特許 6352688 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】6352688

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】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 13/28 20060101AFI20180625BHJP

   G01S 7/292 20060101ALI20180625BHJP

   G01S 7/02 20060101ALI20180625BHJP

   G01S 7/32 20060101ALI20180625BHJP

   G01S 13/44 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   G01S13/28 200

   G01S7/292 202

   G01S7/02 216

   G01S7/32 220

   G01S13/44

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-117835(P2014-117835)

(22)【出願日】2014年6月6日

(65)【公開番号】特開2015-230284(P2015-230284A)

(43)【公開日】2015年12月21日

【審査請求日】2017年2月20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

【審査官】 東 治企

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８１８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１９７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４８３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７０３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９４４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４５３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３４３２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７３９１３５７（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／００−７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００−１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーダパルス受信信号を入力してΣビームのレンジ軸に対する時間軸のコヒーレント積分処理を施すことで目標検出範囲を特定し、前記目標検出範囲の中心に焦点を合わせて目標検出位置とし、前記時間軸のコヒーレント積分処理結果についてクロスレンジ軸方向のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理により周波数領域で積分処理して、逆ＦＦＴ処理により時間領域に戻すことで前記目標検出位置におけるΣビームのレンジ−ドップラ画像を取得するΣビーム画像取得手段と、
前記レーダパルス受信信号を入力してΔビームのレンジ軸に対する時間軸のコヒーレント積分処理を施すことで目標検出範囲を特定し、前記目標検出範囲の中心に焦点を合わせて目標検出位置とし、前記時間軸のコヒーレント積分処理結果についてクロスレンジ軸方向のＦＦＴ処理により周波数領域で積分処理して、逆ＦＦＴ処理により時間領域に戻すことで前記目標検出位置におけるΔビームのレンジ−ドップラ画像を取得するΔビーム画像取得手段と、
前記Σビーム画像取得手段で取得されたΣビームのレンジ−ドップラ画像に対してＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理により目標セルを検出して測距し、前記Δビーム画像取得手段で取得されたΔビームのレンジ−ドップラ画像から前記Σビームで検出された目標セルに対応するセルの信号を用いて測角する測距・測角手段と
を具備するレーダ装置。

【請求項2】

前記Σビーム画像取得手段は、前記Σビームのレンジ−ドップラ画像の結果より、所定の振幅スレショルドを超えた点を通る所定の範囲の周波数軸の信号出力を抽出し、ドップラ周波数を０にシフトして、それ以外は０埋めした信号を逆ＦＦＴして時間領域に戻し、その時間領域の信号の共役複素値を補正係数として、前記コヒーレント積分処理する入力信号をパルス繰り返し期間毎に補正し、その補正結果から再度レンジ−ドップラ画像を算出し、これをＭ回（Ｍ≧１）繰り返して最終のレンジ−ドップラ画像を取得する請求項１記載のレーダ装置。

【請求項3】

前記Σビーム画像取得手段は、距離−周波数軸でアンビギュイティを持つＭＰＲＦ（Middle Pulse Repetition Frequency ）による送受信信号について、被搭載機の高度、クラッタ距離、ビーム走査角に応じたドップラ周波数を中心として所定の幅をもつドップラ周波数範囲を抑圧したレンジ−ドップラ画像を取得し、
前記測距・測角手段は、前記測距及び測角の処理に、前記ＣＦＡＲ処理によって得られた目標セルについて行う複数のＰＲＦを用いた請求項１または２記載のレーダ装置。

【請求項4】

前記Σビーム画像取得手段は、速度軸のアンビギュイティは発生させず、距離軸でアンビギュイティを持つＨＰＲＦ（High Pulse Repetition Frequency ）による送受信信号について、被搭載機の高度、クラッタ距離、ビーム走査角に応じたドップラ周波数を中心として所定の幅をもつドップラ周波数範囲を抑圧したレンジ−ドップラ画像を取得し、
前記測距・測角手段は、前記測距及び測角の処理に、前記ＣＦＡＲ処理によって得られた目標セルについて行う複数のスイープによるＦＭＣＷ（Frequency Modulated continuous Wave）を用いた請求項１または２記載のレーダ装置。

