特許 6226516 ドップラ処理装置、レーダ装置、ドップラ処理方法及びドップラ処理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6226516

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】ドップラ処理装置、レーダ装置、ドップラ処理方法及びドップラ処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/60 20060101AFI20171106BHJP

   G01S 13/22 20060101ALI20171106BHJP

【ＦＩ】

   G01S13/60 220

   G01S13/22

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-195154(P2012-195154)

(22)【出願日】2012年9月5日

(65)【公開番号】特開2014-52214(P2014-52214A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2015年8月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000166247

【氏名又は名称】古野電気株式会社

(72)【発明者】

【氏名】淺田 泰暢

(72)【発明者】

【氏名】奥西 哲

(72)【発明者】

【氏名】大 浩司

(72)【発明者】

【氏名】竹元 彩衣

【審査官】 中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−２９４８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０１４１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０３１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０２７７１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第５５５９５１７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／００− ７／４２

Ｇ０１Ｓ１３／００−１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイープ間で不等間隔で繰り返し送信されるパルス信号を受信するアンテナにより得られる複素受信信号のドップラ処理を行うドップラ処理装置であって、
前記アンテナは、移動体に搭載されており、
前記アンテナでのパルス信号の受信により得られる複素受信信号において、前記アンテナの移動速度として前記移動体の対地速度、及び、基準時刻からの経過時間、に基づいて、前記アンテナの移動速度に起因して生じる位相変化量を算出する位相算出部と、
前記アンテナでのパルス信号の受信により得られる複素受信信号について、前記位相算出部で算出される位相変化量に基づく補正を行い、補正された複素受信信号を出力する位相補正部と、
前記位相補正部から出力される、補正された複素受信信号を複数スイープ分記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された複数スイープ分の複素受信信号を用いてドップラ処理を行うドップラ処理部と、
を備える、ドップラ処理装置。

【請求項2】

前記移動体は船舶である、
請求項１に記載のドップラ処理装置。

【請求項3】

前記アンテナは、搭載されている位置を中心に回転してパルス信号を送受波するアンテナ方位を変更するレーダアンテナであり、
前記位相算出部は、前記移動体の自船速度についてアンテナ方位の速度成分を算出し、当該速度成分から位相変化量を算出する、
請求項１又は請求項２に記載のドップラ処理装置。

【請求項4】

移動体に搭載され、スイープ間で不等間隔で繰り返し送信されるパルス信号を受信するアンテナと、
前記アンテナで受信されるパルス信号を直交検波して複素受信信号を出力する検波処理部と、
前記検波処理部から出力される複素受信信号において、前記アンテナの移動速度として前記移動体の対地速度、及び、基準時刻からの経過時間、に基づいて、前記アンテナの移動速度に起因して生じる位相変化量を算出する位相算出部と、
前記検波処理部から出力される複素受信信号について、前記位相算出部で算出される位相変化量に基づく補正を行い、補正された複素受信信号を出力する位相補正部と、
前記位相補正部から出力される、補正された複素受信信号を複数スイープ分記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された複数スイープ分の複素受信信号を用いてドップラ処理を行うドップラ処理部と、
を備える、レーダ装置。

【請求項5】

前記移動体は船舶である、
請求項４に記載のレーダ装置。

【請求項6】

前記アンテナは、搭載されている位置を中心に回転してパルス信号を送受波するアンテナ方位を変更するレーダアンテナであり、
前記位相算出部は、前記移動体の自船速度についてアンテナ方位の速度成分を算出し、当該速度成分から位相変化量を算出する、
請求項４又は請求項５に記載のレーダ装置。

【請求項7】

スイープ間で不等間隔で繰り返し送信されるパルス信号を受信するアンテナにより得られる複素受信信号のドップラ処理を行うドップラ処理方法であって、
前記アンテナは、移動体に搭載されており、
前記アンテナでのパルス信号の受信により得られる複素受信信号において、前記アンテナの移動速度として前記移動体の対地速度、及び、基準時刻からの経過時間、に基づいて、前記アンテナの移動速度に起因して生じる位相変化量を算出する位相算出ステップと、
前記アンテナでのパルス信号の受信により得られる複素受信信号について、前記位相算出ステップで算出される位相変化量に基づく補正を行い、補正された複素受信信号を出力する位相補正ステップと、
前記位相補正ステップで出力される、補正された複素受信信号を複数スイープ分記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶された複数スイープ分の複素受信信号を用いてドップラ処理を行うドップラ処理ステップと、
を備える、ドップラ処理方法。

