JP5390780B2 - Pulse generation method, pulse generation apparatus, and radar apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、無線周波数信号(RF信号)の発生装置に係り、特にパルスレーダ等の信号源に用いるインパルス状のパルスの発生方法とパルス発生装置およびそれを利用したレーダ装置に関する。 The present invention relates to a radio frequency signal (RF signal) generator, and more particularly, to an impulse-like pulse generation method and pulse generator used for a signal source such as a pulse radar, and a radar apparatus using the pulse generator.
従来、パルスレーダ等で用いるインパルス状のRF信号を生成する方法として、図13に示すものが知られている。同図では、従来のパルス発生方法として、(a)バースト発振器を用いた方法、(b)連続波発振器とスイッチを用いた方法、及び(c)ベースバンドインパルスをミキサでアップコンバートする方法、を示している。 Conventionally, a method shown in FIG. 13 is known as a method for generating an impulse RF signal used in a pulse radar or the like. In the figure, as a conventional pulse generation method, (a) a method using a burst oscillator, (b) a method using a continuous wave oscillator and a switch, and (c) a method of up-converting a baseband impulse with a mixer. Show.
図13(a)に示すバースト発振器を用いた方法では、バースト発振器901に所定のトリガ信号902を入力してパルスを発振させ、これを送信アンテナ903から送信している。このパルス発生方法では、パルスの形状がバースト発振器901の設計によって決まってしまい、例えばバースト発振器901の回路を構成するコンポーネントの性能によってパルスの立ち上がり時間等が決まってしまう。そのため、パルス形状の調整をバースト発振器901で行うのは困難であり、設計変更やハードウェアの変更等が必要になってしまう。
In the method using the burst oscillator shown in FIG. 13A, a
また、図13(b)に示す連続波発振器とスイッチとを用いた方法では、連続波発振器911から出力される連続波を、スイッチ912を高速に開閉することでパルス信号を発生させ、これを送信アンテナ913から送信している。この方法では、高速に開閉するスイッチ素子912aとこれを制御する外部回路912bからなるスイッチ912が必要となり、このスイッチ912の特性によってパルス形状が決定されてしまう。そのため、この方法でもパルス形状を変更するのは容易ではない。
In the method using the continuous wave oscillator and the switch shown in FIG. 13B, a pulse signal is generated from the continuous wave output from the
さらに、図13(c)に示すベースバンドインパルスをアップコンバートする方法では、ミキサ922において、ベースバンドインパルス921を連続波発振器923から出力される搬送波に乗算することで、インパルス状のRF信号を発振させ、これを送信アンテナ924から送信している。この方法では、ベースバンドインパルスの生成を、ディジタル処理で行うことが可能であり、パルス発生の制御をソフトウェアで容易に変更することが可能となっている。
Furthermore, in the method of upconverting the baseband impulse shown in FIG. 13C, the
上記のような事情から、高い周波数でインパルス状の信号を発生させる場合には、図13(c)に示したベースバンドインパルス信号をミキサ922により搬送波に乗算する方式がとられることが多い。この方式では、搬送波に乗算されたベースバンドインパルス信号のみがミキサ922から出力されるのが理想的であるが、実際にはベースバンドインパルスが供給されない期間にも搬送波がミキサから漏出(キャリアリーク)してしまい、無変調の搬送波が出力されるといった問題がある。
Due to the above circumstances, when generating an impulse signal at a high frequency, a method of multiplying the carrier by the baseband impulse signal shown in FIG. In this method, it is ideal that only the baseband impulse signal multiplied by the carrier wave is output from the
図13(c)に示したベースバンドインパルスをアップコンバートする方法として、ヘテロダイン方式・スーパーヘテロダイン方式を用いることが可能な場合には、変調信号(ベースバンドインパルス)と搬送波とのそれぞれの周波数が隔離されているため、帯域通過・除去フィルタなどにより不要な搬送波を除去することができる。 When the heterodyne system / superheterodyne system can be used as the method for up-converting the baseband impulse shown in FIG. 13C, the frequencies of the modulated signal (baseband impulse) and the carrier wave are separated. Therefore, unnecessary carrier waves can be removed by a band pass / reject filter or the like.
しかしながら、ヘテロダイン方式・スーパーヘテロダイン方式では、部品点数増加等により高コストとなる。また、使用する周波数帯域が超広帯域となるUWBのパルス信号を生成する場合には、ベースバンドインパルスと搬送波とを周波数上分離することが難しい。そのため、UWBパルス信号を用いる場合には、ダイレクトコンバージョン方式によるパルス信号の生成が必要となる。 However, the heterodyne system / superheterodyne system is expensive due to an increase in the number of parts. In addition, when generating a UWB pulse signal in which the frequency band to be used is an ultra-wide band, it is difficult to separate the baseband impulse and the carrier wave in terms of frequency. Therefore, when a UWB pulse signal is used, it is necessary to generate a pulse signal by the direct conversion method.
