特許 6346082 パルス圧縮レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法

(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】6346082

(24)【登録日】2018年6月1日

(45)【発行日】2018年6月20日

(54)【発明の名称】パルス圧縮レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/53 20060101AFI20180611BHJP

   G01S 13/28 20060101ALI20180611BHJP

   G01S 7/32 20060101ALI20180611BHJP

   G01S 13/44 20060101ALI20180611BHJP

【ＦＩ】

   G01S13/53

   G01S13/28 200

   G01S7/32 220

   G01S13/44

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-261899(P2014-261899)

(22)【出願日】2014年12月25日

(65)【公開番号】特開2016-121935(P2016-121935A)

(43)【公開日】2016年7月7日

【審査請求日】2017年8月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【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】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 晋一

(72)【発明者】

【氏名】白坂 知彦

【審査官】 大▲瀬▼ 裕久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−８８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２３０２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−６９７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８１６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０４２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／３１３８１０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ １／００−１９／５５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のパルスを繰り返し送受信するパルス圧縮レーダ装置において、
前記複数のパルスの受信信号をＰＲＩ（Pulse repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してドップラ周波数軸の信号に変換するＰＲＩ−ＦＦＴ処理手段と、
前記ＦＦＴ処理手段で得られた受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮手段と、
前記パルス圧縮された後の受信信号によるドップラ周波数−レンジ軸の信号を用いてＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により複数の極値を持つドップラ−レンジセルを検出するＣＦＡＲ検出手段と、
前記ＣＦＡＲ検出手段で検出した複数の極値を持つドップラ−レンジセルを中心に前後任意個数のセルに対応する信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段の抽出信号について、ドップラ周波数軸は逆ＦＦＴしてＰＲＩ軸に変換し、レンジ軸はＦＦＴして周波数軸に変換して行列を算出し、当該行列を一定セルずつスライディングさせて行列を選定し、選定された行列を一定方向に並べて１次元ベクトルに変換し、変換された信号Ｘを用いて相関行列を算出する相関行列算出手段と、
前記相関行列について、高分解能処理により速度軸とレンジ軸で目標を分離し検出する目標検出手段と
を具備するパルス圧縮レーダ装置。

【請求項2】

前記相関行列算出手段は、前記相関行列の平均値を算出し、
前記目標検出手段は、前記相関行列の平均値を用いて高分解能処理する請求項１記載のパルス圧縮レーダ装置。

【請求項3】

アンテナ開口を２分割して和ビームと差ビームにより複数のパルスを繰り返し送受信するパルス圧縮レーダ装置において、
前記和ビームの信号と前記差ビームの信号より左右または上下の開口信号を生成し、前記開口信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて一対の和ビームを形成する和ビーム形成手段と、
前記一対の和ビームの受信信号それぞれの信号から目標を検出する目標検出手段と
を具備し、
前記目標検出手段は、
前記一対の和ビームの受信信号それぞれについて、ＰＲＩ（Pulse repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してドップラ周波数軸の信号に変換し、前記受信信号をパルス圧縮し、前記パルス圧縮された後の受信信号によるドップラ周波数−レンジ軸の信号を用いてＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により複数の極値を持つドップラ−レンジセルを検出し、検出した複数の極値を持つドップラ−レンジセルを中心に前後任意個数のセルに対応する信号を抽出し、その抽出信号について、ドップラ周波数軸は逆ＦＦＴしてＰＲＩ軸に変換し、レンジ軸はＦＦＴして周波数軸に変換して行列を算出し、当該行列を一定セルずつスライディングさせて行列を選定し、選定された行列を一定方向に並べて１次元ベクトルに変換し、変換された信号Ｘを用いて相関行列を算出し、前記相関行列について、高分解能処理により速度軸とレンジ軸で目標を分離し検出し、高分解能処理により算出した振幅比による誤差電圧を用いて測角するパルス圧縮レーダ装置。

