JP2930740B2 - サーボスロープ式ｆｍ−ｃｗレーダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーボスロープ式ＦＭ
−ＣＷレーダに関し、変調信号の周期を制限して、測定
周期を向上させる手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、所定半径内における目標物の
距離判定には、周波数変調された連続波（いわゆるＦＭ
−ＣＷ）信号により掃引検知する方式のレーダが用いら
れている。この方式の代表的なものとしては、いわゆる
サーボスロープ式ＦＭ−ＣＷレーダ方式があり、この方
式は例えば船体の接岸用のレーダシステムに用いられて
いる。

【０００３】図５には、この方式、すなわちサーボスロ
ープ式ＦＭ−ＣＷレーダ方式に係るレーダシシステムの
一構成例が示されている。

【０００４】入力信号に応じて変調信号Ｆｍ（ｔ）を発
生する変調器１０には、該変調信号Ｆｍ（ｔ）により周
波数変調された送信信号を出力する送受信部１２が接続
されている。この送受信部１２は、図６に示されるよう
に送信回路１４、ミキサ１６及び受信回路１８を備えて
いる。

【０００５】すなわち、図８（ａ）に示されるように、
変調器１０は入力信号により立ち上り時間Ｔｍが決定さ
れるスロープを有する変調信号Ｆｍ（ｔ）を発生する。
このとき、前記スロープはある一定の振幅を有している
ため、該スロープの勾配は立ち上り時間Ｔｍにより決定
される。また、送信回路１４においては、この変調信号
Ｆｍ（ｔ）により送信信号が周波数変調され、出力され
る。このとき、送信信号の周波数は変調信号Ｆｍ（ｔ）
の掃引波形の関数ｆ（ｔ）で表される。従って、送信信
号の周波数ｆ（ｔ）は、基本周波数（例えば１３ＧＨ
ｚ）に対して前記変調信号Ｆｍ（ｔ）のスロープの振幅
に対応する変移帯域幅ΔＦ（例えば４００ＭＨｚ）で直
線的に変化する。

【０００６】前記送信回路１４には、目標物２０に対す
る送信信号の放射及び目標物２０からの反射波の受信を
行うアンテナ２２がミキサ１６を介して接続される。送
信信号の一部とアンテナ２２の受信信号とのミキシング
を行うミキサ１６には、ミキサ１６の出力を増幅する受
信回路１８が接続されている。

【０００７】すなわち、前記送信信号は、アンテナ２２
により電波として放射され、この電波の目標物２０によ
る反射波は、アンテナ２２により受信される。このアン
テナ２２により受信された反射波は、受信信号として送
信信号の一部とミキサ１６によりミキシングされ、ミキ
サ１６は受信信号及び送信信号の周波数差に相当するビ
ート周波数ｆ_b （例えば１００ｋＨｚ）を有するビート
信号を出力する。

【０００８】このビート周波数ｆ_b は、目標物２０の距
離Ｄに比例する値である。すなわち、図８（ｂ）に示さ
れるように、送信信号及び受信信号は、立ち上り時間Ｔ
ｍに対する変移帯域幅ΔＦの比である勾配のスロープを
有しているため、送信信号と受信信号の間の時間差τに
対する送信信号及び受信信号のミキシングに係る周波数
ｆ_b の比は、該スロープの勾配に一致する。ここで、送
信信号と受信信号の間の時間差τは、目標物２０に対す
る反射経路長２Ｄに係る電波伝達時間であるため、光速
をＣとした場合には、 τ＝２Ｄ／Ｃ の関係が成立する。一方、前記のように ｆ_b ／τ＝ΔＦ／Ｔ であるため、従って、 ｆ_b ＝（ΔＦ・２Ｄ）／（Ｔ・Ｃ）∞Ｄ となり、ビート周波数ｆ_b は距離Ｄに比例する。

【０００９】前記受信回路１８には、前記ビート信号の
周波数ｆ_b 、レベル及びＳ／Ｎを判定すコントロールデ
ィスクリミネータ２４が接続され、コントロールディス
クリミネータ２４にはサーボループの開閉を行う信号切
換器２６が接続されている。また、前記受信回路１８に
は、誤差信号を発生させるトラッキングディスクリミネ
ータ２８が、前記コントロールディスクリミネータ２４
と並列に接続されている。