レーダ装置においては、パルス信号を放射源として使用する場合、無変調の搬送波が漏出することは、受信感度の劣化といった性能面で大きな不利益となる。また、無線周波数の利用効率上も好ましくない。そこで、このような問題を解決するために、非特許文献1では、パルス信号を発生させないときはスイッチなどを用いて搬送波を停止させる方法が提案されている。
In a radar apparatus, when a pulse signal is used as a radiation source, leakage of an unmodulated carrier wave is a major disadvantage in terms of performance such as deterioration of reception sensitivity. Further, it is not preferable in terms of utilization efficiency of the radio frequency. Therefore, in order to solve such a problem, Non-Patent
スイッチなどを用いて搬送波を停止させる方法では、少なくともベースバンドインパルス信号がミキサに供給されている期間は、搬送波もミキサに供給されていなければならない。そのためには、スイッチの開閉制御をおこなう回路における信号伝送遅延等を考慮した上で、スイッチの開閉タイミングを制御する必要がある。非特許文献1では、ベースバンドインパルス信号の出力期間に対応する高速パルスと、搬送波供給期間に対応する低速パルスとを重ね合わせてスイッチング制御に用いることで、ベースバンドインパルス信号が出力されていないときのキャリアリーク量を抑制するようにしている。
しかしながら、上記のようなスイッチング制御では、製造上のバラツキに加えて、温度・湿度等の環境条件による性能の変化も考慮する必要がある。そのため、ベースバンドインパルス信号が供給される期間に対し、その前後に時間的なマージンをとって搬送波の供給時間をさらに長くする必要がある。また、ベースバンドインパルス信号が供給される時間が極端に短くなった場合(たとえば数ナノ秒以下)、搬送波の供給を制御するスイッチの動作速度の限界から、搬送波のみが供給される比率はさらに高くなる。その結果、受信側の受信感度が劣化するといった問題が生じる。 However, in the switching control as described above, in addition to manufacturing variations, it is necessary to consider changes in performance due to environmental conditions such as temperature and humidity. For this reason, it is necessary to further extend the supply time of the carrier wave with a time margin before and after the period in which the baseband impulse signal is supplied. In addition, when the time during which the baseband impulse signal is supplied becomes extremely short (for example, several nanoseconds or less), the rate at which only the carrier wave is supplied is higher due to the limit of the operation speed of the switch that controls the carrier wave supply. Become. As a result, there arises a problem that the receiving sensitivity on the receiving side is deteriorated.
パルス信号をレーダの放射源として利用する場合、最大探知距離といった性能は、パルス信号の尖頭値によって支配的に決定される。一方、各国の電波利用条件に適合させるために、周波数スペクトラムの上限値を許容範囲以下に収める必要がある。搬送波の供給を断続的に行わせる場合でも、キャリアリークの影響を受けてスペクトラムピークが増加する。そのため、キャリアリークが存在しない場合と比較してスペクトラムピークが増加した分だけ、ベースバンドインパルス信号の尖頭値自体を低減する必要があり、レーダ性能の劣化につながるといった問題があった。 When the pulse signal is used as a radar radiation source, the performance such as the maximum detection distance is dominantly determined by the peak value of the pulse signal. On the other hand, in order to adapt to the radio wave usage conditions in each country, it is necessary to keep the upper limit of the frequency spectrum within an allowable range. Even when the carrier wave is supplied intermittently, the spectrum peak increases due to the influence of the carrier leak. For this reason, it is necessary to reduce the peak value of the baseband impulse signal by an amount corresponding to an increase in the spectrum peak as compared with the case where there is no carrier leak, leading to a problem that the radar performance is deteriorated.
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、キャリアリークによる周波数スペクトラムのピーク値の増大を大幅に低減したパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a pulse generation method, a pulse generation device, and a radar device that greatly reduce the increase in the peak value of the frequency spectrum due to carrier leak. To do.
本発明のパルス発生装置の第1の態様は、双極性インパルスを出力するパルス信号生成部と、高周波の搬送波を出力する高周波源と、前記双極性インパルスと前記搬送波とを入力し、前記搬送波を前記双極性インパルスで変調した無線周波数信号を出力するミキサと、 前記パルス信号生成部から前記双極性インパルスが出力される期間(以下ではパルス出力期間という)を含む所定の期間(以下ではスイッチ閉期間という)だけ前記高周波源から前記ミキサに前記搬送波を入力させそれ以外の期間は前記搬送波を遮断するスイッチと、を備え、前記スイッチを間欠的に閉状態にして前記搬送波を間欠的に前記ミキサに出力させることで前記搬送波の周波数スペクトラムに発生するスペクトラムピークのいずれかの周波数が、前記双極性インパルスの最も高いスペクトラムピークが存在する周波数に一致しないように前記スイッチ閉期間が制御されていることを特徴とする。 According to a first aspect of the pulse generator of the present invention, a pulse signal generator that outputs a bipolar impulse, a high-frequency source that outputs a high-frequency carrier, the bipolar impulse and the carrier are input, and the carrier is A mixer that outputs a radio frequency signal modulated with the bipolar impulse, and a predetermined period (hereinafter referred to as a pulse output period) including a period during which the bipolar impulse is output from the pulse signal generator (hereinafter referred to as a pulse output period). A switch that inputs the carrier wave from the high-frequency source to the mixer and cuts off the carrier wave during other periods, and intermittently closes the switch so that the carrier wave is intermittently supplied to the mixer. Any one of the spectrum peaks generated in the frequency spectrum of the carrier wave by the output is the bipolar impedance. The switch closing period is controlled so that the spectrum peak with the highest level does not coincide with the frequency at which it exists .