【請求項4】

前記和ビーム形成手段は、水平面または仰角面の少なくともいずれか一方にスクイントした一対の和ビームを形成する請求項３記載のパルス圧縮レーダ装置。

【請求項5】

複数のパルスを繰り返し送受信するパルス圧縮レーダ装置のレーダ信号処理方法において、
前記複数のパルスの受信信号をＰＲＩ（Pulse repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してドップラ周波数軸の信号に変換し、
前記受信信号をパルス圧縮し、
前記パルス圧縮された後の受信信号によるドップラ周波数−レンジ軸の信号を用いてＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により複数の極値を持つドップラ−レンジセルを検出し、
前記複数の極値を持つドップラ−レンジセルを中心に前後任意個数のセルに対応する信号を抽出し、
前記抽出された信号について、ドップラ周波数軸は逆ＦＦＴしてＰＲＩ軸に変換し、レンジ軸はＦＦＴして周波数軸に変換して行列を算出し、当該行列を一定セルずつスライディングさせて行列を選定し、選定された行列を一定方向に並べて１次元ベクトルに変換し、変換された信号Ｘを用いて相関行列を算出し、
前記相関行列について、高分解能処理により速度軸とレンジ軸で目標を分離し検出するパルス圧縮レーダ装置のレーダ信号処理方法。

【請求項6】

前記相関行列の算出は、前記相関行列の平均値を算出し、
前記目標検出手段は、前記相関行列の平均値を用いて高分解能処理する請求項５記載のパルス圧縮レーダ装置のレーダ信号処理方法。

【請求項7】

アンテナ開口を２分割して和ビームと差ビームにより複数のパルスを繰り返し送受信するパルス圧縮レーダ装置のレーダ信号処理方法において、
前記和ビームの信号と前記差ビームの信号より左右または上下の開口信号を生成し、前記開口信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて一対の和ビームを形成し、
前記一対の和ビームの受信信号それぞれの信号から目標を検出する方法であって、
前記目標の検出は、
前記一対の和ビームの受信信号それぞれについて、ＰＲＩ（Pulse repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してドップラ周波数軸の信号に変換し、
前記受信信号をパルス圧縮し、
前記パルス圧縮された後の受信信号によるドップラ周波数−レンジ軸の信号を用いてＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により複数の極値を持つドップラ−レンジセルを検出し、
検出した複数の極値を持つドップラ−レンジセルを中心に前後任意個数のセルに対応する信号を抽出し、
その抽出信号について、ドップラ周波数軸は逆ＦＦＴしてＰＲＩ軸に変換し、レンジ軸はＦＦＴして周波数軸に変換して行列を算出し、
当該行列を一定セルずつスライディングさせて行列を選定し、選定された行列を一定方向に並べて１次元ベクトルに変換し、変換された信号Ｘを用いて相関行列を算出し、前記相関行列について、高分解能処理により速度軸とレンジ軸で目標を分離し検出し、高分解能処理により算出した振幅比による誤差電圧を用いて測角するパルス圧縮レーダ装置のレーダ信号処理方法。

【請求項8】

前記和ビーム形成は、水平面または仰角面の少なくともいずれか一方にスクイントした一対の和ビームを形成する請求項７記載のパルス圧縮レーダ装置のレーダ信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、パルス圧縮レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のドップラフィルタを用いたパルス圧縮レ−ダ装置では、入力信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してドップラバンクの信号に変換した後、各バンクの信号のレンジ軸におけるＦＦＴ処理結果に参照信号のＦＦＴ結果を乗算し、ウェイト乗算後、所定のスレショルドを超える信号を抽出して、その抽出された信号に相当するレンジを出力していた。この場合、検出したドップラバンクやレンジセルにより分解能が決まるため、観測時間で決まるドップラ分解能や、レンジ軸のレンジサンプル（パルス圧縮の周波数帯域で決まるレンジ分解能）以下の分解能では検出できないという問題があった。

【0003】

分解能を向上する手法として、速度高分解能、レンジ高分解能についてはいずれもＭＵＳＩＣ処理等を適用する手法等がある。しかしながら、レンジ軸または速度軸（ドップラ周波数軸）のいずれか一方の分解能を高める手法であり、両者の軸を同時に高分解能化する手法については示されていない。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】パルス圧縮（線形、非線形、符号化）、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.275-280(1996)

