JP5853547B2

JP5853547B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP5853547B2
Application number: JP2011214896A
Authority: JP
Inventors: 信弘鈴木; 哲治原田; 隆文永野; 礼子北崎; 宮武　督; 督宮武
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: JP2013076568A

Description

この発明は、変調した電波信号を空間に照射して、目標の位置や速度を検出するレーダ装置に関する。特に、近傍に強い干渉信号源が配置されている場合に、この干渉信号源との干渉を回避し、本レーダ装置を有効に動作させる技術に関する。

車両や航空機、艦船等の狭いプラットホームにレーダを搭載する場合、通信装置やＥＣＭ装置、他のレーダ装置等の電波機器との干渉が問題となる。従来、これらの電波機器間の干渉は、空中線の配置を工夫したり、レーダ同士の場合はレーダ装置ごとにパルスの送信周期を異なるようにする等の対策が採られてきた。例えば後者の例として、特許文献１のような方法がある。

特開２０１０−２５９４４号公報（第１−１７頁、第１図）

特許文献１に開示された方法では、車載用レーダ装置ごとにパルス送信間隔（周期）ＰＲＩを異なるようにすることにより、干渉の発生頻度を軽減している。また、低価格で簡易な方式であるＦＭＣＷレーダや周波ＣＷレーダを採用し、小型化も可能である。しかし、パルスの送信周期を異なるようにしても、レーダ間で非同期の干渉があることは明白であり、探知性能が劣化することは容易に想像できる。また、干渉信号源が通信装置やＥＣＭ装置等の周期性でない信号を送信する装置である場合、このようなレーダを前提とした干渉対策は実施することができないという問題がある。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、近傍に通信装置やＥＣＭ装置、他のレーダ装置等の強い干渉信号源が配置されている場合であっても、干渉信号源が無い場合と同等のレーダ性能を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、近傍に断続的な干渉信号を送信する干渉信号源が配置され、この干渉信号源の動作を制御する制御ユニットから出力された制御信号に基づいて動作するレーダ装置であって、前記制御信号に従いチャープ変調信号を生成するチャープ変調生成部と、前記制御信号に従い前記チャープ変調信号を送信するタイミングを制御する送信タイミング制御器と、前記チャープ変調信号を放射する送信アンテナと、異なる距離に位置する複数目標からの反射信号を受信する受信アンテナと、前記制御信号に従い受信するタイミングを制御し受信信号を出力する受信タイミング制御器と、前記受信信号に前記チャープ変調信号を混合した送受信信号の差分周波数から各目標の距離を算出する受信信号処理部とを備え、前記送信タイミング制御器は、前記制御ユニットから前記干渉信号の停止タイミング情報を受取り、この停止タイミングより前に予め設定した送信時間長の前記チャープ変調信号を送信し、前記受信タイミング制御器は、前記干渉信号の停止タイミングと同時に、この停止期間内に前記複数目標からの反射信号を受信し、前記送信時間長が想定する最大探知距離に相当する時間長より短かく、チャープ信号の周波数変化率を前記送信時間長が前記想定する最大探知距離に相当する時間である場合より大きくして、送信信号の送信開始タイミングから受信期間開始タイミングまでの時間長をパルスヒットごとに変えることにより、複数のパルスヒットを用いて異なる距離範囲の目標を探知することを特徴とする。

本発明によると、干渉信号の存在しない時間のみの受信信号を用いて信号処理するため、干渉信号の影響を最小限に抑制することができるという効果を奏する。また、必要な距離範囲の目標信号を受信する上で、所望の距離分解能を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の全体構成を表すブロック図である。この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の制御動作を表すタイムチャートである。この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の制御動作を表すタイムチャートである。従来のパルスレーダ装置に係る制御動作を表すタイムチャートである。

実施の形態１．
図１には、本発明による実施の形態１に係るレーダ装置の全体構成を表すブロック図を示す。チャープ変調信号生成部１は鋸波発生器２と電圧制御発振器３から構成され、鋸波１０１を電圧制御発振器３に入力することによりチャープ変調信号１０２を生成する。生成されたチャープ変調信号１０２は、送信タイミング制御器４を通して送信アンテナ５から送信信号１０３として放射される。送信信号１０３は目標６に反射されて目標反射信号１０４となり、受信アンテナ７に受信信号１０５として受信される。一般に受信信号１０５は距離の異なる複数の目標からの反射された信号１０４の和となる。

