(57)【要約】【課題】パルス圧縮を利用したレーダ装置において、自動応答信号による偽像の発生を防止する。【解決手段】第１変調パルス波と、第１変調パルス波とは異なる第２変調パルス波とを、スイープ毎に交互に変調パルス波として設定し、無変調パルス波と変調パルス波とを送信し、各スイープに対応して受信信号を受信し、各スイープの受信信号から、変調パルス波に対応する周波数帯域を持つ第１分離信号を分離し、各スイープの第１分離信号それぞれについて、送信部により設定された変調パルス波との相関をとることによる圧縮処理を行い、第１変調パルス波に基づく第１圧縮信号と第２変調パルス波に基づく第２圧縮信号とを生成し、第１圧縮信号と第２圧縮信号との相関をとることにより相関信号を生成するようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイープ毎にパルス波を送信し反射源からの反射波及び自動応答装置からの自動応答信号を受信するアンテナを備えたレーダ装置であって、
第１変調パルス波と、該第１変調パルス波とは異なる第２変調パルス波とを、スイープ毎に交互に変調パルス波として設定し、無変調パルス波と該無変調パルス波と周波数帯域が異なる前記変調パルス波とを前記アンテナにより送信する送信部と、
各スイープに対応して受信信号を受ける受信部と、
各スイープの受信信号から、前記変調パルス波に対応する周波数帯域を持つ第１分離信号を分離する分離部と、
各スイープの第１分離信号それぞれについて、送信部により設定された変調パルス波との相関をとることによる圧縮処理を行い、前記第１変調パルス波に基づく第１圧縮信号と前記第２変調パルス波に基づく第２圧縮信号とを生成する圧縮部と、
前記第１圧縮信号と前記第２圧縮信号との相関をとることにより相関信号を生成する相関部と
を備えるレーダ装置。
【請求項２】
前記第１変調パルス波はアップチャープ波であり、前記第２変調パルス波はダウンチャープ波であることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記分離部は、各スイープの受信信号を、前記第１分離信号と、前記無変調パルス波に対応する周波数帯域を持つ第２分離信号とに分離し、
前記第２分離信号と前記相関信号とを合成して合成信号を生成する合成部を更に備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
スイープ毎にパルス波を送信し反射源からの反射波及び自動応答装置からの自動応答信号を受信するレーダ信号処理方法であって、
第１変調パルス波と、該第１変調パルス波とは異なる第２変調パルス波とを、スイープ毎に交互に変調パルス波として設定し、無変調パルス波と該無変調パルス波と周波数帯域が異なる前記変調パルス波とを送信し、
各スイープに対応して受信信号を受信し、
各スイープの受信信号から、前記変調パルス波に対応する周波数帯域を持つ第１分離信号を分離し、
各スイープの第１分離信号それぞれについて、送信部により設定された変調パルス波との相関をとることによる圧縮処理を行い、前記第１変調パルス波に基づく第１圧縮信号と前記第２変調パルス波に基づく第２圧縮信号とを生成し、
前記第１圧縮信号と前記第２圧縮信号との相関をとることにより相関信号を生成する
処理をコンピュータに実行させるレーダ信号処理方法。
【請求項５】
前記第１変調パルス波はアップチャープ波であり、前記第２変調パルス波はダウンチャープ波であることを特徴とする請求項４に記載のレーダ信号処理方法。
【請求項６】
各スイープの受信信号を、前記第１分離信号と、前記無変調パルス波に対応する周波数帯域を持つ第２分離信号とに分離し、
前記第２分離信号と前記相関信号とを合成して合成信号を生成する処理を更に前記コンピュータに実行させる請求項４または請求項５に記載のレーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス圧縮を利用したレーダ装置及びレーダ信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置において、特に、ハードウェア等の制約により送信電力を大きくすることができない状況下では、送信電力を疑似的に向上させ、遠距離の探知性能を向上させる技術として、パルス圧縮法を利用することが知られている。パルス圧縮法として典型的な方法は、線形ＦＭ変調波（リニアチャープ波）を送信し、ターゲット等の反射源から反射してきた反射波を受信し、送信波と同じ波形の参照波と受信波との相関をとってパルス圧縮波とする方法である。
【０００３】
