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技術 目標検出装置および目標検出方法

出願人 三菱電機株式会社
発明者 島津恭明
出願日 2014年3月24日 (6年8ヶ月経過) 出願番号 2014-060404
公開日 2015年10月22日 (5年1ヶ月経過) 公開番号 2015-184127
状態 特許登録済
技術分野 レーダ方式及びその細部
主要キーワード 低パルス 送信波周波数 パルス繰り返し周期 送信信号発生器 高パルス 往復距離 周波数変化率 パルス変調器
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年10月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

レーダで用いられるHPRFやMPRFにおいて、周波数変調を行わない1種類のPRFを用いることで目標の距離を算出する目標検出装置を得る。

解決手段

送信パルスごとに変調パターン41〜4nを選択するセレクタ6を設け、受信ビデオ信号9に対し、送信時の変調パターン41〜4nに対応する復調パターン111〜11nで受信信号を復調する復調器101〜10nと、変調パターン41〜4nに合わせて復調器出力を選択するセレクタ121〜12nを備える。

概要

背景

レーダでは、目標を検出する方式として、送信してから受信するまでの時間が目標までの往復距離に対して十分確保された低パルス繰り返し(Low Pulse Repetition Frequency:LPRF)レーダと、目標の検出性能を向上させ、また目標の速度情報を取得するためにパルス繰り返し周期(Pulse Repetition Interval:PRI)を早めた中パルス繰り返し(Medium Pulse Repetition Frequency:MPRF)レーダや高パルス繰り返し(High Pulse Repetition Frequency:HPRF)レーダが使用されている。

MPRFレーダやHPRFレーダでは、目標からの反射信号を受信する前に次のパルスを送信するため、送信から受信するまでの時間を計測するだけでは目標までの距離を算出することができない。このため、MPRFでは、数種類のPRFを使用して距離を算出する(例えば特許文献1参照)。また、HPRFでは、送信周波数リニアに変化させて受信信号とのビート周波数を検出し、2種類以上の周波数変化率を用いることで距離を算出している(例えば非特許文献1参照)。また、送信パルスごとに送信波位相を変化させると共に、受信信号に位相補正を行うことで送信波周波数を変化させ、複数のパルス繰り返し周波数(PRF)を使用することなく、目標の距離を算出する方式がある(例えば、特許文献2参照)。

概要

レーダで用いられるHPRFやMPRFにおいて、周波数変調を行わない1種類のPRFを用いることで目標の距離を算出する目標検出装置を得る。送信パルスごとに変調パターン41〜4nを選択するセレクタ6を設け、受信ビデオ信号9に対し、送信時の変調パターン41〜4nに対応する復調パターン111〜11nで受信信号を復調する復調器101〜10nと、変調パターン41〜4nに合わせて復調器出力を選択するセレクタ121〜12nを備える。

目的

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、1種類のPRFで目標の距離を得ることができる目標検出装置および目標検出方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置であって、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第1のセレクタと、受信ビデオ信号に対し、送信時の位相パターンに対応する復調パターンで受信ビデオ信号を復調する復調器と、前記位相パターンに合わせて前記復調器の出力を選択する第2のセレクタと、を備えたことを特徴とする目標検出装置。

請求項2

空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置であって、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第1のセレクタと、前記符号変調用の位相パターンに対応する復調パターンの内から送信時の位相パターンに対応する復調パターンを選択する第2のセレクタと、受信ビデオ信号を前記第2のセレクタから出力される復調パターンで復調する復調器と、を備えたことを特徴とする目標検出装置。

請求項3

空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置であって、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第1のセレクタと、前記符号変調用の位相パターンに対応する復調パターンの内から送信時の位相パターンに対応する復調パターンを選択する第2のセレクタと、前記受信ビデオ信号を前記目標の速度に対応したドップラ周波数補償するドップラ周波数補償器と、前記ドップラ周波数補償器の出力を前記第2のセレクタから出力される復調パターンで復調する復調器と、を備えたことを特徴とする目標検出装置。

