| 【発明の名称】 |
レーダ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】奥村 実
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| 【要約】 |
【課題】データ通信により伝送するデータ量を減少し、データ回線を有効利用することを可能とする【解決手段】パルス送信機１３および観測用アンテナ装置１１により地表面Ｅに向けて所定のパルス波を送信した際に到来する散乱波を、観測用アンテナ装置１１および受信機１４により受信する。受信機１４での散乱波の受信状況に基づき、地表面検出回路１７にて地表面Ｅの位置を推定し、観測用アンテナ装置１１からパルス波を送信してから地表面Ｅでの散乱波が受信されるまでの時間を推定する。受信機１４で生成された観測信号のうち、パルス波を送信してから所定の時間が経過した時点から、パルス波を送信してから上記推定された時間が経過した時点までの間に生成された観測信号のみを有効観測信号として抽出する。すなわち、地表面Ｅを基準とした一定範囲の観測信号のみを有効観測信号とする。
【解決手段】パルス送信機１３および観測用アンテナ装置１１により地表面Ｅに向けて所定のパルス波を送信した際に到来する散乱波を、観測用アンテナ装置１１および受信機１４により受信する。受信機１４での散乱波の受信状況に基づき、地表面検出回路１７にて地表面Ｅの位置を推定し、観測用アンテナ装置１１からパルス波を送信してから地表面Ｅでの散乱波が受信されるまでの時間を推定する。受信機１４で生成された観測信号のうち、パルス波を送信してから所定の時間が経過した時点から、パルス波を送信してから上記推定された時間が経過した時点までの間に生成された観測信号のみを有効観測信号として抽出する。すなわち、地表面Ｅを基準とした一定範囲の観測信号のみを有効観測信号とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 所定の基準物に向けて所定のパルス波を送信するパルス送信手段と、到来する散乱波を受信して観測信号を生成する受信手段と、この受信手段での散乱波の受信状況に基づいて前記基準物の位置を推定し、前記パルス送信手段がパルス波を送信してから前記基準物での散乱波が前記受信手段により受信されるまでの時間を推定する推定手段と、前記受信手段により生成された観測信号のうち、前記パルス送信手段がパルス波を送信してから所定の時間が経過した時点から、前記パルス送信手段がパルス波を送信してから前記推定手段により推定された時間が経過した時点までの間に生成された観測信号のみを有効観測信号として抽出する抽出手段とを具備したことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】 抽出手段により抽出された有効観測信号を所定の観測信号収集局に向けて送信する観測信号送信手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】 宇宙航行体に搭載され、地球との間の気象現象を観測するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば宇宙航行体などに搭載され、降雨の観測等に使用されるレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にレーダ装置においては、短いパルス波を送信し、観測対象により散乱された散乱波を受信することにより、その観測対象までの距離や観測対象からの散乱波の強度を検出する。レーダ装置においてはパルス波を送信してから散乱波を受信するまでの時間Τにより観測対象までの距離Ｒを決定し、その間には以下の関係が成り立つ。
Ｒ＝ｃ・Τ／２ …（１）
ｃ：光速従って、観測範囲、すなわち観測対象が存在すると推定される最も近い距離Ｒmin と最も遠い距離Ｒmax を決定すれば、散乱波を受信しなければならない期間ΔＴは以下のように与えられる。
ΔＴ＝２Ｒmax ／ｃ−２Ｒmin ／ｃ …（２）