【００１０】すなわち、受信回路１８において増幅され
たビート信号はコントロールディスクリミネータ２４に
入力され、コントロールディスクリミネータ２４はビー
ト信号の周波数ｆ_b 、レベル及びＳ／Ｎにより前記受信
信号が目標物２０による反射波であるかどうかの判定を
行う。この判定の結果、前記受信信号が目標物２０によ
る反射波であるとされた場合には、コントロールディス
クリミネータ２４は信号切換器２６にトラッキングディ
スクリミネータ２８と前記変調器１０との接続指令を発
し、トラッキングディスクリミネータ２８において発生
した誤差信号が変調器１０に入力され、前記変調信号Ｆ
ｍ（ｔ）のスロープの勾配を調整する。ここで、この誤
差信号は、目標物２０の移動、すなわち距離Ｄの変化に
伴うビート周波数ｆ_b の変化量に応じて発生される信号
である。このようにして、変調信号Ｆｍ（ｔ）はサーボ
制御される。

【００１１】前記信号切換器２６には、さらにサーチ電
圧発生回路３０が接続されている。すなわち、前記コン
トロールディスクリミネータ２４の判定の結果、前記受
信信号が目標物２０による反射波と認められない場合に
は、コントロールディスクリミネータ２４は、信号切換
器２６にサーチ電圧発生回路３０と前記変調器１０との
接続指令を発し、この結果、サーチ電圧発生回路３０に
おいて発生したサーチ電圧が変調器１０に入力される。
ここで、このサーチ電圧は、前記変調信号Ｆｍ（ｔ）の
スロープの勾配を所定範囲内で連続的に変更するための
周期的信号であって、このサーチ電圧により変調信号Ｆ
ｍ（ｔ）のスロープ勾配がより大になったときにはより
近距離における目標有無を、逆に小になったときにはよ
り遠距離における目標有無を検知する。従って、前記サ
ーボ制御が行われていないときには、サーチ電圧に応じ
て所定距離範囲における目標有無が掃引検知される。

【００１２】そして、変調器１０には、ビート周波数ｆ
_b を用いて決定される距離Ｄを表示回路（図示せず）に
出力する距離出力回路３２が接続されている。すなわ
ち、距離出力回路３２はビート周波数ｆ_b 、変移帯域幅
ΔＦ及び立ち上り時間Ｔｍを用いて距離Ｄを演算し、出
力する。

【００１３】このような従来のサーボスロープ式ＦＭ−
ＣＷレーダ方式によれば、目標物２０による反射を用い
て該目標物２０の距離Ｄを測定して出力し、変調信号Ｆ
（ｔ）のサーボ制御により目標物２０を継続捕捉し、目
標物２０が検知されないときには所定距離範囲を掃引検
知することができる。

【００１４】また、ビート信号の位相は目標物の速度を
示す量である。目標物の速度が電波の送信方向の速度成
分を有していると、この速度成分についてドプラ現象に
よる位相変化が生じる。従って、このビート信号を用
い、その位相変化を検出してドプラ周波数を再現するこ
とにより、目標物の速度を得ることができる。

【００１５】図７においては、周波数ｆ_b のビート信号
を取り込むゲート回路３４が示されており、ゲート回路
３４の後段には乗算器３６が接続されている。ゲート回
路３４は、取り込んだビート信号を所定タイミングでサ
ンプリングして出力する。すなわち、ビート信号のうち
所定周期分を取り出し、乗算器３６に出力する。

【００１６】一方で、乗算器３６にはクロック発生器３
８が接続されている。クロック発生器３８は、周波数ｆ
_b で例えば送信信号と同期したタイミングのクロックを
発生させる。従って、このクロックとゲート回路３４の
出力とを乗算器３６によって乗算することにより、原理
的にはビート信号の位相変化が得られる。

