(57)【要約】【課題】回路規模を小さくし、送信回路と受信回路を合わせて利得補正する。【解決手段】送受信装置２は、送信信号を生成する送信回路４と、生成された送信信号から補正信号を生成する補正信号生成部９と、受信した受信信号または生成された補正信号のいずれか一方の信号を出力する出力切替部１２と、出力切替部１２により出力された信号を処理する受信回路５とを備え、信号処理装置３は、受信回路５により処理された補正信号のレベルと基準レベルとの差分を取り、補正データを算出する補正データ算出部１７２と、算出された補正データを元に、受信回路５により処理された受信信号の利得補正を行う利得補正部１７３と、出力切替部１２に補正信号を出力させる切替制御部１９と、送信信号を生成する期間を送信回路に指示し、当該期間内の所定のタイミングでの動作を切替制御部１９に指示するタイミング信号発生部１８とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を生成・送信し、当該送信信号に対する受信信号を受信・処理する送受信装置と、前記送受信装置により処理された受信信号に対する補正データを算出し、利得補正を行う信号処理装置とを備えたレーダシステムにおいて、
前記送受信装置は、
前記送信信号を生成する送信回路と、
前記送信回路により生成された送信信号から補正信号を生成する補正信号生成部と、
前記受信した受信信号または前記補正信号生成部により生成された補正信号のいずれか一方の信号を出力する出力切替部と、
前記出力切替部により出力された信号を処理する受信回路とを備え、
前記信号処理装置は、
前記受信回路により処理された補正信号のレベルと基準レベルとの差分を取り、補正データを算出する補正データ算出部と、
前記補正データ算出部により算出された補正データを元に、前記受信回路により処理された受信信号の利得補正を行う利得補正部と、
前記出力切替部に補正信号を出力させる切替制御部と、
前記送信信号を生成する期間を前記送信回路に指示し、当該期間内の所定のタイミングでの動作を前記切替制御部に指示するタイミング信号発生部とを備えた
ことを特徴とするレーダシステム。
【請求項２】
２系統の送信信号を生成・送信し、当該各送信信号に対する各受信信号を受信・処理する送受信装置と、前記送受信装置により処理された各受信信号に対する補正データを算出し、利得補正を行う信号処理装置とを備えたレーダシステムにおいて、
前記送受信装置は、
前記２系統の送信信号を生成する送信回路と、
前記送信回路により生成された各送信信号から各補正信号を生成する補正信号生成部と、
前記受信した各受信信号または前記補正信号生成部により生成された各補正信号のいずれか一方の信号を出力する出力切替部と、
前記出力切替部により出力された各信号を処理する受信回路とを備え、
前記信号処理装置は、
前記受信回路により処理された各補正信号のレベルの差分を取り、補正データを算出する補正データ算出部と、
前記補正データ算出部により算出された補正データを元に、前記受信回路により処理された各受信信号の利得補正を行う利得補正部と、
前記出力切替部に各補正信号を出力させる切替制御部と、
前記２系統の送信信号を生成する期間を前記送信回路に指示し、当該期間内の所定のタイミングでの動作を前記切替制御部に指示するタイミング信号発生部とを備えた
ことを特徴とするレーダシステム。
【請求項３】
送信信号を生成・送信し、当該送信信号に対する受信信号を受信・処理する送受信装置において、
前記送信信号を生成する期間を指示する外部信号に従い、前記送信信号を生成する送信回路と、
前記送信回路により生成された送信信号から補正信号を生成する補正信号生成部と、
前記受信した受信信号または前記補正信号生成部により生成された補正信号のいずれか一方の信号を出力する出力切替部と、
前記出力切替部により出力された信号を処理する受信回路とを備え、
前記出力切替部は、前記送信信号を生成する期間内の所定のタイミングで送信された外部信号に従い、補正信号を出力する
ことを特徴とする送受信装置。
【請求項４】
送信信号を生成・送信し、当該送信信号に対する受信信号を受信・処理する送受信装置により処理された受信信号に対する補正データを算出し、利得補正を行う信号処理装置において、
前記送受信装置の送信回路により生成された送信信号から生成され、当該送受信装置の受信回路により処理された補正信号のレベルと、基準レベルとの差分を取り、補正データを算出する補正データ算出部と、
前記補正データ算出部により算出された補正データを元に、前記受信回路により処理された受信信号の利得補正を行う利得補正部と、
前記送受信装置に補正信号を受信回路に出力させる切替制御部と、
前記送信信号を生成する期間を前記送信回路に指示し、当該期間内の所定のタイミングでの動作を前記切替制御部に指示するタイミング信号発生部とを備えた
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項５】
