JPH04357485A - パルス・ドップラーレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高速移動目標を観測
対象とするパルス・ドップラーレーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のパルス・ドップラーレー
ダ装置については、例えば、Ｇ．Ｖ．Ｍｏｒｒｉｓ：“
Ａｉｒｂｏｒｎｅ　　Ｐｕｌｓｅｄ　　Ｄｏｐｐｌｅｒ
　　Ｒａｄａｒ”，Ａｒｔｅｃｈ　　Ｈｏｕｓｅ，Ｉｎ
ｃ．（１９８８）に、パルス圧縮手段の構成については
、Ｄｏｎａｌｄ　　Ｒ．Ｗｅｈｎｅｒ：“Ｈｉｇｈ　　
Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　　Ｒａｄａｒ”，Ａｒｔｅｃｈ
　　Ｈｏｕｓｅ，Ｉｎｃ．（１９８７）、及びＢｅｒｎ
ａｒｄ　　Ｌ．Ｌｅｗｉｓ他：”Ａｓｐｅｃｔ　　ｏｆ
　　ＲａｄａｒＳｉｇｎａｌ　　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
”，Ａｒｔｅｃｈ　　Ｈｏｕｓｅ，Ｉｎｃ．（１９８６
）に開示されているものがある。図８は従来のチャープ
方式パルス・ドップラーレーダ装置、図９は従来の符号
変調方式パルス・ドップラーレーダ装置の構成を示すブ
ロック図である。図８及び図９において、１は送信手段
、２は受信手段、３はアンテナ、４は送受切換器、５は
パルス圧縮手段、６はパルス・ドップラー処理手段、７
は振幅検波器、８は表示器、１０はリファレンス信号発
生手段である。

【０００３】次に動作の概要を説明する。図８において
、送信手段１の送信パルス発生器１１からパルス幅τの
送信パルスが発生され、パルス伸長器１２により、図１
０（ａ）に示されるように、パルス幅Ｔ（Ｔ＞＞τ）、
周波数帯域幅Δｆ（＝１／τ）のチャープ（直線ＦＭ変
調）パルスが生成される。一方、図９においては、送信
手段１の送信パルス発生器１１からパルス幅τの送信パ
ルスが発生され、７ビット・バーカー符号による符号化
位相変調の例では、図１１（ａ）に示される遅延素子１
５と加算器１６を備えた符号化位相変調器１４により、
図１１（ｂ）に示されるパルス幅Ｔの符号化位相変調パ
ルスが生成される。図８及び図９のチャープ方式、符号
変調方式のいずれの場合も、変調された送信パルスは送
受切換器４、アンテナ３を経て送信電波として目標へ放
射され、目標で反射された電波はアンテナ３で受信され
、受信信号は送受切換器４を経て、受信手段２において
ディジタル複素ビデオ信号に変換される。

【０００４】上記の受信手段２では、図１２に示される
ように、受信信号はミキサー２１で、局部発信器２２の
出力と積がとられ、中間周波信号に変換される。ミキサ
ー２１の出力はＩＦ（中間周波）アンプ２３で増幅され
た後、２分配され、夫々位相検波器２４へ入力される。 位相検波器２４においてコヒーレント発振器２５の出力
信号との積、及びコヒーレント発振器２５の出力信号の
位相を９０゜移相器２６にて９０゜遅らせた信号との積
がとられ、夫々位相検波される。夫々の位相検波器出力
は受信複素ビデオ信号の実部（Ｉ）及び虚部（Ｑ）とし
て、サンプルホールダ２７によって保持された後、Ａ／
Ｄ変換器２８によりディジタル複素ビデオ信号に変換さ
れる。

【０００５】受信手段２の出力データは、レンジ−パル
スヒットの２次元データとする。ここで、レンジは送受
信機からの相対距離の単位で、１サンプリングタイムの
間に光が進む距離の半分を表し、パルスヒットは送信パ
ルス数の単位である。このレンジ方向データを数パルス
ヒット分考える。ここではレンジ方向のデータ点数（全
レンジビン数）をＮ、パルスヒット方向のデータ点数（
これはフーリエ変換点数であり、フーリエ変換後の全ド
ップラービン数である）をＭとする。受信手段２の出力
は、パルス圧縮手段５に入力される。

【０００６】パルス圧縮は、送信時に変調を施された広
パルス幅信号を、受信時にレンジ方向の相関処理によっ
て狭パルス幅信号に変換する技術で、パルスが送信され
てから受信されるまでの時間をｔｊとし、受信パルス信
号を時間ｔの関数ｘ（ｔ−ｔｊ）とすると、これとリフ
ァレンス信号ｘ＊　（−ｔ）（＊　：複素共役）とを周
波数領域で複素乗算してスペクトルの位相成分を全周波
数に渡って一定にし、更にこれを時間領域に戻すことに
より信号エネルギーは１カ所に集中して狭パルス幅信号
に変換される。（チャープ方式の圧縮パルス波形を図１
０（ｃ）に示す。）

【０００７】パルス圧縮手段５の出力は、パルス・ドッ
プラー処理手段６に入力される。パルス・ドップラー処
理は、目標の相対速度を検出するために受信信号を目標
の速度成分であるドップラー周波数成分に分解するもの
で、時間領域の受信信号をパルスヒット方向にフーリエ
変換して、周波数領域の信号に変換する処理である。