【請求項8】

スイープ間で不等間隔で繰り返し送信されるパルス信号を受信するアンテナにより得られる複素受信信号のドップラ処理を行うためのドップラ処理プログラムであって、
前記アンテナは、移動体に搭載されており、
前記アンテナでのパルス信号の受信により得られる複素受信信号において、前記アンテナの移動速度として前記移動体の対地速度、及び、基準時刻からの経過時間、に基づいて、前記アンテナの移動速度に起因して生じる位相変化量を算出する位相算出機能と、
前記アンテナでのパルス信号の受信により得られる複素受信信号について、前記位相算出機能により算出される位相変化量に基づく補正を行い、補正された複素受信信号を出力する位相補正機能と、
前記位相補正機能により出力される、補正された複素受信信号を複数スイープ分記憶する記憶機能と、
前記記憶機能により記憶された複数スイープ分の複素受信信号を用いてドップラ処理を行うドップラ処理機能と、
をコンピュータに実現させるためのドップラ処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、スタガトリガ方式が適用されるレーダ装置などにおいてドップラ処理を行うドップラ処理装置、レーダ装置電磁波を受波するアンテナを用いて物標を探知するレーダ装置、ドップラ処理方法及びドップラ処理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーダ装置では、一般に、電磁波の反射波をアンテナで受信することによって物標（航空機や船舶など）が検出される。検出すべき物標の周りには、波や雨などのクラッタ（不要な反射波）を発生する反射体が存在することがある。このようなクラッタを抑圧する目的で、特許文献１（特開平１０−１９７６２７号公報）や非特許文献１（吉田孝監修、改訂レーダ技術、社団法人電子情報通信学会、１９９６年、第２１７頁）に記載されているドップラ処理が用いられる。

【0003】

ドップラ処理では、まず、レーダ受信信号がドップラシフト周波数に関するフィルタバンク（マルチドップラーフィルタ）によって複数のサブバンドに分解される。次いで、各フィルタからの出力データがＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理後に合成される。

【0004】

ところで、船舶などに搭載されるレーダ装置では、自船周辺に存在する船舶（他船）から出力される電波によるレーダ装置間での相互干渉の影響を抑制する必要が生じる。このようなレーダ装置間での相互干渉の影響を抑制する手段の一つとして、特許文献２（特許第３５６１４９７号公報）などに記載されているスタガトリガ方式が知られている。スタガトリガ方式では、スイープ間で干渉信号の受信時刻の重複を避けるために、任意のパターンに基づいてパルス信号の送信間隔を変化させるスタガ処理が行われる。

【0005】

ところが、ドップラ処理も適用したレーダ装置においてスタガ処理を施そうとすると、他船の自船に対する相対速度が速くなるにつれてドップラ処理により期待される信号対クラッタ比（Ｓ／Ｃ）の向上や信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の向上が、当該スタガ処理による影響を受けて妨げられることがある。

【0006】

本発明の目的は、ドップラ処理を適用したレーダ装置などの探知装置において、パルス信号の送受信がスイープ間で不等間隔になるようなスタガトリガ方式を採用した場合でも、Ｓ／ＣやＳ／Ｎが向上される装置を提供することにある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述のドップラ処理やスタガ処理は、レーダ装置において、従来から実用化されている非常に有益な処理である。従来からドップラ処理で用いられるデータは、移動している物標の反射波（エコー）などが等間隔でサンプリングされてデータ（エコー信号）に変換されたものである。ドップラ処理では、このように等間隔でサンプリングされたデータを使用していることを前提として、ドップラスペクトルを得るために離散フーリエ変換（ＤＦＴ）や高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が行われる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するためのドップラ処理装置は、不等間隔で繰り返し送信されるパルス信号を受信するアンテナにより得られる複素受信信号のドップラ処理を行うドップラ処理装置であって、アンテナでのパルス信号の受信により得られる複素受信信号においてアンテナの移動速度に起因して生じる位相変化量を算出する位相算出部と、アンテナでのパルス信号の受信により得られる複素受信信号について、位相算出部で算出される位相変化量に基づく補正を行い、補正された複素受信信号を出力する位相補正部と、位相補正部から出力される補正された複素受信信号を用いてドップラ処理を行うドップラ処理部とを備えるものである。

【0009】

このドップラ処理装置によれば、スタガトリガ方式の採用により不等間隔でパルス信号の送受信が繰り返される場合であっても、位相算出部で算出される位相変化量に基づいて位相補正部で複素受信信号の位相の補正を行なうことで、自船速度などのアンテナの移動速度に起因する位相変化量に関連して生じる位相誤差を取り除くことができる。

