特許 7566223 レーダ信号処理装置、レーダ装置およ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】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】レーダ信号処理装置、レーダ装置およびレーダ信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/524 20060101AFI20241004BHJP

   G01S 13/90 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

G01S13/524

G01S13/90 129

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2024543837

(86)(22)【出願日】2022-11-15

(86)【国際出願番号】 JP2022042303

【審査請求日】2024-07-24

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山岡 智也

(72)【発明者】

【氏名】影目 聡

【審査官】山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２２／２０８６３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２２／０１９６８２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１５２５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３０１５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０６４４６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－１９８２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－００９９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１０３９７３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーダ信号を周波数変換する周波数変換部と、
周波数変換された前記レーダ信号から、周波数領域における目標の信号成分を抽出する目標抽出部と、
前記目標の信号成分を逆周波数変換する周波数逆変換部と、
逆周波数変換された前記目標の信号成分の位相を抽出する位相抽出部と、
抽出された位相をフィッティングすることで、前記目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定する係数特定部と、
特定された前記多項式の各項の係数を用いて、前記目標の運動パラメータを推定する推定部と、を備えた
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。

【請求項2】

前記位相抽出部は、前記目標の信号成分の位相をアンラップする
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ信号処理装置。

【請求項3】

前記目標抽出部は、前記目標の信号成分以外の成分に０値を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ信号処理装置。

【請求項4】

前記係数特定部は、抽出された位相を最小二乗法によりフィッティングする
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ信号処理装置。

【請求項5】

前記レーダ信号における前記目標の運動成分を補償する補償部を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ信号処理装置。

【請求項6】

周波数変換された前記レーダ信号の平均処理を行う平均部を備え、
前記目標抽出部は、前記レーダ信号の平均処理により得られた信号系列を用いて、周波数領域における前記目標の信号成分を抽出する
ことを特徴とする請求項３に記載のレーダ信号処理装置。

【請求項7】

前記目標抽出部は、前記信号系列を前記レーダ信号に乗算した信号を用いて、前記目標の信号成分を抽出する
ことを特徴とする請求項６に記載のレーダ信号処理装置。

【請求項8】

ＳＡＲ画像から目標の信号成分を抽出する目標抽出部と、
抽出された前記目標の信号成分を周波数変換する周波数変換部と、
周波数変換された前記目標の信号成分の位相を抽出する位相抽出部と、
抽出された位相をフィッティングすることで、前記目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定する係数特定部と、
特定された前記多項式の各項の係数を用いて、前記目標の運動パラメータを推定する推定部と、を備えた
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。

【請求項9】

前記位相抽出部は、前記目標の信号成分の位相をアンラップする
ことを特徴とする請求項８に記載のレーダ信号処理装置。

【請求項10】

前記係数特定部は、抽出された位相を最小二乗法によりフィッティングする
ことを特徴とする請求項８に記載のレーダ信号処理装置。

【請求項11】

アンテナ部と、
前記アンテナ部から前記レーダ信号の電波を送信させ、前記アンテナ部に到来した電波を受信して前記レーダ信号の受信信号を生成する送受信回路と、
前記受信信号を入力して、前記受信信号から抽出した前記目標の運動成分に関する運動パラメータを推定する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレーダ信号処理装置と、を備えた
ことを特徴とするレーダ装置。

【請求項12】

アンテナ部と、
前記アンテナ部からレーダ信号の電波を送信させ、前記アンテナ部に到来した電波を受信して前記ＳＡＲ画像を生成する送受信回路と、
前記ＳＡＲ画像を入力して、前記ＳＡＲ画像から抽出した前記目標の運動成分に関する運動パラメータを推定する請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のレーダ信号処理装置と、を備えた
ことを特徴とするレーダ装置。

【請求項13】

レーダ信号処理装置のレーダ信号処理方法であって、
周波数変換部が、レーダ信号を周波数変換するステップと、
目標抽出部が、周波数変換された前記レーダ信号から、周波数領域における目標の信号成分を抽出するステップと、
周波数逆変換部が、前記目標の信号成分を逆周波数変換するステップと、
位相抽出部が、逆周波数変換された前記目標の信号成分の位相を抽出するステップと、
係数特定部が、抽出された位相をフィッティングすることで、前記目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定するステップと、
推定部が、特定された前記多項式の各項の係数を用いて、前記目標の運動パラメータを推定するステップと、を備えた
ことを特徴とするレーダ信号処理方法。

【請求項14】

レーダ信号処理装置のレーダ信号処理方法であって、
目標抽出部が、ＳＡＲ画像から目標の信号成分を抽出するステップと、
周波数変換部が、抽出された前記目標の信号成分を周波数変換するステップと、
位相抽出部が、周波数変換された前記目標の信号成分の位相を抽出するステップと、
係数特定部が、抽出された位相をフィッティングすることで、前記目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定するステップと、
推定部が、特定された前記多項式の各項の係数を用いて、前記目標の運動パラメータを推定するステップと、を備えた
ことを特徴とするレーダ信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーダ信号処理装置、レーダ装置およびレーダ信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

パルスドップラーレーダまたは合成開口レーダ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ；以下、ＳＡＲと記載する。）は、目標で反射して受信されたレーダ信号の位相を解析することにより、当該位相の関数を与える多項式を推定することも可能である。推定した多項式を用いることにより、雑音のない理想状態における目標の運動パラメータの推定が可能である。ここで、運動パラメータとは、目標の運動成分に関するパラメータである。

【0003】

ただし、レーダ信号には一般的に過大な雑音が含まれており、レーダ信号の位相の解析が困難である場合が多い。例えば、非特許文献１に記載される離散多項式位相変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ－ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；以下、ＤＰＴと記載する。）は、レーダ信号の位相の関数を与える多項式の各項の係数を、クラメール－ラオ バウンド（Ｃｒａｍｅｒ－Ｒａｏ Ｂｏｕｎｄ；以下、ＣＲＬＢと記載する。）に漸近する精度で推定することが可能である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】Ｓ． Ｐｅｌｅｇ， ａｎｄ Ｂ． Ｆｒｉｅｄｌａｎｄｅｒ， “ Ｔｈｅ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ－ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ｖｏｌ． ４３， ｐｐ．１９０１-１９１４， Ａｕｇ． １９９５．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非特許文献１に記載される従来の技術は、レーダ信号のＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ）が７ｄＢ程度の比較的に高い値でないと、多項式の各項の係数をＣＲＬＢに達する精度で推定することができない。すなわち、従来の技術では、レーダ信号に過大な雑音が含まれていると、位相の関数を与える多項式を高い精度で推定できず、当該多項式を用いた目標の運動パラメータの推定ができないという課題があった。