【０００８】次に、パルス圧縮手段５とパルス・ドップ
ラー処理手段６の動作について、図８，図９，図１３を
参照して説明する。はじめに、図８及び図９のリファレ
ンス信号発生手段１０で発生し、パルス圧縮手段５の参
照メモリ５０に予め記憶しておくリファレンス信号につ
いて説明する。このリファレンス信号発生手段１０は、
リファレンス信号発生器１０１とＮ点ＦＦＴ演算器１０
４により構成され、Ｎ点ＦＦＴ演算器１０４を通過した
リファレンス信号は、参照メモリ５０に入力される。そ
して、信号処理のモードが変わり、リファレンス信号作
成パラメータ（レンジビン数Ｎ、送信パルス幅Ｔ、搬送
波周波数ｆ０　、サンプリングタイムｔｓ　）が変化し
ないかぎり同一のリファレンス信号が用いられるため、
リファレンス信号発生手段１０は１度参照メモリ５０に
リファレンス信号を入力すると切り離される。ただし、
信号処理モードが変ったときは、再びリファレンス信号
発生手段１０は接続され、参照メモリ５０にリファレン
ス信号を再入力する。リファレンス信号発生器１０１は
、送信手段１で生成された送信パルス（チャープ方式と
符号変調方式の場合、それぞれ図１０（ａ）、図１１（
ｂ）に示す）をサンプリング・タイムＴＳ　でサンプリ
ングし、その信号をＴＲ（ｒ）で表わすと次式で示すリ
ファレンス信号Ｒ（ｒ）を発生する。（チャープ方式と
符号変調方式の場合、それぞれ図１０（ｂ）、図１１（
ｃ）に示す）。ここでｒはレンジビンを表し、時間をサ
ンプリング・タイムｔｓ　で区切ったものである（ｒ＝
ｔ／ｔｓ　）。

【０００９】

【数１】

【００１０】次にこのＲ（ｒ）を周波数領域のデータに
変換するために、Ｎ点ＦＦＴ演算器１０４によりレンジ
方向にフーリエ変換して、次式で表せるリファレンス信
号のスペクトルＲＲ　（ｆｒ）が得られる。 　　ＲＲ　（ｆｒ）＝ＦＲ　［Ｒ（ｒ）］，　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（２）（ＦＲ　；レンジ方向のフーリエ変換，ｆｒ：周
波数）上記のリファレンス信号のスペクトルＲＲ　（ｆ
ｒ）が、リファレンス信号発生手段１０により生成され
参照メモリ５０に記憶される。１度記憶されると、リフ
ァレンス信号発生手段１０は参照メモリ５０と切り離さ
れる。上記のリファレンス信号のスペクトルＲＲ　（ｆ
ｒ）の生成方法は、チャープ方式と符号変調方式いずれ
の場合も同様である。

【００１１】次に、パルス圧縮手段とパルス・ドップラ
ー処理手段の信号処理の流れを図１３を参照して説明す
る。ステップ１ではバッファメモリ５４に一時記憶され
た受信手段２の出力データＳ（ｒ）は、周波数分析を行
うために、Ｎ点ＦＦＴ演算器５２でレンジ方向にフーリ
エ変換される。Ｎ点ＦＦＴ演算器の出力は、周波数領域
のデータに変換され、周波数軸上でサンプリング周波数
（１／ｔｓ　）をＮ分割した周波数毎の応答となって現
われ、次式で表せる。 　　ＳＲ　（ｆｒ）＝ＦＲ　［Ｓ（ｒ）］，　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（３）（ＦＲ　；レンジ方向のフーリエ変換，ｆｒ：周
波数）

【００１２】ステップ２ではＮ点ＦＦＴ演算器５
２の出力データＳＲ　（ｆｒ）は、その位相成分を全周
波数にわたって一定にするために、参照メモリ５０に記
憶されているリファレンス信号のスペクトルＲＲ　（ｆ
ｒ）と複素乗算器５１で乗算され、その出力がバッファ
メモリー５５に一時記憶される。上記の複素乗算器５１
の出力は次式で表せる。 　　ＵＲ　（ｆｒ）＝ＳＲ　（ｆｒ）×ＲＲ　（ｆｒ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）

【００１３】ステップ３ではバッファメモリー５５に一
時記憶された複素乗算器５１の出力データＵＲ　（ｆｒ
）がＮ点ＩＦＦＴ演算器５３で逆フーリエ変換され、時
間領域に戻された信号エネルギーは１ケ所に集中し狭パ
ルス信号が得られる。Ｎ点ＩＦＦＴ演算器５３の出力は
次式で表せる。 　　Ｕ（ｒ）＝Ｆｆｒ−１［ＵＲ　（ｆｒ）］，　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５
）（Ｆｆｒ−１；周波数方向の逆フーリエ変換）

【００
１４】ステップ４では、上記ステップ１からステップ３
の処理がパルスヒットｐについて繰り返され、Ｎ点ＩＦ
ＦＴ演算器５３の出力データＵ（ｒ）が２次元データＵ
（ｒ，ｐ）として２次元メモリ６１に記憶される。そし
て２次元メモリ６１からデータＵ（ｒ，ｐ）がパルスヒ
ット方向に読み出され、Ｍ点ＦＦＴ演算器６２でパルス
ヒット方向にＭ点フーリエ変換され、パルス・ドップラ
ー処理が行われる。この処理により、それぞれのレンジ
ビン毎にドップラー周波数成分に分解され、目標の相対
速度に対応するドップラービンに信号電力が積分される
ことにより、目標の相対速度が検出できる。上記のＭ点
ＦＦＴ演算器６２の出力は次式で表せる。 　　ＵＰ　（ｒ，ｆｄ）＝Ｆｐ　［Ｕ（ｒ，ｐ）］，　
　　　　　　　　　　　　　　　（６）（Ｆｐ　；パル
スヒット方向のフーリエ変換、ｆｄ；ドップラー周波数
） このパルスヒット方向のフーリエ変換をレンジビンｒに
ついて繰り返す。