【００１７】乗算器３６の後段にはローパスフィルタ４
０が接続されており、このローパスフィルタ４０により
乗算器３６の出力が濾波される。すると、乗算器３６の
出力のうちビート信号の位相変化に係る低周波成分のみ
が取り出される。ローパスフィルタ４０の出力は、カウ
ンタ４２によって計数される。この結果、目標物のドプ
ラ周波数ｆ_d が得られる。ドプラ周波数ｆ_d は、目標物
の速度Ｖｒに対し、Ｖｒ＝ｆ_d ・λ／２の関係を有して
いる。ただし、λは前記ゲート回路３４の同タイミング
における送信信号の中心波長である。従って、以上のよ
うな動作によって、測定すべき速度Ｖｒが得られる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
サーボスロープ式ＦＭ−ＣＷレーダにおいては、変調信
号の周期が、測定距離に比例するため、遠距離測定時の
測定周期が長くなる。この場合、検出できる最高速度は
低下する。これは、目標が測定周期毎に送信周波数の一
波長以上の距離を移動すると、標本化定理によりドプラ
速度が検出できなくなるためである。

【００１９】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、検出可能な最高速
度を低下させることなく測定周期の向上が可能であるサ
ーボスロープ式ＦＭ−ＣＷレーダを提供することを目的
とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、所定時間毎に逐次切換えて複数種類の送
信信号を順に出力させる手段と、前記複数種類の送信信
号のうち第１の送信信号が出力される第１の時間領域に
おいて、第１の送信信号に係る変調信号の周期が設定値
を越えたとき所定の信号を出力するコンパレータ、該コ
ンパレータ出力の変化によって変調信号の周期を終了さ
せるリセット回路及び該変調信号の周期終了直前の変調
信号の振幅を記憶するためのサンプルホールド回路を含
み、目標の距離を測定する手段と、第１の時間領域にお
いてサンプルホールド回路で記憶した変調信号の振幅に
より第２の時間領域において既知の距離を測定する手段
と、を備え、前記第２の時間領域の測定結果を基にして
前記第１の時間領域での目標の距離を決定することを特
徴とする。

【００２１】

【作用】本発明においては、第２の時間領域において測
定された既知の距離に基づき第１の時間領域での目標の
距離が決定される。第１の時間領域に係る測定は、従来
におけるサーボスロープ式ＦＭ−ＣＷレーダにおける測
定と同様のものである。第２の時間領域における測定
は、第１の時間領域においてサンプルホールドにより記
憶された振幅に基づくものである。このサンプルホール
ドに係る振幅の記憶は、次のようにして行われる。すな
わち、第１の時間領域において、第１の送信信号に係る
変調信号の周期が設定値を越えると、コンパレータの出
力によりリセット回路が動作し変調信号の周期が終了す
る。この変調信号の終了に当たって、当該変調信号の振
幅は、サンプルホールド回路に記憶される。このように
して記憶された振幅は、既知の距離に係る測定の基礎と
成る情報として用いられる。

【００２２】したがって、本発明においては、第２の時
間領域において測定した既知の距離に係る測定結果に基
づき第１の時間領域に係る目標の距離が決定されるた
め、例えば、ドプラ周波数による速度測定を同時に実行
している場合においても、検出できる最高速度を低下さ
せることなく、変調信号の周期が長く設定し得ることと
なる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。なお、図５〜図８に示した従来例と同
様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

【００２４】図１には、本発明の一実施例に係るサーボ
スロープ式ＦＭ−ＣＷレーダの構成が示されている。こ
の図において、変調器１０には、本発明の特徴に係る距
離測定部４４が接続されており、この距離測定部４４の
構成は図２に示されている。この図に示されるように、
変調器１０には、第１の時間領域の変調信号の周期（以
下、Ｔｍという）を基準Ｔｍと比較するためのコンパレ
ータ４６が接続されている。コンパレータ４６の出力は
リセット回路４８において変調器１０で発生している変
調信号Ｆｍ（ｔ）の周期を終了させる。一方、コンパレ
ータ４６の出力は、サンプルホールド回路５０に接続さ
れ、変調器１０の出力である変調信号Ｆｍ（ｔ）の周期
終了直前の振幅が記憶される。記憶された振幅は、変調
器１０において、第２の時間領域の変調信号Ｆｃ（ｔ）
の振幅を決定するために用いられる。

