特許 6852007 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】6852007

(24)【登録日】2021年3月12日

(45)【発行日】2021年3月31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 7/36 20060101AFI20210322BHJP

   G01S 13/28 20060101ALI20210322BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/36

   G01S13/28 210

【請求項の数】5

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2018-47142(P2018-47142)

(22)【出願日】2018年3月14日

(65)【公開番号】特開2019-158670(P2019-158670A)

(43)【公開日】2019年9月19日

【審査請求日】2020年3月4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

(72)【発明者】

【氏名】辻 真志

【審査官】 渡辺 慶人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１８２０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４８７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４０８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２１７９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０９２０５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００６１９２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 蘓原祥夫，電子戦（電子対処）技術全般，防衛技術ジャーナル，日本，一般財団法人防衛技術協会，２０１７年１１月 １日，第37巻 第11号，Pages 4-11，ISSN 0919-8555

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／００ − ７／４２

１３／００ − １３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

符号化またはランダム信号による変調パルスを用いたレーダシステムにおいて、
レンジ抽出用のパルス幅、パルス間隔、パルス振幅を、パルス毎に変化させたパルス列と、ドップラ抽出用のパルス間隔が一定で、所定の間引き率ρ（ρ≧０）で間引いたパルス列とを混合して生成されたレーダ信号を送信アンテナより送信する送信系統と、
受信アンテナで受信した前記レーダ信号の反射信号に対して、ドップラ抽出用のパルス列でドップラを抽出し、抽出したドップラで補正したレンジ抽出用の参照信号を用いて、相関処理によりレンジを抽出して、速度とレンジを出力する受信系統と
を具備するレーダシステム。

【請求項2】

符号化またはランダム信号による変調パルスを用いたレーダシステムにおいて、
レンジ抽出用のパルス幅、パルス間隔、パルス振幅を、パルス毎に変化させたパルス列と、ドップラ抽出用のパルス間隔が一定で、所定の間引き率ρ（ρ≧０）で間引いたパルス列を混合して混合パルス列を生成し、送信のアンテナ開口をＭ（Ｍ≧１）分割し、送信開口の分割単位で、前記パルス列のパルス内変調を変えたＭ種の信号を用いて、更に必要に応じて、ドップラ抽出用とレンジ抽出用のパルス内変調を変えたレーダ信号を送信アンテナより送信する送信系統と、
受信アンテナの全開口で受信した前記レーダ信号の反射信号に対して、パルス内変調を復調して低レートの信号に変換した後、Ｍ種の送信信号に対してパルス列を分離し、送信開口分割単位の位相中心の位相に応じて補正して加算してドップラを抽出し、次に、抽出したドップラで補正したレンジ抽出用の参照信号を用いて、Ｍ種の送信信号に対して相関処理した結果を、送信開口分割単位の位相中心の位相に応じて補正して加算してレンジ抽出して、速度とレンジを出力する受信系統と
を具備するレーダシステム。

【請求項3】

前記受信系統は、高レートサンプリング信号を、所定の時間幅に分割し、前記時間幅毎にＦＦＴしたfast-timeの周波数軸の第１の結果と、パルス内の変調信号に対応する時間軸の信号をＦＦＴしたfast-time軸の周波数軸の第２の結果を用いて、前記第１の結果と前記第２の結果を各々Ｎ個の同じ周波数帯に分割して、各々の分割毎に相関処理し、各分割周波数帯の中心周波数に対応する位相補正後、各相関処理結果を合成して、低レートのサンプリング信号を得てドップラ及びレンジを抽出する請求項２記載のレーダシステム。

【請求項4】

符号化またはランダム信号による変調パルスを用いたレーダシステムのレーダ信号処理方法において、
レンジ抽出用のパルス幅、パルス間隔、パルス振幅を、パルス毎に変化させたパルス列と、ドップラ抽出用のパルス間隔が一定で、所定の間引き率ρ（ρ≧０）で間引いたパルス列とを混合して生成されたレーダ信号を送信アンテナより送信し、
受信アンテナで受信した前記レーダ信号の反射信号に対して、ドップラ抽出用のパルス列でドップラを抽出し、抽出したドップラで補正したレンジ抽出用の参照信号を用いて、相関処理によりレンジを抽出して、速度とレンジを出力するレーダシステムのレーダ信号処理方法。