【0006】

本開示は上記課題を解決するものであり、雑音の影響を低減させて目標の運動パラメータを推定することができる、レーダ信号処理装置、レーダ装置およびレーダ信号処理方法を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係るレーダ信号処理装置は、レーダ信号に対して周波数変換により積分を行う周波数変換部と、周波数変換されたレーダ信号から、周波数領域における目標の信号成分を抽出する目標抽出部と、目標の信号成分を逆周波数変換する周波数逆変換部と、逆周波数変換された目標の信号成分の位相を抽出する位相抽出部と、抽出された位相をフィッティングすることで、目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定する係数特定部と、特定された多項式の各項の係数を用いて、目標の運動パラメータを推定する推定部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、周波数変換して信号を積分することにより、当該信号に含まれる目標の信号成分を強調させることができるので、目標の信号成分の他に信号に含まれる雑音の影響を低減させることができる。これにより、本開示に係るレーダ信号処理装置は、雑音の影響を低減させて目標の運動パラメータを推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。

【図2】実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。

【図3】レーダ信号処理装置の処理対象データを生成する処理を示すフローチャートである。

【図4】実施の形態１に係るレーダ信号処理方法を示すフローチャートである。

【図5】図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄおよび図５Ｅは、図４のレーダ信号処理方法で処理された信号の特性を示す図である。

【図6】図６Ａおよび図６Ｂは、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の機能を実行するハードウェア構成を示すブロックである。

【図7】実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。

【図8】実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。

【図9】実施の形態２に係るレーダ信号処理方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

パルスドップラーレーダにより受信されたスロータイムの時刻ｔにおける目標のレーダ信号は、下記式（１）で表現される。下記式（１）において、Ａは目標の受信信号の振幅である。ｒ_０はレーダと目標との間の平均距離であり、ｖ_０は目標の平均速度であり、ａ_０は目標の平均加速度であり、ｊ_０は平均躍度である。躍度は、加速度を時間微分したものである。なお、以下の説明において、レンジ方向の次元は考慮しないものとする。

【0011】

しかしながら、下記式（２）に示すように、実際の受信信号ｒ（ｔ）には、雑音成分ｎ（ｔ）が含まれる。

【0012】

受信信号ｒ（ｔ）に対してパルス方向の周波数変換を行うことにより、下記式（３）に示す信号Ｒ（ｆ）に変換される。信号Ｒ（ｆ）では、受信信号ｒ（ｔ）に含まれる目標の信号成分がドップラー周波数領域において積分されている。これにより、目標の信号成分が強調され、目標を抽出できるようになる。下記式（３）において、Ｒ（ｆ）＝Ｆ_ｔ［ ］（ｆ）は、時刻ｔから周波数ｆへの周波数変換を表す記号である。信号Ｒ（ｆ）と閾値とを比較した結果に基づいて、目標の信号成分が抽出される。目標の信号成分のドップラー周波数に着目することにより、目標の運動パラメータとして平均速度ｖ_０を推定することができる。

【0013】

積分された目標の信号成分を抽出することにより、不要信号である雑音を、大幅に低減することができる。目標の信号成分が存在する区間外に０値を挿入（設定）することで、信号Ｒ（ｆ）は信号Ｒ’（ｆ）となる。さらに、信号Ｒ’（ｆ）を逆周波数変換することにより、信号ｓ’（ｔ）となる。信号ｓ’（ｔ）は、信号ｓ（ｔ）と比べて、目標の信号成分が残余している一方で、不要信号成分が大幅に低減されている。

【0014】

信号ｓ’（ｔ）の位相系列をアンラップしながら抽出することにより、時刻ｔにおける位相の変化量を示す関数θ（ｔ）が得られる。関数θ（ｔ）により得られる値を、例えば最小二乗法によるフィッティングで多項式近似を行うことにより、関数θ（ｔ）を与える多項式のｋ次項の係数ｐ_ｋが推定される。下記式（４）および下記式（５）に従い、係数ｐ_ｋを用いることにより、目標の平均加速度ａ_０および平均躍度ｊ_０を推定することが可能である。ドップラー周波数領域における目標の信号成分の抽出の過程で、不要信号が低減されているので、目標の運動パラメータを精度よく推定することができる。

【0015】

次に、ＳＡＲにおけるアジマス方向の速度推定について説明する。
ドップラー率は、下記式（６）によって与えられる。下記式（６）において、ｖ_ｐは、プラットフォームの移動速度である。θはスクイント角である。λは波長であり、Ｒ_０はレーダと目標との最近接距離である。ドップラー率は、目標が静止していることが前提である。

【0016】

上記式（６）に対して目標のアジマス方向の速度ｖ_ｔを導入することにより、ドップラー率は、下記式（７）で表される。下記式（７）に示す目標のドップラー率を用いることにより、目標のアジマス方向の速度成分を推定することが可能である。

【0017】

ドップラー率を有する受信信号から得られるドップラー周波数領域における目標の信号成分は、上記受信信号に対してレンジ圧縮を行い、さらにレンジセルマイグレーションを補正することにより、下記式（８）で表される。下記式（８）において、Ｓ（ｒ，ｆ_ｄ）は、目標の信号のレンジ―ドップラー周波数成分である。ｒは、レンジであり、ｆ_ｄは、ドップラー周波数である。Ａ（ｒ，ｆ_ｄ）は、レンジ圧縮して得られるレンジの包絡線とアジマス方向のアンテナパターンとにより得られる振幅変動である。Ｋ_ｔは、目標のアジマス方向の速度成分が含まれるドップラー率である。ｆ_０は、中心周波数である。αｆ_ｄは、ＳＡＲ画像内のアジマス方向の結像位置とレンジ方向の速度成分とに応じて発生する線形位相項であり、ｎ（ｒ，ｆ_ｄ）は、雑音成分を表す項である。

【0018】

受信信号に対して、アジマス圧縮のための参照関数を乗算することにより、目標の信号成分は、下記式（９）に示すように変化する。下記式（９）において、Ｋ_ｏは、参照関数のドップラー率である。目標がアジマス方向に速度成分を有していない場合、Ｋ_ｔ＝Ｋ_０となるので、ドップラー周波数成分の位相項の２次の成分が消失する。このため、目標がＳＡＲ画像上で理想的に結像する。このように得られた信号成分に対してアジマス逆周波数変換を行うことにより、ＳＡＲ画像が生成される。

