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JP5019994B2 - Equivalent time sample radar system - Google Patents

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JP5019994B2
JP5019994B2 JP2007219416A JP2007219416A JP5019994B2 JP 5019994 B2 JP5019994 B2 JP 5019994B2 JP 2007219416 A JP2007219416 A JP 2007219416A JP 2007219416 A JP2007219416 A JP 2007219416A JP 5019994 B2 JP5019994 B2 JP 5019994B2
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Description

本発明は、等価時間サンプルレーダ装置に関する。 The present invention relates to an equivalent time sample the radar equipment.

一般的なパルスレーダ装置では、搬送波によって変調を受けた矩形波または擬似矩形波(以降「波束パルス」と記載)を送信し、送信した波束パルス信号がターゲットにより反射または散乱されて、ターゲットからの波束パルスが受信されるまでの往復伝播時間に基づいて、距離を算出する。例えば、特許文献1には、パルスを周期的に繰り返し送信し、個々のパルスが目標で反射することによって受信された受信パルスに対して、1周期毎にオフセットした時刻でサンプリングを行う等価時間サンプリングによって、受信パルスと同じ波形を時間軸上で伸長する方式が開示されている。   In a general pulse radar device, a rectangular wave or a pseudo rectangular wave (hereinafter referred to as “wave packet pulse”) modulated by a carrier wave is transmitted, and the transmitted wave packet pulse signal is reflected or scattered by the target, The distance is calculated based on the round-trip propagation time until the wave packet pulse is received. For example, Patent Document 1 discloses an equivalent time sampling in which a pulse is periodically transmitted repeatedly and sampling is performed at a time offset for each period with respect to a reception pulse received by reflecting each pulse at a target. Discloses a method of extending the same waveform as the received pulse on the time axis.

一方、特許文献2には、パルス幅や波束パルス幅よりも短い時間分解能での測距を可能にすべく、パルスの立ち上がりを検出する方式が開示されている。また、特許文献3には、線形周波数変調信号をしきい値で判定して得られる信号でレーザ光を振幅変調した信号を送信する方法が開示されている。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a method of detecting the rising edge of a pulse so as to enable distance measurement with a time resolution shorter than the pulse width and wavelet pulse width. Patent Document 3 discloses a method of transmitting a signal obtained by amplitude-modulating laser light with a signal obtained by determining a linear frequency modulation signal with a threshold value.

特表平8−509110号公報Japanese National Patent Publication No. 8-509110 特開2002−365362号公報JP 2002-365362 A 特開平成7−35857号公報JP-A-7-35857

しかしながら、上記特許文献1,2,3のいずれであっても、占有帯域幅が狭く、立ち上がり速度が遅い波束パルスを使用する際に、距離分解能を上げることが困難であった。   However, in any of the above Patent Documents 1, 2, and 3, it is difficult to increase the distance resolution when using a wave packet pulse having a narrow occupied bandwidth and a slow rising speed.

そこで、本発明の目的は、送受信する波束パルス幅が長く立ち上がりが遅い場合であっても、高い分解能(短い時間分解能)での測距を可能にすることである。   Accordingly, an object of the present invention is to enable distance measurement with high resolution (short time resolution) even when the wave packet pulse width to be transmitted and received is long and the rise is slow.

かかる課題を解決するために、発明では、搬送波によって変調を受けた矩形波または擬似矩形波である波束パルスを外部へ放射する送信系と、送信系から外部へ放射され、ターゲットにより反射または散乱を受けたターゲットからの波束パルスを受信アンテナで受信パルスとして受信する受信系とを有する等価時間サンプルレーダ装置を提供する。信系は、受信パルスと、波束パルスの搬送波の1周期時間と一致するパルス幅を有する矩形波または擬似矩形波であるサンプルパルスとに基づいた畳み込み積分を行うことによって、受信パルスに対する等価時間サンプリングを行うIn order to solve such a problem, in the present invention, a transmission system that radiates a wave packet pulse that is a rectangular wave or a pseudo-rectangular wave modulated by a carrier wave, and is radiated from the transmission system to the outside and reflected or scattered by a target. to have a a receiving system for receiving a received pulse by the receiving antenna wave packet pulses from the received target to provide an equivalent time sample the radar device. Receiving system includes a receiving pulse, by performing convolution based on a sample pulse is a square wave or pseudo-rectangular wave having a pulse width that matches the one cycle time of the carrier wave of the wave packet pulses, equivalent time for the received pulses Sampling is performed .

