レーダ装置及び目標位置算出方法
【課題】レーダ装置により算出される目標位置観測値のバタつきを抑制し、目標追尾処理を安定化させること。
【解決手段】本発明に係るレーダ装置（１）は、データ生成部（３０）と、目標検出部（４２）と、目標距離算出部（４３）とを備える。データ生成部（３０）は、追尾目標から受信した反射波に関するデータ（ＤＡ）を、レンジビン毎に生成する。目標検出部（４２）は、距離ゲート（ＲＧ）内においてデータ（ＤＡ）が閾値レベル（ＴＨ）以上であるレンジビンの集合、あるいは、レンジビンの集合に振幅レベルが閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンがあるものの当該レンジビンの数や幅（隣接レンジビンの振幅レベルが閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンの数）が規定を満足しており集合と認められるものを、追尾目標に対応する目標レンジビン集合（ＴＢＧ）として抽出する。目標距離算出部（４３）は、目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属する全レンジビンが示すそれぞれの距離の平均値を、追尾目標への距離である目標距離（Ｒ）として算出する。
【解決手段】本発明に係るレーダ装置（１）は、データ生成部（３０）と、目標検出部（４２）と、目標距離算出部（４３）とを備える。データ生成部（３０）は、追尾目標から受信した反射波に関するデータ（ＤＡ）を、レンジビン毎に生成する。目標検出部（４２）は、距離ゲート（ＲＧ）内においてデータ（ＤＡ）が閾値レベル（ＴＨ）以上であるレンジビンの集合、あるいは、レンジビンの集合に振幅レベルが閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンがあるものの当該レンジビンの数や幅（隣接レンジビンの振幅レベルが閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンの数）が規定を満足しており集合と認められるものを、追尾目標に対応する目標レンジビン集合（ＴＢＧ）として抽出する。目標距離算出部（４３）は、目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属する全レンジビンが示すそれぞれの距離の平均値を、追尾目標への距離である目標距離（Ｒ）として算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置、及びレーダ装置による目標位置算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強振幅レンジビンデータを用いて目標追尾を行うレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図１及び図２を参照して、強振幅レンジビンデータを用いて目標追尾を行うレーダ装置について説明する。
【０００３】
図１に示されるように、レーダ装置で計測される距離は、その分解能に相当する「レンジビン」単位に区分けされる。レーダ装置は、追尾目標に対し必要な距離分解能に対応したパルス幅でビームを照射し、追尾目標で反射された反射波を受信する。追尾目標から受信した反射波からΣ信号やΔ信号が生成され、デジタイザによってΣ信号やΔ信号がレンジビン毎にデジタル化される。つまり、レーダ装置は、追尾目標からの反射波に関するデータ（Σ信号やΔ信号）を、レンジビン毎に生成する。
【０００４】
その一方で、追尾目標の位置が過去の観測値から予測され、予測された目標位置を中心とする「距離ゲート（レンジゲート）ＲＧ」が生成される。そして、図２に示されるように、距離ゲートＲＧ内においてΣ信号の振幅データが所定の閾値レベルＴＨ以上であるレンジビンの集合が、追尾目標に対応する「目標レンジビン集合」として抽出される。更に、目標レンジビン集合のうちΣ信号の振幅データが最も大きい一つが、「強振幅レンジビン（ピークレンジピン）」として抽出される。そして、その強振幅レンジビンに対応した距離が、追尾目標への距離である「目標距離」として算出される。
【０００５】
また、追尾目標に対する角度（方位角：azimuth angle や迎角：elevation angle）である「目標角度」は、次のようにして算出される。すなわち、目標角度は、上述の強振幅レンジビンに対応するデータ（Σ信号、Δ信号（方位角と迎角の両方を算出する場合は、方位角算出用Δ信号と迎角算出用Δ信号の両Δ信号））に基づいて、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって算出される。
【０００６】
特許文献２は、目標類別装置を開示している。その目標類別装置は、目標のレンジ対ＲＣＳ（レーダ反射断面積）特性を示すレンジプロファイルと当該目標の追尾情報とを入力し、当該目標の種類を出力する。具体的には、目標類別装置は、レンジプロファイルから目標長を推定する目標長推定部と、追尾情報を考慮しつつレンジプロファイルのパターン認識を行うパターン認識部と、目標長推定部で推定された目標長とパターン認識部でパターン認識されたレンジプロファイルとに基づき類別処理を行う類別部と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１０９８３４号公報
【特許文献２】特開２００２−３５７６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
追尾目標の中で強反射（強振幅）が発生する位置は、必ずしもその目標の中心ではなく、目標の形状や物性に依存する。従って、例えば図１に示されるように、同一目標内で強反射が発生する箇所が前後２箇所になる場合もある。また、強反射位置（強振幅位置）は、一般的にレーダパルスの入射角に応じて変化する。そのため、レーダ装置と目標の間に相対運動があり目標への目視線角が時々刻々と変化する場合には、それに応じて強反射位置も時々刻々と変化する。
【０００９】
従って、図１、図２の例に示すように、目標の距離と角度(例では方位角(azimuth angle)のみを計測)を計測するレーダ装置によって２箇所の同レベル強反射部位を有する目標を追尾した場合、２箇所の強反射部位からの受信振幅が時々刻々と変化し、強振幅レンジビンの位置が断続的に入れ替わる可能性がある。すなわち、算出される目標距離が“Ｒ１”と“Ｒ２”とで断続的に切り換わり、また、算出される目標角度が“Ａｚ１”と“Ａｚ２”とで断続的に切り換わる可能性がある。図３は、そのような算出目標距離及び算出目標角度の時間変化のシミュレーション結果を示している。図３に示されるように、算出目標距離及び算出目標角度が、時間的に変動し、バタつく可能性がある。
【００１０】
以上に説明されたように、強振幅レンジビンデータを用いて目標追尾を行う場合、距離ゲートＲＧ内で強振幅レンジビンの位置がバタつき、その結果、目標位置観測値（算出される目標距離及び目標角度）がバタついてしまう恐れがある。このことは、追尾対象点のふらつきを招き、目標追尾処理を不安定化させる。
【００１１】
本発明の１つの目的は、レーダ装置により算出される目標位置観測値のバタつきを抑制し、目標追尾処理を安定化させることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明の１つの観点において、レーダ装置（１）が提供される。レーダ装置（１）は、データ生成部（３０）と、目標検出部（４２）と、目標距離算出部（４３）とを備える。データ生成部（３０）は、追尾目標から受信した反射波に関するデータ（ＤＡ）を、レンジビン毎に生成する。目標検出部（４２）は、距離ゲート（ＲＧ）内において、データ（ＤＡ）に含まれるΣ信号の振幅が所定の又はＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)処理により算出される閾値レベル（ＴＨ）以上であるレンジビンの集合を、追尾目標に対応する目標レンジビン集合（ＴＢＧ）として抽出する。あるいは、目標検出部（４２）は、距離ゲート（ＲＧ）内において、レンジビンの集合にΣ信号の振幅レベルが上述の閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンがあるものの、当該レンジビンの数や幅（隣接レンジビンのΣ信号の振幅レベルが閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンの数）が規定を満足しており集合と認められるものを、追尾目標に対応する目標レンジビン集合（ＴＢＧ）として抽出してもよい。目標距離算出部（４３）は、目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属する全レンジビンに対応する距離の平均値を、追尾目標への距離である目標距離（Ｒ）として算出する。
【００１４】
レーダ装置（１）は更に、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって各レンジビンに対応する角度を算出する機能を有する目標角度算出部（４４）を備えてもよい。目標角度算出部（４４）は、目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属する全レンジビン、又は目標レンジビン集合ＴＢＧに属するレンジビンのうちΣ信号の振幅が閾値レベル（ＴＨ）以上であるレンジビン、に対応するΣ信号とΔ信号から算出されたそれぞれの角度の平均値を、追尾目標に対する角度である目標角度（Ａｚ）として算出する。あるいは、目標角度算出部（４４）は、算出された目標距離（Ｒ）に最も近いレンジビンに対応するΣ信号とΔ信号から算出した角度を、追尾目標に対する角度である目標角度（Ａｚ）としてもよい。
【００１５】
尚、目標角度（Ｅｌ）の算出を行う必要がある場合は、データ生成部（３０）において目標角度（Ａｚ）算出用のΔ信号に加えて目標角度（Ｅｌ）算出用のΔ信号を生成し、その目標角度（Ｅｌ）算出用のΔ信号とΣ信号を、目標角度算出部（４４）で目標角度（Ａｚ）算出時と同様に処理することで目標角度（Ｅｌ）の算出を行う。
【００１６】
レーダ装置（１）は更に、第１モード処理部（１００）と、第２モード処理部（２００）と、モード切換部（３００）とを備えてもよい。第１モード処理部（１００）は、上記目標距離算出部（４３）である第１目標距離算出部（４３）と、上記目標角度算出部（４４）である第１目標角度算出部（４４）とを備える。第２モード処理部（２００）は、第２目標距離算出部（２４３）と、第２目標角度算出部（２４４）とを備える。第２目標距離算出部（２４３）は、目標レンジビン集合（ＴＢＧ）からデータ（ＤＡ）に含まれるΣ信号の振幅が最大であるピークレンジビンを抽出し、ピークレンジビンが示す距離を目標距離（Ｒ）として算出する。第２目標角度算出部（２４４）は、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって、ピークレンジビンに対応するΣ信号とΔ信号から算出された角度を目標角度（Ａｚ）とする。モード切換部（３００）は、第１モードの場合に第１モード処理部（１００）を活性化し第２モード処理部（２００）を非活性化し、第２モードの場合に第１モード処理部（１００）を非活性化し第２モード処理部（２００）を活性化する。
【００１７】
