JPS6385477A - レ−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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、レーダ装置に関し、特に回転運動を含む運
動を行なう目標の空間形状を測定するに好適な装置に関
する。

（従来の技術） 第３図に、一般的なレーダ装置の概略構成を示す。

このレーダ装置において、高安定発振器１は安定化した
所定周波数の信号を発生する回路であり、この発生され
た信号は送信機２および受信機５にそれぞれ供給される
。送信機２ではこの入力された信号に基づいて所要の繰
り返し周期を有するパルス信号を発生し、これを送受切
換器３を介して空中線４に供給する。これにより空中線
４からは同パルス信号が送信信号として放射される。一
方、目標からの反射波は、同空中線４によって受信され
、これが上記送受切換器３を介して受信機５に供給され
る。この受信機５にも上述したように高安定発振器１の
発振信号が供給されており、上記受信信号はこの発振信
号と混合されて復調される。

この復調信号が表示器６に供給されて適宜に表示される
こととなる。

ところで、マイクロ波帯レーダは一般に天候等に左右さ
れ難いことで知られているが、このマイクロ波帯レーダ
によって目標の形状までも知ろうとすることは困難であ
るとされていた。これは該レーダ自身の空間分解能が目
標の大きさに比べて粗いためである。そこでこれを克服
する技術として合成開口レーダ（以下ＳＡＲと略称する
）が提案され実用されることとなった。周知のようにこ
のＳＡＲとは、アンテナおよび送受信装置を高速度で移
動するプラットホーム上に搭載し、これらアンテナおよ
び送受信装置の移動に伴なう空間上の多数の場所で目標
のエコーデータを収集するようにしたものであり、これ
によって大きな開口長をもつアンテナと同等の指向性を
作り出し、ひいては該レーダ装置としての分解能を高め
るものである。

しかし、ＳＡＲのこうした機能に鑑みれば、これとは逆
に、目標とする物体が動いてさえいれば、通常の固定レ
ーダによっても上記ＳＡＲと同等の高分解能が得られる
であろうことも推考できる。

以下にこの一例として、回転運動する目標について高分
解能の情報を得る方法を第４図を参照して説明する。

いま、目標上の回転中心からｒだけ離れた位置にある点
Ｐが、角速度ωｒ１速度■をもって同第４図に示すよう
な態様で二次元的に回転運動しているとすると、レーダ
側には、次式で与えられるドツプラー周波数ｆｄをもつ
信号が受信される。

ｆ　ｄ　＝　ムｙ−ｃｏｓ　　θ＝２°ｒ　ｒ−ｃｏｓ
　θλ　　　　　　　λ ただし、λ：レーダ送信波の波長 Ｘ：目標の回転中心からレーダ方向に 対して直角方向にとったＸ軸での 同回転中心からＰ点までの距離 ここで、こうした観測を時間Ｔの間連続して行なったと
すると、１／Ｔ毎に周波数分解できるので上記ドツプラ
ー周波数ｆｄに関する分解能Δｆｄは となり、またこれに対応する同図Ｘ軸方向の分解能ΔＸ
は と表わされることになる。

このように、回転する目標については、これを適宜な時
間幅で観測することにより、高い空間分解能を得ること
が可能である。ただし、この（３）式で得られる分解能
は、距離方向に直交する方向の分解能（以下この方向を
クロスレンジ方向、またこの方向の分解能をクロスレン
ジ分解能という）であり、距離方向の分解能については
送信パルス−４＝ 内変調等のパルス圧縮などによって得るとする。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のように、回転する目標については、これを適宜な
時間幅で観測することにより、高い空間分解能を得るこ
とができ、よって同目標の形状についてもこれを表示す
ることが可能となるが、上記（３）式からも明らかなよ
うに、こうした操作を行なうためには送信周波数が一定
であることが前提条件となる。

ところが、レーダ装置としては通常、妨害等に対する対
策上、レーダ送信周波数をパルス毎に変化させることが
有効であり、このように送信周波数をパルス毎に変化さ
せても、当のレーダ装置としての機能を損なわずに所望
とする測定が可能であるならば、そうした方式を採用す
るに越したことはない。

