特開 2024-22945 レーダシステム及び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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024022945

(43)【公開日】2024-02-21

(54)【発明の名称】レーダシステム及びレーダ信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/292 20060101AFI20240214BHJP

   G01S 7/02 20060101ALI20240214BHJP

   G01S 13/28 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

G01S7/292 202

G01S7/02 216

G01S13/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022126405

(22)【出願日】2022-08-08

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【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】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗原 秀輔

(72)【発明者】

【氏名】中川 陽介

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 晋一

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB01

5J070AC02

5J070AC06

5J070AD10

5J070AG01

5J070AG03

5J070AG07

5J070AH12

5J070AH31

5J070AH35

5J070AK40

(57)【要約】

【課題】 長時間積分時にも、少ない処理規模で、高データレートの観測を実現する。
【解決手段】 実施形態に係るレーダシステムは、サブアレイを含む１個のアンテナで観測できる範囲をＦＯＶとし、Ｍ（Ｍ≧１）個のアンテナをサブアレイの単位としてＦＯＶをＭ分割し、それぞれのＦＯＶ分割単位に、ＣＰＩ単位のビームポジション毎に間引き率を設定して、ランダムにビームポジションを変えて送受信し、各々のビームポジション単位のＣＰＩでslow-time軸で第１ＦＦＴ処理を行い、既に処理したＭs（Ｍs≧２）個のＣＰＩ分割単位を用いて、ドップラセル毎にＭsポイントの第２ＦＦＴ処理を行い、その結果を元のドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）毎に配列した結果のＲＤデータであるＲＤ（cpim：cpim≧１）を用いて目標検出を行い、ＣＰＩ単位毎に目標情報を出力する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単パルスまたは変調したパルスを連続して送受信し、前記送受信されたslow-time軸にＬs（Ｌs≧１）セル、fast-time軸にＮf（Ｎf≧１）セルある信号を、ＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）としてパルス列または連続波を送受信するレーダシステムにおいて、
サブアレイを含む１個のアンテナで観測できる範囲ＦＯＶをＭ（Ｍ≧１）分割したＭ個のサブアレイの単位とし、それぞれのＦＯＶ分割単位に、ＣＰＩ単位のビームポジション毎に間引き率を設定して、ランダムにビームポジションを変えて送受信する送受信手段と、
前記ビームポジションの単位のＣＰＩでslow-time軸で第１ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を行う第１ＦＦＴ処理手段と、
前記第１ＦＦＴ処理手段で処理したＭs（Ｍs≧２）個のＣＰＩ分割単位を用いて、ドップラセル毎にＭsポイントの第２ＦＦＴ処理を行う第２ＦＦＴ処理手段と、
前記第２ＦＦＴ処理手段の処理結果を元のドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）毎に配列した結果のレンジ－ドップラデータであるＲＤ（cpim：cpim≧１）を用いて目標検出を行い、ＣＰＩ単位毎に目標情報を出力する検出手段と
を具備するレーダシステム。

【請求項2】

前記検出手段は、前記ＲＤ（cpim：cpim≧１）のうち、連続するＱ通りのＲＤ（cpim-Q+1～cpim）の振幅乗算結果を用いて目標検出を行い、検出したＲＤデータのＲＤ（cpim）のレンジ－ドップセルを用いて目標検出を行う請求項１記載のレーダシステム。

【請求項3】

単パルスまたは変調したパルスを連続して送受信し、前記送受信されたslow-time軸にＬs（Ｌs≧１）セル、fast-time軸にＮf（Ｎf≧１）セルある信号を、ＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）としてパルス列または連続波を送受信するレーダシステムにおいて、
サブアレイを含む１個のアンテナで観測できる範囲ＦＯＶをＭ（Ｍ≧１）分割したＭ個のサブアレイの単位とし、それぞれのＦＯＶ分割単位に、ＣＰＩ単位のビームポジション毎に間引き率を設定して、ランダムにビームポジションを変えて送受信する送受信手段と、
前記ビームポジションの単位のＣＰＩでslow-time軸でＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を行うＦＦＴ処理手段と、
前記ＦＦＴ処理手段で処理したＭs（Ｍs≧２）個のＣＰＩ分割単位を用いて、ドップラセル毎にＭsポイントのＣＳ（Compressed Sensing）処理を行うＣＳ処理手段と、
前記ＣＳ処理手段の処理結果を元のドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）毎に配列した結果のレンジ－ドップラデータであるＲＤ（cpim：cpim≧１）を用いて目標検出を行い、ＣＰＩ単位毎に目標情報を出力する検出手段と
を具備するレーダシステム。