レーダ装置（１）は更に、追尾位置算出部（５２）を備えてもよい。ここで、追尾目標の中心位置は目標中心であり、目標中心への距離は目標中心距離であり、目標中心に対する角度は目標中心角度である。また、追尾目標のうち目標中心から所定のオフセット（ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’）だけ離れた位置は追尾位置であり、追尾位置への距離は追尾対象距離（Ｒｔｐ）であり、追尾位置に対する角度は追尾対象角度（Ａｚｔｐ）である。このとき、追尾位置算出部（５２）は、目標距離（Ｒ）及び目標角度（Ａｚ）のそれぞれを目標中心距離及び目標中心角度とみなし、目標距離（Ｒ）、目標角度（Ａｚ）及び所定のオフセット（ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’）に基づいて、追尾対象距離（Ｒｔｐ）と追尾対象角度（Ａｚｔｐ）を算出する。
【００１８】
本発明の他の観点において、レーダ装置（１）による目標位置算出方法が提供される。その目標位置算出方法は、[Ａ］追尾目標から受信した反射波に関するデータ（ＤＡ）を、レンジビン毎に生成するステップと、[Ｂ］距離ゲート（ＲＧ）内においてデータ（ＤＡ）に含まれるΣ信号の振幅が所定の又はＣＦＡＲ処理により算出される閾値レベル（ＴＨ）以上であるレンジビンの集合、あるいは、レンジビンの集合にΣ信号の振幅レベルが上述の閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンがあるものの当該レンジビンの数や幅（隣接レンジビンのΣ信号の振幅レベルが閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンの数）が規定を満足しており集合と認められるものを、追尾目標に対応する目標レンジビン集合（ＴＢＧ）として抽出するステップと、[Ｃ］目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属するレンジビンに対応するそれぞれの距離の平均値を、追尾目標への距離である目標距離（Ｒ）として算出するステップと、を含む。
【００１９】
目標位置算出方法は更に、［Ｄ］目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属する全レンジビン、又は目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属するレンジビンのうちΣ信号の振幅が閾値レベル（ＴＨ）以上であるレンジビン、に対応するΣ信号とΔ信号から算出された角度の平均値を、追尾目標に対する角度である目標角度（Ａｚ）として算出するステップを含んでもよい。このとき、各レンジビンに対応する角度は、各レンジビンに対応するΣ信号とΔ信号を用いて振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって算出される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、レーダ装置により算出される目標位置観測値のバタつきを抑制し、目標追尾処理を安定化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、強振幅レンジビンデータを用いた典型的な追尾方法を説明するための概念図である。
【図２】図２は、強振幅レンジビンデータを用いた典型的な追尾方法を説明するための概念図である。
【図３】図３は、強振幅レンジビンデータを用いた典型的な追尾方法の場合の問題点を説明するためのグラフ図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態における目標位置算出方法を説明するための概念図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態による効果を説明するためのグラフ図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態の変形例における目標位置算出方法を説明するための概念図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施の形態に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の第３の実施の形態における目標位置算出方法（２次元座標系における計算式）を説明するための概念図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の第３の実施の形態における目標位置算出方法（３次元座標系における計算式）を説明するための概念図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施の形態による効果を説明するためのグラフ図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施の形態における目標位置算出方法を説明するための概念図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施の形態に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、本発明の第４の実施の形態における目標位置算出方法を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
１．第１の実施の形態
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。レーダ装置１は、アンテナ１０、送受信部２０、データ生成部３０及び信号処理部４０を備えている。
【００２４】
送受信部２０は、発振器２１、送信機２２及び受信機２３を備えている。送信機２２は、アンテナ１０を介して、追尾目標に向けてビームを照射する。受信機２３は、追尾目標で反射された反射波を、アンテナ１０を介して受信する。
【００２５】
データ生成部３０は、アンテナ１０及び送受信部２０を介して得られた受信信号を基に、データ（Σ信号、Δ信号）を生成する。つまり、データ生成部３０は、追尾目標から受信した反射波に関するデータＤＡを、レンジビン毎に生成する。より詳細には、データ生成部３０は、ビーム形成部３１及びデジタイザ３２を備えている。ビーム形成部３１は、受信機２３によって受信された反射波から、Σ信号やΔ信号を生成する。デジタイザ３２は、生成されたΣ信号やΔ信号を、レンジビン毎にデジタル化する。
【００２６】
信号処理部４０は、ゲート処理部４１、目標検出部４２、目標距離算出部４３、目標角度算出部４４、フィルタ処理部４５、ゲート制御部４６、送受信制御部４７、及びビーム制御部４８を備えている。
【００２７】
ゲート処理部４１は、ゲート処理を行う。具体的には、図５に示されるように、ゲート処理部４１は、データ生成部３０にて生成されたデータＤＡのうちの「距離ゲート（レンジゲート）ＲＧ」に含まれるレンジビンに対応するデータ（Σ信号、Δ信号）を抽出する。
【００２８】
目標検出部４２は、距離ゲートＲＧの中から追尾目標に相当するレンジビンを抽出する。具体的には、図５に示されるように、目標検出部４２は、距離ゲートＲＧ内においてデータＤＡに含まれるΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ以上であるレンジビンの集合を、追尾目標に対応する「目標レンジビン集合ＴＢＧ」として抽出する。尚、閾値レベルＴＨは、所定である、又は、ＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)処理により算出される。あるいは、目標検出部４２は、レンジビンの集合にΣ信号の振幅レベルが閾値レベルＴＨ未満であるレンジビンがあるものの、当該レンジビンの数や幅（隣接レンジビンのΣ信号の振幅レベルが閾値レベルＴＨ未満であるレンジビンの数）が規定を満足しており集合と認められるものを、追尾目標に対応する「目標レンジビン集合ＴＢＧ」として抽出してもよい。
【００２９】
目標距離算出部４３は、追尾目標への距離である「目標距離Ｒ」を算出する。本実施の形態における目標距離Ｒの具体的な算出方法は後述される。
【００３０】
目標角度算出部４４は、データＤＡ（Σ信号、Δ信号）を用い、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって各レンジビンに対応する角度を算出する機能を有する。特に、目標角度算出部４４は、追尾目標に対する角度（方位角：azimuth angle）である「目標角度Ａｚ」を算出する。また、目標角度算出部４４は、追尾目標に対する角度（迎角：elevation angle）である「目標角度Ｅｌ」を算出することも可能である。本実施の形態における目標角度Ａｚ、目標角度Ｅｌの具体的な算出方法は後述される。
【００３１】
フィルタ処理部４５は、目標距離算出部４３によって算出された目標距離Ｒから、目標距離平滑値ＳＲを算出する。また、フィルタ処理部４５は、目標距離算出部４３によって算出された目標距離Ｒに基づいて、次の時間の目標距離を予測する。そして、フィルタ処理部４５は、目標距離予測値をゲート制御部４６に出力する。
【００３２】
ゲート制御部４６は、目標距離予測値を中心とする新たな距離ゲートＲＧを生成し、その距離ゲートＲＧを上述のゲート処理部４１に出力する。
【００３３】
送受信制御部４７は、送受信部２０の動作を制御する。
【００３４】
ビーム制御部４８は、目標角度Ａｚに基づいてビーム制御を行う。また、ビーム制御部４８は、目標角度Ａｚ及び目標角度Ｅｌに基づいてビーム制御を行うことも可能である。
【００３５】
図５を参照して、本実施の形態における目標距離Ｒと目標角度Ａｚの算出方法を説明する。本実施の形態によれば、目標距離算出部４３は、目標レンジビン集合ＴＢＧに属する各レンジビンに対応するそれぞれの距離の平均値を、目標距離Ｒとして算出する。つまり、目標距離算出部４３は、目標レンジビン集合ＴＢＧの範囲で、距離の平均処理を行う。また、目標角度算出部４４は、目標レンジビン集合ＴＢＧに属する全レンジビン、又は、目標レンジビン集合ＴＢＧに属するレンジビンのうちΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ以上である各レンジビン、に対応するΣ信号とΔ信号から算出されたそれぞれの角度の平均値を、目標角度Ａｚとして算出する。目標角度Ｅｌの算出が必要な場合は、データ生成部３０にて目標角度Ｅｌ算出用のΔ信号を生成し、目標角度算出部４４にて目標角度Ａｚ算出処理と同じ処理を行うことで目標角度Ｅｌを算出する。つまり、目標角度算出部４４は、目標レンジビン集合ＴＢＧの範囲で、各レンジビン、又は、Σ信号の振幅が閾値レベルＴＨ以上である各レンジビン、に対応するΣ信号とΔ信号から算出されたそれぞれの角度の平均処理を行う。
【００３６】
図６は、本実施の形態において目標距離Ｒ及び目標角度Ａｚを算出した際の時間変化のシミュレーション結果を示している。既出の図３の場合と比較して、目標距離Ｒと目標角度Ａｚの両方に関して、バタつきが大きく抑制されていることが分かる。これは、目標レンジビン集合ＴＢＧの範囲で平均処理が行われたからである。目標位置観測値（目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ）のバタつきが抑制されるため、目標追尾処理が安定化する。
【００３７】
尚、図６から、次のことも分かる。すなわち、本実施の形態において算出される目標距離Ｒ及び目標角度Ａｚは、それぞれ、目標中心距離及び目標中心角度に近い。目標中心距離は、追尾目標の中心位置である目標中心への距離であり、目標中心角度は、目標中心に対する角度である。この現象は、目標角度Ｅｌを算出する場合にも当てはまり、目標角度Ｅlも目標中心角度に近くなる。このように目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ、Ｅｌのそれぞれが目標中心距離及び目標中心角度に近いことは、目標レンジビン集合ＴＢＧの範囲で平均処理が行われたことに起因する。