【請求項5】

レーダパルス受信信号を入力してΣビームのレンジ軸に対する時間軸のコヒーレント積分処理を施すことで目標検出範囲を特定し、前記目標検出範囲の中心に焦点を合わせて目標検出位置とし、前記時間軸のコヒーレント積分処理結果についてクロスレンジ軸方向のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理により周波数領域で積分処理して、逆ＦＦＴ処理により時間領域に戻すことで前記目標検出位置におけるΣビームのレンジ−ドップラ画像を取得し、
前記レーダパルス受信信号を入力してΔビームのレンジ軸に対する時間軸のコヒーレント積分処理を施すことで目標検出範囲を特定し、前記目標検出範囲の中心に焦点を合わせて目標検出位置とし、前記時間軸のコヒーレント積分処理結果についてクロスレンジ軸方向のＦＦＴ処理により周波数領域で積分処理して、逆ＦＦＴ処理により時間領域に戻すことで前記目標検出位置におけるΔビームのレンジ−ドップラ画像を取得し、
前記Σビームのレンジ−ドップラ画像に対してＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理により目標セルを検出して測距し、前記Δビームのレンジ−ドップラ画像から前記Σビームで検出された目標セルに対応するセルの信号を用いて測角するレーダ装置のレーダ信号処理方法。

【請求項6】

前記Σビームのレンジ−ドップラ画像の結果より、所定の振幅スレショルドを超えた点を通る所定の範囲の周波数軸の信号出力を抽出し、ドップラ周波数を０にシフトして、それ以外は０埋めした信号を逆ＦＦＴして時間領域に戻し、その時間領域の信号の共役複素値を補正係数として、前記コヒーレント積分処理する入力信号をパルス繰り返し期間毎に補正し、その補正結果から再度レンジ−ドップラ画像を算出し、これをＭ回（Ｍ≧１）繰り返して最終のレンジ−ドップラ画像を取得する請求項５記載のレーダ装置のレーダ信号処理方法。

【請求項7】

前記Σビームのレンジ−ドップラ画像は、距離−周波数軸でアンビギュイティを持つＭＰＲＦ（Middle Pulse Repetition Frequency ）による送受信信号について、被搭載機の高度、クラッタ距離、ビーム走査角に応じたドップラ周波数を中心として所定の幅をもつドップラ周波数範囲を抑圧して取得し、
前記測距及び測角の処理に、前記ＣＦＡＲ処理によって得られた目標セルについて行う複数のＰＲＦを用いた請求項５または６記載のレーダ装置のレーダ信号処理方法。

【請求項8】

前記Σビームのレンジ−ドップラ画像は、速度軸のアンビギュイティは発生させず、距離軸でアンビギュイティを持つＨＰＲＦ（High Pulse Repetition Frequency ）による送受信信号について、被搭載機の高度、クラッタ距離、ビーム走査角に応じたドップラ周波数を中心として所定の幅をもつドップラ周波数範囲を抑圧して取得し、
前記測距及び測角の処理に、前記ＣＦＡＲ処理によって得られた目標セルについて行う複数のスイープによるＦＭＣＷ（Frequency Modulated continuous Wave）を用いた請求項５または６記載の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、例えば航空機に搭載して遠距離の小目標を検出する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】

従来の航空機搭載のレーダ装置では、積分ヒット数の多い長時間積分を行うと、レンジウォーク及び被搭載機の運動による位相の非線形性により積分ロスが生じるという課題があった。また、メインローブが地表面や海面等を向く場合には、固定クラッタを受信してしまうため、目標の検出性能が劣化するという課題があった。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】ＳＡＲ方式（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2】ＳＡＲ方式（Ａｚ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.171-178(2003)

【非特許文献3】ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）、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4】２次元ＣＦＡＲ、Guy Morris, "AIRBORNE PULSE DOPPLER RADAR 2nd edition", pp.399-404(1996)

【非特許文献5】位相モノパルス測角、吉田、“改定レーダ技術”、電子情報通信学会、pp.260-264(1996)

【非特許文献6】ＭＰＲＦ方式、Guy Morris, "AIRBORNE PULSE DOPPLER RADAR 2nd edition", pp.264-270(1996)

【非特許文献7】ＨＰＲＦ方式、George W.Stimson, "INTRODUCTION TO AIRBORN RADAR", HEGHES, pp231-239 (1983)

【非特許文献8】ＦＭ−ＣＷレーダ、吉田、“改定レーダ技術”、電子情報通信学会、pp.274-275（1996）

【非特許文献9】ＰＧＡ方式、Charles V.Jakowatz, "Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar: A Signal Processing Approach", Springer, pp.251-256(1996)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

