JP5883285B2 - レーダ受信機及びレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置において、アンテナで受信された信号を検波するための受信機の構成に関する。

レーダ装置は、マグネトロンから出力されるマイクロ波信号をアンテナから送信するとともに、ターゲット等によって反射した信号をアンテナで受信して、当該ターゲットの位置等を検出するように構成されている。ここで、アンテナに近い位置で反射した信号の強度は極めて強く、アンテナから遠い位置で反射した信号の強度は極めて微弱である。従って、アンテナ近傍を含む広い範囲のターゲットをレーダ装置で検出できるようにするためには、受信した信号を検波する受信機のダイナミックレンジが極めて広いことが要求される。

ところが、信号を増幅するための増幅器等のダイナミックレンジには限界があり、制限を超えた信号が入力されると出力が飽和してしまう。このため、信号を検波するためのラインを一系統しか有さない従来の受信機では、ダイナミックレンジを広げるにも限界があった。

この問題を解決するため、特許文献１は、受信した信号の強度を殆ど減衰させない主ラインと、減衰させる副ラインと、に分岐させたうえで、それぞれのラインで検波した後、両ラインの信号を合成する構成を開示している。特許文献１は、このように信号を分配することで、受信信号のレベルに応じた信号処理が可能になり、広ダイナミックレンジを実現できるとしている。また、特許文献２も同様の構成を開示している。

なお、このようなレーダ受信機においては、過大な信号が受信系に流れ込んで、当該受信系の増幅器等が破壊されてしまうおそれがある。このように過大な信号が受信系に流れ込む原因としては、大レベルの反射信号がレーダアンテナで受信された場合が考えられる。また、マグネトロンから出力される強力なマイクロ波信号がサーキュレータから受信系に直接漏洩したり、当該マイクロ波信号がレーダアンテナと導波管の間の不整合箇所で反射して受信系に流入したりする場合もある。

そこで、このような過大な信号によって受信系が破壊されてしまうことを防ぐために、受信系の前段にリミッタが設けられる場合がある。このリミッタは、例えば図２に示すように、所定のスレッショルドＴｈを超える信号レベルの入力信号を抑圧して出力するものである。過大な入力信号をリミッタによって抑圧することができるので、過大な信号によって受信系が破壊されてしまうことを防止できる。

特開２０００−１３７０７１号公報 特開２００８−２１５９５２号公報

上記のようなレーダ受信機において、受信系は、リミッタを通過した信号を検波することになる。従来のレーダ受信機はダイナミックレンジが狭かったため、リミッタが動作するような大レベルの信号は、受信機が飽和してしまうためリニアな検波ができなかった。しかし、特許文献１や特許文献２の構成を採用することにより、受信系のダイナミックレンジを飛躍的に拡大して、リミッタが動作するような大レベルの信号もリニアに検波することができるようになってきている。ところが、大レベルの信号が入力されてリミッタが動作すると、当該信号は抑圧され歪んでしまうことになる。

つまり、特許文献１や特許文献２の構成を採用したレーダ受信機の受信系は、大レベルの信号をリニアに検波できる性能を有しているにもかかわらず、このような大レベルの信号は、受信系に入力される前の段階でリミッタによって歪んでしまうために、結局はリニアな検波結果を得ることができない。このように、リミッタによって信号が歪んでしまうために、受信系の広いダイナミックレンジを十分に活かすことができていなかった。

そこで、受信系のダイナミックレンジの拡大に伴って、リミッタのスレッショルドも高めに設定することが考えられる。これにより、大レベルの信号も歪みにくくなる。ところが、リミッタのスレッショルドを引き上げてしまうと、マグネトロン等からの強力なマイクロ波信号をリミッタで十分に抑えることができなくなり、受信系に大きな電力が入って破壊の原因となる。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、リミッタの信号抑圧量、漏洩電力の設定を変更せずに、レーダ受信機全体の飽和レベルを上げることにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のレーダ受信機が提供される。即ち、このレーダ受信機は、リミッタと、第１検波部と、リミッタ超過補正部と、信号加算部と、を備える。前記リミッタは、所定の信号レベル未満の入力信号はそのまま出力信号として出力するとともに、前記所定の信号レベル以上の入力信号は抑圧した出力信号を出力する。前記第１検波部は、前記リミッタの出力信号を検波して第１検波信号を出力する。前記リミッタ超過補正部は、所定の信号レベル以上の入力信号が前記リミッタに入力された場合、当該抑圧された前記出力信号に基づく前記第１検波信号から、前記リミッタに前記所定のレベルの入力信号が入力されたときの出力信号に基づく前記第１検波信号を減算することで得られる差分信号を増幅した補正信号を出力する。前記信号加算部は、前記第１検波部の検波結果と前記補正信号とを加算する。

