JP2000338226A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】バンドパスサンプリングによる受信処理を可能
とし、これにより受信性能の向上を図りつつ構成の簡易
化を図ったレーダ装置を提供する。 【解決手段】同一の局部発振器３のローカル周波数信号
を受信側のＡ／Ｄ変換器２と、送信側の周波数変換器５
とにそれぞれ導き、これにより受信部にて処理される受
信信号と、送信部にて生成される送信信号との間にコヒ
ーレントな関係を持たせるようにしている。また入力信
号の帯域を制限するバンドパスフィルタ１の通過帯域幅
をＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数のｆｓ／２とする
ともに、局部発振器３のローカル周波数を１７．１４Ｍ
Ｈｚ（３０ＭＨｚ×４／７）および１８．４６ＭＨｚ
（６０ＭＨｚ×４／１３）とし、Ａ／Ｄ変換器２のサン
プリング周波数ｆｓを入力信号の周波数の４／７または
４／１３とすることでバンドパスサンプリングを行える
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばパルスレー
ダなどのレーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アナログ信号をサンプリングする手法と
して、ナイキストサンプリングやオーバーサンプリング
が知られている。これは、与えられる信号の周波数成分
のうち最も高い周波数の２倍、またはそれ以上のサンプ
リング周波数にてサンプリングを行う手法である。

【０００３】近年のレーダ装置等にあっては、受信した
無線周波信号をベースバンドにまで落とさず、中間周波
信号（ＩＦ信号）の状態でサンプリング処理を施すＩＦ
ダイレクトサンプリングが使用されている。ＩＦダイレ
クトサンプリングによれば、極めて高精度かつ高い忠実
度で信号を受信できる。

【０００４】しかしながら従来、ＩＦ信号を上記ナイキ
ストサンプリングまたはオーバーサンプリングによりサ
ンプリングするには、種々の不具合があった。すなわち
現状のサンプリングデバイスではせいぜい２ＭＨｚ程度
までの信号しかサンプリングできないので、ＩＦ信号を
この周波数程度にまでダウンコンバートする必要があ
る。２ＭＨｚといえば、当該分野では通常使用されない
極めて低い周波数であり、無線周波からここまで落とす
のに多段の周波数変換器が必要となる。このため構成の
肥大を招いたり、処理にかかる誤差が大きくなって信号
再生の忠実度が損なわれるなどの不具合があった。

【０００５】ところで、アナログ信号をサンプリングす
る手法として、バンドパスサンプリングが知られてい
る。これは、入力信号周波数に対してサンプリング周波
数を敢えて低くすることで出力にエイリアスを生じさ
せ、このエイリアスを積極的に利用することでサンプリ
ングの際に同時に周波数ドロップも行うものである。帯
域フィルタを用いて入力信号の帯域を適切に制限するこ
とで、このようなサンプリング処理が可能となる。

【０００６】しかしながらバンドパスサンプリングを実
施すると、その過程において受信信号のダウンコンバー
トが必然的になされてしまう。このためバンドパスサン
プリングをレーダ装置に適用するには、送信信号と受信
信号とのコヒーレンシーを保つ必要性から、受信信号と
コヒーレンシーを保ったまま周波数の高い送信信号を生
成しなければならない。このため送信信号の生成に大き
な困難が伴うという不具合が有った。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
ＩＦダイレクトサンプリングによるレーダ装置には、構
成の肥大を招くとともに信号再生の忠実度が損なわれる
といった不具合が有った。一方、レーダ装置においてバ
ンドパスサンプリングを実施しようとすると、送信信号
の生成が困難になるという不具合が有った。

【０００８】本発明は上記事情によりなされたもので、
その目的は、バンドパスサンプリングによる受信処理を
可能とし、これにより受信性能の向上を図りつつ構成の
簡易化を図ったレーダ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、局部発振器と、受信部と、送信部とを具備
するものであって、前記受信部に、到来した無線周波数
信号から周波数変換された受信中間周波数信号が与えら
れ、この受信中間周波数信号の帯域幅を制限する帯域制
限フィルタと、前記局部発振器で生成された局部発振信
号からサンプリングクロックを生成し、このサンプリン
グクロックをもとに前記帯域制限された受信中間周波数
信号をサンプリングしてディジタル変換するアナログ／
ディジタル変換手段と、このアナログ／ディジタル変換
手段から送出されるディジタルデータに対して受信信号
処理を施す信号処理手段とを備え、前記送信部は、前記
局部発振器で生成された局部発振信号をもとに送信信号
を生成する送信信号生成手段を備え、前記帯域制限フィ
ルタを、前記受信中間周波数信号の帯域幅を前記サンプ
リングクロックの周波数の１／２以下に制限するものと
し、前記サンプリングクロックの周波数を、前記受信中
間周波数信号の最高周波数の２倍以下としたことを特徴
とする。