【請求項5】

符号化またはランダム信号による変調パルスを用いたレーダシステムのレーダ信号処理方法において、
レンジ抽出用のパルス幅、パルス間隔、パルス振幅を、パルス毎に変化させたパルス列と、ドップラ抽出用のパルス間隔が一定で、所定の間引き率ρ（ρ≧０）で間引いたパルス列を混合して混合パルス列を生成し、送信のアンテナ開口をＭ（Ｍ≧１）分割し、送信開口の分割単位で、前記パルス列のパルス内変調を変えたＭ種の信号を用いて、更に必要に応じて、ドップラ抽出用とレンジ抽出用のパルス内変調を変えたレーダ信号を送信アンテナより送信し、
受信アンテナの全開口で受信した前記レーダ信号の反射信号に対して、パルス内変調を復調して低レートの信号に変換した後、Ｍ種の送信信号に対してパルス列を分離し、送信開口分割単位の位相中心の位相に応じて補正して加算してドップラを抽出し、次に、抽出したドップラで補正したレンジ抽出用の参照信号を用いて、Ｍ種の送信信号に対して相関処理した結果を、送信開口分割単位の位相中心の位相に応じて補正して加算してレンジ抽出して、速度とレンジを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、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】

従来のレーダシステムにあっては、被探知性を低下させるＬＰＩ（Low Probability of Intercept）レーダとして、符号化を用いたレーダ（特許文献１、非特許文献１）がある。これは、パルス内をＳＳ変調（非特許文献２）するものや、パルス毎に符号化を行い、参照信号を用いてレンジ圧縮するものである。近年、レーダ波の受信装置の性能も広帯域化し、ＳＳ変調のみでは十分なＬＰＩ性を確保できない場合もあることが予想され、更なるＬＰＩ性を確保する手法が望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１８２０１０号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】符号化レーダ、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.278-280(1996)

【非特許文献2】ＳＳ変調、丸林、‘スペクトル拡散通信とその応用’、電子情報通信学会編、pp.1-18(1998）

【非特許文献3】符号コード（Ｍ系列）発生方式、M.I.Skolnik、‘Introduction to radar systems’、McGRAW-HILL、pp.429-430(1980)

【非特許文献4】ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、西村、‘ディジタル信号処理による通信システム設計’、ＣＱ出版社、pp.222-226(2006)

【非特許文献5】ＣＦＡＲ処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)

【非特許文献6】ＭＩＭＯ処理、JIAN LI, PETER STOICA、‘MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING’、WILEY、pp.163-170, pp.1-5(2009)

【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、従来のレーダシステムでは、パルス内またはパルス間でＳＳ変調することでＬＰＩ性を高めるようにしているが、パルス内またはパルス間でＳＳ変調するだけでは、十分なＬＰＩ性を確保できない場合があった。

【0006】

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、十分なＬＰＩ性を確保しつつ目標の速度及び距離を観測することのでき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、符号化またはランダム信号による変調パルスを用い、レンジ抽出用のパルス幅、パルス間隔、パルス振幅を、パルス毎に変化させたパルス列と、ドップラ抽出用のパルス間隔が一定で、所定の間引き率ρ（ρ≧０）で間引いたパルス列とを混合して生成されたレーダ信号を送信アンテナより送信する送信系統と、受信アンテナで受信した前記レーダ信号の反射信号に対して、ドップラ抽出用のパルス列でドップラを抽出し、抽出したドップラで補正したレンジ抽出用の参照信号を用いて、相関処理によりレンジを抽出して、速度とレンジを出力する受信系統とを具備する。すなわち、間引きしたドップラ抽出用パルス列により、ドップラを抽出し、パルス幅、パルス間隔、パルス振幅等を変えることで、ＬＰＩ性を確保するとともに、測距及び測速ができる。

