特開 2023-146414 レーダー受信機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023146414

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】レーダー受信機

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/285 20060101AFI20231004BHJP

【ＦＩ】

G01S7/285

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022053579

(22)【出願日】2022-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】314012087

【氏名又は名称】株式会社光電製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121706

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128705

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 幸雄

(74)【代理人】

【識別番号】100147773

【弁理士】

【氏名又は名称】義村 宗洋

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 寛治

(72)【発明者】

【氏名】西原 幸伸

(72)【発明者】

【氏名】林 大介

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB01

5J070AH25

5J070AH31

5J070AH35

5J070AH40

5J070AK40

(57)【要約】

【課題】位相成分を失わない同調技術を提供する。
【解決手段】本発明のレーダー受信機は、周波数変換部、帯域制限部、Ａ／Ｄ変換部、周波数解析部、アナログ局部発振部、デジタル局部発振部、ＩＱ変換部を備える。周波数解析部は、送受弁別器から漏洩送信信号が出力されている時間領域の信号に対し、デジタルＩＦ信号の周波数を解析する。アナログ局部発振部は、周波数解析部が解析した結果に基づいて、周波数を調整した局部発振信号を出力する。デジタル局部発振部は、周波数解析部が解析した結果に基づいて、デジタルＩＦ信号と同じ周波数のデジタル局部発振信号を出力する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送受弁別器からの信号と局部発振信号とを入力信号とし、受信ＩＦ信号を出力する周波数変換部と、
前記受信ＩＦ信号の帯域を制限し、帯域制限受信ＩＦ信号を出力する帯域制限部と、
前記帯域制限受信ＩＦ信号をデジタル信号に変換し、デジタルＩＦ信号を出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記送受弁別器から漏洩送信信号が出力されている時間領域の信号に対し、前記デジタルＩＦ信号の周波数を解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部が解析した結果に基づいて、周波数を調整した局部発振信号を出力するアナログ局部発振部と、
前記周波数解析部が解析した結果に基づいて、前記デジタルＩＦ信号と同じ周波数のデジタル局部発振信号を出力するデジタル局部発振部と、
前記デジタルＩＦ信号と前記デジタル局部発振信号を入力とし、ベースバンドのＩ信号とＱ信号を出力するＩＱ変換部
を備えるレーダー受信機。

【請求項2】

請求項１記載のレーダー受信機であって、
前記帯域制限部は、前記受信ＩＦ信号の帯域を、前記Ａ／Ｄ変換部がデジタル信号に変換可能な最大帯域以下に制限する
ことを特徴とするレーダー受信機。

【請求項3】

請求項１または２記載のレーダー受信機であって、
前記周波数解析部は、
アナログ局部発振部の周波数を、送信信号の最低周波数から受信ＩＦ信号の周波数を減算した周波数から、高い周波数に変更しながら受信ＩＦ信号を検出し、
受信ＩＦ信号を検出したときに、当該受信ＩＦ信号に対応するイメージ信号を受信し得る上側の局部発振周波数でもデジタルＩＦ信号を得ることができるかを確認し、
上側の局部発振周波数でデジタルＩＦ信号が確認できなかった場合には、先に検出した受信ＩＦ信号をイメージ信号と判定し、より低い周波数に存在する受信ＩＦ信号を検出する
ことを特徴とするレーダー受信機。

【請求項4】

請求項１または２記載のレーダー受信機であって、
前記周波数解析部は、
アナログ局部発振部の周波数を、送信信号の最高周波数から受信ＩＦ信号の周波数を加算した周波数から、低い周波数に周波数を変更しながら受信ＩＦ信号を検出し、
受信ＩＦ信号を検出したときに、当該受信ＩＦ信号に対応するイメージ信号を受信し得る下側の局部発振周波数でもデジタルＩＦ信号を得ることができるかを確認し、
下側の局部発振周波数でデジタルＩＦ信号が確認できなかった場合には、先に検出した受信ＩＦ信号をイメージ信号と判定し、より高い周波数に存在する受信ＩＦ信号を検出する
ことを特徴とするレーダー受信機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動同調機能を有するレーダー受信機に関する。

