特開 2024-33917 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】P2024033917

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】受信機

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/28 20060101AFI20240306BHJP

   G01S 7/292 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

G01S13/28

G01S7/292 200

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022137839

(22)【出願日】2022-08-31

(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】林 大介

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 凌雅

(72)【発明者】

【氏名】西原 幸伸

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 伸二

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB08

5J070AC02

5J070AH33

5J070AK08

(57)【要約】

【課題】大レベル信号にパルス圧縮を施すことによって検出できなくなってしまう小レベル信号を検出可能にする。
【解決手段】本発明の受信機は、周波数変調されたパルス波を受信する。本発明の受信機は、ＩＱ変換部、振幅抑圧部、パルス圧縮部を備える。ＩＱ変換部は、ベースバンドの受信信号を出力する。振幅抑圧部は、検波器、減衰量算出器、遅延器、抑圧器を有する。検波器は、受信信号の振幅を検出する。減衰量算出器は、受信信号の所定の振幅より大きい部分を、所定の振幅に減衰させるための減衰量を算出する。遅延器は、検波器と減衰量算出器の処理が完了するまで受信信号を遅延させる。抑圧器は、遅延器が遅延させた受信信号を、減衰量に基づいて減衰させ、抑圧信号を出力する。パルス圧縮部は、抑圧信号に対して周波数変調に対応したパルス圧縮を行い、圧縮受信信号を得る。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

周波数変調されたパルス波を受信する受信機であって、
受信したパルス波をベースバンドＩＱ信号に変換することで、ベースバンドの受信信号を出力するＩＱ変換部と、
検波器、減衰量算出器、遅延器、抑圧器を有し、前記受信信号を入力とし、抑圧信号を出力する振幅抑圧部と、
前記抑圧信号に対して前記周波数変調に対応したパルス圧縮を行い、圧縮受信信号を得るパルス圧縮部と
を備え、
前記検波器は、前記受信信号の振幅を検出し、
前記減衰量算出器は、前記受信信号の所定の振幅より大きい部分を、前記所定の振幅に減衰させるための減衰量を算出し、
前記遅延器は、前記検波器と前記減衰量算出器の処理が完了するまで前記受信信号を遅延させ、
前記抑圧器は、前記遅延器が遅延させた受信信号を、前記減衰量に基づいて減衰させ、前記抑圧信号を出力する
ことを特徴とする受信機。

【請求項2】

請求項１記載の受信機であって、
前記圧縮受信信号の振幅と前記減衰量に応じて、前記圧縮受信信号の振幅を大きくする振幅復元部も
備える受信機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ソナー、レーダーなどの測距装置における受信機に関する。

【背景技術】

【0002】

ソナーやレーダーなど、周辺環境把握のために音波や電波等を用いて周辺反射物までの距離を計測する測距装置では、距離分解能の向上や最大探知距離の延伸のためにパルス圧縮処理が用いられる。基本的なものとして、送信信号に線形周波数変調のパルス波を用い、受信側で送信信号と受信信号の相互相関関数を計算する方式がある。しかし、この方式では対象物体からの反射信号の前後の時間（距離）に大きな信号レベルの不要波（サイドローブ）が発生し、対象物体周辺の小型物体の識別に影響を及ぼすという問題がある。この解決方法としては特許文献１～３、非特許文献１などの技術が従来技術として知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－８５１６７号公報

【特許文献2】特開２００８－１７５５５２号公報

【特許文献3】特開２０１１－２４７６１５号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】J. E. Cilliers, J. C. Smit: Pulse Compression Sidelobe Reduction by Minimization of Lp-Norms, IEEE Trans. AERO, Vol. 43, No. 3, pp. 1238-1247, July 2007．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来技術はハードウェアの不完全性などにより改善効果には限界があり、受信信号レベルが大きい場合、サイドローブは受信機のノイズフロアを超えるレベルとなる。この影響は大レベル信号に近接した小レベル信号の検出を不可能とし、特に送信信号の漏洩が影響する近距離の測定において顕著となる。

【0006】

図１，２を用いて具体的に説明する。図１は受信信号とノイズフロアとの関係を示す図である。図１（Ａ）は受信信号のレベルが小さい場合を示しており、図１（Ｂ）は受信信号のレベルが大きい場合を示している。サイドローブ抑圧比Ｘは、どちらも同じとしている。受信信号のレベルが小さい場合、図１（Ａ）に示しているように、パルス圧縮後のピーク信号だけがノイズフロアのレベルよりも高いレベルに現れる。しかし、受信信号のレベルが大きい場合、図１（Ｂ）に示しているように、圧縮する前のパルス幅に依存したサイドローブがノイズフロアのレベルよりも高いレベルに現れてしまう。