【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送信系統の概略構成を示すブロック図。

【図2】第１の実施形態に係るレーダシステムの受信系統の概略構成を示すブロック図。

【図3】第１の実施形態において、送信ファンビーム及び受信マルチビームを形成する様子を示す概念図。

【図4】第１の実施形態において、送信系統の混合パルス列を生成する様子を示すタイミング図。

【図5】第１の実施形態において、混合パルス列による送信信号に対する受信信号からドップラ信号を抽出する様子を示すタイミング図。

【図6】第１の実施形態において、受信信号からパルス列を抽出してレンジセル毎のslow-time軸の処理を行う様子を示すタイミング図。

【図7】第１の実施形態において、ドップラ補正参照信号による相関処理によって目標のレンジを抽出する様子を示すタイミング図。

【図8】第１の実施形態において、時間軸をセル単位でスライディングして畳み込み積分することで目標のレンジを抽出する様子を示すタイミング図。

【図9】第２の実施形態に係るレーダシステムの送信系統の概略構成を示すブロック図。

【図10】第２の実施形態に係るレーダシステムの受信系統の概略構成を示すブロック図。

【図11】第２の実施形態において、角度欺瞞のための送信開口分割を示す概念図。

【図12】第２の実施形態において、高レート信号を低レート信号に変換する処理系統を示すブロック図。

【図13】第２の実施形態において、送信系統において混合パルス列を生成する様子を示すタイミング図。

【図14】第２の実施形態において、受信信号を高レート信号から低レート信号に変換する様子を示す図。

【図15】第２の実施形態において、高レート受信信号からドップラ抽出用パルス内符号列、レンジ抽出用パルス内符号列でそれぞれ相関処理する様子を示す図。

【図16】第２の実施形態において、高レート受信信号からＭ系統のサブアレイ用パルス内符号列でそれぞれ相関処理する様子を示す図。

【図17】第２の実施形態において、高レート送受信信号から生成されるサブアレイ分割信号の合成出力を用いてドップラ抽出を行う様子を示す図。

【図18】第２の実施形態において、高レート送受信信号から生成されるサブアレイ分割信号の合成出力を用いてレンジ抽出を行う様子を示す図。

【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）
図１乃至図８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乃至図８は第１の実施形態に係るレーダシステムの構成、処理例を示しており、図１は送信系統の概略構成を示すブロック図、図２は受信系統の概略構成を示すブロック図、図３は送信ファンビーム及び受信マルチビームを形成する様子を示す概念図、図４は送信系統において混合パルス列を生成する様子を示すタイミング図、図５は混合パルス列による送信信号に対する受信信号からドップラ信号を抽出する様子を示すタイミング図、図６は受信信号からパルス列を抽出してレンジセル毎のslow-time軸の処理を行う様子を示すタイミング図、図７はドップラ補正参照信号による相関処理によって目標のレンジを抽出する様子を示すタイミング図、図８は時間軸をセル単位でスライディングして畳み込み積分することで目標のレンジを抽出する様子を示すタイミング図である。

【0012】

まず、図１に示す送信系統では、基準信号生成器１１で生成される送信用の基準信号を符号生成器１２で生成されるランダム符号を共に変調器１３に送り、パルス制御器１４からの制御パルスに従って基準信号に符号化変調を施すことでランダムパルス列を生成し、周波数変換器１５で高周波（ＲＦ）信号に変換し、高出力増幅器１６で電力増幅して、送信アンテナ１７から送信する。

【0013】

次に、図２に示す受信系統では、目標からの反射信号を受信アンテナ２１で捕捉し、低雑音増幅器２２でノイズを低減して増幅した後、周波数変換器２３でベースバンドに周波数変換し、ＡＤ変換器２４でデジタル信号に変換する。その後、ドップラ用パルス列抽出器２５で受信信号からドップラ用パルス列を抽出し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理器２６で周波数領域の信号に変換し、ドップラ抽出器２７で目標からのドップラ周波数信号を抽出する。続いて、レンジ抽出用参照信号補正器２８でレンジ抽出用参照信号を生成し、すでに抽出されたドップラ周波数信号を用いて参照信号を補正する。一方、レンジ用パルス列抽出器２９でレンジ用パルス列を抽出し、補正された参照信号を用いて相関処理器２Ａでレンジ用パルス列との相関をとり、レンジ抽出器２Ｂで相関結果から目標のレンジを抽出し、出力処理器２Ｃで目標の速度を算出して、レンジ・速度情報を出力する。

【0014】

上記構成において、以下に処理動作を説明する。なお、本実施形態に係るレーダシステムでは、図３に示すように、観測範囲を送信ビームが覆い、受信ビームは、時分割かＤＢＦ（Digital Beam Forming）により同時に形成するマルチビームを想定し、長時間の積分ができる場合を考える。ただし、必ずしも長時間積分が必要ということではない。

【0015】

送信パルスは、図４（ａ）に示すドップラ抽出用パルス列と図４（ｂ）に示すレンジ抽出用パルス列の合成して、図４（ｃ）に示すように生成された混合パルス列である。ドップラ抽出用パルス列は、時間軸で等間隔のパルス列を間引くことにより、周期性を崩してＬＰＩ性を確保する。レンジ抽出用パルス列は、パルス幅、パルス間隔及び振幅の少なくともいずれか１つをパルス毎に変える。図４では、わかりやすいように「パルス振幅は一定」の場合としている。このドップラ抽出用パルス列とレンジ抽出用パルス列を合成（混合）することで、相手方の受信装置に用いられるＥＳＭ（Electronic Support Measure：電子支援対策）装置のパルス諸元（パルス幅、パルス間隔、パルス振幅）によるレーダ識別を困難にする欺瞞処理を行うものとする。なお、図４の横軸はfast-time軸の時間である。