【非特許文献2】パルス圧縮（レンジ圧縮）、大内、“リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎”、東京電機大学出版局、pp.131-149(2003)

【非特許文献3】テイラー分布、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.134-135(1996)

【非特許文献4】ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)

【非特許文献5】ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ、菊間、‘アダプティブアンテナ技術’、Ohmsha、pp.137-164（2003）

【非特許文献6】空間平均法、菊間、アレーアンテナによる適応信号処理、科学技術出版、pp.163-170,pp.336-337（1999）

【非特許文献7】測角方式（モノパルス）、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.260-264(1996)

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−１２８３６６号公報

【特許文献2】特開２０１４−１１７８３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

以上述べたように、従来のパルス圧縮レーダ装置は、観測時間で決まるドップラ分解能や、周波数帯域で決まるレンジ分解能以下の分解能では出力できないという課題があった。

【0007】

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、観測時間で決まるドップラ分解能や周波数帯域で決まるレンジ分解能以下の高分解能で、目標を速度軸とレンジ軸で分離して検出することのできるパルス圧縮レーダ装置とそのレーダ信号処理方法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】

上記の課題を解決するために、本実施形態は、複数のパルスを繰り返し送受信するパルス圧縮レーダ装置において、前記複数のパルスの受信信号をＰＲＩ（Pulse repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してドップラ周波数軸の信号に変換し、前記受信信号をパルス圧縮し、前記パルス圧縮された後の受信信号によるドップラ周波数−レンジ軸の信号を用いてＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により複数の極値を持つドップラ−レンジセルを検出し、前記複数の極値を持つドップラ−レンジセルを中心に前後任意個数のセルに対応する信号を抽出し、前記抽出された信号について、ドップラ周波数軸は逆ＦＦＴしてＰＲＩ軸に変換し、レンジ軸はＦＦＴして周波数軸に変換して行列を算出し、当該行列を一定セルずつスライディングさせて行列を選定し、選定された行列を一定方向に並べて１次元ベクトルに変換し、変換された信号Ｘを用いて相関行列を算出し、前記相関行列について、高分解能処理により速度軸とレンジ軸で目標を分離し検出する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図。

【図2】図１に示すレーダ装置において、信号処理を説明するための図。

【図3】図１に示すレーダ装置の信号処理に用いられる演算を説明するための図。

【図4】第２の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図。

【図5】図４に示すレーダ装置において、信号処理を説明するための図。

【図6】図４に示すレーダ装置の信号処理に用いられる演算を説明するための図。

【図7】第３の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図。

【図8】図７に示すレーダ装置において、信号処理を説明するための図。

【図9】第４の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。

【0011】

（第１の実施形態）
図１乃至図３を参照して第１の実施形態を説明する。

【0012】

図１は第１の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置において、アンテナ１は複数のアンテナ素子を配列して大開口アレイを形成してなるフェーズドアレイアンテナであり、送受信器２の送受信部２１から繰り返し供給される特定周波数の送信パルス信号（以下、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）信号）を指定方向に送出してその反射波を受信する。送受信器２では、送受信部２１において、アンテナ１の複数のアンテナ素子でそれぞれ受信された信号をビーム制御部２２からの指示に従って位相制御を施し合成することで、任意の方向に受信ビームを形成してＰＲＦ受信信号を取得し、ベースバンドに周波数変換する。このようにして得られたＰＲＦ受信信号は信号処理器３に送られる。

【0013】

上記信号処理器３は、ＡＤ（Analog-Digital）変換部３１、ＰＲＩ軸ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）処理部３２、レンジ軸ＦＦＴ処理部３３、乗算部３４、参照信号生成部３５、参照信号ＦＦＴ処理部３６、レンジ軸ＩＦＦＴ処理部３７、ドップラ−レンジ出力部３８、ＣＦＡＲ検出部３９、ドップラ−レンジセル抽出部３Ａ、ドップラＩＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部３Ｂ、相関行列（Rxx）演算部３Ｂ、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）処理部３Ｃ、ＣＦＡＲ検出部３Ｄ、速度・レンジ出力部３Ｅを備える。