【００３８】
図７及び図８は、本実施の形態の変形例を示している。本変形例では、目標距離Ｒ、目標角度Ａｚの算出方法が、上記のものと異なる。詳細には、目標角度算出部４４は、目標距離算出部４３によって算出された目標距離Ｒを参照し、目標レンジビン集合ＴＢＧの中から目標距離Ｒに最も近いレンジビンを抽出する。抽出したレンジビンのΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ未満である場合、目標角度検出部４４は、そのレンジビンに最も近くΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ以上であるレンジビンを抽出する。そして、目標角度算出部４４は、抽出したレンジビンに対応するΣ信号とΔ信号から算出された角度を、目標角度Ａｚとして算出する。目標角度算出部４４は、目標角度Ｅｌの算出が必要な場合は、データ生成部３０にて生成された目標角度Ｅｌ算出用のΔ信号に対して目標角度Ａｚ算出処理と同処理を行い、目標角度Ｅｌを算出する。また、目標角度算出部４４は、抽出したレンジビンを目標距離算出部４３に引き渡す。目標距離算出部４３は抽出したレンジビンに対応した距離を目標距離Ｒとして算出する。本変形例によっても、同等の効果が得られる。
【００３９】
２．第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態では、目標位置算出方式を、第１の実施の形態で説明された方式と、従来の強振幅レンジビン（ピークレンジピン）を用いる方式とで切り換え可能である。第１の実施の形態と重複する説明は、適宜省略される。
【００４０】
図９は、第２の実施の形態に係るレーダ装置１の信号処理部４０の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る信号処理部４０は、第１モード処理部１００、第２モード処理部２００、モード切換部３００、及び制御部４００を備えている。
【００４１】
第１モード処理部１００は、第１の実施の形態で説明された方式で、目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ及び必要に応じて目標角度Ｅｌを算出する。より詳細には、第１モード処理部１００は、目標検出部４２、目標距離算出部４３（第１目標距離算出部）、及び目標角度算出部４４（第１目標角度算出部）を備えている。
【００４２】
第２モード処理部２００は、既出の図２で示されたような強振幅レンジビン（ピークレンジビン）を用いる従来方式で、目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ及び必要に応じて目標角度Ｅｌを算出する。より詳細には、第２モード処理部２００は、目標検出部２４２、目標距離算出部２４３（第２目標距離算出部）、及び目標角度算出部２４４（第２目標角度算出部）を備えている。目標検出部２４２は、目標検出部４２と同様に、目標レンジビン集合ＴＢＧを抽出する。目標距離算出部２４３は、目標レンジビン集合ＴＢＧからデータＤＡに含まれるΣ信号の振幅が最大であるピークレンジビンを抽出し、当該ピークレンジビンが示す距離を目標距離Ｒとして算出する。目標角度算出部２４４は、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって、ピークレンジビンに対応するΣ信号とΔ信号から算出される角度を目標角度Ａｚ及び必要に応じて目標角度Ｅｌとして算出する。
【００４３】
モード切換部３００は、第１モード処理部１００と第２モード処理部２００のいずれか一方を、追尾モードに応じて活性化する。より詳細には、第１追尾モードの場合、モード切換部３００は、第１モード処理部１００を活性化し、第２モード処理部２００を非活性化する。一方、第２追尾モードの場合、モード切換部３００は、第１モード処理部１００を非活性化し、第２モード処理部２００を活性化する。
【００４４】
制御部４００は、目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ及び必要に応じて目標角度Ｅｌ、又は外部装置から入力される外部指令ＥＣに基づいて追尾モードを決定し、決定した追尾モードで動作するようモード切換部３００を制御する。
【００４５】
例えば、追尾レーダによって誘導制御を行うミサイルの場合、ミサイル〜目標間の相対距離が十分に遠方の範囲であれば、バタつきを持った追尾レーダの目標位置観測値によって追尾初期の誘導制御を行ったとしても、ミサイルの命中精度上許容される場合が多い。よって、追尾レーダ目標位置観測値のバタツキがミサイルの命中精度上許容される遠方領域では、第２追尾モードを実行する。一方、命中精度上、追尾レーダの目標位置観測値のバタツキが問題となる目標近傍領域では、第１追尾モードを実行する。これにより、ミサイル〜目標間相対距離が遠方である領域において目標追尾処理負荷を低減して、他のデータ処理（目標の分離識別等）に計算資源を割り振ることができる。
【００４６】
第２の実施の形態によれば、限られたデータ処理能力で、安定的追尾処理と高負荷データ処理（目標識別等）とを両立させることができる。
【００４７】
３．第３の実施の形態
追尾目標の中の特定の部位（例：艦船のブリッジ）を、追尾対象位置に設定したい場合がある。特許文献２（特開２００２−３５７６５７号公報）には、目標レンジプロファイルを用いたパターンマッチングによる目標識別方式が開示されている。その目標識別方式を使えば、特定部位の追尾が可能である。しかしながら、パターンマッチングが必要であるため、信号処理負荷が極めて高いという難点がある。
【００４８】
上述の通り、本発明の第１の実施の形態は、目標距離Ｒ及び目標角度Ａｚがそれぞれ目標中心距離及び目標中心角度に近いという特性を有している。この特性を利用することによって、特許文献２のような複雑な処理を実行することなく、特定部位の追尾が可能となる。第３の実施の形態では、第１の実施の形態を利用した特定部位の追尾について説明する。まず、図１０Ａを参照して、第３の実施の形態で用いる２次元座標系における計算式を説明する。
【００４９】
レーダ座標系は、互いに直交するＸ軸とＹ軸、で定義されている。追尾目標の中心位置は、「目標中心」である。目標中心への距離である目標中心距離としては、目標距離算出部４３によって算出される目標距離Ｒが用いられる。また、目標中心に対する角度である目標中心角度としては、目標角度算出部４４によって算出される目標角度Ａｚが用いられる。このとき、レーダ座標系における目標中心の２次元座標［Ｘｃ,Ｙｃ］は、それぞれ、式（１）で表される。
【００５０】
式（１）：
Ｘｃ＝Ｒ×ｓｉｎ（Ａｚ）
Ｙｃ＝Ｒ×ｃｏｓ（Ａｚ）
【００５１】
目標座標系は、互いに直交するＸ’軸とＹ’軸、で定義されている。Ｘ’軸は追尾目標の進行方向であり、追尾目標の姿勢角ψはＸ軸とＸ’軸とのなす角度に等しい。また、追尾目標の中で特に追尾したい特定部位は、「追尾位置」である。追尾位置と目標中心とは、目標座標系において、所定のオフセット量［ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’］、だけ離れている。このとき、レーダ座標系におけるオフセット量［ｘｏｆｆ，ｙｏｆｆ］は、次の式（２）で表される。
【００５２】
式（２）：
ｘｏｆｆ＝ｃｏｓ（ψ）ｘｏｆｆ’−ｓｉｎ（ψ）ｙｏｆｆ’
ｙｏｆｆ＝ｓｉｎ（ψ）ｘｏｆｆ’＋ｃｏｓ（ψ）ｙｏｆｆ’
【００５３】
レーダ座標系における追尾位置の座標［Ｘｔｐ，Ｙｔｐ］は、次の式（３）で表される。
【００５４】
式（３）：
Ｘｔｐ＝Ｘｃ＋ｘｏｆｆ
Ｙｔｐ＝Ｙｃ＋ｙｏｆｆ
【００５５】
追尾位置への距離は追尾対象距離Ｒｔｐである。また、追尾位置に対する角度は追尾対象角度Ａｚｔｐ又はＥｌｔｐである。追尾対象距離Ｒｔｐ及び追尾対象角度Ａｚｔｐは、次の式（４）で表される。
【００５６】
式（４）：
Ｒｔｐ＝（Ｘｔｐ２＋Ｙｔｐ２）０．５
Ａｚｔｐ＝Ａｒｇ（Ｙｔｐ＋j×Ｘｔｐ） （ここで、ｊは虚数単位である）
【００５７】
このように、目標座標系におけるオフセット量［ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’］を予め与えておけば、目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ及び目標姿勢角ψから、そのオフセット量に応じた追尾対象距離Ｒｔｐ及び追尾対象角度Ａｚｔｐを算出可能である。
【００５８】
図１１は、第３の実施の形態に係るレーダ装置１の信号処理部４０の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る信号処理部４０は、第１の実施の形態における構成に加えて、姿勢角推定フィルタ５１、追尾位置算出部５２、切換部５３及び切換部５４を備えている。第１の実施の形態と重複する説明は、適宜省略される。
【００５９】
姿勢角推定フィルタ５１は、各種情報（目標距離算出部４３によって算出される目標距離Ｒ、目標角度算出部４４によって算出される目標角度Ａｚ、また必要に応じてレーダ装置以外のセンサ情報）に基づいて、追尾目標の運動方向を算出する。そして、姿勢角推定フィルタ５１は、その運動方向の情報から、目標姿勢角ψを推定する。
【００６０】
追尾位置算出部５２は、追尾対象距離Ｒｔｐ及び追尾対象角度Ａｚｔｐを算出する。具体的には、追尾位置算出部５２は、目標距離算出部４３によって算出された目標距離Ｒを、目標中心距離とみなす。また、追尾位置算出部５２は、目標角度算出部４４によって算出された目標角度Ａｚを、目標中心角度とみなす。姿勢角推定フィルタ５１は、目標姿勢角ψを算出する。目標座標系におけるオフセット量［ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’］は、プリセットされている。それらパラメータと上述の式（１）〜（４）を用いることによって、追尾位置算出部５２は、追尾対象距離Ｒｔｐ及び追尾対象角度Ａｚｔｐを算出する。
【００６１】
切換部５３は、目標中心距離Ｒあるいは追尾対象距離Ｒｔｐのいずれか一方を選択して出力する。切換部５４は、目標中心角度Ａｚあるいは追尾対象角度Ａｚｔｐのいずれか一方を選択して出力する。例えば、目標運動の情報は追尾開始後より得られる為、追尾開始直後のしばらくの期間は姿勢角推定フィルタ５１の姿勢角推定誤差が大きい。従って、姿勢角推定フィルタ５１における姿勢角推定誤差が大きい状態では、切換部５３は目標中心位置Ｒを出力し、切換部５４は目標中心角度Ａｚを出力する。姿勢角推定フィルタ５１における姿勢角推定誤差が十分に小さい状態で、切換部５３は追尾対象距離Ｒｔｐを出力し、切換部５４は追尾対象角度Ａｚｔｐを出力する。
【００６２】
図１２は、本実施の形態におけるシミュレーション結果を示している。図１２から、所望の追尾位置への追尾が実現できていることが分かる。このように、本実施の形態によれば、特許文献２のような複雑な処理を実行することなく、比較的に低信号処理負荷で、特定部位の追尾が可能となる。
【００６３】