【0019】

ＳＡＲ画像から目標の信号成分を抽出し、抽出した信号成分に対してアジマスＦＦＴ（周波数変換）を行うことにより、目標のドップラー周波数成分が得られる。この目標のドップラー周波数成分の位相をアンラップし、アンラップにより得られた関数θ（ｔ）に対して多項式近似を行う。多項式近似により得られた多項式を最小二乗法によって求め、上記式（９）を用いることにより、下記式（１０）に示す多項式の２次の項の係数ｐ_２が得られる。

【0020】

関数θ（ｔ）を与える多項式の２次の項の係数ｐ_２と目標のアジマス方向の速度ｖ_ｔとは、一定の関係を有している。上記式（１０）が示す係数ｐ_２を用いることにより、下記式（１１）に示す目標のアジマス方向の速度ｖ_ｅｓｔを推定することができる。なお、下記式（１１）において、Ｋ_ｔは、下記式（１２）で表される。

【0021】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。図１において、レーダ装置１は、例えば地上に固定的に設けられたり、航空機などのプラットフォームに備えられたりして、目標の運動パラメータを推定する装置であり、アンテナ部２、送受信回路３、記憶装置４、およびレーダ信号処理装置５を備える。アンテナ部２は、送信信号の電波を放射する送信用の素子アンテナと、到来した電波を受信する受信用の素子アンテナと、を備える。例えば、アンテナ部２は、送信用の素子アンテナと受信用の素子アンテナとをそれぞれ１つまたは複数備える。また、送信用の素子アンテナと受信用の素子アンテナの機能を一つの素子アンテナが兼務してもよい。

【0022】

送受信回路３は、アンテナ部２からレーダ信号の電波を送信させ、アンテナ部２に到来した電波を受信してレーダ信号の受信信号を生成する。送受信回路３が生成した受信信号は、記憶装置４が備える記憶部４１に生データとして記憶される。記憶装置４は、送受信回路３とレーダ信号処理装置５との間で有線通信または無線通信により接続されている。レーダ信号処理装置５は、記憶部４１に記憶された生データを用いて、目標の運動パラメータを推定する。なお、送受信回路３は、記憶装置４を介さず、レーダ信号処理装置５に直接生データを出力してもよい。

【0023】

送受信回路３は、図１に示すように、切り換え部３１、増幅部３２ａ、増幅部３２ｂ、乗算部３３ａ、乗算部３３ｂ、発振部３４、フィルタ部３５、Ａ／Ｄ変換部３６、および信号生成部３７を備える。切り換え部３１は、送受信を切り換える回路である。例えば、切り換え部３１は、送信時にはアンテナ部２における送信用の素子アンテナと増幅部３２ａとを接続して、アンテナ部２における受信用の素子アンテナと増幅部３２ｂとの接続を切る。さらに、切り換え部３１は、受信時には受信用の素子アンテナと増幅部３２ｂとを接続して、送信用の素子アンテナと増幅部３２ａとの接続を切る。

【0024】

増幅部３２ａは、送信信号を増幅する。増幅部３２ａが増幅した送信信号は、切り換え部３１を介して、アンテナ部２に出力される。増幅部３２ｂは、切り換え部３１を介してアンテナ部２が受信した電波信号を取得し、取得した信号を増幅して乗算部３３ｂに出力する。乗算部３３ａは、信号生成部３７が生成した信号に対して、発振部３４が生成した搬送波を乗算する。

【0025】

信号生成部３７が生成した信号は、搬送波が乗算されると、周波数がアップコンバードされた送信信号となる。乗算部３３ｂは、増幅部３２ｂが増幅した信号に対して、発振部３４が生成した搬送波を乗算する。アンテナ部２が受信した信号は、搬送波が乗算されると、周波数がダウンコンバートされた信号となる。発振部３４は、搬送波を生成して乗算部３３ａおよび乗算部３３ｂに出力する。

【0026】

フィルタ部３５は、ダウンコンバートされた信号のうち、使用周波数帯域外の信号成分を抑圧する。Ａ／Ｄ変換部３６は、フィルタ部３５を通過した信号をアナログ／デジタル変換することにより受信信号を生成する。Ａ／Ｄ変換部３６によってデジタル信号に変換された受信信号は、生データとして記憶部４１に格納される。
また、Ａ／Ｄ変換部３６は、受信信号の生データをレーダ信号処理装置５へ直接出力してもよい。

【0027】

信号生成部３７は、目標が存在する空間に送信信号の電波として放射される信号を生成する。例えば、信号生成部３７は、パルス信号に基づいて信号を生成する。なお、図１では、送受信回路３が信号生成部３７を備える場合を示したが、信号生成部３７は、送受信回路３とは別に設けられた制御装置が備えてもよい。

【0028】

図２は、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５の構成を示すブロック図である。図２に示すように、レーダ信号処理装置５は、パルス圧縮部５１、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍ、目標抽出部５５、周波数逆変換部５６、位相抽出部５７、係数特定部５８および推定部５９を備える。

【0029】

パルス圧縮部５１は、記憶部４１または送受信回路３から生データを入力し、生データである受信信号に対してパルス圧縮を行う。例えば、信号生成部３７が、チャープパルスの信号を生成した場合、パルス圧縮部５１は、チャープパルスの受信信号に対してパルス圧縮を行う。

【0030】

補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍは、受信信号における目標の運動成分を補償する。Ｍは、１以上の整数である。例えば、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍが、目標の運動成分の発生によるドップラー周波数領域上での変化を補償することにより、ドップラー周波数後のスペクトルの電力が改善される。

【0031】

周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍは、それぞれ、入力した受信信号を周波数変換する。例えば、受信信号は、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍによってドップラー周波数領域の信号に変換される。平均部５４－１，５４－２，・・・，５２－Ｍは、周波数変換された受信信号の平均処理を行う。例えば、平均部５４－１，５４－２，・・・，５２－Ｍは、ドップラー周波数領域の信号に変換された受信信号に対して、ドップラー周波数方向に移動平均を行う。

