特許 6352837 レーダシステム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】6352837

(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】レーダシステム及びそのレーダ信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/46 20060101AFI20180625BHJP

   G01S 13/58 20060101ALI20180625BHJP

   G01S 13/44 20060101ALI20180625BHJP

   G01S 13/32 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   G01S13/46

   G01S13/58 200

   G01S13/44

   G01S13/32

【請求項の数】4

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-40458(P2015-40458)

(22)【出願日】2015年3月2日

(65)【公開番号】特開2016-161409(P2016-161409A)

(43)【公開日】2016年9月5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】 大▲瀬▼ 裕久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０４５０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０５９８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９２５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７１１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３６９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／８７７５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ １／００−１９／５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの単一周波数のパルス波と周波数スイープ勾配を持つアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス波をレーダ波として送信する、少なくとも１台の送信装置と、
前記送信装置とは少なくとも異なる位置に配置され、少なくとも前記送信装置の位置、送信ビーム方向、送信周波数、送信波形の情報を取得し、前記送信装置から送信されるレーダ波の反射波を受信するＮｒ台（Ｎｒ≧２）の受信レーダ装置と、
前記受信レーダ装置の出力を統合処理する統合処理装置と
を具備し、
前記送信装置は、前記レーダ波を対象目標のドップラ周波数に応じてクラッタの影響が少なくなるように選定して送信し、
前記Ｎｒ台の受信レーダ装置は、前記レーダ波の反射波を受信し、その受信信号の前記周波数スイープ勾配を持つパルス波の成分からＭＲＡＶ（Measurement Range After measurement Velocity）処理により前記対象目標について測距及び測速を行い、前記受信信号の前記単一周波数のパルス波の成分から前記対象目標のドップラ周波数から周波数ずれを求め、前記測速した値を前記周波数ずれに基づいて補正して、前記測距した値と共に出力し、
前記統合処理装置は、前記Ｎｒ台の受信レーダ装置それぞれで得られた検出目標の測距、測速、測角結果に基づいて互いに同一と判別された目標の距離、速度及び角度を目標情報として出力するレーダシステム。

【請求項2】

少なくとも１つの単一周波数のパルス波と周波数スイープ勾配を持つアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス波をレーダ波として送信し、そのレーダ波の反射波を受信する、少なくとも１台の送受信レーダ装置と、
前記送受信レーダ装置とは少なくとも異なる位置に配置され、少なくとも前記送受信レーダ装置の位置、送信ビーム方向、送信周波数、送信波形の情報を取得し、前記送受信レーダ装置から送信されるレーダ波の反射波を受信するＮｒ台（Ｎｒ≧１）の受信レーダ装置と、
前記少なくとも１台の送受信レーダ装置及び前記Ｎｒ台の受信レーダ装置の出力を統合処理する統合処理装置と
を具備し、
前記送受信レーダ装置は、前記レーダ波を対象目標のドップラ周波数に応じてクラッタの影響が少なくなるように選定して送信し、
前記送受信レーダ装置及び前記Ｎｒ台の受信レーダ装置は、前記レーダ波の反射波を受信し、その受信信号の前記周波数スイープ勾配を持つパルス波の成分からＭＲＡＶ（Measurement Range After measurement Velocity）処理により前記対象目標について測距及び測速を行い、前記受信信号の前記単一周波数のパルス波の成分から前記対象目標のドップラ周波数から周波数ずれを求め、前記測速した値を前記周波数ずれに基づいて補正して、前記測距した値と共に出力し、
前記Ｎｒ台の受信レーダ装置は、受信信号を複数の開始時間でＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理し、ＦＦＴ出力が最大となる開始時間を選定して受信タイミングを制御することで前記送受信レーダ装置との時刻同期を行い、
前記統合処理装置は、前記送受信レーダ装置及び前記Ｎｒ台の受信レーダ装置それぞれで得られた検出目標の測距、測速、測角結果に基づいて互いに同一と判別された目標の距離、速度及び角度を目標情報として出力するレーダシステム。