正弦波等の周期波を1周期に亘って積分すると、正の値と負の値とが互いに相殺され、理論的には0になる。等価時間サンプリングの出力波形は、受信信号とサンプリング波形との畳み込み積分を施された波形となる。サンプリング波形を波束の周期と一致する矩形波とすれば、1周期に亘って波束が存在する部分において、正の値となる部分と負の値となる部分とが互いに相殺される。サンプルパルスの幅を搬送波の周期時間と一致させると、図2に示したように、受信パルスのエンベロープが搬送波の1周期に亘って存在する部分においてフラットとなる部分は、サンプルパルスの積分効果により、正の部分と負の部分がお互いに消去される。この効果により、受信パルスの立ち上がりおよび立下りを強調することが可能となる。   When a periodic wave such as a sine wave is integrated over one period, the positive value and the negative value cancel each other and theoretically become zero. The output waveform of the equivalent time sampling is a waveform obtained by performing convolution integration between the received signal and the sampling waveform. If the sampling waveform is a rectangular wave that coincides with the period of the wave packet, the part having the positive value and the part having the negative value cancel each other out in the part where the wave packet exists over one period. When the width of the sample pulse is made to coincide with the period time of the carrier wave, as shown in FIG. 2, the part where the envelope of the received pulse is flat in one part of the carrier wave period is caused by the integration effect of the sample pulse. The positive and negative parts are erased from each other. This effect makes it possible to emphasize the rising and falling edges of the received pulse.

ここで、発明において、受信系は、サンプルパルス生成部と、サンプルホールド回路と、パルス整形部とを有することが好ましい。サンプルパルス生成部は、受信パルスの搬送波の1周期時間と一致するパルス幅を有するサンプルパルスを生成する。サンプルホールド回路は、受信パルスの電圧をサンプルパルスのタイミングに応じて保持し、サンプル信号を出力する。パルス整形部は、サンプルホールド回路との間に設けられ、サンプルパルス生成部が出力するサンプルパルスの波形の立ち上がりおよび立下りを急峻となるように、サンプルパルスを整形する。 Here, in the present invention, the reception system preferably includes a sample pulse generation unit, a sample hold circuit, and a pulse shaping unit. The sample pulse generator generates a sample pulse having a pulse width that matches one cycle time of the carrier wave of the received pulse. The sample hold circuit holds the voltage of the received pulse according to the timing of the sample pulse and outputs a sample signal. Pulse shaping unit is provided between the sample-and-hold circuit, so that the sample pulse generator is steep rising and falling of the output to Rusa Npuruparusu waveform shapes the sample pulse.

また、発明において、受信系は、受信アンテナとサンプルホールド回路との間に設けられた帯域通過フィルタや、サンプルホールド回路が出力するサンプル信号のうち、サンプル信号を増幅する増幅器をさらに有してもよい。サンプルパルスの基本波の周波数は、受信パルスの搬送波の周波数の1/2であることが好ましい。 In the present invention, the receiving system further includes a band-pass filter provided between the receiving antenna and the sample hold circuit, and an amplifier that amplifies the sample signal among the sample signals output from the sample hold circuit. Also good. The frequency of the fundamental wave of the sample pulse is preferably ½ of the frequency of the carrier wave of the received pulse.

また、本発明において、サンプルホールド回路は、入力端と、出力端と、サンプルパルス端と、第1のインピーダンス素子であるスイッチング素子と、コンデンサと、第2のインピーダンス素子であるリアクタンス素子とを有することが好ましい。入力端には、サンプリング処理の対象となる入力信号が入力される。出力端には、サンプリング処理後の出力信号が出力される。サンプルパルス端には、サンプリング時間を規定するサンプルパルスが供給される。スイッチング素子は、サンプルパルス端に一端が接続され、出力端に他端が接続されている。コンデンサは、出力端に一端が接続され、入力端に他端が接続されているとともに、サンプルパルスが持続している間の入力信号の電圧を積分し、サンプルパルスが終了した後は、入力信号の電圧の積分値を保持する。リアクタンス素子は、コンデンサと、入力端に一端が接続され、他端がアースされているとともに、高周波信号からみて高インピーダンスとなり、直流および低周波数信号に対しては低インピーダンスとなる。このサンプルホールド回路は、サンプルパルスの積分効果により、受信パルスのエンベロープが搬送波の1周期に亘って存在する部分に対して正の部分と負の部分がお互いに消去されるサンプルホールド回路を実現したものである。 Further, in the present invention, sample and hold circuit, an input terminal, an output terminal, and a sample pulse ends, the switching element is a first impedance element, a capacitor, a reactance element is a second impedance element It is preferable to have . An input signal to be sampled is input to the input end. An output signal after sampling processing is output to the output end. A sample pulse defining a sampling time is supplied to the sample pulse end. The switching element has one end connected to the sample pulse end and the other end connected to the output end. The capacitor has one end connected to the output end, the other end connected to the input end, and integrates the voltage of the input signal for the duration of the sample pulse. After the sample pulse ends, the input signal Holds the integral of the voltage. The reactance element has one end connected to the capacitor and the input end, and the other end is grounded. The reactance element has a high impedance when viewed from a high frequency signal, and has a low impedance for a direct current and a low frequency signal. This sample and hold circuit realizes a sample and hold circuit in which a positive part and a negative part are erased from each other with respect to a part where the envelope of the received pulse exists over one period of the carrier due to the integration effect of the sample pulse. Is.

