JP2000206233A

JP2000206233A - レ―ダのエコ―除去方式

Info

Publication number: JP2000206233A
Application number: JP11006737A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kurihara; 滋栗原
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】パルスレーダにおいて、第２周期エコーの影
響を抑制して、高い分解能をもたらす短いパルス幅のレ
ーダ波を用いても長い換算距離を確保できるようにす
る。【構成】（１）に示す反射波を、（２）に示す短パル
スの成分と（３）に示す長パルスの成分とに分解して、
両者の論理積をとる。その結果、第２周期エコーの成分
が取り除かれ、（４）に示す出力波形を得る。この出力
波形をもとに、表示装置に入力するためのビデオ信号を
生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電波などを反射を
利用して対象物の方位や対象物までの距離を測定するレ
ーダに関するもので、特に電波などの発射方向を周期的
に変化させ、対象表面で断続的に反射した電波などが戻
ってくるレーダにおいて、対象を鮮明に補足する技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にレーダの性能を考えるうえで、よ
り遠くの範囲まで、より鮮明に対象を補足する、という
ことが、きわめて重要なポイントである。このうち、よ
り遠くの範囲まで、という点は、換算距離を長くする、
ということになる。この換算距離は、

【０００３】Ｒｍａｘ（ｍ）＝Ｔ（μｓ）×１５０
（ｍ）Ｔ；レーダ繰り返し周期

【０００４】なる式によって、レーダ繰り返し周期に基
づいて一義的に決定される。この換算距離は、繰り返し
周期に電波が往復する距離であり、電波がレーダから発
射されて対象で反射し、再びレーダに到達するまでに、
繰り返し周期より短い時間しか要しないために、可能な
距離の最大値を示すものである。この換算距離を超えて
遠方に対象が存在する場合には、レーダから発射された
電波は繰り返し周期以内の時間では再びレーダに到達で
きない。レーダ繰り返し周期とは、特定の方向に電波を
発射してから、時間の経過とともに電波の発射方向を変
化させ、次に同じ方向に電波を発射するまでの時間を指
す。

【０００５】この換算距離は、いわゆる第２周期エコー
の発生を回避できる距離範囲を、示すものである。第２
周期エコーとは、レーダから発射された電波が対象で反
射して、繰り返し周期を経過してのちにレーダに再び到
達することを指す。このような現象が起こると、レーダ
では到達した電波が繰り返し周期以前に発射されたもの
か、繰り返し周期を経て再度発射されたものかを判断で
きず、レーダから対象までの距離の測定を誤ることにな
る。このような誤りを防ぐ目的で、対象から発射された
電波が繰り返し周期をよりも短い時間でレーダに再び到
達する程度に、レーダがカバーする換算距離を抑制する
ことによって、対象で反射した電波が第２周期エコーと
なることを防ぐものである。

【０００６】一方、より鮮明に対象を補足する、という
点は、レーダヒット数を多くする、ということになる。
レーダヒット数とは、レーダから特定の方向に発射され
た電波が、対象表面で反射してレーダに到達する回数で
ある。すなわち、レーダが対象の方向を向いている間
に、繰り返し周期ごとに発射された電波が対象で反射し
てレーダに再び到達する過程を、何回反復するか、とい
うことである。この反復回数が多いほど、対象に関する
情報量を多く集めることができて、より鮮明に対象を補
足することが可能になる。

【０００７】このレーダヒット数を多くするためには、
第１にレーダの回転数を少なくして、時間の経過に伴う
電波の発射方向の変化を少なくすること、第２にビーム
幅を広くして、電波の発射方向が変化しても依然として
特定方向の対象に電波が到達するようにすること、第３
に繰り返し周期を長くして、繰り返し周期を経過しない
うちに対象表面で反射した電波がレーダに到達するよう
にすること、が挙げられる。この３つの対策のうち、第
３の繰り返し周期を長くすることは、上述の換算距離を
長くするためにも、有効である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、冒頭に述べた
ように、より遠くの範囲まで、より鮮明に対象を補足す
る、という性能を向上させようとすると、繰り返し周期
の設定に二律背反を生じるため、このふたつの性能の両
立が困難になる、という問題が存在する。すなわち、ま
ず、より遠くの範囲まで、ということは、上述の換算距
離を長くすることに他ならず、このためには、繰り返し
周期を長くとって、電波がレーダと対象との間を往復す
るために長い時間を許容することが、必要となる。