【請求項3】

少なくとも１つの単一周波数のパルス波と周波数スイープ勾配を持つアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス波をレーダ波として送信する、少なくとも１台の送信装置と、
前記送信装置とは少なくとも異なる位置に配置され、少なくとも前記送信装置の位置、送信ビーム方向、送信周波数、送信波形の情報を取得し、前記送信装置から送信されるレーダ波の反射波を受信するＮｒ台（Ｎｒ≧２）の受信レーダ装置と、
前記受信レーダ装置の出力を統合処理する統合処理装置と
を具備するレーダシステムに適用され、
前記送信装置により、前記レーダ波を対象目標のドップラ周波数に応じてクラッタの影響が少なくなるように選定して送信し、
前記Ｎｒ台の受信レーダ装置により、前記レーダ波の反射波を受信し、その受信信号の前記周波数スイープ勾配を持つパルス波の成分からＭＲＡＶ（Measurement Range After measurement Velocity）処理により前記対象目標について測距及び測速を行い、前記受信信号の前記単一周波数のパルス波の成分から前記対象目標のドップラ周波数から周波数ずれを求め、前記測速した値を前記周波数ずれに基づいて補正して、前記測距した値と共に出力し、
前記統合処理装置により、前記Ｎｒ台の受信レーダ装置それぞれで得られた検出目標の測距、測速、測角結果に基づいて互いに同一と判別された目標の距離、速度及び角度を目標情報として出力するレーダシステムのレーダ信号処理方法。

【請求項4】

少なくとも１つの単一周波数のパルス波と周波数スイープ勾配を持つアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス波をレーダ波として送信し、そのレーダ波の反射波を受信する、少なくとも１台の送受信レーダ装置と、
前記送受信レーダ装置とは少なくとも異なる位置に配置され、少なくとも前記送受信レーダ装置の位置、送信ビーム方向、送信周波数、送信波形の情報を取得し、前記送受信レーダ装置から送信されるレーダ波の反射波を受信するＮｒ台（Ｎｒ≧１）の受信レーダ装置と、
前記受信レーダ装置の出力を統合処理する統合処理装置と
を具備するレーダシステムに適用され、
前記送受信レーダ装置により、前記レーダ波を対象目標のドップラ周波数に応じてクラッタの影響が少なくなるように選定して送信し、
前記送受信レーダ装置及び前記Ｎｒ台の受信レーダ装置により、前記レーダ波の反射波を受信し、その受信信号の前記周波数スイープ勾配を持つパルス波の成分からＭＲＡＶ（Measurement Range After measurement Velocity）処理により前記対象目標について測距及び測速を行い、前記受信信号の前記単一周波数のパルス波の成分から前記対象目標のドップラ周波数から周波数ずれを求め、前記測速した値を前記周波数ずれに基づいて補正して、前記測距した値と共に出力し、
前記Ｎｒ台の受信レーダ装置は、受信信号を複数の開始時間でＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理し、ＦＦＴ出力が最大となる開始時間を選定して受信タイミングを制御することで前記送受信レーダ装置との時刻同期を行い、
前記統合処理装置により、前記送受信レーダ装置及び前記Ｎｒ台の受信レーダ装置それぞれで得られた検出目標の測距、測速、測角結果に基づいて互いに同一と判別された目標の距離、速度及び角度を目標情報として出力するレーダシステム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、マルチスタティック方式により目標の位置及び速度を検出するレーダシステム及びそのレーダ信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近時、レーダシステムにあっては、１または複数のレーダ波送信装置及び複数の受信レーダ装置を互いに離間して配置し、各受信レーダ装置の観測結果により目標の位置及び速度を検出するマルチスタティック方式が開発されている。この種のレーダシステムでは、離隔したレーダ波送信装置及び受信レーダ装置間の時刻同期が不十分な場合には、観測位置の誤差が大きくなってしまう課題があった。また、レーダ波送信装置・受信レーダ装置間のローカル信号の中心周波数にずれが生じる場合には、ドップラ周波数による速度精度が不十分であつた。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】バイスタティックレーダのドップラ周波数、M.Skolnik、Radar Handbook 3rd、McGraw hill、pp23.14-23.17(2008)

【非特許文献2】位相モノパルス（位相比較モノパルス）方式、電子情報通信学会、改訂レーダ技術、pp.262-264（1996）

【非特許文献3】振幅モノパルス（振幅比較モノパルス）方式、電子情報通信学会、改訂レーダ技術、pp.260-262（1996）

【非特許文献4】テーラー分布、電子情報通信学会、改訂レーダ技術、pp.134-135(1996)

【非特許文献5】ＦＭＩＣＷ、FRED E.Nathanson, 'RADAR DESIGN PRINCIPLES second edition', Scitech, p452-454(1999)