請求項4

空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出方法であって、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第1のステップと、受信ビデオ信号に対し、送信時の位相パターンに対応する復調パターンで受信ビデオ信号を復調する第2のステップと、前記位相パターンに合わせて前記復調器の出力を選択する第3のステップと、を含むことを特徴とする目標検出方法。

請求項5

空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出方法であって、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第1のステップと、前記符号変調用の位相パターンに対応する復調パターンの内から送信時の位相パターンに対応する復調パターンを選択する第2のステップと、受信ビデオ信号を前記第2のステップで選択された復調パターンで復調する復調器と、を備えたことを特徴とする目標検出方法。

技術分野

0001

本発明は、空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置および目標検出方法に関する。

背景技術

0002

レーダでは、目標を検出する方式として、送信してから受信するまでの時間が目標までの往復距離に対して十分確保された低パルス繰り返し(Low Pulse Repetition Frequency:LPRF)レーダと、目標の検出性能を向上させ、また目標の速度情報を取得するためにパルス繰り返し周期(Pulse Repetition Interval:PRI)を早めた中パルス繰り返し(Medium Pulse Repetition Frequency:MPRF)レーダや高パルス繰り返し(High Pulse Repetition Frequency:HPRF)レーダが使用されている。

0003

MPRFレーダやHPRFレーダでは、目標からの反射信号を受信する前に次のパルスを送信するため、送信から受信するまでの時間を計測するだけでは目標までの距離を算出することができない。このため、MPRFでは、数種類のPRFを使用して距離を算出する(例えば特許文献1参照)。また、HPRFでは、送信周波数リニアに変化させて受信信号とのビート周波数を検出し、2種類以上の周波数変化率を用いることで距離を算出している(例えば非特許文献1参照)。また、送信パルスごとに送信波位相を変化させると共に、受信信号に位相補正を行うことで送信波周波数を変化させ、複数のパルス繰り返し周波数(PRF)を使用することなく、目標の距離を算出する方式がある(例えば、特許文献2参照)。

0004

特開平8−160121号公報
特開平1−308985号公報

先行技術

0005

George W.Stimson,「INTODUCTION TOAIRBORNERADAR」Hughes Aircraft Co,1983年6月、P462

発明が解決しようとする課題

0006

MPRFやHPRFでは目標の距離を算出するために複数のPRFを使用するので、目標の距離算出までに時間がかかる。また、距離分解能を向上させたレーダでは、最初のPRFを送信した時と最後のPRFを送信した時で、目標までの相対距離が変化し、正しい距離が得られないことがある。例えば、距離分解能15mのレーダにおいて、目標観測時間(time on target:TOT)10msで5種類のPRFを使用するレーダでは、相対速度600m/sの目標に対して使用すると、トータルの処理時間は50msかかるため、目標は30m移動する。このため、最初のPRFを送信した時と最後のPRFを送信した時では、目標の検出位置が異なることになる。

0007

また、速度が速い目標が複数存在した場合、特定の目標の速度に対応したドップラ周波数で受信信号を補償すると、他の異なる速度の目標は受信信号がひずむことになる。

0008

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、1種類のPRFで目標の距離を得ることができる目標検出装置および目標検出方法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

0009

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置であって、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択する第1のセレクタと、受信ビデオ信号に対し、送信時の位相パターンに対応する復調パターンで受信ビデオ信号を復調する復調器と、前記位相パターンに合わせて前記復調器の出力を選択するセレクタと、を備えたことを特徴とする。

発明の効果

0010

この発明によれば、1種類のPRFで目標までの距離を算出することで検出時間を向上でき、また、距離分解能を向上させたレーダにおいても正しい距離を算出できる、という効果を奏する。

図面の簡単な説明

0011

図1は、実施の形態1に係る目標検出装置の構成例を示す図である。
図2は、セレクタの動作を説明するためのタイムチャートである。
図3は、実施の形態2に係る目標検出装置の構成例を示す図である。
図4は、実施の形態3に係る目標検出装置の構成例を示す図である。

実施例

0012

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る目標検出装置および目標検出方法について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