２系統の送信信号を生成・送信し、当該各送信信号に対する各受信信号を受信・処理する送受信装置により処理された各受信信号に対する補正データを算出し、利得補正を行う信号処理装置において、
前記送受信装置の送信回路により生成された各送信信号から生成され、当該送受信装置の受信回路により処理された各補正信号のレベルの差分を取り、補正データを算出する補正データ算出部と、
前記補正データ算出部により算出された補正データを元に、前記受信回路により処理された各受信信号の利得補正を行う利得補正部と、
前記送受信装置に各補正信号を受信回路に出力させる切替制御部と、
前記送信信号を生成する期間を前記送信回路に指示し、当該期間内の所定のタイミングでの動作を前記切替制御部に指示するタイミング信号発生部とを備えた
ことを特徴とする信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送受信装置内の送信回路と受信回路を合わせて利得補正するレーダシステム、送受信装置および信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダシステムは、電波（送信信号、送信信号に対する受信信号）を送受信するアンテナと、アンテナに送信させる送信信号を生成する送信回路、およびアンテナからの受信信号を処理する受信回路を有する送受信装置と、送受信装置の受信回路により処理された受信信号に対する補正データを算出し、利得補正を行う信号処理装置とを備えている。このようなレーダシステムの中には、送信回路と受信回路を合わせて利得補正する必要があるものがある。例えば、２重偏波レーダ雨量計は、雨の形状を算出するために２系統（Ｈ、Ｖ偏波系）の利得を補正する必要がある。
【０００３】
従来、送信回路と受信回路を合わせて利得補正する場合には、送信信号の一部を周波数変換し、受信信号と周波数で分離させた補正信号を生成して受信回路に挿入し、利得補正データを取得している（例えば特許文献１参照）。また、送信期間を利用して送信回路の送信パラメータの取得を行い、レーダ方程式の補正を行うものもある（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−６１０１０５号公報
【特許文献２】特許第４５２１０６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、受信回路とは別に補正信号用の周波数変換器、局部発振器やバンドパスフィルタが必要となるため回路規模が大きくなるという課題があった。また、特許文献２に開示される技術では、送信パラメータの取得のみ行っているため、受信回路の利得補正はできないという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、回路規模を小さくした場合であっても送信回路と受信回路を合わせて利得補正することができるレーダシステム、送受信装置および信号処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るレーダシステムは、送信信号を生成・送信し、当該送信信号に対する受信信号を受信・処理する送受信装置と、送受信装置により処理された受信信号に対する補正データを算出し、利得補正を行う信号処理装置とを備え、送受信装置は、送信信号を生成する送信回路と、送信回路により生成された送信信号から補正信号を生成する補正信号生成部と、受信した受信信号または補正信号生成部により生成された補正信号のいずれか一方の信号を出力する出力切替部と、出力切替部により出力された信号を処理する受信回路とを備え、信号処理装置は、受信回路により処理された補正信号のレベルと基準レベルとの差分を取り、補正データを算出する補正データ算出部と、補正データ算出部により算出された補正データを元に、受信回路により処理された受信信号の利得補正を行う利得補正部と、出力切替部に補正信号を出力させる切替制御部と、送信信号を生成する期間を送信回路に指示し、当該期間内の所定のタイミングでの動作を切替制御部に指示するタイミング信号発生部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、上記のように構成したので、受信信号と補正信号の分離を時間軸上で行うことで、周波数で分離していた従来技術に比べて、周波数変換器、局部発振器やバンドパスフィルタが不要となり、回路規模を小さくすることができる。また、補正データの取得は送受信装置の運用中の送信期間に行うため、運用の妨げにならず、補正データ取得による受信期間のデットタイムをなくすことができる。また、運用中の温度変化などにリアルタイムに対応することができる。さらに、補正信号は送信回路と受信回路を通るため、送信回路と受信回路を合わせて利得補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるプロセッサの構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るレーダシステムの補正データ取得のタイミングを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るレーダシステムの利得補正動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態２に係るレーダシステムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダシステムの構成を示すブロック図である。
