ウェイト算出方法、ウェイト算出装置、アダプティブアレーアンテナ、及びレーダ装置
【課題】 ウェイト制御による時空間適応信号処理方式において、不要波方向を零にするためのウェイト算出に際し、目標のドップラー周波数に対して良好なＳＩＮＲ特性を得る。
【解決手段】 ウェイト算出回路２７１において、不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算して適応ウェイトを求め、最終的に、ビーム合成回路２７２において、適応ウェイトによりアンテナ受信信号にウェイト制御を施して出力データとする。上記ウェイト算出回路２７１において、受信Ｍパルスに対してドップラーフィルタ後のｍバンク選択するPost-Doppler処理を適用して共分散行列を算出し、この共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、該当する複数のバンク部分を抽出して複数のウェイトを算出し、これによって目標のドップラー周波数に対して良好なＳＩＮＲ特性を得る。
【解決手段】 ウェイト算出回路２７１において、不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算して適応ウェイトを求め、最終的に、ビーム合成回路２７２において、適応ウェイトによりアンテナ受信信号にウェイト制御を施して出力データとする。上記ウェイト算出回路２７１において、受信Ｍパルスに対してドップラーフィルタ後のｍバンク選択するPost-Doppler処理を適用して共分散行列を算出し、この共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、該当する複数のバンク部分を抽出して複数のウェイトを算出し、これによって目標のドップラー周波数に対して良好なＳＩＮＲ特性を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、ウェイト制御により、不要波を抑圧して目標からの反射信号を検出するのに好適なウェイト算出方法、そのウェイト算出方法を用いたウェイト算出装置、そのウェイト算出装置を採用したアダプティブアレーアンテナ、及びそのアダプティブアレーアンテナを組み込んだレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パルスレーダ装置では、より目標検出精度を向上させるために、アダプティブアレーアンテナを組み込んで、いわゆるアダプティブヌルステアリングを行うようになってきている。このアダプティブヌルステアリングは、アダプティブアレーアンテナにおいて受信信号の位相及び振幅にウェイト制御を施すことで、不要波が到来する方向の指向性が零（ヌル）になるように受信合成ビームを形成する処理である。このような用途に用いられるアダプティブアレーアンテナには、多数の遅延信号が到来する環境下やクラッタ及び不要波が存在する環境下においても、上記の受信合成ビームの形成が適正に行われるようにウェイト制御を行うことが求められている。
【０００３】
そこで、アダプティブアレーアンテナにおいて、時空間適応信号処理（ＳＴＡＰ：Space Time Adaptive Processing）方式を採用したウェイト制御方法が注目されている。この時空間適応信号処理（ＳＴＡＰ）方式は、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）をより改善し、不要波の到来方向での指向性が零（ヌル）に近い良好なビーム形成を行い得るという特徴を有する。
【０００４】
時空間適応信号処理（ＳＴＡＰ）方式では、以下のような処理が行われる。まず、複数（Ｎ）本、アレー状に配列されたアンテナ（素子アンテナ、すなわちチャンネル）により目標反射信号を受信し、その受信信号を、受信パルス幅に対応した幅のレンジ（距離）セル（range cell）が時間軸上に所定の長さで連なるように形成された、全処理レンジセルの対応セル位置に記憶する。そして、その記憶されたデータから、目標信号を含むと想定されるレンジセル（処理適用レンジセルという）を除いたレンジセル、すなわち不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算する。最終的に、ビーム合成回路において、その共分散行列に基づき算出された適応ウェイトを用いて、アンテナ受信信号にウェイト制御を施す。
【０００５】
この時空間適応信号処理方式におけるウェイト制御では、レンジセル毎のウェイト演算がウェイト算出回路において行われる。受信パルス全てを用いてウェイトを算出するfull-ＤＯＦ（degrees-of-freedom）方式ではなく、このウェイト演算の処理時間を削減するため行列のサイズ（次数）を低減する、ＤＰＣＡ（displaced phase center antenna）の概念を応用したpre-Doppler処理や、ドップラーフィルタ処理後のｍバンクを選択した後にウェイト演算を行うPost-Doppler処理や、ビームスペース処理を施した後にウェイト演算を行うbeamspace処理や、それらを複合したbeamspace Post-Doppler処理が知られている。しかしながら、これらの処理では、目標のドップラー周波数に対して性能が劣化する速度域が生じてしまい、良好なＳＩＮＲ特性を得ることが困難になっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J. R. Guerci, Space-Time Adaptive Processing for Radar, Artech House, Norwood, MA, 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上述べたように、従来のレーダ装置に用いられるアダプティブアレーアンテナのウェイト制御による時空間適応信号処理方式において、不要波方向を零にするためのウェイト算出にPost-Doppler処理を適用するに際し、目標ドップラー周波数に対して性能が劣化する速度域が存在するため、良好なＳＩＮＲ特性を得ることが困難であった。
【０００８】
本実施形態は上記の課題に鑑みてなされたもので、時空間適応信号処理方式においてウェイト算出にPost-Doppler処理を適用するに際し、目標ドップラー周波数に対して性能が劣化する速度域を低減して良好なＳＩＮＲ特性を得ることができる、ウェイト算出方法、ウェイト算出装置、アダプティブアレーアンテナ、レーダ装置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】
【０００９】
上記問題を解決するために、本実施形態に係るウェイト演算方法は、アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する方法であって、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出する態様とする。