【００１５】上記Ｍ点ＦＦＴ演算器６２の出力は振幅検
波器７により包絡線検波処理が行われ、表示器８でレン
ジビン対ドップラー周波数表示により目標が表示される
。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来のこの種のパルス
・ドップラーレーダ装置は、以上のように構成されてい
て、今、あるレンジビン内の移動目標が、ドップラー周
波数ｆｄを生ずる相対速度Ｖをもつとき、パルス圧縮の
処理において以下のような課題があった。チャープ方式
の場合、上記の相対速度Ｖをもつ移動目標で反射された
受信パルスの時間対周波数特性（図１４の点線で示す）
は、相対速度が零の目標で反射された受信パルスの時間
対周波数の特性（図１４の実線で示す）に対して周波数
ｆｄだけシフトしたものとなる。従来のパルス・ドップ
ラーレーダ装置のパルス圧縮手段の遅延時間対周波数特
性は目標の相対速度が零の場合に対応しているため、上
記移動目標で反射された受信パルスの圧縮部分が短縮さ
れ、図１４の例では、点線で示された特性の周波数ｆ１
　とｆ２　間にはいる領域だけでしかパルス圧縮されず
、パルス圧縮手段出力×（Δｔｄ／Ｔ）の損失が生ずる
。更に、パルス圧縮手段において、Δｔｄ＝（Ｔ／Δｆ
）ｆｄの遅延が生じ、これは（Δｔｄ／τ）レンジビン
だけ、表示レンジの減少に相当する。

【００１７】符号変調方式の場合、ドップラー周波数ｆ
ｄの周波数シフトにより、受信パルスの位相回転が生じ
、パルス圧縮前のパルスとリファレンス信号との位相特
性が合わなくなり、レンジサイドローブの増大、圧縮率
の低下、圧縮パルスの位置ずれや分離などのパルス圧縮
性能の劣化により、高速移動目標の距離測定誤差、又は
距離測定不能を伴うものであった。例えば、符号系列に
バーカー符号を用いた場合、ドップラーシフトにより、
圧縮前のパルス幅Ｔのパルスに２πの位相回転が生ずる
とリファレンス信号と位相が全く合わなくなる。１３ビ
ットバーカー符号を用いた場合のパルス圧縮波形の一例
を図１５に示す。図において、サンプル点とはレンジビ
ンを表わし、サンプル点１３が目標のいるレンジビンを
示す。出力はパルス圧縮後の値である。圧縮前のパルス
幅Ｔのパルスに２πの位相回転が生ずると、　　２πｆ
ｄ・Ｔ＝２π［ｒａｄ］　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）とな
る。従って、ｆｄ＝２Ｖ／λ，（λ；レーダの送信波長
）を上式に代入して求まる移動目標の相対速度ＶがＶ＝
λ／２Ｔになると、目標のいるサンプル点１３の出力は
零となり、圧縮不可能になる。

【００１８】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、高速移動目標が相対速度Ｖをもっ
ていても、ドップラーシフトによる影響を受けずにパル
ス圧縮を達成しうるパルス圧縮手段により、高速移動目
標の距離測定性能を向上させたパルス・ドップラーレー
ダ装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明におけるパルス・ドップラーレーダ装置は
、送信パルスを発生し、変調して周波数帯域を広げる送
信手段と、送信手段出力を目標に向け放射し、目標から
の反射信号を受信するアンテナと、送受信回路を切換え
る送受切換器と、受信信号を処理して複素信号を得る受
信手段と、目標の相対速度を検出するパルス・ドップラ
ー処理手段を中に含み、ドップラー効果の補正をしたリ
ファレンス信号を用いて、変調された広パルス幅信号を
相関処理し、狭パルス幅信号に変換するパルス圧縮手段
と、パルス圧縮手段出力を包絡線検波する振幅検波器と
、検出した目標を表示する表示器とを備えたものである
。

【００２０】また、送信パルスを発生し、変調して周波
数帯域を広げる送信手段と、送信手段出力を目標に向け
放射し、目標からの反射信号を受信するアンテナと、送
受信回路を切換える送受切換器と、受信信号を処理して
複素信号を得る受信手段と、ドップラー効果による位相
の変動と目標のレンジビン移動の両方を補正したリファ
レンス信号を用いて、変調された広パルス幅の受信信号
を相関処理し、狭パルス幅信号に変換するパルス圧縮手
段と、観測時間中のパルス圧縮信号をレンジビン毎ドッ
プラービン毎に積分する積分手段と、積分手段出力を包
絡線検波する振幅検波器と、検出した目標を表示する表
示器と備えたものである。

【００２１】

【作用】ドップラー効果の補正をしたリファレンス信号
を用いたパルス・ドップラーレーダ装置では、パルス圧
縮手段は目標の相対速度を検出するパルス・ドップラー
処理を行い、ドップラー効果による周波数シフト（又は
位相シフト）の補正をしたリファレンス信号を用いて、
変調された広パルス幅信号を相関処理し、狭パルス幅信
号に変換する。チャープ方式の場合、移動目標がドップ
ラー周波数ｆｄを生ずる相対速度Ｖをもっていても、パ
ルス圧縮手段は、移動目標の相対速度を零とした従来の
リファレンス信号から移動目標の相対速度に応じてドッ
プラー周波数ｆｄだけシフトした時間対周波数特性をも
つリファレンス信号を用いて、受信信号の周波数帯域全
体にわたるパルス圧縮を行う。符号変調方式の場合、移
動目標がドップラー周波数ｆｄを生ずる相対速度Ｖをも
っていても、パルス圧縮手段は、移動目標の相対速度に
応じて、パルス幅Ｔにわたって２πｆｄ・Ｔの位相シフ
トを加えた位相符号化変調パルスをリファレンス信号に
用いて、ドップラー周波数による位相誤差の影響を受け
ずにパルス圧縮を行う。

【００２２】またドップラー効果による位相変動と観測
開始時からの目標のレンジビン移動を補正したリファレ
ンス信号を用いたパルス・ドップラーレーダ装置では、
パルス圧縮手段は上記リファレンス信号を用いて、観測
開始時に目標がいるレンジビンに信号を圧縮して変調さ
れた広パルス幅信号を相関処理し、狭パルス幅信号に変
換する。また積分手段はパルス圧縮手段により圧縮され
た信号を、レンジビン毎、ドップラービン毎に積分処理
を行う。