本発明のパルス発生装置の他の態様は、前記スイッチ閉期間は、前記パルス出力期間に1.3から1.5の範囲の倍数を乗算した長さであることを特徴とする。 In another aspect of the pulse generator of the present invention, the switch closing period is a length obtained by multiplying the pulse output period by a multiple in a range of 1.3 to 1.5.
本発明のパルス発生装置の他の態様は、前記スイッチ閉期間は、前記パルス出力期間に1.3から1.5の範囲の倍数を乗算し、さらに自然数を乗算した長さであることを特徴とする。 In another aspect of the pulse generator of the present invention, the switch closing period is a length obtained by multiplying the pulse output period by a multiple in the range of 1.3 to 1.5 and further multiplying by a natural number. And
本発明のパルス発生方法の第1の態様は、双極性インパルスを生成するステップと、前記双極性インパルスによって変調される搬送波を生成するステップと、前記双極性インパルスが出力される期間(以下ではパルス出力期間という)を含む所定の期間(以下ではスイッチ閉期間という)だけ搬送波を出力するステップと、前記搬送波を前記双極性インパルスで変調した無線周波数信号を出力するステップと、を有するパルス発生方法であって、前記スイッチ閉期間だけ前記搬送波を間欠的に出力することで前記搬送波の周波数スペクトラムに発生するスペクトラムピークのいずれかの周波数が、前記双極性インパルスの最も高いスペクトラムピークが存在する周波数に一致しないように前記スイッチ閉期間を制御することを特徴とする。 A first aspect of the pulse generation process of the invention, step a, the step of generating a carrier wave which is modulated by said bipolar impulse, pulse period (hereinafter said bipolar pulse is outputted to generate a bipolar impulse A pulse generation method comprising: outputting a carrier wave for a predetermined period (hereinafter referred to as a switch closing period ) including an output period; and outputting a radio frequency signal obtained by modulating the carrier wave with the bipolar impulse. Any one of the spectrum peaks generated in the frequency spectrum of the carrier by intermittently outputting the carrier during the switch closing period coincides with the frequency at which the highest spectrum peak of the bipolar impulse exists. The switch closing period is controlled so as not to occur.
本発明のパルス発生方法の他の態様は、前記スイッチ閉期間が前記パルス出力期間に1.3から1.5の範囲の倍数を乗算した長さとなるように前記スイッチを制御することを特徴とする。 Another aspect of the pulse generation method of the present invention is characterized in that the switch is controlled so that the switch closing period has a length obtained by multiplying the pulse output period by a multiple of a range of 1.3 to 1.5. To do.
本発明のパルス発生方法の他の態様は、前記スイッチ閉期間が前記パルス出力期間に1.3から1.5の範囲の倍数を乗算し、さらに自然数を乗算した長さとなるように前記スイッチを制御することを特徴とする。 In another aspect of the pulse generation method of the present invention, the switch is set so that the switch closing period has a length obtained by multiplying the pulse output period by a multiple of a range of 1.3 to 1.5 and further multiplying by a natural number. It is characterized by controlling.
本発明のレーダ装置の第1の態様は、上記態様のいずれかに記載のパルス発生装置を含む送信部と、前記パルス発生装置で生成された無線周波数信号を送信する送信用アンテナと、前記無線周波数信号の反射波を受信して受信波を出力する受信用アンテナと、前記受信波に所定の処理を行い受信信号を出力する受信部と、を備えることを特徴とする。 According to a first aspect of the radar apparatus of the present invention, there is provided a transmitter including the pulse generator according to any one of the above aspects, a transmission antenna that transmits a radio frequency signal generated by the pulse generator, and the radio A reception antenna that receives a reflected wave of a frequency signal and outputs a reception wave, and a reception unit that performs a predetermined process on the reception wave and outputs a reception signal are provided.
本発明のレーダ装置の他の態様は、前記受信部は、前記受信波を所定の復調用高周波で復調させて復調信号を出力する受信用ミキサと、前記復調信号を検波して受信信号を出力する検波部と、を備えることを特徴とする。 In another aspect of the radar apparatus of the present invention, the receiving unit demodulates the received wave with a predetermined demodulation high frequency and outputs a demodulated signal, and detects the demodulated signal and outputs the received signal And a detection unit for performing the processing.
本発明のレーダ装置の他の態様は、前記受信波の周波数を2倍に逓倍する第1の逓倍器と、前記パルス発生装置から搬送波を入力して周波数を2倍に逓倍して前記復調用高周波として出力する第2の逓倍器とをさらに備えることを特徴とする。 According to another aspect of the radar apparatus of the present invention, the first multiplier for multiplying the frequency of the received wave by two times, the carrier wave from the pulse generator, the frequency is doubled, and the demodulation is performed. And a second multiplier for outputting as a high frequency.