【０００９】ところが次に、より鮮明に対象を補足する
ためには、上述のレーダヒット数を増加させることが必
要であり、このためには、レーダの電波発射方向が対象
の方向である間に、電波を多数回発射すること、換言す
れば繰り返し周波数を高くすることが、必要となる。こ
れはとりも直さず、繰り返し周期を短くすることが必
要、という意味になる。このように、より遠くまで、よ
り鮮明に、とレーダの性能を向上させるためには、繰り
返し周期の設定に二律背反を生じ、性能の向上が困難に
なる、という問題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する手
段として、本発明においては、互いに同期した長短２種
類のパルスを生成する手段と、これらのパルスを送信す
る手段と、対象で反射した長短２種類のパルスを受信す
る手段と、これらのパルスの論理積を求める手段と、求
められた論理積の信号をもとに、ビデオ信号を生成する
手段とを設けたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、詳細に説明する。図１に、本発明の実施に好適な
構成の概要を、例示する。

【００１２】図１において、１はレーダ空中線である。
このレーダ空中線１は、本例においてはレーダ波の送信
／受信の両方を受け持つ。２はデュプレクサである。こ
のデュプレクサ２は、レーダ空中線１に接続され、ひと
つのレーダ空中線１で送信・受信の両方をこなすための
信号の整理を行う。すなわち、レーダ送受信機の後述す
る送信側回路から送られてくる信号を、レーダ空中線１
に送り、逆にレーダ空中線１に入射したレーダ波信号
を、レーダ送受信機のやはり後述する受信側回路に送る
役割を果たす。

【００１３】以下、まず送信側回路について説明する。
３は送信機であり、パルス波を変調して、レーダ空中線
１からレーダ波、すなわち電波として送信可能な形態の
電気信号を生成する。駆動回路Ａ４ａおよび駆動回路Ｂ
４ｂで生々されたパルス波は、それぞれ送信機３に入力
する。４ａおよび駆動回路Ｂ４ｂはいずれも駆動回路で
あり、それぞれパルス波を生成する。この駆動回路Ａ４
ａおよび駆動回路Ｂ４ｂが生成するパルス波のパルス幅
は、異なっている。このパルス幅については、後に詳述
する。５は同期回路であり、同期信号を発生する。この
同期信号は、駆動回路Ａ４ａおよび駆動回路Ｂ４ｂにそ
れぞれ入力する。駆動回路Ａ４ａおよび駆動回路Ｂ４ｂ
では、同期回路５からの同期信号に基づいて、それぞれ
パルス波を生成する。ここで駆動回路Ａ４ａと駆動回路
Ｂ４ｂとに入力する同期信号は全く同じものであり、そ
の結果駆動回路Ａ４ａで生成されるパルス波と駆動回路
Ｂ４ｂで生成されるパルス波とは、同期する。なお、そ
れぞれの回路の構成の詳細については、当業者にとって
は周知の範囲に属すると思われるため、説明を省略す
る。

【００１４】次に、受信側回路について説明する。６は
受信選択回路であり、レーダ空中線１からデュプレクサ
２を介して入力した受信信号を、パルス幅に応じて分解
する。ここでいう受信信号とは、対象で反射したレーダ
波を、レーダ空中線１によって受信したものである。こ
の受信選択回路６は、前述した同期回路５の出力信号を
受信しており、この同期回路５からの信号に応じて、受
信信号を次に述べる受信回路７ａおよび７ｂに振り分け
る。ここでいう同期回路５からの信号は、駆動回路Ａ４
ａ、駆動回路Ｂ４ｂに送られるものと全く同じ信号であ
る。送信側へ送られる同期信号と受信側へ送られる同期
信号とが全く同じであるのに対して、受信信号はレーダ
波がレーダ空中線１と図示しない対象との間を往復する
時間の分だけ送信信号から遅れていることになる。しか
し、実際にはその遅れは信号のパルス幅などに比べて無
視できるほど小さいものである。そのため、送信側回路
と受信側回路とで同じ同期信号を用いても、実際に問題
を生じるものではない。