【００１０】
また、本実施形態に係るウェイト演算装置は、アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段とを具備し、前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出する態様とする。
【００１１】
また、本実施形態に係るアダプティブアレーアンテナは、複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナであって、前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段と、前記算出されたウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するビーム形成手段とを具備し、前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出する態様とする。
【００１２】
また、本実施形態に係るレーダ装置は、複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信し、与えられた適応ウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するアダプティブアレーアンテナと、前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出するウェイト算出装置と、前記アダプティブアレーアンテナでウェイト制御が施された目標反射信号から目標を検出する信号処理装置とを具備し、前記ウェイト算出装置は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出する態様とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る受信データの概念図である。
【図２】本実施形態に係るウェイト算出に用いるデータの概念図である。
【図３】本実施形態に係る全ての受信パルスをウェイト算出に用いる概念図である。
【図４】本実施形態に係わる共分散行列の次元数に対する信号処理利得と演算時間の関係を示す特性図である。
【図５】本実施形態に係る共分散行列の概念図である。
【図６】図５に示す本実施形態の共分散行列から１バンクを抽出する概念図である。
【図７】本実施形態に係る一実施形態の性能を示す特性図である。
【図８】本実施形態に係るウェイト算出装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図９】本実施形態に係わる時空間適応信号処理におけるウェイト算出装置、及びアダプティブアレーアンテナが組み込まれたレーダ装置の概略ブロック構成図である。
【図１０】本実施形態に係わるウェイト算出の処理の流れ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】
【００１４】
以下、図面を参照して本実施形態について説明する。
【００１５】
まず、前述のウェイト演算の一手法としてのPost-Doppler処理について説明する。
【００１６】
アンテナ数Ｎ、受信パルス数Ｍ、距離（レンジ数）Ｌの場合での受信データの概念図を図１に、ウェイト算出に用いるデータの概念図を図２に、本実施形態に係る全ての受信パルスをウェイト算出に用いる概念図を図３にそれぞれ示す。
【００１７】
さて、受信信号Ｘの到来方向の方向行列をＡ、また複素振幅ベクトルをＳ、平均０、分散σ2 で与えられる熱雑音をｎとしたとき、受信信号Ｘは次の（１）式で表される。
【数１】
【００１８】
また、間隔ｄｘをなしてアレー状に配列されたＮ個のアンテナ＃ｎ（ｎ：１〜Ｎ）により目標信号を受信したとき、受信周波数信号の波長をλ(Λ)、Ｄ個の到来目標信号ｄ（ｄ：１〜Ｄ）の到来方向を決めるステアリングベクトルa(θd)は、次の（２）式で表される。
【数２】
【００１９】
ここで、角度方向、すなわち、空間系列に対する方向行列Ａθは下記（３）式となる。
【数３】
【００２０】
更に、目標信号ｄのドップラー周波数をｆｄ、Ｍ個の受信パルスの間隔をＴとすると、時間方向のステアリングベクトルａ(fd)は次の（４）式で示される。
【数４】
【００２１】
このことから、全ての受信パルスに対する、時系列の方向行列Ａｆは下記（５）式で表される。
【数５】
【００２２】
よって、方向行列Ａ(θ,ｆ)は、次の（６）式
【数６】
【００２３】
で表される時空間ステアリングベクトルａ（θd, fd）を用いて、下記（７）式で与えられる。
【数７】
【００２４】
ここで、Post-Doppler処理は、Ｍパルスの受信データに対してドップラーフィルタ処理を適用した後にウェイト演算を行う処理である。すなわち、バンク#ｌ（ｌ：０，１，…，Ｍ−１）を出力する（Ｍ×ｌ）次元の変換ベクトルｆm,lは、以下で定義される。
【数８】
【００２５】
Ｎ素子の場合には、素子毎にドップラーフィルタ処理を適用する必要があるから、（Ｎ×Ｎ）次元の単位行列ＩN×Nを用いて、以下に示す（Ｎ×ＮＭ）次元の変換行列Ωl に拡張される。
【数９】
【００２６】
この変換行列Ωl は性能向上のためにmulti-bin化される。即ち、複数のバンクからの変換行列Ωl を行方向に結合した変換行列Ωを用いて共分散行列を算出する方式（以下、multi-bin Post-Dopplerと言う）を採用する。
【００２７】
例えば、6-bin Post-Doppler（即ち、６バンク抽出）における（６Ｎ×ＮＭ）次元の変換行列Ωは、以下のように定義される。
【数１０】
【００２８】
ここで、時刻ｋにおける（ＮＭ×ｌ）次元の入力ベクトルをＸとすると、変換後の（６Ｎ×ｌ）次元入力ベクトルＸΩk及びステアリングベクトルＳΩkは、変換行列Ωを用いて以下のように定義される。
【数１１】
【００２９】
更に、変換後の入力ベクトルＸΩkを用いて以下のように共分散行列Ｒk の計算を行う。
【数１２】
【００３０】
例えば、Wiener Filterをウェイト算出に用いた場合のウェイトＷは、ステアリングベクトルＳΩkを用いて、以下の式で算出される。
【数１３】
【００３１】
尚、ウェイト算出に用いるアルゴリズムは、Principal Components、Cross Spectral Metric、Multistage Wiener Filer等の他のアルゴリズムを用いてもよい。
【００３２】
以上のように、ウェイトの算出には共分散行列の次元に応じた逆行列演算が必要であり、アンテナ素子、並びに、受信パルス数に応じて演算時間が増減することが分かる。ここで、図４に共分散行列の次元数に対する信号処理利得と演算時間の関係を示す。
【００３３】