【背景技術】

【0002】

船舶に搭載するレーダーでは、送信信号であるＲＦ（無線周波数：Radio Frequency）信号の生成にマグネトロンを用いる場合が多いが、マグネトロンは発振周波数が不安定である。受信機において適切な受信ＩＦ（中間周波数：Intermediate Frequency）信号を得るためには、局部発振器の周波数により決定する受信ＲＦ周波数を送信信号の周波数に同調させる必要がある。同調にはユーザーがボリューム等により自ら受信周波数を調整する手動同調と、受信機内部の信号処理により送信周波数を推定して、ユーザーの手を介さずに受信周波数を決定する自動同調があるが、当然自動同調の方が利便性は高い。

【0003】

レーダーシステムの基本的な構成を図１に示す。レーダーシステム９００では、送信信号発振器として動作するマグネトロン９１０で生成した送信信号が、送受弁別器９２０を介してアンテナ９３０から放射される。アンテナ９３０の指向方向に存在する反射物からの反射波は受信信号としてアンテナ９３０に入力され、送受弁別器９２０を介してレーダー受信機８００に入力される。レーダーシステム９００は、送信から受信までの時間、アンテナ９３０の指向角によって反射物の位置を特定する。自動同調は、送信の際に送受弁別器９２０からレーダー受信機８００へ漏洩する送信信号（漏洩送信信号）を解析して行われる場合が多い。

【0004】

自動同調の手法には、従来から漏洩送信信号の強度を観測して受信周波数を決定する手法が用いられる。しかし、強度から周波数を直接判定するので、受信周波数を変化させながら強度を観測する必要があり、同調に時間を要するという課題がある。電源投入直後などマグネトロン９１０の周波数安定度が特に悪い状況では、受信周波数の可変範囲も大きくする必要があり、この傾向はさらに顕著になる。

【0005】

この解決策として特許文献１に示された技術などがある。特許文献１では漏洩送信信号に対し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）などの周波数解析処理を施した上で受信周波数を決定している。レベルだけでなく周波数も解析することで、受信周波数を適切に制御し、同調の高速化を図ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７－３３３４８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１に示された技術では、受信信号を検波した後で表示に供する構成のため、受信信号に含まれる位相成分を表示処理（例えばクラッタ除去など）に活用することができない。受信信号の位相成分を活用するためには、ＩＦ信号をベースバンドのＩＱ信号に変換する方法が有効だが、同調が行われていない状態ではＩＦ信号の周波数が未知なためＩＱ変換を適切に行うことができない。そこで、本発明は位相成分を失わない同調技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のレーダー受信機は、周波数変換部、帯域制限部、Ａ／Ｄ変換部、周波数解析部、アナログ局部発振部、デジタル局部発振部、ＩＱ変換部を備える。周波数変換部は、送受弁別器からの信号と局部発振信号とを入力信号とし、受信ＩＦ信号を出力する。「送受弁別器からの信号」にはアンテナから入力される受信信号と漏洩送信信号があり、漏洩送信信号はマグネトロンが送信信号を出力している時間にのみ存在する。帯域制限部は、受信ＩＦ信号の帯域を制限し、帯域制限受信ＩＦ信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部は、帯域制限受信ＩＦ信号をデジタル信号に変換し、デジタルＩＦ信号を出力する。周波数解析部は、送受弁別器から漏洩送信信号が出力されている時間領域の信号に対し、デジタルＩＦ信号の周波数を解析する。アナログ局部発振部は、周波数解析部が解析した結果に基づいて、周波数を調整した局部発振信号を出力する。デジタル局部発振部は、周波数解析部が解析した結果に基づいて、デジタルＩＦ信号と同じ周波数のデジタル局部発振信号を出力する。ＩＱ変換部は、デジタルＩＦ信号とデジタル局部発振信号を入力とし、ベースバンドのＩ信号とＱ信号を出力する。

【発明の効果】

【0009】

本発明のレーダー受信機によれば、周波数解析部が、送受弁別器から漏洩送信信号が出力されている時間領域の信号に対し、デジタルＩＦ信号の周波数を解析する。そして、周波数解析部が解析した結果に基づいて、アナログ局部発振部とデジタル局部発振部の周波数をそれぞれ制御する。このように対応させる周波数領域を分担した２種の局部発振器を用いることで、受信信号が有する位相成分を失うことなく高速な同調が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】レーダーシステムの基本的な構成を示す図。