【0032】

目標抽出部５５は、周波数変換された受信信号から、周波数領域における目標の信号成分を抽出する。例えば、目標抽出部５５は、受信信号の平均処理により得られた信号系列を用いて、ドップラー周波数領域における目標の信号成分を抽出する。そして、目標抽出部５５は、平均処理により得られた信号のうち、目標の信号成分に起因して信号値が最大となったものを抽出する。

【0033】

周波数逆変換部５６は、目標抽出部５５によって抽出された目標の信号成分を逆周波数変換する。例えば、周波数逆変換部５６は、目標の信号成分に周波数逆変換を行い、時間領域の信号に戻す。位相抽出部５７は、周波数逆変換部５６によって逆周波数変換された目標の信号成分の位相を抽出する。例えば、位相抽出部５７は、目標の信号成分の位相をアンラップして、位相の関数を取得する。

【0034】

係数特定部５８は、位相抽出部５７によって抽出された位相をフィッティングすることで、目標の運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定する。例えば、係数特定部５８は、抽出された位相を最小二乗法によりフィッティングすることで、位相の関数を与える多項式を求め、求めた多項式の各項の係数を特定する。推定部５９は、係数特定部５８によって特定された前記多項式の各項の係数を用いて、目標の運動パラメータを推定する。

【0035】

なお、レーダ信号処理装置５は、受信信号を周波数変換して目標の信号成分を積分することにより、雑音の影響を低減するものである。このため、レーダ信号処理装置５には、図２に示した構成要素のうち、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ、目標抽出部５５、周波数逆変換部５６、位相抽出部５７、係数特定部５８および推定部５９を備えていればよく、これら以外の構成要素は備えていなくてもよい。
また、パルス圧縮部５１、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ、および平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍは、レーダ信号処理装置５とデータのやり取りが可能な外部装置が備えてもよい。

【0036】

レーダ信号処理装置５の処理対象データである生データ（受信信号）を生成する処理を詳細に説明する。図３は、レーダ信号処理装置５の処理対象データを生成する処理を示すフローチャートである。まず、信号生成部３７が、パルス信号に基づいて信号を生成する（ステップＳＴ１）。例えば、信号生成部３７は、送信すべき信号としてチャープパルス信号を生成し、乗算部３３ａに出力する。
なお、信号生成部３７が生成する信号は、チャープパルス信号に限定されるものではなく、単純なパルス信号であってもよいし、そのほかのパルス信号であってもよい。

【0037】

乗算部３３ａは、信号生成部３７が生成した信号に対し、発振部３４が生成した搬送波を乗算することにより、当該信号の周波数をアップコンバードする（ステップＳＴ２）。アップコンバードされた送信信号は、増幅部３２ａに出力される。増幅部３２ａは、入力した送信信号の電力を増幅する（ステップＳＴ３）。増幅部３２ａが増幅した送信信号は切り換え部３１に出力される。送信時、切り換え部３１は、アンテナ部２における送信用の素子アンテナと増幅部３２ａとを接続している。これにより、送信信号は、切り換え部３１を介して増幅部３２ａからアンテナ部２へ出力される。アンテナ部２は、送信信号を電波として空間に放射する（ステップＳＴ４）。

【0038】

空間に放射された送信信号の電波は、空間に存在する目標で散乱または反射され、散乱または反射された電波がアンテナ部２に到来する。アンテナ部２は、到来した電波を受信する（ステップＳＴ５）。受信時、切り換え部３１は、アンテナ部２における受信用の素子アンテナと増幅部３２ｂとを接続している。このため、アンテナ部２が電波として受信した信号は、切り換え部３１を介して増幅部３２ｂに出力される。増幅部３２ｂは、入力した信号の電力を増幅する（ステップＳＴ６）。

【0039】

乗算部３３ｂは、増幅部３２ｂが増幅した信号に対し、発振部３４が生成した搬送波を乗算することにより、当該信号の周波数をダウンコンバートする（ステップＳＴ７）。
フィルタ部３５は、乗算部３３ｂによりダウンコンバートされた信号のうち、使用周波数帯域外の信号成分を抑圧する（ステップＳＴ８）。フィルタ部３５を通過した信号は、Ａ／Ｄ変換部３６に出力される。Ａ／Ｄ変換部３６は、フィルタ部３５を通過した信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル信号の受信信号を生成する（ステップＳＴ９）。Ａ／Ｄ変換部３６が生成した受信信号は、生データとして記憶部４１に格納される。

【0040】

次に、実施の形態１に係るレーダ信号処理方法について説明する。
図４は、実施の形態１に係るレーダ信号処理方法を示すフローチャートであり、目標の運動パラメータを推定する処理を示している。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄおよび図５Ｅは、図４のレーダ信号処理方法で処理された信号の特性を示す図である。
信号生成部３７が生成した信号がチャープパルスである場合に、パルス圧縮部５１は、記憶部４１から取得した生データに対してパルス圧縮を行う（ステップＳＴ１Ａ）。
アンテナ部２が受信した信号にそれぞれ対応する生データを受信信号ｓ_０（ｎ，ｈ）とする。ここで、ｎはレンジセル番号であり、ｈはパルス番号である。

【0041】

例えば、パルス圧縮部５１は、受信信号ｓ_０（ｎ，ｈ）に対してレンジ方向の周波数変換を行い、この周波数変換により得られた信号成分にレンジ圧縮用の参照関数を乗算し、続いて、レンジ方向の逆周波数変換を行う。これにより、受信信号ｓ_０（ｎ，ｈ）は、パルス圧縮済み信号ｓ_１（ｒ，ｈ）となる。ここで、ｒはレンジビンである。

【0042】

補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍは、パルス圧縮済み信号ｓ_１（ｒ，ｈ）に対して加速度成分を補償する（ステップＳＴ２Ａ）。例えば、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍは、目標の加速度の一次推定結果の候補としてａ_１，・・・，ａ_ｍ，・・・，ａ_Ｍを用意しておき、下記式（１３）に従って加速度成分を補償する。下記式（１３）において、ｓ_２，ｍ（ｒ，ｈ）は、パルス圧縮済み信号ｓ_１（ｒ，ｈ）の加速度成分を補償して得られる信号である。Ｎ_ｈはパルス数、Ｔはパルス繰り返し周期、λは、信号の波長である。
パルス圧縮済み信号ｓ_１（ｒ，ｈ）は加速度成分を補償することにより、図５Ａに示す波形の信号ａとなる。この信号ａには、目標の信号成分と雑音成分とが含まれる。