一般的に、宇宙航行体搭載用のレーダ装置では、ΔＴの間の受信信号を所定の時間間隔でサンプリングしてΑ／Ｄ変換した後に、デジタルデータとして地上局に伝送する。従って、受信信号のサンプリング間隔やＡ／Ｄ変換のビット数等の条件が同一であれば、ΔＴの値が大きいほど多量のデータを地上に伝送する必要がある。しかし、データ回線の容量には制約があり、地上局に伝送できるデータ量には限りがあるため、ΔΤの値は小さい方が望ましい。
【０００３】一方、宇宙航行体が飛行する軌道高度は完全には一定ではなく、例えば地球の形状が完全な球形でないことや大気の抵抗による影響による変動を伴う。従って、ΔＴの決定に当たっては以下に示すように高度変動による観測対象までの距離の変動分を見込んでおく必要がある。
ΔΤ＝２（Ｒmax ＋ΔＲ+ ）／ｃ −２（Ｒmin −ΔＲ- ）／ｃ…（３） ΔＲ+ ：軌道高度の増加幅ΔＲ- ：軌道高度の減少幅この（３）式より与えられるΔΤの値は、前記（２）式により与えられるΔＴの値より大きくなり、本来必要なデータ量よりも余分なデータを地上に伝送しなければならいことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のレーダ装置では、所定の基準物までの間に位置する観測対象の観測を行う場合、散乱波を受信する期間を決定するに当たっては基準物までの距離の変動分を考慮する必要があるために必要以上に大きく設定せざるを得ず、収集する情報の量が増大するという不具合があった。
【０００５】またこのように収集する情報の量が増大すると、この収集した情報をデータ通信により伝送する場合、容量が大きなデータ回線が必要となってしまう。逆にデータ回線の容量が制限されている場合には、伝送するデータ量がデータ回線の容量を超えてしまう恐れがあった。
【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、実際に収集すべき情報の量の減少を図ることができるレーダ装置を提供することにある。また本発明の別の目的は、データ通信により伝送するデータ量を減少し、データ回線を有効利用することを可能とするレーダ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するために本発明は、例えば宇宙航行体に搭載されて地球との間の気象現象を観測するものであるレーダ装置を、例えば地表面などの所定の基準物に向けて所定のパルス波を送信する、例えばパルス送信機と観測用アンテナ装置とからなるパルス送信手段と、到来する散乱波を受信して観測信号を生成する、例えば観測用アンテナ装置と受信機とからなる受信手段と、この受信手段での散乱波の受信状況に基づいて前記基準物の位置を推定し、前記パルス送信手段がパルス波を送信してから前記基準物での散乱波が前記受信手段により受信されるまでの時間を推定する例えば地表面検出回路などの推定手段と、例えばデータ抽出回路などの抽出手段を備えて構成し、前記抽出手段が、前記受信手段により生成された観測信号のうち、前記パルス送信手段がパルス波を送信してから所定の時間が経過した時点から、前記パルス送信手段がパルス波を送信してから前記推定手段により推定された時間が経過した時点までの間に生成された観測信号のみを有効観測信号として抽出するようにした。
【０００８】また別の本発明は前記発明に加えて、前記抽出手段により抽出された有効観測信号を所定の観測信号収集局に向けて送信する、例えばデータ送信機とデータ送信用アンテナ装置とからなる観測信号送信手段を備えた。
【０００９】これらの手段を講じたことにより、観測対象を観測するのに本当に必要となる最小限の信号のみが有効観測信号として抽出されるので、収集する情報の量が最小限に抑えられる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一実施形態につき説明する。図１は本実施形態に係るレーダ装置の構成を示す機能ブロック図である。なお本実施形態では、人工衛星に搭載されて地球の気象現象を観測するために用いられるものを例示する。
【００１１】図１に示すように本実施形態のレーダ装置は、観測用アンテナ装置１１、サーキュレータ１２、パルス送信機１３、受信機１４、Α／Ｄ変換器１５、メモリ１６、地表面検出回路１７、データ抽出回路１８、データ送信機１９および通信用アンテナ装置２０を有してなる。