以上述べたように、従来のレーダ装置では、積分ヒット数の多い長時間積分を行うと、レンジウォーク及び被搭載機の運動による位相の非線形性により積分ロスが生じるという課題があった。また、メインローブが地表面や海面等を向く場合には、固定クラッタを受信してしまうため、目標の検出性能が劣化するという課題があった。

【0005】

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、長時間積分時にもロスを低減し、固定クラッタを抑圧して目標の検出能力を高めることのできるレーダ装置及び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】

【0006】

上記の課題を解決するために、本実施形態に係るレーダ装置は、Σビーム画像取得手段と、Δビーム画像取得手段と、測距・測角手段とを具備する。Σビーム画像取得手段は、レーダパルス受信信号を入力してΣビームのレンジ軸に対する時間軸のコヒーレント積分処理を施すことで目標検出範囲を特定し、前記目標検出範囲の中心に焦点を合わせて目標検出位置とし、前記時間軸のコヒーレント積分処理結果についてクロスレンジ軸方向のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理により周波数領域で積分処理して、逆ＦＦＴ処理により時間領域に戻すことで前記目標検出位置におけるΣビームのレンジ−ドップラ画像を取得する。Δビーム画像取得手段は、前記レーダパルス受信信号を入力してΔビームのレンジ軸に対する時間軸のコヒーレント積分処理を施すことで目標検出範囲を特定し、前記目標検出範囲の中心に焦点を合わせて目標検出位置とし、前記時間軸のコヒーレント積分処理結果についてクロスレンジ軸方向のＦＦＴ処理により周波数領域で積分処理して、逆ＦＦＴ処理により時間領域に戻すことで前記目標検出位置におけるΔビームのレンジ−ドップラ画像を取得する。測距・測角手段は、前記Σビーム画像取得手段で取得されたΣビームのレンジ−ドップラ画像に対してＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理により目標セルを検出して測距し、前記Δビーム画像取得手段で取得されたΔビームのレンジ−ドップラ画像から前記Σビームで検出された目標セルに対応するセルの信号を用いて測角する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る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、信号処理部の処理の流れを示すフローチャート。

【図3】図１に示すレーダ装置において、機体フライト軸と目標の位置関係を示す概念図。

【図4】第２の実施形態に係る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、信号処理部の処理の流れを示すフローチャート。

【図6】図４に示すレーダ装置において、信号処理部の位相補正を説明するための概念図。

【図7】図４に示すレーダ装置において、信号処理部の位相補正の処理の流れを示すフローチャート。

【図8】第３の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。

【図9】図８に示すレーダ装置において、信号処理部の処理の流れを示すフローチャート。

【図10】レーダ装置におけるＬＰＲＦの区分とアンビギュイティとの関係を示す図。

【図11】レーダ装置におけるＨＰＲＦの区分とアンビギュイティとの関係を示す図。

【図12】レーダ装置におけるＭＰＲＦの区分とアンビギュイティとの関係を示す図。

【図13】図８に示すレーダ装置において、周波数フィルタの役割を示す図。

【図14】図８に示すレーダ装置において、２次元ＣＦＡＲの説明を示す図。

【図15】図８に示すレーダ装置において、測距の処理を説明するための図。

【図16】図８に示すレーダ装置において、測速の処理を説明するための図。

【図17】第４の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。

【図18】図１５に示す装置において、信号処理部の処理の流れを示すフローチャート。

【図19】図１５に示す装置において、ＨＰＲＦの測距の説明を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

【0009】

（第１の実施形態）
以下、図１乃至図３を参照して、第１の実施形態に係るレーダ装置を説明する。

【0010】

図１は上記レーダ装置の系統構成を示すブロック図、図２はその具体的な処理の流れを示すフローチャート、図３は上記レーダ装置が搭載される航空機の機体フライト軸と目標との位置関係を示す概念図である。

【0011】

図１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。送受信部２１はアンテナ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受信信号を得る（図２：ステップＳ１１）。受信ビームで得られたＰＲＦ受信信号は信号処理器３に送られる。