【図2】本発明のレーダー受信機の機能構成例を示す図。

【図3】本発明のレーダー受信機の周波数解析部での処理フローの例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

【実施例0012】

図２に本発明のレーダー受信機の機能構成例を示す。図３に本発明のレーダー受信機の周波数解析部での処理フローの例を示す。レーダー受信機１００は、図１のレーダー受信機８００の代わりに使用する。レーダー受信機１００は、周波数変換部１１０、帯域制限部１２０、Ａ／Ｄ変換部１３０、周波数解析部１４０、アナログ局部発振部１７０、デジタル局部発振部１６０、ＩＱ変換部１５０を備える。さらに、ＬＰＦ１８１、１８２も備えればよい。ＬＰＦ１８１、１８２は、ベースバンドの信号のみを通過させるローパスフィルタ（Low Pass Filter）である。

【0013】

周波数変換部１１０は、送受弁別器９２０からの信号と局部発振信号（後述するアナログ局部発振部１７０の出力）とを入力信号とし、受信ＩＦ信号を出力する。「送受弁別器９２０からの信号」には、アンテナ９３０で受信した受信信号（受信ＲＦ信号）と漏洩送信信号とがあり、漏洩送信信号はマグネトロンが送信信号を出力している時間にのみ存在する。

【0014】

帯域制限部１２０は、受信ＩＦ信号の帯域を制限し、帯域制限受信ＩＦ信号を出力する。後述する周波数解析部１４０では、マグネトロン９１０の周波数が変化しやすいことを考慮しながら受信ＩＦ信号に含まれる漏洩送信信号に相当する信号を検索する。一度に検索できる周波数の範囲が広い方が、容易に漏洩送信信号に相当する信号を検索できる。周波数解析部１４０での処理を考慮すると、帯域制限部１２０は、受信ＩＦ信号の帯域を、Ａ／Ｄ変換部１３０がデジタル信号に変換可能な最大帯域内でできるだけ広い帯域に制限すればよい。

【0015】

Ａ／Ｄ変換部１３０は、帯域制限受信ＩＦ信号をデジタル信号に変換し、デジタルＩＦ信号を出力する。サンプリング定理に従うので、Ａ／Ｄ変換部１３０のサンプリング数が１Ｇ／秒のときは帯域が５００ＭＨｚ以下であり、サンプリング数が５００Ｍ／秒のときは帯域が２５０ＭＨｚ以下である。上述の帯域制限部１２０が制限する帯域は、Ａ／Ｄ変換部１３０の１秒間のサンプリング数に基づいて決めればよい。

【0016】

周波数解析部１４０は、送受弁別器９２０から漏洩送信信号が出力されている時間領域の信号に対し、デジタルＩＦ信号の周波数を解析する（Ｓ３０，Ｓ４０）。ここで、ＲＦ信号とＩＦ信号について説明する、例えばＲＦ信号が１０ＧＨｚであり、ＩＦ信号を０．１ＧＨｚとした場合、局部発振信号としては９．９ＧＨｚと１０．１ＧＨｚが考えられる。９．９ＧＨｚの場合は、受信ＩＦ信号は送信信号と同相である。１０．１ＧＨｚの場合は、受信ＩＦ信号は送信信号と逆相である。このように、受信ＩＦ信号には２つの生成方法がある。周波数変換部１１０では、所望の位相関係（同相もしくは逆相）の信号を受信ＩＦ信号とし、他方（逆相もしくは同相）の信号をイメージ信号と呼ぶことにする。次に、受信ＩＦ信号の位相を送信信号と同相とする場合と、逆相とする場合に分けて処理を説明する。