0013

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る目標検出装置の構成例を示す図である。実施の形態1に係る目標検出装置は、図1に示すように、送信信号発生器1、パルス変調器2、位相変調器3、位相パターン制御器5、セレクタ(第1のセレクタ)6、電力増幅器7、アンテナ8、復調器101,102,103,・・,10n-1,10n、セレクタ(第2のセレクタ)121,122,123,・・,12n-1,12n、目標検出器131,132,133,・・,13n-1,13nおよび合成器14を備えている。

0014

送信信号発生器1から出力されるコヒーレント送信信号はパルス変調器2に送られる。パルス変調器2ではコヒーレントな送信信号をパルス状に整形し位相変調器3に送出する。一方、41〜4nで示される変調パターン1〜nはパルス圧縮で使用される符号変調用の位相パターンを示している。通常のパルス圧縮では、符号変調用パターンは1種類であるが、この実施の形態1では送信パルスごとに位相パターン制御器5の制御信号により変調パターン1〜nを切り替えてセレクタ6から出力し、位相変調器3に送出する。位相変調器3ではコヒーレントなパルス送信信号にセレクタ6から出力された変調パターン(変調パターン1〜nの何れか一つ)にしたがって位相変調を行い、電力増幅器7で電力増幅されアンテナ8から空間に放射される。

0015

空間に放射された電波は目標で反射された後に受信されるが、その際、ダウンコンバートされ、さらにAD変換される。このAD変換された信号である受信ビデオ信号9は、復調器101〜10nに送られる。111〜11nで示される復調パターン1〜nは、41〜4nに示したパルス圧縮の変調パターン1〜nに対応する復調用位相パターンを示している。

0016

復調器101〜10nはそれぞれの復調パターンにより受信ビデオ信号9を復調する。復調器101〜10nの出力はセレクタ121〜12nに送られ、位相パターン制御器5からの制御信号によって出力制御して目標検出器131〜13nに送られる。このとき、送信において変調パターン1が選択されているときに、セレクタ121の出力は復調パターン1を用いて復調した復調器101の出力を選択し、セレクタ122の出力は復調パターンnを用いて復調した復調器10nの出力を選択し、セレクタ123の出力は復調パターンn−1を用いて復調した復調器10n-1の出力を選択し、以下同様に、セレクタ12n-1の出力は復調パターン3を用いて復調した復調器103の出力を選択し、セレクタ12nの出力は復調パターン2を用いて復調した復調器102の出力を選択する。

0017

目標検出器131〜13nは、例えばPDI(Post Detection Integration)やFFT(Fast Fourier Transformation)と称される処理手法を使用して目標検出を行い、合成器14に送る。合成器14は、目標検出器131〜13nを順番に並べることにより目標の真の距離情報を算出する。

0018

図2は、セレクタ12の動作を説明するためのタイムチャートである。なお、図2においては、簡略化のため、図1のセレクタのうちセレクタ121〜123についての動作を示している。図2では3つの目標からの受信ビデオ信号が得られたものとしている。PRFが十分に小さければ、次の送信パルスを送出する前に、受信信号が得られるので、送信パルスから受信号までの時間を計測することで目標までの距離を得ることができるが、PRFが大きいと、目標からの受信信号を得る前に次の送信パルスを送出するので、送信パルスと受信信号の時間を計測しても目標までの距離を得ることができない。図2の受信ビデオ信号のように、折り返して受信ビデオ信号が入力される。図2では、目標1は直前の送信パルス(変調パターン1で変調された送信パルス)からの受信ビデオ信号とし、目標2は直前の送信パルスよりも一つ前の送信パルス(変調パターン5で変調された送信パルス)からの受信ビデオ信号とし、目標3は直前の送信パルスよりも二つ前の送信パルス(変調パターン4で変調された送信パルス)からの受信ビデオ信号としている。このときの、各々の目標の真の距離R1、R2、R3は式(1)〜(3)で表される。

0019

R1=t1×c/2 …(1)
ただし、t1は送信パルスから受信パルスまでの時間、cは光速を表す。

0020

R2=(1/PRF+t2)×c/2 …(2)
ただし、PRFはパルス繰り返し周波数、t2は送信パルスから受信パルスまでの時間を表す。

0021

R3=(1/PRF×2+t3)×c/2 …(3)
ただし、PRFはパルス繰り返し周波数、t3は送信パルスから受信パルスまでの時間を表す。

0022

上述のように、送信パルスは送信ごとに変調パターンを変更しているので、送信パターン1での受信期間で受信される三つの受信ビデオ信号は、それぞれ異なった変調が掛かっている。そこで、それぞれに合致する復調パターンで復調することで、受信信号を選択することが可能となる。具体的には以下の通りである。