【請求項4】

単パルスまたは変調したパルスを連続して送受信し、前記送受信されたslow-time軸にＬs（Ｌs≧１）セル、fast-time軸にＮf（Ｎf≧１）セルある信号を、ＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）としてパルス列または連続波を送受信するレーダ信号処理方法において、
サブアレイを含む１個のアンテナで観測できる範囲ＦＯＶをＭ（Ｍ≧１）分割したＭ個のサブアレイの単位とし、それぞれのＦＯＶ分割単位に、ＣＰＩ単位のビームポジション毎に間引き率を設定して、ランダムにビームポジションを変えて送受信し、
前記ビームポジションの単位のＣＰＩでslow-time軸で第１ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を行い、
前記第１ＦＦＴ処理したＭs（Ｍs≧２）個のＣＰＩ分割単位を用いて、ドップラセル毎にＭsポイントの第２ＦＦＴ処理を行い、
前記第２ＦＦＴ処理の処理結果を元のドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）毎に配列した結果のレンジ－ドップラデータであるＲＤ（cpim：cpim≧１）を用いて目標検出を行い、ＣＰＩ単位毎に目標情報を出力する
レーダ信号処理方法。

【請求項5】

前記ＲＤ（cpim：cpim≧１）のうち、連続するＱ通りのＲＤ（cpim-Q+1～cpim）の振幅乗算結果を用いて目標検出を行い、検出したＲＤデータのＲＤ（cpim）のレンジ－ドップセルを用いて目標検出を行う請求項４記載のレーダ信号処理方法。

【請求項6】

単パルスまたは変調したパルスを連続して送受信し、前記送受信されたslow-time軸にＬs（Ｌs≧１）セル、fast-time軸にＮf（Ｎf≧１）セルある信号を、ＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）としてパルス列または連続波を送受信するレーダ信号処理方法において、
サブアレイを含む１個のアンテナで観測できる範囲ＦＯＶをＭ（Ｍ≧１）分割したＭ個のサブアレイの単位とし、それぞれのＦＯＶ分割単位に、ＣＰＩ単位のビームポジション毎に間引き率を設定して、ランダムにビームポジションを変えて送受信し、
前記ビームポジションの単位のＣＰＩでslow-time軸でＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を行い、
前記ＦＦＴ処理したＭs（Ｍs≧２）個のＣＰＩ分割単位を用いて、ドップラセル毎にＭsポイントのＣＳ（Compressed Sensing）処理を行い、
前記ＣＳ処理の処理結果を元のドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）毎に配列した結果のレンジ－ドップラデータであるＲＤ（cpim：cpim≧１）を用いて目標検出を行い、ＣＰＩ単位毎に目標情報を出力する
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レーダ信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の遠距離の小目標を検出するレーダシステムでは、積分ヒット数が多い場合や、ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）が長くＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）が長い長時間積分を行うと、１回のＦＦＴポイント数が増えすぎて処理規模が増大し、実装できない場合があった。また、観測範囲ＦＯＶ（Field Of View）が広い場合は、送受信ビームを時系列に送受信して観測する必要があるため、フレームタイムが長くなり、その逆数のデータレートが低くなるという問題があった。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】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】ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）：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3】ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）：日野、‘スペクトル解析’、朝倉書店、pp.193-198(1977)

【非特許文献4】ＤＢＦ（Digital Beam Forming）：吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.289-291(1996)

【非特許文献5】圧縮センシング：Toyoki Hoshikawa, ‘Performance Comparison of Compressed Sensing Algorithms for DOA Estimation of Multi-band Signals’, 2018 15TH WORKSHOP ON POSITIONING NAVIGATION AND COMMUNICATIONS(2018)

【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、従来のレーダシステムでは、長時間積分を行った場合の処理規模の増大、観測の低データレート化が問題となっている。