【００１０】このようにすると、アナログ／ディジタル
変換手段において、受信中間周波数信号に対していわゆ
るバンドパスサンプリングが施される。すなわち受信中
間周波数信号は、ディジタル変換されるとともに信号の
折り返しにより等化的にダウンコンバートされる。これ
により受信信号の周波数を落とすダウンコンバータの段
数を削減でき、構成の簡易化を図れるとともに信号再生
の忠実度を向上させることが可能となる。

【００１１】しかも、前記送信信号生成手段において、
前記局部発振器で生成された局部発振信号をもとに送信
信号を生成するようにしているので、受信部にて処理さ
れる受信信号と、送信部にて生成される送信信号との間
にコヒーレントな関係を持たせることが可能となる。ま
た、コヒーレンシーを保ったまま周波数の高い送信信号
を、容易に生成できるようになる。

【００１２】レーダ装置において、送信系と受信系とに
コヒーレンシーを保つことは必須であり、上記手段を採
ることによって初めてレーダ装置としての機能を満たす
ことが可能となる。

【００１３】また本発明では、前記送信部に、送信信号
の波形データを記憶した波形メモリと、この波形メモリ
に記憶された波形データを読み出し、前記局部発振器で
生成された局部発振信号を変換クロックとして前記波形
データをアナログ変換して送信信号波形を得るディジタ
ル／アナログ変換手段を備え、前記送信信号生成手段
は、前記ディジタル／アナログ変換手段で得られた送信
信号波形をもとに前記送信信号を生成するものとしたこ
とを特徴とする。

【００１４】このような手段を採ることで、送信信号の
波形を任意に設定することができるようになり、例えば
パルス内変調レーダとしても応用できる。

【００１５】また、前記局部発振器で生成された局部発
振信号を分周する分周器を備え、前記アナログ／ディジ
タル変換手段を、前記分周器の出力をサンプリングクロ
ックとして動作するものとし、前記送信信号生成手段
を、前記分周器の出力をもとに前記ディジタル／アナロ
グ変換手段で得られた送信信号波形を周波数変換して前
記送信信号を生成するものとしても良い。

【００１６】このようにすると、発振周波数の高い局部
発振器を使用でき、ディジタル／アナログ変換手段の変
換クロックを高くできる。これにより送信波形の生成が
容易となる。

【００１７】また特に、前記帯域制限された受信中間周
波数信号の中心周波数を、前記サンプリングクロックの
周波数の（奇数／４）倍とすべく、該サンプリングクロ
ックの周波数を設定するようにしても良い。

【００１８】また特に、前記ディジタル／アナログ変換
手段から送出される送信信号波形の周波数を、前記サン
プリングクロックの周波数の１／２以上としても良い。

【００１９】このようにすると、信号処理手段における
受信信号処理の負担を軽くすることができるので、これ
によっても構成の簡易化を図れる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 （第１の実施形態）図１は、本実施形態に係わる送受信
装置の要部構成を示すブロック図である。図１において
は、中間周波数（ＩＦ）信号に係わる処理を行う部分に
ついてのみ表示している。実際には図示した部分の外側
に、無線周波信号を受信してＩＦ信号に変換するＲＦ受
信部と、生成されたＩＦ信号を無線周波信号に変換する
ＲＦ送信部とが接続される。

【００２１】図示しないＲＦ受信部から送出される３０
ＭＨｚ〜６０ＭＨｚのＩＦ信号は、バンドパスフィルタ
１を介してアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２に
与えられ、ディジタルデータに変換される。このディジ
タルデータはディジタルフィルタ４に与えられ、Ｉ／Ｑ
信号の生成などの種々の信号処理を施される。

【００２２】Ａ／Ｄ変換器２はサンプリング機能を内蔵
するもので、局部発振器３で生成されたローカル周波数
信号をサンプリングクロックとして動作する。このロー
カル周波数信号は周波数変換器５にも与えられ、ここで
送信用の中間周波数信号に変換される。このようにして
生成された３０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚのＩＦ信号は、バン
ドパスフィルタ６を介して図示しないＲＦ送信部に与え
られる。