レーダシステムは、図１に示すように、電波（送信信号、送信信号に対する受信信号）を送受信する空中線（アンテナ）１と、空中線１への送信信号を生成する送信回路４、および空中線１からの受信信号を処理する受信回路５を有する送受信装置２と、送受信装置２の受信回路５により処理された受信信号に対する補正データを算出し、利得補正を行う信号処理装置３とから構成されている。
【００１１】
送受信装置２は、パルス変調部６、周波数変換部７、ＳＳＰＡ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：固体増幅器）８、カップラ（補正信号生成部）９、サーキュレータ１０、ＴＲリミッタ１１、スイッチ（ＳＷ、出力切替部）１２、ＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：低雑音増幅器）１３、周波数変換部１４およびＡ／Ｄ変換部１５から構成されている。
なお、パルス変調部６、周波数変換部７およびＳＳＰＡ８から送信回路４が構成され、ＬＮＡ１３、周波数変換部１４およびＡ／Ｄ変換部１５から受信回路５が構成されている。
【００１２】
パルス変調部６は、信号処理装置３の後述するタイミング信号発生部１８からのタイミング信号に応じて、送信信号を生成するものである。このパルス変調部６により生成された送信信号は周波数変換部７に出力される。
【００１３】
周波数変換部７は、パルス変調部６からの送信信号を無線周波数帯（ＲＦ帯）に変換するものである。この周波数変換部７により変換された送信信号はＳＳＰＡ８に出力される。
ＳＳＰＡ８は、周波数変換部７からの送信信号を増幅するものである。このＳＳＰＡ８により増幅された送信信号はカップラ９に出力される。
【００１４】
カップラ９は、ＳＳＰＡ８からの送信信号を分岐して補正信号を生成するものである。このカップラ９により分岐された一方の信号（送信信号）はサーキュレータ１０に出力され、他方の信号（補正信号）はスイッチ１２に出力される。
【００１５】
サーキュレータ１０は、信号の出力方向を制御するものである。このサーキュレータ１０は、カップラ９からの送信信号を空中線１に出力し、空中線１からの受信信号をＴＲリミッタ１１に出力する。
ＴＲリミッタ１１は、サーキュレータ１０からの受信信号に対してレベル制限を行い、受信回路５に大電力が入力されることを防ぐものである。このＴＲリミッタ１１によりレベル制限が行われた受信信号はスイッチ１２に出力される。
【００１６】
スイッチ１２は、信号処理装置３の後述するスイッチ制御部１９からの切替信号に応じて、カップラ９とＬＮＡ１３間の信号線またはＴＲリミッタ１１とＬＮＡ１３間の信号線の接続を切替えるものである。このスイッチ１２によりＴＲリミッタ１１からの受信信号またはカップラ９からの補正信号のいずれか一方の信号が受信回路５（ＬＮＡ１３）に出力される。
【００１７】
ＬＮＡ１３は、スイッチ１２を介して出力された信号（受信信号または補正信号）を増幅させるものである。このＬＮＡ１３により増幅された信号は周波数変換部１４に出力される。
周波数変換部１４は、ＬＮＡ１３からの信号をベースバンド信号に変換するものである。この周波数変換部１４により変換された信号はＡ／Ｄ変換部１５に出力される。
Ａ／Ｄ変換部１５は、周波数変換部１４からの信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換するものである。このＡ／Ｄ変換部１５により変換された信号は信号処理装置３に出力される。
【００１８】
信号処理装置３は、メモリ１６、プロセッサ１７、タイミング信号発生部１８およびスイッチ制御部（ＳＷ制御部、切替制御部）１９から構成されている。
【００１９】
メモリ１６は、各種データを格納するものである。このメモリ１６は、受信回路５からの補正信号のレベルを格納する。また、メモリ１６は、予め、常温時などの所定条件において受信回路５で処理された信号のレベル（基準レベル）を格納している。さらに、メモリ１６は、送受信装置２での送受信期間タイミングおよび補正データ取得タイミング（スイッチ１２を介して補正信号を受信回路５に挿入するタイミング）を格納する。
【００２０】
プロセッサ１７は、タイミング信号発生部１８の制御、送受信装置２の受信信号に対する補正データの算出・利得補正を行うものである。このプロセッサ１７は、図２に示すように、タイミング指示部１７１、補正データ算出部１７２および利得補正部１７３から構成される。