受信信号１０５は受信タイミング制御器８を通して受信信号処理部９に入力される。
受信信号処理部９の内部では、周波数変換器１０で受信信号１０５にチャープ変調信号１０２を混合し、送受信の差分周波数の信号１０６を得る。送信信号にはチャープ変調がかけられているため、送受信の差分周波数は遅延時間、すなわち目標までの距離に応じた周波数となる。すなわち、本レーダにおいては、距離情報は送受信の差分周波数として得られる。送受信差分周波数の信号１０６はＡ／Ｄ変換器１１でディジタル信号１０７に変換され、メモリ１２に蓄えられる。１ヒット分蓄えられた信号１０８はＦＦＴ処理器１３で処理されて目標の距離情報１０９となり、表示装置１４に目標までの距離情報が表示される。

なお、チャープ変調信号生成部１はＤＤＳ（ＤｉｒｅｃｔＤｉｇｉｔａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）等で構成してもよい。また、受信信号処理部９は、内部で送信信号と同様のチャープ変調信号を生成させてもよく、その場合、周波数変換器１０も含めてディジタル信号処理で構成することができる。送信タイミング制御器４と受信タイミング制御器８、およびチャープ変調信号生成部１は、制御ユニット１５からの制御信号１１０により制御される。制御ユニット１５は、干渉信号源１６から干渉信号の送信タイミング情報１１１を受取り、レーダの送信タイミングと受信タイミング、およびチャープ変調の開始タイミングを決定する。

この送受信タイミングやチャープ変調の制御方法に本発明の特徴があるので、これらの制御方法について次に説明する。比較のため、はじめに通常のパルスレーダの問題点について図４を用いて説明する。図において、（Ａ）の縦軸はレーダ送信信号、（Ｂ）の縦軸はレーダ受信期間、（Ｃ）の縦軸はレーダ受信信号、（Ｄ）の縦軸は干渉信号、を示し、各図の横軸は時間を示す。通常のパルスレーダは、パルス状の送信信号４１を送信した後、想定する最大探知距離からの反射波の遅延時間に相当する長さの受信期間４２を設けて、その受信期間内に目標からの反射波である目標反射信号４３ａ、４３ｂを受信する。
送信信号４１を送信してから目標反射信号４３ａ、４３ｂを受信するまでの遅延時間は目標までの距離に依存するため、この遅延時間を計測して目標までの距離を求める。

ここで、レーダの近傍に、レーダと同じ周波数帯の干渉信号源が存在する場合を考える。図４（Ｄ）に示す干渉信号４４が受信期間４２内に送信されると、干渉信号４４と重複する目標反射信号４３ａ、４３ｂが受信できなくなり、干渉信号が存在する時間に相当する距離内（被干渉期間）の目標を探知することが出来ないという問題がある。図に示す干渉信号４４のように、干渉信号がレーダのパルス繰返し周期と同期していない断続性の信号の場合、複数のパルス繰返し周期で繰り返し観測することにより、１回のパルス繰返し周期内で受信できなかった距離の目標反射信号を補う方法が一般には行われている。

しかし、干渉信号のデューティ比が大きくなると、欠落する目標反射信号が多くなり、レーダ性能が劣化するという問題がある。これを解決するための、本実施の形態におけるレーダ装置の制御動作を表すタイムチャートを図２に示す。図において、（Ａ）の縦軸は干渉信号、（Ｂ）の縦軸はレーダ送信信号、（Ｃ）の縦軸はチャープ変調信号周波数、（Ｄ）の縦軸はレーダ受信期間、（Ｅ）の縦軸はレーダ受信信号、（Ｆ）の縦軸は送受信差分周波数、を示し、各図の横軸は時間を示す。