尚、本実施の形態は、特定部位追尾機能を３次元座標系に機能拡張することが可能である（図１０Ｂ参照）。図１０Ｂに示されるように、目標中心距離を目標距離Ｒ、目標中心角度を目標角度Ａｚ及びＥｌ、レーダ座標系における目標中心を［Ｘｃ,Ｙｃ,Ｚｃ］、レーダ座標系における追尾位置を［Ｘｔｐ，Ｙｔｐ，Ｚｔｐ］、目標座標系におけるオフセット量を［ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’，ｚｏｆｆ’］、レーダ座標系におけるオフセット量を［ｘｏｆｆ，ｙｏｆｆ，ｚｏｆｆ］、レーダ座標系における目標姿勢角をψ、θ、φ、とする。尚、レーダ座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）をψ（Ｚ軸まわり）、θ（Ｙ軸まわり）、φ（Ｘ軸まわり）の回転順序で回転した座標系は、目標座標系（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）をレーダ座標系の原点位置へ（各直交軸を回転させずに）平行移動した座標系である。このとき、目標距離算出部４３によって目標距離Ｒを算出し、目標角度算出部４４によって目標角度Ａｚ、Ｅｌを算出し、それらの算出結果を姿勢角推定フィルタ５１に入力する。姿勢角推定フィルタ５１において３次元座標系での追尾目標の運動方向及び目標姿勢角ψ、θ、φを算出する。そして、図１０Ｂに示されている３次元座標系による計算式を用いることによって、追尾対象距離Ｒｔｐ及び追尾対象角度Ａｚｔｐ、Ｅｌｔｐを算出することができる。
【００６４】
尚、同一の目標に対して、複数の追尾対象位置が設定されてもよい。この場合、それぞれの追尾対象位置のオフセット量をプリセットしておき、外部装置等からの指示によっていずれか一つを選択すればよい。
【００６５】
４．第４の実施の形態
本発明の第４の実施の形態では、上述の第３の実施の形態とは異なる方法で、特定部位の追尾が実現される。
【００６６】
まず、図１３を参照して、第４の実施の形態で用いる計算式を説明する。追尾目標の全長は、目標長Ｌｍである。追尾目標の先頭から追尾対象位置までの距離は、オフセット距離Ｌｔｐである。このとき、追尾目標の先頭から追尾対象位置までのオフセット率γｔｐは、次の式（５）で表される。
【００６７】
式（５）：
γｔｐ＝Ｌｔｐ／Ｌｍ
【００６８】
式（５）を変形すると、次の式（６）が得られる。
【００６９】
式（６）：
Ｌｔｐ＝γｔｐ×Ｌｍ
【００７０】
図１４は、第４の実施の形態に係るレーダ装置１の信号処理部４０の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る信号処理部４０は、第１の実施の形態における構成に加えて、目標長算出部６０、姿勢角推定フィルタ６１、追尾位置算出部６２、切換部６３及び切換部６４を備えている。第１の実施の形態と重複する説明は、適宜省略される。
【００７１】
目標長算出部６０は、目標レンジビン集合ＴＢＧの幅を、目標長Ｌｍとして算出する（図１５参照）。
【００７２】
姿勢角推定フィルタ６１は、各種情報（目標距離算出部４３によって算出される目標距離Ｒ、目標角度算出部４４によって算出される目標角度Ａｚ、また必要に応じてレーダ装置以外のセンサ情報）に基づいて、追尾目標の運動方向を算出する。そして、姿勢角推定フィルタ６１は、その運動方向を追尾目標の先頭方向とみなす。
【００７３】
追尾位置算出部６２は、まず、オフセット距離Ｌｔｐを算出する。具体的には、目標長Ｌｍは、目標長算出部６０によって算出されている。オフセット率γｔｐは、プリセットされている。それらパラメータと上述の式（６）を用いることによって、追尾位置算出部６２は、オフセット距離Ｌｔｐを算出する。
【００７４】
次に、追尾位置算出部６２は、目標レンジビン集合ＴＢＧのうち先頭からオフセット距離Ｌｐだけ離れた位置にある１つのレンジビンを、「追尾セル」として抽出する（図１５参照）。ここで、追尾目標の先頭方向は、姿勢角フィルタ６１によって得られている。もし、抽出したレンジビンのΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ未満である場合は、そのレンジビンに最も近くΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ以上であるレンジビンを「追尾セル」として抽出する。そして、追尾位置算出部６２は、その追尾セルに対応する距離を、追尾対象距離Ｒｔｐとして算出する。更に、追尾位置算出部６２は、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって、追尾セルに対応するΣ信号とΔ信号から算出される角度を追尾対象角度Ａｚｔｐとして算出する。
【００７５】
切換部６３は、目標中心距離Ｒあるいは追尾対象距離Ｒｔｐのいずれか一方を選択して出力する。切換部６４は、目標中心角度Ａｚあるいは追尾対象角度Ａｚｔｐのいずれか一方を選択して出力する。例えば、目標運動の情報は追尾開始後より得られる為、追尾開始直後のしばらくの期間は姿勢角推定フィルタ６１の姿勢角推定誤差が大きい。従って、姿勢角推定フィルタ６１における姿勢角推定誤差が大きい状態では、切換部６３は目標中心位置Ｒを出力し、切換部６４は目標中心角度Ａｚを出力する。姿勢角推定フィルタ６１における姿勢角推定誤差が十分に小さい状態で、切換部６３は追尾対象距離Ｒｔｐを出力し、切換部６４は追尾対象角度Ａｚｔｐを出力する。
【００７６】
本実施の形態によっても、特許文献２のような複雑な処理を実行することなく、比較的に低信号処理負荷で、特定部位の追尾が可能となる。
【００７７】
尚、本実施の形態についても、第３の実施の形態と同様に、特定部位追尾機能を３次元座標系に機能拡張することが可能である。具体的には、目標距離算出部４３によって目標距離Ｒを算出し、目標角度算出部４４によって目標角度Ａｚ、Ｅｌを算出し、それらの算出結果を姿勢角推定フィルタ６１に入力し、姿勢角推定フィルタ６１において３次元座標系で追尾目標の運動方向及び追尾目標の先頭方向を推定し、追尾位置算出部６２において、追尾対象角度Ａｚｔｐの算出機能に加えて、抽出された「追尾セル」に対応するΣ信号と迎角算出用Δ信号から算出される角度を追尾対象角度Ｅｌｔｐとして算出する機能を付加することで実現可能である。
【００７８】
尚、同一の目標に対して、複数の追尾対象位置が設定されてもよい。この場合、それぞれの追尾対象位置のオフセット率γｔｐをプリセットしておき、外部装置等からの指示によっていずれか一つを選択すればよい。
【００７９】
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
【符号の説明】
【００８０】
１ レーダ装置
１０ アンテナ
２０ 送受信部
２１ 発振器
２２ 送信機
２３ 受信機
３０ データ生成部
３１ ビーム形成部
３２ デジタイザ
４０ 信号処理部
４１ ゲート処理部
４２ 目標検出部
４３ 目標距離算出部
４４ 目標角度算出部
４５ フィルタ処理部
４６ ゲート制御部
４７ 送受信制御部
４８ ビーム制御部
５１ 姿勢角推定フィルタ
５２ 追尾位置算出部
５３ 切換部
５４ 切換部
６０ 目標長算出部
６１ 姿勢角推定フィルタ
６２ 追尾位置算出部
６３ 切換部
６４ 切換部
１００ 第１モード処理部
２００ 第２モード処理部
２４２ 目標検出部
２４３ 目標距離算出部
２４４ 目標角度算出部
３００ モード切換部
４００ 制御部
ＤＡ データ
ＲＧ 距離ゲート
ＴＨ 閾値レベル
ＴＢＧ 目標レンジビン集合
Ｒ 目標距離
Ａｚ 目標角度
Ｅｌ 目標角度
ＳＲ 目標距離平滑値
ＥＣ 外部指令
Ｒｔｐ 追尾対象距離
Ａｚｔｐ 追尾対象角度
Ｅｌｔｐ 追尾対象角度
Ｘｃ レーダ座標系における目標中心のＸ座標値
Ｙｃ レーダ座標系における目標中心のＹ座標値
Ｚｃ レーダ座標系における目標中心のＺ座標値
Ｘｔｐ レーダ座標系における追尾位置のＸ座標値
Ｙｔｐ レーダ座標系における追尾位置のＹ座標値
Ｚｔｐ レーダ座標系における追尾位置のＺ座標値
ｘｏｆｆ’ 目標座標系におけるＸ座標オフセット量
ｙｏｆｆ’ 目標座標系におけるＹ座標オフセット量
ｚｏｆｆ’ 目標座標系におけるＺ座標オフセット量
ｘｏｆｆ レーダ座標系におけるＸ座標オフセット量
ｙｏｆｆ レーダ座標系におけるＹ座標オフセット量
ｚｏｆｆ レーダ座標系におけるＺ座標オフセット量
φ レーダ座標系における目標姿勢角（ロール）
θ レーダ座標系における目標姿勢角（ピッチ）
ψ レーダ座標系における目標姿勢角（ヨー）
Ｌｍ 目標長
Ｌｔｐ オフセット距離
γｔｐ オフセット率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置、及びレーダ装置による目標位置算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強振幅レンジビンデータを用いて目標追尾を行うレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図１及び図２を参照して、強振幅レンジビンデータを用いて目標追尾を行うレーダ装置について説明する。
【０００３】
図１に示されるように、レーダ装置で計測される距離は、その分解能に相当する「レンジビン」単位に区分けされる。レーダ装置は、追尾目標に対し必要な距離分解能に対応したパルス幅でビームを照射し、追尾目標で反射された反射波を受信する。追尾目標から受信した反射波からΣ信号やΔ信号が生成され、デジタイザによってΣ信号やΔ信号がレンジビン毎にデジタル化される。つまり、レーダ装置は、追尾目標からの反射波に関するデータ（Σ信号やΔ信号）を、レンジビン毎に生成する。
【０００４】
その一方で、追尾目標の位置が過去の観測値から予測され、予測された目標位置を中心とする「距離ゲート（レンジゲート）ＲＧ」が生成される。そして、図２に示されるように、距離ゲートＲＧ内においてΣ信号の振幅データが所定の閾値レベルＴＨ以上であるレンジビンの集合が、追尾目標に対応する「目標レンジビン集合」として抽出される。更に、目標レンジビン集合のうちΣ信号の振幅データが最も大きい一つが、「強振幅レンジビン（ピークレンジピン）」として抽出される。そして、その強振幅レンジビンに対応した距離が、追尾目標への距離である「目標距離」として算出される。
【０００５】
また、追尾目標に対する角度（方位角：azimuth angle や迎角：elevation angle）である「目標角度」は、次のようにして算出される。すなわち、目標角度は、上述の強振幅レンジビンに対応するデータ（Σ信号、Δ信号（方位角と迎角の両方を算出する場合は、方位角算出用Δ信号と迎角算出用Δ信号の両Δ信号））に基づいて、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって算出される。
【０００６】
特許文献２は、目標類別装置を開示している。その目標類別装置は、目標のレンジ対ＲＣＳ（レーダ反射断面積）特性を示すレンジプロファイルと当該目標の追尾情報とを入力し、当該目標の種類を出力する。具体的には、目標類別装置は、レンジプロファイルから目標長を推定する目標長推定部と、追尾情報を考慮しつつレンジプロファイルのパターン認識を行うパターン認識部と、目標長推定部で推定された目標長とパターン認識部でパターン認識されたレンジプロファイルとに基づき類別処理を行う類別部と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１０９８３４号公報
【特許文献２】特開２００２−３５７６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
追尾目標の中で強反射（強振幅）が発生する位置は、必ずしもその目標の中心ではなく、目標の形状や物性に依存する。従って、例えば図１に示されるように、同一目標内で強反射が発生する箇所が前後２箇所になる場合もある。また、強反射位置（強振幅位置）は、一般的にレーダパルスの入射角に応じて変化する。そのため、レーダ装置と目標の間に相対運動があり目標への目視線角が時々刻々と変化する場合には、それに応じて強反射位置も時々刻々と変化する。
【０００９】