【0016】

図１に示す送信系統において、送信信号の生成方法について述べる。高周波信号（ＲＦ信号）を得るための基準信号生成（１１）を、符号生成（１２）によりパルス内及びパルス間の符号を生成した変調信号により変調器（１３）で変調し、高周波（ＲＦ）信号に周波数変換（１５）し、高出力増幅（１６）で、変調器（１３）で生成したパルス幅に応じて高出力増幅し、送信アンテナ（１７）より送信する。この際、パルス制御（１４）により、パルス毎に符号系列、パルス幅、パルス間隔、パルス振幅を変化させる。

【0017】

ドップラ抽出用のパルス列Sig1は、同じ符号をパルス間で繰り返すパルスであるが、繰り返し周期を検知しにくくするために、ランダムに間引いた信号とする。

【0018】

【数1】

【0019】

レンジ抽出用のパルス列Sig2は、パルス内及びパルス間でランダム符号（Ｍ系列等、非特許文献３，４）により変調する。この信号列を用いて、パルス幅及びパルス間隔が異なる送信波形を生成する。この混合波形の様子を図４に示す。

【0020】

【数2】

【0021】

これを合成すると、次式の混合パルス列を生成できる。

【0022】

【数3】

【0023】

次に、図２に示す受信系統において、受信処理を述べる。受信アンテナ２１により受信した信号は、低雑音増幅（２２）された後、周波数変換（２３）されて、ＡＤ変換（２４）によりデジタル信号になる。このようにして得られた受信信号は、次式となる。

【0024】

【数4】

【0025】

本実施形態では、比較的長い観測時間を想定するため、レンジ抽出用パルス列の相関処理の際には、ドップラ補正が必要である。まず、受信パルス列から、既知のパルス間隔のドップラ抽出用パルス列を抽出（２５）する。

【0026】

【数5】

【0027】

この様子を図５に示す。図５（ａ）は送信パルス列、（ｂ）は受信パルス列、（ｃ）はドップラ抽出用パルス列、（ｄ）はドップラ抽出結果を示している。

【0028】

ここで、ドップラパルス列抽出（２５）は、ドップラパルス列のＰＲＩ（Pulse Repetetion Interval）に分割する処理であり、レンジ抽出用パルス列を含んでいる。このレンジ抽出用パルスは、次に示すslow-time軸ＦＦＴにより、抑圧できるため、図５では簡単のために、レンジ抽出用パルス列を除去した図としている。一方、パルス内変調を用いてドップラ抽出用とレンジ抽出用のパルスを弁別する手法もあるが、これについては第２の実施形態で述べることとする。

【0029】

上記ドップラ抽出用パルス列を用いて、ドップラ抽出を行うために、fast-time軸のセル毎にslow-time軸のＦＦＴ（２６）を行う。

【0030】

【数6】

【0031】

この様子を図６に示す。図６（ａ）は受信パルス列、（ｂ）はslow-time軸を示している。このSr1out（ωs,tf）を用いて、レンジ−ドップラ軸で、ＣＦＡＲ（非特許文献６）等により検出することで、ドップラfd（ωs＝２πfd）を抽出（２７）でき、次式により速度に換算できる。

【0032】

【数7】

【0033】

次に、レンジ抽出用パルス列を用いて測距を行う手法について述べる。この信号列は、パルス毎に符号が異なるため、図7に示すように、参照信号との相関処理（２Ａ）になる。図７において、（ａ）は送信パルス列、（ｂ）は受信パルス列、（ｃ）はレンジ抽出結果を示している。

【0034】

まず、受信信号Sr(tf)をfast-time軸でＦＦＴする。この場合は、パルス番号pnによらない。

【0035】

【数8】

【0036】

参照信号は、ドップラ抽出用パルス列で抽出したドップラによる補正（２８）を含めて、信号長を揃えるためにゼロ埋めを行う。

【0037】

【数9】

【0038】

次にこれをＦＦＴする。

【0039】

【数10】

【0040】

（８）式と（１０）式より、次式により相関出力Sr2を得る。

【0041】

【数11】

【0042】

これにより、レンジ（fast-time）軸で相関出力が得られるため、ＣＦＡＲ処理等により、目標を検出し、目標距離（レンジ）を抽出（２Ｂ）できる（図７参照）。これにより目標のドップラと距離を出力（２Ｃ）できる。