【００２５】ここで、第２の時間領域とは、目標距離決
定のための基準となる測定を行う第１の時間領域であ
る。

【００２６】すなわち、図４（ａ）に示されるように、
この実施例においては第１の時間領域と第２の時間領域
において異なる周期を有する変調信号Ｆｍ（ｔ）が生成
される。このうち第１の周期Ｔｍに係る第１の時間領域
では、変調信号Ｆｍ（ｔ）により距離測定が実施され
る。また、周期Ｔｃに係る第２の時間領域においては、
この周期Ｔｃによって決定される勾配を有する変調信号
Ｆｃ（ｔ）により距離測定が実施される。距離測定の原
理は、図４（ｂ）に示されるように、先に述べた従来例
と同様のものである。

【００２７】第２の時間領域における測定は、第１の時
間領域における距離決定のために用いる基準距離の測定
（既知の距離の測定）に係るものである。このような測
定を行うべく、本実施例においては、送受信部１２に信
号切換器５２及び遅延回路５４が用いられる。

【００２８】図３には、本実施例における送受信部１２
の構成が示されている。

【００２９】この図に示されるように、信号切換器５２
はミキサ１４とアンテナ２０との間に配置されており、
遅延回路５４は信号切換器５２に接続されている。

【００３０】信号切換器５２は、第１の時間領域にはア
ンテナ２２と接続され、第２の時間領域には、遅延回路
５４と接続される。該遅延回路５４は、一定の遅延時間
を有するものであり、既知の距離を測定する手段として
用いられる。

【００３１】距離出力回路３２は、第２の時間領域での
測定結果を基にして第１の時間領域での目標の距離を決
定する。

【００３２】このようにして、変調信号Ｆｍ（ｔ）の周
期を任意の値へ制限することにより測定周期の向上が可
能である。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、第２
の時間領域において既知の距離を測定し、この測定結果
を用いて第１の時間領域における目標の距離を決定する
ようにしたため、測定周期が向上し、検出できる最高速
度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るサーボスロープ式ＦＭ
−ＣＷレーダの構成図である。

【図２】本実施例における距離測定部の構成図である。

【図３】本実施例における送受信部の構成図である。

【図４】本実施例の動作図であって、（ａ）は変調信号
のチャート図、（ｂ）は送信信号と受信信号とのタイミ
ングを示すチャート図である。

【図５】一従来例に係るサーボスロープ式ＦＭ−ＣＷレ
ーダの構成図である。

【図６】この従来例における送受信部の構成図である。

【図７】この従来例における速度出力部の構成図であ
る。

【図８】この従来例の動作図であって、（ａ）は変調信
号を示すチャート図、（ｂ）は送信信号及び受信信号の
タイミングを示すチャート図である。

【符号の説明】

１０ 変調器 １４ 送信回路 １６ ミキサ １８ 受信回路 ４６ コンパレータ ４８ リセット回路 ５０ サンプルホールド回路 ５２ 信号切換器 ５４ 遅延回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線状スロープを有する連続的な変調信
   号により周波数変調された送信信号を電波として放射
   し、前記送信信号による目標物からの反射波を含む受信
   信号と前記送信信号の一部との混合により前記送信信号
   と前記目標物からの反射波との周波数差を検出し、前記
   スロープの勾配及び前記周波数差が一定になるように前
   記変調信号のスロープの勾配をサーボ制御して前記目標
   物を追尾し、目標物からの反射波を検知しないときには
   前記サーボ制御を行うサーボループを開き前記変調信号
   のスロープの勾配を周期的に変化させて近距離から遠距
   離にいたる掃引検知を行うサーボスロープ式ＦＭ−ＣＷ
   レーダ方式において、所定時間毎に逐次切換えて複数種
   類の送信信号を順に出力させる手段と、前記複数種類の
   送信信号のうち第１の送信信号が出力される第１の時間
   領域において、第１の送信信号に係る変調信号の周期が
   設定値を越えたとき所定の信号を出力するコンパレー
   タ、該コンパレータ出力の変化によって変調信号の周期
   を終了させるリセット回路及び該変調信号の周期終了直
   前の変調信号の振幅を記憶するためのサンプルホールド
   回路を含み、目標の距離を測定する手段と、第１の時間
   領域においてサンプルホールド回路で記憶した変調信号
   の振幅により第２の時間領域において既知の距離を測定
   する手段と、を備え、前記第２の時間領域の測定結果を
   基にして前記第１の時間領域での目標の距離を決定する
   ことを特徴とするサーボスロープ式ＦＭ−ＣＷレーダ。