【0010】

上記課題を解決するためのドップラ処理方法は、不等間隔で繰り返し送信されるパルス信号を受信するアンテナにより得られる複素受信信号のドップラ処理を行うドップラ処理方法であって、アンテナでのパルス信号の受信により得られる複素受信信号においてアンテナの移動速度に起因して生じる位相変化量を算出する位相算出ステップと、アンテナでのパルス信号の受信により得られる複素受信信号について、位相算出ステップで算出される位相変化量に基づく補正を行い、補正された複素受信信号を出力する位相補正ステップと、位相補正ステップで出力される補正された複素受信信号を用いてドップラ処理を行うドップラ処理ステップとを備えるものである。

【0011】

このドップラ処理方法によれば、スタガトリガ方式の採用により不等間隔でパルス信号の送受信が繰り返される場合であっても、位相算出ステップで算出される位相変化量に基づいて位相補正ステップで複素受信信号の位相の補正を行なうことで、自船速度などのアンテナの移動速度に起因する位相変化量に関連して生じる位相誤差を取り除くことができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、スタガトリガ方式を採用したレーダ装置などにおけるドップラ処理において、パルス信号の送受信がスイープ間で不等間隔になることに起因してＳ／ＣやＳ／Ｎの向上が劣化するのを緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態に係るレーダ装置の構成の概要を示すブロック図。

【図2】アンテナ方位の自船の速度成分とアンテナ方位角などとの関係を示す概念図。

【図3】ドップラ処理部の構成の一例を示すブロック図。

【図4】図１のレーダ装置の動作を示すフローチャート。

【図5】ドップラ処理におけるスタガの影響の緩和について説明するためのグラフ。

【図6】ドップラ処理におけるスタガの影響を説明するためのグラフ。

【図7】（ａ）物標の速度が遅い場合のスタガによる位相誤差を説明するためのグラフ、（ｂ）物標の速度が速い場合のスタガによる位相誤差を説明するためのグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（１）問題点についての分析
ドップラ処理とスタガ処理の２つの処理を一つのレーダ装置に適用しようとすると、他船の自船に対する相対速度が速くなるにつれてドップラ処理における信号対クラッタ比（Ｓ／Ｃ）の向上や信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の向上が、スタガ処理の悪影響によって見込めなくなる。このようなドップラ処理におけるスタガ処理の影響を図６及び図７を用いて説明する。

【0015】

図６では、横軸にスイープ番号をとり、縦軸にデータの位相をとって、物標に関するデータの位相がスイープ毎に変化する様子が示されている。横軸は時間軸でもあって、スイープ番号が大きくなるほど時間が経過することが示されている。図６に丸印で示されているように、スイープ間隔が一定でかつ、物標が一定の速度で移動していれば、各スイープ間の位相変化量θｓも一定になる。従って、一定の位相回転を行えば、例えば図６において二重丸で示されているように、スイープｋで０度、スイープｋ＋１でθｓ度、スイープｋ+２で２θｓ度、スイープｋ＋３で３θｓ度のような位相回転を行えば、この物標の持つ速度に対しては全スイープの位相を同じにすることができる。そのため、これらの位相回転が行われたデータが加算されると利得が最大になる。

【0016】

しかし、スタガ処理がされたデータを用いてドップラ処理が行われると、図７の丸印で示されているように、物標が一定の速度で移動しているにも係わらす、各スイープの位相変化量が一定にならない。図７において、スイープ番号ｋ´，ｋ´+１，ｋ´+２，ｋ´+３のデータがスタガ処理の加わっているデータであり、スイープ番号ｋ，ｋ+１，ｋ+２，ｋ+３のスイープは一定間隔で行われるものである。図７（ａ）と図７（ｂ）は、物標の速度が異なる場合を示しており、図７（ａ）の物標よりも図７（ｂ）に示されている物標の方が高速で移動している。また、図７において、点線は、送信間隔が均一な場合のスイープ間隔毎に引かれており、この例では、図６におけるスイープ番号ｋ，ｋ+１，ｋ+２，ｋ+３の各スイープに一致する位置に引かれている。

【0017】

例えば、図７において、スイープ番号ｋ，ｋ＋１の間のサンプリング間隔とスイープ番号ｋ´，ｋ´＋１の間のサンプリング間隔とを比較すると、スイープ番号ｋ´，ｋ´＋１の間のサンプリング間隔の方がＴ１時間だけ短くなる。そのため、送信間隔が均一な場合のスイープ間隔に相当するスイープ番号ｋ，ｋ＋１の間のサンプリング間隔に応じて位相θｓだけ回転すると、スイープ番号ｋ´，ｋ´＋１の間のサンプリング間隔の場合には位相φs1だけ余分に回転することになる。