【0012】

この信号処理器３は、送受信器２からのＰＲＦ受信信号をΣビーム用とΔビーム用の２系統に分配する。Σビーム用の系統は、ＡＤ（Analog-Digital）変換部３１１、レンジ軸ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）部（ＦＦＴｘ）３２１、レンジ参照信号乗算部３３１、データ保存部３４１、クロスレンジ参照信号乗算部３５１、クロスレンジ軸ＦＦＴ部（ＦＦＴｙ）３６１、レンジ軸逆ＦＦＴ部（逆ＦＦＴｘ）３７１、ＣＦＡＲ処理部３８、測距部３９及び測角部３Ａを備える。Δビーム用の系統は、ＡＤ（Analog-Digital）変換部３１２、レンジ軸ＦＦＴ部（ＦＦＴｘ）３２２、レンジ参照信号乗算部３３２、データ保存部３４２、クロスレンジ参照信号乗算部３５２、クロスレンジ軸ＦＦＴ部（ＦＦＴｙ）３６２、レンジ軸逆ＦＦＴ部（逆ＦＦＴｘ）３７２、セル抽出部３Ｂを備える。

【0013】

上記Σビーム用の系統において、送受信器２から供給されるＰＲＦ受信信号はＡＤ変換部３１１によってディジタル信号に変換される（図２：ステップＳ１２）。その変換結果はレンジ軸ＦＦＴ部３２１にてレンジ軸方向にＦＦＴ処理され（図２：ステップＳ１３）、レンジ参照信号乗算部３３１にてレンジ軸方向の線形チャープによるレンジ参照信号が乗算されてレンジ圧縮される（図２：ステップＳ１４）。レンジ圧縮されたＰＲＦ受信信号はデータ保存部３４１に保存され（図２：ステップＳ１５）、長時間のコヒーレント積分に供される。

【0014】

また、上記レンジ圧縮されたＰＲＦ受信信号は、処理選択部３Ｃ１にて処理選択を受けた場合に、クロスレンジ軸ＦＦＴ部３６１にてクロスレンジ軸（ＰＲＩ軸）方向にＦＦＴ処理され（図２：ステップＳ１６）、さらにレンジ軸逆ＦＦＴ部３７１にてレンジ軸方向に逆ＦＦＴ処理される（図２：ステップＳ１７）。このようにしてパルス圧縮された信号に対して、ＣＦＡＲ処理部３８によりレンジ−ドップラ軸における目標セルの検出が行われ（図２：ステップＳ１８）、測距部３９及び測角部３Ａにてそれぞれ検出目標セルの距離、レンジ方向の角度が検出される（図２：ステップＳ１９，Ｓ２０）。

【0015】

一方、上記Δビーム用の系統において、送受信器２から供給されるＰＲＦ受信信号はＡＤ変換部３１２によってディジタル信号に変換される（図２：ステップＳ２１）。その変換結果はレンジ軸ＦＦＴ部３２２にてレンジ軸方向にＦＦＴ処理され（図２：ステップＳ２２）、レンジ参照信号乗算部３３２にてレンジ軸方向の線形チャープによる参照信号が乗算されてレンジ圧縮される（図２：ステップＳ２３）。レンジ圧縮されたＰＲＦ受信信号はデータ保存部３４２に保存され（図２：ステップＳ２４）、長時間のコヒーレント積分に供される。

【0016】

また、上記レンジ圧縮されたＰＲＦ受信信号は、処理選択部３Ｃ２にて処理選択を受けた場合に、クロスレンジ軸ＦＦＴ部３６２にてクロスレンジ軸（ＰＲＩ軸）方向にＦＦＴ処理され（図２：ステップＳ２５）、さらにレンジ軸逆ＦＦＴ部３７２にてレンジ軸方向に逆ＦＦＴ処理される（図２：ステップＳ２６）。このようにしてパルス圧縮された信号に対して、セル抽出部３Ｂにて、ＣＦＡＲ処理部３８からの情報に基づいてΣビーム側で検出したレンジ−ドップラ軸の目標セルと同様のΔビームの目標セルが抽出される（図２：ステップＳ２７）。抽出されたΔビームの目標セルについては、測角部３Ａにてクロスレンジ方向の角度が検出される。

【0017】

ここで、上記処理選択部３Ｃ１，３Ｃ２は、上記測角部３Ａにおける測角の検出対象の有無について判断し（図２：ステップＳ２８）、検出対象が得られなかった場合、次のＰＲＩ送受信で得られたＰＲＦ受信信号について目標セルの検出処理を行い、検出対象が得られた場合には、目標のＲＣＳ（レーダ散乱断面積）が小さいことを考慮して、更に高効率な積分効果を得るために、長時間のコヒーレント積分を行う。このために、処理選択部３Ｃ１，３Ｃ２は、測角部３Ａにて目標が検出されたビーム方向に対して、データ保存部３４１，３４２に保存していたレンジ圧縮データを読み出して（経過時間によっては再度送受信した信号を用いてもよい）長時間のコヒーレント積分処理に切り替える。