この発明は、こうした送信周波数をパルス毎に変化させ
ても、何らレーダとしての機能を損なうことなく目標の
形状測定を可能とするレーダ装置を提供しようとするも
のである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明では、少なくとも回転運動を含む運動を行なう
目標に対して照射した信号の同目標からの反射信号を受
信するにこれを複数のレンジセルに分解できるだけの高
いレンジ分解能を有したレーダ装置を前提として、該レ
ーダ装置に、前記目標からの反射信号の特定のレンジセ
ルの信号、若しくは該特定のレンジセルを含む複数のレ
ンジセルの信号の平均信号の位相を算出して、該算出位
相の符号を反転した位相情報を出力する演算手段と、前
記位相の算出に用いられた特定のレンジセルを含む複数
のレンジセルの信号の位相を前記演算手段から出力され
る位相情報によって示される位相性だけ移相する移相手
段とをそれぞれ設け、その移相手段によって移相された
信号をフーリエ変換器にてフーリエ変換して前記目標の
形状を測定するようにする。

（作用） これにより、目標に送信照射する信号の周波数すなわち
この信号照射に対応して目標から反射される信号の周波
数が逐次変化しても、」二足移相手段から得られる同目
標の特定部分（例えば回転中心部分）に関する反射信号
の位相は常に一定となる。よってこれをフーリエ変換し
ても前述した高分解能性は十分維持されるようになる。

（実施例） はじめに、この発明の原理について説明する。

まずここで、前述した送信周波数を変化させることがで
きない理由について再度考察を加えてみる。

一般に、回転しているとする目標の回転中心とレーダと
の距離をＲとした場合に、該回転中心のエコーは（４π
Ｒ／λ）なる位相でレーダに受信されることが知られて
いる。

したがって、この送信周波数を変化させることができな
い理由とは、該送信周波数を変化させた場合、送信波長
λもこれに伴なって変化することから、上記受信エコー
の位相（４πＲ／λ）がランダムに変化することとなり
、ひいては同受信工　′コーの周波数が不規則に変化す
るように見えることに起因していることがわかる。

ところが、この発明で対象とするような上記目標を複数
の距離セルに分離可能な高いレンジ分解能をもっレーダ
においては、こうした高いレンジ分解能を得るためのド
ツプラー周波数は、同目標の上記回転中心と他の各部と
の周波数差によって引き起こされている。したがって、
これら周波数差の積分か上記目標の回転中心と他の各部
との瞬時位相差であることに鑑みると、該目標の回転中
心と他の各部との間における位相差さえ保存されれば、
前述したような高分解能画像も採取可能であることがわ
かる。すなわち、上記目標の回転中心に関する反射エコ
ーの位相を一定にすることさえできれば、たとえ送信周
波数が変化する場合であっても、同レーダとしての高分
解能性を保持することは可能である。

以下に、こうした目標の回転中心に関する反射エコーの
位相を一定化するための手法について、その基本原理を
示す。

まずここで、目標の回転中心に関する反射エコーの位相
が一定であるとは、取りも直さず、同反射エコーのドツ
プラー周波数が一定であることを意味する。ここに、一
定のドツプラー周波数の反射エコーは、目標の信号が、 Ａｅｘｐ　（ｊ２πｆｄ　ｔ） ただし、Ａ：振幅、ｆｄ　：ドップラー周波数ｔ：時刻 のように表現されることであることは周知の通りである
。したがって、送信がパルス状に行なわれ、その目標か
らの反射エコー（受信エコー）が当該パルスのパルス周
期であるとするＴの間隔で得られるとすれば、同受信エ
コーをＸｍとしてｘ＋ｎ　＝Ａｅｘｐ　（ｊ２πｆｄ　
Ｔ−ｍ）　・−（４）ただし、ｍｕｍ番目のパルスの受
信信号なる信号として受信される条件で、そのドツプラ
ー周波数は一定といえる。

ところで、レーダからの距離が距離Ｒにあるとする目標
のエコーは、次のように表わされる。

ただし、λ：レーダ通信波長 したがって、 Ｒ（ｔ）　＝Ｒ□　＋ｖ　ｔ ただし、■＝目標のレーダに対する接近速度と考えると
、その受信信号は、これをｙｕ＋としてとなる。

ここで、この際の通信周波数を変化させると、」二足（
５）式の波長λが変化するため、同受信信号ｙｍの位相
にも変化を来たすこととなるが、次式の関係は常に成立
する。

ｘａｌ−ｅｘｐ　（ｊ２πｆｄ　Ｔ−ｍ）＊。

ただし、ｙｍ　　　、ｙｍの共役複素数因みに通常は、
周波数追尾後のドツプラー周波数ｆｄはｆｄ＝ｏと設定
される場合が多く、ここでも簡単のためｆｄ＝ｏとする
と、 となる。こうしても−殺性を損なうことはない。