【００２１】
タイミング指示部１７１は、メモリ１６に格納されている送受信期間タイミングに従い、タイミング信号発生部１８に対して、送信回路４に信号を出力するタイミングを指示するものである。また、タイミング指示部１７１は、メモリ１６に格納されている補正データ取得タイミングに従い、タイミング信号発生部１８に対して、スイッチ制御部１９に信号を出力するタイミングを指示する。
【００２２】
補正データ算出部１７２は、メモリ１６に格納されている補正信号のレベルと基準レベルとを比較して差分を取り、補正データを算出するものである。
利得補正部１７３は、補正データ算出部１７２により算出された補正データを元に、受信回路５により処理された受信信号に対して利得補正を行うものである。
【００２３】
タイミング信号発生部１８は、タイミング指示部１７１により指示されたタイミングで、送信期間の開始・終了を示すタイミング信号をパルス変調部６に出力するものである。また、タイミング信号発生部１８は、タイミング指示部１７１により指示されたタイミングで、補正データの取得（補正信号の受信回路５への挿入）を示すタイミング信号をスイッチ制御部１９に出力する。
【００２４】
スイッチ制御部１９は、タイミング信号発生部１８からのタイミング信号に応じて、スイッチ１２に対して、カップラ９とＬＮＡ１３間の信号線の接続に切替える（補正信号を出力させる）ことを指示する切替信号を出力するものである。
【００２５】
次に、上記のように構成されたレーダシステムにおいて、補正データを取得するタイミングについて説明する。
図３はこの発明の実施の形態１に係るレーダシステムの補正データ取得タイミングを示す図である。
送受信装置２では、図３（ａ），（ｃ）に示すようなタイミング（送信期間、受信期間）で送信信号の送信・受信信号の受信を行っている。そして、タイミング信号発生部１８は、図３（ｄ）に示すように、送信期間中の任意のタイミングで、スイッチ制御部１９を介してスイッチ１２の接続を切替え、補正信号を受信回路５に挿入させている。このように、補正信号は送信期間中に受信回路５に挿入させ、受信信号は受信期間中に受信回路５に挿入させることで、補正信号と受信信号を時間軸で分離させることができる。
なお、この補正信号を用いて算出された補正データは、図３（ｅ）に示すように、次の受信期間での受信信号に対して反映される。
【００２６】
次に、上記のように構成されたレーダシステムの利得補正動作について説明する。
図４はこの発明の実施の形態１に係るレーダシステムの利得補正動作を示すフローチャートである。なお、送受信装置２が受信期間の場合には、スイッチ１２は、ＴＲリミッタ１１とＬＮＡ１３間の信号線の接続を行い、ＴＲリミッタ１１からの受信信号が受信回路５に挿入されている。
レーダシステムの利得補正動作では、図４に示すように、まず、タイミング指示部１７１は、メモリ１６内の送受信期間タイミングに従い、タイミング信号発生部１８に信号出力タイミングを指示し、タイミング信号発生部１８は、このタイミングで、送信期間の開始・終了を示すタイミング信号を送信回路４（パルス変調部６）に出力する（ステップＳＴ４１）。
【００２７】
次いで、パルス変調部６は、タイミング信号発生部１８からのタイミング信号に応じて、送信信号を生成する（ステップＳＴ４２）。その後、送信信号は、周波数変換部７およびＳＳＰＡ８を介してカップラ９に出力される。
【００２８】
次いで、カップラ９は、ＳＳＰＡ８からの送信信号を分岐して補正信号を生成する（ステップＳＴ４３）。このカップラ９により分岐された一方の信号は送信信号としてサーキュレータ１０に出力され、他方の信号は補正信号としてスイッチ１２に出力される。その後、サーキュレータ１０に出力された送信信号は空中線１により外部に送信される。これによって、送信期間に送信信号の生成・送信を行うことができる。
【００２９】
一方、タイミング指示部１７１は、メモリ１６内の補正データ取得タイミングに従い、タイミング信号発生部１８に信号出力タイミングを指示し、タイミング信号発生部１８は、このタイミングで、補正データの取得開始を示すタイミング信号をスイッチ制御部１９に出力する（ステップＳＴ４４）。
【００３０】
次いで、スイッチ制御部１９は、タイミング信号発生部１８からのタイミング信号に応じて、スイッチ１２にカップラ９とＬＮＡ１３間の信号線の接続に切替えさせる切替信号を出力する（ステップＳＴ４５）。
【００３１】
次いで、スイッチ１２は、スイッチ制御部１９からの切替信号に応じて接続を切替えて、カップラ９からの補正信号を受信回路５（ＬＮＡ１３）に出力する（ステップＳＴ４６）。その後、補正信号は、ＬＮＡ１３、周波数変換部１４およびＡ／Ｄ変換部１５を介して処理され、メモリ１６に格納される。なお、受信回路５から出力された補正信号には、温度特性などの本来の測定対象物に起因しない送信回路４と受信回路５のレベル変動が含まれている。
【００３２】