0023

セレクタ121では、直前の送信パルスで使用した変調パターン1と合致する復調パターン1を用いて復調した復調器出力を選択することで目標1に相当する信号を取り出している。セレクタ122では、直前の送信パルスの一つ前の送信パルスで使用した変調パターン5と合致する復調パターン5を用いて復調した復調器出力を選択することで目標2に相当する信号を取り出している。セレクタ123では、直前の送信パルス二つ前の送信パルスで使用した変調パターン4と合致する復調パターン4を用いて復調した復調器出力を選択することで目標3に相当する信号を取り出している。

0024

距離を算出するには、次のように行う。目標1は、直前の送信パルスと同じ変調パターン(変調パターン1)による受信処理信号であるので、時間遅れはt1のみとなる。目標2は、直前の送信パルスの一つ前の送信パルスの変調パターン(変調パターン5)による受信処理信号であるので、(1/PRF)の時間遅れが追加されていることになる。目標3は、直前の送信パルスの二つ前の送信パルスの変調パターン(変調パターン4)による受信処理信号であるので、(1/PRF)×2の時間遅れが追加されていることになる。

0025

このようにして、それぞれのセレクタの出力に対して時間遅れを調整することで、目標の真の距離を求めることができる。なお、図2では、変調パターンは予測される目標の最大距離Rmaxごとに変調パターンを繰り返し使用している。これは、目標を折り返しなく検出するための最低限のパターンの使用を意味しており、変調パターンの繰り返し周期はRmaxによって制限されるものではない。また、繰り返し同じパターンを周期的に使用する必要は必須条件ではなく、毎回異なるパターンを使用してもよい。

0026

この実施の形態1によれば、1種類のPRFで目標までの距離を算出することで、検出時間を向上できる。また、距離分解能を向上させたレーダにおいても、正しい距離を算出できる効果がある。

0027

以上説明したように、実施の形態1に係る目標検出装置および目標検出方法によれば、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択し、受信ビデオ信号に対し、送信時の位相パターンに対応する復調パターンで受信ビデオ信号を復調し、位相パターンに合わせて復調器の出力を選択することとしたので、1種類のPRFで目標までの距離を算出することができ、検出時間を向上できるという効果が得られる。また、距離分解能を向上させたレーダに適用する場合においても、正しい距離を算出できるという効果が得られる。

0028

実施の形態2.
図3は、実施の形態2に係る目標検出装置の構成例を示す図である。図3に示す実施の形態2において、図1に示す実施の形態1と同一もしくは同等部分は、同一符号を付してその説明は省略する。図3に示す実施の形態2においては、図1に示す実施の形態1の構成と比較すると、セレクタ151〜15nへの入力信号が異なっている。

0029

つぎに、実施の形態2に係る目標検出装置の動作について説明する。図3において、受信ビデオ信号9および111〜11nで示される復調パターン1〜nについては、実施の形態1と同様である。111〜11nで示される復調パターン1〜nの出力はセレクタ151〜15nに送られ、位相パターン制御器5からの制御信号によって出力制御して復調器101〜10nに送られる。このとき、送信において変調パターン1が選択されているときに、セレクタ151の出力は111の復調パターン1を選択し、セレクタ152の出力は、11nの復調パターンnを選択し、セレクタ153の出力は11n-1の復調パターンn−1を選択し、以下同様に、セレクタ15n-1の出力は113の復調パターン3を選択し、セレクタ15nの出力は112の復調パターン2を選択する。

0030

復調器101〜10nは、それぞれセレクタ151〜15nの復調パターンにより受信ビデオ信号9を復調し、目標検出器131〜13nに送出する。目標検出器131〜13nは、例えばPDI(Post Detection Integration)やFFT(Fast Fourier Transformation)を使用して目標検出を行い、合成器14に送る。合成器14は、目標検出器131〜13nの出力を順番に並べることにより目標の真の距離情報を出力する。