ところで、レーダ装置で受信する信号には、ターゲット等の反射源で反射した反射波以外にも、レーダ信号を受信して自動的に応答する自動応答装置からの応答波も混在することがある。このような自動応答装置としては、ＳＡＲＴ（Ｓｅａｒｃｈ  Ａｎｄ  Ｒｅｓｃｕｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ：探索救助用レーダトランスポンダ）やレーダビーコン（以下、レーコンという）がある。また、これらの自動応答装置からの自動応答信号をレーダ装置で表示することが義務付けられる場合がある。
【０００４】
ここで、ＳＡＲＴ及びレーコンについて説明する。図７は、従来のレーダ装置とＳＡＲＴとの送受信の関係を表す説明図である。図８は、従来のレーダ装置とレーコンとの送受信の関係を表す説明図である。
【０００５】
ＳＡＲＴは、生存艇（救命艇及び救命いかだ）の発見と位置特定のために使用されるものであり、特定の周波数のレーダ信号を受けると、それに応答して信号を返信するものである。図７（ａ）に示すように、一般的なレーダ装置５０からのレーダ信号がＳＡＲＴ６０によって受信されると、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ＳＡＲＴ６０は周波数変調波を複数回繰り返して返信するようになっている。レーダ装置５０では、図７（ｄ）に示すように、その受信機の受信帯域の成分のみを通過させるために、レーダ装置５０の表示装置には、ＳＡＲＴ６０が存在する位置から後方に複数個の揮点が表示される。
【０００６】
また、レーコンは、無線標識局に設置され、ＳＡＲＴと同様に特定の周波数のレーダ信号に応答して信号を返信するものである。具体的には、図８（ａ）に示すように、レーダ装置５０からのレーダ信号がレーコン７０によって受信されると、図８（ｂ）に示すように、レーコン７０は符号化された応答信号を返信する。この応答信号に対して、レーダ装置５０は、図８（ｃ）に示すように、その受信器の受信帯域の成分のみを通過させるために、レーダ装置５０の表示装置には、レーコンの存在する位置から後方に揮点が表示される。
【０００７】
レーコンには、受信したレーダ信号の搬送周波数と同じ周波数で応答する周波数アジャイル型レーコンや、レーコン内部に格納された応答設定値に基づき予め設定された搬送周波数で応答する低速掃引型レーコン等、がある。
【０００８】
パルス圧縮を利用したレーダ装置において、以上のような自動応答信号を受信すると、パルス圧縮処理によって図７（ｅ）に示すように自動応答信号が距離方向に拡大されることにより偽像が発生し、その結果、正しく自動応答信号を表示することができなくなる。
【０００９】
また、レーダ装置に関し、ジッタ方式により干渉を除去する技術（例えば、特許文献１）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４９７３９６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述のジッタ方式により干渉を除去する方法によれば、距離方向に拡大されたパルスを十分に除去することができず、結果として、自動応答信号による偽像の発生を防止することができない、という問題があった。
【００１２】
本発明の実施形態は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、自動応答信号による偽像の発生を防止することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本実施形態のレーダ装置は、スイープ毎にパルス波を送信し反射源からの反射波及び自動応答装置からの自動応答信号を受信するアンテナを備えたレーダ装置であって、第１変調パルス波と、該第１変調パルス波とは異なる第２変調パルス波とを、スイープ毎に交互に変調パルス波として設定し、無変調パルス波と該無変調パルス波と周波数帯域が異なる前記変調パルス波とを前記アンテナにより送信する送信部と、各スイープに対応して受信信号を受ける受信部と、各スイープの受信信号から、前記変調パルス波に対応する周波数帯域を持つ第１分離信号を分離する分離部と、各スイープの第１分離受信信号それぞれについて、送信部により設定された変調パルス波との相関をとることによる圧縮処理を行い、前記第１変調パルス波に基づく第１圧縮信号と前記第２変調パルス波に基づく第２圧縮信号とを生成する圧縮部と、前記第１圧縮信号と前記第２圧縮信号との相関をとることにより相関信号を生成する相関部とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、自動応答信号による偽像の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るレーダ装置のハードウェア構成を示す概略図である。
【図２】信号処理部の機能構成を示すブロック図である。