一般的に、逆行列演算は次元数の約３乗で比例することが知られており、共分散行列の次元を小さくすることで、ウェイト算出の演算時間を高速化することができる。一方、信号処理利得（性能）は、一般的には加算処理と等価であることから、次元数に比例することが知られており、次元数の増加に伴い信号処理利得が向上することが分かる。
【００３４】
具体的には、図４から分かるように、信号処理利得20 dB以上、かつ、演算時間106 以下を条件とする場合、例えば信号処理利得を優先するなら384、演算時間を優先するなら192とすればよい。
【００３５】
これらのことから、行列の次元数は演算時間と信号処理利得に関係するため、演算時間を優先するか、信号処理利得を優先するかをシステムに応じて設計する必要があることが分かる。
【００３６】
次に、本実施形態に係わるウェイト算出方法について説明する。
（１０）から(１２)式で示したように、Post-Dopplerにおける共分散行列は、抽出するバンク数に応じて行列のサイズが決定される。ここで、共分散行列の概念図を図５に示す。
【００３７】
さて、例えば、５バンク抽出する場合は、（１４）式に示すように、（１０）式で示した変換行列の下側Ｎ行（６バンク目に相当）が不要であることが分かる。
【数１４】
【００３８】
これは、(１１)式で算出するステアリングベクトルにも同様である。更に、共分散行列、すなわち、（１２）式に適用すると、共分散行列の算出方法から、下側Ｎ行及び右側Ｎ行が不要であることが分かる（図６に概念図を示す）。つまり、６バンクで計算した共分散行列から５バンク分の要素を抽出し、以降のウェイト計算に用いることで、５バンクの場合のウェイトが計算可能であることが分かる。
【００３９】
ここでは、複数バンク部分を抽出する例として、連続する２バンクの場合を示したが、連続する２以上のバンクを抽出（例えば、６、５、４バンク抽出。）や、連続しない複数のバンク（例えば、６、４、３バンク抽出。）を抽出することも可能である。これは、前述のように、システムに応じて演算時間と信号処理利得の関係から決定すればよい。このとき、図７に示すように、例えば６、５、４バンクをウェイト計算に用いた場合、６バンクだけでは目標ドップラー周波数に対する振幅が劣化していた0.09、0.25、0.42の値が改善されることが分かる。
【００４０】
また、共分散行列の抽出方法として、該当する行及び列を抽出して共分散行列を再形成することで行列のサイズを低減する場合を示したが、共分散行列及びステアリングベクトルの不要な要素（行及び列）を０埋めする場合、規格化することで同様の結果を得ることができる。但し、演算量は前述の場合に比べて増加する。
【００４１】
したがって、本実施形態のウェイト算出方法によれば、ウェイト算出する際に、受信信号Ｍパルスに対してドップラーフィルタ後のｍバンク選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して算出した共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、該当する複数のバンク部分を抽出して複数のウェイトを算出することで、目標のドップラー周波数に対して良好なＳＩＮＲ特性を得ることができる。
【００４２】
図８は本実施形態に係るウェイト算出装置の一実施形態を示すブロック図である。図８において、１１はＣＰＵ（演算処理装置）であり、このＣＰＵ１１はバス１２を通じてプログラム記憶用ＲＯＭ１３、データ入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１４、データ一時記憶用ＲＡＭ１５に接続されている。ＲＯＭ１３には、本実施形態に係わるウェイト算出プログラムが格納されており、処理開始が指示されると、ＣＰＵ１１はＲＯＭ１３からプログラムをロードし、データ入出力インターフェース１４を介してデータを取り込んでＲＡＭ１５に一時格納し、当該ＲＡＭ１５から適宜データを読み出して、ウェイト演算処理を実行し、得られたウェイト演算結果をインターフェース１４から出力する。
【００４３】
上記構成による本実施形態のウェイト算出装置は、目標のドップラー周波数に対してＳＩＮＲ劣化を抑制する前述の実施形態に係るウェイト算出方法を使用するので、良好なＳＩＮＲ特性を得ることが可能である。
【００４４】
そこで、このウェイト算出装置をアダプティブアレイアンテナに採用し、個々のアンテナ素子の入出力に対するウェイト算出を行わせる。これによれば、良好なＳＩＮＲ特性を有する合成ビームを形成することが可能となる。
【００４５】
ところで、アダプティブアレイアンテナは、目標を捕捉するための合成開口レーダ装置等のレーダ装置に採用されている。そこで、上記のようにアダプティブアレイアンテナに本実施形態のウェイト算出装置を採用することで、良好なＳＩＮＲ特性を有する合成ビームを形成することが可能となるため、このアンテナを用いるレーダ装置にあっては、目標をより良好に捕捉することができるようになる。
【００４６】
上記レーダ装置の一例として、図９に本実施形態を適用した時空間適応信号処理におけるウェイト算出装置が組み込まれたレーダ装置の概略ブロック構成図を示す。図９において、２１はＮ個のアンテナ素子でレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナである。このアンテナ２１の各素子出力は、それぞれ受信部２２で受信検波されてデータ蓄積部２３に送られる。データ蓄積部２３では、予め所定距離相当の長さの処理レンジセルに対応する記憶領域が用意されており、入力データは受信タイミングに沿った対応セル位置の記憶領域に順次記憶される。
【００４７】
ここで、一部のアンテナ素子出力はリファレンス信号推定部２４に送られ、受信信号の振幅・位相の基準として用いられる。励振部２６は、リファレンス信号推定部２４及びリファレンス信号生成部２５を定期的に励振させて、所定距離相当のレンジセルそれぞれのウェイト算出のためのリファレンス信号を推定し生成する。
【００４８】
また、上記データ蓄積部２３の蓄積データは、時空間適応信号処理部２７に送られる。この時空間適応信号処理部２７は、ウェイト算出回路２７１において、目標信号を含むと想定されるレンジセルを除いたレンジセル、すなわち不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算する。最終的に、ビーム合成回路２７２において、その共分散行列に基づき算出された適応ウェイトによりアンテナ受信信号にウェイト制御を施して出力データとする。
【００４９】
上記構成の時空間適応信号処理方式におけるウェイト制御では、適応ウェイトを算出するために、ウェイト算出回路２７１において、レンジセル毎のウェイト演算が行われる。このウェイト算出回路２７１に先に述べたウェイト算出方法、すなわちウェイト算出を受信信号Ｍパルスに対してドップラーフィルタ後のｍバンク選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して算出した共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、該当する複数のバンク部分を抽出して複数のウェイトを算出することで、目標のドップラー周波数に対して良好なＳＩＮＲ特性を得ることができる。