【0007】

この影響が最も顕著になる事例として、図２に、送信漏洩信号付近に存在する小レベル信号の受信信号の例を示す。図２の横軸は時間（μ秒）であり、縦軸は受信信号の大きさ（ｄＢ）を示している。図２（Ａ）はパルス圧縮前の受信信号であり、－１０００～０μ秒に存在する０ｄＢの送信漏洩信号に対して、０～４００μ秒の位置に－８０ｄＢの信号が存在している。この例では、送信信号はパルス幅１０００μ秒（１ｍ秒）であり、往復の距離が４００μ秒の位置に小さい物体が存在している。近接小レベル信号も幅１０００μ秒（１ｍ秒）のはずだが、６００μ秒分の近接小レベル信号は、送信漏洩信号と重なっている。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の受信信号をパルス圧縮した結果である。－１０ｄＢ付近に存在するサイドローブの影響で、近接小レベル信号が検出できていないことが分かる。

【0008】

対象物体周辺の小型物体の識別においても、対象物体で反射されたパルス波と周辺の小型物体で反射されたパルス波は重なって受信される。そのため、図２の例と同様に、受信されたパルス波をベースバンドの受信信号に変換してパルス圧縮すると、対象物体で反射されたパルス波の受信信号のサイドローブで、周辺の小型物体で反射されたパルス波の受信信号を検出できなくなることがある。そこで、本発明は、大レベル信号にパルス圧縮を施すことによって検出できなくなってしまう小レベル信号を検出可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の受信機は、周波数変調されたパルス波を受信する。本発明の受信機は、ＩＱ変換部、振幅抑圧部、パルス圧縮部を備える。ＩＱ変換部は、受信したパルス波をベースバンドＩＱ信号に変換することで、ベースバンドの受信信号を出力する。振幅抑圧部は、検波器、減衰量算出器、遅延器、抑圧器を有し、受信信号を入力とし、抑圧信号を出力する。検波器は、受信信号の振幅を検出する。減衰量算出器は、受信信号の所定の振幅より大きい部分を、所定の振幅に減衰させるための減衰量を算出する。遅延器は、検波器と減衰量算出器の処理が完了するまで受信信号を遅延させる。抑圧器は、遅延器が遅延させた受信信号を、減衰量に基づいて減衰させ、抑圧信号を出力する。パルス圧縮部は、抑圧信号に対して周波数変調に対応したパルス圧縮を行い、圧縮受信信号を得る。

【発明の効果】

【0010】

本発明の受信機によれば、受信信号は周波数変調されているので、抑圧信号は周波数変調されている。そして、抑圧信号に対して周波数変調に対応したパルス圧縮を行うことで、大レベル信号にパルス圧縮を施すことで生じるサイドローブをノイズフロア以下にすることができる。また、近傍に存在する小レベル信号の減衰量は小さいので、周波数変調に対応したパルス圧縮を行うことで、小レベル信号を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】受信信号とノイズフロアとの関係を示す図。

【図2】送信漏洩信号付近に存在する小レベル信号の受信信号の例を示す図。

【図3】受信機の構成例を示す図。

【図4】検波器１２０が検出した受信信号の振幅の例を示す図。

【図5】減衰量算出器１３０での減衰量を求める処理を説明するための図。

【図6】受信信号に対して減衰量に基づいて減衰させた抑圧信号の例を示す図。

【図7】図６の抑圧信号から得た圧縮受信信号の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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0013】

図３に本発明の受信機の構成例を示す。受信機２００は、周波数変調されたパルス波を受信する。受信機２００は、ＩＱ変換部２１０、振幅抑圧部１００、パルス圧縮部２６０を備える。なお、図３に示すように受信機２００は振幅復元部２７０も備えてもよい。パルス波は、トランスデューサーなどのセンサーで検出され、電気信号に変換された信号を想定する。ＩＱ変換部２１０は、受信したパルス波をベースバンドＩＱ信号に変換することで、ベースバンドの受信信号を出力する。周波数変調（ＦＭ：Frequency Modulation）とは、パルス波を送信する間に周波数を変更する変調方式である。例えば、２０ｋＨｚの幅（掃引周波数幅）で周波数を変更しながらパルス幅が１０００μ秒（１ｍ秒）になるようにパルスを生成するような変調方式である。