即ち、スレッショルド（所定の信号レベル）を超える信号がリミッタに入力された場合、当該リミッタの出力信号のうち、前記スレッショルドを超えている部分は抑圧されてしまう。そこで上記のように、第１検波信号のうち、入力信号の信号レベルがスレッショルドを超えている部分である差分信号を取り出し、これを増幅した補正信号を前記第１検波部の検波結果に加算してやることにより、当該検波結果のリニアリティをある程度改善することができる。これにより、リミッタのスレッショルド等の設定を変えることなく、レーダ受信機のダイナミックレンジを拡大することができる。

上記のレーダ受信機においては、前記抑圧による前記第１検波信号の信号レベルの低下分と、前記補正信号の信号レベルと、が略一致するように、前記リミッタ超過補正部における前記増幅率が設定されていることが好ましい。

これにより、リミッタの抑圧によって信号レベルが低下してしまった第１検波信号を、補正信号によって適切に補正することができる。

上記のレーダ受信機は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、このレーダ受信機は、前記リミッタの出力信号を減衰して前記第１検波部に出力する減衰器と、前記リミッタの出力信号を検波して第２検波信号を出力する第２検波部を更に備える。前記第１検波部は減衰された前記リミッタの出力信号を検波した第１検波信号を出力する。

このように、信号を減衰させずに検波する第２検波部と、信号を減衰させて検波する第１検波部と、を別々に設けることにより、一系統の検波部で検波していた従来の受信機に比べてダイナミックレンジを拡大することができる。

前記のレーダ受信機においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記第２検波部に入力される前記リミッタの出力信号の信号レベルが第１信号レベル以上の場合、前記第２検波部は一定の信号レベルの前記第２検波信号を出力する。信号レベルが第１信号レベルの前記リミッタの出力信号が前記第１検波部に入力された場合の前記第１検波信号の信号レベルを第２信号レベルとする。レーダ受信機は、減衰された前記第１検波信号から、信号レベルが前記第２信号レベル以上の部分を取り出すことで得られる処理済第１検波信号を前記第１検波部の検波結果として出力する波形処理部を更に備える。前記信号加算部は、前記第１検波部の検波結果と前記補正信号に更に前記第２検波信号を加算する。

このように、上記の第１検波部の検波結果と、第２検波信号と、補正信号と、を加算することにより、ダイナミックレンジが広く、しかもリミッタによる歪みを補正した検波結果を得ることができる。

本発明の更に別の観点によれば、上記のレーダ受信機と、受信した高周波信号を前記レーダ受信機に出力するレーダアンテナと、前記レーダアンテナに対して高周波信号を印加する発振器と、を備えるレーダ装置が提供される。

このレーダ装置は、発振器からの強信号によってレーダ受信機の各構成が破壊されてしまうことをリミッタによって防止しつつ、当該リミッタによる検波信号の歪みを補正することができる。

本発明の一実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。 リミッタの入力信号と出力信号の関係を示すグラフ。 入力信号と、第２検波部が出力する第２検波信号と、の関係を示すグラフ。 入力信号と、第１検波部が出力する第１検波信号と、の関係を示すグラフ。 波形処理部における処理を模式的に示すグラフ。 処理済第１検波信号と、第２検波信号と、を加算した検波信号のグラフ。 リミッタ超過補正部における処理を模式的に示すグラフ。 リミッタによる歪みを補正した補正後検波信号のグラフ。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施形態のレーダ装置１は船舶に搭載される舶用レーダ装置であり、図１に示すように、レーダアンテナ２と、レーダ受信機３と、表示装置４と、発振器５と、を備えている。

レーダアンテナ２は、サーキュレータ６を介して、発振器５及びレーダ受信機３に接続されている。周知のように、レーダアンテナ２は、水平面内を所定の回転周期で３６０°回転駆動されるように構成されている。

発振器（具体的にはマグネトロン）５は、高周波のパルス信号を、所定の周期でレーダアンテナ２に印加するように構成されている。これにより、回転するレーダアンテナ２から所定の周期で高周波信号が送信される。レーダアンテナ２から送信された高周波信号は、周囲の物標等で反射して、レーダアンテナ２に受信される。受信された高周波信号は、受信機３に入力される。