本発明のレーダ装置の他の態様は、前記復調用高周波として前記パルス発生装置から無線周波数信号を入力し、前記復調信号に対しスライディング相関の処理を行って単極性の検出信号を前記検波部に出力するスライディング相関器をさらに備えることを特徴とする。
ことを特徴とする。
According to another aspect of the radar apparatus of the present invention, a radio frequency signal is input from the pulse generator as the demodulation high frequency signal, and a sliding correlation process is performed on the demodulated signal to generate a unipolar detection signal to the detection unit. A sliding correlator for outputting is further provided.
It is characterized by that.
本発明によれば、ベースバンドインパルス信号として双極性インパルスを用いることで、キャリアリークによる周波数スペクトラムのピーク値の増大を大幅に抑制したパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a pulse generation method, a pulse generation apparatus, and a radar apparatus that can significantly suppress an increase in a peak value of a frequency spectrum due to carrier leak by using a bipolar impulse as a baseband impulse signal. .
本発明の好ましい実施の形態におけるパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。 A pulse generation method, a pulse generation device, and a radar device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each component having the same function is denoted by the same reference numeral for simplification of illustration and description.
はじめに、単極性のベースバンドインパルスをアップコンバートしてインパルス状のRF信号を生成する方法において、キャリアリークが周波数スペクトラムに与える影響を図3および図4を用いて説明する。ミキサの性能上、RF信号に対してキャリアリークを抑制できるレベルは、10〜20dB程度である。図3、図4では、キャリアリークが20dBまで抑制されているものとしている。キャリアリークをさらに抑制する手段が設けられていない場合には、図3(a)に例示するように、ミキサから出力されるRF信号の周波数スペクトラムにおいて、搬送波の周波数位置に高いピーク(符号11)が出現する。同図では、キャリアリークがない理想的な状態の周波数スペクトラムも、図3(b)に符号12で併せて示している。
First, the influence of carrier leak on the frequency spectrum in a method of generating an impulse RF signal by up-converting a unipolar baseband impulse will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. In terms of the performance of the mixer, the level at which carrier leakage can be suppressed with respect to the RF signal is about 10 to 20 dB. 3 and 4, it is assumed that the carrier leak is suppressed to 20 dB. When means for further suppressing carrier leakage is not provided, as illustrated in FIG. 3A, a high peak (reference numeral 11) in the frequency position of the carrier wave in the frequency spectrum of the RF signal output from the mixer. Appears. In FIG. 3, the ideal frequency spectrum without carrier leak is also indicated by
このように、キャリアリークをさらに抑制する手段が用いられない場合には、周波数スペクトラムにキャリアリークによる高いピークが出現するため、これを所定の許容範囲以下に抑えるにはベースバンドインパルス信号の尖頭値自体を低減しなければならなくなる。 As described above, when a means for further suppressing carrier leakage is not used, a high peak due to carrier leakage appears in the frequency spectrum, and the peak of the baseband impulse signal can be suppressed to keep it below a predetermined allowable range. The value itself must be reduced.
これに対し、搬送波がミキサに供給される期間を、スイッチ等を用いてベースバンドインパルス信号が供給されている期間を含む断続的な期間に限定した場合には、図4に例示するように、周波数スペクトラムの搬送波の周波数位置に見られた高いピークが抑制される(符号13)。ここでは、搬送波がミキサに供給される期間を、ベースバンドインパルス信号が供給される期間の2倍としている。しかし、この場合でも、図4の符号14で示すキャリアリークがない理想的な状態と比較すると、周波数スペクトラムのピーク値は1.6dB程度増大している。
On the other hand, when the period in which the carrier wave is supplied to the mixer is limited to an intermittent period including the period in which the baseband impulse signal is supplied using a switch or the like, as illustrated in FIG. A high peak seen at the frequency position of the carrier wave in the frequency spectrum is suppressed (reference numeral 13). Here, the period during which the carrier wave is supplied to the mixer is twice the period during which the baseband impulse signal is supplied. However, even in this case, the peak value of the frequency spectrum is increased by about 1.6 dB as compared with the ideal state indicated by