この（７）式において、第１項は受信信号のそのもので
あり、第２項はこの受信信号によって決まる位相補正項
である。

以上のように、目標（回転中心）からの受信信号の位相
を、同信号位相の符号を反転した位相分だけ補正すなわ
ち移相せしめるようにすれば、たとえ送信周波数が変化
する場合であってもこれを一定とすることができること
がわかる。

第１図に、上述した原理に基づいて構成したこの発明に
かかるレーダ装置の一実施例を示す。ただしこの実施例
装置において、この第１図に示す部分は、先の第３図に
示したレーダ装置でいえば、その受信機５の内部に配さ
れる部分であり、同前提のもとに、同第１図での他の重
複する部分についての図示は省略した。

以下に、該実施例装置の同第１図に示す各部の＝　　　
１２　− 機能並びに処理態様を列記する。なおここでは、上述し
た如く前記ドツプラー周波数ｆｄをｆｄ＝０に固定する
場合を例にとって説明する。

前記受信機５（第３図参照）に受信されたある所定の目
標についての受信エコー（受信信号）ｙ１〜ｙｎ（＋〜
ｎはレンジセル番号）は、まずサンプル回路５１と遅延
回路５３とにそれぞれ並列に加えられる。

サンプル回路５１は、図示しない適宜のレンジ指定手段
によって指定される上記目標の回転中心を示すレンジに
対応したサンプリングデータＤＳＩＩＩに基づいて、上
記受信された受信エコーのうちの当該サンプリングデー
タＤＳ［１１によって指定されるレンジの受信エコーを
サンプルする回路である。

こうしてサンプルされた受信エコーｙＳＩＩｌは、位相
算出反転回路５２に加えられる。

位相算出反転回路５２は、上記サンプルされた受信エコ
ーｙＳＩ１１の位相を算出するとともに、該算出した位
相の符号を反転して、前記（７）式の位相補正項に相当
する情報を形成する回路である。こうして形成された情
報は補正位相情報（ｙｓｍ＊／Ａ）として後述する移相
器５４に加えられる。なお、この位相算出反転回路５２
はＲＯＭ　（リードオンリーメモリ）を用いて構成する
ことができる。

すなわち、上記サンプル受信エコーｙｓｍに対して取り
得る上記補正位相情報（ｙｓ＋ｎ”／Ａ）を該ＲＯＭに
予めテーブル状に登録記憶しておき、その都度のサンプ
ル受信エコーｙｓｍによって同補正位相情報（ｙｓｍ”
／Ａ）をルックアップしてそのうちの該当するものを随
時読み出すようにすればよい。

遅延回路５３は、上記サンプル回路５１の上述したサン
プリングにかかる時間および位相算出反転回路５２の上
述した補正位相情報（ｙｓｍ”／Ａ）の形成出力にかか
る時間に基づいて上記受信エコーｙ＋〜ｙｎの伝送時間
を遅延する回路である。

この遅延された受信エコーｙ１〜ｙｎも移相器５４に加
えられる。これにより移相器５４には、上記遅延回路５
３で遅延された受信エコーｙ１〜ｙｎと同受信エコーの
一部に基づいて形成された補正位相情報（ｙｓｍ’／Ａ
）とが同時に加えられることとなる。

移相器５４は、前記（７）式に基づいて、こうして加え
られる遅延受信エコーｙ１〜ｙｎの位相を、これと同時
に加えられるサンプル受信エコーｙｓｍについての補正
位相情報（ｙｓｍ＊／Ａ）によって示される位相性だけ
変化すなわち移相せしめる回路である。こうして移相さ
れた受信エコー（ｙｌ・ｙｓＩＩｌ／Ａ）〜（ｙｎ−ｙ
ｓＩＩｌ＊／Ａ）が＊ 当実施例装置による補正完了後の受信エコーとして次に
フーリエ変換器５５に加えられ、ここで所要にフーリエ
変換されて当該回転目標の形状を示す高分解画像情報と
して前記表示器６（第３図参照）に伝送され表示される
。

先の原理にて説明したように、上記移相された受信エコ
ーのうちの着目したレンジ（回転中心に対応するレンジ
）の出力（Ｙ　５ｆｆｌ・ｙｓｍ’／Ａ）は、常にその
位相が一定（ドツプラー周波数ｆｄがｆｄ、＝０に固定
）となるものであり、したがって該実施例装置によれば
、たとえ前記送信機２（第３図参照）から発せられる送
信パルスの周波数がパルス毎に変化する場合であっても
、前述同様に高分解能性を保った目標の形状測定が達成
されることとなる。