レーダ受信機３は、リミッタ１０と、周波数変換部１１，１２と、検波部１３，１４と、を備えている。

レーダアンテナ２からレーダ受信機３に入力された高周波信号は、まずリミッタ１０に通される。リミッタ１０は、大レベルの信号がレーダアンテナ２に受信された場合や、発振器５が出力する強力な高周波信号が受信機３に流入した場合などに、当該受信機３の各構成を過大な信号から保護するために設けられている。このリミッタ１０への入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベル［ｄＢｍ］と、当該リミッタ１０からの出力信号Ｌｉｍ_outの信号レベル［ｄＢｍ］と、の関係を、図２に例示する。

図２に示すように、リミッタ１０は、所定の信号レベル（スレッショルドＴｈ）未満の信号レベルの入力信号Ｌｉｍ_inは、そのまま出力する。すなわち、Ｌｉｍ_in＜Ｔｈのとき、Ｌｉｍ_out［ｄＢｍ］＝Ｌｉｍ_in［ｄＢｍ］である。この場合、リミッタ１０は動作していないと言える。

一方、リミッタ１０に対する入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈを超えると、当該リミッタ１０が動作して信号の抑圧（圧縮）が始まる。すなわち、Ｔｈ≦Ｌｉｍ_inのときΔＬｉｍ_out［ｄＢ］＝（１／Ｘ）ΔＬｉｍ_in［ｄＢ］となる。なお、ΔＬｉｍ_outは、スレッショルドＴｈからのＬｉｍ_outの増加量、ΔＬｉｍ_inは、スレッショルドＴｈからのＬｉｍ_inの増加量である。また、Ｘはリミッタ１０の抑圧率であり、１以上の値をとる。このリミッタ１０により、レーダ受信機３に過大な信号が入力されたときに、当該信号の信号レベルを抑圧して出力することができるので、当該リミッタ１０よりも後段の構成を、過大な信号から保護することができる。

上記のようにしてリミッタ１０を通過した高周波信号は、周波数変換部１１，１２において中間周波数に変換され、検波部１３，１４で検波される。高周波信号の検波結果は、表示装置４に出力される。

表示装置４は、信号処理部１５と、カラー液晶ディスプレイ１６と、を備えている。信号処理部１５は、レーダ受信機３からの信号にフィルタリング・閾値処理の適宜の処理を施して、レーダ映像を生成するように構成されている。液晶ディスプレイ１６は、信号処理部１５が生成したレーダ映像を表示するように構成されている。

続いて、レーダ受信機３の構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態のレーダ受信機３は、２系統の検波部（第１検波部１４及び第２検波部１３）を備えている。そして、第１検波部１４及び第２検波部１３で別々に検波を行ったのち、両者の検波結果を信号加算部１７において加算して出力するように構成されている。この構成は例えば特許文献１及び特許文献２に記載されているが、以下に詳しく説明する。

本実施形態のレーダ受信機３は、リミッタ１０の出力信号Ｌｉｍ_outを２つのラインに分岐させる信号分岐部１８を有している。ここで、信号分岐部１８で分岐した２つのラインのうち、第１検波部１４が配置されているライン（図１の下側のライン）を第１ライン、第２検波部１３が配置されているライン（図１の上側のライン）を第２ラインと呼ぶ。

まず、第２検波部１３が配置された第２ラインについて説明する。当該第２ラインにおいて、リミッタ１０からの出力信号Ｌｉｍ_outは、低雑音増幅器１９によって増幅された後、第２周波数変換部１１に入力される。

第２周波数変換部１１は、ミキサ２１と、ローパスフィルタ２２を備えている。低雑音増幅器１９で増幅された出力信号Ｌｉｍ_outは、ミキサ２１において、局部発振器２０が出力する局部発振器信号とミキシングされた後、ローパスフィルタ２２によってイメージ周波数信号が除去されることにより、中間周波数信号にダウンコンバートされる。この中間周波数信号は、第２検波部１３に入力される。なお、ローパスフィルタ２２は省略しても良い。

第２検波部１３は、第２増幅器２３と、第２対数検波器２４と、を備えている。第２周波数変換部１１からの中間周波数信号は、第２増幅器２３で適宜増幅された後、第２対数検波器２４に入力される。第２対数検波器２４は、入力された信号を対数検波して、第２検波信号Ｄｅｔ２を出力する。入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベル［ｄＢｍ］と、第２検波信号Ｄｅｔ２［Ｖ］との関係を、図３に示す