【００２３】

【実施例】

実施例１．本発明の実施例について図を参照して説明す
る。図１は本発明のチャープ方式の場合の一実施例を示
す構成ブロック図である。図２は本発明の符号変調方式
の場合の一実施例を示す構成ブロック図である。図中、
１は送信パルスを発生し変調して周波数帯域を広げる送
信手段、２は受信手段、３はアンテナ、４は送受切換器
、５はパルス・ドップラー処理手段６を中に含むパルス
圧縮手段、６は目標の相対速度を検出するパルス・ドッ
プラー処理手段、７は振幅検波器、８は表示器、１０は
リファレンス信号発生手段である。従来例と同一構成の
上記の送信手段１、受信手段２、アンテナ３、送受切換
器４、振幅検波器７、表示器８については既に説明して
あるので、ここでは説明を省略する。上記のパルス・ド
ップラー処理手段６を中に含むパルス圧縮手段５は、図
１、図２に示すように以下の構成を有している。受信手
段出力を記憶するバッファメモリ５４のデータをレンジ
方向にＮ点フーリエ変換して２次元メモリ６１に記憶す
るＮ点ＦＦＴ演算器５２と、上記２次元メモリデータを
パルスヒット方向にＭ点フーリエ変換して２次元メモリ
６３に記憶するパルス・ドップラー処理手段６と、目標
の相対速度に対応したリファレンス信号を発生するリフ
ァレンス信号発生手段１０の出力を記憶する参照メモリ
５０と、上記のパルス・ドップラー処理手段出力の２次
元メモリデータと目標の相対速度に対応するリファレン
ス信号の参照メモリデータを複素乗算する複素乗算器５
１と、上記の複素乗算結果をバッファメモリ５５に記憶
し、そのデータをレンジ方向に逆フーリエ変換するＮ点
ＩＦＦＴ演算器５３とを備えている。

【００２４】図８、図９に示す従来例では、目標が相対
速度を持った時の種々のドップラー成分を含んだ受信信
号に対し、単一のドップラー周波数（ドップラー周波数
ＯＨＺ　）に対応したリファレンス信号を用いて複素乗
算しパルス圧縮を行っていたために圧縮損失が生じてい
た。そこで本実施例では、種々のドップラーシフトした
信号成分に対応できるように、それぞれのドップラー周
波数に対応した複数のリファレンス信号を用意している
。そのためリファレンス信号発生手段１０において、リ
ファレンス信号発生器１０１の後にドップラー補正器１
０２を追加している。また従来例では、パルス圧縮後に
パルスドップラー処理手段６で、信号成分をドップラー
周波数の成分に分解していたが、本実施例では、パルス
・ドップラー処理手段６を複素乗算器５１の前に置くこ
とにより、ドップラー周波数シフトしたそれぞれの信号
成分をその特性に合ったリファレンス信号と複素乗算す
ることにより、パルス圧縮時に損失が生じないようにし
ている。さらに本実施例では、Ｍ点ＦＦＴ演算器６２の
後に２次元メモリ６３を備えているが、これはＭ点ＦＦ
Ｔ演算器６２によりパルスヒット方向にフーリエ変換後
、レンジ方向のパルス圧縮を行えるようにパルスヒット
方向とレンジ方向のデータを入れ換えるために必要とな
るものである。また参照メモリ５０は、ドップラ補正器
１０２の出力をＮ点ＦＦＴ演算器１０４でフーリエ変換
した２次元データを記憶するために２次元メモリを使用
している。

【００２５】次に動作概要を説明する。はじめに、図１
及び図２のリファレンス信号発生手段１０で発生し、パ
ルス圧縮手段５の参照メモリ５０に予め記憶しておくリ
ファレンス信号について説明する。リファレンス信号発
生器１０１は、従来と同様に（１）式で示すリファレン
ス信号Ｒ（ｒ）を発生する。次に、リファレンス信号Ｒ
（ｒ）はドップラー補正器１０２に入力され、ドップラ
ー周波数ｆｄだけシフトした時間対周波数特性をもつリ
ファレンス信号ＲＰ（ｒ，ｆｄ）に補正される。ここで
ドップラー周波数ｆｄは目標の相対速度が未知なため、
目標の相対速度を複数想定する。例えば、パルス・ドッ
プラー処理でドップラー分解するときの全種類のドップ
ラー周波数を用いる。これは送信パルスの繰り返し周波
数をＭ分割した周波数で次式で表せる。

【００２６】

【数２】

【００２７】これより求めた値を用いて、ドップラー補
正器１０２の出力ＲＰ　（ｒ，ｆｄ）は次式で表せる。 　　ＲＰ　（ｒ，ｆｄ）＝Ｒ（ｒ）×ｅｘｐ［２πｆｄ
・ｒ・ｔｓ　］　　　　　　（９）次にドップラー補正
器１０２の出力を周波数領域のデータに変換するために
、レンジ方向にフーリエ変換して、次式で表せるリファ
レンス信号のスペクトルＲＲＰ（ｆｒ，ｆｄ）が得られ
る。 　　ＲＲＰ（ｆｒ，ｆｄ）＝ＦＲ　［ＲＰ　（ｒ，ｆｄ
）］，　　　　　　　　　　　　　　（１０）（ＦＲ　
；レンジ方向のフーリエ変換）上記のリファレンス信号
のスペクトルＲＲＰ（ｆｒ，ｆｄ）を予め参照メモリ５
０に記憶する。１度記憶されると、リファレンス信号発
生手段１０は、従来と同様に参照メモリ５０と切り離さ
れる。上記のリファレンス信号のスペクトルＲＲＰ（ｆ
ｒ，ｆｄ）の生成方法は、チャープ方式と符号変調方式
いずれの場合も同様である。