【0014】

上記信号処理器３において、送受信部２１で周波数変換された受信信号は、ＡＤ変換部３１によりディジタル信号に変換される。ＡＤ変換された信号は、ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３２によりＰＲＩ軸方向にＦＦＴ処理されてドップラ周波数軸の信号に変換され、さらに、レンジ軸ＦＦＴ処理部３３によりレンジ軸についてＦＦＴ処理されて、乗算部３４に送られる。

【0015】

一方、参照信号生成部３５では、パルス圧縮用の参照信号が生成されており、この参照信号は参照信号ＦＦＴ処理部３６にてＦＦＴ処理されて上記乗算部３４に送られる。乗算部３４は、受信信号のレンジ軸ＦＦＴ処理によって得られた周波数域信号と参照信号のＦＦＴ処理によって得られた周波数域信号とを乗算して、周波数域のパルス圧縮信号を生成る。

【0016】

このパルス圧縮信号は、レンジ軸ＩＦＦＴ処理部３７にてレンジ軸方向のＩＦＦＴ処理により時間領域のパルス圧縮信号に変換された後、ドップラ−レンジ出力部３８に送られる。このドップラ−レンジ出力部３７は、パルス圧縮信号からドップラ周波数軸におけるＰＲＩ毎のレンジ信号を取得する。このレンジ信号はＣＦＡＲ検出部３９に送られ、ＣＦＡＲ処理によりスレショルドを超える信号の極大値が検出される。ドップラ−レンジセル抽出部３ＡはＰＲＩ毎に極大値が検出された時間とドップラ周波数を中心にしたレンジセルを抽出してドップラ逆ＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部３Ｂに送る。

【0017】

上記ドップラ逆ＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部３Ｂは、抽出されたセルのドップラ周波数軸を逆ＦＦＴ処理してＰＲＩ軸に変換し、レンジ軸をＦＦＴ処理してレンジ周波数軸に変換した信号を生成し、これを１次元に並べ替えて相関行列算出部３Ｃに送る。この相関行列算出部３Ｃは、ＰＲＩ−レンジ周波数で表現される信号の共分散行列を相関行列として算出する。この相関行列算出部３Ｃで算出された相関行列は、ＭＵＳＩＣ処理部３Ｄに送られる。

【0018】

上記ＭＵＳＩＣ処理部３Ｄは、相関行列をＭＵＳＩＣ処理してＭＵＳＩＣスペクトルを算出する。ＣＦＡＲ検出部３ＥはＭＵＳＩＣスペクトルでＣＦＡＲ処理されてスレショルドを超える信号のドップラ周波数とレンジ周波数を表す極大値が抽出される。この抽出結果は速度・レンジ出力部３Ｆに送られる。この速度・レンジ出力部３Ｆは、極大値のドップラ周波数とレンジ周波数から目標の速度及びレンジを算出して出力する。

【0019】

上記構成において、図２及び図３を参照して信号処理器３の処理動作を説明する。

【0020】

まず、送受信器２では、アンテナ１に目標方向にビームを指向させてＰＲＦ信号を送受信する。信号処理器３は、受信されたＰＲＦ信号をＡＤ変換部３１によりディジタル信号に変換した後、ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３２でＦＦＴ処理してＰＲＩ軸の周波数域信号に変換し、さらに、レンジ軸ＦＦＴ処理部３３でＦＦＴ処理してレンジ軸の周波数域信号に変換する。また、参照信号生成部３５でパルス圧縮用の参照信号を生成し、参照信号ＦＦＴ処理部３６でＦＦＴ処理し周波数域の参照信号を生成して乗算部３４に送る。乗算部３４は、ＰＲＦ受信信号の周波数域信号と参照信号の周波数域信号を乗算する。以上の処理を数式にて示す。

【0021】

まず、ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３２において、入力したＰＲＩ信号sig(n,t)（ＰＲＩ番号、時間）をＰＲＩ軸でＦＦＴ処理する(図２（ａ））。