本発明の実施の形態に係るパルス発生方法およびパルス発生装置を、図1を用いて以下に説明する。本実施形態のパルス発生装置100は、インパルス信号101を出力するパルス信号生成部110と、所定の周波数のローカル信号102を出力する高周波源120と、インパルス信号101とローカル信号102とを乗算するミキサ130と、高周波源120からミキサ130に出力されるローカル信号102を遮断するためのスイッチ140およびこれを制御するスイッチ制御部150とを備えている。
A pulse generation method and a pulse generation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The
ミキサ130は、パルス信号生成部110からのインパルス信号101を入力するためのパルス信号入力端131(以下ではIF端とする)と、高周波源120から出力されるローカル信号の搬送波102を入力するためのローカル信号入力端132(以下ではLO端とする)と、ミキサ130で乗算された出力信号103を出力するための無線周波数出力端133(以下ではRF端とする)とを有している。
The
スイッチ140は、インパルス信号生成部110からインパルス信号101が出力されていない期間、ミキサ130のRF端133から搬送波102のみが漏出する(キャリアリーク)のを防止するために、高周波源120からミキサ130に出力されている搬送波102を遮断するために設けられている。すなわち、スイッチ140は、少なくともパルス信号生成部110からインパルス信号101が出力されている期間は閉状態に制御され、インパルス信号101が出力されていない期間はできるだけ開状態となるように制御されている。スイッチ制御部150は、インパルス信号101が出力される前後のタイミング情報をパルス信号生成部110から入力し、これをもとにスイッチ140の開閉制御を行っている。
In order to prevent only the
本実施形態のパルス発生装置100およびパルス発生方法では、パルス信号生成部110において図2(a)に示すような双極性パルスを発生させ、これをベースバンドインパルス信号101として出力している。また、スイッチ制御部150では、パルス信号生成部110から双極性パルス101が出力される期間を含む所定の期間だけスイッチ140を閉状態に制御するために、図2(b)に示すような制御信号104をスイッチ140に出力している。本実施形態では、スイッチ140を閉状態にする時間幅(以下ではスイッチ閉時間幅という)を、双極性パルス101が出力される時間幅(以下ではパルス出力時間幅という)の所定倍数(以下では、搬送波供給時間倍数という)としている。搬送波供給時間倍数には、1より大きい値を設定する。パルス信号生成部110から出力される双極性パルス101の波数が増えると、それに比例してパルス出力時間幅が長くなり、さらにスイッチ閉時間幅も長くなる。
In the
本実施形態のパルス発生方法で用いる双極性パルスは、直流付近の周波数成分がヌルになっているのが特徴である。そして、双極性インパルス101の中心周波数で搬送波102を変調することで、出力信号103の周波数スペクトラムにおいて、搬送波102の周波数位置にスペクトラムピークが出現しないようにしている。
The bipolar pulse used in the pulse generation method of this embodiment is characterized in that the frequency component near the direct current is null. Then, by modulating the
また、上記の搬送波供給時間倍数を、出力信号103である高周波インパルスに対し、その周波数スペクトラム劣化量ができるだけ小さくなるように決定している。ここで、周波数スペクトラム劣化量は、キャリアリークがないとしたときの出力信号103である高周波インパルスの周波数スペクトラムピーク値に対する、キャリアリークを有するときの出力信号103の周波数スペクトラムピーク値の割合(dB)で示すものとする。
The carrier wave supply time multiple is determined so that the frequency spectrum degradation amount becomes as small as possible with respect to the high-frequency impulse that is the
本実施形態では、スイッチ140を間欠的に閉状態にすることで搬送波102を間欠的にミキサ130に出力させるようにしたことから、搬送波102の周波数スペクトラムが拡がって周期的なスペクトラムピークが発生している。上記の搬送波供給時間倍数は、双極性インパルス101のスペクトラムピークが存在する周波数と、搬送波102の周波数スペクトラムピークが存在する周波数とが一致しないように決定するのがよい。
In the present embodiment, since the
一例として、搬送波供給時間倍数を2、すなわち、スイッチ閉時間幅をパルス出力時間幅の2倍としたときの出力信号103の周波数スペクトラムを図5に示す。但し、以下では、ミキサ130からのキャリアリークが、出力信号103に対し20dBまで抑制されているものとする。同図において、キャリアリークを含む出力信号103の周波数スペクトラムを符号21で示し、キャリアリークがないとしたとき(理想的状態)の出力信号103(高周波インパルス)の周波数スペクトラムを符号22で示している。本実施例では、出力信号103の周波数スペクトラムのピーク(図5に示されるスペクトラムの26GHz付近と27GHz付近)において、キャリアリークによるスペクトラム増加は0.5dB程度である。
As an example, FIG. 5 shows the frequency spectrum of the
ミキサのキャリアリーク、およびスイッチの開閉制御を上記図5の条件と同じにし、ベースバンドインパルスに単極性インパルスを用いたときの周波数スペクトラムを図4に示したが、キャリアリークによるスペクトラム増加が、単極性インパルスを用いたときには略1.6dBであったのに対し、本実施形態の双極性インパルスを用いた場合には略0.5dBまで低減されている。これにより、双極性インパルスを用いることで、キャリアリークによるスペクトラムピークへの影響を大幅に低減できることが確認できる。 FIG. 4 shows the frequency spectrum when the carrier leak of the mixer and the switch open / close control are the same as those in FIG. 5 and the unipolar impulse is used as the baseband impulse. When the polarity impulse is used, it is about 1.6 dB, whereas when the bipolar impulse of this embodiment is used, it is reduced to about 0.5 dB. Thus, it can be confirmed that the influence of the carrier leak on the spectrum peak can be greatly reduced by using the bipolar impulse.