本実施の形態では、図２に示すように、制御ユニットは干渉信号源１６から干渉信号の送信タイミング情報１１１から、干渉信号２１が停止するタイミング２０１を得る。次に、送信タイミング制御器４は制御ユニットからの制御信号に従い、この干渉信号停止タイミング２０１より最大探知距離に相当する時間だけ前のタイミング２０２から、最大探知距離に相当する長さのレーダ送信信号２２を送信させる。チャープ変調信号周波数２３ａは、レーダ信号の送信開始２０２から、時間とともに線形に変化させ、いわゆるリニアチャープ変調を行う。チャープ変調の周波数変化方向はアップチャープでもダウンチャープでもかまわない。

受信期間２４は、干渉信号２１の停止タイミング２０１から送信信号長（最大探知距離相当と等しい期間２０３までの間で、干渉信号２１が停止している期間とする。
送信信号の長さが最大探知距離相当と長いため、受信信号は一般に複数の目標からの受信信号２５ａ、２５ｂが重畳したものとなるが、送信信号がチャープ変調されているため、受信期間における周波数は２６ａ、２６ｂのように距離に応じた周波数となっている。そこで受信信号処理部において送信周波数との差分をとることにより２７ａ、２７ｂのように周波数差として距離情報を得ることができる。以上の送信信号、チャープ変調信号周波数、受信期間の一連の流れを１パルスヒット期間とし、次の干渉信号の停止タイミングより最大探知距離相当期間前から次のパルスヒット期間が始まり、それを繰り返す。

制御ユニット１５は、レーダ装置に送る送信タイミング情報は次のようにして決定する。干渉信号が停止するタイミング２０１の情報は、干渉信号源１６がレーダである場合は、前回パルスを送信したタイミングとパルス繰り返し周期から予測することができ、また、時分割方式の通信装置の場合には通信装置が使用するタイムスロットの情報から予測することができる。また、自ら送信タイミングを制御可能な干渉信号源の場合は、自ら決定する送信スケジュールそのものを用いればよい。

このように、本実施の形態によると、干渉信号が停止するタイミングを制御ユニットより受取り、その前に最大探知距離に相当する時間長の送信信号を送信するため、受信期間が短くても、探知距離内に存在する複数目標からの反射信号を受信することができ、従来のレーダで問題となっていた目標反射信号の欠落が生じないという効果を奏する。
また、目標までの距離情報を送受信の差分周波数により得ているため、必要な受信期間が最大探知距離に依存せず、受信期間を短くすることができる。また、パルス変調方式は、低価格で簡易な方式であるため、小型化できる。更に、干渉信号の存在しない時間のみの受信信号を用いて信号処理するため、干渉信号源との干渉を低減し、レーダ性能の劣化が最小限に抑えられるという効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態１では、最大探知距離に相当する長さの送信信号にチャープ変調を施して送信するが、電波法やコストの観点から十分な周波数帯域幅を用いることができない場合、チャープ変調の周波数変化率を大きくすることができず、距離の異なる目標信号間の周波数差が小さくなり距離分解能が劣化する可能性がある。本実施の形態はこのような問題に対処するためのものである。ハードウェア構成は実施の形態１と同じため説明を省略する。

本実施の形態では、限られた周波数帯域幅でチャープ変調の周波数変化率を大きくするため、送信信号長を短くする。しかし、送信信号長を短くすると、それより狭い距離範囲の目標しか探知できなくなってしまう。そこで、複数のパルスヒットを遠距離用と近距離用に分け、遠距離用パルスヒットでは、送信タイミングと受信タイミングとの間隔を広くして遠距離の目標信号を受信し、近距離用パルスヒットでは送信タイミングと受信タイミングの間隔を狭くすることにより近距離の目標信号を受信し、２つのパルスヒット間で受信する目標信号を合成することによって近距離から最大探知距離までの目標信号を受信する。