【００１５】７ａおよび７ｂはいずれも受信回路であ
り、それぞれ異なったパルス幅の信号に対して好適な受
信特性を備えている。ここでいう異なったパルス幅と
は、駆動回路Ａ４ａならびに駆動回路Ｂ４ｂによって生
成されるパルスのパルス幅そのものである。また、受信
回路７ａおよび７ｂには、受信選択回路６によって、そ
れぞれの受信特性に応じたパルス幅の信号が、入力す
る。ここで受信選択回路６は前述のように同期回路５か
らの同期信号に応じて受信信号を振り分けており、結果
として駆動回路Ａ４ａおよび駆動回路Ｂ４ｂと受信回路
７ａおよび７ｂとが、特定の一方の駆動回路で生成され
た信号は、対象の表面で反射したのちに特定の一方の受
信回路へ、他方の駆動回路で生成された信号は、やはり
対象の表面で反射したのちに他方の受信回路へ、という
ように、それぞれ対になるような動作をする。

【００１６】８は受信回路７ｂの出力信号を２値化する
２値化回路であり、受信回路７ｂの出力信号をディジタ
ル化する。９は２値化回路の出力信号を記憶するメモリ
であり、２値化された信号を記憶する。ここで、２値化
回路８ならびにメモリ９は、受信回路７ａおよび７ｂの
うちの一方だけに接続されている。これら２値化回路８
ならびにメモリ９は、長いパルス幅の信号を扱う方の受
信回路に接続される。図１においては、受信回路７ｂが
長いパルス幅の信号を扱う方の受信回路である。一方、
受信回路７ａは、短いパルス幅の信号を扱う方の受信回
路である。２値化回路８ならびにメモリ９が長いパルス
幅の信号を扱う一方の受信回路だけに接続される理由に
ついては、後述する回路の動作の説明において、明らか
にする。

【００１７】１０は選択回路であり、この選択回路１０
は、受信回路７ａの出力信号と、２値化回路８でディジ
タル化されメモリ９に一旦記憶された信号との論理積を
求め、この論理積に基づいて、図示しない画面に画像を
表示するためのビデオ信号を生成する。

【００１８】以下、これまでに説明した図１の構成の回
路の動作について、図１に加えて図２ならびに図３に基
づいて説明する。

【００１９】図１の同期回路５が同期信号を生成して出
力すると、この同期信号に基づいて、駆動回路Ａ４ａと
駆動回路Ｂ４ｂとが、長いパルス幅の信号と短いパルス
幅の信号とを、それぞれ生成する。これらの信号の波形
を、図２に示す。図２において、（１）に長パルスの波
形、（２）に短パルスの波形を、それぞれ示す。これら
長いパルス幅の信号と短いパルス幅の信号とは、同期回
路５の同期信号に基づいて同期している。この長パルス
と短パルスとを合成して、図２（３）に示す波形を備え
たレーダ波として送信する。

【００２０】送信されたレーダ波は、対象物の表面で反
射して、反射波としてレーダに再び入射する。ただしこ
のときには、送信されたときと全く同じ波形ではなく、
図２（４）に波形を示すように、短パルスの第２周期エ
コーを含んで、波形が乱れている。この第２周期エコー
の成分は、送信されたレーダ波が補足すべき対象とは異
なる位置で反射したものであり、補足すべき対象までの
距離と第２周期エコーを生じる反射位置までの距離との
違いによって、異なるタイミングで送信されたレーダ波
の短パルスのエコーが、片方は補足すべき対象の表面で
反射した真エコー、片方は補足すべき対象とは異なる位
置で反射した第２周期エコーとして、ほぼ同時にレーダ
に再び入射することに、なる。