【図３】信号処理部の動作を示すフローチャートである。
【図４】信号処理部による処理を表す波形図である。
【図５】変調パルス波を表す波形図である。
【図６】パルス圧縮された自動応答信号の波形を表す波形図である。
【図７】従来のレーダ装置とＳＡＲＴとの送受信の関係を表す説明図である。
【図８】従来のレーダ装置とレーコンとの送受信の関係を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
まず、本発明の実施形態に係るレーダ装置のハードウェア構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るレーダ装置のハードウェア構成を示す概略図である。
【００１８】
図１に示すように、レーダ装置１０は、回転をしながら電波の送受信を行うアンテナ１２と、半導体アンプ及び送受信を切り替えるサーキュレータ等を備えて増幅及び送受切換等を行う送受信機部１４と、Ｄ／Ａコンバータ１６と、Ａ／Ｄコンバータ１８と、信号処理部３０と、を備える。また、レーダ装置１０は、レーダ映像を表示する表示装置を備えた指示器（不図示）と接続されるものとする。
【００１９】
Ｄ／Ａコンバータ１６は、信号処理部３０から出力されるデジタル送信信号をアナログ送信信号に変換して送受信機部１４へと出力し、Ａ／Ｄコンバータ１８は、送受信機部１４から出力されるアナログ受信信号をデジタル受信信号に変換して、信号処理部３０へと出力する。信号処理部３０はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３１とメモリ３２とを備え、このＣＰＵ３１及びメモリ３２が協働することにより後述する各種機能を実行する。
【００２０】
次に、信号処理部の機能構成について説明する。図２は、信号処理部の機能構成を示すブロック図である。
【００２１】
図２に示すように、信号処理部３０は、２種類の異なる変調パルス送信波形データとして、第１変調パルス波データと第２変調パルス波データとを記憶する送信データ記憶部３２０と、受信信号及び処理中の信号をスイープ毎に記憶する受信データ記憶部３２１と、無変調パルス送信信号及び変調パルス送信信号を生成する送信波生成部３１０と、受信信号を受信する受信部３１１と、受信信号を第１分離信号と第２分離信号とに分離する分離部３１２と、第１分離信号に対して圧縮処理を行う圧縮部３１３と、第１分離信号に圧縮処理がなされた圧縮信号から干渉信号としての自動応答信号が除去される相関信号を生成する相関部３１４と、相関信号と第２分離信号とを合成して合成信号を生成する合成部３１５と、合成信号をレーダ映像信号として指示器へ出力する出力部３１６と、を機能として備える。
【００２２】
次に、信号処理部の動作について説明する。図３は、信号処理部の動作を示すフローチャートである。図４は、信号処理部による処理を表す波形図である。図５は、変調パルス波を表す波形図である。図６は、パルス圧縮された自動応答信号の波形を表す波形図である。
【００２３】
図３に示すように、まず、送信波生成部３１０は、送信データ記憶部３２０から第１変調パルス波データを読み出す（ステップＳ１０１）。ここで、第１変調パルス波は、具体的には図５（ａ）に示すような、時間が経過するに従って周波数が大きくなるアップチャープ波である。送信波生成部３１０は、読み出した第１変調パルス波データに基づいて、送信信号における変調パルス波を第１変調パルス波に設定し、アンテナ１２により送信される送信信号を生成する（ステップＳ１０２）。
【００２４】
ここで、送信信号について説明する。送信信号には、図４（ａ）に示すように、１つのスイープに、パルス幅の短い短パルス波である無変調パルス波Ｓ１と、この無変調パルス波Ｓ１よりもパルス幅の長い変調パルス波Ｓ２とが含まれる。ここで変調パルス波は、周波数が線形に変化するリニアチャープ波、または周波数が非線形に変化するノンリニアチャープ波のいずれであっても良い。無変調パルス波と変調パルス波とは、互いの周波数帯域が重ならないように設定される。また、パルス幅の短い無変調パルス波はアンテナ１２からの距離の短い近距離の探索及び合成用のＳＡＲＴ・レーコン信号の探索を行い、パルス幅の長い変調パルス波はアンテナ１２からの距離の長い遠距離の探索を行うようにするため、無変調パルス波と変調パルス波との時間間隔（以下、第１時間Ｔ１）は、指示器において表示されることが要求される距離範囲（表示距離範囲）に応じて設定されるとよい。なお、１つのスイープとは、アンテナ１２の送信繰り返し周期（第２時間Ｔ２）による１周期の掃引動作を示す。また、この第２時間Ｔ２は第１時間Ｔ１の２倍以上の時間とする。
【００２５】