【0043】

信号ｓ_２，ｍ（ｒ，ｈ）は、目標の加速度の一次推定結果の候補が平均加速度ａ_０に近い値を有する場合、加速度成分の発生によるドップラー周波数領域上での目標の速度成分の広がりが軽減される。そこで、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍが、パルス圧縮済み信号ｓ_１（ｒ，ｈ）を加速度等の運動成分を補償することにより、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍによる周波数変換後の信号スペクトルの電力が改善される。
また、周波数変換後に高いピーク電力を示すｓ_２，ｍ（ｒ，ｈ）におけるａ_ｍを、平均加速度ａ_０に近い値を有する加速度成分の推定結果の候補とすることも可能である。
なお、補償を行う運動成分を加速度としたが、その他の運動成分で補償してもよいし、複数の運動成分を補償してもよい。

【0044】

周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍは、加速度成分の補償が行われた信号にｓ_２，ｍ（ｒ，ｈ）にパルス方向の周波数変換を行い、信号Ｓ_２，ｍ（ｒ，ｆ）を生成する（ステップＳＴ３Ａ）。ここで、ｆはドップラー周波数である。
信号Ｓ_２，ｍ（ｒ，ｆ）は、図５Ｂに示すスペクトルｂとなる。図５Ｂに示すように、目標の信号成分に対応する周波数帯域がピーク帯域となっている。

【0045】

続いて、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍが、信号Ｓ_２，ｍ（ｒ，ｆ）の電力成分についてドップラー周波数方向に移動平均を行うことにより、信号ｐ_ｍ（ｒ，ｆ）を生成する（ステップＳＴ４Ａ）。これにより、受信信号のドップラー周波数スペクトルから、目標の信号成分を抽出する際に、スペクトルにおける雑音電力成分の影響が低減される。

【0046】

例えば、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍは、信号Ｓ_２，ｍ（ｒ，ｆ）の電力成分についてドップラー周波数方向にピクセルｎ_ｗごとの移動平均を行う。
なお、ｎ_ｗの値は任意の大きさでよいが、下記式（１４）および下記式（１５）に従って、ｎ_ｗを設定してもよい。下記式（１４）および下記式（１５）において、ｖ_ｒｅｓｏは速度分解能である。また、ｎ_ｗは加速度補償後に残余する加速度による速度広がりの最大値を速度分解能ｖ_ｒｅｓｏで除算し、得られた値を四捨五入して整数値にしたものである。ｖ_ｒｅｓｏは、ドップラー周波数スペクトルの幅の目安となる。ここでは、ａ_ｍが等間隔に設定されているものとしている。移動平均を行って得られるｐ_ｍ（ｒ，ｆ）は、移動平均の効果によって雑音が低減されている。

【0047】

なお、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍは、移動平均して得られた信号系列を重みとし、これらの重みをＳ_２，ｍ（ｒ，ｆ）に乗算してｐ_ｍ（ｒ，ｆ）を算出してもよい。移動平均を行うと雑音が抑圧できるが、目標の速度広がりがない場合は、信号電力の低下が顕著となる。そこで、移動平均を行って得られる重みを信号Ｓ_２，ｍ（ｒ，ｆ）に乗算することにより、重みが移動平均によって得られていることから雑音を低減できる。さらに、信号Ｓ_２，ｍ（ｒ，ｆ）に重みを乗算してｐ_ｍ（ｒ，ｆ）を算出しているので、信号電力の低減を緩和することも可能である。

【0048】

目標抽出部５５は、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍのそれぞれが算出した複数のｐ_ｍ（ｒ，ｆ）のうち、最大値のｐ_ｍ（ｒ，ｆ）を取得し、取得したｐ_ｍ（ｒ，ｆ）の中で最大電力を有するｐ_ｍｍａｘ（ｒ，ｆ）を求める。ここで、目標抽出部５５は、最大電力を有する信号ｐ_ｍｍａｘ（ｒ，ｆ）のドップラー周波数ビンｆ_ｍａｘ、レンジビンｒ_ｍａｘ、およびｍの値に対応するｍｍａｘを求める。ｍｍａｘに対応する加速度成分の一次推定結果をａ_ｍｍａｘとする。

【0049】

さらに、目標抽出部５５は、下記式（１６）に従って、信号Ｓ_{２，ｍｍａｘ}（ｒ_ｍａｘ，ｆ）から、目標の信号成分を抽出する（ステップＳＴ５Ａ）。下記式（１６）において、ｆ_ｗは、ドップラー周波数ビン数ｎ_ｗに対応するドップラー周波数幅である。また、周波数変換ポイント数（ＦＦＴポイント数）をＮとした場合に、雑音電力はｎ_ｗ／Ｎに低減する。なお、目標抽出部５５による信号成分の切り出しの長さはｎ_ｗである。ただし、切り出しの長さ自体は、任意の長さであってもよい。

【0050】

下記式（１６）では、図５Ｃに示すように、目標抽出部５５が目標の信号成分以外の成分に０値が設定されたスペクトルｃとなる。すなわち、Ｄ（ｆ）は目標が抽出されているものの、抽出された区間以外には０が挿入され、雑音などの不要信号が低減される。
これにより、受信信号が低Ｓ／Ｎであっても、精度よく、速度、加速度および躍度といった、高次の運動パラメータを推定することができる。

【0051】

周波数逆変換部５６は、目標抽出部５５が算出したＤ（ｆ）を逆周波数変換し、信号ｄ（ｔ）を生成する（ステップＳＴ６Ａ）。上述したように、雑音成分が低減されるので、信号ｄ（ｔ）は、図５Ｄに示す波形の信号ｄとなる。信号ｄには、目標の信号成分が含まれるが、雑音成分は少なくなっている。

【0052】

位相抽出部５７は、信号ｄ（ｔ）の位相をアンラップして、位相の関数θ（ｔ）を生成する（ステップＳＴ７Ａ）。例えば、位相抽出部５７は、関数θ（ｔ）に対して、下記式（１７）で表される距離変化特性Δｒ（ｔ）を算出する。この位相Δｒ（ｔ）を解析することにより、レーダと目標との相対距離の変化についての情報が得られる。位相Δｒ（ｔ）は、図５Ｅに示す波形の信号ｅとなる。

【0053】

続いて、係数特定部５８は、Δｒ（ｔ）に対して、最小二乗法によるフィッティングを行う（ステップＳＴ８Ａ）。これにより、関数θ（ｔ）を与える多項式が得られ、多項式のｋ次の項の係数ｐ_ｋが特定される。

