特開 2023-9543 レーダ装置および信号処理方法

(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】P2023009543

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】レーダ装置および信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/282 20060101AFI20230113BHJP

   G01S 13/28 20060101ALI20230113BHJP

   G01S 7/02 20060101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

G01S7/282 200

G01S13/28 200

G01S7/02 216

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021112921

(22)【出願日】2021-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】安達 正一郎

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB06

5J070AD05

5J070AD10

5J070AH02

5J070AH31

5J070AH34

5J070AK06

(57)【要約】

【課題】 送信安定度を劣化させずにスペクトルマスクを制御すること。
【解決手段】 レーダ装置は、複数のサブアレイ送信器を有するアレイアンテナと、信号処理部とを具備する。サブアレイ送信器は、直列接続される第１、第２増幅器、および第１、第２分岐部を備える。第１増幅器は送信信号を増幅する。第２増幅器は第１増幅器の出力を増幅する。第１、第２分岐部は、それぞれ第１、第２増幅器の出力から第１、第２モニタ信号を分岐出力する。信号処理部は、プリディストーション処理部および送信信号生成部を備える。プリディストーション処理部は、第１増幅器に対するプリディストーション係数を第１モニタ信号に基づいて算出し、第２増幅器に対するプリディストーション係数を第２モニタ信号に基づいて算出する。送信信号生成部は、レーダ波のスペクトルマスク要件を満たすべく、源パルス波形をプリディストーション係数に基づいて整形する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のサブアレイ送信器を有するアレイアンテナと、
信号処理部とを具備し、
前記サブアレイ送信器は、
送信信号を増幅する第１増幅器と、
前記第１増幅器に直列に接続され当該第１増幅器の出力を増幅する第２増幅器と、
少なくとも前記第２増幅器の出力に基づくレーダパルスを送信する素子アンテナと、
前記第１増幅器の出力から第１モニタ信号を分岐出力する第１分岐部と、
前記第２増幅器の出力から第２モニタ信号を分岐出力する第２分岐部とを備え、
前記信号処理部は、
源パルス波形を供給する波形ソースと、
前記第１増幅器に対するプリディストーション係数を前記第１モニタ信号に基づいて算出し、前記第２増幅器に対するプリディストーション係数を前記第２モニタ信号に基づいて算出するプリディストーション処理部と、
前記アレイアンテナから放射されるレーダ波のスペクトルマスク要件を満たすべく、前記源パルス波形を前記プリディストーション係数に基づいて整形して前記送信信号を生成する送信信号生成部とを備える、レーダ装置。

【請求項2】

前記サブアレイ送信器は、前記第１増幅器に与えられる送信信号の位相を制御する移相器をさらに備える、請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項3】

前記第１増幅器および前記第２増幅器の少なくともいずれかは、飽和領域で動作する、請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項4】

前記信号処理部は、前記レーダ波の送信タイミングに同期して、前記第１増幅器および前記第２増幅器の少なくともいずれかを駆動するゲート信号を発生出力する、請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項5】

前記波形ソースは、チャープ変調されたレーダパルスの源パルス波形を供給する、請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項6】

前記プリディストーション処理部は、ボルテラフィルタにより前記プリディストーション係数を算出する、請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項7】

前記サブアレイ送信器ごとに複数系統の前記素子アンテナを備える、請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項8】

アレイアンテナと信号処理部とを具備するレーダ装置に適用可能な信号処理方法において、
送信信号を増幅する第１増幅器に対するプリディストーション係数を、当該第１増幅器から分岐出力された第１モニタ信号に基づいて、前記信号処理部が算出する過程と、
前記第１増幅器に直列に接続され当該第１増幅器の出力を増幅する第２増幅器に対するプリディストーション係数を、当該第２増幅器から分岐出力された第２モニタ信号に基づいて、前記信号処理部が算出する過程と、
前記アレイアンテナから放射されるレーダ波のスペクトルマスク要件を満たすべく、前記信号処理部が、源パルス波形を前記プリディストーション係数に基づいて整形して前記送信信号を生成する過程とを具備する、信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、レーダ装置および信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電波の送信電力は、電波法で規制されている。法規制を満たすため、非線形増幅器にプリディストーション技術を適用して出力スペクトルを制御することがある。この技術はスペクトルマスク制御とも称され、無線通信分野においてはある程度確立されているが、これをそのままレーダ技術に応用することはできない。既存のスペクトルマスク制御は、１段の非線形増幅器に対しては有効であるが、例えばフェーズドアレイレーダの固体化送信器のように、複数段にわたって従属接続された非線形増幅器を用いる場合においては効果を望めないからである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３１５３９０９号公報