【数1】

【0022】

次に、レンジ軸ＦＦＴ処理部３３において、レンジ（時間）軸でＦＦＴ処理する(図２（ｂ））。

【数2】

【0023】

一方、参照信号生成部３５でされる参照信号（線形チャープ信号の場合）を表現すると、次式となる。

【数3】

【0024】

この参照信号としては、非線形チャープ信号、符号変調等、他の変調方式でもよいのは言うまでもない（例えば非特許文献１、２参照）。

【0025】

参照信号ＦＦＴ処理部３６では、上記参照信号Sref(t)のサンプル長を入力信号に合わせて０埋めした信号に置き換える。

【数4】

【0026】

これをＦＦＴして、参照信号の周波数軸の信号を得る。

【数5】

【0027】

これにより、乗算部３４における周波数領域の乗算後の信号は、次式となる。

【数6】

【0028】

乗算部３４は、さらにパルス圧縮後のレンジサイドローブを低減するためのウェイトを算出し、上記乗算結果に算出したウェイトをかける。ウェイトは、レンジサイドローブの設定に応じて、一様ウェイト、テイラーウェイト等（例えば非特許文献３参照）を選定すればよい。

【数7】

【0029】

【数8】

【0030】

次に、ドップラ−レンジ出力部３８において、次式に示すドップラ周波数軸の時間ｔとレンジ軸Ｒの関係式から時間軸の信号Ｓ(n,t)からレンジＲを換算出力する。

【数9】

【0031】

次に、ＣＦＡＲ処理部３９において、時間軸の信号Ｓ(n,t)（周波数バンク番号、時間で表記）に対して、ＣＦＡＲ処理（例えば非特許文献４参照）により極大値の検出を行い、ドップラ−レンジセル抽出部３Ａにおいて、極大値の検出があった時間ｔsel(p)と周波数バンク番号に対するドップラ周波数ｆsel(p)（ｐは目標番号）を中心にした（Ｎ，Ｍ）セルを抽出する(図２（ｃ））。

【0032】

次に、ドップラ逆ＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部３Ｂにおいて、抽出したセルのドップラ周波数軸を逆ＦＦＴ処理してｐｒｉ軸に変換し、時間（レンジ）軸をＦＦＴ処理してレンジ周波数軸に変換する(図２（ｄ））。相関行列算出部３Ｃは、上記のようにして得られた信号をSw(pri,ω)とし、これを１次元に並べ替えする(図２（ｅ））。その並べ替えした信号Xをもとに、共分散行列Rxxを算出する（図３）。以下に定式化する。

【数10】

【0033】

この相関行列Rxxを用いて、ＭＵＳＩＣ処理部３ＤにおいてＭＵＳＩＣ処理し、次式によりＭＵＳＩＣスペクトルを算出する（非特許文献５参照）。

【数11】

【0034】

以上の処理の説明を図３に示す。図３において、（ａ）はPnRmで示されるＰＲＩ−レンジ周波数データのＰＲＩ軸とレンジ周波数軸における配列を示しており、（ｂ）は（ａ）に示す配列データを１次元ベクトルＸに変換し、Ｘより相関行列Rxxを演算する様子を示している。

【0035】

このＭＵＳＩＣスペクトルSmusicにおいて、例えばＣＦＡＲ処理（非特許文献４参照）によりスレショルドを超える信号の極大値Ω(ft,ωt)を抽出する。

【0036】

最後に、速度・レンジ出力部３Ｆにおいて、ドップラ周波数ftとレンジ周波数ωtより、次式の換算により目標の速度VtとレンジRｔを算出する(図２（ｆ））。

【数12】

【0037】

【数13】

【0038】

以上のように、第１の実施形態に係るレーダ装置は、Ｎ（Ｎ≧１）パルスをＰＲＩ軸方向に送受信する場合に、ＮパルスのＰＲＦ受信信号をＦＦＴ処理し、さらにパルス圧縮した後のドップラ−レンジ軸の信号を用いてＣＦＡＲ処理することによりP個の極値を検出し、検出した極値を持つドップラ−レンジセルを中心に、（±Pr1,±Pr2）個のセルに対応する信号を抽出する。ドップラfd軸は逆ＦＦＴ処理してｐｒｉ軸に変換し、時間（レンジｒ）軸はＦＦＴ処理して周波数軸に変換し、ｐｒｉ軸及び周波数軸に変換した信号より行列Ｒxxm(pri,ω)を算出し、この行列Rxxmを縦列（横列）方向に並べた１次元ベクトルに変換した信号Ｘを用いて相関行列Rxx(pri,ω)を算出し、ＭＵＳＩＣ処理等の高分解能処理により、速度軸とレンジ軸で目標を分離して検出する。