【0018】

具体的には、Σビーム用の系統において、長時間のコヒーレント積分処理に切り替えられると、データ保存部３４１からレンジ圧縮データが読み出され（図２：ステップＳ２９）、クロスレンジ参照信号乗算部３５１にてクロスレンジ軸方向の線形チャープによるクロスレンジ参照信号が乗算された後（図２：ステップＳ３０）、上記クロスレンジ軸ＦＦＴ部３６１によるクロスレンジ軸（ＰＲＩ軸）方向のＦＦＴ処理（図２：ステップＳ３１）、レンジ軸逆ＦＦＴ部３７１によるレンジ軸方向の逆ＦＦＴ処理（図２：ステップＳ３２）、ＣＦＡＲ処理部３８によるレンジ−ドップラ軸における目標セルの検出（図２：ステップＳ３３）、測距部３９及び測角部３Ａによる検出目標セルの距離、レンジ方向の角度の検出が行われる（図２：ステップＳ３４，Ｓ３５）。

【0019】

一方、Δビーム用の系統においても、長時間のコヒーレント積分処理に切り替えられると、データ保存部３４２からレンジ圧縮データが読み出され（図２：ステップＳ３６）、クロスレンジ参照信号乗算部３５２にてクロスレンジ軸方向の線形チャープによるクロスレンジ参照信号が乗算された後（図２：ステップＳ３７）、クロスレンジ軸ＦＦＴ部３６２によるクロスレンジ軸（ＰＲＩ軸）方向のＦＦＴ処理（図２：ステップＳ３８）、レンジ軸逆ＦＦＴ部３７２によるレンジ軸方向の逆ＦＦＴ処理（図２：ステップＳ３９）が行われる。続いて、セル抽出部３Ｂにて、ＣＦＡＲ処理部３８からの情報に基づいてΣビーム側で検出したレンジ−ドップラ軸の目標セルと同様の目標セルが抽出される（図２：ステップＳ４０）。抽出されたΔビームの目標セルについては、測角部３Ａにてクロスレンジ方向の角度が検出される。このようにして測角部３Ａで目標セルのレンジ方向、クロスレンジ方向の測角結果が得られる。

【0020】

ここで、図３は、上記構成によるレーダ装置が、飛翔体に搭載された場合に、実開口ビームを形成して目標検出範囲に常に照射するようにビームを向ける場合を示している。この際、メインロ−ブやサイドローブから地表面のクラッタも送受信するので、その座標系も合わせて記述している。合成開口時間（１サイクル）内でＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）間隔で送信したパルス毎に、ＰＲＩ内のレンジセル単位でデータを取得する。この取得データを用いて長時間のコヒーレント積分処理を実施する。

【0021】

次に、上記の長時間のコヒーレント積分処理について詳述する。
まずレンジ圧縮について述べる（非特許文献１参照）。レンジ圧縮は、入力信号とレンジ圧縮用の参照信号との相関処理であり、これを周波数領域で行う場合について定式化すると次の通りである（図１の３２１，３２２，３３１，３３２）。

【数1】

【0022】

（３）式で示すレンジ圧縮信号ｓを時間軸上の信号にするには逆フーリエ変換すればよい。但し、この後でクロスレンジ圧縮（クロスレンジ参照信号乗算部３５１，３５２、非特許文献２参照）を行うために、レンジ圧縮信号sは（ω、ｕ）軸のままとする。

【0023】

次にクロスレンジ圧縮用の参照信号fs0を生成する。

【数2】

【0024】

尚、検出位置（Xc, Yc, Zc）は、測距部３９及び測角部３Ａで検出した測距値、測角値より算出した位置である。目標が複数の場合は、検出目標毎に参照信号を生成する。また、オフセットは、検出範囲について、追跡情報等を用いて補正する場合等に用いる。前述のレンジ圧縮信号sとクロスレンジ圧縮用の参照信号fs0を乗算して信号csを得る。