ここで、発明において、スイッチング素子は、サンプルパルスが第1のレベルの場合、高インピーダンスとなり、コンデンサに入力信号を保持させ、サンプルパルスが第1のレベルとは異なる第2のレベルの場合、低インピーダンスとなる半導体スイッチ素子であることが好ましい。また、リアクタンス素子は、入力信号の周波数に対しては高インピーダンスとなり、この周波数以外の周波数に対しては低インピーダンスとなるコイルであることが好ましい。 Here, in the present invention, the switching element has a high impedance when the sample pulse is at the first level, causes the capacitor to hold the input signal, and when the sample pulse is at the second level different from the first level, A semiconductor switch element having low impedance is preferable. The reactance element is preferably a coil having a high impedance with respect to the frequency of the input signal and a low impedance with respect to frequencies other than this frequency.

また、発明において、サンプルホールド回路は、入力端とコンデンサとの間に設けられ、ローパスフィルタをさらに有していてもよい。この場合、第2のインピーダンス素子は、ローパスフィルタが有するコイルであることが好ましい。 In the present invention, the sample and hold circuit may be further provided with a low-pass filter provided between the input terminal and the capacitor. In this case, the second impedance element is preferably a coil included in the low-pass filter.

発明によれば、搬送波の1周期に亘ってエンベロープが存在する部分において、正の値となる部分と負の値となる部分とが互いに相殺される。受信信号が搬送波によって変調を受けた矩形波または擬似矩形波である波束となる場合に、可能な限りサンプリング波形の半値幅を短くしていた従来技術とは逆に、波束の立ち上がりと立ち下がりとを有効に抽出することが可能になる。その結果、送受信する波束パルス幅が長く立ち上がりが遅い場合であっても、高い分解能(短い時間分解能)での測距が可能になる。 According to the present invention, in a portion where an envelope exists over one period of a carrier wave, a portion having a positive value and a portion having a negative value cancel each other. When the received signal is a wave packet that is a rectangular wave or pseudo-rectangular wave modulated by a carrier wave, the rising and falling of the wave packet Can be extracted effectively. As a result, distance measurement with high resolution (short time resolution) is possible even when the wave packet pulse width to be transmitted and received is long and the rise is slow.

まず、本発明の実施の形態の原理について説明する。図2は、サンプルパルスの説明図であり、サンプルパルスのパルス幅とサンプル信号の形状の関係を図示したものである。同図(a)は、従来のサンプリングである、サンプルパルスのパルス幅が、受信パルスの1/2周期時間以下の場合を示した図である。従来のサンプリングは、受信パルスの波形を崩さない、すなわち受信パルスの波形の再現性を担保すべく、可能な限り半値幅(ピークの高さの半分における幅)を短くしている。   First, the principle of the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram of the sample pulse and illustrates the relationship between the pulse width of the sample pulse and the shape of the sample signal. FIG. 5A is a diagram showing a case where the pulse width of the sample pulse is equal to or less than ½ cycle time of the received pulse, which is conventional sampling. In the conventional sampling, the half-value width (width at half of the peak height) is made as short as possible in order not to destroy the waveform of the received pulse, that is, to ensure the reproducibility of the waveform of the received pulse.

他方、同図(b)は、本実施形態のサンプリングであり、サンプリングパルスの幅が、受信パルスの1周期時間の場合を示した図である。サンプリングパルスが1周期時間と長いことにより、受信パルスの立ち上がり部分は、サンプル信号の立ち上がり部分にも反映される。また、サンプル信号の中間部は、サンプルパルスにより積分されるため0に近い値をとる。結果的に、等価時間サンプル後の受信パルスのエンベロープは微分されることになり、エンベロープの端部の立ち上がり・立ち下がりが急峻になる。   On the other hand, FIG. 5B shows the sampling according to the present embodiment, and shows the case where the width of the sampling pulse is one cycle time of the received pulse. Since the sampling pulse is as long as one cycle time, the rising portion of the received pulse is reflected in the rising portion of the sample signal. Further, the intermediate portion of the sample signal takes a value close to 0 because it is integrated by the sample pulse. As a result, the envelope of the received pulse after the equivalent time sampling is differentiated, and the rise and fall of the end of the envelope become steep.