0031

実施の形態2では、目標検出器131〜13nの入力信号は、実施の形態1と同じものとなるため、実施の形態1と同様に、合成器14の出力により、目標の真の距離を求めることができる。

0032

以上説明したように、実施の形態2に係る目標検出装置および目標検出方法によれば、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択し、符号変調用の位相パターンに対応する復調パターンの内から送信時の位相パターンに対応する復調パターンを選択し、受信ビデオ信号を選択した復調パターンで復調することとしたので、1種類のPRFで目標までの距離を算出することができ、検出時間を向上できるという効果が得られる。また、距離分解能を向上させたレーダに適用する場合においても、正しい距離を算出できるという効果が得られる。

0033

実施の形態3.
目標が航空機等の高速移動目標の場合は、ドップラ周波数の補償を行わずに受信ビデオ信号を復調すると、目標の速度により出力信号にひずみが発生する。そこで、実施の形態3では、ドップラ周波数補償器を用いて、目標の受信ビデオ信号を補償する機能を追加する。図4は、実施の形態3に係る目標検出装置の構成例を示す図である。図4に示す実施の形態3において、図3に示す実施の形態2と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図4に示す実施の形態3においては、図3に示す実施の形態2の構成に、目標のドップラ周波数を補償するドップラ周波数補償器161〜16nが付加されたものとなっている。

0034

つぎに、実施の形態3に係る目標検出装置の動作について説明する。図4において、受信ビデオ信号9、111〜11nで示される復調パターン1〜nおよびセレクタ151〜15nの動作については、実施の形態2と同様である。

0035

ドップラ周波数補償器161〜16nは、受信ビデオ信号9に対して目標のドップラ速度に対応したドップラ周波数で補償を行う。このとき、ドップラ周波数補償器161は、直前の送信パルスによる受信ビデオ信号の目標に対応したドップラ周波数で補償する。ドップラ周波数補償器162は、直前の送信パルスよりも一つ前の送信パルスの受信ビデオ信号の目標に対応したドップラ周波数で補償する。以下、ドップラ周波数補償器163〜16nについても同様な処理を行う。なお、目標が存在しない期間の受信ビデオ信号については、ドップラ周波数補償を行う必要はない。

0036

復調器101〜10nは、セレクタ151〜15nの復調パターンにより、ドップラ周波数補償器161〜16nで補償された受信ビデオ信号を復調し、目標検出器131〜13nに送出する。目標検出器は131〜13nは、例えばPDI(Post Detection Integration)やFFT(Fast Fourier Transformation)を使用して目標検出を行って合成器14に送る。合成器14は、目標検出器13a〜13nを順番に並べることにより目標の真の距離情報を出力する。

0037

以上説明したように、実施の形態3に係る目標検出装置および目標検出方法によれば、送信パルスごとに符号変調用の位相パターンを選択し、符号変調用の位相パターンに対応する復調パターンの内から送信時の位相パターンに対応する復調パターンを選択し、受信ビデオ信号を目標の速度に対応したドップラ周波数を補償し、ドップラ補償された受信ビデオ信号を選択した復調パターンで復調することとしたので、1種類のPRFで目標までの距離を算出することができ、検出時間を向上できるという効果が得られる。また、距離分解能を向上させたレーダに適用する場合においても、正しい距離を算出できるという効果が得られる。さらに、航空機等の高速移動目標を検出する場合の出力信号のひずみを抑制できるという効果が得られる。

0038

なお、以上の実施の形態1〜3に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

0039

本発明は、空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標までの距離を算出する目標検出装置および目標検出方法として有用である。

0040

1送信信号発生器、2パルス変調器、3位相変調器、41〜4n変調パターン1〜n、5位相パターン制御器、6セレクタ(第1のセレクタ)、7電力増幅器、8アンテナ、9受信ビデオ信号、101〜10n復調器、111〜11n復調パターン1〜n、121〜12n セレクタ(第2のセレクタ)、131〜13n目標検出器、14合成器、151〜15n セレクタ、161〜16nドップラ周波数補償器。

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