【００２１】しかしながら、第２周期エコーは、完全に
真エコーと同じタイミングで入射するとは限らず、むし
ろ実際にはわずかに真エコーとはわずかにずれたタイミ
ングで入射することが、多い。そのために入射波形に乱
れを生ずることになり、特に入射波のピークのタイミン
グがずれるために、レーダが対象までの距離を正確に測
るうえで、おおいに妨げとなる。

【００２２】そこで、図１に示す受信選択回路によっ
て、まず図３（１）に示す反射波を、長パルスの成分と
短パルスの成分とに分離して、図１に示す受信機Ａなら
びに受信機Ｂに入力する。ここで図３（１）に示す波形
は、図２（４）に示す波形と全く同じものである。ま
た、受信機Ａならびに受信機Ｂは、それぞれ短パルスお
よび長パルスに好適な受信特性を備えた回路である。

【００２３】このとき、受信機Ａに入力する波形は、図
３（２）に示す波形となり、一方受信機Ｂに入力する波
形は、図３（３）に示す波形となる。ここで、長パルス
に関しては、反射波においても第２周期エコーを生じる
ことは、ない。その理由は、長パルスのパルス幅にあ
る。長パルスにおいてパルス幅をある程度広くとる、す
なわち１回ごとのパルスの持続時間をある程度長くとる
ことによって、第２周期エコーを真エコーに吸収するこ
とが、可能になるからである。ちなみに、短パルスにお
いてこのようにパルス幅を広くとることをしないのは、
短パルスのパルス幅を狭めることで測定分解能を高める
狙いがあるためである。

【００２４】次いで、受信機Ｂに示す長パルス成分を２
値化して、一旦メモリに貯えたのちに出力して、この長
パルス成分の出力と受信機Ａの出力との論理積を求め
る。この論理積によって求められた出力の波形を、図３
（４）に示す。この図３（４）の出力波形をみると、図
３（１）の波形にみられた第２周期エコーによる乱れ
が、消失している。このように第2周期エコーが消失す
る理由は、短パルスの真エコーと長パルスのエコーと
は、もともと同期したパルス信号としてレーダから発射
され、いずれも補足すべき対象の表面で反射して同じ経
路をたどって再びレーダに入射した信号であるために、
両者が事実上同一のタイミングであるのに対して、短パ
ルスの第２周期エコーの方は、入射波形に乱れを生ずる
ほどに短パルスの真エコーとずれた信号であるために、
当然に長パルスのエコーともずれており、したがって短
パルスの第２周期エコーと長パルスのエコーとの論理積
を求めれば、その結果は零となるからである。

【００２５】ここで留意すべきは、長パルスのパルス幅
を無制限に拡張しないことである。長パルスのパルス幅
を不当に拡張すると、長パルスの中に短パルスの第２周
期エコーまで含んでしまうことになるため、本発明が狙
いとする第２周期エコーの除去効果を、充分に享受でき
なくなるおそれがある。逆に長パルスのパルス幅を過度
に狭くすると、長パルスと２値化された短パルスとの論
理積を求める際に、短パルスの真エコー成分を充分な時
間にわたって出力できない可能性がある。そこで、長パ
ルスのパルス幅を、これらの条件を考慮して適切な幅に
定めることが、望ましい。

【００２６】上記の実施例と同様の構成で、長パルスの
数を増やすことも、考えられる。このような場合の処理
について、図４ならびに図５に基づいて説明する。な
お、この場合でも回路構成については基本的に上記の実
施例と同じであるので、回路構成については図１を再び
説明に用いることとする。

【００２７】図１の同期回路５が同期信号を生成して出
力すると、この同期信号に基づいて、駆動回路Ａ４ａと
駆動回路Ｂ４ｂとが、長いパルス幅の信号と短いパルス
幅の信号とを、それぞれ生成する。これらの信号の波形
を、図４に示す。図４において、（１）に長パルスの波
形、（２）に短パルスの波形を、それぞれ示す。この図
４（１）ならびに（２）において、第１の実施例との相
違は、長パルスの間隔だけである。これら長いパルス幅
の信号と短いパルス幅の信号とは、図２に示した第１の
実施例の場合と同様に、同期回路５の同期信号に基づい
て同期している。この長パルスと短パルスとを合成し
て、図４（３）に示す波形を備えたレーダ波として送信
する。