【0005】

本実施形態の課題は、長時間積分時にも、少ない処理規模で、高データレートの観測が可能なレーダシステム及びレーダ信号処理方法を提供することにある。

【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、実施形態によれば、以下のように構成される。
(1) 単パルスまたは変調したパルスを連続して送受信し、前記送受信されたslow-time軸にＬs（Ｌs≧１）セル、fast-time軸にＮf（Ｎf≧１）セルある信号を、ＣＰＩとしてパルス列または連続波を送受信するレーダシステムにおいて、サブアレイを含む１個のアンテナで観測できる範囲をＦＯＶとし、Ｍ（Ｍ≧１）個のアンテナをサブアレイの単位としてＦＯＶをＭ分割し、それぞれのＦＯＶ分割単位に、ＣＰＩ単位のビームポジション毎に間引き率を設定して、ランダムにビームポジションを変えて送受信し、各々のビームポジション単位のＣＰＩでslow-time軸で第１ＦＦＴ処理を行い、次に、既に処理したＭs（Ｍs≧２）個のＣＰＩ分割単位を用いて、ドップラセル毎にＭsポイントの第２ＦＦＴ処理を行い、その結果を元のドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）毎に配列した結果のＲＤ（レンジ－ドップラ）データであるＲＤ（cpim：cpim≧１）を用いて目標検出を行い、ＣＰＩ単位毎に目標情報を出力する。

【0007】

すなわち、(1) の構成によるレーダシステムでは、観測範囲内にランダムにビ－ム走査し、ビームポジション毎に２段のＦＦＴ処理による少ないポイント数（データ長）のＦＦＴ処理を行うことで長時間ＦＦＴを実行するため、少ない処理規模で対応可能であり、ＣＰＩ単位の高データレートで全観測範囲を観測することが可能となる。

【0008】

(2) (1) の構成によるレーダシステムにおいて、前記ＲＤ（cpim：cpim≧１）のうち、連続するＱ通りのＲＤ（cpim-Q+1～cpim）の振幅乗算結果を用いて目標検出を行い、検出したＲＤデータのＲＤ（cpim）のレンジ－ドップセルを用いて測角等の処理を施して目標情報を出力する。

【0009】

すなわち、(2) の構成によるレーダシステムでは、(1)の構成における作用に加えて、連続するＲＤデータの乗算により、間引きＦＦＴによるドップラ軸のサイドローブを低減することができ、誤検出を抑圧して目標を検出することができる。

【0010】

(3) (1) の構成によるレーダシステムにおいて、前記第１ＦＦＴ処理後、既に処理したＭs（Ｍs≧２）個のＣＰＩ分割単位を用いて、ドップラセル毎に対応したＭsポイントをＣＳ（Compressed Sensing）処理し、その結果を、元のドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）毎に配列した結果のＲＤ（レンジ－ドップラ）データであるＲＤ（cpim：cpim≧１）を用いて、ＣＰＩ単位毎に目標情報を出力する。

【0011】

すなわち、(3) の構成によるレーダシステムでは、(1) の構成のドップラセル毎にＭsポイントの第２ＦＦＴ処理に代わり、ビームポジション毎にslow-time軸で第１のＦＦＴの少ないポイント数（データ長）のドップラセル毎に対応したＭsポイントをＣＳ処理した上で長時間処理するため、処理規模も少なくてすみ、ドップラ軸サドローブの影響を抑圧して、ＣＰＩ単位の高データレートで全観測範囲を観測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、第１の実施形態に係るレーダシステムの送信系統及び受信系統の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係るレーダシステムにおける処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】図３は、第１の実施形態に係るレーダシステムに適用される２段ＦＦＴ処理を説明するための図である。

【図4】図４は、図３に示す２段ＦＦＴ処理で、第１のＦＦＴ処理出力のバンク毎に第２のＦＦＴ処理結果を配列した様子を示す図である。

【図5】図５は、図４に示す２段ＦＦＴ処理の具体的な処理例を示す図である。

【図6】図６は、第１の実施形態に係るレーダシステムの２段ＦＦＴ処理により、ＣＰＩ単位で連続して目標情報を出力する様子を示す図である。

【図7】図７は、第１の実施形態に係るレーダシステムの観測範囲内のビーム形成手法として、観測範囲を一度に観測するためのマルチビームを形成する場合について説明するための図である。