本実施形態のパルス発生方法において、出力信号103である高周波インパルスの周波数スペクトラム劣化量ができるだけ低減されるように、上記の搬送波供給時間倍数を決定する方法を以下に説明する。搬送波供給時間倍数を変化させたときの、周波数スペクトラム劣化量の変化を図6に示す。同図に示すように、周波数スペクトラム劣化量は、搬送波供給時間倍数に対しほぼ一定の周期で変化している。そして、搬送波供給時間倍数を1.35程度にしたときに、周波数スペクトラム劣化量が最も小さくなることが分かる。
In the pulse generation method of the present embodiment, a method of determining the above-mentioned carrier supply time multiple so that the amount of frequency spectrum degradation of the high-frequency impulse that is the
また、搬送波供給時間倍数を略1.35の自然数倍にしたときに、周波数スペクトラム劣化量が極小となっている。したがって、搬送波供給時間倍数を略1.35にするのが望ましく、パルス出力時間幅が特に短いために搬送波102の供給時間を短くできない場合には、搬送波供給時間倍数を略1.35の自然数倍にするのがよい。これにより、周波数スペクトラム劣化量をできるだけ抑制することができる。
Further, when the carrier wave supply time multiple is set to a natural number multiple of approximately 1.35, the frequency spectrum degradation amount is minimal. Therefore, it is desirable that the carrier supply time multiple is approximately 1.35, and when the supply time of the
図6に示した周波数スペクトラム劣化量は、搬送波供給時間倍数に対してほぼ一定の周期で極小になるとともに、ほぼ同じ周期で極大になっている。例えば、搬送波供給時間倍数を2.1倍としたときには、周波数スペクトラム劣化量がほぼ極大となっている。搬送波供給時間倍数を2.1としたときの出力信号103の周波数スペクトラムを図7に示す。同図では、キャリアリークを有するときの出力信号103の周波数スペクトラムを符号31で示し、キャリアリークがないとしたときの高周波インパルス103の周波数スペクトラムを符号32で示している。同図では、さらにミキサ130のLO端132に入力される搬送波102の周波数スペクトラムを併せて示している(符号33)。
The frequency spectrum degradation amount shown in FIG. 6 is minimized at a substantially constant cycle with respect to the multiple of the carrier wave supply time, and is maximized at substantially the same cycle. For example, when the carrier wave supply time multiple is 2.1 times, the frequency spectrum degradation amount is almost maximal. FIG. 7 shows the frequency spectrum of the
同図に示す搬送波102の周波数スペクトラム33は、搬送波供給時間倍数に相当する時間幅だけスイッチ140を周期的に閉状態にすることにより、搬送波102の周波数スペクトラムが拡がって周期的なスペクトラムピークが発生することを示している。その結果、26.2GHz付近で、出力信号103のスペクトラムピークと搬送波102のスペクトラムピークとがほぼ一致するため、周波数スペクトラム劣化量が増大していることが確認できる。
In the
上記では、ミキサ130からのキャリアリークが、RF端133からの出力信号103に対し20dBまで低減されているものとして説明したが、キャリアリークの低減割合が異なるときの影響について、図8を用いて説明する。図8は、図6と同様に、搬送波供給時間倍数を変化させたときの周波数スペクトラム劣化量の変化を示しており、キャリアリークの低減割合を10dB、14dB、16dB、19dB、20dB、24dB、24dB、30dBとしたときの周波数スペクトラム劣化量の変化を、それぞれ符号41〜47で示している。
In the above description, the carrier leak from the
図8において、キャリアリークが最も小さい30dBのとき(符号37)に周波数スペクトラム劣化量が最も小さく、キャリアリークが大きくなるにつれて周波数スペクトラム劣化量も大きくなっている。また、それぞれのキャリアリークにおいて周波数スペクトラム劣化量が極小となるときの搬送波供給時間倍数は、キャリアリークが大きくなるにつれて若干大きくなる傾向がみられるものの、ほぼ1.3〜1.5の範囲、およびその自然数倍となっている。これより、ミキサ130のキャリアリークの大きさによらず、搬送波供給時間倍数を略1.3〜1.5の範囲、あるいはその自然数倍に設定するのが好適である。
In FIG. 8, when the carrier leak is the smallest 30 dB (reference numeral 37), the frequency spectrum degradation amount is the smallest, and the frequency spectrum degradation amount increases as the carrier leak increases. In addition, the carrier supply time multiple when the frequency spectrum degradation amount is minimum in each carrier leak is in a range of approximately 1.3 to 1.5, although a tendency to slightly increase as the carrier leak increases is observed. Its natural number is doubled. Thus, it is preferable to set the carrier supply time multiple within the range of about 1.3 to 1.5, or a natural number multiple thereof, regardless of the amount of carrier leak in the
次に、本発明のパルス発生装置を用いた本発明のレーダ装置の第1の実施形態について、図9を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置200は、送信部210と受信部220とから構成されている。送信部210は、パルス発生装置100と、これから出力される出力信号103を増幅する増幅器211と、増幅器211で増幅された信号を送信波として送信する送信用アンテナ212とを備えている。