【００１２】観測用アンテナ装置１１は、パルス送信機１３からパルス波信号の供給を受けて、地球に向けてパルス波を送信する。また観測用アンテナ装置１１は、例えば降雨Ｒなどの観測対象や地表面Ｅでの散乱波を受け、電気信号（以下、観測信号と称する）に変換する。
【００１３】サーキュレータ１２は、パルス送信機１３から出力されるパルス波信号を観測用アンテナ装置１１へ供給するとともに、観測用アンテナ装置１１から出力される観測信号を受信機１４へと与える。
【００１４】パルス送信機１３は、周期的に所定のパルス波信号を出力する。受信機１４は、観測用アンテナ装置１１からサーキュレータ１２を介して与えられる観測信号に対して、増幅、周波数変換、検波等の処理を施しビデオ信号（ベースバンド信号）に変換する。受信機１４は生成したビデオ信号を、Ａ／Ｄ変換器１５に与える。
【００１５】Ａ／Ｄ変換器１５は、受信機１４から与えられるビデオ信号をディジタルデータに変換し、メモリ１６に与える。メモリ１６は、Ａ／Ｄ変換器１５から与えられるディジタルデータを一時的に記憶する。
【００１６】地表面検出回路１７は、メモリ１６に記憶されたディジタルデータを読み出し、このディジタルデータに基づいて地表面Ｅ（陸上のみでなく海面をも含む）の位置を検出する。そして地表面検出回路１７は、検出した地表面Ｅの位置をデータ抽出回路１８に通知する。
【００１７】データ抽出回路１８は、メモリ１６に記憶されたディジタルデータのうちから所定の有効データを抽出し、データ送信機１９へと与える。データ送信機１９は、データ抽出回路１８から与えられるディジタルデータを変調し、通信用アンテナ装置２０を介して地上局Ｂへ向けて送出する。
【００１８】次に以上のように構成されたレーダ装置の動作を説明する。観測用アンテナ装置１１には、サーキュレータ１２を介してパルス送信機１３から短いパルス波信号が一定周期で与えられ、パルス波信号に対応するパルス波を地表面Ｅに向けて送信する。
【００１９】このパルス波が降雨Ｒや地表面Ｅに当たると散乱して散乱波となり、その一部が観測用アンテナ装置１１に到達する。このように観測用アンテナ装置１１に到達した散乱波は、観測用アンテナ装置１１により観測信号に変換され、サーキュレータ１２を介して受信機１４に与えられる。
【００２０】ここで、パルス送信機１３と受信機１４とは、送信動作と受信動作とが時分割に行われるよう動作タイミングが制御されている。また受信機１４の受信期間ΔＴは、光速をｃ、観測対象が存在すると推定される最も近い距離をＲmin 、最も遠い距離をＲmax 、軌道高度の増加幅をΔＲ+ 、軌道高度の減少幅をΔＲ- としたとき、ΔΤ＝２（Ｒmax ＋ΔＲ+ ）／ｃ−２（Ｒmin −ΔＲ- ）／ｃなる式、すなわち［従来の技術］の項で示した（３）式により決定される。
【００２１】受信機１４は、このΔＴの期間に与えられる観測信号に対して増幅、周波数変換および検波等の処理を施してビデオ信号に変換する。このように受信機１４で得られたビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換器１５でディジタル化され、メモリ１６に格納される。
【００２２】さて従来は、受信期間ΔＴに得られたディジタルデータの全てを地上局Ｂに向けて送信していた。すなわち、従来は自己の位置を基準として観測範囲を決定していたため、軌道高度の変動を考慮して決定した受信期間ΔＴの全てを観測範囲とせざるを得ず、その期間に得られるディジタルデータの全てを地上局Ｂに向けて送信しなければならなかった。しかし、観測対象からの散乱波が存在する範囲は、地表面Ｅを基準にすると軌道高度に関係なく一定である。
【００２３】そこで本実施形態では、１受信期間に得られたディジタルデータの全てをメモリ１６に一旦格納し、このデータに基づいて地表面検出回路１７が地表面Ｅの位置の検出を行い、検出結果をデータ抽出回路１８に通知する。地表面検出回路１７において地表面Ｅの位置を検出する方法は種々考えられるが、一般的に降雨等の観測対象からの散乱波に比べて地表面Ｅからの散乱波は非常に強いため、受信データの中から最も強い信号の位置を地表面Ｅの位置として検出するのが比較的簡単な方法である。