第２検波部１３は、低雑音増幅器１９によって増幅された信号を検波しているので、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが極めて微弱な場合であっても、精度の良い検波が可能である。

一方、図３からわかるように、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがＡｍｐ_sat以上のときには、第２検波信号Ｄｅｔ２が一定となってしまう。これは、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがＡｍｐ_sat以上になると、第２増幅器２３の出力が飽和してしまうためである。そこで、第２検波部１３によってリニアに検波できる入力信号Ｌｉｍ_inの上限Ａｍｐ_satを、当該第２検波部１３の飽和入力レベル（第１信号レベル）と呼ぶ。このように、第２検波部１３で入力信号Ｌｉｍ_inをリニアに検波できるのは、当該入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが飽和入力レベルＡｍｐ_sat未満の場合に限られる。

以上で説明したように、第２検波部１３は、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが小さい場合に、精度の良い検波が行えるように構成されている。

なお、リミッタ１０のスレッショルドＴｈは、第２検波部１３の飽和入力レベルＡｍｐ_satよりは高くなるように設定されている。従って、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈを超えて、リミッタ１０において信号が歪んでしまったとしても、このような大レベルの信号は第２検波部１３では飽和してしまうために、前記歪んだ信号が第２検波部１３の出力に影響を与えることはない。

続いて、第１検波部１４が配置された第１ラインについて説明する。当該第１ラインにおいて、リミッタ１０からの出力信号Ｌｉｍ_outは、減衰器２５によって減衰された後、第１周波数変換部１２に入力される。

第１周波数変換部１２は、ミキサ２６と、ローパスフィルタ２７と、を備えている。減衰器２５からの出力信号は、ミキサ２６において、局部発振器２０が出力する局部発振器信号とミキシングされた後、ローパスフィルタ２７によってイメージ周波数信号が除去されることにより、中間周波数信号にダウンコンバートされる。この中間周波数信号は、第１検波部１４に入力される。なお、ローパスフィルタ２７は省略しても良い。

第１検波部１４は、第１増幅器２８と、第１対数検波器２９と、を備えている。第１周波数変換部１２からの中間周波数信号は、第１増幅器２８で適宜増幅された後、第１対数検波器２９に入力される。第１対数検波器２９は、入力された信号を対数検波して、第１検波信号Ｄｅｔ１を出力する。入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベル［ｄＢｍ］と、第１検波信号Ｄｅｔ１［Ｖ］との関係を、図４に示す。

前述のように、第１検波部１４は、入力信号Ｌｉｍ_inを減衰器２５によって予め減衰させたうえで検波を行っている。これにより、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが極めて大きい場合であっても、第１増幅器２８の出力が飽和することはない。従って、第１検波部１４は、第２検波部１３では飽和してしまうような大レベルの信号でもリニアな検波が可能になっている。

一方、図４からわかるように、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが小さいときには、第１検波信号Ｄｅｔ１が一定、又はほぼゼロとなってしまう。これは、第１ラインでは入力信号Ｌｉｍ_inを減衰器２５によって減衰させているので、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが微弱なときには第１検波部１４で検波できないためである。このように、第１検波部１４で入力信号Ｌｉｍ_inをリニアに検波できるのは、当該入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが或る程度大きい場合に限られる。

以上で説明したように、第１検波部１４は、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが大きい場合にリニアな検波が行えるように構成されている。

そして、本実施形態のレーダ受信機３は、第１ラインでの検波結果と、第２ラインでの検波結果とを加算する信号加算部１７を備えている。即ち、第１ラインでは大レベルの信号をリニアに検波可能であり、第２ラインでは微弱な信号を精度良く検出可能であるから、両者の検出結果を合成することにより、微弱な信号から大レベルの信号までを広いダイナミックレンジで精度良く検波した結果を得ることができるのである。

ただし、第１検波信号Ｄｅｔ１と第２検波信号Ｄｅｔ２をそのまま加算しても、適切な検波結果を得ることはできない。そこで、本実施形態のレーダ受信機３は、第１検波信号Ｄｅｔ１と第２検波信号Ｄｅｔ２を適切に加算できるようにするため、第２検波部１３の飽和入力レベルＡｍｐ_satに応じて第１検波信号Ｄｅｔ１に波形処理を行う波形処理部３０を備えている。