【００５０】
ここで、図１０に本実施形態を適用した処理フローを示す。ウェイト算出に用いる複数のバンク数を、目標ドップラー周波数から決定（Ｓ１）、または、演算時間と信号処理利得の関係から上限と下限を事前に決定し（Ｓ２）、どちらを適用するかを事前に選択する（Ｓ３）。次いで、ウェイト算出アルゴリズムを事前に選択しておき（Ｓ４）、ウェイト算出後にビーム合成回路２７２にてビーム合成を行い、出力データを得る。
【００５１】
なお、演算時間と信号処理利得の関係から、上限と下限を事前に決定する方式は、出力データに対する目標検出結果が得られない場合、演算時間の上限までウェイト算出に用いるバンク数を変更し（Ｓ５）、再度ウェイト算出、ビーム合成を行い、出力データを得る。加えて、ウェイト算出に用いるリファレンス信号は、事前にリファレンス信号生成部２５でリファレンス信号を決定するか、または、リファレンス信号推定部２４で受信信号から目標反射信号に対応するリファレンス信号を推定するかを事前に選択し、アルゴリズム選択（Ｓ４）の基準とする。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、ウェイト制御による時空間適応信号処理方式において、不要波方向を零にするためのウェイト算出にPost-Doppler処理を適用して算出した共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、該当する複数のバンク部分を抽出して複数のウェイトを算出するようにしているので、目標のドップラー周波数に対して良好なＳＩＮＲ特性を得ることができる。
【００５３】
尚、上記実施形態は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でもよい。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。さらに、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】
【００５４】
１１…ＣＰＵ、１２…バス、１３…プログラム記憶用ＲＯＭ、１４…データ入出力インターフェース、１５…データ一時格納用ＲＡＭ、２１…アダプティブアレーアンテナ、２２…受信部、２３…データ蓄積部、２４…リファレンス信号推定部、２５…リファレンス信号生成部、２６…励振部、２７…時空間適応信号処理部、２７１…ウェイト算出回路、２７２…ビーム合成回路。
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、ウェイト制御により、不要波を抑圧して目標からの反射信号を検出するのに好適なウェイト算出方法、そのウェイト算出方法を用いたウェイト算出装置、そのウェイト算出装置を採用したアダプティブアレーアンテナ、及びそのアダプティブアレーアンテナを組み込んだレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パルスレーダ装置では、より目標検出精度を向上させるために、アダプティブアレーアンテナを組み込んで、いわゆるアダプティブヌルステアリングを行うようになってきている。このアダプティブヌルステアリングは、アダプティブアレーアンテナにおいて受信信号の位相及び振幅にウェイト制御を施すことで、不要波が到来する方向の指向性が零（ヌル）になるように受信合成ビームを形成する処理である。このような用途に用いられるアダプティブアレーアンテナには、多数の遅延信号が到来する環境下やクラッタ及び不要波が存在する環境下においても、上記の受信合成ビームの形成が適正に行われるようにウェイト制御を行うことが求められている。
【０００３】
そこで、アダプティブアレーアンテナにおいて、時空間適応信号処理（ＳＴＡＰ：Space Time Adaptive Processing）方式を採用したウェイト制御方法が注目されている。この時空間適応信号処理（ＳＴＡＰ）方式は、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）をより改善し、不要波の到来方向での指向性が零（ヌル）に近い良好なビーム形成を行い得るという特徴を有する。
【０００４】
時空間適応信号処理（ＳＴＡＰ）方式では、以下のような処理が行われる。まず、複数（Ｎ）本、アレー状に配列されたアンテナ（素子アンテナ、すなわちチャンネル）により目標反射信号を受信し、その受信信号を、受信パルス幅に対応した幅のレンジ（距離）セル（range cell）が時間軸上に所定の長さで連なるように形成された、全処理レンジセルの対応セル位置に記憶する。そして、その記憶されたデータから、目標信号を含むと想定されるレンジセル（処理適用レンジセルという）を除いたレンジセル、すなわち不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算する。最終的に、ビーム合成回路において、その共分散行列に基づき算出された適応ウェイトを用いて、アンテナ受信信号にウェイト制御を施す。
【０００５】
この時空間適応信号処理方式におけるウェイト制御では、レンジセル毎のウェイト演算がウェイト算出回路において行われる。受信パルス全てを用いてウェイトを算出するfull-ＤＯＦ（degrees-of-freedom）方式ではなく、このウェイト演算の処理時間を削減するため行列のサイズ（次数）を低減する、ＤＰＣＡ（displaced phase center antenna）の概念を応用したpre-Doppler処理や、ドップラーフィルタ処理後のｍバンクを選択した後にウェイト演算を行うPost-Doppler処理や、ビームスペース処理を施した後にウェイト演算を行うbeamspace処理や、それらを複合したbeamspace Post-Doppler処理が知られている。しかしながら、これらの処理では、目標のドップラー周波数に対して性能が劣化する速度域が生じてしまい、良好なＳＩＮＲ特性を得ることが困難になっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J. R. Guerci, Space-Time Adaptive Processing for Radar, Artech House, Norwood, MA, 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上述べたように、従来のレーダ装置に用いられるアダプティブアレーアンテナのウェイト制御による時空間適応信号処理方式において、不要波方向を零にするためのウェイト算出にPost-Doppler処理を適用するに際し、目標ドップラー周波数に対して性能が劣化する速度域が存在するため、良好なＳＩＮＲ特性を得ることが困難であった。
