| 【発明の名称】 |
モノパルス受信機 |
| 【発明者】 |
【氏名】大島 繁樹
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| 【要約】 |
【課題】受信部を単一化して振幅誤差、位相誤差の発生を防止したモノパルス受信機を提供する。
【解決手段】本モノパルス受信機は、ターゲットにより反射された反射波が、複数のアンテナにより受信され、これら複数のアンテナにおける受信信号は入力切換手段により択一的に順次切換えられて選択され出力される。ここで出力された受信信号は、検波器により検波され、検波信号を生成する。この検波器における検波信号はサンプリング手段により前記入力切換手段の切換動作と同期して各アンテナ毎の検波信号として分離して出力する。比較手段では、前記サンプリング手段からの出力信号に基づき、各アンテナ毎の信号間の振幅又は位相の少なくとも一方の比較を行う。本受信機によれば、従来のように複数備えられた受信部間の特性の差による振幅誤差、位相誤差の発生を防止することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の受信波に基づき、その受信波信号間の振幅又は位相を比較することにより受信波の到来方向を推定するモノパルス受信機において、反射波を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナにおける受信信号を択一的に切換えて選択し出力する入力切換手段と、前記入力切換手段から出力された受信信号を検波する検波器と、前記検波器における検波信号を前記入力切換手段の切換動作と同期して各アンテナ毎の増幅信号としてサンプリング出力するサンプリング手段と、前記サンプリング手段のサンプリング信号に基づき、各アンテナ毎の信号間の振幅又は位相の少なくとも一方の比較を行う比較手段と、を有するモノパルス受信機。
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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、複数の受信アンテナで受信した受信信号に基づきターゲットの方位を検出するモノパルスレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ターゲットとの相対距離、相対速度を検出するために各種レーダが利用されている。例えば、道路における先行車両との相対距離、相対速度の検出にもレーダが用いられる。このレーダとして、モノパルスと呼ばれる方式のレーダがある。このレーダでは複数の受信アンテナを有し、送信アンテナから電波を放射し、同一のターゲットにより反射された反射波をその複数のアンテナで受信し、この際の各アンテナにおける受信信号の振幅差や位相差に基づきターゲットの方位を計測する。一般に、前者の振幅差を基準とするものを振幅モノパルスといい、後者の位相差を基準とするものを位相モノパルスという。
【０００３】このようなモノパルス方式の受信機は、例えば、特開平６−３４７５１号公報や特開平６−３４７５２号公報などに記載されている。こうした従来のモノパルス方式の受信機は、受信アンテナの数に対応した受信部がそれぞれ備えられ、各受信部では各アンテナにおいて受信した受信信号の増幅、検波等が行なわれ、最終的に検波された各受信信号の比較を行い、振幅差や位相差が算出されて、ターゲットの方位が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記モノパルス受信機では、上述した通り各受信アンテナに対応して個々に受信部が備えられていたため、これら各受信部における特性の違いにより振幅差や位相差を求める際に誤差を生じることがあり、正確にターゲットの方位を測定することが困難な場合があった。そのため、従来はこうした誤差を解消するために各受信部に外部回路を備え、受信部間の特性が補正されていた。
【０００５】しかし、上記外部回路によりこれら受信部間の特性を完全に補正することは、容易なことではなく、また、この外部回路を備えることはモノパルス受信機の製造工程等を複雑化することにもなる。
【０００６】そこで、本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、受信部を単一化して、測定精度の高いモノパルス受信機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明のモノパルス受信機は、複数の受信波に基づき、その受信波信号間の振幅又は位相を比較することにより受信波の到来方向を推定するモノパルス受信機において、到来波を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナにおける受信信号を択一的に切換えて選択し出力する入力切換手段と、前記入力切換手段から出力された受信信号を検波する検波器と、前記検波器における検波信号を前記入力切換手段の切換動作と同期して各アンテナ毎の検波信号としてサンプリング出力するサンプリング手段と、前記サンプリング手段のサンプリング信号に基づき、各アンテナ毎の信号間の振幅又は位相の少なくとも一方の比較を行う比較手段と、を有する。
【０００８】上記発明によれば、ターゲットにより反射された到来波が、複数のアンテナにより受信され、これら複数のアンテナにおける受信信号は入力切換手段により択一的に順次切換えられて選択され出力される。ここで出力された受信信号は、単一の検波器により検波された後、サンプリング手段により前記入力切換手段の切換動作と同期して各アンテナ毎の増幅信号としてサンプリング出力される。そして、比較手段ではこのサンプリング信号に基づいて各アンテナ毎の信号間の振幅又は位相の少なくとも一方の比較を行うことができる。