波形処理部３０は、オペアンプによる減算回路と半波整流回路とを組み合わせて構成されている。

まず、減算回路としての波形処理部３０は、第１検波信号Ｄｅｔ１（図５（ａ））から、所定の信号レベルＶ_ref1 （第２信号レベル）を減算する（図５（ｂ））。この信号レベルＶ_ref1は、Ｌｉｍ_in＝Ａｍｐ_satのときに第１検波部１４が出力する第１検波信号Ｄｅｔ１の信号レベルに設定されている。なお、第２増幅器２３には個体差があるので、飽和入力レベルＡｍｐ_satは、レーダ受信機ごとに異なる。そこで本実施形態の波形処理部３０は、当該波形処理部３０において第１検波信号Ｄｅｔ１から減算されるＶ_ref1の値を調整するための可変抵抗を備えている。これにより、個体差に応じた調整が可能となっている。

続いて、半波整流回路としての波形処理部３０は、上記のように−Ｖ_ref1だけオフセットさせた第１検波信号Ｄｅｔ１のうち、符号が正の部分の信号のみを取り出す（図５（ｃ））。これにより、第１検波部１４が出力した第１検波信号Ｄｅｔ１のうち、「入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが飽和入力レベルＡｍｐ_sat以上の部分」のみを取り出すことができる。このようにして取り出した信号を、処理済第１検波信号Ｄｅｔ１´とする。波形処理部３０は、処理済第１検波信号Ｄｅｔ１´を、信号加算部１７に出力する。

即ち、第２検波信号Ｄｅｔ２は、「入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが飽和入力レベルＡｍｐ_sat未満の部分」のみを検波した信号であるから、「入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルが飽和入力レベルＡｍｐ_sat以上の部分」のみを取り出した第１検波信号Ｄｅｔ１´を加算することにより、両者を適切に合成することができる。ここで、処理済第１検波信号Ｄｅｔ１´と、第２検波信号Ｄｅｔ２と、を加算した信号を、検波信号Ｄｅｔとする。この検波信号Ｄｅｔ［Ｖ］と、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベル［ｄＢｍ］と、の関係を図６に示す。

このように、第１検波部１４の検出結果と、第２検波部１３の検波結果と、を合成することにより、第１検波部１４のみ、又は第２検波部１３のみの場合にくらべて、広いダイナミックレンジの検波信号Ｄｅｔを得ることができる。

しかし、図６からわかるように、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈを超えると、検波信号Ｄｅｔのグラフの傾きが変化している。即ち、入力信号Ｌｉｍ_inがスレッショルドＴｈを超えてしまうと、当該入力信号Ｌｉｍ_inに対する検波信号Ｄｅｔのリニアリティが損なわれてしまう。これは、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈを超えた場合、リミッタ１０において信号が抑圧されてしまうためである。

ここで、検波信号Ｄｅｔの理想的なリニアリティを回復するためには、図６のグラフにおいてＴｈ≦Ｌｉｍ_inの部分（グラフの傾きが変化している部分）の検波信号Ｄｅｔに対して、補正値Δを加算してやれば良い。この補正値Δは、差分信号ΔＤｅｔ１を、所定の増幅率で増幅することで求めることができる。ここで、差分信号ΔＤｅｔ１は、入力信号Ｌｉｍ_inがスレッショルドＴｈを超えているときの第１検波信号Ｄｅｔ１と、所定の信号レベルＶ_ref2と、の差分を取ったものである。この所定の信号レベルＶ_ref2は、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈのときに第１検波部１４が出力する検波信号の信号レベルに設定される（図４参照）。つまり、差分信号ΔＤｅｔ１は、第１検波信号Ｄｅｔ１のうち、入力信号Ｌｉｍ_inがスレッショルドＴｈを超えてしまったためにリニアリティが損なわれている部分を示している。

以上の点をふまえ、本実施形態のレーダ受信機３は、リミッタ１０による信号の歪みを補正するためのリミッタ超過補正部３１を備えている。また、レーダ受信機３は、第１検波部１４の出力を２分岐させる第２信号分岐部３２を備えている。第２信号分岐部が分岐させた２つのラインのうち、一方には前記波形処理部３０を配置し、他方にはリミッタ超過補正部３１を配置する。