Next, a first embodiment of the radar apparatus of the present invention using the pulse generator of the present invention will be described with reference to FIG. The
また、受信部220は、受信用アンテナ221と、受信用アンテナ221で受信された信号を所定のレベルまで増幅する低雑音増幅器(LNA)222と、低雑音増幅器222で増幅された信号からベースバンドインパルスを復調させるためのミキサ223と、ミキサ223から出力される信号を処理する受信回路224とを備えている。ミキサ223は、低雑音増幅器222からRF端223cに入力された受信信号を、高周波源120からLO端223bに入力されたローカル信号102で復調し、これをIF端子223aから受信回路224に出力する。受信回路224は、A/Dコンバータを含んで構成されており、受信信号をディジタル信号に変換して次の処理工程に出力する。
The receiving
送信用アンテナ212から送信された送信波は、対象物で反射されて受信用アンテナ221で受信されると、低雑音増幅器222で所望のS/Nを確保するレベルまで増幅され、これをミキサ223で復調された後、所定の方法で検波される。一般に、パルスを用いたレーダ装置では、信号源となるパルスを送信してから受信されるまでの時間差を計測し、この時間差をもとに対象物までの距離を算出する方法が採られている。従来のレーダ装置では、信号源として単極性パルスを用いていることから、受信信号が極大(ピーク)となる時刻を検出し、この時刻と送信波を送信した時刻との差を算出すればよい。
When the transmission wave transmitted from the
これに対し、信号源として双極性パルス101を用いた本実施形態のレーダ装置200では、受信信号も双極性パルスとなり、受信回路224にて適切な処理をおこなう必要がある。その一例を以下に説明する。
On the other hand, in the
本発明のレーダ装置の第2の実施形態について、図10を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置では、受信回路224の内部に包絡線検出部231を備える構成としている。包絡線検出部231は、図10に示すように、受信信号の搬送波位相によらずその大きさ(包絡線)を検出することから、包絡線検出部231からの出力信号は単極性の信号となる。これにより、受信回路224は、従来の単極性パルスレーダと同様に、包絡線検出部231から入力した信号のピークをピーク検出部232で検出すればよい。なお、包絡線検出部231に代えて自乗検波の手段を用いることもでき、この場合も同様の単極性の信号を得ることができる。
A second embodiment of the radar apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In the radar apparatus according to the present embodiment, an
本発明のレーダ装置の第3の実施形態について、図11を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置300は、低雑音増幅器222とミキサ223との間に逓倍器310を追加している。本実施形態では、低雑音増幅器222で増幅された受信信号の周波数を逓倍器310で2倍に逓倍することで、送信信号の双極性パルスを単極性パルスに変換している。
A third embodiment of the radar apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In the
受信信号を逓倍するのに伴って、ミキサ223で受信信号を復調させるためのローカル信号102に対しても、ミキサ223に入力する前に逓倍器320で周波数を2倍に逓倍している。ともに2倍に逓倍された受信信号およびローカル信号をミキサ223に入力することで、ミキサ223のIF端223aからは単極化されたパルス信号が出力される。したがって、本実施形態においても、受信回路224でミキサ223のIF端223aから入力した信号のピークを検出すればよい。
As the received signal is multiplied, the frequency of the
本発明のレーダ装置の第4の実施形態について、図12を用いて説明する。本実施形態のレーダ装置400では、送信部210において、パルス発生装置100からの出力信号103の出力先を、増幅器211とミキサ223のLO端223bに切り替える、スイッチ410を追加している。スイッチ410により、パルス発生装置100と増幅器211を接続し、出力信号103を増幅器211に入力する時刻から、スイッチ410を切り替えて、パルス発生装置100とミキサ223のLO端223bを接続し、出力信号103をミキサ223のLO端223bに入力する時刻までの間隔を順次変更する。
A fourth embodiment of the radar apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In the radar apparatus 400 of the present embodiment, a
本実施形態では、低雑音増幅器222で増幅された受信信号をタイミングが順次変更される出力信号103で復調することで、スライディング相関処理を行う。ミキサ223のIF端223aから出力される相関値は、同期検出された時点にのみ単極性の信号が得られる。したがって、本実施形態においても、受信回路225でミキサのIF端223aから入力した信号のピークを検出すればよい。本実施形態では、スライディング相関の処理回数、処理時間が、レーダ装置400の処理時間に影響する。
In the present embodiment, the sliding correlation process is performed by demodulating the reception signal amplified by the
上記説明のとおり、本発明のパルス発生方法およびパルス発生装置によれば、キャリアリークによる周波数スペクトラムのピーク値の増大を大幅に抑制することができる。また、本発明のレーダ装置では、レーダの放射源として本発明のパルス発生装置を備えることで、パルス信号の尖頭値を低下させる必要がなくなり、最大探知距離を向上させてレーダ装置の性能を高めることができる。 As described above, according to the pulse generation method and the pulse generation apparatus of the present invention, an increase in the peak value of the frequency spectrum due to carrier leak can be significantly suppressed. Further, in the radar apparatus of the present invention, it is not necessary to reduce the peak value of the pulse signal by providing the pulse generator of the present invention as a radar radiation source, thereby improving the maximum detection distance and improving the performance of the radar apparatus. Can be increased.