【００２３】なお図１において、サンプリング機能をＡ
／Ｄ変換器２の外部に設けても良い。またディジタルフ
ィルタ４としては、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）を用い
た高速畳み込み演算処理を行うもののほか、例えば特許
第２６５９９６３号公報に記載のものも適用できる。上
記公報に記載のディジタルフィルタは、受信信号のＡ／
Ｄ変換処理までを単一の系にて行い、同相成分および直
交成分をそれぞれ演算するためのフィルタを有したディ
ジタルフィルタを用いてこのＡ／Ｄ変換信号のＩ／Ｑ検
波を行う受信装置を対象として、上記ディジタルフィル
タを構成するフィルタに０周波数成分を除去するフィル
タを持たせるようにすることで、Ａ／Ｄ変換によって生
じるＤＣオフセットを除去するようにしたものである。

【００２４】またディジタルフィルタ４においてＩ／Ｑ
信号の生成は必須ではなく、データの間引き、もしくは
リサンプル（補間処理により、出力データレートが入力
データレートの１／自然数に限定されない間引き処理）
のみを行うことも用途によっては可能である。また図１
では３０ＭＨｚ及び６０ＭＨｚを中間周波数としたが、
必ずしもこの数値に限定されるものではない。

【００２５】次に、上記構成における作用を説明する。
まず、図２を参照してバンドパスサンプリングの原理に
ついて説明する。通常のサンプリングにおいては、図２
（ａ）のごとくバンドパスフィルタを通過後の入力信号
の帯域幅をサンプリング周波数ｆｓの１／２以下に制限
するとともに、入力信号の最高周波数もダウンコンバー
トによりｆｓ／２以下とする。よって入力信号の中心周
波数ｆ０はｆｓ／２以下となる。

【００２６】これに対しバンドパスサンプリングでは、
入力信号の帯域幅をｆｓ／２以下に制限することは上記
と同じであるが、その最高周波数をｆｓ／２以下とせ
ず、図２（ｂ）のエイリアスを生じる領域にて入力信号
を与える。このようにしてサンプリングを行った結果、
Ａ／Ｄ変換器２の出力には図２（ｃ）のごとく折り返し
を生じ、ダウンコンバートを行ったと等価的に同じ結果
を得られる。しかも入力信号の帯域幅ｔがｆｓ／２以下
であるので、図２（ｂ）に示したエイリアス成分が出力
にて加算されることはなく、ただ一つの成分のみが取り
出される。よってサンプリング出力にノイズ性分を生じ
ることはない。

【００２７】特にｆ０をｆｓ／４の奇数倍とすると、す
なわちｆｓをｆ０の（４／奇数）倍とすると図２（ｄ）
のような配列を得る。本実施形態ではこれにならい、局
部発振器３のローカル周波数を１７．１４ＭＨｚ（３０
ＭＨｚ×４／７）および１８．４６ＭＨｚ（６０ＭＨｚ
×４／１３）とする。したがってＡ／Ｄ変換器２のサン
プリング周波数ｆｓも、入力信号の周波数の４／７また
は４／１３となる。

【００２８】このようにバンドパスフィルタ１の通過帯
域およびＡ／Ｄ変換器２のサンプリング周波数を設定す
ることで、入力信号に対するバンドパスサンプリングを
施すことができ、等価的にダウンコンバートと同じ結果
を得られる。したがってＡ／Ｄ変換器１に与えられる信
号を中間周波数（ＩＦ）のまま与えることができ、受信
後のダウンコンバートの段数を減らすことができる。こ
れにより特にＲＦ受信段およびディジタルフィルタの構
成の簡易化を図れ、ひいてはレーダ装置全体としての構
成簡易化にも寄与できる。また信号再生の忠実度の向上
を図れる。

【００２９】一方、上記構成では局部発振器３で生成さ
れたローカル周波数信号を周波数変換器５に与え、この
周波数変換器５で送信中間周波数信号を生成するように
している。すなわち同一の発振源で生成された周波数信
号を受信側と送信側との両方に導くようにしているの
で、受信部にて処理される受信信号と、送信部にて生成
される送信信号との間にコヒーレントな関係を持たせる
ことが可能となる。