従って、図１、図２の例に示すように、目標の距離と角度(例では方位角(azimuth angle)のみを計測)を計測するレーダ装置によって２箇所の同レベル強反射部位を有する目標を追尾した場合、２箇所の強反射部位からの受信振幅が時々刻々と変化し、強振幅レンジビンの位置が断続的に入れ替わる可能性がある。すなわち、算出される目標距離が“Ｒ１”と“Ｒ２”とで断続的に切り換わり、また、算出される目標角度が“Ａｚ１”と“Ａｚ２”とで断続的に切り換わる可能性がある。図３は、そのような算出目標距離及び算出目標角度の時間変化のシミュレーション結果を示している。図３に示されるように、算出目標距離及び算出目標角度が、時間的に変動し、バタつく可能性がある。
【００１０】
以上に説明されたように、強振幅レンジビンデータを用いて目標追尾を行う場合、距離ゲートＲＧ内で強振幅レンジビンの位置がバタつき、その結果、目標位置観測値（算出される目標距離及び目標角度）がバタついてしまう恐れがある。このことは、追尾対象点のふらつきを招き、目標追尾処理を不安定化させる。
【００１１】
本発明の１つの目的は、レーダ装置により算出される目標位置観測値のバタつきを抑制し、目標追尾処理を安定化させることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明の１つの観点において、レーダ装置（１）が提供される。レーダ装置（１）は、データ生成部（３０）と、目標検出部（４２）と、目標距離算出部（４３）とを備える。データ生成部（３０）は、追尾目標から受信した反射波に関するデータ（ＤＡ）を、レンジビン毎に生成する。目標検出部（４２）は、距離ゲート（ＲＧ）内において、データ（ＤＡ）に含まれるΣ信号の振幅が所定の又はＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)処理により算出される閾値レベル（ＴＨ）以上であるレンジビンの集合を、追尾目標に対応する目標レンジビン集合（ＴＢＧ）として抽出する。あるいは、目標検出部（４２）は、距離ゲート（ＲＧ）内において、レンジビンの集合にΣ信号の振幅レベルが上述の閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンがあるものの、当該レンジビンの数や幅（隣接レンジビンのΣ信号の振幅レベルが閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンの数）が規定を満足しており集合と認められるものを、追尾目標に対応する目標レンジビン集合（ＴＢＧ）として抽出してもよい。目標距離算出部（４３）は、目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属する全レンジビンに対応する距離の平均値を、追尾目標への距離である目標距離（Ｒ）として算出する。
【００１４】
レーダ装置（１）は更に、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって各レンジビンに対応する角度を算出する機能を有する目標角度算出部（４４）を備えてもよい。目標角度算出部（４４）は、目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属する全レンジビン、又は目標レンジビン集合ＴＢＧに属するレンジビンのうちΣ信号の振幅が閾値レベル（ＴＨ）以上であるレンジビン、に対応するΣ信号とΔ信号から算出されたそれぞれの角度の平均値を、追尾目標に対する角度である目標角度（Ａｚ）として算出する。あるいは、目標角度算出部（４４）は、算出された目標距離（Ｒ）に最も近いレンジビンに対応するΣ信号とΔ信号から算出した角度を、追尾目標に対する角度である目標角度（Ａｚ）としてもよい。
【００１５】
尚、目標角度（Ｅｌ）の算出を行う必要がある場合は、データ生成部（３０）において目標角度（Ａｚ）算出用のΔ信号に加えて目標角度（Ｅｌ）算出用のΔ信号を生成し、その目標角度（Ｅｌ）算出用のΔ信号とΣ信号を、目標角度算出部（４４）で目標角度（Ａｚ）算出時と同様に処理することで目標角度（Ｅｌ）の算出を行う。
【００１６】
レーダ装置（１）は更に、第１モード処理部（１００）と、第２モード処理部（２００）と、モード切換部（３００）とを備えてもよい。第１モード処理部（１００）は、上記目標距離算出部（４３）である第１目標距離算出部（４３）と、上記目標角度算出部（４４）である第１目標角度算出部（４４）とを備える。第２モード処理部（２００）は、第２目標距離算出部（２４３）と、第２目標角度算出部（２４４）とを備える。第２目標距離算出部（２４３）は、目標レンジビン集合（ＴＢＧ）からデータ（ＤＡ）に含まれるΣ信号の振幅が最大であるピークレンジビンを抽出し、ピークレンジビンが示す距離を目標距離（Ｒ）として算出する。第２目標角度算出部（２４４）は、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって、ピークレンジビンに対応するΣ信号とΔ信号から算出された角度を目標角度（Ａｚ）とする。モード切換部（３００）は、第１モードの場合に第１モード処理部（１００）を活性化し第２モード処理部（２００）を非活性化し、第２モードの場合に第１モード処理部（１００）を非活性化し第２モード処理部（２００）を活性化する。
【００１７】
レーダ装置（１）は更に、追尾位置算出部（５２）を備えてもよい。ここで、追尾目標の中心位置は目標中心であり、目標中心への距離は目標中心距離であり、目標中心に対する角度は目標中心角度である。また、追尾目標のうち目標中心から所定のオフセット（ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’）だけ離れた位置は追尾位置であり、追尾位置への距離は追尾対象距離（Ｒｔｐ）であり、追尾位置に対する角度は追尾対象角度（Ａｚｔｐ）である。このとき、追尾位置算出部（５２）は、目標距離（Ｒ）及び目標角度（Ａｚ）のそれぞれを目標中心距離及び目標中心角度とみなし、目標距離（Ｒ）、目標角度（Ａｚ）及び所定のオフセット（ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’）に基づいて、追尾対象距離（Ｒｔｐ）と追尾対象角度（Ａｚｔｐ）を算出する。
【００１８】
本発明の他の観点において、レーダ装置（１）による目標位置算出方法が提供される。その目標位置算出方法は、[Ａ］追尾目標から受信した反射波に関するデータ（ＤＡ）を、レンジビン毎に生成するステップと、[Ｂ］距離ゲート（ＲＧ）内においてデータ（ＤＡ）に含まれるΣ信号の振幅が所定の又はＣＦＡＲ処理により算出される閾値レベル（ＴＨ）以上であるレンジビンの集合、あるいは、レンジビンの集合にΣ信号の振幅レベルが上述の閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンがあるものの当該レンジビンの数や幅（隣接レンジビンのΣ信号の振幅レベルが閾値レベル（ＴＨ）未満であるレンジビンの数）が規定を満足しており集合と認められるものを、追尾目標に対応する目標レンジビン集合（ＴＢＧ）として抽出するステップと、[Ｃ］目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属するレンジビンに対応するそれぞれの距離の平均値を、追尾目標への距離である目標距離（Ｒ）として算出するステップと、を含む。
【００１９】
目標位置算出方法は更に、［Ｄ］目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属する全レンジビン、又は目標レンジビン集合（ＴＢＧ）に属するレンジビンのうちΣ信号の振幅が閾値レベル（ＴＨ）以上であるレンジビン、に対応するΣ信号とΔ信号から算出された角度の平均値を、追尾目標に対する角度である目標角度（Ａｚ）として算出するステップを含んでもよい。このとき、各レンジビンに対応する角度は、各レンジビンに対応するΣ信号とΔ信号を用いて振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって算出される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、レーダ装置により算出される目標位置観測値のバタつきを抑制し、目標追尾処理を安定化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、強振幅レンジビンデータを用いた典型的な追尾方法を説明するための概念図である。
【図２】図２は、強振幅レンジビンデータを用いた典型的な追尾方法を説明するための概念図である。
【図３】図３は、強振幅レンジビンデータを用いた典型的な追尾方法の場合の問題点を説明するためのグラフ図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態における目標位置算出方法を説明するための概念図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態による効果を説明するためのグラフ図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態の変形例における目標位置算出方法を説明するための概念図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施の形態に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の第３の実施の形態における目標位置算出方法（２次元座標系における計算式）を説明するための概念図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の第３の実施の形態における目標位置算出方法（３次元座標系における計算式）を説明するための概念図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施の形態による効果を説明するためのグラフ図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施の形態における目標位置算出方法を説明するための概念図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施の形態に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、本発明の第４の実施の形態における目標位置算出方法を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
１．第１の実施の形態
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。レーダ装置１は、アンテナ１０、送受信部２０、データ生成部３０及び信号処理部４０を備えている。
【００２４】
送受信部２０は、発振器２１、送信機２２及び受信機２３を備えている。送信機２２は、アンテナ１０を介して、追尾目標に向けてビームを照射する。受信機２３は、追尾目標で反射された反射波を、アンテナ１０を介して受信する。
【００２５】
データ生成部３０は、アンテナ１０及び送受信部２０を介して得られた受信信号を基に、データ（Σ信号、Δ信号）を生成する。つまり、データ生成部３０は、追尾目標から受信した反射波に関するデータＤＡを、レンジビン毎に生成する。より詳細には、データ生成部３０は、ビーム形成部３１及びデジタイザ３２を備えている。ビーム形成部３１は、受信機２３によって受信された反射波から、Σ信号やΔ信号を生成する。デジタイザ３２は、生成されたΣ信号やΔ信号を、レンジビン毎にデジタル化する。
【００２６】
信号処理部４０は、ゲート処理部４１、目標検出部４２、目標距離算出部４３、目標角度算出部４４、フィルタ処理部４５、ゲート制御部４６、送受信制御部４７、及びビーム制御部４８を備えている。
【００２７】