リミッタ超過補正部３１は、オペアンプによる減算回路と半波整流回路とを組み合わせて構成されている。

まず、減算回路としてのリミッタ超過補正部３１は、第１検波部１４が出力する第１検波信号Ｄｅｔ１（図７（ａ））から、所定の信号レベルＶ_ref2を減算する（図７（ｂ））。この信号レベルＶ_ref2は、Ｌｉｍ_in＝Ｔｈのときに第１検波部１４が出力する第１検波信号Ｄｅｔ１の信号レベルに設定されている。なお、リミッタ１０には個体差があるので、スレッショルドＴｈは、レーダ受信機ごとに異なる。そこで本実施形態のリミッタ超過補正部３１は、当該リミッタ超過補正部３１において第１検波信号Ｄｅｔ１から減算されるＶ_ref2の値を調整するための可変抵抗を備えている。これにより、個体差に応じた調整が可能となっている。

半波整流回路としてのリミッタ超過補正部３１は、上記のように−Ｖ_ref2だけオフセットさせた第１検波信号Ｄｅｔ１のうち、符号が正の部分の信号のみを取り出す（図７（ｃ））。これにより、「リミッタ１０によって入力信号Ｌｉｍ_inが抑圧されているときの第１検波信号Ｄｅｔ１と、スレッショルドＴｈに対応した検波信号の信号レベルＶ_ref2と、の差分信号ΔＤｅｔ１」を取り出すことができる。

更に、リミッタ超過補正部３１は、上記のようにして取り出した差分信号ΔＤｅｔ１を、所定の増幅率Ｂで増幅して、補正信号Δを生成する（図５（ｄ））。

この増幅率Ｂは任意の値でも良いが、増幅によって得られる補正信号Δの信号レベルが、リミッタ１０の抑圧による第１検波信号Ｄｅｔ１の信号レベルの低下分（リミッタ抑圧成分）に一致するように設定されていれば好適である。

このような増幅率Ｂは、例えば、リミッタ１０の抑圧率から１を引いた値とすることができる。即ち、前述のように、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがリミッタ１０のスレッショルドＴｈ未満の場合は、リミッタ１０の入力信号Ｌｉｍ_inと出力信号Ｌｉｍ_outは１：１の関係であり、Ｌｉｍ_out［ｄＢｍ］＝Ｌｉｍ_in［ｄＢｍ］である。しかし、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈを超えると、リミッタ１０が動作してリミッタ１０の入出力関係が崩れ、ΔＬｉｍ_out［ｄＢ］＝（１／Ｘ）ΔＬｉｍ_in［ｄＢ］となる（Ｘはリミッタの抑圧率）。

第１検波部１４は対数検波を行うので、リミッタ１０が動作していないとき（入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈ未満の場合）は、
Ｄｅｔ１［Ｖ］＝Ａ×Ｌｉｍ_out［ｄＢｍ］＝Ａ×Ｌｉｍ_in［ｄＢｍ］ ……（１）
である（Ａは定数［Ｖ／ｄＢ］）。従って、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈ未満の領域では、図６のグラフの傾きはＡとなっている。

しかし、リミッタ１０が動作し始めると、ΔＬｉｍ_out［ｄＢ］＝（１／Ｘ）ΔＬｉｍ_in［ｄＢ］となる結果、図６に示すように、検波信号Ｄｅｔのグラフの傾きはＡ／Ｘとなる。即ち、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈ以上の領域では、
ΔＤｅｔ１［Ｖ］＝Ａ×ΔＬｉｍ_out［ｄＢ］＝（Ａ／Ｘ）×ΔＬｉｍ_in［ｄＢ］ ……（２）
となる。

一方、リミッタ１０による歪みが発生せずに、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈを超えた領域でも検波結果に理想的なリニアリティが成り立っていると仮定した場合、
ΔＤｅｔ１［Ｖ］＝Ａ×ΔＬｉｍ_in［ｄＢｍ］ ……（３）
が成り立つ。

ここで、式（３）から式（２）を差し引くことにより、リミッタ１０の抑圧の影響による検波信号Ｄｅｔの信号レベルの低下分（リミッタ抑圧成分Δ）を求めることができる。
Δ＝Ａ×ΔＬｉｍ_in−（Ａ／Ｘ）×ΔＬｉｍ_in
＝（Ｘ−１）｛（Ａ／Ｘ）×ΔＬｉｍ_in｝ ……（４）
ここで、上記式（３）中の｛（Ａ／Ｘ）×ΔＬｉｍ_in｝は、式（２）の右辺そのものである。従って、式（４）は、以下のように書き換えることができる。
Δ＝（Ｘ−１）ΔＤｅｔ１ ……（５）
つまり、リミッタ抑圧成分Δは、差分信号ΔＤｅｔ１に（Ｘ−１）を乗じることにより得ることができる。