図3(a)は、狭帯域の受信パルスを、サンプルパルスのパルス幅を任意に設定して、サンプル信号を出力した回路シミュレータによるシミュレーション結果である。この場合、サンプル信号の形状は、元の受信パルスの形状とは、異なっている。同図(b)は、従来のサンプルパルスのパルス幅(受信パルスの1/2周期時間以下)でサンプリングしたサンプル信号に対する回路シミュレータによるシミュレーション結果である。この場合のサンプル信号は、元の受信パルスの形状をほぼ維持している。同図(c)は、本実施形態のサンプルパルスのパルス幅(受信パルスの1周期時間)でサンプリングしたサンプル信号である。この場合のサンプル信号は、図2(b)で示した元の受信パルスの波形のエンベロープが微分され、立ち上がりが急峻になっている。   FIG. 3A shows a simulation result by a circuit simulator that outputs a sample signal by arbitrarily setting a pulse width of a sample pulse for a narrow-band received pulse. In this case, the shape of the sample signal is different from the shape of the original received pulse. FIG. 6B shows a simulation result by a circuit simulator for a sample signal sampled with a pulse width of a conventional sample pulse (less than 1/2 cycle time of a received pulse). The sample signal in this case substantially maintains the original received pulse shape. FIG. 4C shows a sample signal sampled with the pulse width of the sample pulse of this embodiment (one period time of the received pulse). The sample signal in this case is differentiated from the original envelope waveform of the received pulse shown in FIG.

図1は、発明の実施の形態に係る等価時間サンプルレーダの構成図である。等価時間サンプルレーダは、送信系および受信系で構成する。送信系は、送信パルス生成部1と、送信アンテナ2とで構成しており、送信パルス生成部1から生成された送信パルスを送信アンテナ2を介して外部へ放射する。一方、受信系は、受信アンテナ3と、サンプルパルス生成部4と、サンプルホールド回路6と、パルス整形部5と、帯域通過フィルタ7と、増幅器8と、測距部9とで構成する。本実施形態の主な特徴は、受信パルスの搬送波の周波数の1周期時間に対応するパルス幅を有するサンプルパルスに基づいて、受信パルスのサンプリングを行う点にある。 FIG. 1 is a configuration diagram of an equivalent time sample radar according to an embodiment of the present invention. The equivalent time sample radar is composed of a transmission system and a reception system. The transmission system includes a transmission pulse generation unit 1 and a transmission antenna 2, and radiates transmission pulses generated from the transmission pulse generation unit 1 to the outside via the transmission antenna 2. On the other hand, the reception system includes a reception antenna 3, a sample pulse generation unit 4, a sample hold circuit 6, a pulse shaping unit 5, a band pass filter 7, an amplifier 8, and a distance measurement unit 9. The principal features of this embodiment, on the basis of the sample pulse with Rupa pulse width to correspond to one period time of the carrier frequency of the received pulse lies in performing sampling of a received pulse.

送信アンテナ2から外部に放射された波束パルスのうち、測対象となるターゲットTで反射または散乱された波束パルスが、受信パルスとして受信アンテナ3にて受信される。サンプルパルス生成部4は、波束パルスの搬送波の1周期時間に対応するパルス幅を有するサンプルパルスを生成する。サンプルホールド回路6はサンプルパルスが持続している間の入力信号の電圧を積分し、サンプルパルスが終了した後は、入力信号の電圧の積分値を保持し、サンプル信号を出力する。

Of the wave packet pulse emitted from the transmission antenna 2 to the outside, the wave packet pulses reflected or scattered by the target T to be Ranging object is received by the receiving antenna 3 as a reception pulse. The sample pulse generation unit 4 generates a sample pulse having a pulse width corresponding to one cycle time of the carrier wave of the wave packet pulse. The sample hold circuit 6 integrates the voltage of the input signal while the sample pulse continues, and after the sample pulse ends, holds the integrated value of the voltage of the input signal and outputs the sample signal.

パルス整形部5は、サンプルパルス生成部4と、サンプルホールド回路6との間に設けられておりサンプルパルス生成部が出力する前記サンプルパルス信号の波形の立ち上がりおよび立下りを急峻となるように、サンプルパルスを整形する。   The pulse shaping unit 5 is provided between the sample pulse generation unit 4 and the sample hold circuit 6 so that the rise and fall of the waveform of the sample pulse signal output from the sample pulse generation unit are steep. Shape the sample pulse.