図３に本実施の形態のタイムチャートを示す。図において、（Ａ）の縦軸は干渉信号、（Ｂ）の縦軸はレーダ送信信号、（Ｃ）の縦軸はチャープ変調信号周波数、（Ｄ）の縦軸はレーダ受信期間、（Ｅ）の縦軸はレーダ受信信号、（Ｆ）の縦軸は送受信差分周波数、を示し、各図の横軸は時間を示す。実施の形態１と同様に、まず、制御ユニットは干渉信号源１６から干渉信号の送信タイミング情報１１１から、干渉信号２１が停止するタイミング２０１を得る。次に、送信タイミング制御器４は制御ユニットからの制御信号に従い、遠距離用パルスヒットでは、干渉信号停止の予測タイミング３０１より最大探知距離に相当する時間前のタイミング３０２を送信信号開始タイミングとし、そのタイミングから最大探知距離の２分の１相当の長さのレーダ送信信号３２ａを送信する。

チャープ変調信号周波数３３ａは、レーダ信号の送信開始３０２から、リニアチャープ変調を開始するが、実施の形態１に比べて送信信号長が２分の１のため、周波数変化率を２倍にする。また、送信信号３２ａの送信が終了してから受信期間３４の開始まで最大探知距離の２分の１相当の期間があるため、その期間は周波数変化を止めて、受信期間が始まるタイミング３０１から受信信号処理用のためのチャープ変調信号周波数３３ｂの変調を開始する。受信期間３４ａは、干渉信号３１の停止タイミング３０１から送信信号長（最大探知距離の２分の１相当）と等しい期間３０３までの間で、干渉信号３１が停止している期間とする。

この受信期間には、距離が最大探知距離の２分の１から最大探知距離までの遠距離目標の信号３５ｂのみが受信でき、距離が最大探知距離の２分の１以下の近距離目標の信号３５ａは受信できない。そこで、次の近距離用パルスヒット時では、干渉信号の停止予測タイミング３０４と送信信号開始タイミング３０５の間隔を最大探知距離の２分の１相当とし、その期間に送信信号３２ｂを送信する。

チャープ変調信号周波数３３ｃは送信開始３０５からすぐにチャープ変調を開始し、このパルスヒットでは送信信号停止タイミング３０４からすぐに受信期間３４ｂが開始するため、送信信号停止タイミング３０４からも引き続き同じ周波数変化率でチャープ変調信号周波数３３ｄを変化させ、受信信号処理に供する。受信期間３４ｂは送信信号停止タイミング３０４からすぐに開始するため、遠距離の目標信号３５ｄは受信できないが、近距離の目標信号３５ｃを受信することができ、前のパルスヒットと合わせて、近距離から最大探知距離までの複数の目標反射信号を受信することができる。

このように、本実施の形態では近距離から最大探知距離までの期間を２回のパルスヒットに分けて受信し、送信信号長を２分の１に短くすることによって、同じ周波数帯域幅の送受信信号処理系を用いてチャープ変調の周波数変化率を２倍にすることができるので、周波数差として得られる距離分解能を２倍に向上させることができるという効果を奏する。また、同様に、近距離から最大探知距離までの期間を３分の１ずつ３回のパルスヒットに分けて受信し、チャープ変調信号の周波数変化率を３倍にすると、同じ周波数帯域幅の送受信信号処理系を用いて３倍の距離分解能得られる。同様に、より多くのパルスヒットに分割することにより所望の距離分解能を得ることができる。