【特許文献2】特許第６３２４３１４号公報

【特許文献3】国際公開２０１０／００７７２１号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】吉田 孝 監修 「改訂レーダ技術」 電子情報通信学会、平成８年１０月１日（初版）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

スペクトルマスクに関する制限（スペクトルマスク要件）を満たして送信信号を送信するため、既存のレーダ装置では、増幅器への電源印加のパルス立ち上がり期間、パルス立下り期間を長くとるようにしていた。このため、送信安定度が劣化し、ジッタや位相雑音に悩まされていた。加えて、レーダ装置における送信安定度の劣化はＭＴＩ（Moving Target Indicator）性能や、パルスドップラ性能にも悪影響をもたらすので、対処が望まれる。
そこで、目的は、送信安定度を劣化させずにスペクトルマスクを制御できるようにしたレーダ装置および信号処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態によれば、レーダ装置は、複数のサブアレイ送信器を有するアレイアンテナと、信号処理部とを具備する。サブアレイ送信器は、第１増幅器、第２増幅器、素子アンテナ、第１分岐部、および第２分岐部を備える。第１増幅器は、送信信号を増幅する。第２増幅器は、第１増幅器に直列に接続され当該第１増幅器の出力を増幅する。素子アンテナは、少なくとも第２増幅器の出力に基づくレーダパルスを送信する。第１分岐部は、第１増幅器の出力から第１モニタ信号を分岐出力する。第２分岐部は、第２増幅器の出力から第２モニタ信号を分岐出力する。信号処理部は、源パルス波形を供給する波形ソースと、プリディストーション処理部および送信信号生成部を備える。プリディストーション処理部は、第１増幅器に対するプリディストーション係数を第１モニタ信号に基づいて算出し、第２増幅器に対するプリディストーション係数を第２モニタ信号に基づいて算出する。送信信号生成部は、アレイアンテナから放射されるレーダ波のスペクトルマスク要件を満たすべく、源パルス波形をプリディストーション係数に基づいて整形して送信信号を生成する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係わるフェーズドアレイレーダ装置の一例を示す系統図である。

【図2】図２は、サブアレイ送信器２の一例を示す系統図である。

【図3】図３は、送信処理部６の一例を示す系統図である。

【図4】図４は、受信処理部７の一例を示す系統図である。

【図5】図５は、演算処理部８の一例を示す系統図である。

【図6】図６は、実施形態に係わる制御シーケンスの一例を示す図である。

【図7】図７は、実施形態において得られる効果について説明するための波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

フェーズドアレイレーダ装置は、フェーズドアレイの各素子アンテナごとに１系統の送信器を備える。通常規模のフェーズドアレイレーダ装置は、１台で数百～数千個の送信器を有する。さらに、送信電力を上げるために、最終段のアンプの前に利得を上げるためのプリアンプを設けることが必要になる。すなわち、各送信器において、複数個の増幅器が直列に接続される。

【0009】

近年では、出力電力を大きくできるＧａＮ（ガリュウムナイトライド）の増幅器を用いることが増えているが、ＧａＮはＧａＡｓ（ガリュウムヒ素）の増幅器に比べて利得は小さい。このためＧａＮを用いる場合、ＧａＡｓよりも多数のプリアンプを必要とする。

【0010】

ＧａＮ増幅器、ＧａＡｓ増幅器はＡＢ級アンプであり、フェーズドアレイレーダ装置においては入力信号の変動が出力に影響しないようにＢ級動作させる。すなわち飽和領域で動作させるので、直列接続される各々の増幅器の入出力の関係は非線形動作となる。従って、通信技術で用いられる１段の増幅器に対するプリディストーション技術を適用しても全く効果がないことになる。以下では、このような困難を解決するための技術について開示する。

【0011】

図１は、実施形態に係わるフェーズドアレイレーダ装置の一例を示す系統図である。実施形態では、複数の素子アンテナをユニット化したサブアレイ送信器を複数備える、サブアレイアンテナについて説明する。素子アンテナごとに一つの送信器を備える形式のアレイアンテナにおいても同様の議論が成り立つ。