【0054】

推定部５９は、多項式のｋ次の項の係数ｐ_ｋのうち、係数ｐ_１、ｐ_２およびｐ_３を用い、下記式（１８）、下記式（１９）および下記式（２０）に従って目標の推定速度ｖ_ｅｓｔ、推定加速度ａ_ｅｓｔおよび推定躍度ｊ_ｅｓｔを推定する（ステップＳＴ９Ａ）。

【0055】

なお、係数特定部５８は、上記と同様の効果が得られるのであれば、Δｒ（ｔ）のフィッティングには最小二乗法を用いず、他のフィッティング方法を用いてもよい。
推定部５９は、推定速度ｖ_ｅｓｔ、推定加速度ａ_ｅｓｔおよび推定躍度ｊ_ｅｓｔを出力して、動作を完了する。

【0056】

これまでの説明では、レンジビンｒ_ｍａｘの１レンジビンに限定して処理を解説したが、複数のレンジビンで運動パラメータの推定を行い、得られた値の平均値または中間値を求めて、推定精度を向上させてもよい。

【0057】

また、一連のパルス列を一括して処理したが、分割して処理を行って、得られる結果を合成してもよい。

【0058】

さらに、推定する運動パラメータを、速度、加速度および躍度としたが、これらよりも高次の運動成分を推定してもよい。

【0059】

次に、レーダ信号処理装置５の機能を実現するハードウェア構成について説明する。
レーダ信号処理装置５が備えるパルス圧縮部５１、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍ、目標抽出部５５、周波数逆変換部５６、位相抽出部５７、係数特定部５８および推定部５９の機能は、処理回路により実現される。すなわち、レーダ信号処理装置５は、図４に示したステップＳＴ１ＡからステップＳＴ９Ａまでの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。

【0060】

図６Ａは、レーダ信号処理装置５の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図６Ｂは、レーダ信号処理装置５の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、入力インタフェース１００は、レーダ信号処理装置５が記憶部４１から取得するデータを中継するインタフェースである。出力インタフェース１０１は、推定部５９から外部装置へ出力される目標の運動パラメータの推定結果を中継するインタフェースである。

【0061】

処理回路が図６Ａに示す専用のハードウェアの処理回路１０２である場合、処理回路１０２は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。レーダ信号処理装置５が備えるパルス圧縮部５１、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍ、目標抽出部５５、周波数逆変換部５６、位相抽出部５７、係数特定部５８および推定部５９の機能を、別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて一つの処理回路で実現してもよい。

【0062】

処理回路が図６Ｂに示すプロセッサ１０３である場合、レーダ信号処理装置５が備えるパルス圧縮部５１、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍ、目標抽出部５５、周波数逆変換部５６、位相抽出部５７、係数特定部５８および推定部５９の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ１０４に記憶される。

【0063】

プロセッサ１０３は、メモリ１０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、レーダ信号処理装置５が備えるパルス圧縮部５１、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍ、目標抽出部５５、周波数逆変換部５６、位相抽出部５７、係数特定部５８および推定部５９の機能を実現する。例えば、レーダ信号処理装置５は、プロセッサ１０３によって実行されるときに図４に示したステップＳＴ１ＡからステップＳＴ９Ａの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ１０４を備えている。これらのプログラムは、パルス圧縮部５１、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍ、目標抽出部５５、周波数逆変換部５６、位相抽出部５７、係数特定部５８および推定部５９が行う処理の手順または方法を、コンピュータに実行させるものである。メモリ１０４は、コンピュータを、パルス圧縮部５１、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍ、目標抽出部５５、周波数逆変換部５６、位相抽出部５７、係数特定部５８および推定部５９として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。

【0064】

メモリ１０４は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ＥＰＲＯＭ）（登録商標）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。

【0065】

レーダ信号処理装置５が備えるパルス圧縮部５１、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍ、目標抽出部５５、周波数逆変換部５６、位相抽出部５７、係数特定部５８および推定部５９の機能の一部を、専用のハードウェアで実現し、他の一部はソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、パルス圧縮部５１、補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ、平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍの各機能は専用のハードウェアである処理回路１０２により実現し、目標抽出部５５、周波数逆変換部５６、位相抽出部５７、係数特定部５８および推定部５９の各機能は、プロセッサ１０３がメモリ１０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより実現してもよい。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせにより上記機能を実現することが可能である。

【0066】

以上のように、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５は、レーダ信号を周波数変換する周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍと、周波数変換されたレーダ信号から、周波数領域における目標の信号成分を抽出する目標抽出部５５と、目標の信号成分を逆周波数変換する周波数逆変換部５６と、逆周波数変換された目標の信号成分の位相を抽出する位相抽出部５７と、抽出された位相をフィッティングすることにより、目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定する係数特定部５８と、特定された多項式の各項の係数を用いて、目標の運動パラメータを推定する推定部５９を備える。周波数変換して信号を積分することにより、当該信号に含まれる目標の信号成分を強調させることができるので、目標の信号成分の他に信号に含まれる雑音の影響を低減させることが可能である。これにより、レーダ信号処理装置５は、雑音の影響を低減させて目標の運動パラメータを推定することができる。
また、レーダ信号処理装置５をパルスドップラーレーダに適用することにより、目標の加速度および躍度といった高次の運動パラメータを、受信信号に含まれる雑音の影響を低減しながら高精度に推定することができる。
従来の技術では、目標の運動成分で信号を補償する補償量の間隔でしか運動パラメータを推定できなかったが、レーダ信号処理装置５は、受信信号を周波数変換して雑音の影響を低減してから目標の信号成分の位相を解析するので、従来の補償間隔を補間するように目標の運動パラメータを高精度に推定することができる。

【0067】

実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５において、位相抽出部５７は、目標の信号成分の位相をアンラップする。これにより、目標の信号成分の位相を示す関数を算出することができる。

【0068】

実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５において、目標抽出部５５は、目標の信号成分以外の成分に０値を設定する。このように、雑音の低減を周波数領域の０挿入によって行い、平均処理を用いていないので、信号の情報が欠損せず、高精度に運動パラメータを推定が可能となる。これは、信号にドップラー周波数フィルタ上の雑音を低減するフィルタを並列に並べて、雑音が低減された複数の信号の中から、最も信頼性の高い信号を選んで位相を解析する処理と等価である。目標の信号成分を抽出し、それ以外の帯域に０値を挿入することで雑音を低減するので、演算量の増大を伴うことなく、信頼性の高い運動パラメータの推定を実現できる。