【０００８】
本実施形態は上記の課題に鑑みてなされたもので、時空間適応信号処理方式においてウェイト算出にPost-Doppler処理を適用するに際し、目標ドップラー周波数に対して性能が劣化する速度域を低減して良好なＳＩＮＲ特性を得ることができる、ウェイト算出方法、ウェイト算出装置、アダプティブアレーアンテナ、レーダ装置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】
【０００９】
上記問題を解決するために、本実施形態に係るウェイト演算方法は、アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する方法であって、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出する態様とする。
【００１０】
また、本実施形態に係るウェイト演算装置は、アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段とを具備し、前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出する態様とする。
【００１１】
また、本実施形態に係るアダプティブアレーアンテナは、複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナであって、前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段と、前記算出されたウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するビーム形成手段とを具備し、前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出する態様とする。
【００１２】
また、本実施形態に係るレーダ装置は、複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信し、与えられた適応ウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するアダプティブアレーアンテナと、前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出するウェイト算出装置と、前記アダプティブアレーアンテナでウェイト制御が施された目標反射信号から目標を検出する信号処理装置とを具備し、前記ウェイト算出装置は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出する態様とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る受信データの概念図である。
【図２】本実施形態に係るウェイト算出に用いるデータの概念図である。
【図３】本実施形態に係る全ての受信パルスをウェイト算出に用いる概念図である。
【図４】本実施形態に係わる共分散行列の次元数に対する信号処理利得と演算時間の関係を示す特性図である。
【図５】本実施形態に係る共分散行列の概念図である。
【図６】図５に示す本実施形態の共分散行列から１バンクを抽出する概念図である。
【図７】本実施形態に係る一実施形態の性能を示す特性図である。
【図８】本実施形態に係るウェイト算出装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図９】本実施形態に係わる時空間適応信号処理におけるウェイト算出装置、及びアダプティブアレーアンテナが組み込まれたレーダ装置の概略ブロック構成図である。
【図１０】本実施形態に係わるウェイト算出の処理の流れ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】
【００１４】
以下、図面を参照して本実施形態について説明する。
【００１５】
まず、前述のウェイト演算の一手法としてのPost-Doppler処理について説明する。
【００１６】
アンテナ数Ｎ、受信パルス数Ｍ、距離（レンジ数）Ｌの場合での受信データの概念図を図１に、ウェイト算出に用いるデータの概念図を図２に、本実施形態に係る全ての受信パルスをウェイト算出に用いる概念図を図３にそれぞれ示す。
【００１７】
さて、受信信号Ｘの到来方向の方向行列をＡ、また複素振幅ベクトルをＳ、平均０、分散σ2 で与えられる熱雑音をｎとしたとき、受信信号Ｘは次の（１）式で表される。
【数１】
【００１８】
また、間隔ｄｘをなしてアレー状に配列されたＮ個のアンテナ＃ｎ（ｎ：１〜Ｎ）により目標信号を受信したとき、受信周波数信号の波長をλ(Λ)、Ｄ個の到来目標信号ｄ（ｄ：１〜Ｄ）の到来方向を決めるステアリングベクトルa(θd)は、次の（２）式で表される。
【数２】
【００１９】
ここで、角度方向、すなわち、空間系列に対する方向行列Ａθは下記（３）式となる。
【数３】
【００２０】
更に、目標信号ｄのドップラー周波数をｆｄ、Ｍ個の受信パルスの間隔をＴとすると、時間方向のステアリングベクトルａ(fd)は次の（４）式で示される。
【数４】
【００２１】
このことから、全ての受信パルスに対する、時系列の方向行列Ａｆは下記（５）式で表される。
【数５】
【００２２】
よって、方向行列Ａ(θ,ｆ)は、次の（６）式
【数６】
【００２３】
で表される時空間ステアリングベクトルａ（θd, fd）を用いて、下記（７）式で与えられる。
【数７】
【００２４】
ここで、Post-Doppler処理は、Ｍパルスの受信データに対してドップラーフィルタ処理を適用した後にウェイト演算を行う処理である。すなわち、バンク#ｌ（ｌ：０，１，…，Ｍ−１）を出力する（Ｍ×ｌ）次元の変換ベクトルｆm,lは、以下で定義される。
【数８】
【００２５】
Ｎ素子の場合には、素子毎にドップラーフィルタ処理を適用する必要があるから、（Ｎ×Ｎ）次元の単位行列ＩN×Nを用いて、以下に示す（Ｎ×ＮＭ）次元の変換行列Ωl に拡張される。
【数９】
【００２６】
この変換行列Ωl は性能向上のためにmulti-bin化される。即ち、複数のバンクからの変換行列Ωl を行方向に結合した変換行列Ωを用いて共分散行列を算出する方式（以下、multi-bin Post-Dopplerと言う）を採用する。
【００２７】
例えば、6-bin Post-Doppler（即ち、６バンク抽出）における（６Ｎ×ＮＭ）次元の変換行列Ωは、以下のように定義される。
【数１０】
【００２８】
ここで、時刻ｋにおける（ＮＭ×ｌ）次元の入力ベクトルをＸとすると、変換後の（６Ｎ×ｌ）次元入力ベクトルＸΩk及びステアリングベクトルＳΩkは、変換行列Ωを用いて以下のように定義される。
【数１１】
【００２９】
更に、変換後の入力ベクトルＸΩkを用いて以下のように共分散行列Ｒk の計算を行う。
【数１２】
【００３０】
例えば、Wiener Filterをウェイト算出に用いた場合のウェイトＷは、ステアリングベクトルＳΩkを用いて、以下の式で算出される。