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるパルス発生方法、パルス発生装置およびレーダ装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Note that the description in the present embodiment shows an example of the pulse generation method, the pulse generation device, and the radar device according to the present invention, and the present invention is not limited to this. The detailed configuration and detailed operation of the pulse generation method, the pulse generation device, and the radar device in the present embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
100 パルス発生装置
101 双極性パルス
102 ローカル信号
103 出力信号
110 パルス信号生成部
120 高周波源
130 ミキサ
131 IF端
132 LO端
133 RF端
140 スイッチ
150 スイッチ制御部
200、300、400 レーダ装置
210 送信部
220 受信部
211 増幅器
212 送信用アンテナ
221 受信用アンテナ
222 低雑音増幅器
223 ミキサ
224 受信回路
231 包絡線検出部
232 ピーク検出部
310、320 逓倍器
DESCRIPTION OF
Claims (10)
高周波の搬送波を出力する高周波源と、
前記双極性インパルスと前記搬送波とを入力し、前記搬送波を前記双極性インパルスで変調した無線周波数信号を出力するミキサと、
前記パルス信号生成部から前記双極性インパルスが出力される期間(以下ではパルス出力期間という)を含む所定の期間(以下ではスイッチ閉期間という)だけ前記高周波源から前記ミキサに前記搬送波を入力させそれ以外の期間は前記搬送波を遮断するスイッチと、を備え、
前記スイッチを間欠的に閉状態にして前記搬送波を間欠的に前記ミキサに出力させることで前記搬送波の周波数スペクトラムに発生するスペクトラムピークのいずれかの周波数が、前記双極性インパルスの最も高いスペクトラムピークが存在する周波数に一致しないように前記スイッチ閉期間が制御されている
ことを特徴とするパルス発生装置。 A pulse signal generator for outputting a bipolar impulse;
A high frequency source that outputs a high frequency carrier;
A mixer for inputting the bipolar impulse and the carrier wave, and outputting a radio frequency signal obtained by modulating the carrier wave with the bipolar impulse;
The carrier wave is input from the high-frequency source to the mixer only during a predetermined period (hereinafter referred to as a switch closing period) including a period during which the bipolar impulse is output from the pulse signal generation unit (hereinafter referred to as a pulse output period). A switch that cuts off the carrier during a period other than
When the switch is intermittently closed and the carrier wave is intermittently output to the mixer, any one of the spectrum peaks generated in the frequency spectrum of the carrier wave has the highest spectrum peak of the bipolar impulse. The pulse generating device , wherein the switch closing period is controlled so as not to coincide with an existing frequency .
ことを特徴とする請求項1に記載のパルス発生装置。 The pulse generator according to claim 1, wherein the switch closing period is a length obtained by multiplying the pulse output period by a multiple of a range of 1.3 to 1.5 .
ことを特徴とする請求項1に記載のパルス発生装置。 2. The pulse generator according to claim 1 , wherein the switch closing period has a length obtained by multiplying the pulse output period by a multiple of a range of 1.3 to 1.5 and further multiplying by a natural number .
前記スイッチ閉期間だけ前記搬送波を間欠的に出力することで前記搬送波の周波数スペクトラムに発生するスペクトラムピークのいずれかの周波数が、前記双極性インパルスの最も高いスペクトラムピークが存在する周波数に一致しないように前記スイッチ閉期間を制御する By intermittently outputting the carrier wave during the switch closing period, one of the spectrum peaks generated in the frequency spectrum of the carrier wave does not coincide with the frequency at which the highest spectrum peak of the bipolar impulse exists. Control the switch closing period
ことを特徴とするパルス発生方法。A pulse generation method characterized by the above.
ことを特徴とする請求項4に記載のパルス発生方法。 The pulse according to claim 4, wherein the switch is controlled so that the switch closing period has a length obtained by multiplying the pulse output period by a multiple of a range of 1.3 to 1.5. How it occurs.
ことを特徴とする請求項4に記載のパルス発生方法。 Claims between the switch closing time periods are the multiples of the range of the pulse output period 1.3 1.5 multiplied further characterized to control said switch <br/> be such that the length obtained by multiplying the natural number Item 5. The pulse generation method according to Item 4 .
前記パルス発生装置で生成された無線周波数信号を送信する送信用アンテナと、 A transmitting antenna for transmitting a radio frequency signal generated by the pulse generator;
前記無線周波数信号の反射波を受信して受信波を出力する受信用アンテナと、 A receiving antenna that receives a reflected wave of the radio frequency signal and outputs a received wave;
前記受信波に所定の処理を行い受信信号を出力する受信部と、を備える A receiving unit that performs predetermined processing on the received wave and outputs a received signal.
ことを特徴とするレーダ装置。Radar apparatus characterized by the above.
前記復調信号を検波して受信信号を出力する検波部と、を備える And a detector that detects the demodulated signal and outputs a received signal.
ことを特徴とする請求項7に記載のレーダ装置。The radar apparatus according to claim 7.
前記パルス発生装置から搬送波を入力して周波数を2倍に逓倍して前記復調用高周波として出力する第2の逓倍器とをさらに備える
ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載のレーダ装置。 A first multiplier that doubles the frequency of the received wave;
Claim 7 or claim 8, characterized in <br/> further comprising a second multiplier for outputting a frequency by entering a carrier from the pulse generator as the demodulation frequency by multiplying twice The radar device described in 1 .
前記復調信号に対しスライディング相関の処理を行って単極性の検出信号を前記検波部に出力するスライディング相関器をさらに備える
ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載のレーダ装置。 Input a radio frequency signal from the pulse generator as the demodulation high frequency,
The radar according to claim 7 or 8 , further comprising a sliding correlator that performs a sliding correlation process on the demodulated signal and outputs a unipolar detection signal to the detection unit. apparatus.
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