【図8】図８は、第１の実施形態に係るレーダシステムの観測範囲内のビーム形成手法として、観測範囲をサブアレイでビーム形成できる単位で分割し、その分割単位毎にＤＢＦでマルチビームを形成する場合について説明するための図である。

【図9】図９は、図８に示すサブアレイのビーム走査の際に、ランダムに選定したビームポジション毎に任意に間引き率を設定する様子を示す図である。

【図10】図１０は、第２の実施形態に係るレーダシステムの送信系統及び受信系統の構成を示すブロック図である。

【図11】図１１は、第２の実施形態に係るレーダシステムにおける処理の流れを示すフローチャートである。

【図12】図１２は、第２の実施形態に係るレーダシステムにおいて、サブアレイのビーム走査の際に、ランダムに選定したビームポジション毎に任意に間引き率を設定する様子を示す図である。

【図13】図１３は、第３の実施形態に係るレーダシステムの送信系統及び受信系統の構成を示すブロック図である。

【図14】図１４は、第３の実施形態に係るレーダシステムにおける処理の流れを示すフローチャートである。

【図15】図１５は、第３の実施形態に係るレーダシステムに適用される２段ＦＦＴ処理を説明するための図である。

【図16】図１６は、図１５に示す２段ＦＦＴ処理で、第１のＦＦＴ処理出力のバンク毎に第２のＦＦＴ処理結果を配列した様子を示す図である。

【図17】図１７は、第３の実施形態に係るレーダシステムにおいて、サブアレイのビーム走査の際に、ランダムに選定したビームポジション毎に任意に間引き率を設定する様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

【0014】

（第１の実施形態）
以下、図１～図９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。

【0015】

図１は第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である。図１において、送信系統では、信号生成器１１で送信種信号を生成し、変調器１２で送信種信号から変調信号を生成し、周波数変換器１３で変調信号を高周波信号に変換した後、パルス変調器１４でパルス変調してＮ（Ｎ≧２）ヒットのパルスによるレーダ信号を生成し、送信アンテナ１５から空間に送出する。

【0016】

一方、受信系統は、受信アンテナ１６でレーダ反射信号を受信し、周波数変換器１７で受信信号をベースバンドに周波数変換し、ＡＤ変換器１８でディジタル信号に変換する。次に、チャープ信号の場合はレンジ圧縮器１９でパルス圧縮（非特許文献１参照）する。続いて、第１ＦＦＴ処理器２０において、slow-time軸（ＮsヒットのＰＲＩ軸）を分割し、分割単位でＦＦＴ処理してその結果をメモリ２１にいったん保存し、更に第２ＦＦＴ処理器２２でslow-time軸のＦＦＴ処理を行って、目標検出器２３でＣＦＡＲ（非特許文献２参照）等により目標を検出し、検出された目標の情報を出力する。

【0017】

なお、上記送信アンテナ１５及び受信アンテナ１６は、それぞれサブアレイ化されており、いずれもビーム走査制御器２４によってフルアレイ、サブアレイによるビーム形成及び走査制御が行われる。

【0018】

図２は、第１の実施形態に係るレーダシステムにおける送受信処理の流れを示すフローチャートである。まず、ビーム走査制御（２４、ステップＳ１１）で指定された送受信ビームが形成され、その受信信号がベースバンドでディジタル信号に変換されてレンジ圧縮によるパルス圧縮を受ける（１９、ステップＳ１２）。続いて、slow-time軸（ＮsヒットのＰＲＩ軸）をＣＰＩで分割してＦＦＴ処理し（２０、ステップＳ１３）、その分割ＣＰＩ結果をいったん保存し（２１、ステップＳ１４）、分割ＣＰＩ単位でＣＰＩ分割を順次変更する（ステップＳ１５、Ｓ１６）。全分割ＣＰＩについて第１ＦＦＴ処理が完了した場合には、slow-time軸の第２ＦＦＴ処理を行って（２２、ステップＳ１７）、ドップラセル結果の置き換え・変更処理（ステップＳ１８～Ｓ２０）、レンジセルの変更処理（ステップＳ２１、Ｓ２２）を行い、ＣＦＡＲ等により目標検出処理を行い（２３、ステップＳ２３）、次のビーム走査に移行して（ステップＳ２４、Ｓ２５）、検出された目標の情報を出力する。