ゲート処理部４１は、ゲート処理を行う。具体的には、図５に示されるように、ゲート処理部４１は、データ生成部３０にて生成されたデータＤＡのうちの「距離ゲート（レンジゲート）ＲＧ」に含まれるレンジビンに対応するデータ（Σ信号、Δ信号）を抽出する。
【００２８】
目標検出部４２は、距離ゲートＲＧの中から追尾目標に相当するレンジビンを抽出する。具体的には、図５に示されるように、目標検出部４２は、距離ゲートＲＧ内においてデータＤＡに含まれるΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ以上であるレンジビンの集合を、追尾目標に対応する「目標レンジビン集合ＴＢＧ」として抽出する。尚、閾値レベルＴＨは、所定である、又は、ＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)処理により算出される。あるいは、目標検出部４２は、レンジビンの集合にΣ信号の振幅レベルが閾値レベルＴＨ未満であるレンジビンがあるものの、当該レンジビンの数や幅（隣接レンジビンのΣ信号の振幅レベルが閾値レベルＴＨ未満であるレンジビンの数）が規定を満足しており集合と認められるものを、追尾目標に対応する「目標レンジビン集合ＴＢＧ」として抽出してもよい。
【００２９】
目標距離算出部４３は、追尾目標への距離である「目標距離Ｒ」を算出する。本実施の形態における目標距離Ｒの具体的な算出方法は後述される。
【００３０】
目標角度算出部４４は、データＤＡ（Σ信号、Δ信号）を用い、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって各レンジビンに対応する角度を算出する機能を有する。特に、目標角度算出部４４は、追尾目標に対する角度（方位角：azimuth angle）である「目標角度Ａｚ」を算出する。また、目標角度算出部４４は、追尾目標に対する角度（迎角：elevation angle）である「目標角度Ｅｌ」を算出することも可能である。本実施の形態における目標角度Ａｚ、目標角度Ｅｌの具体的な算出方法は後述される。
【００３１】
フィルタ処理部４５は、目標距離算出部４３によって算出された目標距離Ｒから、目標距離平滑値ＳＲを算出する。また、フィルタ処理部４５は、目標距離算出部４３によって算出された目標距離Ｒに基づいて、次の時間の目標距離を予測する。そして、フィルタ処理部４５は、目標距離予測値をゲート制御部４６に出力する。
【００３２】
ゲート制御部４６は、目標距離予測値を中心とする新たな距離ゲートＲＧを生成し、その距離ゲートＲＧを上述のゲート処理部４１に出力する。
【００３３】
送受信制御部４７は、送受信部２０の動作を制御する。
【００３４】
ビーム制御部４８は、目標角度Ａｚに基づいてビーム制御を行う。また、ビーム制御部４８は、目標角度Ａｚ及び目標角度Ｅｌに基づいてビーム制御を行うことも可能である。
【００３５】
図５を参照して、本実施の形態における目標距離Ｒと目標角度Ａｚの算出方法を説明する。本実施の形態によれば、目標距離算出部４３は、目標レンジビン集合ＴＢＧに属する各レンジビンに対応するそれぞれの距離の平均値を、目標距離Ｒとして算出する。つまり、目標距離算出部４３は、目標レンジビン集合ＴＢＧの範囲で、距離の平均処理を行う。また、目標角度算出部４４は、目標レンジビン集合ＴＢＧに属する全レンジビン、又は、目標レンジビン集合ＴＢＧに属するレンジビンのうちΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ以上である各レンジビン、に対応するΣ信号とΔ信号から算出されたそれぞれの角度の平均値を、目標角度Ａｚとして算出する。目標角度Ｅｌの算出が必要な場合は、データ生成部３０にて目標角度Ｅｌ算出用のΔ信号を生成し、目標角度算出部４４にて目標角度Ａｚ算出処理と同じ処理を行うことで目標角度Ｅｌを算出する。つまり、目標角度算出部４４は、目標レンジビン集合ＴＢＧの範囲で、各レンジビン、又は、Σ信号の振幅が閾値レベルＴＨ以上である各レンジビン、に対応するΣ信号とΔ信号から算出されたそれぞれの角度の平均処理を行う。
【００３６】
図６は、本実施の形態において目標距離Ｒ及び目標角度Ａｚを算出した際の時間変化のシミュレーション結果を示している。既出の図３の場合と比較して、目標距離Ｒと目標角度Ａｚの両方に関して、バタつきが大きく抑制されていることが分かる。これは、目標レンジビン集合ＴＢＧの範囲で平均処理が行われたからである。目標位置観測値（目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ）のバタつきが抑制されるため、目標追尾処理が安定化する。
【００３７】
尚、図６から、次のことも分かる。すなわち、本実施の形態において算出される目標距離Ｒ及び目標角度Ａｚは、それぞれ、目標中心距離及び目標中心角度に近い。目標中心距離は、追尾目標の中心位置である目標中心への距離であり、目標中心角度は、目標中心に対する角度である。この現象は、目標角度Ｅｌを算出する場合にも当てはまり、目標角度Ｅlも目標中心角度に近くなる。このように目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ、Ｅｌのそれぞれが目標中心距離及び目標中心角度に近いことは、目標レンジビン集合ＴＢＧの範囲で平均処理が行われたことに起因する。
【００３８】
図７及び図８は、本実施の形態の変形例を示している。本変形例では、目標距離Ｒ、目標角度Ａｚの算出方法が、上記のものと異なる。詳細には、目標角度算出部４４は、目標距離算出部４３によって算出された目標距離Ｒを参照し、目標レンジビン集合ＴＢＧの中から目標距離Ｒに最も近いレンジビンを抽出する。抽出したレンジビンのΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ未満である場合、目標角度検出部４４は、そのレンジビンに最も近くΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ以上であるレンジビンを抽出する。そして、目標角度算出部４４は、抽出したレンジビンに対応するΣ信号とΔ信号から算出された角度を、目標角度Ａｚとして算出する。目標角度算出部４４は、目標角度Ｅｌの算出が必要な場合は、データ生成部３０にて生成された目標角度Ｅｌ算出用のΔ信号に対して目標角度Ａｚ算出処理と同処理を行い、目標角度Ｅｌを算出する。また、目標角度算出部４４は、抽出したレンジビンを目標距離算出部４３に引き渡す。目標距離算出部４３は抽出したレンジビンに対応した距離を目標距離Ｒとして算出する。本変形例によっても、同等の効果が得られる。
【００３９】
２．第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態では、目標位置算出方式を、第１の実施の形態で説明された方式と、従来の強振幅レンジビン（ピークレンジピン）を用いる方式とで切り換え可能である。第１の実施の形態と重複する説明は、適宜省略される。
【００４０】
図９は、第２の実施の形態に係るレーダ装置１の信号処理部４０の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る信号処理部４０は、第１モード処理部１００、第２モード処理部２００、モード切換部３００、及び制御部４００を備えている。
【００４１】
第１モード処理部１００は、第１の実施の形態で説明された方式で、目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ及び必要に応じて目標角度Ｅｌを算出する。より詳細には、第１モード処理部１００は、目標検出部４２、目標距離算出部４３（第１目標距離算出部）、及び目標角度算出部４４（第１目標角度算出部）を備えている。
【００４２】
第２モード処理部２００は、既出の図２で示されたような強振幅レンジビン（ピークレンジビン）を用いる従来方式で、目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ及び必要に応じて目標角度Ｅｌを算出する。より詳細には、第２モード処理部２００は、目標検出部２４２、目標距離算出部２４３（第２目標距離算出部）、及び目標角度算出部２４４（第２目標角度算出部）を備えている。目標検出部２４２は、目標検出部４２と同様に、目標レンジビン集合ＴＢＧを抽出する。目標距離算出部２４３は、目標レンジビン集合ＴＢＧからデータＤＡに含まれるΣ信号の振幅が最大であるピークレンジビンを抽出し、当該ピークレンジビンが示す距離を目標距離Ｒとして算出する。目標角度算出部２４４は、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって、ピークレンジビンに対応するΣ信号とΔ信号から算出される角度を目標角度Ａｚ及び必要に応じて目標角度Ｅｌとして算出する。
【００４３】
モード切換部３００は、第１モード処理部１００と第２モード処理部２００のいずれか一方を、追尾モードに応じて活性化する。より詳細には、第１追尾モードの場合、モード切換部３００は、第１モード処理部１００を活性化し、第２モード処理部２００を非活性化する。一方、第２追尾モードの場合、モード切換部３００は、第１モード処理部１００を非活性化し、第２モード処理部２００を活性化する。
【００４４】
制御部４００は、目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ及び必要に応じて目標角度Ｅｌ、又は外部装置から入力される外部指令ＥＣに基づいて追尾モードを決定し、決定した追尾モードで動作するようモード切換部３００を制御する。
【００４５】
例えば、追尾レーダによって誘導制御を行うミサイルの場合、ミサイル〜目標間の相対距離が十分に遠方の範囲であれば、バタつきを持った追尾レーダの目標位置観測値によって追尾初期の誘導制御を行ったとしても、ミサイルの命中精度上許容される場合が多い。よって、追尾レーダ目標位置観測値のバタツキがミサイルの命中精度上許容される遠方領域では、第２追尾モードを実行する。一方、命中精度上、追尾レーダの目標位置観測値のバタツキが問題となる目標近傍領域では、第１追尾モードを実行する。これにより、ミサイル〜目標間相対距離が遠方である領域において目標追尾処理負荷を低減して、他のデータ処理（目標の分離識別等）に計算資源を割り振ることができる。
【００４６】
第２の実施の形態によれば、限られたデータ処理能力で、安定的追尾処理と高負荷データ処理（目標識別等）とを両立させることができる。
【００４７】
３．第３の実施の形態
追尾目標の中の特定の部位（例：艦船のブリッジ）を、追尾対象位置に設定したい場合がある。特許文献２（特開２００２−３５７６５７号公報）には、目標レンジプロファイルを用いたパターンマッチングによる目標識別方式が開示されている。その目標識別方式を使えば、特定部位の追尾が可能である。しかしながら、パターンマッチングが必要であるため、信号処理負荷が極めて高いという難点がある。
【００４８】
上述の通り、本発明の第１の実施の形態は、目標距離Ｒ及び目標角度Ａｚがそれぞれ目標中心距離及び目標中心角度に近いという特性を有している。この特性を利用することによって、特許文献２のような複雑な処理を実行することなく、特定部位の追尾が可能となる。第３の実施の形態では、第１の実施の形態を利用した特定部位の追尾について説明する。まず、図１０Ａを参照して、第３の実施の形態で用いる２次元座標系における計算式を説明する。
【００４９】
レーダ座標系は、互いに直交するＸ軸とＹ軸、で定義されている。追尾目標の中心位置は、「目標中心」である。目標中心への距離である目標中心距離としては、目標距離算出部４３によって算出される目標距離Ｒが用いられる。また、目標中心に対する角度である目標中心角度としては、目標角度算出部４４によって算出される目標角度Ａｚが用いられる。このとき、レーダ座標系における目標中心の２次元座標［Ｘｃ,Ｙｃ］は、それぞれ、式（１）で表される。