【００２８】このレーダ波が対象の表面で反射して再び
レーダに入射するときには、短パルスに第２周期エコー
の成分が含まれ、図（４）に示すような波形になってい
る。

【００２９】そこで、図１に示す受信選択回路によっ
て、まず図５（１）に示す反射波を、長パルスの成分と
短パルスの成分とに分離して、図１に示す受信機Ａ７ａ
ならびに受信機Ｂ７ｂに入力する。ここで図５（１）に
示す波形は、図４（４）に示した波形と全く同じもので
ある。また、受信機Ａ７ａならびに受信機Ｂ７ｂは、そ
れぞれ短パルスおよび長パルスに好適な受信特性を備え
た回路である。このとき、受信機Ａ７ａに入力する波形
は、図５（２）に示す波形となり、一方受信機Ｂ７ｂに
入力する波形は、図５（３）に示す波形となる。ここ
で、長パルスに関しては、第１の実施例と同様に、反射
波においても第２周期エコーを生じることは、ない。そ
の理由は、第１の実施例の説明において既に述べた内容
と同じである。

【００３０】次いで、受信機Ｂ７ｂに入力される長パル
ス成分を２値化して、一旦メモリ９に貯えたのちに出力
して、この長パルス成分の出力と受信機Ａの出力との論
理積を求める。この論理積によって求められた出力の波
形を、図５（４）に示す。この図５（４）の出力波形を
みると、図５（１）の波形にみられた第２周期エコーに
よる乱れが、消失している。このように第２周期エコー
が消失する理由は、第１の実施例の場合と同様に、短パ
ルスの第２周期エコーの方は、入射波形に乱れを生ずる
ほどに短パルスの真エコーとずれた信号であるために、
当然に長パルスのエコーともずれており、したがって短
パルスの第２周期エコーと長パルスのエコーとの論理積
を求めれば、その結果は零となるからである。

【００３１】ただしこの第２の実施例においては、たと
えば図３（４）と図５（４）との比較において明らかに
なるように、第１の実施例と比較してビデオ信号の生成
に用いられる最終的な出力の情報量が、多い。したがっ
て、第１の実施例と比較してさらに高精度かつリアルタ
イムの処理を行える、という付加的な利点がある。

【００３２】本発明の基本的な構成ならびに動作につい
ては、以上に説明した通りであるが、構成については、
図１を用いて説明したもの以外にも、種々の構成が考え
られる。かかる種々の構成の例について、以下に説明を
補足する。

【００３３】図６は、図１の構成に対して送信側の構成
を変更した例である。図１の送信機３に代えて、図６で
は送信系統を２系統設けている。すなわちレーダ空中線
１ａならびに１ｂ、デュープレクサ２ａならびに２ｂ、
送信機３ａならびに３ｂ、である。これら送信機３ａな
らびに３ｂは、それぞれ駆動回路Ａ４ａならびに駆動回
路Ｂ４ｂに独立して接続されており、各々が個別のデュ
ープレクサ２ａならびに２ｂを介して、個別に独立した
レーダ空中線１ａならびに１ｂに接続されている。これ
により、送信機の特性を、それぞれのパルス幅など信号
特性に合わせたものに最適化することが、可能になる。
また、長パルスと短パルスとで周波数を変えるようにし
た場合など、長パルスと短パルスを完全に独立して送信
ないし反射することになるため、情報の損失を抑制でき
る。さらに、受信側も個別のデュープレクサ以降が独立
しているため、より処理速度を向上させ、リアルタイム
に情報を得ることができるようになる。