【００３０】このように本実施形態では、同一の局部発
振器３のローカル周波数信号を受信側のＡ／Ｄ変換器２
と、送信側の周波数変換器５とにそれぞれ導き、これに
より受信部にて処理される受信信号と、送信部にて生成
される送信信号との間にコヒーレントな関係を持たせる
ようにしている。また入力信号の帯域を制限するバンド
パスフィルタ１の通過帯域幅をＡ／Ｄ変換器のサンプリ
ング周波数のｆｓ／２とするともに、局部発振器３のロ
ーカル周波数を１７．１４ＭＨｚ（３０ＭＨｚ×４／
７）および１８．４６ＭＨｚ（６０ＭＨｚ×４／１３）
とし、Ａ／Ｄ変換器２のサンプリング周波数ｆｓを入力
信号の周波数の４／７または４／１３とすることでバン
ドパスサンプリングを行えるようにしている。

【００３１】このようにすることで、送信系と受信系と
のコヒーレンシーを保ったままバンドパスサンプリング
の行えるレーダ装置を提供できる。

【００３２】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態を図３を参照して説明する。図３において図１
と共通する部分には同一の符号を付し、ここでは異なる
部分についてのみ説明する。

【００３３】図２においては、局部発振器３からのロー
カル周波数信号を２分岐し、一方をディジタル／アナロ
グ（Ｄ／Ａ変換器）８に与えるとともに、他方を分周器
７を介してＡ／Ｄ変換器２と周波数変換器５とに与える
ようになっている。周波数変換器５の出力はミキサ１１
に与えられ、バンドパスフィルタ１０を介したＤ／Ａ変
換器８の出力と混合されてバンドパスフィルタ６を介し
て送信ＩＦ信号として出力される。

【００３４】Ｄ／Ａ変換器８は、波形メモリ９に記憶さ
れた波形データを与えられるクロックに従って読み出し
てこれをアナログに変換するものである。本実施形態で
は波形メモリ９にパルス内変調のかかった波形を記憶す
るようにし、これによりチャープレーダとしての実現を
図っている。

【００３５】上記構成においては、局部発振器３のロー
カル周波数を３４．２９ＭＨｚ（３０ＭＨｚ×８／７）
および３６．９２ＭＨｚ（６０ＭＨｚ×８／１３）と
し、これをＤ／Ａ変換器８の変換クロックとしている。
またこのローカル周波数を１／２に分周し、これをＡ／
Ｄ変換器の変換クロックとしている。よってＤ／Ａ変換
器のクロック速度はＡ／Ｄ変換器のクロック速度の２倍
となり、波形読出しを高速で行える。また一般にＤ／Ａ
変換器に高速の読出しクロックを与えることは容易であ
り、Ａ／Ｄ変換器のクロック速度の２倍に限定されるも
のではない。

【００３６】このようにすると、Ｄ／Ａ変換器８出力の
中心周波数は、サンプリング周波数の３／４倍（局部発
振器３のローカル周波数の３／８倍）となる。これは、
受信時のサンプリング後の周波数の３倍であるため、比
帯域を１／３に狭めることが可能となる。この信号を、
局部発振器５で生成される差周波数信号と混合したのち
バンドパスフィルタ６を介して送信信号が取り出され
る。なお、バンドパスフィルタ６の帯域設定によって
は、局部発振器５で和周波数信号を生成しても良い。

【００３７】比帯域が１／３となることから、バンドパ
スフィルタ６を実現することが従来に比して極めて容易
となる。すなわち従来のＩＦダイレクトサンプリング方
式では、Ｄ／Ａ変換器８の出力信号をサンプリング周波
数の１／４としていたため比帯域が１００％以上であ
り、バンドパスフィルタ６を実現することが難しかっ
た。これに対し本実施形態では、Ｄ／Ａ変換器８に周波
数の高いクロックを与えることでより高い周波数の信号
を生成するようにしているので、比帯域を小さくでき、
この結果送信系のフィルタを容易に実現できるようにな
る。

【００３８】また、送信系と受信系とのコヒーレンシー
を保ったまま、周波数の高い送信信号を容易に生成でき
ることは上記第１の実施形態と同様であり、またバンド
パスサンプリングを実施していることも同様である。そ
のうえで、本実施形態では波形メモリ９にパルス内変調
のかかった波形データを記憶しているので、チャープレ
ーダとしての実現を図れる。

【００３９】すなわち本実施形態では、チャープレーダ
においてバンドパスサンプリングによる受信処理が可能
となり、これにより受信性能の向上を図りつつ構成の簡
易化を図ることができる。

【００４０】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。本発明の基本思想の一つに、送信系と
受信系とに同一の発振器で生成した信号を与える点があ
る。これによれば、さらに簡易化を図った図４のような
構成を考えることができる。図４では、局部発振器３に
て直接に送信ＩＦ信号を生成するとともに、これをＡ／
Ｄ変換器２の変換クロックとしている。これによって
も、局部発振器３のローカル周波数およびバンドパスフ
ィルタ１の通過帯域を適宜設定することで、上記第１の
実施形態と同様の効果を得られる。