【0018】

逆に、スイープ番号ｋ，ｋ＋２の間のサンプリング間隔とスイープ番号ｋ´，ｋ´＋２の間のサンプリング間隔とを比較すると、スイープ番号ｋ´，ｋ＋２´の間のサンプリング間隔の方がＴ２時間だけ長くなる。そのため、スイープ間隔が均一な場合のスイープ間隔に相当するスイープ番号ｋ，ｋ＋２の間のサンプリング間隔に応じて位相２θｓだけ回転すると、スイープ番号ｋ´，ｋ´＋２の間のサンプリング間隔の場合には位相φs2だけ回転が不足することになる。

【0019】

このように、スタガ処理されたスイープ番号ｋ´，ｋ´＋１，ｋ´＋２，ｋ´＋３のサンプリングデータに対して一定量の位相回転を行うと、この物標の持つ速度に対しては全スイープの位相を同じにすることができず、位相誤差（φs1，φs2，φs3）が生じることになる。そのため、これらの位相回転が行われたデータが加算されても、最大の利得を得ることができない。

【0020】

そして、このスタガ処理されたスイープ番号ｋ´，ｋ´＋１，ｋ´＋２，ｋ´＋３のサンプリングデータにおいて生じる位相誤差は、物標の速度が速いほど大きくなる傾向がある。図７（ａ）と図７（ｂ）を比べると、物標の速度が速い図７（ｂ）の回転する位相θｆの方が図７（ａ）の回転する位相θｓに比べて大きくなる。そして、図７（ｂ）の位相誤差（φf1，φf2，φf3）の方が図７（ａ）の位相誤差（φs1，φs2，φs2）よりも大きくなる。

【0021】

このような位相誤差（φf1，φf2，φf3）や（φs1，φs2，φs3）を含む状態でドップラ処理を行うと、信号対クラッタ比（Ｓ／Ｃ）の向上や信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の向上が妨げられる。

【0022】

スタガトリガ方式を採用したレーダ装置などのドップラ処理装置において、パルス信号の送受信がスイープ間で不等間隔になることに起因してドップラ処理で生じるＳ／ＣやＳ／Ｎの向上が妨げられることを回避するための技術に関する説明は、以下の実施形態で詳述する。

【0023】

（２）レーダ装置の構成
以下、本発明の一実施形態に係るレーダ装置について図面を用いて説明する。図１は、船舶用レーダ装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置１０は、例えば船舶などに設けられ、海上の他船やブイ、陸地などの物標を検出するための船舶用レーダ装置である。図１に示されているように、このレーダ装置１０は、レーダアンテナ２０、送受切換器２５、送受信装置３０、信号処理装置４０および表示装置５０を備えている。

【0024】

以下、レーダ装置１０を構成する各要素について詳細に説明する。ここでは、レーダ装置の一例として船舶用レーダ装置について説明するが、本発明は、パルス状電波（パルス信号）を送信した後に物標からの反射波（物標信号）を含む受信信号を受信するレーダ装置に適用することができ、例えば、港湾監視レーダ等の他の用途のレーダ装置にも適用することができる。このようなレーダ装置には、送信機に半導体増幅器を用いる固体化レーダ装置だけでなく、マグネトロンレーダ装置も含まれる。

【0025】

レーダ装置１０では、信号処理装置４０において、直交検波を行い、デジタル信号に変換してドップラ処理などによるクラッタの除去などの信号処理を行う。そして、信号処理された受信データが表示装置５０に出力され、レーダ装置１０の操作者は、物標からの反射波の振幅（物標信号）が表示装置５０のレーダ映像上に表示される位置から、その物標の方位と距離を認識する。通常、レーダ映像は、レーダ装置１０（レーダアンテナ２０）の位置を中心に鳥瞰的に表示される。表示の原点は、レーダ装置１０の位置に対応する。

【0026】

〔レーダアンテナ２０及び送受切換器２５の構成〕
このレーダ装置１０において、レーダアンテナ２０は、鋭い指向性を持ったパルス信号のビームを送信するとともに、その周囲にある物標からの反射波を受信する。ビーム幅は、例えば２度に設定される。レーダアンテナ２０は、例えば船舶の船体の上方に設置され、水平面内で回転しながら、上記の送信と受信を繰り返す。回転数は、例えば２４ｒｐｍである。レーダアンテナ２０が１回転する間に行う処理の単位を1スキャンという。また、パルス信号を送信してから次のパルス信号を送信する直前までの期間における送信と受信の動作をスイープという。１スイープの時間、すなわち平均送信周期（平均送信間隔）は、例えば１ｍｓである。そして、１スイープ当たりの受信データ数をサンプル点数という。

【0027】

レーダアンテナ２０では、パルス信号を、ある方向へ集中して発射することで、物標からの反射波（物標信号）を含む受信信号を受信する。受信信号は、物標信号成分のほか、クラッタや他のレーダ装置からの電波干渉波や受信機雑音などの成分を含む場合もある。