【００５０】
式（１）：
Ｘｃ＝Ｒ×ｓｉｎ（Ａｚ）
Ｙｃ＝Ｒ×ｃｏｓ（Ａｚ）
【００５１】
目標座標系は、互いに直交するＸ’軸とＹ’軸、で定義されている。Ｘ’軸は追尾目標の進行方向であり、追尾目標の姿勢角ψはＸ軸とＸ’軸とのなす角度に等しい。また、追尾目標の中で特に追尾したい特定部位は、「追尾位置」である。追尾位置と目標中心とは、目標座標系において、所定のオフセット量［ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’］、だけ離れている。このとき、レーダ座標系におけるオフセット量［ｘｏｆｆ，ｙｏｆｆ］は、次の式（２）で表される。
【００５２】
式（２）：
ｘｏｆｆ＝ｃｏｓ（ψ）ｘｏｆｆ’−ｓｉｎ（ψ）ｙｏｆｆ’
ｙｏｆｆ＝ｓｉｎ（ψ）ｘｏｆｆ’＋ｃｏｓ（ψ）ｙｏｆｆ’
【００５３】
レーダ座標系における追尾位置の座標［Ｘｔｐ，Ｙｔｐ］は、次の式（３）で表される。
【００５４】
式（３）：
Ｘｔｐ＝Ｘｃ＋ｘｏｆｆ
Ｙｔｐ＝Ｙｃ＋ｙｏｆｆ
【００５５】
追尾位置への距離は追尾対象距離Ｒｔｐである。また、追尾位置に対する角度は追尾対象角度Ａｚｔｐ又はＥｌｔｐである。追尾対象距離Ｒｔｐ及び追尾対象角度Ａｚｔｐは、次の式（４）で表される。
【００５６】
式（４）：
Ｒｔｐ＝（Ｘｔｐ２＋Ｙｔｐ２）０．５
Ａｚｔｐ＝Ａｒｇ（Ｙｔｐ＋j×Ｘｔｐ） （ここで、ｊは虚数単位である）
【００５７】
このように、目標座標系におけるオフセット量［ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’］を予め与えておけば、目標距離Ｒ、目標角度Ａｚ及び目標姿勢角ψから、そのオフセット量に応じた追尾対象距離Ｒｔｐ及び追尾対象角度Ａｚｔｐを算出可能である。
【００５８】
図１１は、第３の実施の形態に係るレーダ装置１の信号処理部４０の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る信号処理部４０は、第１の実施の形態における構成に加えて、姿勢角推定フィルタ５１、追尾位置算出部５２、切換部５３及び切換部５４を備えている。第１の実施の形態と重複する説明は、適宜省略される。
【００５９】
姿勢角推定フィルタ５１は、各種情報（目標距離算出部４３によって算出される目標距離Ｒ、目標角度算出部４４によって算出される目標角度Ａｚ、また必要に応じてレーダ装置以外のセンサ情報）に基づいて、追尾目標の運動方向を算出する。そして、姿勢角推定フィルタ５１は、その運動方向の情報から、目標姿勢角ψを推定する。
【００６０】
追尾位置算出部５２は、追尾対象距離Ｒｔｐ及び追尾対象角度Ａｚｔｐを算出する。具体的には、追尾位置算出部５２は、目標距離算出部４３によって算出された目標距離Ｒを、目標中心距離とみなす。また、追尾位置算出部５２は、目標角度算出部４４によって算出された目標角度Ａｚを、目標中心角度とみなす。姿勢角推定フィルタ５１は、目標姿勢角ψを算出する。目標座標系におけるオフセット量［ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’］は、プリセットされている。それらパラメータと上述の式（１）〜（４）を用いることによって、追尾位置算出部５２は、追尾対象距離Ｒｔｐ及び追尾対象角度Ａｚｔｐを算出する。
【００６１】
切換部５３は、目標中心距離Ｒあるいは追尾対象距離Ｒｔｐのいずれか一方を選択して出力する。切換部５４は、目標中心角度Ａｚあるいは追尾対象角度Ａｚｔｐのいずれか一方を選択して出力する。例えば、目標運動の情報は追尾開始後より得られる為、追尾開始直後のしばらくの期間は姿勢角推定フィルタ５１の姿勢角推定誤差が大きい。従って、姿勢角推定フィルタ５１における姿勢角推定誤差が大きい状態では、切換部５３は目標中心位置Ｒを出力し、切換部５４は目標中心角度Ａｚを出力する。姿勢角推定フィルタ５１における姿勢角推定誤差が十分に小さい状態で、切換部５３は追尾対象距離Ｒｔｐを出力し、切換部５４は追尾対象角度Ａｚｔｐを出力する。
【００６２】
図１２は、本実施の形態におけるシミュレーション結果を示している。図１２から、所望の追尾位置への追尾が実現できていることが分かる。このように、本実施の形態によれば、特許文献２のような複雑な処理を実行することなく、比較的に低信号処理負荷で、特定部位の追尾が可能となる。
【００６３】
尚、本実施の形態は、特定部位追尾機能を３次元座標系に機能拡張することが可能である（図１０Ｂ参照）。図１０Ｂに示されるように、目標中心距離を目標距離Ｒ、目標中心角度を目標角度Ａｚ及びＥｌ、レーダ座標系における目標中心を［Ｘｃ,Ｙｃ,Ｚｃ］、レーダ座標系における追尾位置を［Ｘｔｐ，Ｙｔｐ，Ｚｔｐ］、目標座標系におけるオフセット量を［ｘｏｆｆ’，ｙｏｆｆ’，ｚｏｆｆ’］、レーダ座標系におけるオフセット量を［ｘｏｆｆ，ｙｏｆｆ，ｚｏｆｆ］、レーダ座標系における目標姿勢角をψ、θ、φ、とする。尚、レーダ座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）をψ（Ｚ軸まわり）、θ（Ｙ軸まわり）、φ（Ｘ軸まわり）の回転順序で回転した座標系は、目標座標系（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）をレーダ座標系の原点位置へ（各直交軸を回転させずに）平行移動した座標系である。このとき、目標距離算出部４３によって目標距離Ｒを算出し、目標角度算出部４４によって目標角度Ａｚ、Ｅｌを算出し、それらの算出結果を姿勢角推定フィルタ５１に入力する。姿勢角推定フィルタ５１において３次元座標系での追尾目標の運動方向及び目標姿勢角ψ、θ、φを算出する。そして、図１０Ｂに示されている３次元座標系による計算式を用いることによって、追尾対象距離Ｒｔｐ及び追尾対象角度Ａｚｔｐ、Ｅｌｔｐを算出することができる。
【００６４】
尚、同一の目標に対して、複数の追尾対象位置が設定されてもよい。この場合、それぞれの追尾対象位置のオフセット量をプリセットしておき、外部装置等からの指示によっていずれか一つを選択すればよい。
【００６５】
４．第４の実施の形態
本発明の第４の実施の形態では、上述の第３の実施の形態とは異なる方法で、特定部位の追尾が実現される。
【００６６】
まず、図１３を参照して、第４の実施の形態で用いる計算式を説明する。追尾目標の全長は、目標長Ｌｍである。追尾目標の先頭から追尾対象位置までの距離は、オフセット距離Ｌｔｐである。このとき、追尾目標の先頭から追尾対象位置までのオフセット率γｔｐは、次の式（５）で表される。
【００６７】
式（５）：
γｔｐ＝Ｌｔｐ／Ｌｍ
【００６８】
式（５）を変形すると、次の式（６）が得られる。
【００６９】
式（６）：
Ｌｔｐ＝γｔｐ×Ｌｍ
【００７０】
図１４は、第４の実施の形態に係るレーダ装置１の信号処理部４０の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る信号処理部４０は、第１の実施の形態における構成に加えて、目標長算出部６０、姿勢角推定フィルタ６１、追尾位置算出部６２、切換部６３及び切換部６４を備えている。第１の実施の形態と重複する説明は、適宜省略される。
【００７１】
目標長算出部６０は、目標レンジビン集合ＴＢＧの幅を、目標長Ｌｍとして算出する（図１５参照）。
【００７２】
姿勢角推定フィルタ６１は、各種情報（目標距離算出部４３によって算出される目標距離Ｒ、目標角度算出部４４によって算出される目標角度Ａｚ、また必要に応じてレーダ装置以外のセンサ情報）に基づいて、追尾目標の運動方向を算出する。そして、姿勢角推定フィルタ６１は、その運動方向を追尾目標の先頭方向とみなす。
【００７３】
追尾位置算出部６２は、まず、オフセット距離Ｌｔｐを算出する。具体的には、目標長Ｌｍは、目標長算出部６０によって算出されている。オフセット率γｔｐは、プリセットされている。それらパラメータと上述の式（６）を用いることによって、追尾位置算出部６２は、オフセット距離Ｌｔｐを算出する。
【００７４】
次に、追尾位置算出部６２は、目標レンジビン集合ＴＢＧのうち先頭からオフセット距離Ｌｐだけ離れた位置にある１つのレンジビンを、「追尾セル」として抽出する（図１５参照）。ここで、追尾目標の先頭方向は、姿勢角フィルタ６１によって得られている。もし、抽出したレンジビンのΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ未満である場合は、そのレンジビンに最も近くΣ信号の振幅が閾値レベルＴＨ以上であるレンジビンを「追尾セル」として抽出する。そして、追尾位置算出部６２は、その追尾セルに対応する距離を、追尾対象距離Ｒｔｐとして算出する。更に、追尾位置算出部６２は、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって、追尾セルに対応するΣ信号とΔ信号から算出される角度を追尾対象角度Ａｚｔｐとして算出する。
【００７５】
切換部６３は、目標中心距離Ｒあるいは追尾対象距離Ｒｔｐのいずれか一方を選択して出力する。切換部６４は、目標中心角度Ａｚあるいは追尾対象角度Ａｚｔｐのいずれか一方を選択して出力する。例えば、目標運動の情報は追尾開始後より得られる為、追尾開始直後のしばらくの期間は姿勢角推定フィルタ６１の姿勢角推定誤差が大きい。従って、姿勢角推定フィルタ６１における姿勢角推定誤差が大きい状態では、切換部６３は目標中心位置Ｒを出力し、切換部６４は目標中心角度Ａｚを出力する。姿勢角推定フィルタ６１における姿勢角推定誤差が十分に小さい状態で、切換部６３は追尾対象距離Ｒｔｐを出力し、切換部６４は追尾対象角度Ａｚｔｐを出力する。
【００７６】
本実施の形態によっても、特許文献２のような複雑な処理を実行することなく、比較的に低信号処理負荷で、特定部位の追尾が可能となる。
【００７７】
尚、本実施の形態についても、第３の実施の形態と同様に、特定部位追尾機能を３次元座標系に機能拡張することが可能である。具体的には、目標距離算出部４３によって目標距離Ｒを算出し、目標角度算出部４４によって目標角度Ａｚ、Ｅｌを算出し、それらの算出結果を姿勢角推定フィルタ６１に入力し、姿勢角推定フィルタ６１において３次元座標系で追尾目標の運動方向及び追尾目標の先頭方向を推定し、追尾位置算出部６２において、追尾対象角度Ａｚｔｐの算出機能に加えて、抽出された「追尾セル」に対応するΣ信号と迎角算出用Δ信号から算出される角度を追尾対象角度Ｅｌｔｐとして算出する機能を付加することで実現可能である。
【００７８】
尚、同一の目標に対して、複数の追尾対象位置が設定されてもよい。この場合、それぞれの追尾対象位置のオフセット率γｔｐをプリセットしておき、外部装置等からの指示によっていずれか一つを選択すればよい。
【００７９】
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
【符号の説明】
【００８０】
１ レーダ装置
１０ アンテナ
２０ 送受信部
２１ 発振器
２２ 送信機
２３ 受信機
３０ データ生成部
３１ ビーム形成部
３２ デジタイザ
４０ 信号処理部
４１ ゲート処理部
４２ 目標検出部
４３ 目標距離算出部
４４ 目標角度算出部
４５ フィルタ処理部
４６ ゲート制御部
４７ 送受信制御部
４８ ビーム制御部
５１ 姿勢角推定フィルタ
５２ 追尾位置算出部
５３ 切換部
５４ 切換部
６０ 目標長算出部
６１ 姿勢角推定フィルタ
６２ 追尾位置算出部
６３ 切換部
６４ 切換部
１００ 第１モード処理部
２００ 第２モード処理部
２４２ 目標検出部
２４３ 目標距離算出部
２４４ 目標角度算出部
３００ モード切換部
４００ 制御部