【0069】

実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５において、係数特定部５８は、抽出された位相を最小二乗法によりフィッティングする。これにより、位相の関数を与える多項式を算出することができる。

【0070】

実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５において、レーダ信号における目標の運動成分を補償する補償部５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍを備える。目標の運動成分で受信信号を補償することにより、周波数変換後の受信信号のスペクトルの電力を改善することができる。

【0071】

実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５は、周波数変換されたレーダ信号の平均処理を行う平均部５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍを備える。目標抽出部５５は、レーダ信号の平均処理により得られた信号系列を用いて、周波数領域における目標の信号成分を抽出する。これにより、スペクトルにおける雑音電力成分の影響が低減され、受信信号のドップラー周波数スペクトルから、目標の信号成分を特定しやすくなる。

【0072】

実施の形態１に係るレーダ信号処理装置５において、目標抽出部５５は、信号系列をレーダ信号に乗算した信号を用いて、目標の信号成分を抽出する。このように、レーダ信号に、平均処理により得られた信号系列を重みとして乗算することにより、信号電力の低減を緩和することができる。

【0073】

実施の形態１に係るレーダ装置１は、アンテナ部２と、アンテナ部２からレーダ信号の電波を送信させ、アンテナ部２に到来した電波を受信してレーダ信号の受信信号を生成する送受信回路３と、受信信号を入力して、受信信号から抽出した目標の運動成分に関する運動パラメータを推定するレーダ信号処理装置５とを備える。これにより、レーダ装置１は、雑音の影響を低減させて目標の運動パラメータを推定することができる。

【0074】

実施の形態１に係るレーダ信号処理方法は、周波数変換部５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍが、レーダ信号を周波数変換するステップと、目標抽出部５５が、周波数変換されたレーダ信号から、周波数領域における目標の信号成分を抽出するステップと、周波数逆変換部５６が、目標の信号成分を逆周波数変換するステップと、位相抽出部５７が、逆周波数変換された目標の信号成分の位相を抽出するステップと、係数特定部５８が、抽出された位相をフィッティングすることで、目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定するステップと、推定部５９が、特定された多項式の各項の係数を用いて、目標の運動パラメータを推定するステップとを備える。当該方法をレーダ信号処理装置５が実行することにより、雑音の影響を低減させて目標の運動パラメータを推定することができる。

【0075】

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係るレーダ装置１Ａの構成を示すブロック図である。図７において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付与しており、重複した説明を省略する。図７において、レーダ装置１Ａは、例えば、航空機または人工衛星など移動するプラットフォームに備えられ、目標の運動パラメータを推定する装置であり、アンテナ部２、送受信回路３Ａ、記憶装置４Ａ、およびレーダ信号処理装置５Ａを備える。
また、レーダ装置１Ａは、プラットフォームにアンテナ部２、送受信回路３Ａおよび記憶装置４Ａを設け、地上局としてレーダ信号処理装置５Ａを設けて、プラットフォームと地上局との間を通信回線で接続したものであってもよい。

【0076】

送受信回路３Ａは、図７に示すように、切り換え部３１、増幅部３２ａ、増幅部３２ｂ、乗算部３３ａ、乗算部３３ｂ、発振部３４、フィルタ部３５、Ａ／Ｄ変換部３６、信号生成部３７、および画像生成部３８を備える。画像生成部３８は、Ａ／Ｄ変換部３６が変換したデジタル信号の受信信号を用いてＳＡＲ画像を生成する。ＳＡＲ画像の生成方法は、例えば、参考文献１に記載されている。
（参考文献１）
Ｉ． Ｇ． Ｃｕｍｍｉｎｇ ａｎｄ Ｆ． Ｈ． Ｗｏｎｇ， Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ Ｄａｔａ． Ｎｏｒｗｏｏｄ， ＭＡ： Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ， ２００５．

【0077】

記憶装置４Ａは、記憶部４１Ａを備える。記憶部４１ＡにはＳＡＲ画像が格納される。レーダ信号処理装置５Ａは、記憶部４１Ａに格納されたＳＡＲ画像から目標の信号成分を抽出する。また、レーダ信号処理装置５Ａは、送受信回路３Ａから直接取得したＳＡＲ画像から目標の信号成分を抽出してもよい。

【0078】

図８は、実施の形態２に係るレーダ信号処理装置５Ａの構成を示すブロック図である。図８に示すように、レーダ信号処理装置５Ａは、目標抽出部５５Ａ、周波数変換部６０、位相抽出部５７Ａ、係数特定部５８Ａ、および推定部５９Ａを備える。
なお、レーダ信号処理装置５Ａが備える目標抽出部５５Ａ、周波数変換部６０、位相抽出部５７Ａ、係数特定部５８Ａおよび推定部５９Ａの機能は処理回路により実現される。すなわち、レーダ信号処理装置５Ａは、後述する図９に示したステップＳＴ１ＢからステップＳＴ６Ｂまでの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。

【0079】

目標抽出部５５Ａは、ＳＡＲ画像から目標の信号成分を抽出する。周波数変換部６０は、目標抽出部５５Ａによって抽出された目標の信号成分を周波数変換する。位相抽出部５７Ａは、周波数変換部６０により周波数変換された目標の信号成分の位相を抽出する。

【0080】

係数特定部５８Ａは、位相抽出部５７Ａにより抽出された位相をフィッティングすることで、目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定する。推定部５９Ａは、係数特定部５８Ａにより特定された多項式の各項の係数を用いて目標の運動パラメータを推定する。

【0081】

図９は、実施の形態２に係るレーダ信号処理方法を示すフローチャートである。
目標抽出部５５Ａは、ＣＦＡＲ（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆａｌｓｅ ａｌａｒｍ ｒａｔｅ）またはＭＴＩ（ｍｏｖｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）といった手法を用いて、ＳＡＲ画像の中から移動目標を検出する（ステップＳＴ１Ｂ）。ここで、レンジビンをｒとし、アジマスビンをａとし、ＳＡＲ画像の画素をｉ（ｒ，ａ）とする。
ＳＡＲ画像から抽出した目標に対応するもののうち、最大電力を有するレンジビンをｒ_ｍａｘとし、アジマスビンをａ_ｍａｘとする。