【0028】

レーダアンテナ２０から物標までの距離は、その物標信号を含む受信信号の受信時間と、当該受信信号に対応するパルス信号の送信時間との時間差から求められる。物標の方位は、対応するパルス信号を送信するときのレーダアンテナ２０の方位から求められる。また、物標の速度は、受信したパルス信号の位相を用いて求められる。

【0029】

送受切換器２５は、レーダアンテナ２０と接続可能な構成となっている。送受切換器２５は、レーダアンテナ２０と送受信装置３０との間の信号の切り換えを行う。すなわち、この送受切換器２５では、送信時には、パルス信号が受信回路に回り込まないようにし、受信時には、受信信号が送信回路に回り込まないようにする。送受切換器２５としては、例えば、サーキュレータ（Circulator）等の電子部品が用いられる。

【0030】

〔送受信装置３０の構成〕
送受信装置３０は、パルス信号を生成してレーダアンテナ２０へ送出する。また、送受信装置３０は、レーダアンテナ２０から受信信号を取り込み、受信信号を周波数変換する。そのために、送受信装置３０は、送信信号発生器、送信機、局部発振器、および周波数変換器などを備える。

【0031】

送信信号発生器は、異なる時間間隔で、中間周波数のパルス信号を生成して送信機へ出力する。中間周波数のパルス信号を異なる時間間隔で発生することにより、パルス信号の送信間隔が変化する（スタガトリガ方式）。送信信号発生器は、スタガトリガ方式によって設定された時間間隔でパルス信号を発生する。

【0032】

送信信号発生器が生成するパルス信号は、例えば、チャープ信号として知られている周波数変調信号とするが、送信信号発生器が位相変調信号や無変調のパルスを生成する場合にも、レーダ装置１０は同様の構成をとることが可能である。なお、送信信号発生器によって生成されるパルス信号の送信間隔やパルス幅などは、表示装置５０において設定されるレーダ映像の表示距離などに応じて変更される。

【0033】

送信機は、送信信号発生器の出力信号を局部発振器から出力されるローカル信号と混合し、送信信号発生器の出力信号を周波数変換して送受切換器２５へ出力する。送信機の出力信号の周波数帯は、例えば、３ＧＨｚ帯または９ＧＨｚ帯などである。

【0034】

周波数変換器は、送受切換器２５を介してレーダアンテナ２０から出力される受信信号を取り込む。そして、周波数変換器は、受信信号を局部発振器から出力されるローカル信号と混合し、送受切換器２５の出力信号を中間周波数に変換して後段の信号処理装置４０へ出力する。

【0035】

〔信号処理装置４０〕
信号処理装置４０は、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）４１と、検波処理部４２と、位相算出部４３と、自船速補正部４４と、ドップラ処理部４５とを備える。

【0036】

〔ＡＤコンバータ４１〕
ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）４１は、送受信装置３０が出力した受信信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングして、デジタル信号に変換する。通常、１スキャンによって得られるレーダ受信信号は、方位と距離の情報を持っている。ｋ番目のスイープで得られるレーダ受信信号は、１スキャンあたりのスイープ数をＫとし、１番目のスイープを基準に取る（０ｄｅｇとする）と、（ｋ／Ｋ）×３６０（ｄｅｇ）（０≦ｋ≦Ｋ−１）の方位にある反射体から得られるものである。同一の方位から得られるデータには、同一の方位番号を対応させる。ｋ番目のスイープで得られる受信データには方位番号ｋが与えられる。

【0037】

また、各スイープのｎ番目のサンプリングで得られる受信データは、１スイープあたりのサンプル点数をＮとし、レンジ（レーダアンテナ２０を原点とする最大表示距離）をＬとすると、（ｎ／Ｎ）×Ｌ（０≦ｎ≦Ｎ−１）の距離にある反射体から得られるデータである。このようなｎ番目のサンプリングで得られる受信データには距離番号ｎが与えられるものとする。

【0038】

〔検波処理部４２〕
検波処理部４２は、直交検波を行って、レーダ受信信号から、Ｉ（In-Phase）信号およびこれとπ／２だけ位相の異なるＱ（Quadrature）信号を生成する。ここで、Ｉ信号，Ｑ信号はそれぞれレーダ受信信号の複素エンベロープ信号の実数部，虚数部である。直交検波は、ＡＤコンバータ４１の前で行われても後で行われてもよいが、その場合にはアナログ信号で直交検波が行われる。