【００２８】次いで、パルス・ドップラー処理手段６を
中に含むパルス圧縮手段５の動作について、図３のパル
ス・ドップラー処理とパルス圧縮手段の信号処理の流れ
を示す図を参照して説明する。ステップ１ではバッファ
メモリ５４に一時記憶した受信手段２の出力のデータＳ
（ｒ）を周波数分析を行うために、Ｎ点ＦＦＴ演算器５
２でレンジ方向にフーリエ変換し、周波数領域のデータ
に変換する。このＮ点ＦＦＴ演算器出力は次式で表せる
。 　　ＳＲ　（ｆｒ）＝ＦＲ　［Ｓ（ｒ）］，　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１
１）（ＦＲ　；レンジ方向のフーリエ変換、ｆｒ；周波
数）そしてこの処理がパルスヒットｐについて繰り返さ
れ、Ｎ点ＦＦＴ演算器５２の出力データＳＲ　（ｆｒ）
を周波数ｆｒ及びパルスヒットｐに基づいて２次元メモ
リ６１に記憶する。２次元メモリ６１に記憶されたデー
タをＳＲ　（ｆｒ，ｐ）とする。

【００２９】ステップ２では、Ｍ点ＦＦＴ演算器６２が
上記の２次元メモリ６１からデータＳＲ　（ｆｒ，ｐ）
を読み出し、各周波数ｆｒごとに、ドップラー周波数成
分に分解し目標の相対速度を検出するために、パルスヒ
ット方向にＭ点フーリエ変換してパルス・ドップラー処
理を行い、観測した全パルスの成分をそれぞれのドップ
ラービンに積分する。その結果を２次元メモリ６３に記
憶する。このドップラー処理手段６の出力は次式で表せ
る。 　　ＳＲＰ　（ｆｒ，ｆｄ）＝ＦＰ　［ＳＲ　（ｆｒ，
ｐ）］，　　　　　　　　　　　　　　（１２）（ＦＰ
　；パルスヒット方向のフーリエ変換、ｆｄ；ドップラ
ー周波数）

【００３０】ステップ３では２次元の参照メモリ５０に
予め記憶してある、移動目標の相対速度に応じて、ドッ
プラーシフトによる周波数シフト（又は位相シフト）を
補正したリファレンス信号をフーリエ変換したスペクト
ルＲＲＰ（ｆｒ，ｆｄ）と、上記ドップラー処理手段６
の出力である２次元メモリ６３のデータＳＲＰ（ｆｒ，
ｆｄ）を、その位相成分を全周波数にわたって一定にす
るために、それぞれ対応した周波数ｆｒ及びドップラー
周波数ｆｄごとに、複素乗算器５１で複素乗算する。こ
の複素乗算器出力は次式で表せる。 　　ＵＲＰ（ｆｒ，ｆｄ）＝ＳＲＰ（ｆｒ，ｆｄ）×Ｒ
ＲＰ（ｆｒ，ｆｄ）　　（１３）これを周波数ｆｒにつ
いて繰り返し、バッファメモリ５５に記憶する。従来例
では、Ｎ点ＦＦＴ演算器５２から出力された１つの受信
パルスのスペクトルと１つのリファレンス信号を複素乗
算していたが、本発明では、Ｍパルスの信号をパルス・
ドップラー処理手段６でパルス・ドップラー処理し、２
次元メモリ６３にパルスヒット方向に記憶した信号をレ
ンジ方向に読みだし、それぞれのドップラー周波数に対
応した信号ごとにリファレンス信号と複素乗算している
。

【００３１】ステップ４ではバッファメモリ５５に一時
記憶した複素乗算器５１の出力データＵＲＰ（ｆｒ，ｆ
ｄ）を、Ｎ点ＩＦＦＴ演算器５３で周波数方向に逆フー
リエ変換し、時間領域に戻すことにより信号エネルギー
を１ケ所に集中し狭パルス信号を得る。このＮ点ＩＦＦ
Ｔ演算器出力は次式で表せる。 　　ＵＰ　（ｒ，ｆｄ）＝Ｆｆｒ−１［ＵＲＰ（ｆｒ，
ｆｄ）］，　　　　　　　　　　（１４）（Ｆｆｒ−１
；周波数ｆｒ方向の逆フーリエ変換）

【００３２】上記
ステップ３とステップ４の処理を想定した目標の相対速
度に対応したドップラー周波数ｆｄについて繰り返す。 次いで、上記のＮ点ＩＦＦＴ演算器出力データを振幅検
波器７で包絡線検波を行い、表示器８で各レンジビン対
ドップラー周波数の信号出力として表示する。

【００３３】以上のように、パルス圧縮手段の中にパル
ス・ドップラー処理を含み、移動目標の相対速度に応じ
て、目標の相対速度を零とした従来のリファレンス信号
からドップラーシフト周波数（又は位相）の補正をした
リファレンス信号を用いて、ドップラー周波数の影響を
受けずにパルス圧縮することにより、高速移動目標の距
離測定性能を向上させることができる。

【００３４】なお、上記実施例における、バッファメモ
リ５４、５５は１次元メモリでも２次元メモリでもよく
、又バッファメモリ５４、５５及び２次元メモリ６１、
６３は、それぞれ１つのもので共用することも可能であ
る。

【００３５】実施例２．図４及び図５は本発明の他の実
施例の構成を表すブロック図で、図４はチャープ方式の
場合、図５は符号変調方式の場合を示す。この発明は後
述するように、観測中にレンジビンの移動を伴う高速移
動目標に対しても、目標のレンジビン移動による影響を
受けずにパルス圧縮とパルス・ドップラー処理と同様の
目標のドップラー分解及び信号の積分を達成でき、高速
移動目標の距離測定性能及び速度測定性能を向上させた
パルス・ドップラーレーダ装置である。図４及び図５に
おいて、１は送信パルスを発生し変調して周波数帯域を
広げる送信手段、２は受信手段、３はアンテナ、４は送
受切換器、５はパルス圧縮手段、９はパルス積分処理手
段、７は振幅検波器、８は表示器、１０はリファレンス
信号発生手段である。従来例と同一構成の上記の送信手
段１、受信手段２、アンテナ３、送受切換器４、振幅検
波器７、表示器８については既に説明してあるので、こ
こでは説明を省略する。