【００４１】また上記第２の実施形態では分周器７を使
用しているが、ローカル周波数の設定によってはＤ／Ａ
変換器８の前に逓倍器を接続することも考えられる。要
するに、同一の発信源で生成した信号を送信系と受信系
とに導くようにすれば良い。

【００４２】このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変形実施を行うことができる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、レ
ーダ装置においてバンドパスサンプリングによる受信処
理を行うことができるようになり、これにより高精度か
つ忠実な受信処理が可能となると共に、構成の簡易化を
図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係わる送受信装置
の構成を示すブロック図。

【図２】 バンドパスサンプリングの原理を説明するた
めに用いた図。

【図３】 本発明の第２の実施形態に係わる送受信装置
の構成を示すブロック図。

【図４】 本発明の実施の形態の他の例を示すブロック
図。

【符号の説明】

１、６、１０…バンドパスフィルタ ２…アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器 ３…局部発振器 ４…ディジタルフィルタ ５…周波数変換器 ７…分周器 ８…ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器 ９…波形メモリ １１…ミキサ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 局部発振器と、 受信部と、 送信部とを具備し、 前記受信部は、 到来した無線周波数信号から周波数変換された受信中間
   周波数信号が与えられ、この受信中間周波数信号の帯域
   幅を制限する帯域制限フィルタと、 前記局部発振器で生成された局部発振信号からサンプリ
   ングクロックを生成し、このサンプリングクロックをも
   とに前記帯域制限された受信中間周波数信号をサンプリ
   ングしてディジタル変換するアナログ／ディジタル変換
   手段と、 このアナログ／ディジタル変換手段から送出されるディ
   ジタルデータに対して受信信号処理を施す信号処理手段
   とを備え、 前記送信部は、 前記局部発振器で生成された局部発振信号をもとに送信
   信号を生成する送信信号生成手段を備え、 前記帯域制限フィルタは、前記受信中間周波数信号の帯
   域幅を前記サンプリングクロックの周波数の１／２以下
   に制限するものであり、 前記サンプリングクロックの周波数を、前記受信中間周
   波数信号の最高周波数の２倍以下としたことを特徴とす
   るレーダ装置。
2. 【請求項２】 前記送信部は、 送信信号の波形データを記憶した波形メモリと、 この波形メモリに記憶された波形データを読み出し、前
   記局部発振器で生成された局部発振信号を変換クロック
   として前記波形データをアナログ変換して送信信号波形
   を得るディジタル／アナログ変換手段を備え、 前記送信信号生成手段は、前記ディジタル／アナログ変
   換手段で得られた送信信号波形をもとに前記送信信号を
   生成することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装
   置。
3. 【請求項３】 前記局部発振器で生成された局部発振信
   号を分周する分周器を備え、 前記アナログ／ディジタル変換手段は、前記分周器の出
   力をサンプリングクロックとして動作するものであり、 前記送信信号生成手段は、前記分周器の出力をもとに前
   記ディジタル／アナログ変換手段で得られた送信信号波
   形を周波数変換して前記送信信号を生成するものである
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
4. 【請求項４】 前記帯域制限された受信中間周波数信号
   の中心周波数を、前記サンプリングクロックの周波数の
   （奇数／４）倍とすべく、該サンプリングクロックの周
   波数を設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れかに記載のレーダ装置。
5. 【請求項５】 前記信号処理手段は、前記アナログ／デ
   ィジタル変換手段の出力にエイリアスを生じた場合に、
   このエイリアスを除去するディジタルフィルタを備える
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレ
   ーダ装置。
6. 【請求項６】 前記信号処理手段は、前記アナログ／デ
   ィジタル変換手段から送出されるディジタルデータから
   Ｉ信号およびＱ信号を生成することを特徴とする請求項
   １乃至３のいずれかに記載のレーダ装置。
7. 【請求項７】 前記信号処理手段は、前記アナログ／デ
   ィジタル変換手段から送出されるディジタルデータに対
   してデータの間引き処理またはリサンプリングもしくは
   その両方を行うことを特徴とする請求項６に記載のレー
   ダ装置。
8. 【請求項８】 前記ディジタル／アナログ変換手段から
   送出される送信信号波形の周波数を、前記サンプリング
   クロックの周波数の１／２以上としたことを特徴とする
   請求項３に記載のレーダ装置。