帯域通過フィルタ7は、受信アンテナ3と、サンプルホールド回路6との間に設けられている。帯域通過フィルタ7は、不要電磁波が受信アンテナ3を介して外部に放射されることを防ぐために設けられる。このような観点でいえば、サンプルパルスの周波数スペクトルは、受信パルスの周波数スペクトルと重ならないように設定されることが好ましい。   The band pass filter 7 is provided between the reception antenna 3 and the sample hold circuit 6. The band pass filter 7 is provided in order to prevent unnecessary electromagnetic waves from being radiated to the outside via the receiving antenna 3. From this point of view, it is preferable that the frequency spectrum of the sample pulse is set so as not to overlap with the frequency spectrum of the received pulse.

増幅器8は、サンプルホールド回路6の出力側に設けられており、サンプルホールド回路6が出力するサンプル信号を増幅する。測距部9は、増幅器8が増幅したサンプル信号の立ち上がりを検出し、ターゲットTまでの距離を算出する。例えば、電圧0をしきい値として定め、このしきい値より高いサンプル信号を検出した場合に、ターゲットTの存在を確認して測距する。   The amplifier 8 is provided on the output side of the sample and hold circuit 6 and amplifies the sample signal output from the sample and hold circuit 6. The distance measuring unit 9 detects the rise of the sample signal amplified by the amplifier 8 and calculates the distance to the target T. For example, the voltage 0 is set as a threshold value, and when a sample signal higher than the threshold value is detected, the presence of the target T is confirmed and the distance is measured.

サンプルホールド回路6では、受信パルスとサンプルパルスとに基づいた畳み込み積分を行い、サンプル信号の一部を構成するサンプル値を求める。そして、サンプルパルス生成部4が、サンプルパルスを時間掃引することで、サンプルホールド回路6から時間掃引に対応したサンプル値で構成されたサンプル信号が出力される。   The sample hold circuit 6 performs convolution integration based on the received pulse and the sample pulse to obtain a sample value constituting a part of the sample signal. Then, the sample pulse generator 4 sweeps the sample pulse with time, so that a sample signal composed of sample values corresponding to the time sweep is output from the sample hold circuit 6.

図4は、サンプルホールド回路6の一例としての構成図である。サンプルホールド回路6は、3つの端点(入力端、出力端、パルス端)と、スイッチング素子6a、リアクタンス素子6cと、コンデンサ6bとから構成されている。入力端は、受信アンテナ3側(正確には、帯域通過フィルタ7)に接続されており、サンプリング処理の対象となる受信パルスである入力信号が入力される。出力端は、測距部9側(正確には、増幅器8)に接続されており、サンプリング処理後のサンプル信号である出力信号が出力される。パルス端は、サンプルパルス生成部4側(正確には、パルス整形部5)に接続されており、サンプリング時間を規定するサンプルパルスが供給される。スイッチング素子6aは、サンプルパルス端に一端が接続され、出力端に他端が接続されている。コンデンサ6bは、出力端に一端が接続され、入力端に他端が接続されている。コンデンサ6bは、サンプルパルスが持続している間の入力信号の電圧を積分し、サンプルパルスが終了した後は、入力信号の電圧の積分値を維持する。リアクタンス素子6cは、入力端に一端が接続され、他端がアースされているとともに、高周波信号に対しては、高インピーダンスとなりDCおよび低周波信号に対しては低インピーダンスとなる。   FIG. 4 is a configuration diagram as an example of the sample and hold circuit 6. The sample hold circuit 6 includes three end points (input end, output end, pulse end), a switching element 6a, a reactance element 6c, and a capacitor 6b. The input end is connected to the receiving antenna 3 side (more precisely, the band pass filter 7), and an input signal which is a reception pulse to be subjected to sampling processing is input. The output end is connected to the distance measuring unit 9 side (more precisely, the amplifier 8), and an output signal which is a sample signal after sampling processing is output. The pulse end is connected to the sample pulse generation unit 4 side (more precisely, the pulse shaping unit 5), and a sample pulse that defines the sampling time is supplied. The switching element 6a has one end connected to the sample pulse end and the other end connected to the output end. The capacitor 6b has one end connected to the output end and the other end connected to the input end. The capacitor 6b integrates the voltage of the input signal while the sample pulse continues, and maintains the integrated value of the voltage of the input signal after the sample pulse ends. The reactance element 6c has one end connected to the input end and the other end grounded. The reactance element 6c has high impedance for high-frequency signals and low impedance for DC and low-frequency signals.

このとき、高インピーダンスとは、理想的にはインピーダンスが無限大(∞)の状態であり、リアクタンス素子6cが存在しない状態である。また、低インピーダンスとは、理想的にはインピーダンスが0の状態でありリアクタンス素子6cが存在せず、入力端子とアース(グランド)とがショートした状態である。   At this time, the high impedance is ideally a state where the impedance is infinite (∞) and there is no reactance element 6c. The low impedance is ideally a state in which the impedance is 0, the reactance element 6c is not present, and the input terminal and the ground (ground) are short-circuited.