そこで、本実施形態では、リミッタ超過補正部３１における増幅率Ｂを、リミッタ１０の抑圧率から１を引いた値（Ｘ−１）としている。これにより、リミッタ超過補正部３１において差分信号ΔＤｅｔ１を増幅率Ｂで増幅することにより得られる補正信号Δを、リミッタ１０の抑圧の影響による検波信号Ｄｅｔの信号レベルの低下分に一致させることができる。リミッタ超過補正部３１は、上記補正信号Δを、信号加算部１７に出力する。

そして、信号加算部１７は、上記のようにして求めた補正信号Δと、処理済第１検波信号Ｄｅｔ１´と、第２検波信号Ｄｅｔ２と、を加算した補正後検波信号Ｄｅｔ´を出力するように構成されている。このようにして得られる補正後検波信号Ｄｅｔ´［Ｖ］と、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベル［ｄＢｍ］との関係を、図８に示す。

前述のように、補正信号Δは、リミッタ１０の抑圧の影響による検波信号Ｄｅｔの信号レベルの低下分（リミッタ抑圧成分Δ）に一致しているので、当該補正信号Δを検波信号Ｄｅｔに加算することにより、リミッタ１０によって抑圧された検波信号の信号レベルを元に戻すことができる。即ち、図８と図６とを比べれば明らかなように、検波信号Ｄｅｔに補正信号Δを加算することで、グラフが直線状になり、リミッタ１０によって抑圧されてしまった信号を補正することができる。これにより、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈを超えた場合のリニアリティを、大きく改善することができる。

以上で説明したように、本実施形態のレーダ受信機３は、リミッタ１０と、第１検波部１４と、リミッタ超過補正部３１と、信号加算部１７と、を備える。リミッタ１０は、スレッショルドＴｈ未満の信号レベルの入力信号Ｌｉｍ_inはそのまま出力するとともに、前記スレッショルドＴｈ以上の信号レベルの入力信号Ｌｉｍ_inは抑圧して出力する。第１検波部１４は、リミッタ１０の出力信号を検波して第１検波信号Ｄｅｔ１を出力する。リミッタ超過補正部３１は、リミッタ１０によって入力信号が抑圧されたときに第１検波部１４が出力する第１検波信号Ｄｅｔ１と、スレッショルドＴｈの信号レベルの入力信号Ｌｉｍ_inを入力したときの検波信号Ｖ_ref2と、の差分信号ΔＤｅｔ１を所定の増幅率で増幅した補正信号Δを出力する。信号加算部１７は、第１検波部１４の検波結果Ｄｅｔ１´と前記補正信号Δとを加算して出力する。

このように、第１検波信号Ｄｅｔ１のうち、入力信号Ｌｉｍ_inの信号レベルがスレッショルドＴｈを超えている部分である差分信号ΔＤｅｔ１を取り出し、これを増幅した補正信号Δを前記第１検波部の検波結果に加算してやることにより、当該検波結果のリニアリティを改善することができる。これにより、リミッタ１０のスレッショルド等の設定を変えることなく、レーダ受信機３のダイナミックレンジを拡大することができる。

なお、この種のレーダ装置においては、リミッタ１０と、当該リミッタ１０の後段の電気部品（本実施形態の場合は低雑音増幅器１９と減衰器２５）との間の電気長によって、リミッタ１０の性能が変化することが知られている。これは、リミッタ１０からの漏れ電力が、後段の電気部品で反射して返ってきた場合に、当該リミッタ１０と電気部品との間に定在波が発生して、リミッタ１０の性能に影響を与えるためである。これを逆に言うと、リミッタ１０と、当該リミッタ１０の後段の電気部品と、の間の電気長を調整することにより、リミッタ１０の性能を最適化できる。

そこで本実施形態では、入力信号Ｌｉｍ_inがスレッショルドＴｈを超えた領域でのリミッタ１０の抑圧率が可能な限り一定となるように、当該リミッタ１０と、当該リミッタの後段の電気部品との間の電気長を最適化している。これにより、リミッタ１０による抑圧率を一定とみなせるので、当該リミッタ１０によって抑圧された信号を補正するための補正信号を生成するリミッタ超過補正部を、簡単な回路で構成することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は以下のように構成することもできる。