【0043】

以上、入力信号と参照信号の相関処理の際に、パルス振幅が０も含めて相関処理を行う場合について述べた。この処理は、処理規模が小さい長所があるが、パルス振幅が０の部分も含めると、ノイズを含めた相関処理になるため、ＳＮ（信号対雑音電力比）が低下する。この対策として、図８に示すように、送信パルス振幅が０以外のレンジ（時間）軸セルを抽出して相関処理する手法が考えられる。図８において、（ａ）は送信パルス列、（ｂ）は受信パルス列、（ｃ）は受信信号抽出結果、（ｄ）は受信信号時間のみ抽出した結果、（ｅ）はレンジ抽出結果を示している。ここで、送信パルス振幅が０以外の部分では、周期性が無いため、レンジセルをずらせた畳み込み積分を行う必要があり、処理規模が増えるが、ＳＮを向上できる。以下に、この場合の処理を具体化する。

【0044】

まず、入力信号としては、Sr(tf)であり、送信振幅が０以外の信号系列に従って、開始時間ｔの受信信号セル列を抽出する。

【0045】

【数12】

【0046】

参照信号は、ドップラ抽出用パルス列で抽出したドップラによる補正（２８）を含めて、信号長を揃えるために、ゼロ埋めを行う。

【0047】

【数13】

【0048】

（１２）と（１３）を用いて畳み込み積分を行う。

【0049】

【数14】

【0050】

以上により、時間軸（レンジ軸）に対応する各相関出力Sr(t)が得られるため、ＣＦＡＲ等を用いて目標の距離を出力することができる。

【0051】

なお、ドップラ抽出においては、加速度がある場合には、図５及び図６におけるslow-time軸のＦＦＴ時に、パルス列を時系列に分割して、各々の分割単位でＦＦＴして、時系列のドップラfd(t)を抽出してもよい。時系列のドップラfd(t)を、（９）式の参照信号補正に適用することで、レーダと目標の相対目標が加速度を持つ場合にも、本実施形態が適用できることになる。

【0052】

以上のように、第１の実施形態に係るレーダシステムによれば、符号化またはランダム信号（ノイズ）による変調パルスを用いて、レンジ抽出用のパルス幅、パルス間隔、パルス振幅を、パルス毎に変化させたパルス列と、ドップラ抽出用のパルス間隔が一定で、所定の間引き率ρ（ρ≧０）で間引いたパルス列を重複（混合）して送信アンテナより送信し、受信アンテナで受信した信号に対して、ドップラ抽出用のパルス列でドップラを抽出し、抽出したドップラで補正したレンジ抽出用の参照信号を用いて、相関処理により目標のレンジを抽出して、速度とレンジを出力する。すなわち、間引きしたドップラ抽出用パルス列により、ドップラを抽出し、パルス幅、パルス間隔、パルス振幅等を変えることで、ＬＰＩ性を確保しつつ測距及び測速を行うことができる。

【0053】

（第２の実施形態）角度欺瞞
第１の実施形態では、パルス毎にパルス幅、パルス間隔、パルス振幅を変えることにより、相手側の受信装置に用いられるＥＳＭ装置を欺瞞する方式について述べた。第２の実施形態では、図９乃至図１８を参照して、パルス毎にＥＳＭ装置の測角を欺瞞する方式について述べる。図９乃至図１８は第２の実施形態に係るレーダシステムの構成、処理例を示しており、図９は送信系統の概略構成を示すブロック図、図１０は受信系統の概略構成を示すブロック図、図１１は角度欺瞞のための送信開口分割を示す概念図、図１２は高レート信号を低レート信号に変換する処理系統を示すブロック図、図１３は送信系統において混合パルス列を生成する様子を示すタイミング図、図１４は受信信号を高レート信号から低レート信号に変換する様子を示す図、図１５は高レート受信信号からドップラ抽出用パルス内符号列、レンジ抽出用パルス内符号列でそれぞれ相関処理する様子を示す図、図１６は高レート受信信号からＭ系統のサブアレイ用パルス内符号列でそれぞれ相関処理する様子を示す図、図１７は高レート送受信信号から生成されるサブアレイ分割信号の合成出力を用いてドップラ抽出を行う様子を示す図、図１８は高レート送受信信号から生成されるサブアレイ分割信号の合成出力を用いてレンジ抽出を行う様子を示す図である。