ＤＡ データ
ＲＧ 距離ゲート
ＴＨ 閾値レベル
ＴＢＧ 目標レンジビン集合
Ｒ 目標距離
Ａｚ 目標角度
Ｅｌ 目標角度
ＳＲ 目標距離平滑値
ＥＣ 外部指令
Ｒｔｐ 追尾対象距離
Ａｚｔｐ 追尾対象角度
Ｅｌｔｐ 追尾対象角度
Ｘｃ レーダ座標系における目標中心のＸ座標値
Ｙｃ レーダ座標系における目標中心のＹ座標値
Ｚｃ レーダ座標系における目標中心のＺ座標値
Ｘｔｐ レーダ座標系における追尾位置のＸ座標値
Ｙｔｐ レーダ座標系における追尾位置のＹ座標値
Ｚｔｐ レーダ座標系における追尾位置のＺ座標値
ｘｏｆｆ’ 目標座標系におけるＸ座標オフセット量
ｙｏｆｆ’ 目標座標系におけるＹ座標オフセット量
ｚｏｆｆ’ 目標座標系におけるＺ座標オフセット量
ｘｏｆｆ レーダ座標系におけるＸ座標オフセット量
ｙｏｆｆ レーダ座標系におけるＹ座標オフセット量
ｚｏｆｆ レーダ座標系におけるＺ座標オフセット量
φ レーダ座標系における目標姿勢角（ロール）
θ レーダ座標系における目標姿勢角（ピッチ）
ψ レーダ座標系における目標姿勢角（ヨー）
Ｌｍ 目標長
Ｌｔｐ オフセット距離
γｔｐ オフセット率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
追尾目標から受信した反射波に関するデータを、レンジビン毎に生成するデータ生成部と、
距離ゲート内において前記データの振幅が閾値レベル以上であるレンジビンの集合、あるいは、レンジビンの集合に前記振幅が前記閾値レベル未満のレンジビンがあるものの当該レンジビンの数や幅が規定を満足しており集合と認められるものを、前記追尾目標に対応する目標レンジビン集合として抽出する目標検出部と、
前記目標レンジビン集合に属する全レンジビンが示すそれぞれの距離の平均値を、前記追尾目標への距離である目標距離として算出する目標距離算出部と
を備える
レーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置であって、
更に、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって各レンジビンに対応する角度を算出する機能を有する目標角度算出部を備え、
前記目標角度算出部は、前記目標レンジビン集合に属する全レンジビン、あるいは、前記振幅が前記閾値レベル以上であるレンジビン、に対応するそれぞれの角度の平均値を、前記追尾目標に対する角度である目標角度として算出する
レーダ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーダ装置であって、
更に、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって各レンジビンに対応する角度を算出する機能を有する目標角度算出部を備え、
前記目標角度算出部は、前記算出された目標距離に最も近いレンジビン、あるいは、前記算出された目標距離に最も近いレンジビンの前記振幅が前記閾値レベル未満である場合は当該レンジビンに最も距離が近く前記振幅が前記閾値レベル以上であるレンジビン、に対応する角度を、前記追尾目標に対する角度である目標角度として算出する
レーダ装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のレーダ装置であって、
第１モード処理部と、
第２モード処理部と
第１モードの場合に前記第１モード処理部を活性化し前記第２モード処理部を非活性化し、第２モードの場合に前記第１モード処理部を非活性化し前記第２モード処理部を活性化するモード切換部と
を更に備え、
前記第１モード処理部は、
前記目標距離算出部である第１目標距離算出部と、
前記目標角度算出部である第１目標角度算出部と
を備え、
前記第２モード処理部は、
前記目標レンジビン集合から前記データの前記振幅が最大であるピークレンジビンを抽出し、前記ピークレンジビンが示す距離を前記目標距離として算出する第２目標距離算出部と、
振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって、前記ピークレンジビンに対応する角度を前記目標角度として算出する第２目標角度算出部と
を備える
レーダ装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
更に、追尾位置算出部を備え、
前記追尾目標の中心位置は目標中心であり、
前記目標中心への距離は目標中心距離であり、
前記目標中心に対する角度は目標中心角度であり、
前記追尾目標のうち前記目標中心から所定のオフセットだけ離れた位置は追尾位置であり、
前記追尾位置への距離は追尾対象距離であり、
前記追尾位置に対する角度は追尾対象角度であり、
前記追尾位置算出部は、前記目標距離及び前記目標角度のそれぞれを前記目標中心距離及び前記目標中心角度とみなし、前記目標距離、前記目標角度及び前記所定のオフセットに基づいて、前記追尾対象距離と前記追尾対象角度を算出する
レーダ装置。
【請求項６】
レーダ装置による目標位置算出方法であって、
追尾目標から受信した反射波に関するデータを、レンジビン毎に生成するステップと、
距離ゲート内において前記データの振幅が閾値レベル以上であるレンジビンの集合、あるいは、レンジビンの集合に前記振幅が前記閾値レベル未満のレンジビンがあるものの当該レンジビンの数や幅が規定を満足しており集合と認められるものを、前記追尾目標に対応する目標レンジビン集合として抽出するステップと、
前記目標レンジビン集合に属する全レンジビンが示すそれぞれの距離の平均値を、前記追尾目標への距離である目標距離として算出するステップと
を含む
目標位置算出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の目標位置算出方法であって、
更に、
前記目標レンジビン集合に属する全レンジビン、あるいは、前記振幅が前記閾値レベル以上であるレンジビン、に対応するそれぞれの角度の平均値を、前記追尾目標に対する角度である目標角度として算出するステップ
を含み、
各レンジビンに対応する角度は、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって算出される
目標位置算出方法。
【請求項１】
追尾目標から受信した反射波に関するデータを、レンジビン毎に生成するデータ生成部と、
距離ゲート内において前記データの振幅が閾値レベル以上であるレンジビンの集合、あるいは、レンジビンの集合に前記振幅が前記閾値レベル未満のレンジビンがあるものの当該レンジビンの数や幅が規定を満足しており集合と認められるものを、前記追尾目標に対応する目標レンジビン集合として抽出する目標検出部と、
前記目標レンジビン集合に属する全レンジビンが示すそれぞれの距離の平均値を、前記追尾目標への距離である目標距離として算出する目標距離算出部と
を備える
レーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置であって、
更に、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって各レンジビンに対応する角度を算出する機能を有する目標角度算出部を備え、
前記目標角度算出部は、前記目標レンジビン集合に属する全レンジビン、あるいは、前記振幅が前記閾値レベル以上であるレンジビン、に対応するそれぞれの角度の平均値を、前記追尾目標に対する角度である目標角度として算出する
レーダ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーダ装置であって、
更に、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって各レンジビンに対応する角度を算出する機能を有する目標角度算出部を備え、
前記目標角度算出部は、前記算出された目標距離に最も近いレンジビン、あるいは、前記算出された目標距離に最も近いレンジビンの前記振幅が前記閾値レベル未満である場合は当該レンジビンに最も距離が近く前記振幅が前記閾値レベル以上であるレンジビン、に対応する角度を、前記追尾目標に対する角度である目標角度として算出する
レーダ装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のレーダ装置であって、
第１モード処理部と、
第２モード処理部と
第１モードの場合に前記第１モード処理部を活性化し前記第２モード処理部を非活性化し、第２モードの場合に前記第１モード処理部を非活性化し前記第２モード処理部を活性化するモード切換部と
を更に備え、
前記第１モード処理部は、
前記目標距離算出部である第１目標距離算出部と、
前記目標角度算出部である第１目標角度算出部と
を備え、
前記第２モード処理部は、
前記目標レンジビン集合から前記データの前記振幅が最大であるピークレンジビンを抽出し、前記ピークレンジビンが示す距離を前記目標距離として算出する第２目標距離算出部と、
振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって、前記ピークレンジビンに対応する角度を前記目標角度として算出する第２目標角度算出部と
を備える
レーダ装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一項に記載のレーダ装置であって、
更に、追尾位置算出部を備え、
前記追尾目標の中心位置は目標中心であり、
前記目標中心への距離は目標中心距離であり、
前記目標中心に対する角度は目標中心角度であり、
前記追尾目標のうち前記目標中心から所定のオフセットだけ離れた位置は追尾位置であり、
前記追尾位置への距離は追尾対象距離であり、
前記追尾位置に対する角度は追尾対象角度であり、
前記追尾位置算出部は、前記目標距離及び前記目標角度のそれぞれを前記目標中心距離及び前記目標中心角度とみなし、前記目標距離、前記目標角度及び前記所定のオフセットに基づいて、前記追尾対象距離と前記追尾対象角度を算出する
レーダ装置。
【請求項６】
レーダ装置による目標位置算出方法であって、
追尾目標から受信した反射波に関するデータを、レンジビン毎に生成するステップと、
距離ゲート内において前記データの振幅が閾値レベル以上であるレンジビンの集合、あるいは、レンジビンの集合に前記振幅が前記閾値レベル未満のレンジビンがあるものの当該レンジビンの数や幅が規定を満足しており集合と認められるものを、前記追尾目標に対応する目標レンジビン集合として抽出するステップと、
前記目標レンジビン集合に属する全レンジビンが示すそれぞれの距離の平均値を、前記追尾目標への距離である目標距離として算出するステップと
を含む
目標位置算出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の目標位置算出方法であって、
更に、
前記目標レンジビン集合に属する全レンジビン、あるいは、前記振幅が前記閾値レベル以上であるレンジビン、に対応するそれぞれの角度の平均値を、前記追尾目標に対する角度である目標角度として算出するステップ
を含み、
各レンジビンに対応する角度は、振幅モノパルス方式あるいは位相モノパルス方式によって算出される
目標位置算出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−１９７０２（Ｐ２０１３−１９７０２Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１１８８（Ｐ２０１１−１５１１８８）
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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