本発明の構成は、船舶用のレーダ装置に限らず、各種のレーダ装置に適用することができる。

上記実施形態では、リミッタ１０の出力信号を第１検波部１４が検波して出力した検波信号に対して、リミッタ１０による歪みを補正する処理を行っている。しかしこれに限らず、リミッタ１０の出力信号（検波される前の信号）に対して、リミッタ１０による歪みを補正する処理を行ってもよい。

上記実施形態では、リミッタ１０の出力を２つに分岐させ、検波部を２系統設ける構成とした。しかしこれに限らず、検波部は１つのみとすることもできる。この場合であっても、検波部の飽和レベルがリミッタ１０のスレッショルドＴｈよりも高く設定されている場合は、リミッタ１０によって抑圧された信号を元に戻してリニアリティを回復するという本願発明の効果を発揮することができる。

もっとも、リミッタ１０の出力を３つ以上に分岐させ、検波部を３系統以上設ける構成としても良い。

リミッタ超過補正部３１における増幅率Ｂを決定する方法は、上記のものに限らない。また、増幅率Ｂは、任意の値でも良い。つまり、リミッタ超過補正部３１が出力する補正信号は、リミッタ１０の抑圧の影響による第１検波信号Ｄｅｔ１の信号レベルの低下分（リミッタ抑圧成分）に一致していなくても良い。補正信号がリミッタ抑圧成分に完全に一致していなかったとしても、当該補正信号を検波信号に加算することである程度はリニアリティを改善できるためである。

上記実施形態では、リミッタ１０からの出力信号を中間周波数信号に変換するものとしたが、高周波信号のままで検波するように構成しても良い。

１ レーダ装置
２ レーダアンテナ
３ レーダ受信機
５ 発振器
１０ リミッタ
１３ 第２検波部
１４ 第１検波部
１７ 信号加算部
３１ リミッタ超過補正部

Claims (5)

1. 所定の信号レベル未満の入力信号はそのまま出力信号として出力するとともに、前記所定の信号レベル以上の入力信号は抑圧した出力信号を出力するリミッタと、
   前記リミッタの出力信号を検波して第１検波信号を出力する第１検波部と、
   所定の信号レベル以上の入力信号が前記リミッタに入力された場合、当該抑圧された前記出力信号に基づく前記第１検波信号から、前記リミッタに前記所定のレベルの入力信号が入力されたときの出力信号に基づく前記第１検波信号を減算することで得られる差分信号を増幅した補正信号を出力するリミッタ超過補正部と、
   前記第１検波部の検波結果と前記補正信号とを加算する信号加算部と、
   を備えることを特徴とするレーダ受信機。
2. 請求項１に記載のレーダ受信機であって、
   前記抑圧による前記第１検波信号の信号レベルの低下分と、前記補正信号の信号レベルと、が略一致するように、前記リミッタ超過補正部における増幅率が設定されていることを特徴とするレーダ受信機。
3. 請求項１又は２に記載のレーダ受信機であって、
   前記リミッタの出力信号を減衰して前記第１検波部に出力する減衰器と、
   前記リミッタの出力信号を検波して第２検波信号を出力する第２検波部を更に備え、
   前記第１検波部は、減衰された前記リミッタの出力信号を検波した第１検波信号を出力することを特徴とするレーダ受信機。
4. 請求項３に記載のレーダ受信機であって、
   前記第２検波部に入力される前記リミッタの出力信号の信号レベルが第１信号レベル以上の場合、前記第２検波部は一定の信号レベルの前記第２検波信号を出力し、
   信号レベルが第１信号レベルの前記リミッタの出力信号が前記第１検波部に入力された場合の前記第１検波信号の信号レベルを第２信号レベルとし、
   減衰された前記第１検波信号から、信号レベルが前記第２信号レベル以上の部分を取り出すことで得られる処理済第１検波信号を前記第１検波部の検波結果として出力する波形処理部を更に備え、
   前記信号加算部は、前記第１検波部の検波結果と前記補正信号に更に前記第２検波信号を加算することを特徴とするレーダ受信機。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載のレーダ受信機と、
   受信した高周波信号を前記レーダ受信機に出力するレーダアンテナと、
   前記レーダアンテナに対して高周波信号を印加する発振器と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。

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