【0039】

〔位相算出部４３〕
位相算出部４３は、大地を基準とした自船の速度である対地船速Ｖ_G，北を基準として自船の船首が向いている方位である船首方位θ_HD，北を基準として自船が進んでいる方向である進行方位θ_CS，船首方位θ_HDを基準としてレーダアンテナ２０のメインローブが向いている方位であるアンテナ方位角θ_ANT，パルス信号が繰り返し送信される送信間隔ＰＲＩ、及びパルス信号の周波数λを取得する。

【0040】

対地船速Ｖ_G、船首方位θ_HD及び進行方位θ_CSは、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）やジャイロやサテライトコンパスなどの船舶に搭載されている測定装置により、測定される。位相算出部４３は、これらＧＰＳなどに接続されており、ＧＰＳなどから入力されるデータから対地船速Ｖ_G、船首方位θ_HD及び進行方向θ_CSに関するデータを取得する。

【0041】

アンテナ方位角θ_ANTは、この実施形態では、レーダアンテナ２０の向いている方位に対応する。通常は、レーダアンテナ２０を回転させるステッピングモータのパルス数や角度検知装置の出力信号がレーダアンテナ２０から信号処理装置４０に対して出力されるので、位相算出部４３は、これらの情報からアンテナ方位角θ_ANTを検知する。

【0042】

送信間隔ＰＲＩ及び波長λは、送受信装置３０から信号処理装置４０に対して出力されるデータに含まれている。

【0043】

図２は、アンテナ方位の自船の速度成分Ｖ_ANTとアンテナ方位角θ_ANT，対地船速Ｖ_G、船首方位θ_HD及び進行方位θ_CSとの関係を示す概念図である。図２に示されている相対角φは、自船１００の進行方位とアンテナ方位とがなす角であり、次式で与えられる。
φ＝θ_ANT＋θ_HD−θ_CS

【0044】

この相対角φを用いて、アンテナ方位の速度成分Ｖ_ANTは、次式で与えられる。
Ｖ_ANT＝Ｖ_G・ｃｏｓ（φ）

【0045】

そして、上述のスタガ処理によって送信間隔が変更されているスイープのスイープ番号ｋ´についての位相補正値θ_k´は、基準時刻からの位相であるため、次の（１）式で与えられる。

【数1】

【0046】

ここで、ｔ_k´はスイープ毎の基準値からの時間（スイープ番号）である。

【0047】

位相補正値θ_k´₊₁を前回のスイープを参照する場合には、前回のスイープから今回のスイープまでの時間から算出される位相を加算して求めることができる。この場合には、次の（２）式を使って位相補正値θ_k´が与えられる。

【数2】

【0048】

〔自船速補正部４４〕
自船速補正部４４には、検波処理部４２からは複素受信信号Ｉ，Ｑが入力され、位相算出部４３からは位相回転子ｅｘｐ（θ_k´）が入力される。自船速補正部４４では、複素受信信号Ｉ，Ｑに位相回転子ｅｘｐ（θ_k´）を掛ける複素乗算が行われる。それにより、複素受信信号の位相を位相補正値θ_k´だけ回転させることができる。そして、複素受信信号Ｉ，Ｑに位相回転子ｅｘｐ（θ_k´）を掛けて得られる補正後の複素受信信号Ｉ´，Ｑ´がドップラ処理部４５に対して出力される。

【0049】

〔ドップラ処理部４５〕
ドップラ処理部４５は、自船速補正部４４の出力Ｉ´，Ｑ´を受けて、ドップラ処理及びそれに付属する処理を行う。そのため、ドップラ処理部４５は、図３に示されているように、スイープバッファ６１とドップラフィルタバンク６２と複数の対数検波器６３と複数のＣＦＡＲ処理器６４と合成部６５とを備えている。スイープバッファ６１は、自船速補正部４４から出力される複素受信信号Ｉ´，Ｑ´を記憶するメモリであり、複数回のスイープの受信データを記憶する。

【0050】

ドップラフィルタバンク６２は、通過域の中心周波数が互いに異なる複数のバンドパスフィルタが並列に接続されて構成されているフィルタアレイである。この中心周波数がドップラシフト周波数である。

【0051】

ドップラフィルタバンク６２の各フィルタの出力を対数検波する複数の対数検波器６３がドップラフィルタバンク６２の後段にそれぞれ接続されている。そして、各対数検波器６３に一つずつＣＦＡＲ処理器６４が接続されている。各ＣＦＡＲ処理器６４は、接続されている対数検波器６３の出力信号に対して距離方向にＣＦＡＲ処理を行う。

【0052】

合成部６５は、処理の対象としている方位について、全ＣＦＡＲ処理器６４の出力信号について距離毎に合成する。ここでは、合成部６５は、ｍａｘ処理によって全ＣＦＡＲ処理器６４の出力信号の合成を行っている。それにより、処理対象方位の合成部６５の出力信号の振幅値は、各距離において、全ＣＦＡＲ処理器６４の中の最大の振幅値に一致する。ｍａｘ処理は、例えば複数の出力の中から最大の出力を選択する最大値選択器を用いて行なうことができる。