【0082】

目標抽出部５５Ａは、ＳＡＲ画像から、下記式（２１）で表される、目標の信号成分に対応する信号列ｄ（ａ）を抽出する（ステップＳＴ２Ｂ）。下記式（２１）において、ｃは、アジマスビンを抽出するサンプル長を決定する定数である。

【0083】

ｄ（ａ）は、０値の挿入を行っていることから、雑音とクラッタとが低減された目標の信号成分である。ｃは、大きければ雑音またはクラッタなどの不要成分が混入して信頼性が下がるが、小さいとサンプル点数が少ないことから信頼性が低下するので、適切に与えられる必要がある。設定されたｃに対してアジマスビンを抽出する長さは２ｃ＋１と決定される。

【0084】

周波数変換部６０は、信号列ｄ（ａ）に対してアジマス周波数変換を行って、Ｓ（ｆ）を生成する（ステップＳＴ３Ｂ）。信号列Ｓ（ｆ）の位相項の２次成分には、目標のアジマス方向の速度に起因して、上記式（９）で表される特性が与えられている。

【0085】

位相抽出部５７Ａは、信号列Ｓ（ｆ）の位相項を抽出してアンラップを行い、位相列θ（ｆ）を算出する（ステップＳＴ４Ｂ）。
係数特定部５８Ａは、位相列θ（ｆ）に対して多項式近似を行うための最小二乗法を行い、２次の係数ｐ_２を導出する（ステップＳＴ５Ｂ）。なお、系列の端は、アジマス方向のアンテナパターンの端であり、信号対雑音電力比が悪いので、除外してもよい。
また、上記と同様の効果が得られるのであれば、最小二乗法以外のフィッティング手法であってもよい。
推定部５９Ａは、２次の係数ｐ_２より、上記式（１１）および上記式（１２）を用い、目標のアジマス方向の速度推定値であるｖ_ｅｓｔを算出する（ステップＳＴ６Ｂ）。

【0086】

なお、レンジビンｒ_ｍａｘの１レンジビンに限定して処理を説明したが、複数のレンジビンで運動パラメータの推定を行い、得られた値の平均値または中間値を求めて、推定精度を向上させてもよい。

【0087】

以上のように、実施の形態２に係るレーダ信号処理装置５Ａは、ＳＡＲ画像から目標の信号成分を抽出する目標抽出部５５Ａと、抽出された目標の信号成分を周波数変換する周波数変換部６０と、周波数変換された目標の信号成分の位相を抽出する位相抽出部５７Ａと、抽出された位相をフィッティングすることで、目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定する係数特定部５８Ａと、特定された多項式の各項の係数を用いて、目標の運動パラメータを推定する推定部５９Ａを備える。これにより、レーダ信号処理装置５は、ＳＡＲ画像から雑音の影響を低減させて目標を抽出することができ、目標の運動パラメータを推定することができる。さらに、ＳＡＲ画像が１枚であっても、検出された目標について、雑音の影響を低減して、アジマス方向の速度を推定することが可能である。

【0088】

実施の形態２に係るレーダ信号処理装置５Ａにおいて、位相抽出部５７Ａは、目標の信号成分の位相をアンラップする。これにより、目標の信号成分の位相を示す関数を算出することができる。

【0089】

実施の形態２に係るレーダ信号処理装置５Ａにおいて、係数特定部５８Ａは、抽出された位相を最小二乗法によりフィッティングする。これにより、位相の関数を与える多項式を算出することができる。

【0090】

実施の形態２に係るレーダ装置１Ａは、アンテナ部２と、アンテナ部２からレーダ信号の電波を送信させ、アンテナ部に到来した電波を受信してＳＡＲ画像を生成する送受信回路３Ａと、ＳＡＲ画像を入力して、ＳＡＲ画像から抽出した目標の運動成分に関する運動パラメータを推定するレーダ信号処理装置５Ａを備える。これにより、レーダ装置１Ａは、雑音の影響を低減させてＳＡＲ画像から目標の運動パラメータを推定することができる。

【0091】

実施の形態２に係るレーダ信号処理方法は、目標抽出部５５Ａが、ＳＡＲ画像から目標の信号成分を抽出するステップと、周波数変換部６０が、抽出された目標の信号成分を周波数変換するステップと、位相抽出部５７Ａが、周波数変換された目標の信号成分の位相を抽出するステップと、係数特定部５８Ａが、抽出された位相をフィッティングすることで、目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定するステップと、推定部５９Ａが、特定された多項式の各項の係数を用いて、目標の運動パラメータを推定するステップを備える。これにより、雑音の影響を低減させてＳＡＲ画像から目標の運動パラメータを推定することができる。

【0092】

なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0093】

本開示に係るレーダ信号処理装置は、例えば、各種のレーダ装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0094】

１，１Ａ レーダ装置、２ アンテナ部、３，３Ａ 送受信回路、４、４Ａ 記憶装置、５，５Ａ レーダ信号処理装置、３１ 切り換え部、３２ａ，３２ｂ 増幅部、３３ａ，３３ｂ 乗算部、３４ 発振部、３５ フィルタ部、３６ Ａ／Ｄ変換部、３７ 信号生成部、３８ 画像生成部、４１，４１Ａ 記憶部、５１ パルス圧縮部、５２－１，５２－２，・・・，５２－Ｍ 補償部、５３－１，５３－１，・・・，５３－Ｍ，６０ 周波数変換部、５４－１，５４－２，・・・，５４－Ｍ 平均部、５５，５５Ａ 目標抽出部、５６ 周波数逆変換部、５７，５７Ａ 位相抽出部、５８，５８Ａ 係数特定部、５９，５９Ａ 推定部、１００ 入力インタフェース、１０１ 出力インタフェース、１０２ 処理回路、１０３ プロセッサ、１０４ メモリ。

【要約】

レーダ信号処理装置（５）は、レーダ信号を周波数変換する周波数変換部（５３－１，５３－２，・・・，５３－Ｍ）と、周波数変換されたレーダ信号から、周波数領域における目標の信号成分を抽出する目標抽出部（５５）と、目標の信号成分を逆周波数変換する周波数逆変換部５６と、逆周波数変換された目標の信号成分の位相を抽出する位相抽出部（５７）と、抽出された位相をフィッティングすることで、目標の運動成分に関する運動パラメータを表す多項式の項の係数を特定する係数特定部（５８）と、特定された多項式の各項の係数を用いて、目標の運動パラメータを推定する推定部（５９）を備える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】