サンプルパルスがオンの場合、サンプルパルス自体の電圧と入力信号の電圧が畳込まれ、この畳み込まれた電圧がコンデンサ6bに蓄えられる。このとき、高周波信号が入力される入力端からみるとリアクタンス素子6cは高インピーダンスとなり、入力信号の電圧が効率良くコンデンサに蓄えられる。また、DCおよび低周波信号に対しては低インピーダンスとなる。コンデンサに保持された電圧は、出力信号として出力端に伝達される。増幅器8は、低周波数の等価時間サンプルされた出力信号を増幅する。   When the sample pulse is on, the voltage of the sample pulse itself and the voltage of the input signal are convolved, and the convolved voltage is stored in the capacitor 6b. At this time, the reactance element 6c has a high impedance when viewed from the input end to which a high-frequency signal is input, and the voltage of the input signal is efficiently stored in the capacitor. In addition, the impedance is low for DC and low frequency signals. The voltage held in the capacitor is transmitted to the output terminal as an output signal. The amplifier 8 amplifies the low frequency equivalent time sampled output signal.

図5は、サンプルホールド回路6の変形例としての構成図である。図6(a)は、スイッチング素子6aを抵抗素子とし、リアクタンス素子6cをコイルとした。なお、本構成の場合、サンプルパルスの電圧は抵抗素子の損失分が必要となる。   FIG. 5 is a configuration diagram as a modified example of the sample and hold circuit 6. In FIG. 6A, the switching element 6a is a resistance element, and the reactance element 6c is a coil. In the case of this configuration, the voltage of the sample pulse requires the loss of the resistance element.

同図(b)の構成では、スイッチング素子6aをダイオード等の半導体スイッチ素子とし、リアクタンス素子6cをコイルとしている。この場合、入力信号の周波数(高周波)に対しては高インピーダンス(コイルがない状態)となり、この周波数以外の周波数、例えば出力信号の周波数に対しては低インピーダンス(コイルがグランドショートした状態)となる。また、同図(c)の構成では、スイッチング素子6aをサンプルパルスに応じてオン/オフの切り替えを行うスイッチ素子としリアクタンス素子6cを抵抗素子としている。スイッチは、サンプルパルスがHレベルである場合、高インピーダンス(スイッチ素子からパルス端がない状態)となり、コンデンサ6bに入力信号を保持させ、サンプルパルスがLレベルである場合、低インピーダンス(スイッチ素子が損失のない導線である状態)となる。なお、これらの場合、抵抗素子によりサンプル信号が損失する。   In the configuration shown in FIG. 5B, the switching element 6a is a semiconductor switching element such as a diode, and the reactance element 6c is a coil. In this case, the input signal frequency (high frequency) is high impedance (no coil), and other frequencies, for example, the output signal frequency is low impedance (coil is ground shorted). Become. In the configuration of FIG. 5C, the switching element 6a is a switching element that switches on / off in accordance with the sample pulse, and the reactance element 6c is a resistance element. When the sample pulse is at the H level, the switch has a high impedance (a state in which there is no pulse end from the switch element), and the capacitor 6b holds the input signal. When the sample pulse is at the L level, the switch has a low impedance (the switch element is It is a state of a conducting wire with no loss). In these cases, the sample signal is lost by the resistance element.

同図(d)の構成では、スイッチング素子6aを同図(c)と同様のスイッチとし、リアクタンス素子6cを同図(b)と同様のコイルとしている。また、同図(e)の構成では、スイッチング素子6aを同図(c)と同様のスイッチとし、リアクタンス素子6cを同図(b)と同様のコイルとし、さらに入力信号側(入力端)と、コンデンサ6bとの間に設けたローパスフィルタが有するコイルと兼用させた。この場合、ローパスフィルタが、サンプルパルスの入力信号側(入力端)への漏洩が減少させるため、入力信号に接続された受信アンテナ3からの漏洩電波の放射量を低減できる。特に、サンプルパルスの占有帯域を入力信号の占有帯域と重ならないように設定することにより、サンプルパルスによる漏洩電波の放射をさらに低減できる。   In the configuration of FIG. 4D, the switching element 6a is a switch similar to that of FIG. 4C, and the reactance element 6c is a coil similar to that of FIG. Further, in the configuration of FIG. 5E, the switching element 6a is a switch similar to that of FIG. 5C, the reactance element 6c is a coil similar to that of FIG. 5B, and the input signal side (input end) , And a coil of a low-pass filter provided between the capacitor 6b and the capacitor 6b. In this case, since the low-pass filter reduces the leakage of the sample pulse to the input signal side (input end), the radiation amount of the leaked radio wave from the receiving antenna 3 connected to the input signal can be reduced. In particular, by setting the occupation band of the sample pulse so as not to overlap with the occupation band of the input signal, it is possible to further reduce the emission of leaked radio waves due to the sample pulse.