【0054】

まず、角度欺瞞を実施するためには、送信系統を図９に示すようにＭ系統（１２１〜１７１，…，１２Ｍ〜１７Ｍ）に分割し、送信開口を図１１に示すようにＭ分割して、各々の開口で変調信号を変化させる。これにより、相手側のＥＳＭ装置では、レーダ波を観測する際に、受信ビーム幅内に複数の信号源があることになり、振幅や位相が異なるベクトル合成によって測角値を欺瞞することができる。

【0055】

次に、この送信分割信号の受信について、図１０乃至図１８を用いて説明する。なお、図１７及び図１８では、簡単のために、送信開口分割が２系統（ＬとＲ、Ｍ＝２）の場合としている。

【0056】

まず、分割単位の各送信信号は、受信処理で分離できるように、図１３（ａ）のドップラ抽出用パルス列、図１３（ｂ）のレンジ抽出用パルス列、図１３（ｃ）の混合パルス列に示すように、任意の幅のパルス内を高レートでサンプルし、所定の同一幅のサンプル単位で符号変調等を施して、送信開口分割単位のアイソレ−ションを確保する。これにより、送受信のＤＢＦであるＭＩＭＯ処理（非特許文献６）を行う。送信開口２分割の場合は、送信Ｍ＝２ｃｈ、受信Ｎ＝１ｃｈのＭ×Ｎチャンネルの送受信ＤＢＦに相当する。また、パルス間では、異なる符号系列、パルス幅、パルス間隔としている。その他、必要に応じて、パルス毎に振幅も変えることができる。

【0057】

受信系統では、図１０に示すように、受信アンテナ２１で捕捉された受信信号は、低雑音増幅器２２で増幅され、周波数変換器２３でベースバンドに変換されて、ＡＤ変換器２４によりデジタル信号に変換される。この信号は高レートサンプリング信号であるため、レート変換器２Ｄにおいて、低サンプリングレート信号に変換する。その後、ドップラ用パルス列抽出器２５１〜２５Ｍ、レンジ用パルス列抽出器２９１〜２９Ｍに分配する。

【0058】

次に、ドップラ用パルス列抽出器２５１〜２５Ｍで抽出されたＭ系統のドップラ用パルス列をＦＦＴ処理器２６１〜２６Ｍで周波数領域の信号に変換し、補正後合成器２Ｅで位相を補正して合成し、ドップラ抽出器２７でドップラ周波数信号を抽出する。続いて、レンジ抽出用参照信号補正器２８でレンジ抽出用参照信号を生成し、すでに抽出されたドップラ周波数信号を用いて参照信号を補正する。一方、Ｍ系統のレンジ用パルス列抽出器２９１〜２９Ｍで抽出されるレンジ用パルス列を抽出し、補正された参照信号を用いて相関処理器２Ａ１〜２ＡＭでレンジ用パルス列との相関をとり、補正後合成器２Ｆで位相を補正して合成した後、レンジ抽出器２Ｂで相関合成結果から目標のレンジを抽出し、出力処理器２Ｃで目標の速度を算出して、レンジ・速度情報を出力する。

【0059】

ここで、上記レート変換器２Ｄは、図１２に示すように、時間軸分割部２Ｄ１、fast-time ＦＦＴ処理部２Ｄ２、周波数分割部２Ｄ３、乗算部２Ｄ４、fast-time ＩＦＦＴ処理部２Ｄ５、位相補正部２Ｄ６、相関結果加算部２Ｄ７、参照信号生成部２Ｄ８、参照信号fast-time ＦＦＴ処理部２Ｄ９、周波数分割部２ＤＡで構成される。

【0060】

上記構成によるレート変換器２Ｄでは、まず、図１４（ａ）に示す符号変調信号を入力すると、図１４（ｂ）に示すように、fast-time軸において、所定の時間幅Tdiv毎に信号を時間軸分割（２Ｄ１）し、各Tdivにおけるfast-time軸の信号をＦＦＴ（２Ｄ２）する。

【0061】

【数15】

【0062】

なお、Tdivは、ドップラ抽出用のパルスの場合は、間引き前のパルス間隔ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）が決まっているため、Tdiv＝PRIとする。これを図１４（ｃ）に示すようにＭ系統の周波数帯域に分割（２Ｄ３）する。