【0039】

上記構成によるレーダ装置によれば、ドップラ−レンジ軸で検出したセル付近を抽出し、抽出した信号について、ドップラ周波数軸とレンジ軸の両者を１次元に並べた信号による相関行列を用いてＭＵＳＩＣ処理を施すことにより、ドップラ周波数軸とレンジ軸の２次元において、高分解能に目標を分離することができる。

【0040】

（第２の実施形態）
図４乃至図６を参照して第２の実施形態を説明する。

【0041】

図４は第２の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図、図５及び図６は信号処理器３の処理動作を説明するための図である。図４において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。また、図５及び図６はそれぞれ図２及び図３に対応するが、図５（ｅ）、図６（ａ）はそれぞれ図２（ｅ）及び図３（ａ）とは異なる。

【0042】

図４に示すレーダ装置において、図１に示したレーダ装置の構成と異なる点は、信号処理器３において、相関行列算出部３Ｃを平均相関行列算出部３Ｇに置き換えた点にある。

【0043】

すなわち、第１の実施形態では、目標信号間の相関が小さい場合について述べた。これに対して、第２の実施形態では、レーダ装置の送受信による複数の目標信号は、互いに相関をもつため、（１０）式のRxxの相関成分を抑圧するために、平均化処理を行う。このために、図５（ｅ）、図６（ａ）に示すようにＰＲＩ−レンジ周波数軸の行列データにおいて部分行列Swmを抽出し、そのたびにRxxmの算出を行い、その要素毎の平均値の行列をRxxとする。

【数14】

【0044】

本実施形態は、この平均相関行列Rxxを用いて、（１１）〜（１３）式により、目標の速度と距離を算出する。

【0045】

本実施形態は、２次元の信号をもとに、相関行列の平均値を求めてＭＵＳＩＣ処理するのが主旨であり、平均化の手法は、各相関行列の平均値や、Forward-Backward空間平均法（非特許文献６参照）等、他の手法でもよいのは言うまでもない。

【0046】

以上のように、第２の実施形態に係るレーダ装置は、Ｎ（Ｎ≧１）パルスをＰＲＩ軸方向に送受信する場合に、ＮパルスのＰＲＦ受信信号をＦＦＴ処理し、さらにパルス圧縮した後のレンジ−ドップラ周波数軸の信号を用いてＣＦＡＲ処理することによりP個の極値を検出し、検出した極値を持つドップラ−レンジセルを中心に、（±Pr1,±Pr2）個のセルに対応する信号を抽出する。ドップラ周波数軸fdは逆ＦＦＴ処理してｐｒｉ軸に変換し、時間（レンジｒ）軸はＦＦＴ処理して周波数軸に変換し、ｐｒｉ軸及び周波数軸に変換したた信号より行列Ｒxxm（pri,ω）を算出する。この行列Ｒxxmを、ｐｒｉ軸とω軸に対して各々Mr1及びMr2セルずつスライディングさせ、これによって選定した行列を縦列（横列）方向に並べた１次元ベクトルに変換した信号Ｘを用いて相関行列Ｒxx(m)（ｍ＝１〜Mr1×Mr2）を演算し、その平均値のＲxxavg（pri,ω）を用いて、ＭＵＳＩＣ処理等の高分解能処理により、速度軸とレンジ軸で目標を分離して検出する。

【0047】

上記構成によるレーダ装置によれば、ドップラ−レンジ軸で検出したセル付近を抽出し、抽出した信号について、ドップラ周波数軸とレンジ軸の両方の軸で移動平均した信号を１次元に並べた信号による相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理を施すことにより、目標間で相関がある場合でも、ドップラ周波数軸とレンジ軸の２次元において、高分解能に目標を分離することができる。