【非特許文献6】ＦＭＣＷ、電子情報通信学会、改訂レーダ技術、ppp.274-275(1996)

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１２１９０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

以上述べたように、従来のマルチスタティック方式のレーダシステムでは、レーダ波送信装置・受信レーダ装置間の時刻同期ずれや中心周波数のずれ等の影響で、距離精度や速度精度が不十分であるという課題があった。

【0006】

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、レーダ波送信装置・受信レーダ装置間の時刻同期ずれや中心周波数のずれ等の影響を軽減し、高精度な位置及び速度を出力するレーダシステム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】

【0007】

上記の課題を解決するために、本実施形態に係るレーダシステムは、少なくとも１つの単一周波数のパルス波と周波数スイープ勾配を持つアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス波をレーダ波として送信する、少なくとも１台の送信装置と、前記送信装置とは少なくとも異なる位置に配置され、少なくとも前記送信装置の位置、送信ビーム方向、送信周波数、送信波形の情報を取得し、前記送信装置から送信されるレーダ波の反射波を受信するＮｒ台（Ｎｒ≧２）の受信レーダ装置と、前記受信レーダ装置の出力を統合処理する統合処理装置とを具備し、前記送信装置は、前記レーダ波を対象目標のドップラ周波数に応じてクラッタの影響が少なくなるように選定して送信し、前記Ｎｒ台の受信レーダ装置は、前記レーダ波の反射波を受信し、その受信信号の前記パルス波の成分からＭＲＡＶ（Measurement Range After measurement Velocity）処理により前記対象目標について測距及び測速を行い、前記受信信号の前記連続波の成分から前記対象目標のドップラ周波数から周波数ずれを求め、前記測速した値を前記周波数ずれに基づいて補正して、前記測距した値と共に出力し、前記統合処理装置は、前記Ｎｒ台の受信レーダ装置それぞれで得られた検出目標の測距、測速、測角結果に基づいて互いに同一と判別された目標の距離、速度及び角度を目標情報として出力する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図。

【図2】第１の実施形態において、レーダ送信信号として生成される、ＣＷ信号とスイープ信号のパルス変調されたＦＭＩＣＷによる変調波を示す波形図。

【図3】第１の実施形態のＭＲＡＶによる測距・測速の手順を示すフローチャート。

【図4】第１の実施形態のスイープ信号送信サイクルを説明するためのタイミング図。

【図5】第１の実施形態の位相モノパルスによる周波数軸上のΣ、Δビーム分布を示す周波数分布図。

【図6】第１の実施形態の位相モノパルスによる周波数軸上のΣ、Δビームから目標の周波数を抽出する様子を示す周波数分布図。

【図7】第１の実施形態の位相モノパルスによる誤差電圧算出処理を説明するための周波数分布図及び特性図。

【図8】第１の実施形態の単位サイクル内におけるスイープ処理について説明するための図。

【図9】第１の実施形態のアップ・ダウンスイープそれぞれに対するクラッタの広がり方向を示す図。

【図10】第１の実施形態の送信側と受信側が速度ベクトルを持つ場合の送信装置、受信装置、クラッタ反射点の位置関係を示す図。

【図11】第２の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図。

【図12】第２の実施形態の時刻同期処理を説明するための波形図。

【図13】第２の実施形態の時刻同期と中心周波数の補正後、１台の送受信レーダ装置、２台の受信レーダ装置によるマルチスタティック方式により目標位置を算出する手法を説明するための概念図。

【図14】第２の実施形態の時刻同期と中心周波数の補正後、１台の送受信レーダ装置、１台の受信レーダ装置によるマルチスタティック方式により目標位置を算出する手法を説明するための概念図。

【図15】第２の実施形態の時刻同期と中心周波数の補正後、１台の送信レーダ装置、２台の受信レーダ装置によるマルチスタティック方式により目標位置を算出する手法を説明するための概念図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