次いで、補正データ算出部１７２は、メモリ１６内の補正信号のレベルと基準レベルとを比較して差分を取り、補正データを算出する（ステップＳＴ４７）。
一方、スイッチ１２は、補正信号の受信回路５への出力が終了した後、ＴＲリミッタ１１とＬＮＡ１３間の信号線の接続に再び切替わる。その後、送信期間から受信期間に変わると、空中線１により外部から受信信号が受信され、サーキュレータ１０およびスイッチ１２を介して受信回路５に挿入・処理される。そして、受信回路５で処理された受信信号は信号処理装置３に出力される。
【００３３】
次いで、利得補正部１７３は、補正データ算出部１７２により算出された補正データを元に、受信回路５により処理された受信信号に対して利得補正を行う（ステップＳＴ４８）。このように、補正データを元にプロセッサ１７で受信信号の利得補正を行うことによって、送信回路４と受信回路５の温度特性などの測定対象物に起因しないレベル変動を取り除くことができ、測定対象物のレベルを正確に測定することができる。
【００３４】
なお、補正データは、送信回路４と受信回路５の温度特性などにより送信毎に変化する。そのため、送信期間ごとに補正データの算出を行い、この補正データを次の受信信号に反映することで、送信毎に利得補正を行うことができる。
【００３５】
以上のように、この実施の形態１によれば、スイッチ１２を切替えて、受信信号は受信期間に受信回路５に挿入し、補正信号は送信期間に受信回路５に挿入するように構成したので、受信信号と補正信号の分離を時間軸上で行うことができ、周波数で分離していた従来技術に比べて、周波数変換器、局部発振器やバンドパスフィルタが不要となり、回路規模を小さくすることができる。また、補正データ取得は運用中の送信期間に行うため、運用の妨げにならず、補正データ取得による受信期間のデットタイムをなくすことができる。また、運用中の温度変化などにリアルタイムに対応することができる。さらに、補正信号はカップラ９によって送信信号を分岐させて生成するように構成したので、補正信号は送信回路４と受信回路５を通ることになり、送信回路４と受信回路５を合わせて利得補正することができる。
【００３６】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係るレーダシステム（２重偏波レーダシステム）の構成を示すブロック図である。
図５に示す実施の形態２に係るレーダシステムは、図１に示す実施の形態１に係るレーダシステムに、ＳＳＰＡ８ｂ、カップラ９ｂ、サーキュレータ１０ｂ、ＴＲリミッタ１１ｂ、スイッチ１２ｂ、ＬＮＡ１３ｂ、周波数変換部１４ｂおよびＡ／Ｄ変換部１５ｂを追加し、２系統の送受信装置２に構成したものである。追加された各機能部の動作は図１に示す実施の形態１に係るレーダシステムの各機能部の動作と同様であり、その説明を省略する。
【００３７】
なお、補正データ算出部１７２は、２系統の受信回路５により処理された補正信号（Ａ／Ｄ変換部１５，１５ｂからそれぞれ出力された補正信号）のレベルの差分を取り、補正データを算出する。
また、利得補正部１７３は、補正データ算出部１７２により算出された補正データを元に、２系統の受信回路５により処理された受信信号（Ａ／Ｄ変換部１５，１５ｂからそれぞれ出力された受信信号）の利得補正を行う。
【００３８】
例えば２重偏波レーダ雨量計などのような２重偏波レーダシステムを用いる場合、２系統間の送受信回路の利得差をなくすことが重要となる。
そこで、実施の形態１に示した方法を用いて２系統の補正信号のレベルをメモリ１６に格納し、プロセッサ１７で２系統間の補正信号のレベル差から補正データを算出する。そして、２系統の受信信号に対して算出した補正データを反映する。これにより、２系統間の利得差をなくし、本来の測定対象物の２系統のレベル差を測定することができる。なお、補正データ取得・反映タイミングは実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００３９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  空中線（アンテナ）、２  送受信装置、３  信号処理装置、４  送信回路、５  受信回路、６  パルス変調部、７  周波数変換部、８，８ｂ  ＳＳＰＡ、９，９ｂ  カップラ（補正信号生成部）、１０，１０ｂ  サーキュレータ、１１，１１ｂ  ＴＲリミッタ、１２，１２ｂ  スイッチ（出力切替部）、１３，１３ｂ  ＬＮＡ、１４，１４ｂ  周波数変換部、１５，１５ｂ  Ａ／Ｄ変換部、１６  メモリ、１７  プロセッサ、１１０  タイミング信号発生部、１１１  スイッチ制御部（切替制御部）、１７１  タイミング指示部、１７２  補正データ算出部、１７３  利得補正部。
【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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