送信波生成部３１０により生成された送信信号に基づき、送受信機部１４を介してアンテナ１２から送受信が行われると、図４（ｂ）に示すような受信信号が受信部３１１により受信され、受信データ記憶部３２１に記憶される（ステップＳ１０３）。なお、送信波は強度が強いために、送受信機部１４における回り込みにより、無変調パルス波、変調パルス波の回り込みとして、それぞれ、受信部３１１によりＲ１、Ｒ２として受信される。
【００２６】
ここで、掃引範囲にあるターゲット及び自動応答装置と、受信信号との関係について説明する。近距離にターゲットが存在する場合、無変調パルス波が近距離ターゲットに反射するので、その反射波が伝搬時間に対応する時点においてアンテナ１２により受信されることになる。一方、変調パルス波に対しては、その送信パルス幅が長いために、送信中に反射してアンテナ１２へ戻る。送信中は送信波の回り込みのため、受信機が飽和しており、この期間に受信されたターゲットからの反射波は正しく表示されない。
【００２７】
また、遠距離にターゲットが存在する場合は、無変調パルス波と変調パルス波の両方がその遠距離ターゲットに反射するので、それぞれ、無変調パルス波の反射波、変調パルス波の反射波として、図４（ｂ）においてＲ３、Ｒ４として示されるように、反射波が伝搬時間に対応する時点においてアンテナ１２により受信されることになる。これらの反射波は、基本的に、送信パルス波と同じ周波数特性を持っている。
【００２８】
一方、自動応答装置が掃引範囲に存在する場合、自動応答装置が無変調パルス波Ｓ１に応答することにより、図４（ｂ）においてＲ５として示されるように、自動応答装置に応じて決められた周波数特性を持つ自動応答信号がアンテナ１２により受信される。同様に、自動応答装置が変調パルスＳ２に応答することにより、図４（ｂ）においてＲ６として示されるように、自動応答信号がアンテナ１２により受信される。
【００２９】
次に、分離部３１２は、受信部３１１により受信された１スイープ分の受信信号に対して、図４（ｃ）に示すように、変調パルス波Ｓ２に対応する第１分離信号と、短パルス波Ｓ１に対応する第２分離信号とに分離する（ステップＳ１０４）。具体的には、分離部３１２は、周波数フィルタ処理によって、変調パルス波Ｓ２の周波数帯域を持つ第１分離信号と、短パルス波Ｓ１の周波数帯域を持つ第２分離信号とに分離する。ここで、第１分離信号には、送信波としての変調パルス波の回り込みであるＲ２、変調パルス波に対するターゲットからの反射波であるＲ４、変調パルス波と少なくとも一部重なる周波数帯域を持つ自動応答信号であるＲ６０が含まれる。また、第２分離信号には、送信波としての短パルス波の回り込みであるＲ１、短パルス波に対するターゲットからの反射波であるＲ３、短パルス波と少なくとも一部重なる周波数帯域を持つ自動応答信号であるＲ５０が含まれる。
【００３０】
次に、圧縮部３１３は、第１分離信号に対してパルス圧縮を行う（ステップＳ１０５）。このパルス圧縮は、送信データ記憶部３２０に記憶されている変調パルス波に設定された波形を参照信号として、第１分離信号との相関をとることで行われる。
【００３１】
圧縮部３１３によるパルス圧縮後、相関部３１４は、圧縮信号が複数あるか否かを判断する（ステップＳ１０６）。
【００３２】
圧縮信号が複数ない場合（ステップＳ１０６，ＮＯ）、送信波生成部３１０は、次のスイープまで待機し、変調パルス波として第２変調パルス波が設定されているか否かを判断する（ステップＳ１０７）。
【００３３】
変調パルス波として第２変調パルス波が設定されていない場合（ステップＳ１０７，ＮＯ）、送信波生成部３１０は、送信データ記憶部３２０から第２変調パルス波データを読み出す（ステップＳ１０８）。ここで、第２変調パルス波は、具体的には図５（ｂ）に示すような、時間が経過するに従って周波数が小さくなるダウンチャープ波である。なお、このダウンチャープ波及びアップチャープにおいて、その瞬時周波数の変化範囲の上限及び下限は同一であるものとする。送信波生成部３１０は、読み出した第２変調パルス波データに基づいて、送信信号における変調パルス波を第２変調パルス波に設定し、アンテナ１２により送信される送信信号を生成し（ステップＳ１０２）、その後、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６の処理がなされる。
【００３４】
一方、ステップＳ１０７の判断において、変調パルス波として第２変調パルス波が設定されている場合（ステップＳ１０７，ＹＥＳ）、送信波生成部３１０は、送信データ記憶部３２０から第１変調パルス波データを読み出す（ステップＳ１０１）。
【００３５】
また、ステップＳ１０６の判断において、圧縮信号が複数ある場合（ステップＳ１０６，ＹＥＳ）、相関部３１４は、第１分離信号に含まれる自動応答信号を除去する（ステップＳ１０９）。
【００３６】