【0014】

振幅抑圧部１００は、検波器１２０、減衰量算出器１３０、遅延器１４０、抑圧器１５０を有し、受信信号を入力とし、抑圧信号を出力する。検波器１２０は、受信信号の振幅を検出する。より具体的には、検波器１２０は、ベースバンドＩＱ信号である受信信号を検波し、受信信号のレベルに応じた検波信号を出力することで、受信信号の振幅を検出すればよい。上述のように、対象物体周辺の小型物体の識別と同じように大レベル信号にパルス圧縮を施すことによって検出できなくなってしまう小レベル信号の例として、送信漏洩信号付近に存在する小レベル信号がある。また、送信漏洩信号が非常に大きいので、送信漏洩信号付近に存在する小レベル信号を検出する方が難しい。そこで、以降の説明では、送信漏洩信号付近に存在する小レベル信号を例示して説明する。図４は、検波器１２０が検出した受信信号の振幅の例を示している。図４の横軸は時間（μ秒）であり、縦軸は受信信号の大きさ（ｄＢ）を示している。図４では、－１０００～０μ秒に存在する０ｄＢの送信漏洩信号に対して、０～４００μ秒の位置に－８０ｄＢの信号が存在している。０μ秒に送信された信号が反射した信号が４００μ秒の位置の近接小レベル信号である。図４の例では、－９０ｄＢを「所定の振幅」としている。「所定の振幅」には、パルス圧縮後のサイドローブがノイズレベルを超えないような小さな振幅をあらかじめ定めればよい。なお、図４～図７は、シミュレーション結果を示す図である。

【0015】

減衰量算出器１３０は、受信信号の所定の振幅より大きい部分を、所定の振幅に減衰させるための減衰量を算出する。つまり、図４の場合であれば、減衰量算出器１３０は、４００μ秒までの振幅を、所定の振幅に減衰させる減衰量を求める。図５は、減衰量算出器１３０での減衰量を求める処理を説明するための図である。図５の横軸は時間（μ秒）であり、縦軸は減衰量（ｄＢ）を示している。減衰量算出器１３０は、図５に示すように、所定の振幅に相当する振幅に対する減衰量が０ｄＢとなるように、検波信号を反転させればよい。その上で、減衰量算出器１３０は、０ｄＢよりも大きい信号部分である減衰量ゼロ領域の減衰量を０ｄＢとすればよい。

【0016】

遅延器１４０は、検波器１２０と減衰量算出器１３０の処理が完了するまで受信信号を遅延させる。抑圧器１５０は、遅延器１４０が遅延させた受信信号を、減衰量算出器１３０が算出した減衰量に基づいて減衰させ、抑圧信号を出力する。図６は、受信信号に対して減衰量に基づいて減衰させた抑圧信号の例を示している。図６の横軸は時間（μ秒）であり、縦軸は抑圧信号の大きさ（ｄＢ）を示している。抑圧器１５０は、４００μ秒までの振幅を、所定の振幅に減衰させていることが分かる。

【0017】

パルス圧縮部２６０は、抑圧信号に対して周波数変調に対応したパルス圧縮を行い、圧縮受信信号を得る。図７は、図６の抑圧信号から得た圧縮受信信号の例を示している。図７の横軸は時間（μ秒）であり、縦軸は圧縮受信信号の大きさ（ｄＢ）を示している。図７の例では、送信漏洩信号と近接小レベル信号の両方が検出できていることが分かる。「周波数変調に対応したパルス圧縮」としては、例えば非特許文献１に示された技術などがある。パルス圧縮部２６０には、非特許文献１などの既存の周波数変調に対応したパルス圧縮技術を用いればよい。２つのパルスがわずかな時間差で重なっていたとしても、周波数が異なるので、２つのパルスを個別に圧縮できる。

【0018】

本発明の受信機によれば、受信信号は周波数変調されているので、抑圧信号は周波数変調されている。そして、抑圧信号に対して周波数変調に対応したパルス圧縮を行うことで、大レベル信号にパルス圧縮を施すことで生じるサイドローブをノイズフロア以下にすることができる。また、近傍に存在する小レベル信号の減衰量は小さいので、周波数変調に対応したパルス圧縮を行うことで、小レベル信号を検出できる。この効果は、パルス圧縮技術は、受信信号のＳＮＲ（信号対雑音電力比）が非常に悪い状態でも圧縮が可能であること、および近接した信号でもわずかな時間差があればサイドローブさえ生じなければ圧縮が可能なことを利用することで得ている。

【0019】

「所定の振幅」を超える大きさであった送信漏洩信号のレベルが減衰されているが、これはパルス圧縮後の信号に閾値を設定して、その値を超える信号に対しては圧縮前の信号レベルを適用するなどの処理を施せば、元の受信信号のレベルに近い表現が可能である。そこで、受信機２００は、圧縮受信信号の振幅と減衰量に応じて、圧縮受信信号の振幅を大きくする振幅復元部２７０も備えてもよい。例えば、あらかじめ閾値を設定しておき、閾値を超える部分の圧縮受信信号の振幅を、減衰量に応じて大きくすればよい。図７であれば、圧縮後の送信漏洩信号と近接小レベル信号とが設定された閾値を超えている場合に、超えている範囲だけを減衰量に応じて振幅を大きくすればよい。

【符号の説明】

【0020】

１００ 振幅抑圧部 １２０ 検波器
１３０ 減衰量算出器 １４０ 遅延器
１５０ 抑圧器 ２００ 受信機
２１０ ＩＱ変換部 ２６０ パルス圧縮部
２７０ 振幅復元部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】