【0017】

まず、同相とする場合を説明する。周波数解析部１４０は、アナログ局部発振部１７０の周波数を、送信信号の最低周波数から受信ＩＦ信号の周波数を減算した周波数から、高い周波数に変更しながら受信ＩＦ信号を検出する（Ｓ３１０からＳ３４０）。具体的には、アナログ局部発振部１７０の周波数を、送信信号の最低周波数から受信ＩＦ信号の周波数を減算した周波数に設定する（Ｓ３１０）。例えば、想定し得るマグネトロン９１０の発振周波数範囲が９．３ＧＨｚ～９．５ＧＨｚであり、受信ＩＦ信号が０．１ＧＨｚの場合、９．２ＧＨｚに設定する。周波数解析部１４０は、あらかじめ定めた閾値を超えるデジタルＩＦ信号があるか解析する（Ｓ３２０）。デジタルＩＦ信号がない場合（Ｓ３３０がＮＯの場合）は、アナログ局部発振部１７０の発振周波数を高い方向にシフトする（Ｓ３４０）。このときにシフトする周波数を帯域制限部１２０の帯域以内で大きく取ることで同調の高速化が可能になる。デジタルＩＦ信号がある場合（Ｓ３３０がＹＥＳの場合）は、ステップＳ３５０に進む。ステップＳ３５０では、アナログ局部発振部１７０の発振周波数をあえてイメージ信号に同調させるように変更し（周波数を高くし）、上側の局部発振周波数でもデジタルＩＦ信号を得ることができるかを確認する（Ｓ３５０）。上側の局部発振周波数でもデジタルＩＦ信号が確認できた場合（ステップＳ３５０がＹＥＳの場合）はステップＳ４０に進む。上側の局部発振周波数でデジタルＩＦ信号が確認できなかった場合（ステップＳ３５０がＮＯの場合）には、先の判定（Ｓ３３０）ではイメージ信号を検出したとし、局部発振周波数をＳ３３０で検出した際の周波数から受信ＩＦ周波数の２倍低い周波数に設定する（Ｓ３６０）。そして、受信ＩＦ信号とイメージ信号が想定する周波数関係で存在することを確認し、ステップＳ４０に進む。

【0018】

次に、逆相とする場合を説明する。周波数解析部１４０は、アナログ局部発振部１７０の周波数を、送信信号の最高周波数に受信ＩＦ信号の周波数を加算した周波数から、低い周波数に変更しながら受信ＩＦ信号を検出する（Ｓ３１０からＳ３４０）。具体的には、アナログ局部発振部１７０の周波数を、送信信号の最高周波数に受信ＩＦ信号の周波数を加算した周波数に設定する（Ｓ３１０）。例えば、想定し得るマグネトロン９１０の発振周波数範囲が９．３ＧＨｚ～９．５ＧＨｚであり、受信ＩＦ信号が０．１ＧＨｚの場合、９．６ＧＨｚに設定する。周波数解析部１４０は、あらかじめ定めた閾値を超えるデジタルＩＦ信号があるか解析する（Ｓ３２０）。デジタルＩＦ信号がない場合（Ｓ３３０がＮＯの場合）は、アナログ局部発振部１７０の発振周波数を低い方向にシフトする（Ｓ３４０）。このときにシフトする周波数を帯域制限部１２０の帯域以内で大きく取ることで同調の高速化が可能になる。デジタルＩＦ信号がある場合（Ｓ３３０がＹＥＳの場合）は、ステップＳ３５０に進む。ステップＳ３５０では、アナログ局部発振部１７０の発振周波数をあえてイメージ信号に同調させるように変更し（周波数を低くし）、下側の局部発振周波数でもデジタルＩＦ信号を得ることができるかを確認する（Ｓ３５０）。下側の局部発振周波数でもデジタルＩＦ信号が確認できた場合（ステップＳ３５０がＹＥＳの場合）はステップＳ４０に進む。下側の局部発振周波数でデジタルＩＦ信号が確認できなかった場合（ステップＳ３５０がＮＯの場合）には、先の判定（Ｓ３３０）ではイメージ信号を検出したとし、局部発振周波数をＳ３３０で検出した際の周波数から受信ＩＦ周波数の２倍高い周波数に設定する（Ｓ３６０）。そして、受信ＩＦ信号とイメージ信号が想定する周波数関係で存在することを確認し、ステップＳ４０に進む。

【0019】

デジタル局部発振部１６０は、周波数解析部１４０が解析した結果に基づいて、デジタルＩＦ信号と同じ周波数のデジタル局部発振信号を出力する（Ｓ４０）。周波数解析部１４０は、送受弁別器９２０から漏洩送信信号が出力されている時間領域の信号に対し、デジタルＩＦ信号の周波数を解析する（Ｓ４１０）。デジタル局部発振部１６０は、周波数解析部が解析した結果に基づいて、デジタルＩＦ信号と同じ周波数のデジタル局部発振信号を出力する（Ｓ４２０）。