【数3】

【0025】

これを用いて、ｕ軸でFFTして信号fcs（ω, ku）を得る（図１、クロスレンジ軸ＦＦＴ部３６１，３６２）。

【数4】

【0026】

長時間積分の出力fpは、fcsのω軸に関するレンジ軸逆ＦＦＴ部３７１，３７２により算出できる。

【数5】

【0027】

fp(t,ku）の出力より、１次元または２次元ＣＦＡＲ処理（非特許文献３、４参照）を用いて検出し、測距部３９にて時間をレンジ（距離）に変換して出力する。

【0028】

本実施形態は、（Xc, Yc, Zc）に焦点を合わせた処理である。目標が十分遠距離の場合は、焦点を無限遠点に設定してもよく、処理規模を削減することができる。また、位相ずれによる影響を軽減することができる。

【0029】

次に測角する手法について述べる。アンテナのΔビーム（ΔAz, ΔEL）の出力について、Σビームと同様にレンジ−ドップラ画像を得る。次にΣビームで検出したセル（レンジ−ドップラ軸のセル）と同様のセルを抽出し、次式の誤差電圧を算出する。

【数6】

【0030】

ΣとΔのビームパターンにおいて、予め取得した角度特性により、基準となる誤差電圧εrefと角度の関係をテーブル化しておき、εを観測し、テーブルを引用して角度を抽出すれば、観測角度が得られる。Ａｚ角、ＥＬ角について同様の処理を行うと、両者の軸の測角θAz、θELを実施できる（非特許文献５参照）。

【0031】

以上のように、第１の実施形態の構成によれば、レンジウォークによるロス及び位相の非線形成を補正して周波数軸で積分するので、ロスを低減することができる。さらにΔビームを用いているので、測角を実施することができる。

【0032】

（第２の実施形態）
長時間のコヒーレント積分による手法では、その積分の間に、目標の加速度や、被搭載機の加速度による位相変化が生じる場合がある。この対策手法については、合成開口処理のオートフォーカス手法であるＰＧＡ（Phase gradient autofocus：非特許文献９）と類似の方法を適用することができる。図４は、第２の実施形態として、この対処手法を適用した場合のレーダ装置の系統構成を示すブロック図、図５はその処理方法を適用した場合の具体的な処理の流れを示すフローチャート、図６は上記対処方法の処理を説明するための概念図である。尚、図４及び図５において、図１及び図２と同一部分には同一符号を付して示す。

【0033】

本実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、Σ系統のレンジ軸逆ＦＦＴ処理部３７１で得られたレンジ−ドップラ（クロスレンジ）画像から補正信号を抽出する補正信号抽出部３Ｄと、上記補正信号に基づいてクロスレンジ参照信号乗算部３５１，３５２のクロスレンジ参照信号を補正するクロスレンジ参照信号補正部３Ｅを追加した点にある（図５のステップＳ４１，Ｓ４２）。

【0034】

まず、図６（ａ）に示すように、レンジ−ドップラ（クロスレンジ）画像の結果より、所定の振幅スレショルドを超えたN個の極大値を抽出する。次に、極大値のドップラ軸に対する位相勾配を除き、飛翔経路及び機体動揺による位相ずれのみを抽出するため、極大値をドップラ軸で０周波数にシフトする。ここで、位相ずれの振動成分を取り除き、安定した補正成分を得るために、図６（ｂ）に示すように、その周囲に窓関数（ウィンドウ）を乗算し、窓関数の外側にゼロ埋めした信号s0を生成し、この信号を逆FFTすることで、図６（ｃ）に示す誤差信号S0を求める。

【数7】

【0035】

続いて、図６（ｄ）に示すように、誤差信号S0の逆特性となる補正量Wc(t)を求め、クロスレンジ圧縮信号fs0（ω、u）（レンジの周波数軸、飛行長）を時間軸（PRI軸）に変換したfs0(t)に乗算する。このようにして、図６（ｅ）に示す補正後の参照信号Rcを求める。