【0053】

（３）レーダ装置の動作
レーダ装置１０における位相補正に関する動作を中心に、図４に示されているフローチャートに沿ってレーダ装置１０の動作を説明する。

【0054】

送受信装置３０は、スタガトリガ方式に従い、パルス信号の送信間隔をスイープ毎に変化させながら、レーダアンテナ２０による送受信を行う（ステップＳ１）。レーダアンテナ２０は、回転しており、スイープ毎にｋ／Ｋ×３６０ｄｅｇずつ方位を変更しながらこれらパルス信号の送受信を行う。

【0055】

レーダアンテナ２０でのパルス信号の送受信に伴い、送受信装置３０から信号処理装置４０に対してレーダ受信信号が出力される。信号処理装置４０では、ＡＤＣ４１でデジタル化された受信データを用いて、検波処理部４２で直交検波が行われ、複素受信信号Ｉ，Ｑが検波処理部４２から自船速補正部４４に対して出力される（ステップＳ２）。

【0056】

位相算出部４３では、レーダアンテナ２０の対地船速Ｖ_G，船首方位θ_HD，進行方向Ｖ_CS，アンテナ方位角θ_ANT，送信間隔ＰＲＩ及び波長λの情報に基づいて自船速度に係わる位相補正値θ_k´が算出される。自船速補正部４４では、位相算出部４３から与えられる位相回転子を複素受信信号Ｉ，Ｑに掛けて、自船速度に係わる位相補正を行い、補正された複素受信信号Ｉ´，Ｑ´を出力する（ステップＳ３）。

【0057】

ドップラ処理部４５では、自船速補正部４４の出力する位相補正後の複素受信信号Ｉ´，Ｑ´を用いてドップラ処理が行われる（ステップＳ４）。ドップラ処理において、位相補正後の複素受信信号Ｉ´，Ｑ´を用いることにより、スタガトリガ方式でパルス間隔が変更される場合におけるＳ／ＣやＳ／Ｎの劣化を緩和することができる。この効果については、後ほど詳しく説明する。

【0058】

＜特徴＞
（１）信号処理装置４０（ドップラ処理装置）は、スタガトリガ方式を採用するレーダ装置１０に設けられている。このレーダ装置１０では、レーダアンテナ２０において、不等間隔で繰り返し送信されるパルス信号を受信する。

【0059】

そして、信号処理装置４０では、レーダアンテナ２０でのパルス信号の受信により、信号処理装置４０で得られる複素受信信号Ｉ，Ｑにおいて自船速度（レーダアンテナの移動速度）に起因して生じる位相補正値θ_k´（位相変化量）を位相算出部４３で算出する。

【0060】

自船速補正部４４（位相補正部）では、位相算出部４３で算出される位相補正値θ_k´を複素受信信号に掛け（複素受信信号について位相変化量に基づく補正を行い）、補正された複素受信信号Ｉ´，Ｑ´を出力する（ステップＳ３）。ドップラ処理部４５では、自船速補正部４４から出力される補正された複素受信信号Ｉ´，Ｑ´を用いてドップラ処理を行う（ステップＳ４）。

【0061】

スタガトリガ方式の採用により不等間隔でパルス信号の送受信が繰り返される場合であっても、位相算出部４３で算出される位相変化量に基づいて自船速補正部４４（ステップＳ３）で複素受信信号Ｉ，Ｑの位相の補正を行なうことで、自船速度に起因する位相変化量に関連して生じる位相誤差を取り除くことができる。

【0062】

この効果について、図５を用いて詳しく説明する。他船の自船に対する相対速度は、自船の対地速度（自船速度ともいう）と他船の対地速度（他船速度ともいう）との和で与えられる。図５において、最も傾きが大きな直線が、自船速度と他船速度との和に対応する。ここでは、説明を簡単にするために、自船速度と他船速度との和が一定であり、かつ自船速度も他船速度も一定であるものとする。

【0063】

スイープ番号ｋ´，ｋ´+１，ｋ´+２，ｋ´+３の自船速度と他船速度の和による位相変化が白丸で示されている。図５において、点線は、送信間隔が均一な場合のスイープ間隔毎に引かれており、この例では、図６におけるスイープ番号ｋ，ｋ+１，ｋ+２，ｋ+３の各スイープに一致する位置に引かれている。