【００３６】上記のパルス圧縮手段５は、図４及び図５
に示すように以下の構成を有している。受信手段２の出
力を記憶しているバッファメモリ５４のデータをレンジ
方向にＮ点フーリエ変換するＮ点ＦＦＴ演算器５２と、
Ｎ点ＦＦＴ演算器５２の出力を記憶する２次元メモリ５
６と、検出対象とする目標の相対速度毎にドップラー効
果による位相変動と観測開始時からの目標のレンジビン
移動を補正したリファレンス信号を記憶する３次元の参
照メモリ５０と、上記参照メモリ５０の出力及び、上記
２次元メモリ５６の出力を複素乗算する複素乗算器５１
と、上記複素乗算結果をバッファメモリ５５を経由しレ
ンジ方向に逆フーリエ変換するＮ点ＩＦＦＴ演算器５３
とを備えている。

【００３７】図４、５に示す実施例２では、実施例１と
同様に従来例におけるドップラーシフトによる影響を取
り除くためにリファレンス信号発生手段１０において、
リファレンス信号発生器１０１の後にドップラー補正器
１０２を追加している。さらに従来例及び実施例１では
、目標の相対速度が観測時間中にレンジビン移動を生ず
る大きさのとき、それぞれの時点で目標がいるレンジに
パルスが圧縮されていた。そのため、観測時間内に１時
点に目標がいるレンジビンに着目すると、目標のレンジ
ビン移動が生じない場合に比べ、観測時間が短縮された
のと同様になり、パルス・ドップラー処理において積分
効率の低下と、ドップラー分解能の低下が生じ、目標の
速度測定性能が劣化する。そこで本実施例では、ドップ
ラー補正器１０２で補正したドップラー周波数を生ずる
それぞれの目標の相対速度について、各パルスの送信時
における観測開始時から目標が移動する距離を、電波が
伝搬するのにかかる時間だけ補正したリファレンス信号
を用意している。そのため、ドップラー補正器１０２の
後にレンジビン補正器１０３を追加している。また、実
施例１では、Ｍ点ＦＦＴ演算器を中に含むパルス・ドッ
プラー処理手段６を複素乗算器５１の前に置くことによ
り、観測した各パルスをドップラー周波数成分に分解す
ると同時に、観測した全パルスの成分をそれぞれのドッ
プラービンに積分していたが、本実施例では各パルスに
対応してレンジビン移動を補正したリファレンス信号を
用いるため、リファレンス信号を複素乗算する前に全パ
ルスの成分を積分することはできない。そのため、各ド
ップラー周波数で補正したリファレンス信号と全ドップ
ラー周波数成分が含まれた受信信号を複素乗算した後に
、レンジビン方向に逆フーリエ変換することによりパル
ス圧縮とドップラー周波数分解を行い、そのパルス圧縮
手段の後に積分手段を置くことにより全パルスの成分を
それぞれのドップラービンに積分している。

【００３８】さらに本実施例では、Ｎ点ＦＦＴ演算器５
２の後に、２次元メモリ５６を備えているが、これは観
測時間中の各パルスをＮ点ＦＦＴ演算器５２でレンジビ
ン方向にフーリエ変換した出力を、リファレンス信号と
複素乗算を行う時に、ドップラー周波数の種類分、繰り
返して２次元メモリ５６から信号を読み出すために必要
なものである。また、参照メモリ５０は、リファレンス
信号発生器１０１の出力（１次元データ）をドップラー
補正器１０２でドップラー補正し（２次元データ）、レ
ンジビン補正器１０３でレンジビン補正した出力（３次
元データ）を記憶するために、３次元メモリを使用して
いる。

【００３９】次に動作概要を説明する。まずはじめに、
図４及び図５のリファレンス信号発生手段１０で発生し
、パルス圧縮手段５の参照メモリ５０に予め記憶してお
くリファレンス信号について説明する。リファレンス信
号発生手段１０では、リファレンス信号発生器１０１で
、従来例及び実施例１と同様に（１）式で示されるリフ
ァレンス信号Ｒ（ｒ）を発生する。次に、ドップラー補
正器１０２で実施例１と同様に（９）式で示されるドッ
プラー補正されたリファレンス信号ＲＰ　（ｒ，ｆｄ）
に補正される。次にドップラー補正器１０２の出力ＲＰ
　（ｒ，ｆｄ）はレンジビン補正器１０３に入力される
。

【００４０】レンジビン補正器１０３では、ドップラー
補正器１０２で想定された目標の速度毎に、観測開始時
から目標が移動した距離をパルスが伝搬するのにかかる
時間を求めて、リファレンス信号をその時間だけ移動さ
せている。ドップラー補正器１０２で用いたドップラー
周波数ｆｄに対する目標の相対速度ｖｄは　　ｖｄ＝ｆ
ｄ×Ｃ／２ｆ０　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１５）
（ｆ０　：搬送波周波数、Ｃ：光速）と表わされる。そ
して観測開始からｐパルスヒットした時に、目標が移動
した距離をパルスが伝搬するのにかかる時間ｔ（ｐ）は
次式のようになる。ここでこの時間ｔ（ｐ）はサンプリ
ングタイムｔｓでサンプリングされ、観測するパルス数
をＭとする。