【0012】

図１において、送信側にＭ系統（＃１～＃Ｍ）のサブアレイ送信器２が設けられ、受信側にＬ系統（＃１～＃Ｌ）のサブアレイ受信器５が設けられる。サブアレイ送信器２は、例えばＫ個（＃１～＃Ｋ）の素子アンテナを備える。素子アンテナはアレイアンテナを形成し、それぞれがレーダパルスを送信する。これにより、全体として、波面を制御されたレーダ波が空間に放射される。

【0013】

電源９により、直流（ＤＣ）電源がサブアレイ送信器２、サブアレイ受信器５に供給される。また、例えば交流（ＡＣ）電源が、送信処理部６、受信処理部７、および演算処理部８に供給される。送信処理部６、受信処理部７、および演算処理部８を含む機能単位を、信号処理部と称する。
さらに、図１のレーダ装置は信号分配器３、および、信号合成器４を備え、必要に応じて電源９から信号分配器３、信号合成器４に電力が供給される。

【0014】

送信処理部６は、送信チャープ信号を生成する。この送信チャープ信号は信号分配器３によりＭ系統に分岐され、それぞれサブアレイ送信器２（＃１～＃Ｍ）に入力される。また送信処理部６は、素子アンテナ１に給電される送信信号の位相を移相器で制御するための移相制御信号、および、送信タイミングを制御するタイミング信号を生成し、サブアレイ送信器２（＃１～＃Ｍ）に入力する。

【0015】

サブアレイ送信器２（＃１～＃Ｍ）は、それぞれ、モニタ信号Ｎを時分割で時系列的に出力する。モニタ信号Ｎは、素子アンテナに直列接続された複数の増幅器の出力を分岐して取り出される信号であり、詳しくは図２以降の開示において説明する。それぞれのモニタ信号Ｎは、Ｍ合成を行う信号合成器４を介して受信処理部７に入力される。モニタ信号Ｎは各サブアレイ送信器２から時分割で出力されるので、信号合成器４で加算合成されることなく、独立な信号として受信処理部７に入力される。

【0016】

受信処理部７には、サブアレイ受信器５（＃１～＃Ｌ）からの各受信信号＃１～＃Ｌも入力される。受信処理部７は、モニタ信号Ｎ、および受信信号＃１～＃Ｌをそれぞれアナログ／ディジタル変換（Ａ／Ｄ変換）したのちデジタルＩ／Ｑ検波して、モニタＩ／Ｑ信号、およびサブアレイＩ／Ｑ信号（＃１～＃Ｌ）を生成し、演算処理部８に出力する。

【0017】

演算処理部８は、モニタ信号ＮのデジタルＩ，Ｑ信号（モニタＩ／Ｑ信号）に基づいてプリディストーション演算を行い、プリディストーション係数を生成する。このプリディストーション係数は送信処理部６に渡され、移相制御信号、タイミング信号の生成に利用される。また、演算処理部８は、受信信号＃１～＃ＬのデジタルＩ，Ｑ信号（サブアレイＩ／Ｑ信号（＃１～＃Ｌ））に基づいて空中線制御信号を生成する。この空中線制御信号は、送信処理部６、および受信処理部７に入力される。

【0018】

図２は、サブアレイ送信器２の一例を示す系統図である。サブアレイ送信器２は、素子アンテナ＃１～＃Ｋに各々対応する、Ｋ個（＃１～＃Ｋ）の送信系統３０を有する。図２において、送信処理部６（図１）からの移相制御信号は移相信号分配回路３６でＫ系統に分配され、各送信系統３０に入力される。また、送信処理部６（図１）からの送信チャープ信号（入力ＲＦ（Radio Frequency）信号）が、Ｋ分配器２１によりＫ個の系統に分配され、各送信系統３０に入力される。

【0019】

送信系統３０は、移相器２２、前段増幅器２３、カプラ２４、中段増幅器２５、カプラ２６、後段増幅器２７、カプラ２８、および、ローパスフィルタ２９を備える。移相器２２は、移相制御信号に基づいて送信チャープ信号（入力ＲＦ信号）の位相を制御する。
移相制御された送信チャープ信号は、前段増幅器２３、中段増幅器２５、および後段増幅器２７によって順次、増幅される。ここで、前段増幅器２３、中段増幅器２５、および後段増幅器２７の少なくともいずれかは、飽和領域で動作する。実施形態では前段増幅器２３、中段増幅器２５、および後段増幅器２７の全てを飽和領域で動作させる。後段増幅器２７の出力は最終的にローパスフィルタ２９に入力され、２倍波、３倍波、４倍波、５倍波などの高調波を抑圧したのち素子アンテナ１に給電される。