【０００９】このように本発明は、複数のアンテナの受信信号を単一の入力切換手段により択一的に出力し、単一の検波器等により検波等を行う。さらに、必要であれば、検波器の前又は後に増幅器等を挿入することも可能であり、単一の増幅器等により増幅等を行う。その結果、従来のような受信部の特性を補正するための外部回路を備えることなく、各アンテナにおける受信信号を均質に処理することが可能となる。従って、本発明のモノパルス受信機によれば、最終的に振幅の誤差、方位ずれを生じさせることなく、ターゲットの方位を精度よく測定することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１１】［第１の実施形態］図１に本発明の第１の実施形態に係る振幅モノパルス受信機の全体構成を示す。
【００１２】この振幅モノパルス受信機には、ターゲットからの到来波を受ける二つの受信アンテナ1a、1bが備えられている。図には示されていないが、これら受信アンテナ１ａ、１ｂは、所定の角度だけ、そのアンテナビームの方向がずらされており、ターゲットから反射されて到来する反射波を異なる強度で受信する。尚、本実施形態では、受信アンテナが２つ備えられているが、左右上下の４方向の方位を測定する場合には受信アンテナを４つから構成することもできる。
【００１３】前記受信アンテナ１ａ、１ｂには、受信部として、入力切換器２及びこの入力切換器の下流に接続された単一の増幅器３、単一の検波器４が備えられている。入力切換器２の２つの入力端は受信アンテナ１ａ、１ｂの出力端にそれぞれ接続され、入力切換器２の単一の出力端は増幅器３に接続されている。そして、この入力切換器２は、所定の切換周波数（ｆｓ）で切換え動作を行い、２つの受信アンテナ１ａ、１ｂの受信信号を順次択一的に増幅器３に出力する。したがって、増幅器３は入力切換器２から順次出力される信号を増幅し、受信アンテナ１ａ及び１ｂに由来する受信信号が上記切換周波数に対応した間隔で交互につなぎ合わされた増幅信号を出力する。この増幅器３から出力される増幅信号は、検波器４において検波され検波信号が生成される。
【００１４】なお、上記切換え周波数ｆｓは、本振幅モノパルス受信機の精度を高めるために、振幅変化の周波数成分の最大値をfamaxとした時２famax ＜ fsの条件を満たすように設定する必要がある。
【００１５】上記受信信号に基づき検波器によって得られた検波信号は、最終的に受信信号間の振幅を比較するために各受信アンテナ１ａ、１ｂの受信信号毎に分離し出力する必要がある。そのため、上記検波器４には、サンプリング出力器５と、このサンプリング出力器５から出力された信号に基づき各受信アンテナ毎の信号を生成するための２つの濾波器６ａ、６ｂが設けられている。
【００１６】サンプリング出力器５は、その入力端が検波器４に接続され、一方、各受信アンテナに対応した数の出力端には、それぞれ低周波（低域）濾波器６ａ、６ｂが接続されている。そして、このサンプリング出力部５は、入力切換器２と同期して切換え動作を行い、入力される検波信号から各受信アンテナ毎の信号をそれぞれの低周波濾波器６ａ、６ｂにサンプリング出力する。低周波濾波器６ａ、６ｂでは、断続するサンプリング信号から元の受信信号のような連続する濾波信号を合成する。ここで得られた濾波信号は比較手段に入力され、そこで受信信号間の振幅差等が算出される。
【００１７】以下に、図２を用いて上記振幅モノパルス受信機の作用を説明する。尚、図２には、受信アンテナに対しターゲットが左あるいは右方向に移動した際の反射波を受信した際の各信号の時間波形を模式的に示す。
【００１８】ターゲットが受信アンテナの前方で左右一方向に移動すると、ターゲットから反射される反射波は、当初ターゲットにより近い方向に向いている受信アンテナ１ａ側では、受信信号Ｓ１ａの振幅が強く、ターゲット移動とともにその振幅が小さくなる。逆にもう一方の受信アンテナ１ｂ側の受信信号Ｓ１ｂは当初振幅が小さく、ターゲットの移動とともにその振幅が大きくなる。
【００１９】図２に示すように、受信アンテナ１ａ、１ｂにおいて受信された信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂは切換周波数ｆｓで切換動作を行う切換器２により入力され、増幅器３では時間Ｔｓ毎にＳ１ａ、Ｓ１ｂの二つの受信信号を交互に接続させた増幅信号Ｓ３が生成される。この増幅信号は検波器４で検波されて図２に示す検波信号Ｓ４が得られる。この検波信号Ｓ４はサンプリング出力器５により、図２に示すような２つの矩形波成分群Ｓ５として低周波濾波器６a、６bに出力されこの矩形波成分は濾波され、受信信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂの振幅成分Ｓ６ａ、Ｓ６ｂを検出することができる。比較手段によりこれら受信信号に対応する振幅成分を比較することにより正確な振幅モノパルス処理を行うことができる。
【００２０】［第２の実施形態］図３には第２の実施形態における振幅モノパルス受信機を示す。この受信機は、上記第１の実施形態の振幅モノパルス受信機（図１）におけるサンプリング出力器５以降をディジタル処理に適するように変更したものであり、上記受信機のサンプリング出力器等に代えてアナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）７とディジタル信号処理器８が備られている。