（第１の実施形態）（ＭＲＡＶとＣＷによる周波数・速度補正）
図１乃至図１０を参照して、第１の実施形態に係るレーダシステムを説明する。

【0011】

図１は上記レーダシステムの系統構成を示すブロック図、図２はＦＭＩＣＷ（Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave、非特許文献５参照）による変調波を示す波形図、図３はＭＲＡＶによる測距・測速の手順を示すフローチャート、図４はスイープ信号送信サイクルを説明するためのタイミング図、図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ位相モノパルスによる周波数軸上のΣ、Δビーム分布を示す周波数分布図、図６は位相モノパルスによる周波数軸上のΣ、Δビームから目標の周波数を抽出する様子を示す周波数分布図、図７（ａ），（ｂ）はそれぞれ位相モノパルスによる誤差電圧算出処理を説明するための周波数分布図及び特性図、図８（ａ），（ｂ）は単位サイクル内におけるスイープ処理について説明するための概念図、図９はアップ・ダウンスイープそれぞれに対するクラッタの広がり方向を示す図、図１０は送信側と受信側が速度ベクトルを持つ場合の送信側装置、受信側装置、クラッタ反射点の位置関係を示す図である。

【0012】

図１に示すレーダシステムは、一つの送受信レーダ装置Ａと、この送受信レーダ装置Ａから送信されたレーダ信号の反射波を受信可能な位置に配置される複数（ここでは２台）の受信レーダ装置Ｂ，Ｃを備える。

【0013】

送受信レーダ装置Ａにおいて、アンテナＡ１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る。送受信器Ａ２において、送受信部Ａ２１は、図２に示す単一周波数により変調されたパルス波と周波数スイープ勾配を持つアップスイープまたはダウンスイープで周波数変調されたパルス波（ＦＭＩＣＷ：Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave、非特許文献５参照））を生成し、ビーム制御部Ａ２２は、アンテナＡ１により送信されるビームを目標方向に指向させる。送受信部Ａ２１は、目標から反射した信号を受信して、送信波形と同様の変調波信号を用いたローカル信号により復調し、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スイープ受信信号は信号処理器Ａ３に送られる。

【0014】

上記受信レーダ装置Ｂ，Ｃは、いずれも送受信レーダ装置Ａの送信機能を除いて同構成である。すなわち、受信レーダ装置Ｂ，Ｃにおいて、アンテナＢ１，Ｃ１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受信用のフェーズドアレイアンテナであり、送受信レーダ装置Ａから繰り返し送信される特定周波数のレーダ信号の反射波を受信する。受信器Ｂ２，Ｃ２では、受信部Ｂ２１，Ｃ２１において、アンテナＢ１，Ｃ１で受信された信号をビーム制御部Ｂ２２，Ｃ２２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スイープ受信信号は信号処理器Ｂ３，Ｃ３に送られ、送受信レーダ装置Ａと同様に、Σビーム系統とΔビーム系統に分配されて、ＣＦＡＲ検出目標における測距、測角演算が行われる。

【0015】

上記送受信レーダ装置Ａの信号処理器Ａ３、上記受信レーダ装置Ｂ，Ｃの信号処理器Ｂ３，Ｃ３はいずれも同構成であり、入力されたスイープ受信信号をΣビーム系統とΔビーム系統に分配する。Σビーム系統に入力されたスイープ受信信号は、ＡＤ（Analog-Digital）変換部Ａ３１，Ｂ３１，Ｃ３１でディジタル信号に変換され、ＦＦＴ用Σ・Δウェイト乗算部Ａ３２，Ｂ３２，Ｃ３２でＦＦＴ用のΣウェイト及びΔウェイトが乗算され、ＦＦＴ処理部Ａ３３，Ｂ３３，Ｃ３３で周波数領域の信号に変換され、ＣＦＡＲ検出部Ａ３４，Ｂ３４，Ｃ３４で所定のスレショルドを超えるセル（時間サンプル）の検出が実行される。このＣＦＡＲ検出セルで検出されたセルのスイープ信号はＭＲＡＶ（Measurement Range after measurement Velocity）処理部Ａ３５，Ｂ３５，Ｃ３５に送られ、ＣＷ信号はＣＷ速度演算部Ａ３６，Ｂ３６，Ｃ３６に送られる。ＭＲＡＶ処理部Ａ３５，Ｂ３５，Ｃ３５は入力スイープ信号から目標の測距・測速演算を行い、ＣＷ速度演算部Ａ３６，Ｂ３６，Ｃ３６は入力ＣＷ信号から目標のドップラ速度演算を行う。ＭＲＡＶ処理部Ａ３５，Ｂ３５，Ｃ３５で得られた目標の測距・測速結果は速度補正部Ａ３７，Ｂ３７，Ｃ３７でＣＷ速度演算部Ａ３６，Ｂ３６，Ｃ３６で得られたドップラ速度に基づいて速度補正されて測角部Ａ３８，Ｂ３８，Ｃ３８に送られる。