【００４１】

【数３】

【００４２】この時間ｔ（ｐ）を打ち消すために、リフ
ァレンス信号も時間軸上でｔ（ｐ）時間移動したものを
用いる。このリファレンス信号ＲＰＰ（ｒ，ｆｄ，ｐ）
は次式で示される。 　　ＲＰＰ（ｒ，ｆｄ，ｐ）＝ＲＰ　（ｒ，ｆｄ）×ｕ
（ｒ−ｔ（ｐ））　　（１７）ただし　　ｕ（ｒ）＝１
　　０≦ｒ＜Ｔ／ｔｓｕ（ｒ）＝０　　Ｔ／ｔｓ≦ｒ＜
Ｎ 次にレンジ補正器１０３の出力ＲＲＰ（ｒ，ｆｄ，ｐ）
を、従来例及び実施例１と同様に周波数領域のデータに
変換するために、Ｎ点ＦＦＴ演算器１０４によりレンジ
方向にフーリエ変換して、次式で示されるリファレンス
信号のスペクトルＲＲＰＰ　（ｆｒ，ｆｄ，ｐ）を得る
。 　　ＲＲＰＰ　（ｆｒ，ｆｄ，ｐ）＝ＦＲ　［ＲＰＰ（
ｒ，ｆｄ，Ｐ）］　　　　　　（１８）（ＦＲ　；レン
ジ方向のフーリエ変換）上記のリファレンス信号のスペ
クトルＲＲＰＰ　（ｆｒ，ｆｄ，ｐ）を予め参照メモリ
５０に記憶する。記憶されると、リファレンス信号発生
手段１０は、従来例及び実施例１と同様に参照メモリ５
０と切り離される。上記のリファレンス信号のスペクト
ルＲＲＰＰ　（ｆｒ，ｆｄ，ｐ）の生成方法は、チャー
プ方式と符号変調方式いずれの場合も同様である。

【００４３】次に、パルス圧縮手段５とパルス積分処理
手段９の動作概要を、図６を参照して説明する。ステッ
プ１では、受信手段２の出力のデータＳ（ｒ）を周波数
領域のデータに変換するためにＮ点ＦＦＴ演算器５２で
レンジ方向にフーリエ変換する。このＮ点ＦＦＴ演算器
出力は次式で表せる。 　　ＳＲ　（ｆｒ）＝ＦＲ　［Ｓ（ｒ）］　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
１９）（ｆｒ；周波数、ＦＲ　；レンジ方向のフーリエ
変換）これをパルスヒットについて繰り返してＳＲ　（
ｆｒ，ｐ）とし、２次元メモリ５６に入力する。

【００４４】ステップ２では、ステップ１の出力ＳＲ　
（ｆｒ，ｐ）と、リファレンス信号ＲＲＰＰ　（ｆｒ，
ｆｄ，ｐ）を複素乗算し、全周波数に渡って位相を一定
にそろえたスペクトル成分を得る。この結果をＵＲＰＰ
　（ｆｒ，ｆｄ，ｐ）とする。 ＵＲＰＰ　（ｆｒ，ｆｄ，ｐ） 　　　　　　＝ＳＲ　（ｆｒ，ｐ）×ＲＲＰＰ　（ｆｒ
，ｆｄ，ｐ）　　　　　　　　　　　　（２０）これを
周波数ｆｒについて繰り返し、バッファメモリ５５に記
憶する。

【００４５】ステップ３では、複素乗算結果ＵＲＰＰ　
（ｆｒ，ｆｄ，ｐ）を、時間領域のデータに変換するた
めに周波数方向に逆フーリエ変換し次式に示すＵＰＰ（
ｒ，ｆｄ，ｐ）とする。 　　ＵＰＰ（ｒ，ｆｄ，ｐ）＝Ｆｆｒ−１［ＵＲＰＰ　
（ｆｒ，ｆｄ，ｐ）］）　　（２１）（Ｆｆｒ−１：周
波数方向の逆フーリエ変換）

【００４６】ステップ４で
は上記ステップ２とステップ３の処理をパルスヒットｐ
について繰り返し、２次元メモリ９１に記憶する。この
逆フーリエ変換結果ＵＰＰ（ｒ，ｆｄ，ｐ）を２次元メ
モリ９１から読み出し、それぞれのｒ、ｆｄごとにパル
ス方向に積分しＷ（ｒ，ｆｄ）とする。これは、従来例
及び実施例１のパルス・ドップラー処理において、信号
をドップラー周波数成分を分解することにより目標の相
対速度に応じたドップラー周波数のところに信号成分を
積分するのと同様の効果がある。これを次式に示す。

【００４７】

【数４】

【００４８】この積分処理をレンジビンｒについて繰り
返す。ステップ４の処理を、想定した目標の相対速度に
対応するドップラー周波数ｆｄについて繰り返し、積分
結果Ｗ（ｒ，ｆｄ）を振幅検波器７で包絡線検波を行い
、表示器８に表示する。

【００４９】本実施例は実施例１に対し、以下の点で動
作及び効果が異なる。これを図７を用いて説明する。実
施例１において、観測時間中に目標のいるレンジビンが
移動しないとき、つまり、パルスヒット方向のデータ点
数をＭ、パルス繰り返し周期をΔｔ、レンジビン幅をΔ
Ｒ、光速をＣとすると、次式が成り立つときである。 　　ＭΔｔ×Ｖ＜ΔＲ＝Ｃｔｓ／２　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２
３）このとき、チャープ方式と符号変調方式のいずれの
場合も図７（ａ）に示すように、パルスヒット方向にフ
ーリエ変換するパルス・ドップラー処理を行ったとき、
観測した目標の相対速度に対するドップラービンにおい
て、目標のいるレンジビンに信号が積分される。ここで
、ΔＲは距離分解能を表すため、サンプリングタイムｔ
ｓを大きくしてΔＲを大きくすると、距離分解能が劣化
する。