【0020】

ここで、前段増幅器２３の出力は、カプラ２４により分岐出力され、Ｋ合成回路（前）３１に入力される。中段増幅器２５の出力は、カプラ２６により分岐出力され、Ｋ合成回路（中）３２に入力される。同様に、後段増幅器２７の出力は、カプラ２８により分岐出力され、Ｋ合成回路（後）３３に入力される。

【0021】

Ｋ合成回路（前）３１は、各送信系統３０の前段増幅器２３の分岐出力を合成し、３合成回路３４に入力する。Ｋ合成回路（中）３２は、各送信系統３０の中段増幅器２５の分岐出力を合成し、３合成回路３４に入力する。Ｋ合成回路（後）３３は、各送信系統３０の後段増幅器２７の分岐出力を合成し、３合成回路３４に入力する。３合成回路３４は入力された各信号を合成し、モニタ信号として出力する。

【0022】

さらに、送信処理部６（図１）からのゲート信号、各増幅器へのオン／オフ（入／切）制御信号が、電源９（図１）からのＤＣ電源とともに電源回路３５に入力される。送信処理部６は、レーダ波の送信タイミングに同期して、前段増幅器２３、中段増幅器２５、および後段増幅器２７の少なくともいずれかを駆動するゲート信号を発生出力する。すなわち、送信処理部６からのゲート信号、各増幅器への入力のオン／オフ制御信号により、各々Ｋ個の前段増幅器２３、中段増幅器２５、後段増幅器２７のうちの何れかを任意に選択し動作させることができる。

【0023】

図３は、送信処理部６の一例を示す系統図である。送信処理部６は、送信移相制御回路６１、送信タイミング制御回路６２、および、送信信号生成回路６３を備える。送信移相制御回路６１は、演算処理部８（図１）からの空中線制御信号に基づいて移相制御信号を生成出力する。送信タイミング制御回路６２は、空中線制御信号に基づいて、ゲート信号、および各増幅器２３，２５，２７のオン／オフ信号を生成し、出力する。さらに、送信タイミング制御回路６２は、オン／オフ信号とともに送信タイミング、およびパルス幅制御信号を送信信号生成回路６３に入力する。

【0024】

送信信号生成回路６３は、素子アンテナ１を配列したアレイアンテナから放射されるレーダ波のスペクトルマスク要件を満たすべく、源パルス波形をプリディストーション係数に基づいて波形整形し、送信信号を生成する。

【0025】

送信信号生成回路６３は、源パルス波形を記憶する源信号メモリ６４と、演算処理部８から送られた前段増幅器２３、中段増幅器２５、および後段増幅器２７の各プリディストーション係数を記憶するプリディストーション係数メモリ６５と、乗算器６６、６７、６８、ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器６９、および、アップコンバータ７０を具備する。

【0026】

源信号メモリ６４は、チャープ変調されたレーダパルスの源パルス波形（チャープ波形）を供給する。一方、前段増幅器２３、中段増幅器２５、および後段増幅器２７の各プリディストーション係数が、プリディストーション係数メモリ６５から読み出され、乗算器６６、６７、６８により、源信号メモリ６４からのチャープ波形とディジタル乗算される。これにより波形整形されたディジタルのチャープ波形は、Ｄ／Ａ変換器６９によりアナログ信号に変換され、アップコンバータ７０で周波数変換される。このようにして、波形生成された送信チャープ信号（ＲＦ信号）が生成され、出力される。

【0027】

図４は、受信処理部７の一例を示す系統図である。受信処理部７は、受信移相制御回路７１、受信タイミング制御回路７２、および受信回路７３を具備する。受信移相制御回路７１は、演算処理部８（図１）からの空中線制御信号に基づいて、受信移相制御信号を生成出力する。受信タイミング制御回路７２は、空中線制御信号に基づいて、受信オン／オフ信号を出力する。