【0063】

【数16】

【0064】

次に、周波数分割毎に、参照信号を相関処理するため、参照信号を生成（２Ｄ８）する。

【0065】

【数17】

【0066】

これをＦＦＴ（２Ｄ９）する。

【0067】

【数18】

【0068】

これを周波数分割（２ＤＡ）する。

【0069】

【数19】

【0070】

これを用いて、各周波数分割毎の相関処理は、乗算（２Ｄ４）して、ＩＦＦＴ（２Ｄ５）となり、次式となる。

【0071】

【数20】

【0072】

この各周波数分割毎の相関処理結果を、位相補正（２Ｄ６）して、図１４（ｄ）に示すように加算（２Ｄ７）する。

【0073】

【数21】

【0074】

補正された位相は、周波数分割帯域毎の信号を加算するための中心周波数差による位相を補正する項であり、次式で表現できる。

【0075】

【数22】

【0076】

（２２）式の信号は、高レートな（１５）式の入力信号に比べて、低レートな信号になっている。

【0077】

この高レート信号を低レート信号に変換する手法は、fast-time軸の信号を所定のTdivで分割して適用できるため、ドップ抽出用とレンジ抽出用のいずれの信号にも適用できる。特に、レンジ抽出用のようなパルス間隔がランダムな場合にも適用できる。

【0078】

例えば、送信サブアレイ分割数Ｍが１の場合において、ドップラ抽出用とレンジ抽出用で変調符号を変えた場合の適用例を図１５に示す。図１５において、（ａ）は受信パルス列、（ｂ）はTdiv で区分して時間軸（slow-time）上に揃えた受信パルス列、（ｃ）は低レートに変換したドップラ抽出用パルス内符号化列での相関処理結果、（ｄ）は低レートに変換したレンジ抽出用パルス内符号列での相関処理結果を示している。

【0079】

ここでは、Tdivで分割したfast-time軸の各々に対して、高レート信号を低レート信号に変換する手法を適用する。

【0080】

また、送信サブアレイ毎に変調符号を変えた場合の適用例を図１６に示す。図１６において、（ａ）は受信パルス列、（ｂ）はTdivで区分して時間軸（slow-time）上に揃えた受信パルス列、（ｃ）は低レートに変換したサブアレイ１用パルス内符号列での相関処理結果、（ｄ）は低レートに変換したサブアレイＭ用パルス内符号列での相関処理結果を示している。これは、ドップラ抽出用、レンジ抽出用及び送信サブアレイ毎に全て変調符号を変えた場合にも適用できる。この場合は、Ｍ（送信アサブアレイ数）×２（ドップラ抽出用、レンジ抽出用）の異なる変調符合が必要となる。

【0081】

この手法を用いて、入力の高レート信号を低レート信号に変換して、ドップラを抽出する処理を図１７に示す。図１７では、簡単のため、送信のサブアレイをＬとＲの２個に分割した場合を示しているが、勿論、任意のＭ個の分割であってよい。図１７において、（ａ），（ｂ）は送信信号Ｌ，Ｒ、（ｃ）は受信パルス列Ｌ，Ｒ、（ｄ）はドップラ抽出用パルス列Ｌ，Ｒ、（ｅ）はＦＦＴパルス列Ｌ，Ｒ、（ｆ）はドップラ抽出用パルス列の抽出結果を示している。

【0082】

上記構成では、送信信号ＬとＲについて、第１の実施形態と同様に、分割したＬとＲ毎に、全ＰＲＩ間隔の時間軸に対応するslow-time軸のＦＦＴ（２６１〜２６Ｍ）を行い、ＬとＲの信号を開口分割の位置と観測方向に応じて各サブアレイの位相を揃えるようにＭＩＭＯ処理（非特許文献６参照）により位相を補正して合成（２Ｅ）した信号により、ＣＦＡＲ等によりドップラを抽出（２７）する。次に、入力の高レート信号を低レート信号に変換して、レンジを抽出する様子を図１８に示す。図１８において、（ａ），（ｂ）は送信信号Ｌ，Ｒ、（ｃ）は受信パルス列Ｌ，Ｒ、（ｄ）は相関処理結果Ｌ，Ｒ、（ｅ）はサブアレイ分割信号の合成からレンジ（距離）を抽出する様子を示している。