【数１３】
【００３１】
尚、ウェイト算出に用いるアルゴリズムは、Principal Components、Cross Spectral Metric、Multistage Wiener Filer等の他のアルゴリズムを用いてもよい。
【００３２】
以上のように、ウェイトの算出には共分散行列の次元に応じた逆行列演算が必要であり、アンテナ素子、並びに、受信パルス数に応じて演算時間が増減することが分かる。ここで、図４に共分散行列の次元数に対する信号処理利得と演算時間の関係を示す。
【００３３】
一般的に、逆行列演算は次元数の約３乗で比例することが知られており、共分散行列の次元を小さくすることで、ウェイト算出の演算時間を高速化することができる。一方、信号処理利得（性能）は、一般的には加算処理と等価であることから、次元数に比例することが知られており、次元数の増加に伴い信号処理利得が向上することが分かる。
【００３４】
具体的には、図４から分かるように、信号処理利得20 dB以上、かつ、演算時間106 以下を条件とする場合、例えば信号処理利得を優先するなら384、演算時間を優先するなら192とすればよい。
【００３５】
これらのことから、行列の次元数は演算時間と信号処理利得に関係するため、演算時間を優先するか、信号処理利得を優先するかをシステムに応じて設計する必要があることが分かる。
【００３６】
次に、本実施形態に係わるウェイト算出方法について説明する。
（１０）から(１２)式で示したように、Post-Dopplerにおける共分散行列は、抽出するバンク数に応じて行列のサイズが決定される。ここで、共分散行列の概念図を図５に示す。
【００３７】
さて、例えば、５バンク抽出する場合は、（１４）式に示すように、（１０）式で示した変換行列の下側Ｎ行（６バンク目に相当）が不要であることが分かる。
【数１４】
【００３８】
これは、(１１)式で算出するステアリングベクトルにも同様である。更に、共分散行列、すなわち、（１２）式に適用すると、共分散行列の算出方法から、下側Ｎ行及び右側Ｎ行が不要であることが分かる（図６に概念図を示す）。つまり、６バンクで計算した共分散行列から５バンク分の要素を抽出し、以降のウェイト計算に用いることで、５バンクの場合のウェイトが計算可能であることが分かる。
【００３９】
ここでは、複数バンク部分を抽出する例として、連続する２バンクの場合を示したが、連続する２以上のバンクを抽出（例えば、６、５、４バンク抽出。）や、連続しない複数のバンク（例えば、６、４、３バンク抽出。）を抽出することも可能である。これは、前述のように、システムに応じて演算時間と信号処理利得の関係から決定すればよい。このとき、図７に示すように、例えば６、５、４バンクをウェイト計算に用いた場合、６バンクだけでは目標ドップラー周波数に対する振幅が劣化していた0.09、0.25、0.42の値が改善されることが分かる。
【００４０】
また、共分散行列の抽出方法として、該当する行及び列を抽出して共分散行列を再形成することで行列のサイズを低減する場合を示したが、共分散行列及びステアリングベクトルの不要な要素（行及び列）を０埋めする場合、規格化することで同様の結果を得ることができる。但し、演算量は前述の場合に比べて増加する。
【００４１】
したがって、本実施形態のウェイト算出方法によれば、ウェイト算出する際に、受信信号Ｍパルスに対してドップラーフィルタ後のｍバンク選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して算出した共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、該当する複数のバンク部分を抽出して複数のウェイトを算出することで、目標のドップラー周波数に対して良好なＳＩＮＲ特性を得ることができる。
【００４２】
図８は本実施形態に係るウェイト算出装置の一実施形態を示すブロック図である。図８において、１１はＣＰＵ（演算処理装置）であり、このＣＰＵ１１はバス１２を通じてプログラム記憶用ＲＯＭ１３、データ入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１４、データ一時記憶用ＲＡＭ１５に接続されている。ＲＯＭ１３には、本実施形態に係わるウェイト算出プログラムが格納されており、処理開始が指示されると、ＣＰＵ１１はＲＯＭ１３からプログラムをロードし、データ入出力インターフェース１４を介してデータを取り込んでＲＡＭ１５に一時格納し、当該ＲＡＭ１５から適宜データを読み出して、ウェイト演算処理を実行し、得られたウェイト演算結果をインターフェース１４から出力する。
【００４３】
上記構成による本実施形態のウェイト算出装置は、目標のドップラー周波数に対してＳＩＮＲ劣化を抑制する前述の実施形態に係るウェイト算出方法を使用するので、良好なＳＩＮＲ特性を得ることが可能である。
【００４４】
そこで、このウェイト算出装置をアダプティブアレイアンテナに採用し、個々のアンテナ素子の入出力に対するウェイト算出を行わせる。これによれば、良好なＳＩＮＲ特性を有する合成ビームを形成することが可能となる。
【００４５】
ところで、アダプティブアレイアンテナは、目標を捕捉するための合成開口レーダ装置等のレーダ装置に採用されている。そこで、上記のようにアダプティブアレイアンテナに本実施形態のウェイト算出装置を採用することで、良好なＳＩＮＲ特性を有する合成ビームを形成することが可能となるため、このアンテナを用いるレーダ装置にあっては、目標をより良好に捕捉することができるようになる。
【００４６】
上記レーダ装置の一例として、図９に本実施形態を適用した時空間適応信号処理におけるウェイト算出装置が組み込まれたレーダ装置の概略ブロック構成図を示す。図９において、２１はＮ個のアンテナ素子でレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナである。このアンテナ２１の各素子出力は、それぞれ受信部２２で受信検波されてデータ蓄積部２３に送られる。データ蓄積部２３では、予め所定距離相当の長さの処理レンジセルに対応する記憶領域が用意されており、入力データは受信タイミングに沿った対応セル位置の記憶領域に順次記憶される。
【００４７】
ここで、一部のアンテナ素子出力はリファレンス信号推定部２４に送られ、受信信号の振幅・位相の基準として用いられる。励振部２６は、リファレンス信号推定部２４及びリファレンス信号生成部２５を定期的に励振させて、所定距離相当のレンジセルそれぞれのウェイト算出のためのリファレンス信号を推定し生成する。
【００４８】
また、上記データ蓄積部２３の蓄積データは、時空間適応信号処理部２７に送られる。この時空間適応信号処理部２７は、ウェイト算出回路２７１において、目標信号を含むと想定されるレンジセルを除いたレンジセル、すなわち不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算する。最終的に、ビーム合成回路２７２において、その共分散行列に基づき算出された適応ウェイトによりアンテナ受信信号にウェイト制御を施して出力データとする。