１チャープ変調信号生成部
２鋸波発生器
３電圧制御発振器
４送信タイミング制御器
５送信アンテナ
６目標
７受信アンテナ
８受信タイミング制御器
９受信信号処理部
１０周波数変換器
１１Ａ／Ｄ変換器
１２メモリ
１３ＦＦＴ処理器
１４表示装置
１５制御ユニット
１６干渉信号源
２１干渉信号
２２送信信号
２３ａ送信信号用チャープ変調信号周波数
２３ｂ受信信号処理用チャープ変調信号周波数
２４受信期間
２５ａ近距離目標の反射信号
２５ｂ遠距離目標の反射信号
２６ａ近距離目標の反射信号周波数
２６ｂ遠距離目標の反射信号周波数
２７ａ近距離目標の反射信号の送受信差分周波数
２７ｂ遠距離目標の反射信号の送受信差分周波数
３１干渉信号
３２ａ遠距離用パルスヒット時の送信信号
３２ｂ近距離用パルスヒット時の送信信号
３３ａ遠距離用パルスヒット時の送信信号用チャープ変調信号周波数
３３ｂ遠距離用パルスヒット時の受信信号処理用チャープ変調信号周波数
３３ｃ近距離用パルスヒット時の送信信号用チャープ変調信号周波数
３３ｄ近距離用パルスヒット時の受信信号処理用チャープ変調信号周波数
３４ａ遠距離用パルスヒット時の受信期間
３４ｂ近距離用パルスヒット時の受信期間
３５ａ遠距離用パルスヒット時の近距離目標の反射信号
３５ｂ遠距離用パルスヒット時の遠距離目標の反射信号
３５ｃ近距離用パルスヒット時の近距離目標の反射信号
３５ｄ近距離用パルスヒット時の遠距離目標の反射信号
３６ａ遠距離用パルスヒット時の近距離目標の反射信号周波数
３６ｂ遠距離用パルスヒット時の遠距離目標の反射信号周波数
３６ｃ近距離用パルスヒット時の近距離目標の反射信号周波数
３６ｄ近距離用パルスヒット時の遠距離目標の反射信号周波数
３７ａ遠距離用パルスヒット時の遠距離目標の反射信号の送受信差分周波数
３７ｂ近距離用パルスヒット時の近距離目標の反射信号の送受信差分周波数
４１従来レーダの送信信号
４２従来レーダの受信期間
４３ａ近距離目標からの目標反射信号
４３ｂ遠距離目標からの目標反射信号
４４干渉信号
１０１鋸波
１０２チャープ変調信号
１０３送信信号
１０４目標反射信号
１０５受信信号
１０６送受信差分周波数信号
１０７送受信差分周波数ディジタル信号
１０８１ヒット分の送受信差分周波数信号
１０９目標の距離情報
１１０制御信号
１１１干渉信号の送信タイミング情報
２０１干渉信号停止タイミング
２０２送信信号開始タイミング
２０３受信期間開始タイミングから送信信号長と等しい時間後のタイミング
３０１遠距離用パルスヒット時の干渉信号停止タイミング
３０２遠距離用パルスヒット時の送信信号開始タイミング
３０３遠距離用パルスヒット時の受信期間開始タイミングから送信信号長と等しい時間後のタイミング
３０４近距離用パルスヒット時の干渉信号停止タイミング
３０５近距離用パルスヒット時の送信信号開始タイミング
３０６近距離用パルスヒット時の受信期間開始タイミングから送信信号長と等しい時間後のタイミング

Claims

近傍に断続的な干渉信号を送信する干渉信号源が配置され、この干渉信号源の動作を制御する制御ユニットから出力された制御信号に基づいて動作するレーダ装置であって、
前記制御信号に従いチャープ変調信号を生成するチャープ変調生成部と、
前記制御信号に従い前記チャープ変調信号を送信するタイミングを制御する送信タイミング制御器と、
前記チャープ変調信号を放射する送信アンテナと、
異なる距離に位置する複数目標からの反射信号を受信する受信アンテナと、
前記制御信号に従い受信するタイミングを制御し受信信号を出力する受信タイミング制御器と、
前記受信信号に前記チャープ変調信号を混合した送受信信号の差分周波数から各目標の距離を算出する受信信号処理部とを備え、
前記送信タイミング制御器は、前記制御ユニットから前記干渉信号の停止タイミング情報を受取り、この停止タイミングより前に予め設定した送信時間長の前記チャープ変調信号を送信し、
前記受信タイミング制御器は、前記干渉信号の停止タイミングと同時に、この停止期間内に前記複数目標からの反射信号を受信し、
前記送信時間長が想定する最大探知距離に相当する時間長より短かく、チャープ信号の周波数変化率を前記送信時間長が前記想定する最大探知距離に相当する時間である場合より大きくして、送信信号の送信開始タイミングから受信期間開始タイミングまでの時間長をパルスヒットごとに変えることにより、複数のパルスヒットを用いて異なる距離範囲の目標を探知する
ことを特徴とするレーダ装置。