【0028】

また、受信回路７３は、Ｌ系統のサブアレイ受信器５から出力された受信信号をアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路７４でデジタルに変換し、Ｉ／Ｑ検波回路７５によりビーム形成用のデジタルＩ、Ｑ信号に変換する。また、受信回路７３はモニタ信号Ｎを受け入れ、Ａ／Ｄ変換器７４、Ｉ／Ｑ検波回路７５により、プリディストーション用のデジタルＩ／Ｑ信号に変換する。それぞれのデジタルＩ／Ｑ信号（Ｉ／Ｑデータ）はデータ転送回路７６から出力される。

【0029】

図５は、演算処理部８の一例を示す系統図である。演算処理部８は、ビーム形成処理部８１、パルス圧縮処理部８２、ＭＴＩ（Moving Target Indicator）処理部８３、積分処理（パルスドップラ）部８４、検出処理部８５、レポート作成処理部８６、スケジュール生成処理部８７、空中線制御処理部８８、およびデジタルプリディストーション処理部８９を具備する。

【0030】

ビーム形成用のＩ／Ｑデータは、受信回路７３からビーム形成処理部８１に入力され、次いで、パルス圧縮処理部８２、ＭＴＩ処理部８３、積分処理部８４、検出処理部８５、およびレポート作成処理部８６を経てターゲットレポートが生成出力される。

【0031】

スケジュール生成処理部８７は、サブアレイ送信器２の各増幅器２３，２５，２７を順次、オン／オフ制御するためのスケジュール制御信号を出力する。このスケジュール制御信号は、空中線制御処理部８８に送られる。空中線制御処理部８８は、ＰＲＩ（パルス繰り返し）期間、パルス幅、送信周波数、チャープ種別の情報と、各増幅器２３，２５，２７の指定指示に対応するオン／オフ制御情報を含む空中線制御情報を生成し、送信処理部６（図１）に出力する。さらに、これらの制御により、指定した増幅器のカップリング信号が、デジタルプリディストーション処理部８９に入力される。

【0032】

デジタルプリディストーション処理部８９は、ボルテラフィルタ等を用いたデジタル演算により、プリディストーション係数を算出する。算出されたプリディストーション係数は、送信処理部６（図１）に入力される。プリディストーション係数を反映された送信チャープ信号がサブアレイ送信器２に入力される。

【0033】

以上の構成により、指定された増幅器のプリディストーション制御が実現され、出力波形は再度、デジタルプリディストーション処理部８９に入力される。そうして、検波波形が、送信処理部６内の源信号メモリ６４に記憶された時間波形（立ち上がり期間、立下り期間）となることを確認する。次に、上記構成における作用を説明する。

【0034】

図６は、実施形態に係わる制御シーケンスの一例を示す図である。実施形態のレーダ装置は、Ｌ個のサブアレイ送信器２を備え、各サブアレイ送信器２は、Ｋ個の素子アンテナ系統を有する。それぞれの素子アンテナ系統は、いずれも非線形領域で動作する（非線形動作）前段増幅器２３、中段増幅器２５、および後段増幅器２７を備える。図６のシーケンスは、このように系統ごとに３段の増幅器を有するレーダ装置に向けての一例であり、増幅器の数などに応じてシーケンスは変更され得る。

【0035】

図６のシーケンスにおいて、信号処理部は、任意のサブアレイ送信器２の一つを指定し（Ｌ＝１）、任意の素子系統の一つを選択する（ステップＳ１１）。次に信号処理部は、前段増幅器２３のアドレス（Ｋ＝１）を指定し（ステップＳ１２）、当該前段増幅器２３だけをオンする。

【0036】

次に信号処理部は、源チャープ波形を発生し（ステップＳ１３）、このチャープ波形にプリディストーションを実施したのち（ステップＳ１４）、前段増幅器への補正係数を記憶してから（ステップＳ１５）、前段補正係数を転送する（ステップＳ１６）。そうして、前段増幅器への補正チャープを発生して補正係数を源チャープ波形に反映する（ステップＳ２１）。こののち信号処理部は、前段増幅器２３の出力検波波形を確認する（ステップＳ２２）。
次に、信号処理部は、同じサブアレイ送信器２の素子系統の中段増幅器２５のアドレス（Ｋ＝１）を指定し、前段増幅器２３と中段増幅器２５をオンする（ステップＳ２３）。