【0019】

ここで、２段ＦＦＴ（第１ＦＦＴと第２ＦＦＴ）について説明する。slow-time軸ＦＦＴ処理を行う場合、長時間ＦＦＴ処理を行うと、ＦＦＴポイント数（データ長）が増えるため、処理規模が増え（非特許文献３参照）、実装できなくなる場合がある。この対策として、slow-time軸を分割することを考える。例えば、データがＣＰＩ単位で入力される場合は、分割単位をＣＰＩとすれば実装しやすい。

【0020】

図３乃至図６を参照して、slow-time軸の分割による２段ＦＦＴ処理について説明する。図３は、第１の実施形態に係るレーダシステムに適用される２段ＦＦＴ処理を説明するための図、図４は、図３に示す２段ＦＦＴ処理で、第１のＦＦＴ処理出力のバンク毎に第２のＦＦＴ処理結果を配列した様子を示す図、図５は、図４に示す２段ＦＦＴ処理の具体的な処理例を示す図、図６は、２段ＦＦＴ処理によりＣＰＩ単位で連続して目標情報を出力する様子を示す図である。

【0021】

図３を参照して、２段ＦＦＴ処理について定式化する。図３において、（ａ）はslow-time軸のＣＰＩ分割、（ｂ）は１段ドップラ軸での第１ＦＦＴ処理結果、（ｃ）は１段ドップラ軸での並べ替え結果、（ｄ）は２段ドップラ軸での第２ＦＦＴ処理結果を示している。入力信号は（１）式で表され、第１ＦＦＴ処理結果は（２）式で表される。

【0022】

【数1】

【0023】

【数2】

【0024】

次に、図３（ｃ）に示すように、slow-time軸で分割単位の第２ＦＦＴ処理を実施する。

【0025】

【数3】

【0026】

このＦＦＴ処理結果は、図４（ａ）に示すようになり、図４（ｂ）に示すように、第１ＦＦＴのバンク毎に分割して配列すると、slow-time軸全体のＦＦＴと同一の結果が得られる。この様子を図５に示す。すなわち、ドップラ－レンジ（Nfセル）軸における第１ＦＦＴ処理結果（データ長Ls）#1～#Msについて、Msポイントの第２ＦＦＴ処理を行うと、Ns＝Ls×Msバンクの処理結果が得られる。

【0027】

この２段ＦＦＴを用いれば、図６に示すように、Ds番目の観測フレームの際に、Ds番目のＣＰＩ信号を入力し、Ds-Ms番目のＣＰＩを削除して、Ms個のＣＰＩの第２ＦＦＴ処理結果を出力すれば、ＣＰＩ単位で連続して目標情報を出力することができる。

【0028】

次に、図７乃至図９により、観測範囲内のビーム形成手法を考える。図７は、第１の実施形態に係るレーダシステムの観測範囲内のビーム形成手法として、観測範囲を一度に観測するためのマルチビームを形成する場合について説明するための図、図８は、第１の実施形態に係るレーダシステムの観測範囲内のビーム形成手法として、観測範囲をサブアレイでビーム形成できる単位で分割し、その分割単位毎にＤＢＦでマルチビームを形成する場合について説明するための図、図９は、図８に示すサブアレイのビーム走査の際に、ランダムに選定したビームポジション毎に任意に間引き率を設定する様子を示す図である。

【0029】

一般に観測範囲を観測するには、送信及び受信のペンシルビームを観測範囲内に時系列に走査して観測する。この際、観測範囲が広く、長時間積分すると、データレートが低下する。この対策として、図７（ａ）に示すように、送信は観測範囲を覆うファンビームとし、受信は受信素子単位でディジタル信号に変換してビーム形成すれば、図７（ｂ）に示すように、観測範囲を一度に観測するためのペンシルビームによるマルチビームを形成できる。この受信ビームは常時全観測範囲を観測しているため、ＣＰＩ単位で連続して観測範囲内の全ビームポジションの結果を出力できる。ただし、各アンテナ素子に周波数変換及びＡＤ変換を備えるフルＤＢＦの構成であり、ＨＷの規模が増大する問題がる。これに対して、図８（ａ）に示すように、サブアレイ単位で、周波数変換及びＡＤ変換を備えるサブアレイＤＢＦの構成がある。このサブアレイ内では、送信用と受信用の移相器を備え、サブアレイ単位でビーム走査できる。観測範囲をサブアレイでビーム形成できる単位で分割し、その分割単位毎にＤＢＦでマルチビームを形成すれば、図８（ｂ）に示すように、送信はサブアレイで決まるビ－ム幅のペンシルビーム、受信はサブアレイで決まるビーム幅内に更に細いビーム幅のマルチビームを形成できる。このサブアレイビームを順次走査すれば、図７（ｂ）と同様の全観測範囲を覆うペンシルビームによるマルチビームを形成できることになる。