ここで、自動応答信号の除去方法について説明する。ステップＳ１０９の時点において、受信データ記憶部３２１には、現スイープと前回のスイープとにおける圧縮信号として、第１圧縮信号及び第２圧縮信号が処理中の信号として記憶される。ここで、第１圧縮信号は、変調パルス波として第１変調パルス波が設定されたスイープにおける受信信号を分離した第１分離信号と、参照信号としての第１変調パルス波との相関をとることによりパルス圧縮がなされたものである。また、第２圧縮信号は、変調パルス波として第２変調パルス波が設定されたスイープにおける受信信号を分離した第１分離信号と、参照信号としての第２変調パルス波との相関をとることによりパルス圧縮がなされたものである。
【００３７】
第１圧縮信号、第２圧縮信号には、それぞれ、変調パルス波の回り込みに対応し、信号が飽和しているために適切に圧縮されないＲ２０ａ、Ｒ２０ｂと、変調パルス波に対するターゲットからの反射波が圧縮されたＲ４０ａ、Ｒ４０ｂとが含まれる。さらに、第１圧縮信号には、図６（ａ）に示すように、自動応答信号Ｒ６０としての複数のパルスがそれぞれアップチャープ状に時間方向に引き伸ばされたＲ６０ａが含まれ、また、第２圧縮信号には、図６（ｂ）に示すように、自動応答信号Ｒ６０としての複数のパルスがそれぞれダウンチャープ状に時間方向に引き伸ばされたＲ６０ｂが含まれる。
【００３８】
相関部３１４は、上述したような第１圧縮信号と第２圧縮信号との相関をとった信号を、図４（ｅ）に示すような相関信号として生成することにより、受信信号に含まれる自動応答信号を除去する。ここで、相関部３１４は、瞬時周波数により第１圧縮信号と第２圧縮信号との相関をとっても良く、また、第１圧縮信号及び第２圧縮信号を所定の時間間隔により複数に分割した分割単位ごとに相関をとっても良い。ここで、第１圧縮信号と第２圧縮信号とは、その変調パルス波の送信時点を一致させた状態で相関がとられる。
【００３９】
相関信号が生成された後、合成部３１５は、相関信号と第２分離信号とを合成して合成信号を生成する（ステップＳ１１０）。この合成において、第２分離信号は２スイープ分取得されていることとなるため、スイープ間においてその平均受信強度が高い第２分離信号を採用するものとする。さらに、合成部３１５は、採用した第２分離信号における短パルス波の送信時点と、相関信号における変調パルス波の送信時点を一致させ、１スイープ間の各時点における受信強度を比較して、強度の高い方を採用し、また、送信時点からＲ２１の終了時点までの間については第２分離信号を採用して合成信号を生成する。このような合成信号によれば、図４（ｆ）に示すように、第２分離信号におけるＲ１、相関信号におけるＲ４１、第２分離信号におけるＲ５０が、それぞれ、合成信号におけるＹ１、Ｙ２、Ｙ３となる。
【００４０】
合成信号が生成された後、出力部３１６は、合成信号に基づいてレーダ映像信号を指示器へ出力し（ステップＳ１１０）、送信波生成部３１０は、再度、送信データ記憶部３２０から第１変調パルス波データを読み出す（ステップＳ１０１）。
【００４１】
上述したように、隣り合うスイープ毎に異なった変調パルス波を設定し、スイープ毎に第１分離信号と設定した変調パルス波との相関をとることにより圧縮処理を行い、隣り合うスイープにおける２つの圧縮信号間における自動応答信号のみを著しく異なる波形として、２つの圧縮信号の相関をとることにより、偽像を発生させる原因となる自動応答信号を除去することができる。また、このような除去方法によれば、送信した変調パルス波に対して相関性が低い信号が除去されるため、自動応答信号がＳＡＲＴまたはレーコンのいずれによるものであっても、その判別をすることなく除去することができる。なお、第１変調パルス波と第２変調パルス波は、その始点を一致させた状態において、互いに瞬時周波数が異なっており、且つ、いずれも所定の周波数帯域に収まっているチャープ波であることが望ましい。
【００４２】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  レーダ装置
１２  アンテナ
３１０  送信波生成部
３１１  受信部
３１２  分離部
３１３  圧縮部
３１４  相関部
３１５  合成部
【図１】
2016024173.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016024173.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2016024173.tif 000008
【図７】
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【図８】
2016024173.tif 000010