【0037】

次に信号処理部は、中段増幅器２５の出力波形にプリディストーションを実施したのち（ステップＳ２４）、中段増幅器２５への補正係数を記憶してから（ステップＳ２５）、中段補正係数を転送する（ステップＳ２６）。そうして、中段増幅器２５への補正チャープを発生し、中段増幅器２５の出力に補正係数を反映する（ステップＳ３１）。こののち信号処理部は、中段増幅器２５の出力検波波形を確認する（ステップＳ３２）。

【0038】

さらに、信号処理部は、同じサブアレイ送信器２の素子系統の後段増幅器２７のアドレス（Ｋ＝１）を指定し（ステップＳ３３）、前段増幅器２３、中段増幅器２５、および後段増幅器２７をオンする。

【0039】

次に信号処理部は、後段増幅器２７の出力波形にプリディストーションを実施したのち（ステップＳ３４）、後段増幅器２７への補正係数を記憶してから（ステップＳ３５）、後段補正係数を転送する（ステップＳ３６）。そうして、後段増幅器２７への補正チャープを発生し、後段増幅器２７の出力に補正係数を反映する（ステップＳ４１）。こののち信号処理部は、後段増幅器２７の出力検波波形を確認する（ステップＳ４２）。

【0040】

以上のシーケンスは、サブアレイ送信器２の全ての素子アンテナについて（ｎ＝Ｋ）実施され（ステップＳ４３）、一つのサブアレイ送信器２についての補正係数が決定される（ステップＳ４４）。さらに、以上のシーケンスが全てのサブアレイ送信器２について（ｎ＝Ｌ）実施されて処理は完了する。
ここで、ステップＳ２２，Ｓ３２，Ｓ４２の検波波形確認は、検波波形のうち、パルス包絡線の立ち上がり期間に確認と、立下り期間の確認とである。

【0041】

図７は、実施形態において得られる効果について説明するための波形図である。サブアレイ送信器２へのタイミング信号は、チャープ信号、ゲート信号である。ここで、ゲート信号はＤＣ電源を入とするタイミング信号であり、ゲート信号が例えばＨｉの時だけ各増幅器２３，２５，２７への電源を入とし、チャープ信号を増幅し出力する。図６のシーケンスにおける波形確認は、図７（ｂ）のチャープ信号の最終段増幅器の出力の検波波形であり、パルス立ち上がり期間と立下りが期間の傾きが妥当であるかを確認するものである。

【0042】

図７（ａ）に示されるように、従来方式では、ゲートに対し、チャープ信号を長くして、ゲート信号の立ち上がり期間と立下り期間の傾きを緩やかにすることでスペクトルマスクを制御していた。この方式では、チャープ信号の変動だけでなく、ゲート信号の変動及び、ゲート信号から生成される増幅器への電源入信号の変動が送信安定度に直接影響し、ジッタを生じる。つまり、送信信号に２重にジッタが生じることになる（信号ジッタおよびゲートジッタ）。これは、レーダのクラッタ抑圧性能（ＭＴＩ、パルスドップラ）に悪影響を与えることになる。

【0043】

これに対し実施形態によれば、図７（ｂ）のように、チャープ信号の時間波形よりもゲート信号の期間を長くすることができ、従って、送信安定度は入力されるチャープ信号のみに依存することになる。つまり、ゲート信号にジッタが生じたとしても送信信号に影響が及ぶことが無い。以上から、チャープ信号の立ち上がり期間と立下り期間により、全ての増幅器出力のスペクトルマスクが制御できることになる。

【0044】

＜構成および作用のまとめ＞
実施形態における構成および作用を、以下にまとめる。
（１） 各増幅器２３，２５，２７の出力にそれぞれモニタ信号を分岐出力するカプラ２４，２６，２８を具備する。
（２） 各増幅器２３，２５，２７は個別にオン／オフ制御可能とする。
（３） 外部からの制御信号により、増幅器２３，２５，２７のオン／オフ制御を、入力側に近い最前段の増幅器（増幅器２３）から順次行う。併せて、外部からチャープのパルス信号を入力する。
（４） オンとなっている最前段の増幅器２３の出力信号を、カプラ２４によるカップリング信号として受信回路７３に折り返す。
（５） 折り返されたモニタ信号を、受信回路７３にてＩ／Ｑ信号に復調し、その信号からプリディストーションを実施する。
（６） プリディストーションによる係数を送信信号生成回路６３に反映する。
（７） 再度、プリディストーションされたチャープ信号を入力し、最前段の増幅器２３の出力をカプラ２４により受信回路７３に折り返し、Ｉ／Ｑ検波し、波形成形が妥当かを判定する。
（８） 次に、次段の増幅器２５もオンし、その出力信号をカプラ２６にて受信回路７３に折り返し、Ｉ／Ｑ検波後、プリディストーションを行って送信信号生成回路６３に反映する。
（９） 反映した波形成形が妥当なのかについて、再度、中段増幅器２５の出力をカプラ２６にて受信回路に折り返し、Ｉ／Ｑ検波後に確認する。
（１０） 以上のように、直列接続された増幅器の数だけ、順次、プリディストーションを繰り返し、最終段の増幅器２７の出力が波形成形されることを確認する。