【0016】

一方、Δビーム系統に入力されたＰＲＦ受信信号は、ＡＤ変換部Ａ３９，Ｂ３９，Ｃ３９でディジタル信号に変換され、ＦＦＴ用Σウェイト乗算部Ａ３ａ，Ｂ３ａ，Ｃ３ａでＦＦＴ用のΣウェイト及びΔウェイトが乗算され、ＦＦＴ処理部Ａ３ｂ，Ｂ３ｂ，Ｃ３ｂで周波数領域の信号に変換されて、測角部Ａ３８，Ｂ３８，Ｃ３８に送られる。この測角部Ａ３８，Ｂ３８，Ｃ３８は、Σビーム系統のＭＲＡＶ処理により得られた測距・測速演算結果とΔビーム系統で得られたΔ検出信号とに基づいて測角演算を行う。各レーダ装置Ａ，Ｂ，Ｃで得られた検出目標の測距、測速、測角結果は統合処理装置Ｄに送られ、互いに同一と判別された目標の距離、速度及び角度が目標情報として出力される。

【0017】

上記構成において、図３乃至図１０を参照して、レーダ装置Ａ，Ｂ，Ｃ間の時刻同期ずれや中心周波数のずれ等の影響を軽減するための処理動作を説明する。

【0018】

まず、ＭＲＡＶによる測距・測速の手順について、図３を参照して説明する。ここでは、送信信号波形として、図４に示すように、時間間隔Ｔ１２の２回のダウンスイープの場合で述べるが、ダウン−アップスイープの連続波形として、そのうちのダウンスイープのみ、またはアップスイープのみの処理をする場合でもよい。また、簡単のため２回のスイープの場合について述べるが、Ｎ（Ｎ≧２）回の場合でも同様であるのは言うまでもない。

【0019】

図３において、図４に示す周波数を連続的にスイープする信号１，２を送受信すると（ステップＳ１０）、スイープ１，２のサンプル系列をＦＦＴ処理してモノパルス演算を行い（ステップＳ１１）、スレッショルド検出（ステップＳ１２）によってピーク信号をもつビート周波数ｆｐを抽出し保存する（ステップＳ１３）。ステップＳ１４，Ｓ１５によりスイープ信号１，２の処理が完了すると、スイープ１とスイープ２のビート周波数ｆｐを用いて、次式より相対距離Ｒ１とＲ２を算出し、速度ｖを算出する（ステップＳ１６）。

【数1】

【0020】

次に、ビート周波数ｆｐと速度ｖを用いて、次の連立方程式により、目標の距離Ｒと速度Ｖを算出する（ステップＳ１６，Ｓ１７）。

【数2】

【0021】

以上の方式は、ビート周波数により速度を算出した後、距離を算出することからＭＲＡＶ（Measurement Range after measurement Velocity）（特許文献１参照）方式と呼ぶ。

【0022】

上記の処理により速度ｖ、距離Ｒを算出したのち、目標情報として保存する（ステップＳ１８）。上記ステップＳ１６〜Ｓ１８を全目標について行い（ステップＳ１９，Ｓ２０）、次のサイクルの処理に移行する。

【0023】

ここで、上記ビート周波数の観測精度を向上する方式がある。特に、目標速度が低い場合等、スイープ間でビート周波数が同一バンク内になる場合には、同一バンク内で精度よくビート周波数を算出する必要がある。この対策として図５（ａ），（ｂ）及び図６に示すように、角度軸で用いる位相モノパルス（非特許文献２参照）をビート周波数として周波数軸に用いてバンク内の周波数を高精度に観測する手法である。以下に手順を示す。

【0024】

（１）周波数軸モノパルス
抽出した目標の周波数のΣ（ｆｐ）とΔ（ｆｐ）を用いて、次式の誤差電圧εを算出する（図７（ａ），（ｂ）参照）。

【数3】

【0025】

（２）ビート周波数抽出
予め保存してあるΣとΔの周波数特性を用いて算出した誤差電圧の基準値ε0をテーブル化（ε0と周波数ｆの対応）しておき、その基準テーブルを用いて、上記の観測値εから、高精度なビート周波数ｆｐの値を抽出する。

【0026】

（３）目標までの距離と速度の算出
上記ビート周波数ｆｐを用いて、図３に示す手順（（１）（２）による演算手順）により、距離Ｒと速度Ｖを算出する。なお、重みづけについては、−１または１以外に、サイドローブを低減するためにテーラーウェイト（非特許文献４参照）等のウェイトを乗算してもよい。