【0030】

このサブアレイのビーム走査の際には、図９（ａ）に示すように、各ビームポジションをランダムに選定し、ビームポジション毎に、任意に間引き率を設定して間引きしたＣＰＩ列を形成する。間引き率は、ビームポジション毎にデータレートを高くしたい領域は小さくし、データレートを遅くしてよいポジションは間引き率を大きくする。ビームポジション毎に、前述した２段ＦＦＴ処理を用いて長時間積分すると、図９（ｂ）、（ｃ）に示すようにレンジセル毎にドップラ軸の信号が得られる。間引きによりデータが無い部分は、０埋めまたは熱雑音レベルの信号とする。このレンジ－ドップラ信号を用いて、ＣＦＡＲ等により検出して、レンジセルより測距できる。また、ＰＲＦで決まる速度（V＝PRF×波長/2）以下であれば、検出したドップラセルより測速できる。Σビーム以外に、アンテナ全開口を開口４分割してΔＡＺビームとΔＥＬビームを形成すれば、検出セルを用いて、モノパルス測角もできる。これにより、観測範囲全体の目標信号をＣＰＩ単位の適切なデータレートで出力できる。ビームポジション毎の間引き率を均等に設定すれば、観測範囲全体を高データレートに観測することができる。

【0031】

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、サブアレイを用いて、観測範囲にサブアレイビ－ムを時系列にランダムに送受信して、高データレートに目標情報を出力する方式について述べた。この方式では、slow-time軸で間引いた信号のＦＦＴとなるため、ドップラ軸のサイドローブが上昇し、誤検出が発生する場合がある。本実施形態では、図１０乃至図１２を参照してその対策について述べる。

【0032】

図１０は、第２の実施形態に係るレーダシステムの送信系統及び受信系統の構成を示すブロック図、図１１は、第２の実施形態に係るレーダシステムにおける処理の流れを示すフローチャート、図１２は、第２の実施形態に係るレーダシステムにおいて、サブアレイのビーム走査の際に、ランダムに選定したビームポジション毎に任意に間引き率を設定する様子を示す図である。図１０、図１１、図１２において、図１、図２、図９と同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明は省略する。

【0033】

本実施形態では、図１０に示す乗算器２５、図１１のステップＳ２６において、slow-time軸第２ＦＦＴ処理結果の連続ＲＤデータをドップラ軸で乗算した上で、ＣＦＡＲ等による目標検出を行う。

【0034】

すなわち、第１の実施形態では、ＣＰＩ毎に、図９（ｂ）、（ｃ）に示すドップラ軸のデータを用いて、検出していた。このドップラ軸のデータは、メインローブの位置は同じであるが、長時間積分した間引きの位置によりサイドローブの位置が異なる。したがって、連続したＣＰＩ毎のサイドローブの位置は異なっていることになる。これを利用して、連続したＣＰＩ毎のドップラ軸のデータを振幅乗算すれば、図１２（ｄ）に示すように、メインローブはそのままで、サイドローブを抑圧できることになる。

【0035】

なお、上記の説明では、連続したＣＰＩとしたが、必ずしも連続したＣＰＩデータである必要はなく、また、３ＣＰＩ以上の乗算でもよい。レンジセル毎に乗算すれば、ドップラ軸サイドローブを抑圧したレンジ－ドップラデータを得ることができるため、ＣＦＡＲ等により検出セルを抽出でき、測距、測速できる。検出セルがわかれば、乗算前のΣ、ΔＡＺ及びΔＥＬビームのレンジ－ドップラデータの検出セルを用いて、測角することができ、目標情報を出力することができる。