【0064】

相対速度の場合には、例えばスイープ番号ｋ´+１のスイープでは、自船の対地速度による位相変化量θoと他船の対地速度による位相変化量θtを合わせた位相変化量θo+θtに対しての処理が必要であったため、それに伴って位相誤差φf1も大きくならざるを得なかった。それに対して、他船の対地速度（他船速度）だけになると、スイープ番号ｋ´+１のスイープでは、他船の対地速度による位相変化量θtのみになるため位相変化量θtが小さくなり、それに伴って位相誤差φ1も小さくなる。それにより、スタガトリガ方式を採用したレーダ装置１０におけるドップラ処理において、パルス信号の送受信がスイープ間で不等間隔になることに起因してＳ／ＣやＳ／Ｎの向上が劣化するのを緩和することができる。

【0065】

ところで、自船と他船の進行方向が同じ場合には、自船速度を差し引くと、上述の説明とは逆に相対速度の絶対値が大きくなる場合がある。しかし、通常は、他船と自船の進行方向が異なる場合の相対速度の方が同一方向に進む場合の相対速度よりも大きいことから、自船速度を差し引いて相対速度の絶対値が少し大きくなって位相誤差が少し大きくなることよりも、自船の速度を差し引くことによって位相誤差が小さくなる効果の方が大きいため、全体として見るとスタガ処理に起因する位相誤差の最大値を確実に小さくすることができ、自船速度を差し引くことによりＳ／ＣやＳ／Ｎの向上の劣化を緩和することができる。

【0066】

（２）アンテナの移動速度として自船速度を用いる場合には、従来から自船速度を計測する機器をそのまま使用することができ、システムの構成を簡素化することができる。

【0067】

（３）アンテナの移動速度についてアンテナ方位角θ_ANTの速度成分を用いると、アンテナがレーダアンテナ２０のように回転するようなものに対しても発明を適用できるようになり、適用可能な用途が広がる。

【0068】

＜変形例１＞
図１のレーダ装置１０では、ドップラ処理されたデータが、表示装置５０に送信されて画像表示が行われるような画像処理に用いられる場合について説明した。しかし、ドップラ処理されたデータは、他の速度に関連する処理に用いられてもよく、画像処理に用いる場合だけには限られない。

【0069】

＜変形例２＞
上記実施形態のレーダ装置１０では、レーダアンテナ２０が水平面内で回転している場合について説明した。しかし、アンテナは回転するものだけに限られるものではなく、静止しているものであってもよい。その場合には、アンテナの移動方向とアンテナ方位とが固定されるので、そのような場合には、アンテナ方位角として常に一定の値を用いてもよい。

【0070】

＜変形例３＞
上記実施形態のレーダ装置１０は、船舶に搭載されている船舶用レーダ装置であったが、本願発明が適用されるレーダ装置は船舶用レーダ装置には限られず、自動車や航空機に搭載されるレーダ装置など他の用途のレーダ装置に適用することもできる。

【0071】

＜変形例４＞
上記実施形態では、ドップラ処理装置としての信号処理装置４０について説明したが、ドップラ処理装置は、位相算出部４３と自船速補正部４４とドップラ処理部４５に関する部分を備えていればよく、上記の信号処理装置４０の構成には限られない。

【0072】

＜変形例５＞
上記実施形態では、信号処理装置４０の機能ブロックが、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能なプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現される場合について説明した。このプログラムデータは、記録媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記録媒体上から直接実行されてもよい。なお、記録媒体は、ＲＯＭやＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。

【0073】

また、上記実施形態の信号処理装置４０を構成する全て又は一部の機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩ（集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、又はウルトラＬＳＩ等と称される）として実現される。これらは、個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

【0074】

＜変形例６＞
上記実施形態では、自船速度や他船速度が一定の場合について説明したが、自船速度や他船速度が変化する場合についても、上記実施形態の構成によって上述の効果を奏することができる。

【0075】

＜変形例７＞
上記実施形態では、ドップラ処理装置及びレーダ装置が船舶に搭載されている場合について説明したが、ドップラ処理装置又はレーダ装置が搭載されるのは船舶には限られず、他の移動体であってもよい。他の移動体の例としては、自転車、自動二輪車、自動車、電車及び航空機などがある。

【符号の説明】

【0076】

１０ レーダ装置
２０ レーダアンテナ
３０ 送受信装置
４０ 信号処理装置
４１ ＡＤコンバータ
４２ 検波処理部
４３ 位相算出部
４４ 自船速補正部
４５ ドップラ処理部
５０ 表示装置

【先行技術文献】

【特許文献】

【0077】

【特許文献1】特開平１０−１９７６２７号公報

【特許文献2】特許第３５６１４９７号公報

【非特許文献1】吉田孝監修、改訂レーダ技術、社団法人電子情報通信学会、１９９６年

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】