なお、上記実施例装置では、目標の回転中心を既知のも
のとして扱ったが、これは同回転する目標内の点であれ
ば任意の１点であってよい。要は、この選定した点に応
じて補正のためのサンプルを行なうレンジセルを変更す
ればよい。

また、」−２実施例の構成の他に、目標が複数のレンジ
セルにわたっていることを考慮した第２図に示すような
構成とすることもできる。

すなわち第２図に示す装置において、目標幅検出回路５
６は、前記受信エコーを受けて目標エコーの存在範囲（
若しくは所望の着目部分）を示すゲートＴＧを形成出力
する回路であり、またデータ平均回路５７は、該形成出
力されたゲートＴＧに基づいて前記受信エコーｙ１〜ｙ
ｎのうちの当該範囲に存在するものを累積しこの平均を
とる回路であり、これにより前記位相算出反転回路５２
からは、この平均受信エコーｙａｖに対応した補正位相
情報（ｙａｖ＊／Ａ）が出力され、前記移相器５４から
補正後の受信エコーとして出力される受信エコーも、上
記入力受信エコーｙ１〜ｙｎの各々のレンジに対応して
（ｙｌ・ｙａｖ＊／Ａ）〜（ｙｎ−ｙａｖ＊／Ａ）とい
った値をとることとなる。ただし実用上は、」二記移相
対象とする受信エコーについても、上記目標幅検出回路
５６による形成ゲートＴＧの範囲に含まれるよう制限を
加えておくことが望ましい。因みにこの第２図に示した
装置の場合、遅延回路５３の遅延時間は、前述した位相
算出反転回路５２による補正位相情報（ｙａｖ＊／Ａ）
の形成出力にかかる時間と、データ平均回路５７による
上述した受信エコーの平均化にかかる時間との合計時間
に基づいて設定される。

また、上記の実施例では、簡単のためいずれもドツプラ
ー周波数ｆｄをｆｄ＝ｏに固定する場合について示した
か、先に説明した原理（特に（６）式）によれば、この
固定しようとするドツプラー周波数が任意に選定できる
ことは明らかである。

ところで、上記原理の説明並びに実施例の説明では、目
標が回転運動をしている旨仮定したが、実際には少なく
とも回転運動を含む運動をしておれば十分である。上述
した手法によれば、この目標の移動に伴なう位相変化も
同時に補正される。

ただしこの場合でも、距離追尾を行なうなどして同目標
の特定部分（目標内の任意点若しくは目標全部をも含む
）の反射エコーが同一レンジセルに留まるようにするこ
とは勿論である。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明によれば、送信周波数を
変化させても、回転運動を含む運動を行なっている目標
については有効にその形状を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるレーダ装置の一実施例構成を
示すブロック図、第２図は同レーダ装置の他の実施例構
成を示すブロック図、第３図は一般的なレーダ装置の概
略構成を示すブロック図、第４図は回転している目標に
ついて高分解能を得る原理を説明するための略図である
。 １・・・高安定発振器、２・・・送信機、３・・・送受
切換器、４・・・空中線、５・・・受信機、６・・・表
示器、５１・・・サンプル回路、５２・・・位相算出反
転回路、５３・・・遅延回路、５４・・・移相器、５５
・・・フーリエ変換器、５６・・・目標幅検出回路、５
７・・・データ平均回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも回転運動を含む運動を行なう目標に対して照
   射した信号の同目標からの反射信号を受信するにこれを
   複数のレンジセルに分解できるだけの高いレンジ分解能
   を有し、同目標の特定部分の反射エコーが同一レンジセ
   ルに留まるよう距離追尾を行ないつつ、同目標に対して
   照射した複数のパルスに対応する該同一レンジセルの目
   標エコーをフーリエ変換して同目標の空間的性質を測定
   するレーダ装置において、 前記目標の特定部分に関する反射エコーの位相を算出し
   て、該算出位相の符号を反転した位相情報を出力する演
   算手段と、 前記位相の算出に用いられた反射エコーを含む複数のレ
   ンジセルのエコーの位相を前記演算手段から出力される
   位相情報によって示される位相分だけ移相する移相手段
   とを具え、 前記移相手段によって移相された反射エコーをフーリエ
   変換して前記目標の空間形状を測定することを特徴とす
   るレーダ装置。