【0048】

（第３の実施形態）
図７及び図８を参照して第３の実施形態を説明する。

【0049】

図７は第３の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図、図８はその処理動作を説明するための図である。本実施形態は、検出用のΣビームと測角用のΣ２ビームを用いてＡｚ及びＥＬの測角を行う手法に特徴がある。本実施形態では、測角のために、位相モノパルス信号(Σ、Δ：非特許文献７参照)を用いる。

【0050】

図７に示すレーダ装置において、送受信器２では、ＰＲＦ受信信号から位相モノパルス信号を生成して和ビームΣと差ビームΔそれぞれの成分を取り出す。信号処理器３では、送受信器２で得られた位相モノパルス信号Σ，Δを取り込んでＡＤ変換部３１でディジタル信号に変換し、Ｓ１，Ｓ２生成部３Ｈで開口２分割の第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ１を生成する。位相モノパルス信号Σ，Δはそれぞれ以下のように定義される。

【数15】

【0051】

したがって、位相モノパルスの出力信号をΣとΔとすると、次式で第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２を算出することができる。

【数16】

【0052】

この第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２はそれぞれΣ形成部３Ｉ、Σ２形成部３Ｉ′に送られる。これらのΣ形成部３Ｉ、Σ２形成部３Ｉ′は、図８（ａ）に示すように、それぞれ入力信号Ｓ１，Ｓ２にビーム指向方向を決める位相θ１，θ２を設定する。これにより、Σ系統とΣ２系統で互いに異なる指向方向を持つΣビームｂ１とΣ２ビームｂ２を形成することができる。

【数17】

【0053】

これらのビームｂ１，ｂ２の信号をそれぞれ入力信号sig1，sig2とする。入力信号sig1については、第１及び第２の実施形態で示したＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３２、レンジ軸ＦＦＴ処理部３３、乗算器３４、レンジ軸ＩＦＦＴ処理部３７、ドップラ−レンジ出力部３８、ＣＦＡＲ検出部３９、ドップラ−レンジセル抽出部３Ａ、ドップラ逆ＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部３Ｂ、平均相関行列３Ｇ、ＭＵＳＩＣ処理部３Ｄ、ＣＦＡＲ検出部３Ｅにより、各々のＭＵＳＩＣスペクトルの極値を検出し、速度レンジ算出部３Ｆによりドップラ周波数に基づく速度からレンジｒを算出する。一方、入力信号sig2については、上記sig1側と同等のＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３２′、レンジ軸ＦＦＴ処理部３３′、乗算器３４′、レンジ軸ＩＦＦＴ処理部３７′、ドップラ−レンジ出力部３８′、ＣＦＡＲ検出部３９′、ドップラ−レンジセル抽出部３Ａ′、ドップラ逆ＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部３Ｂ′、平均相関行列３Ｇ′、ＭＵＳＩＣ処理部３Ｄ′により、各々のＭＵＳＩＣスペクトルを検出し、セル検出部３Ｋにおいてsig1側のＣＦＡＲ検出部３Ｅで検出された極値に基づいて対応するセルを検出する。セル検出結果は、上記速度レンジ算出部３Ｆで得られたレンジｒと共に測角値算出部３Ｌに送られる。

【0054】

測角値算出部３Ｌでは、上記レンジｒに基づいて、次式により電力（b1、b2に対応してS1とS2）を算出する（非特許文献５参照）。

【数18】

【0055】

この行列Ｓ（Ｓ１とＳ２）の第ｐ番目の対角成分から、ｐ番目の目標に対する受信電力（Ｐ１とＰ２）が得られ、この平方根により受信振幅（Ｅ１とＥ２）が得られる。これを用いて、次式により誤差電圧εを算出する。

【数19】

【0056】

この誤差電圧と角度については、図８（ｂ）に示すように、予め角度に対する誤差電圧εをテーブル化しておき、誤差電圧テーブルを作成しておく。（１９）式により算出したεにより、テーブルを用いて角度θを算出する（引用文献７）。

