり、追尾目標数よりも数の少ない励振機しか備えていないレーダ装置により、時分割を用いずに目標追尾を実施することが可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１で複数目標に対処する場合の概念図である。
【図３】この発明の実施の形態２を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２で単一目標に対処する場合の概念図である。
【図５】この発明の実施の形態２で目標の測速度を実施する場合の概念図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  励振機、  ２  送受切替器、  ３  送受切替器、  ４  アンテナ、  ５  受信機、  ６  復調器、  ７  受信機、  ８  復調器、  ９  コンパレータ、  １０  アンテナの第１の開口部、  １１  第１の目標、  １２  アンテナの第２の開口部、  １３  第２の目標、  １４  ＦＦＴ、  １５  乗算器、  １６  ＦＦＴ、  １７  IＦＦＴ、  １８  ＦＦＴ、  １９  乗算器、  ２０  ＦＦＴ、２１  IＦＦＴ、  ２２  目標、  ２３  ＦＦＴ、  ２４  ＦＦＴ、  ２５  乗算器、  ２６  IＦＦＴ。
【図１】
2007232584.tif 000006
【図２】
2007232584.tif 000007
【図３】
2007232584.tif 000008
【図４】
2007232584.tif 000009
【図５】
2007232584.tif 000010