【００５０】しかし、観測時間中に目標のいるレンジビ
ンが移動してしまうときは、図７（ｂ）に示すように、
パルス圧縮結果が複数のレンジビンに広がるため、パル
ス・ドップラー処理を行ったとき、上記の目標が移動し
たレンジビンに出力信号が分散し、パルス・ドップラー
処理による積分の効果が十分に得られないため、高速移
動目標の距離測定性能が劣化する。また、パルス・ドッ
プラー処理においてフーリエ変換したとき、レンジビン
移動の影響でドップラー周波数帯域が広がり、複数ドッ
プラービンに出力信号が分散し、パルス・ドップラー処
理による積分の効果が十分に得られないため、高速移動
目標の速度測定性能が劣化する。さらに、観測時間内の
一時点に目標がいるレンジビンに着目すると、目標のレ
ンジビン移動が生じることにより観測時間が短縮された
のと同様に情報量が減少するため、ドップラー分解能が
低下し目標の速度測定性能が劣化する。

【００５１】一方実施例２においては、レンジビン移動
を補正したリファレンス信号を用いてパルス圧縮を行う
ことにより、図７（ｃ）に示すように、観測開始時のパ
ルスが圧縮されるレンジビンに観測時間中の全パルスが
圧縮される。（観測開始時のパルスのレンジ移動量は零
とする。）そのため積分処理を行った時、１つのレンジ
ビンに信号電力が積分されるので積分効率が向上し、高
速移動目標の距離測定性能が向上する。またドップラー
分解能についても、レンジビン移動が除去されたことに
より、情報量の減少を防ぐのでレンジビンの移動が起き
ない時のドップラー分解能と同じ性能が得られ、高速移
動目標の速度測定性能も向上する。

【００５２】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。実施
例１においては、パルス圧縮手段の中で目標の相対速度
を検出するパルス・ドップラー処理を行い、ドップラー
効果の補正をしたリファレンス信号を用いて、変調され
た広パルス幅信号を相関処理し、狭パルス幅信号に変換
するパルス圧縮手段を備えたことにより、高速移動目標
が相対速度Ｖをもっていても、ドップラーシフトによる
影響を受けずにパルス圧縮することが可能となり、高速
移動目標の距離測定性能を向上させたパルス・ドップラ
ーレーダ装置を得ることができる。

【００５３】また実施例２においては、目標の相対速度
Ｖを想定し、ドップラー効果による位相変動とレンジビ
ン移動を補正したリファレンス信号と、変調された広パ
ルス幅の受信信号との相関演算により狭パルス幅信号に
変換するパルス圧縮手段と、観測時間中のパルス圧縮後
の受信信号をレンジビン毎ドップラービン毎に積分する
積分手段を備えたことにより、観測中にレンジビン移動
を伴う高速移動目標に対しても、ドップラー効果による
位相変動と目標のレンジ移動の影響を受けずにパルス圧
縮と信号の積分が可能となり、高速移動目標の距離測定
性能及び速度測定性能を向上させたパルス・ドップラー
レーダ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１によるチャープ方式の場合の
一実施例を示す構成ブロック図である。

【図２】本発明の実施例１による符号変調方式の場合の
一実施例を示す構成ブロック図である。

【図３】本発明の実施例１によるパルス・ドップラー処
理手段とパルス圧縮手段の信号処理の流れを示す図であ
る。

【図４】本発明の実施例２によるチャープ方式の場合の
一実施例を示す構成ブロック図である。

【図５】本発明の実施例２による符号変調方式の場合の
一実施例を示す構成ブロック図である。

【図６】本発明の実施例２によるパルス圧縮手段と積分
手段の信号処理の流れを示す図である。

【図７】本発明の実施例２によるレンジビン移動を補正
した効果を示す図である。

【図８】従来のチャープ方式の構成ブロック図である。

【図９】従来の符号変調方式の構成ブロック図である。

【図１０】チャープ方式の各信号波形を示す図である。

【図１１】符号変調方式の各信号波形を示す図である。

【図１２】受信手段の構成ブロック図である。

【図１３】従来のパルス圧縮手段とパルス・ドップラー
処理手段の信号処理の流れを示す図である。

【図１４】従来のチャープ方式のドップラーシフトによ
るパルス圧縮の影響を示す図である。

【図１５】従来の符号変調方式のパルス圧縮波形の一例
を示す図である。

【符号の説明】

１　　送信手段 ２　　受信手段 ３　　アンテナ ４　　送受切換器 ５　　パルス圧縮手段 ６　　パルス・ドップラー処理手段 ７　　振幅検波器 ８　　表示器 ９　　パルス積分処理手段 １０　　リファレンス信号発生手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　送信パルスを発生し、変調して周波数
   帯域を広げる送信手段と、送信手段出力を目標に向け放
   射し、目標からの反射信号を受信するアンテナと、送受
   信回路を切換える送受切換器と、受信信号を処理して複
   素信号を得る受信手段と、目標の相対速度を検出するパ
   ルス・ドップラー処理手段を中に含み、ドップラー効果
   の補正をしたリファレンス信号を用いて、変調された広
   パルス幅信号を相関処理し、狭パルス幅信号に変換する
   パルス圧縮手段と、パルス圧縮手段出力を包絡線検波す
   る振幅検波器と、検出した目標を表示する表示器とを備
   えたパルス・ドップラーレーダ装置。
2. 【請求項２】　　送信パルスを発生し、変調して周波数
   帯域を広げる送信手段と、送信手段出力を目標に向け放
   射し、目標からの反射信号を受信するアンテナと、送受
   信回路を切換える送受切換器と、受信信号を処理して複
   素信号を得る受信手段と、目標のドップラー効果による
   位相変動と観測開始時からの目標のレンジビン移動を補
   正したリファレンス信号を用いて、変調された広パルス
   幅信号を相関処理し、狭パルス幅信号に変換するパルス
   圧縮手段と、パルス圧縮手段出力をレンジビン毎ドップ
   ラービン毎に積分する積分手段と、積分手段出力を包絡
   線検波する振幅検波器と、検出した目標を表示する表示
   器とを備えたパルス・ドップラーレーダ装置。