【0036】

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、ＣＰＩ毎に第１ＦＦＴ処理を行った後、ＣＰＩ間では、第２ＦＦＴ処理を行って、長時間積分結果を得る方式について述べた。この場合、ＣＰＩ単位の間引きにより、ドップラ軸サイドローブが上昇する場合がある。その対策として、本実施形態では、図１３乃至図１７を参照してＣＳ（非特許文献５）処理を用いる方式について述べる。

【0037】

図１３は、第３の実施形態に係るレーダシステムの送信系統及び受信系統の構成を示すブロック図、図１４は、第３の実施形態に係るレーダシステムにおける処理の流れを示すフローチャート、図１５は、第３の実施形態に係るレーダシステムに適用される２段ＦＦＴ処理を説明するための図、図１６は、図１５に示す２段ＦＦＴ処理で、第１のＦＦＴ処理出力のバンク毎に第２のＦＦＴ処理結果を配列した様子を示す図、図１７は、第３の実施形態に係るレーダシステムにおいて、サブアレイのビーム走査の際に、ランダムに選定したビームポジション毎に任意に間引き率を設定する様子を示す図である。図１３、図１４、図１５、図１６、図１７において、それぞれ図１、図２、図３、図４、図９と同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明は省略する。

【0038】

本実施形態では、図１３に示すＣＳ処理器２６、図１４に示すステップＳ２７において、第１の実施形態の第２ＦＦＴ処理に代わってslow-time軸ＣＳ処理を行う。

【0039】

図１５は、第１の実施形態と同様にＣＰＩ単位でslow-time軸ＦＦＴ処理し、並べ替えた結果を示しており、図１５において、（ａ）はslow-time軸のＣＰＩ分割、（ｂ）は１段ドップラ軸での第１ＦＦＴ処理結果、（ｃ）は１段ドップラ軸での並べ替え結果、（ｄ）は２段ドップラ軸でのＣＳ処理結果を示している。第１の実施形態では、並べ替えた結果に対して、第２ＦＦＴを適用したが、本実施形態では、ＣＳ処理を適用する。この処理について定式化する。

【0040】

まず、観測ベクトルをＹ、波源ベクトルをＸ，観測行列（辞書行列）をＡとすると、次式で表現できる。ここで、観測ベクトルは、並べ替えたバンク毎のＭ個の入力に対応する。波源ベクトルは、各バンクを更にＭ分割した信号を表す。ここで、第２ＦＦＴに対応するためには、入力と出力をいずれもＮにするが、ＣＳ処理の場合は、出力をＮ（Ｎ≧Ｍ）にして、高分解能化することも可能である。

【0041】

【数4】

【0042】

【数5】

【0043】

【数6】

観測行列は、次式で与えられる。

【0044】

【数7】

【0045】

【数8】

【0046】

【数9】

ここで、ｎは波源の番号、ｍは各バンクの分割番号である。観測行列のｎ番目の列は、目標がxnに存在する場合に、受信する信号ベクトルに対応する。波源Ｘがスパース（離散的に波源が存在する）とすると、少ない次元数Ｍの観測ベクトルにより、多い次元数Ｎの波源を算出することができる。

【0047】

以上の処理により、図１６に示すように、第１ＦＦＴのバンク毎にＭ分割した出力を得ることができる。この出力は、波源Ｘがスパースであることより、ＣＳ処理の解として算出できるため、図１７に示すように、第２ＦＦＴに比べてドップラ軸サイドローブを抑圧した結果が得られる。

【0048】

以上の第１、第２、第３の実施形態では、簡単のために、１次元のサブアレイについて述べたが、２次元のサブアレイをN2分割する場合にも、同様の方式を拡張できるのは言うまでもない。

【0049】

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】

【0050】

１１…信号生成器、１２…変調器、１３…周波数変換器、１４…パルス変調器、１５…送信アンテナ、１６…受信アンテナ、１７…周波数変換器、１８…ＡＤ変換器、１９…レンジ圧縮器、２０…slow-time軸第１ＦＦＴ処理器、２１…第１ＦＦＴ処理結果保存メモリ、２２…slow-time軸第２ＦＦＴ処理器、２３…ＣＦＡＲ検出器、２４…ビーム走査制御器、２５…連続ＲＤデータドップラ軸乗算器、２６…slow-time軸ＣＳ処理器。

【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】