【数8】

【0036】

この参照信号Fs0を用いて、（５）〜（７）式の処理により、補正後のレンジ−ドップラ画像が得られる。この処理フローを図７に示す。

【0037】

すなわち、図７において、ＳＡＲ処理が指示されると（ステップＳ５１）、クロスレンジ圧縮信号のピーク値を抽出し（ステップＳ５２）、そのピークの前後±Ｍセルを抽出して（ステップＳ５３）、ゼロシフトを行った後（ステップＳ５４）、ウィンドウ乗算を行ってゼロ埋めを行う（ステップＳ５５）。次に、逆ＦＦＴにより周波数軸の信号から時間軸の信号に変換して誤差信号を求め（ステップＳ５６）、その逆特性となる補正値を算出して（ステップＳ５７）、その補正値を時間軸に変換されたクロスレンジ圧縮信号に乗算してＳＡＲ処理する（ステップＳ５８）。この時点で検出されたピーク値全てについてＳＡＲ処理を行ったか判断し（ステップＳ５９）、未処理のピーク値がある場合にはピーク値を変更してステップＳ５３より処理を繰り返す（ステップＳ６０）。全てのピーク値について処理が完了した場合には、一連の処理を終了する。この一連の処理を必要に応じてＭ回（Ｍ≧１）繰り返すことにより、積分ロスの少ないレンジ−ドップラ画像が得られる。このレンジ−ドップラ画像を用いてＣＦＡＲ処理することにより、目標セルを確実に検出することができ、より正確な距離を出力することができる。

【0038】

以上のように、第２の実施形態の構成によれば、レンジ−ドップラ画像から抽出した信号を用いて補正信号を生成し、位相補正するので、積分ロスを低減することができる。

【0039】

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態として、ＭＰＲＦを適用した場合のレーダ装置の系統構成を示すブロック図、図９はその処理方法を適用した場合の具体的な処理の流れを示すフローチャートである。尚、図８及び図９において、図４及び図５と同一部分には同一符号を付して示す。

【0040】

本実施形態において、第２の実施形態と異なる点は、Σ系統、Δ系統それぞれのクロスレンジ軸ＦＦＴ処理部３６１，３６２で得られた信号をそれぞれ周波数フィルタ３Ｆ１，３Ｆ２に通すことで、固定クラッタが存在する特定の周波数成分を取り出してクロスレンジ逆ＦＦＴ処理部３７１，３７２に送るようにした点（図９のステップＳ６０，Ｓ６１，Ｓ６５，Ｓ６６）と、Σビーム側のＣＦＡＲ処理により得られるレンジ−ドップラ軸の目標セルをＭＰＲＦ測距・測速部３Ｇに入力して目標セルに対する測距及び測速演算を実行するようにした点にある（図９のステップＳ６４，Ｓ６９）。

【0041】

ここで、レーダ装置におけるＰＲＦとレンジ−ドップラの関係には、ＬＰＲＦ（Low PRF）、ＨＰＲＦ（High PRF）、ＭＰＲＦ（Middle PRF）の３種類がある。その概要を図１０〜図１２に示す。ＬＰＲＦは、図１０に示すように、レンジ軸にアンビギュイティが無く、ドップラ周波数軸にアンビギュイティがある。ＨＰＲＦは、図１１に示すように、レンジ軸にアンビギュイティがあり、ドップラ周波数軸にアンビギュイティが無い。ＭＰＲＦは、図１２に示すように、レンジ軸及びドップラ周波数軸の両者にアンビギュイティがある。

【0042】

レンジ−ドップラ画像には、固定クラッタによる画像も含まれており、強度が強い場合には、移動目標のみを抽出するために抑圧する必要がある。このためのクラッタ周波数は、図３を参照すれば、メインビームの左右の端において、次式で表現できる。

【数9】

【0043】

具体的には、レンジ−ドップラ画像において、図１３に示すように固定クラッタが含まれる特定周波数を抑圧する周波数フィルタを用いて、この周波数範囲の信号を抑圧した上で、図１４に示す２次元ＣＦＡＲの検出を行う。このＣＦＡＲ処理は、時間軸、周波数軸に分けて行う１次元ＣＦＡＲを適用してもよいのは言うまでもない。

【0044】

本実施形態は、ＭＰＲＦを適用した場合のレーダ装置である。すなわち、被搭載機の速度が高く、走査角度が大きい場合には、クラッタ周波数範囲が広がる。クラッタフリー領域を広げるためには、ＰＲＦをあげて、距離及び速度ともに折り返しが発生（アンビギュイティ）するＭＰＲＦを適用する。ＭＰＲＦの場合には、周波数プラインド、パルスブラインドを避けて、測距／測速を行うために、Ｎ個のＰＲＦにより送受信を行う。

【0045】

ＭＰＲＦにおける測距／測速は、図１５に示すレンジ軸及び図１６に示すドップラ軸において、複数の目標Ａ，Ｂについて複数のＰＲＩ１〜ＰＲＩ３でそれぞれレンジが合致する、あるいはドップラが合致するＭ／Ｎ個の検出があがるレンジ及びドップラ周波数を抽出することにより行う（非特許文献６参照）。ドップラ周波数ｆｄと速度Ｖの関係は次の通りである。