【００２１】上記実施形態１の振幅モノパルスと同様に受信、増幅、検波が行なわれ、検波器４からの検波信号Ｓ４が出力される。この検波信号は入力切換器２の切換動作に同期してサンプリング及び変換動作するＡ／Ｄ変換器７でディジタル信号に変換され、ディジタル信号処理器８により二つの振幅情報に分離され記憶されて振幅モノパルス処理が行なわれる。
【００２２】［第３の実施形態］図４〜６には、ＦＭＣＷ方式、すなわち連続波（ＣＷ）を適当な繰返変調を施して送信信号の占有周波数帯域幅を広げて方位と共に距離を計測可能とする方式を採用した位相モノパルスレーダ装置を示す。この位相モノパルスレーダ装置には、上述したような受信機にさらに、変調信号を発生させる手段と、ここで発生させた変調信号を送信する一つの送信アンテナ２３とが備えられている。
【００２３】図４において、繰返変調を施すための三角波を発生させる変調信号発生器１９は、発振器２０に接続され、発生させた三角波により発振器２０を周波数変調する。ここでは、説明を簡単にするために送信信号を三角波を用いて変調しているが、この他の変形方式を採用することもできる。
【００２４】発振器２０には分配器２１が備えられ、発振器２０において変調された信号は分配器２１に入力され、二つに分配される。ここで分配された一方は送信アンテナ２３からターゲットに向けて放射され、もう一方は、後述する混合検波器１４に参照波として出力される。
【００２５】一方、送信アンテナ２３から送信された変調信号がターゲットに反射され到来する反射波を受信する受信機は、上記第２の実施形態と基本的に同様の構成を有し、同様の受信信号の処理が行なわれる。
【００２６】すなわち、ターゲットに反射された到来する反射波を受信する２つの受信アンテナ１１ａ、１１ｂが備えられている。これら受信アンテナ１１ａ、１１ｂは、位相モノパルスにより方位が最適に検出できるように、空間内で距離をおいて設置されている。これら受信アンテナ１１ａ、１１ｂには、入力切換器１２、増幅器１３、混合検波器１４が接続されている。入力切換器１２は、切換周波数ｆｓで切換動作を行い、受信アンテナ１1a、１1bにおける受信信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂを順次択一的に単一の増幅器１３に出力する。増幅器１３では入力された信号を増幅し、図６に示されるように受信信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂが交互に組合わされた増幅信号Ｓ１３が生成される。
【００２７】増幅器１３における増幅信号Ｓ１３は混合検波器１４に出力され、混合検波器１４では、既に分配器２１から入力されている参照波（送信信号）に基づき増幅信号が同期検波される。図５には、混合検波器１４における増幅信号と参照波との関係を示す。図５に示すように、増幅信号は参照波と比較してターゲットまでの距離に比例した時間τだけ遅れた波形となることが示されている。従って、ＦＭＣＷ方式の原理に基づき、この混合検波器１４により増幅信号を同期検波することにより、ターゲットまでの距離に比例した周波数を持つビート信号が得られる。なお、ここでは説明を簡単にするためにターゲットとの相対速度を０としている。
【００２８】また、ここでターゲットがレーダのボアサイト方向からずれているとすると、二つの受信波間に位相差が生じ、その値は位相モノパルスの原理によりターゲットの方位角の関数で表される。従って、混合検波器１４の出力であるビート信号（検波信号）Ｓ１４は図６に示すように、ターゲットの距離に比例した周波数を持つ二つの正弦波を位相をずらして交互に繋ぎあわせたような波形となる。
【００２９】このように混合検波器１４により生成された検波信号を、切換器１２と同期して変換を行うＡ／Ｄ変換器１７でディジタル情報に変換し、ディジタル信号処理器１８により二つのビート信号Ｓ１７ａ、Ｓ１７ｂに分離し記録して、連続した信号Ｓ１８ａ、１８ｂを合成する。このディジタル信号処理器１８は比較手段として機能し、この信号からＦＦＴ処理等によって位相差を求め、ターゲットの方位角を測定することができる。
【００３０】このように単一の増幅器１３，混合検波器１４を用いて二つの信号を増幅、検波しているため、増幅器、混合検波器の位相特性に起因する位相誤差は発生せず、正確に方位角を求めることができる。なお、本実施形態においても、測定の高い精度を確保するため、切換器の切換周波数ｆｓはビート信号の周波数成分の最大値をfbmaxとした時、２fbmax ＜ fsの条件を満たすように設定する必要がある。
【００３１】
【発明の効果】上記の通り、本発明のモノパルス受信機は、従来のように複数の受信信号を同数の複数の受信機で検波・増幅する場合と比べ、受信機の入力部に切換器を設けて複数の信号を順次切換えて単一の受信機により検波・増幅することにより、従来の受信機間の特性の差による振幅誤差や位相誤差の発生を解消し、精度の高い距離、方位の測定が可能となる。また、本発明によれば、従来のような受信機間の特性差を補正するための外部回路を備える必要性もなくなる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３６０９
【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７１４３５ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−７７１０７ |
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