【0027】

以上の処理は、２スイープの場合について述べたが、一般的に複数スイープの場合でもよい。例として、４スイープの場合を図８（ａ），（ｂ）に示す。スイープ時間に対する４点のビート周波数の勾配より速度を算出する際に、直線フィッティング等を用いればよい。

【0028】

また、ＭＲＡＶ手法として、周波数軸上の位相モノパルスの場合について述べたが、隣接バンクを用いて振幅モノパルス演算（非特許文献３参照）により高精度なビート周波数を得る方式でもよい。

【0029】

次にスイープの選定手法について述べる。ＦＭＩＣＷでは、クラッタが距離方向に広がっている場合は、各距離によりビート周波数成分が異なるため、ＣＷ信号の場合と異なり、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、クラッタが広がる形となる。これは、スイープ信号が反射点の距離に応じて時間遅延が生じ、その分周波数がずれたビート周波数として観測されることによる（非特許文献６参照）。この広がる向きは、図９（ｂ）に示すダウンスイープ（ドップラ周波数が高い方向）と図９（ｃ）に示すアップスイープ（ドップラ周波数低い方向）では異なる。このため、目標信号とクラッタの周波数軸上の関係に従って、目標がクラッタに埋もれないようにダウンスイープ、アップスイープのいずれかを選定すればよい。

【0030】

メインローブクラッタの周波数は、図１０に示すように、送信側と受信側が速度ベクトルを持つ場合の一般式として、次式で算出することができる（非特許文献１参照）。

【数4】

【0031】

送信側と受信側が固定の場合は、クラッタ中心周波数は０となり、クラッタの速度分散に従って、ドップラ周波数の分散をもつスペクトルとなる。

【0032】

上記メインローブクラッタの周波数ｆｃと観測した目標ドップラ周波数ｆｔの関係より、ｆｃ≧ｆｔの場合には、クラッタドップラ周波数が高い方向に広がるダウンスイープを、ｆｃ＜ｆｔの場合には、クラッタドップラ周波数が低い方向に広がるアップスイープを選定する。このクラッタの周波数算出とスイープ選定は、目標のドップラ周波数を把握する統合処理Ｄで行い、ビーム制御部Ａ２２，Ｂ２２，Ｃ２２によりスイープ方向を制御する。なお、目標のドップラ周波数とクラッタ周波数を把握できれば、例えば速度補正部Ａ３７，Ｂ３７，Ｃ３７でスイープ選定し、ビーム制御部Ａ２２，Ｂ２２，Ｃ２２を制御するようにしてもよい。

【0033】

以上の手法により、クラッタ環境下でも、目標とのドップラ周波数の関係によって、クラッタの影響を受けないスイープを選定して、ＭＲＡＶにより目標速度を観測することができ、次式によりドップラ周波数を算出することができる。

【数5】

【0034】

一方、スイープ勾配の無い単一周波数のＣＷ信号のＦＦＴ結果をＣＦＡＲ処理して検出すると、ドップラ周波数ｆdcwを抽出できる。このｆdcwには、送信と受信の中心周波数のずれによる誤差を含んでいる。これを補正するには、fdmravを正しい値として、fdcwとの差分を補正周波数fdcalとして補正すると、ドップラ周波数誤差を補正できる。

【数6】

【0035】

fdcalを決めると、以後、観測したドップラ周波数fdmを補正し、中心周波数による誤差の無いドップラ周波数ｆｄを算出できる。

【数7】

【0036】

また、補正後のドップラ速度から、（５）式と同様の関係により、精度の高い目標速度を算出することができる。

【0037】

角度軸のモノパルス演算は、Σ信号を用いてＣＦＡＲ処理部Ａ３４，Ｂ３４，Ｃ３４でＣＦＡＲ処理して検出したセルについて行う。また、ビーム出力のΣとΔを用いて測角部Ａ３８，Ｂ３８，Ｃ３８で測角演算を行い、Ａｚ角及びＥＬ角を算出する。