このように、本実施形態に係る等価時間サンプルレーダによれば、サンプリングパルスが1周期時間と長い場合、特に、受信パルスの立ち上がり部分は、図2(b)および図3(c)に示すとおり、サンプル信号においても急激な立ち上がりとなって反映される。そのため、サンプル信号に基づいてターゲットTとの測距を行う測距部9は、波束の立ち上がりを早期かつ有効に抽出することが可能となり、狭帯域の立ち上がり速度が遅い受信パルスの場合であっても、高い分解能(短い時間分解能)での測距が可能となる。   As described above, according to the equivalent time sample radar according to the present embodiment, when the sampling pulse is as long as one cycle time, the rising portion of the received pulse is particularly as shown in FIG. 2B and FIG. In the sample signal, it is reflected as a sudden rise. Therefore, the distance measuring unit 9 that measures the distance to the target T based on the sample signal can extract the rising of the wave packet early and effectively, and is a case of a received pulse with a slow rising speed in a narrow band. However, distance measurement can be performed with high resolution (short time resolution).

米国特許5345471号に記載のサンプルホールド回路は、構成するデバイス数が多く、整合抵抗やフィルタ等により電圧の損失が発生していた。一方、本実施形態のサンプルホールド回路6は、多くのデバイスを必要としないため、それらに起因する電圧の損失が抑制でき、効率のよいサンプリングを行うことができる。   The sample and hold circuit described in U.S. Pat. No. 5,345,471 has a large number of devices, and voltage loss occurs due to matching resistors, filters, and the like. On the other hand, since the sample and hold circuit 6 of this embodiment does not require many devices, voltage loss caused by them can be suppressed, and efficient sampling can be performed.

等価時間サンプルレーダの構成図Equivalent time sample radar configuration diagram サンプルパルスの説明図Illustration of sample pulse サンプルパルスのシミュレーションの説明図Illustration of sample pulse simulation サンプルホールド回路の一例としての構成図Configuration diagram as an example of sample and hold circuit サンプルホールド回路の変形例としての構成図Configuration diagram as a modification of sample hold circuit

符号の説明Explanation of symbols

1 送信パルス生成部
2 送信アンテナ
3 受信アンテナ
4 サンプルパルス生成部
5 パルス整形部
6 サンプルホールド回路
6a スイッチング素子
6b コンデンサ
6c リアクタンス素子
7 帯域通過フィルタ
8 増幅器
9 測距部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission pulse generation part 2 Transmission antenna 3 Reception antenna 4 Sample pulse generation part 5 Pulse shaping part 6 Sample hold circuit 6a Switching element 6b Capacitor 6c Reactance element 7 Band pass filter 8 Amplifier 9 Ranging part

Claims (9)