【００２４】データ抽出回路１８は、地表面検出回路１７から通知された地表面Ｅの位置を基準として、図２に示すようにその地表面Ｅから所定の高度までの範囲を要求観測範囲として判定し、この期間に相当するディジタルデータのみをメモリ１６から取出す。そしてデータ抽出回路１８は、抽出したディジタルデータをデータ送信機１９に与え、地上局Ｂに向けて送信させる。
【００２５】地上局Ｂでは、以上のように送出されたデータを受信し、所定のデータ処理が行われる。以上のように本実施形態によれば、高度変動マージンに相当する分のデータの送信を行わずに、実際に必要な要求観測範囲に対応するデータのみを地上局Ｂに向けて送信するので、地上局Ｂとの間で伝送するデータの量を必要最小限として従来よりも低減することができ、地上局Ｂとの間のデータ回線の容量を最小化できる。
【００２６】なお本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、地表面検出回路１７としてのハードウェアを設ける形で説明したが、レーダ装置の信号処理をＣＰＵを搭載してソフトウェアで処理するような構成とする場合は、地表面検出ソフトウェアとして地表面Ｅからの散乱波を検出する手段を設けてもよい。
【００２７】また上記実施形態では、散乱波の受信状況をそのまま地球局Ｂに向けて送信し、地上局においてデータ処理を行うものとしているが、レーダ装置内でデータ処理を行うようにしても良い。この場合、上記実施形態のように伝送データ量を減少するという効果は生じないが、データ処理の対象となるデータの量が少ないので、データ処理を短時間に終了することが可能となり、処理後のデータを地上局Ｂに伝送するまでに要する時間を短縮できるという効果が生じる。
【００２８】また上記実施形態では、人工衛星に搭載されて地球の気象現象を観測するものを例示しているが、例えば航空機などの他の飛翔体に搭載することも可能である。また観測対象も気象現象には限定されない。さらに基準物も地球（地表面Ｅ）には限定されず、他の天体であっても良いし、あるいは天体以外の物体であっても良い。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、例えば宇宙航行体に搭載されて地球との間の気象現象を観測するものであるレーダ装置を、例えば地表面などの所定の基準物に向けて所定のパルス波を送信する、例えばパルス送信機と観測用アンテナ装置とからなるパルス送信手段と、到来する散乱波を受信して観測信号を生成する、例えば観測用アンテナ装置と受信機とからなる受信手段と、この受信手段での散乱波の受信状況に基づいて前記基準物の位置を推定し、前記パルス送信手段がパルス波を送信してから前記基準物での散乱波が前記受信手段により受信されるまでの時間を推定する例えば地表面検出回路などの推定手段と、例えばデータ抽出回路などの抽出手段を備えて構成し、前記抽出手段が、前記受信手段により生成された観測信号のうち、前記パルス送信手段がパルス波を送信してから所定の時間が経過した時点から、前記パルス送信手段がパルス波を送信してから前記推定手段により推定された時間が経過した時点までの間に生成された観測信号のみを有効観測信号として抽出するようにしたので、実際に収集すべき情報の量の減少を図ることができるレーダ装置となる。
【００３０】また別の本発明によれば、前記発明に加えて、前記抽出手段により抽出された有効観測信号を所定の観測信号収集局に向けて送信する、例えばデータ送信機とデータ送信用アンテナ装置とからなる観測信号送信手段を備えたので、データ通信により伝送するデータ量を減少し、データ回線を有効利用することを可能とするレーダ装置となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月２８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１６０４２７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２８３３７ |
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