【0038】

以上のように、第１の実施形態に係るレーダシステムでは、１台の送信レーダ装置Ａと２台の受信レーダ装置Ｂ，Ｃを用いて、送信レーダ装置Ａの位置、送信ビーム方向θ、送信周波数、送信波形等を必要に応じて、受信レーダ装置Ｂ，Ｃに通信回線により伝送し、送信レーダ装置Ａにより、少なくとも１つの単一周波数のパルス波と周波数スイープ勾配をもつアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス波（ＦＭＩＣＷ）を対象目標のドップラ周波数に応じて、クラッタの影響が少ないように選定して送信し、受信レーダ装置でＭＲＡＶ処理により測速した値と単一周波数のドップラ周波数より、周波数ずれを算出して補正し、速度と距離を出力する。このように、ＭＲＡＶ処理により、相対距離の変化を用いて目標速度を観測し、ＣＷにより目標速度（ドップラ）を観測するため、中心周波数差（目標速度差）を補正することができる。

【0039】

（第２の実施形態）（時刻同期）
本実施形態では、レーダ装置間が離隔しているため、時刻同期の調整方法について述べる。系統を図１１に示す。図１１において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。

【0040】

本実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、受信レーダ装置Ｂ，Ｃにおいて、時刻同期制御部Ｂ３ｃ，Ｃ３ｃを備え、Σ系列のＦＦＴ処理部Ｂ３３，Ｃ３３で周波数領域に変換されたスイープ出力を取り込んでスイープの開始時刻を判別し、その判別結果に基づいて、受信器Ｂ２，Ｃ２に設けられたタイミング制御部Ｂ２３，Ｃ２３を通じて、スイープ周波数の開始時刻を変化させ、時刻誤差を修正（時刻同期）する。

【0041】

上記構成において、時刻同期方法を図１２を参照して説明する。ここでは、信号波形として、図に示すようにアップ（ダウン）スイープの波形で説明するが、アップスイープとダウンスイープを組み合わせて、いずれかのスイープを選定する方法でもよい。

【0042】

受信レーダ装置Ｂ，Ｃ側では、送受信レーダ装置Ａの送信波形は既知であるが、ＧＰＳと原子時計により時刻同期調整しても時刻誤差は生じる。このため、図１２（ａ）に示す変調側のスイープ周波数の開始時刻に対して、図１２（ｂ）に示すように復調側のスイープ周波数の開始時刻ΔｔをＮｔ通り変えて、図１２（ｃ）に示すようにそれぞれのＦＦＴ後の目標信号検出し、最大値となるΔtselを選定する。このΔtselには、送信レーダ装置〜目標〜受信レーダ装置の時間遅延差と時刻ずれが含まれる。

【数8】

【0043】

この選定したΔtselを用いて、（８）式の関係を用いて、Δｔerrを算出し、次式により受信レーダ装置の時刻を補正する。

【数9】

【0044】

この時刻tcalを用いて、第１の実施形態の処理を実施して、目標の距離、速度を算出する。

【0045】

以上の時刻同期と中心周波数の補正後、マルチスタティック方式により目標位置を算出する手法について、図１３及び図１４を参照して説明する。

【0046】

図１３は、送受信レーダ装置１台（ＲＤＲ１）と受信レーダ装置２台（ＲＤＲ２，ＲＤＲ３）の場合に目標存在領域を計測する様子を示している。このように受信レーダ装置を２台とすると、受信レーダ装置ＲＤＲ２及びＲＤＲ３についても送受信レーダ装置ＲＤＲ１と同様の処理を行うことで、送信ＲＤＲ１〜受信ＲＤＲ１、送信ＲＤＲ１〜受信ＲＤＲ２と送信ＲＤＲ１〜受信ＲＤＲ３までの各々の距離として、Ｒ１、Ｒ１２、Ｒ１３を得ることができる。

【0047】

これらの距離Ｒ１、Ｒ１２、Ｒ１３を用いて、図１３に示すように、目標位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。この手法としては、Ｒ１の球面とＲ１２及びＲ１３の楕円球面の交点となる。その中で、送受信レーダ装置により観測した距離、ＡＺ角、ＥＬ角より算出した３次元の位置を中心に、所定の範囲内を目標存在領域として、その中の交点を算出する。解で算出できない場合は、目標存在領域内の点を（ｘ，ｙ，ｚ）の格子点に分割し、各々の点で次式の値が最小となる点（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。

【数10】

【0048】

なお、送受信レーダ装置が１台、受信レーダ装置が１台の場合には、図１４に示すようにＲ１の球面とＲ１２の楕円球面の交線では３次元の位置を特定できない。この場合には、送受信レーダ装置の距離と測角値から算出した目標存在領域の中で、受信レーダ装置の測角値による範囲との共通範囲を抽出して目標存在領域とし、その目標存在領域内の（ｘ，ｙ，ｚ）の格子点の中で、送信ＲＤＲ１〜受信ＲＤＲ２の観測距離により、次式により（ｘ，ｙ，ｚ）を観測位置として出力する。