【0057】

以上のように、第３の実施形態に係るレーダ装置は、アンテナ開口を２分割して和（Σ）と差（ΔＡＺまたはΔＥＬ）ビームによりパルスを送受信するパルス圧縮レーダ装置において、ΣとΔ信号より左右（上下）の開口信号を生成し、その信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて２本のΣビーム（ΣとΣ２）を形成し、ΣとΣ２により第１及び第２の実施形態で説明した処理を実施してＭＵＳＩＣスペクトルの対応するドップラ−レンジセルを抽出し、ΣとΣ２のＭＵＳＩＣスペクトル等の高分解能処理により算出した振幅比による誤差電圧を用いて測角する。

【0058】

上記構成によれば、ドップラ周波数軸−レンジ軸の移動平均による相関行列を用いた２次元ＭＵＳＩＣ処理により、高分解能に分解した信号を用いて、Σ及びΔのモノパルス出力を用いた２ビームの出力により測角を行うことができる。

【0059】

（第４の実施形態)
図９を参照して第４の実施形態を説明する。

【0060】

第３の実施形態では、ΣとΔビームを用いて、検出用のΣビームと測角用のΣ２ビームを算出し、モノパルス方式により測角する手法について述べた。第４の実施形態は、その他のビームとして、ΣビームとΣ２ビームをＡＺ面またはＥＬ面の少なくともいずれか一方に、スクイントさせて形成する方式を採用したことを特徴とする。

【0061】

図９は第４の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図である。本実施形態では、送受信器２においてΣとΣ２ビ−ムを形成し、信号処理器３において、Σ、Σ２の信号をそれぞれＡＤ変換部３１でデジタル信号に変換した後は、その信号を（１６）式のＳ１とＳ２として、第３の実施形態の（１７）〜（１９）式と同様に処理する。

【0062】

以上のように、第４の実施形態に係るレーダ装置は、ＡＺ面またはＥＬ面の少なくともいずれか一方にスクイントしたΣとΣ２ビームによりパルスを送受信するパルス圧縮レーダ装置において、ΣとΣ２により第１及び第２の実施形態と同様の処理を実行してＭＵＳＩＣスペクトルの対応するレンジセルを抽出し、ΣとΣ２のＭＵＳＩＣスペクトル等の高分解能処理により算出した振幅比による誤差電圧を用いて測角する。

【0063】

上記構成によれば、ドップラ周波数軸−レンジ軸の移動平均による相関行列を用いた２次元ＭＵＳＩＣ処理により、高分解能に分解した信号を用いて、Σ及びΣ２のモノパルス出力を用いた２ビームの出力により測角を行うことができる。

【0064】

尚、３次元レーダの場合は、ＡＺ面及びＥＬ面に対して、それぞれ、上述の方式を用いればよいのは言うまでもない。また、本実施形態は、相関行列Rxxを算出してＭＵＳＩＣ手法について述べたが、処理規模削減のために、既知の手法であるＲＯＯＴ−ＭＵＳＩＣや、ＥＳＰＲＩＴ（非特許文献５参照）法等を用いてもよいのは言うまでもない。

【0065】

その他、本実施形態は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0066】

１…アンテナ、１１…送信アンテナ素子、２…送受信器、２１…送受信器、２２…ビーム制御器、３…信号処理器、３１…ＡＤ変換部、３２，３２′…ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部、３３，３３′…レンジ軸ＦＦＴ処理部、３４，３４′…乗算部、３５…参照信号生成部、３６…参照信号ＦＦＴ処理部、３７，３７′…レンジ軸ＩＦＦＴ処理部、３８，３８′…ドップラ−レンジ出力部、３９，３９′…ＣＦＡＲ検出部、３Ａ，３Ａ′…ドップラ−レンジセル抽出部、３Ｂ，３Ｂ′…ドップラ逆ＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部、３Ｃ…相関行列生成部、３Ｄ，３Ｄ′…ＭＵＳＩＣ処理部、３Ｅ…ＣＦＡＲ検出部、３Ｆ…速度・レンジ算出部、３Ｇ，３Ｇ′…平均相関行列生成部、３Ｈ…Ｓ１・Ｓ２生成部、３Ｉ…Σ形成部、３Ｉ′…Σ２形成部、３Ｋ…セル検出部、３Ｌ…測角値算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】