【0083】

次に、レート変換器２Ｄにより、低レートの信号に変換する。この際、図１５や図１６のように、所定の時間幅Tdivで分割して低レート信号に変換するが、レンジ抽出の場合は、低レートに変換後に、分割したTdivの信号を、一軸の時系列に再度並べ替える。この信号を用いて、レンジ用パルス列抽出（２９１〜２９Ｍ）により抽出した信号に対して、参照信号ドップラ補正（２８）によりドップラ補正した参照信号により、fast-time軸（低レート）で相関処理（２Ａ１〜２ＡＭ）し、開口分割の位置と観測方向に応じて位相の補正後に合成（２Ｆ）して、ＣＦＡＲ等によりレンジ抽出（２Ｂ）して、ドップラとレンジを出力（２Ｃ）する。

【0084】

この方式では、開口を送信符号コード分にＭ分割し、受信は全開口を使った信号を用いて、Ｍ分割した信号を合成するＭＩＭＯ処理であるため、分割及び合成によるＳＮ劣化は生じない。なお、レンジ抽出においては、レンジ抽出用パルス列のみではなく、ドップラ抽出用パルス列を含めて用いてもよい。

【0085】

以上のように、第２の実施形態に係るレーダシステムによれば、送信系統において、符号化またはランダム信号（ノイズ）による変調パルスを用いた場合に、レンジ抽出用のパルス幅、パルス間隔、パルス振幅を、パルス毎に変化させたパルス列と、ドップラ抽出用のパルス間隔が一定で、所定の間引き率ρ（ρ≧０）で間引いたパルス列を重複した混合パルス列を生成し、送信アンテナの開口をＭ（Ｍ≧１）分割し、送信開口の分割単位で、パルス列のパルス内変調を変えたＭ種の信号を用いて、更に必要に応じて、ドップラ抽出用とレンジ抽出用のパルス内変調を変えた信号を用いて、送信アンテナより送信する。

【0086】

一方、受信系統において、アンテナの全開口で受信した信号に対して、パルス内変調を復調して低レートの信号に変換した後、Ｍ種の送信信号に対してパルス列を分離し、送信開口分割単位の位相中心の位相に応じて補正して加算してドップラ抽出する。次に、抽出したドップラで補正したレンジ抽出用の参照信号を用いて、Ｍ種の送信信号に対して相関処理した結果を、送信開口分割単位の位相中心の位相に応じて補正して加算してレンジ抽出して、速度とレンジを出力する。すなわち、間引きしたドップラ抽出用パルス列により、ドップラを抽出し、送信開口を分割して、分割単位で符号系列を変えることにより、相手の受信器の測角性能に対するLPI性を確保するとともに、測距及び測速ができる。

【0087】

また、上記システムでは、高レートサンプリング信号を、所定の時間幅Tdivに分割し、各TdivにおいてＦＦＴしたfast-timeの周波数軸の結果Sig_fftと、パルス内の変調信号に対応する時間軸の信号をＦＦＴしたfast-time軸の周波数軸の結果Ref_fftを用いて、Sig_fftとRef_fftを各々Ndiv個の同じ周波数帯に分割して、各々の分割毎に相関処理し、各分割周波数帯の中心周波数に対応する位相補正後、各相関処理結果を合成して、低レートのサンプリング信号を得て、ドップラ及びレンジを抽出する。すなわち、送信開口を分割して、分割単位で符号系列を変えたパルス内変調のような高レート信号を低レート信号に変換することにより、処理規模を低減して、測距及び測速ができる。

【0088】

なお、本発明は上記実施形態を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】

【0089】

１１…基準信号生成器、１２…符号生成器、１３…変調器、１４…パルス制御器、１５…周波数変換器、１６…高出力増幅器、１７…送信アンテナ、２１…受信アンテナ、２２…低雑音増幅器、２３…周波数変換器、２４…ＡＤ変換器、２５，２５１〜２５Ｍ…ドップラ用パルス列抽出器、２６，２６１〜２６Ｍ…ＦＦＴ処理器、２７…ドップラ抽出器、２８…レンジ抽出用参照信号補正器、２９，２９１〜２９Ｍ…レンジ用パルス列抽出器、２Ａ，２Ａ１〜２ＡＭ…相関処理器、２Ｂ…レンジ抽出器、２Ｃ…出力処理器、２Ｄ…レート変換器、２Ｄ１…時間軸分割部、２Ｄ２…fast-time ＦＦＴ処理部、２Ｄ３…周波数分割部、２Ｄ４…乗算部、２Ｄ５…fast-time ＩＦＦＴ処理部、２Ｄ６…位相補正部、２Ｄ７…相関結果加算部、２Ｄ８…参照信号生成部、２Ｄ９…参照信号fast-time ＦＦＴ処理部、２ＤＡ…周波数分割部、２Ｅ…補正後合成器、２Ｆ…補正後合成器。

【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】