【数11】

【0049】

また、他の例として、図１５に示すように、レーダ波送信装置が１台、受信レーダ装置が２台の場合について述べる。この例では、送受信レーダ装置が無いため、図１３で示した処理はできず、第１の実施形態の周波数補正のみの場合となる。この場合は、２台の既知の位置にある受信レーダ装置から観測したＡＺ／ＥＬ角の交点により目標存在領域の中心点を算出できるため、それを中心に（ｘ，ｙ，ｚ）の格子点を設定して、その中で次式により格子点の位置を選定すればよい。

【数12】

【0050】

本実施形態の手法は、マルチスタティックの装置間の中心周波数のずれ、時刻同期を行い、目標位置及び目標速度の精度を向上する手法であり、補正後の観測値を用いて位置及び速度を算出する手法であれば、格子点を設定しない手法として、受信装置からのＡＺ／ＥＬ測角値のみから位置を算出する手法等でもよい。

【0051】

すなわち、第２の実施形態では、少なくとも１台の送受信装置１とＮｒ台（Ｎｒ＞＝１）の受信レーダ装置において、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）の開始時間を複数通り変えた場合のＦＦＴ出力が最大となる開始時間を選定して時刻同期させて、ＭＲＡＶ処理により測速した値と単一周波数のドップラ周波数より、周波数ずれを算出して補正し、速度と距離を出力するようにしている。このため、スイープ信号によるＦＦＴ出力の最大値になるスイープ開始時間を抽出することで、時刻を同期させることができる。

【0052】

以上のことから明らかなように、本実施形態のレーダシステムは、レーダ間の中心周波数差を補正（同調）し、時刻同期できるマルチスタティックレーダシステムを実現できる。

【0053】

尚、上記実施形態では、ＣＷ信号やスイープ信号を用いており、ドップラ周波数補正や時刻同期とともに、目標を検出し、目標位置及び速度を観測できる。しかしながら、本手法を協調動作時のみに用いて、目標観測においては、例えばチャープ変調によるパルスを用いた送受信を行ってもよいのは言うまでもない。

【0054】

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】

【0055】

Ａ…送受信レーダ装置、Ａ１…アンテナ、Ａ２…送受信器、Ａ２１…送受信部、Ａ２２…ビーム制御部、Ａ３…信号処理器、Ａ３１，Ａ３９…ＡＤ変換部、Ａ３２，Ａ３ａ…ウェスト乗算部、Ａ３３，Ａ３ｂ…ＦＦＴ処理部、Ａ３４…ＣＦＡＲ検出部、Ａ３５…ＭＲＡＶ処理部、Ａ３６…ＣＷ速度演算部、Ａ３７…速度補正部、Ａ３８…測角部、
Ｂ…受信レーダ装置、Ｂ１…アンテナ、Ｂ２…受信器、Ｂ２１…受信部、Ｂ２２…ビーム制御部、Ｂ２３…タイミング制御部、Ｂ３…信号処理器、Ｂ３１，Ｂ３９…ＡＤ変換部、Ｂ３２，Ｂ３ａ…ウェスト乗算部、Ｂ３３，Ｂ３ｂ…ＦＦＴ処理部、Ｂ３４…ＣＦＡＲ検出部、Ｂ３５…ＭＲＡＶ処理部、Ｂ３６…ＣＷ速度演算部、Ｂ３７…速度補正部、Ｂ３８…測角部、
Ｃ…受信レーダ装置、Ｃ１…アンテナ、Ｃ２…受信器、Ｃ２１…受信部、Ｃ２２…ビーム制御部、Ｃ２３…受信復調部、Ｃ３…信号処理器、Ｃ３１，Ｃ３９…ＡＤ変換部、Ｃ３２，Ｃ３ａ…ウェスト乗算部、Ｃ３３，Ｃ３ｂ…ＦＦＴ処理部、Ｃ３４…ＣＦＡＲ検出部、Ｃ３５…ＭＲＡＶ処理部、Ｃ３６…ＣＷ速度演算部、Ｃ３７…速度補正部、Ｃ３８…測角部、Ｄ…統合処理装置。

【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】