搬送波によって変調を受けた矩形波または擬似矩形波である波束パルスを外部へ放射する送信系と、前記送信系から外部へ放射され、ターゲットにより反射または散乱を受けたターゲットからの前記波束パルスを受信アンテナで受信パルスとして受信する受信系とを有する等価時間サンプルレーダ装置において、
前記受信系は、前記受信パルスと、前記波束パルスの搬送波の1周期時間と一致するパルス幅を有する矩形波または擬似矩形波であるサンプルパルスに基づいた畳み込み積分を行うことによって、前記受信パルスに対する等価時間サンプリングを行うことを特徴とする等価時間サンプルレーダ装置。
A transmission system that radiates a wave packet pulse that is a rectangular wave or a pseudo-rectangular wave modulated by a carrier wave, and receives the wave packet pulse from the target that is radiated from the transmission system and reflected or scattered by the target. In an equivalent time sample radar device having a receiving system for receiving as a received pulse with an antenna,
The receiving system, by performing said receiving pulses, the convolution integral is based on the sample pulse is a square wave or pseudo-rectangular wave having a pulse width that matches the one cycle time of the carrier wave of said wave packets pulse, the received pulse Equivalent time sampling radar apparatus characterized by performing equivalent time sampling for .
前記サンプルパルスの基本波の周波数は、前記受信パルスの搬送波の周波数の1/2であることを特徴とする請求項1に記載された等価時間サンプルレーダ装置。   2. The equivalent time sample radar device according to claim 1, wherein a frequency of a fundamental wave of the sample pulse is ½ of a frequency of a carrier wave of the reception pulse. 前記受信系は、
前記受信パルスの搬送波の1周期時間と一致するパルス幅を有する前記サンプルパルスを生成するサンプルパルス生成部と、
前記受信パルスの電圧を前記サンプルパルスのタイミングに応じて保持し、サンプル信号を出力するサンプルホールド回路と、
前記サンプルパルス生成部と、前記サンプルホールド回路との間に設けられ、前記サンプルパルス生成部が生成する前記サンプルパルスの波形の立ち上がりおよび立下りを急峻となるように前記サンプルパルスを整形するパルス整形部と
を有すること特徴とする請求項1または2に記載された等価時間サンプルレーダ装置。
The receiving system is
A sample pulse generator for generating the sample pulse having a pulse width that matches one cycle time of the carrier wave of the received pulse;
A sample hold circuit that holds the voltage of the received pulse according to the timing of the sample pulse and outputs a sample signal;
Pulse shaping that is provided between the sample pulse generator and the sample hold circuit and shapes the sample pulse so that the rise and fall of the waveform of the sample pulse generated by the sample pulse generator is steep. The equivalent time sample radar device according to claim 1, further comprising:
前記受信系は、前記受信アンテナと前記サンプルホールド回路との間に設けられた帯域通過フィルタをさらに有することを特徴とする請求項3に記載された等価時間サンプルレーダ装置。   4. The equivalent time sample radar device according to claim 3, wherein the reception system further includes a band-pass filter provided between the reception antenna and the sample and hold circuit. 前記受信系は、前記サンプルホールド回路が出力する前記サンプル信号のうち、前記サンプル信号を増幅する増幅器をさらに有することを特徴とする請求項3または4に記載された等価時間サンプルレーダ装置。   5. The equivalent time sample radar device according to claim 3, wherein the reception system further includes an amplifier that amplifies the sample signal among the sample signals output from the sample hold circuit. 6. 前記サンプルホールド回路
サンプリング処理の対象となる入力信号が入力される入力端と、
サンプリング処理後の出力信号が出力される出力端と、
サンプリング時間を規定するサンプルパルスが供給されるパルス端と、
前記パルス端に一端が接続され、前記出力端に他端が接続された第1のインピーダンス素子と、
前記出力端に一端が接続され、前記入力端に他端が接続されているとともに、前記入力信号の電圧を保持するコンデンサと、
前記入力端に一端が接続され、他端がアースされているとともに、前記入力端からみて高インピーダンスとなり、前記コンデンサからみて、または前記出力信号の周波数に対しては低インピーダンスとなる第2のインピーダンス素子と
を有することを特徴とする請求項3から5のいずれかに記載された等価時間サンプルレーダ装置
The sample and hold circuit includes :
An input terminal to which an input signal to be sampled is input;
An output terminal for outputting an output signal after sampling processing;
A pulse end to which a sample pulse defining a sampling time is supplied;
A first impedance element having one end connected to the pulse end and the other end connected to the output end;
One end is connected to the output end, the other end is connected to the input end, and a capacitor for holding the voltage of the input signal,
A second impedance that is connected to the input end and grounded at the other end and has a high impedance when viewed from the input end, and a low impedance when viewed from the capacitor or the frequency of the output signal. 6. The equivalent time sample radar device according to claim 3 , further comprising an element.
前記第1のインピーダンス素子は、前記サンプルパルスが第1のレベルの場合、高インピーダンスとなって前記コンデンサに入力信号を保持させ、前記サンプルパルスが前記第1のレベルとは異なる第2のレベルの場合、低インピーダンスとなる半導体スイッチ素子であることを特徴とする請求項6に記載された等価時間サンプルレーダ装置The first impedance element has a high impedance when the sample pulse is at a first level, and causes the capacitor to hold an input signal, and the sample pulse has a second level different from the first level. The equivalent time sample radar device according to claim 6, wherein the equivalent time sample radar device is a semiconductor switch element having a low impedance. 前記第2のインピーダンス素子は、前記入力信号の周波数に対しては高インピーダンスとなり、前記入力信号の周波数以外の周波数に対しては低インピーダンスとなるコイルであることを特徴とする請求項6または7に記載された等価時間サンプルレーダ装置8. The coil according to claim 6, wherein the second impedance element is a coil having a high impedance with respect to a frequency of the input signal and a low impedance with respect to a frequency other than the frequency of the input signal. Equivalent time sample radar device described in 1. 前記サンプルホールド回路は、
前記入力端と前記コンデンサとの間に設けられ、ローパスフィルタをさらに有し、
前記第2のインピーダンス素子は、前記ローパスフィルタが有する前記コイルであることを特徴とする請求項8に記載された等価時間サンプルレーダ装置
The sample and hold circuit includes:
Provided between the input terminal and the capacitor, further comprising a low-pass filter;
9. The equivalent time sample radar device according to claim 8, wherein the second impedance element is the coil of the low-pass filter.
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