【0020】

マグネトロン９１０の発振周波数は温度等に依存して常に揺らぐので、以降も周波数解析と受信ＩＦ信号が存在することの確認を繰り返す。周波数解析部１４０は、繰り返し送受弁別器９２０から漏洩送信信号が出力されている時間領域の信号に対し、デジタルＩＦ信号の周波数を解析し（Ｓ４３０）、デジタルＩＦ信号が存在することを確認する（Ｓ４４０）。デジタルＩＦ信号が存在する場合（ステップＳ４４０がＹＥＳの場合）は、ステップＳ４１０に戻る。デジタルＩＦ信号が存在しない場合（ステップＳ４４０がＮＯの場合）は、アナログ局部発振部１７０の発振周波数を変更する（Ｓ４５０）。より具体的には、デジタルＩＦ信号が存在しなくなるまでデジタルＩＦ信号の周波数を計測しているので、存在しなくなる直前までのデジタルＩＦ信号の傾向からアナログ局部発振部１７０の発振周波数を変更すればよい。

【0021】

アナログ局部発振部１７０は、周波数解析部１４０が解析した結果に基づいて、周波数を調整した局部発振信号を出力する。アナログ局部発振部１７０は、受信ＲＦ信号に対して受信ＩＦ信号だけ異なる周波数で発振し、局部発振信号を生成する。このような周波数で発振することで、周波数変換部１１０は、送受弁別器９２０からの信号と局部発振信号とを入力信号とし、受信ＩＦ信号を出力できる。

【0022】

ＩＱ変換部１５０は、デジタルＩＦ信号とデジタル局部発振信号を入力とし、ベースバンドのＩ信号を含む信号とＱ信号を含む信号を出力する。また、ＬＰＦ１８１、１８２は、ベースバンドの信号のみを通過させるローパスフィルタ（Low Pass Filter）である。ＬＰＦ１８１からは受信Ｉ信号が出力され、ＬＰＦ１８２からは受信Ｑ信号が出力される。

【0023】

一般にデジタル局部発振部１６０の方がアナログ局部発振部１７０よりも周波数を変更する速度が速いことから、帯域制限部１２０の通過周波数帯域幅を広くすることで、周波数の同調の高速化が可能になる。最終的にレーダー受信機で必要とする狭い帯域への制限はＬＰＦ１８１、１８２で行えばよい。ただし、あまり追従性が高すぎると、わずかな周波数の変動にも過敏に反応し、レーダーの表示において違和感を生じさせることがある。したがって、レーダーの表示での違和感が生じるときは、違和感が生じない程度に緩やかに追従させればよい。

【0024】

本発明のレーダー受信機１００によれば、周波数解析部１４０が、送受弁別器９２０から漏洩送信信号が出力されている時間領域の信号に対し、デジタルＩＦ信号の周波数を解析する。そして、周波数解析部１４０が解析した結果に基づいて、アナログ局部発振部１７０とデジタル局部発振部１６０の周波数をそれぞれ制御する。このように対応させる周波数領域を分担した２種の局部発振器を用いることで、受信信号が有する位相成分を失うことなく高速な同調が可能となる。したがって、レーダーが受信した信号処理の高度化に寄与することが可能となる。例えば、物体の移動により生じるドップラー効果も検知しやすくなる。また、海面での反射の特徴も分析しやすくなる。さらに、帯域制限部１２０の通過帯域をＡ／Ｄ変換部１３０で許容可能な範囲で広くしてデジタル局部発振部１６０の対応周波数範囲を広くすることでより高速な発振周波数への追従が可能となる。

【符号の説明】

【0025】

１００ レーダー受信機
１１０ 周波数変換部
１２０ 帯域制限部
１３０ Ａ／Ｄ変換部
１４０ 周波数解析部
１５０ ＩＱ変換部
１６０ デジタル局部発振部
１７０ アナログ局部発振部
８００ レーダー受信機
９００ レーダーシステム
９１０ マグネトロン
９２０ 送受弁別器
９３０ アンテナ

【図1】

【図2】

【図3】