【0045】

＜効果＞
以上説明したように、実施形態によれば、送信系統を例えば数百～数千も有し、かつ、多段に直列接続された非線形増幅器を備えるフェーズドアレイレーダ装置において、１入力の入力ＲＦ信号に対して、プリディストーションを実施する。すなわち、直列接続された増幅器を順次、独立にプリディストーションし、送信信号生成回路に反映することで、最終出力波形を制御する。これにより、増幅器への入力信号によるスペクトルマスク制御を実施することが可能になる。

【0046】

既存の技術では、飽和領域で使用する増幅器を多段に接続して使用する場合、入力信号（パルス波形）の時間波形の立ち上がり時間、立下り時間を制御しても、増幅器の非線形性からスペクトルマスクを制御することができない。そのため、印加電源（パルス動作）の立ち上がり、立下りを変えてスペクトルマスクを制御している。しかしこの方式では、印加電源の時間ジッタがそのまま送信信号のジッタとなってしまうので、例えばレーダのクラッタ抑圧性能（ＭＴＩ，パルスドップラ）に悪影響がもたらされる。また、通信で行われているプリディストーションは多段の増幅器には効果が無い。

【0047】

これに対し実施形態では、多段の増幅器に対し、独立してプリディストーション制御を行うことが可能になり、印加電源のパルス動作に依存することが無い。これにより、クラッタ抑圧性能に影響を与えることなく、スペクトルマスクを制御できる。従って実施形態によれば、送信安定度を劣化させずにスペクトルマスクを制御できるようにしたレーダ装置および信号処理方法を提供することが可能となる。

【0048】

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、実施形態においては説明をわかりやすくするため、送信アンテナの系統と受信アンテナの系統とを分離した形式のフェーズドアレイレーダ装置について説明した。これに限らず、一般的なレーダ装置が採用する送受共用アンテナであっても、開示した技術は同様に成り立つ。

【0049】

また、実施形態では、送信系統３０ごとに前段増幅器２３、中段増幅器２５、および後段増幅器２７の３つの増幅器を備える形態について説明したが、増幅器の数は３個に限定されるものではなく２個、あるいは４個以上であってよい。３合成回路３４の合成数は増幅器の数に応じた数とすればよい。

【0050】

以上、実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0051】

１…素子アンテナ、２…サブアレイ送信器、３…信号分配器、４…信号合成器、５…サブアレイ受信器、６…送信処理部、７…受信処理部、８…演算処理部、９…電源、２１…Ｋ分配器、２２…移相器、２３…前段増幅器、２４，２６，２８…カプラ、２５…中段増幅器、２７…後段増幅器、２８…カプラ、２９…ローパスフィルタ、３０…送信系統、３１，３２，３３…Ｋ合成回路、３４…合成回路、３５…電源回路、３６…移相分配回路、６１…送信移相制御回路、６２…送信タイミング制御回路、６３…送信信号生成回路、６４…源信号メモリ、６５…プリディストーション係数メモリ、６６，６７，６８…乗算器、６９…Ｄ／Ａ変換器、７０…アップコンバータ、７１…受信移相制御回路、７２…受信タイミング制御回路、７３…受信回路、７４…Ａ／Ｄ変換器、７５…Ｉ／Ｑ検波回路、７６…データ転送回路、８１…ビーム形成処理部、８２…パルス圧縮処理部、８３…ＭＴＩ処理部、８４…積分処理部、８５…検出処理部、８６…レポート作成処理部、８７…スケジュール生成処理部、８８…空中線制御処理部、８９…デジタルプリディストーション処理部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】