【数10】

【0046】

以上のように、第３の実施形態の構成によれば、ＭＰＲＦを適用することにより、クラッタフリー領域を広げることができ、目標を確実に検出し、測距／測速することができる。

【0047】

（第４の実施形態）
図１７は、第４の実施形態として、ＨＰＲＦを適用した場合のレーダ装置の系統構成を示すブロック図、図１８はその処理方法を適用した場合の具体的な処理の流れを示すフローチャートである。尚、図１７及び図１８において、図８及び図９と同一部分には同一符号を付して示す。

【0048】

本実施形態において、第３の実施形態と異なる点は、Σビーム側のＣＦＡＲ処理により得られるレンジ−ドップラ軸の目標セルをＨＰＲＦ測距・測速部３Ｈに入力してＨＰＲＦによって目標セルに対する測距及び測速演算を実行するようにした点にある（図１８のステップＳ７２，Ｓ７５）。

【0049】

すなわち、被搭載機と目標の相対速度が高い場合には、ドップラ周波数軸でクラッタフリー領域を広げるために、ＨＰＲＦによる送受信を適用すればよい。この場合のメインローブクラッタ周波数は、（１１）式と同様に算出することができ、周波数フィルタ３Ｆ１，３Ｆ２を適用できる。ＨＰＲＦの場合にも、パルスブラインドを避けるために、必要に応じて複数のＰＲＦにより送受信を行う。複数のＰＲＦは、各ＰＲＦの送受信信号の送信パルスが、極力重なり合わないものを選択する。また、検出後、測距／測速が必要な場合は、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated continuous Wave）によるレンジングを行う（非特許文献７参照）。

【0050】

まず、距離、速度とビート周波数の関係は、次式で与えられる。

【数11】

【0051】

観測されるビート周波数を代入して連立方程式をたてて距離、速度を算出すると、次式となる。

【数12】

【0052】

複数目標の場合には、複数のビ−ト周波数が得られるので、複数スイープ間のビート周波数において、測角値や振幅等が類似のビート周波数同士を選定（ペアリング）して、連立方程式を解く。または、目標数をＮとして、Ｎ＋１個のスイープ信号の目標のビート周波数を用いて、各々のスイープ間で目標信号のペアリングをして、連立方程式を解くことにより、目標の距離と速度を算出できる。

【0053】

すなわち、図１９（ａ）に示す変調方式のスイープ１及びスイープ２に対して、図１９（ｂ）に示すように、複数の検出バンクが得られ、スイープ１とスイープ２で別々の周波数のバンクから目標を抽出することが可能となる。

【0054】

以上のように、第４の実施形態の構成によれば、ＨＰＲＦを適用したことにより、クラッタフリー領域を広げることができ、これによって目標を検出し、測距／測速することができる。

【0055】

尚、第３の実施形態及び第４の実施形態では、それぞれＭＰＲＦとＨＰＲＦの場合において、周波数フィルタを用いてクラッタを抑圧する手法について述べた。本手法は、ＬＰＲＦの場合においても、クラッタの広がりが小さい場合には、周波数フィルタによりクラッタを抑圧できるのは言うまでもない。

【0056】

尚、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】

【0057】

１…アンテナ、２…送受信器、２１…送受信部、２２…ビーム制御部、３…信号処理器、３１１，３１２…ＡＤ（Analog-Digital）変換部、３２１，３２２…レンジ軸ＦＦＴ部（ＦＦＴｘ）、３３１，３３２…レンジ参照信号乗算部、３４１，３４２…データ保存部、３５１，３５２…クロスレンジ参照信号乗算部、３６１，３６２…クロスレンジ軸ＦＦＴ部（ＦＦＴｙ）、３７１，３７２…レンジ軸逆ＦＦＴ部（逆ＦＦＴｘ）、３８…ＣＦＡＲ処理部、３９…測距部、３Ａ…測角部、３Ｂ…セル抽出部、３Ｃ１，３Ｃ２…処理選択部、３Ｄ…補正信号抽出部、３Ｅ…クロスレンジ参照信号補正部、３Ｆ１，３Ｆ２…周波数フィルタ、３Ｇ…ＭＰＲＦ測距・測速部、３Ｈ…ＨＰＲＦ測距・測速部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】