【００３４】図７は、図１の構成に対してやはり送信側
の構成を変更した例であるが、図６の構成と異なり、送
信機はひとつだけであるが、同期回路から周波数変換機
能を備えた回路１１を介して、送信機３の送信周波数を
制御している。このようにして送信周波数を制御するこ
とにより、第１の実施例に示したように長パルスと短パ
ルスとで周波数を変えるようにした場合など、異なる周
波数をひとつの送信機で実現でき、回路構成を簡単にで
きる。周波数変換機能を備えた回路としては、ガン発振
器、クライストロンなどを利用できる。

【００３５】さらに図８は、やはり送信側の構成を変更
した例であり、送信機３とデュープレクサ２との間に位
相器１２を挿入した構成となっている。ここで送信機と
してはマグネトロンを用い、負荷条件により周波数が変
化するものを採用する。また、パルス幅としては、周波
数の変化量の半分がレーダ波のメインのスペクトラムの
広がりの角度に相当する時間より広めとする。

【００３６】また、ゲート回路としては、図９に示すよ
うな構成も考えられる。受信機Ａならびに受信機Ｂの出
力信号をそれぞれＡ／Ｄ変換してディジタル信号を生成
して、相関回路に入力する。この相関回路では、長パル
ス側のディジタル信号を一旦記憶し、その記憶されたデ
ィジタル信号と短パルス側のディジタル信号とを比較す
る。両信号のタイミングが一致した場合には、そのまま
短パルス側のディジタル信号をＤ／Ａ変換して出力す
る。この際に、振幅については長パルス側のものを利用
する。また両信号のタイミングが一致しない場合には、
信号を出力しないか、あるいはＤ／Ａ変換すべき信号が
存在しないことを示す信号を出力する。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、レーダの第２周期エコーの影響を効果的に抑制し
て、レーダの分解能と、レーダの観測範囲を示す換算距
離との両立を、容易に実現できる。参考データとして、
次の例を挙げる。レーダ空中線回転数：１０（ｒ．ｐ．ｍ．）検出確率：０．９誤警報率１／１００,０００,０００雑音指数：８（ｄＢ）とすると、０．１μｓ０．１μｓ０．２５μｓ３ｋＨｚ１．５ｋＨｚ換算距離（ｋｍ）５０５０１００ヒット数１２．５８〜９６．３帯域幅（ＭＨｚ）１４１４４ノイズレベル（ｄＢｍ） −９４ −９４ −１００検出レベル（ｄＢｍ） −８１ −８０ −８４０．２５μｓ０．２５μｓ０．６μｓ１ｋＨｚ５００Ｈｚ１ｋＨｚ換算距離（ｋｍ）１５０３００１５０ヒット数４．２２４．２帯域幅（ＭＨｚ）４４２ノイズレベル（ｄＢｍ）−１００ −１００ −１０３検出レベル（ｄＢｍ） −８１ −８０ −８６となり、高分解能を与える０．１μｓ、３ｋＨｚの条件
よりも低いレベルとなる。このように、短パルスの情報
を損なうことなく、第２周期エコーの影響を効果的に抑
制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の回路構成の概要を示すブロッ
ク図である。

【図２】第１の実施例における送受信波形を示す概念図
である。

【図３】第１の実施例における反射波の処理を波形によ
って示す概念図である。

【図４】第２の実施例における送受信波形を示す概念図
である。

【図５】第２の実施例における反射波の処理を波形によ
って示す概念図である。

【図６】本発明のさらに別の実施例の回路構成の概要を
示すブロック図である。

【図７】本発明のさらに別の実施例の回路構成の概要を
示すブロック図である。

【図８】本発明のさらに別の実施例の回路構成の概要を
示すブロック図である。

【図９】本発明のさらに別の信号処理部の構成の例を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１レーダー空中線２デュープレクサ３送信機４駆動回路５同期回路６受信選択回路７受信機８ 2値化回路９メモリ１０ゲート回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス幅の長いパルス波とパルス幅の短
いパルス波とをそれぞれ生成し、該長短のパルス波を発
射し、該発射されたパルス波が対象で反射された反射波
を受けてパルス幅の長い成分とパルス幅の短い成分とに
分離し、該パルス幅の長い成分とパルス幅の短い成分と
の論理積を求めて、この論理積を出力とする、レーダの
エコー除去方式。