【００４９】
上記構成の時空間適応信号処理方式におけるウェイト制御では、適応ウェイトを算出するために、ウェイト算出回路２７１において、レンジセル毎のウェイト演算が行われる。このウェイト算出回路２７１に先に述べたウェイト算出方法、すなわちウェイト算出を受信信号Ｍパルスに対してドップラーフィルタ後のｍバンク選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して算出した共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、該当する複数のバンク部分を抽出して複数のウェイトを算出することで、目標のドップラー周波数に対して良好なＳＩＮＲ特性を得ることができる。
【００５０】
ここで、図１０に本実施形態を適用した処理フローを示す。ウェイト算出に用いる複数のバンク数を、目標ドップラー周波数から決定（Ｓ１）、または、演算時間と信号処理利得の関係から上限と下限を事前に決定し（Ｓ２）、どちらを適用するかを事前に選択する（Ｓ３）。次いで、ウェイト算出アルゴリズムを事前に選択しておき（Ｓ４）、ウェイト算出後にビーム合成回路２７２にてビーム合成を行い、出力データを得る。
【００５１】
なお、演算時間と信号処理利得の関係から、上限と下限を事前に決定する方式は、出力データに対する目標検出結果が得られない場合、演算時間の上限までウェイト算出に用いるバンク数を変更し（Ｓ５）、再度ウェイト算出、ビーム合成を行い、出力データを得る。加えて、ウェイト算出に用いるリファレンス信号は、事前にリファレンス信号生成部２５でリファレンス信号を決定するか、または、リファレンス信号推定部２４で受信信号から目標反射信号に対応するリファレンス信号を推定するかを事前に選択し、アルゴリズム選択（Ｓ４）の基準とする。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、ウェイト制御による時空間適応信号処理方式において、不要波方向を零にするためのウェイト算出にPost-Doppler処理を適用して算出した共分散行列に対し、目標ドップラー周波数、または、演算時間と信号処理利得の関係から、該当する複数のバンク部分を抽出して複数のウェイトを算出するようにしているので、目標のドップラー周波数に対して良好なＳＩＮＲ特性を得ることができる。
【００５３】
尚、上記実施形態は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でもよい。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。さらに、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】
【００５４】
１１…ＣＰＵ、１２…バス、１３…プログラム記憶用ＲＯＭ、１４…データ入出力インターフェース、１５…データ一時格納用ＲＡＭ、２１…アダプティブアレーアンテナ、２２…受信部、２３…データ蓄積部、２４…リファレンス信号推定部、２５…リファレンス信号生成部、２６…励振部、２７…時空間適応信号処理部、２７１…ウェイト算出回路、２７２…ビーム合成回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する方法であって、
前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、
算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数から前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするウェイト算出方法。
【請求項２】
アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する方法であって、
前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、
算出された共分散行列に対し、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするウェイト算出方法。
【請求項３】
前記複数のウェイトの算出に、それぞれ異なるアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のウェイト算出方法。
【請求項４】
前記複数のウェイトの算出に、前記目標反射信号に対応したリファレンス信号または推定リファレンス信号を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のウェイト算出方法。
【請求項５】
アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段とを具備し、
前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数から前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするウェイト算出装置。
【請求項６】
アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段とを具備し、
前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするウェイト算出装置。
【請求項７】
前記複数のウェイトの算出に、それぞれ異なるアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項５または６に記載のウェイト算出装置。
【請求項８】
前記複数のウェイトの算出に、前記目標反射信号に対応したリファレンス信号または推定リファレンス信号を用いることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のウェイト算出装置。
【請求項９】
複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナであって、
前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段と、
前記算出されたウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するビーム形成手段とを具備し、
前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数から前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするアダプティブアレーアンテナ。
【請求項１０】
複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナであって、
前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段と、
前記算出されたウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するビーム形成手段とを具備し、
前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするアダプティブアレーアンテナ。
【請求項１１】
前記複数のウェイトの算出に、それぞれ異なるアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項９または１０に記載のアダプティブアレーアンテナ。
【請求項１２】
前記複数のウェイトの算出に、前記目標反射信号に対応したリファレンス信号または推定リファレンス信号を用いることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載のアダプティブアレーアンテナ。
【請求項１３】
複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信し、与えられた適応ウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するアダプティブアレーアンテナと、
前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出するウェイト算出装置と、
前記アダプティブアレーアンテナでウェイト制御が施された目標反射信号から目標を検出する信号処理装置とを具備し、
前記ウェイト算出装置は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数から前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項１４】
複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信し、与えられた適応ウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するアダプティブアレーアンテナと、
前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出するウェイト算出装置と、
前記アダプティブアレーアンテナでウェイト制御が施された目標反射信号から目標を検出する信号処理装置とを具備し、
前記ウェイト算出装置は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項１５】
前記信号処理装置は、目標の形状を検出することを特徴とする請求項１３または１４に記載のレーダ装置。
【請求項１６】
前記ウェイト算出装置は、前記複数のウェイトの算出に、それぞれ異なるアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１７】
前記ウェイト算出装置は、前記複数のウェイトの算出に、前記目標反射信号に対応したリファレンス信号または推定リファレンス信号を用いることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１】
アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する方法であって、
前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、
算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数から前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするウェイト算出方法。
【請求項２】
アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する方法であって、
前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、
算出された共分散行列に対し、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするウェイト算出方法。
【請求項３】
前記複数のウェイトの算出に、それぞれ異なるアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のウェイト算出方法。
【請求項４】
前記複数のウェイトの算出に、前記目標反射信号に対応したリファレンス信号または推定リファレンス信号を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のウェイト算出方法。
【請求項５】
アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段とを具備し、
前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数から前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするウェイト算出装置。
【請求項６】
アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段とを具備し、
前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするウェイト算出装置。
【請求項７】
前記複数のウェイトの算出に、それぞれ異なるアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項５または６に記載のウェイト算出装置。
【請求項８】
前記複数のウェイトの算出に、前記目標反射信号に対応したリファレンス信号または推定リファレンス信号を用いることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のウェイト算出装置。
【請求項９】
複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナであって、
前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段と、
前記算出されたウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するビーム形成手段とを具備し、
前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数から前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするアダプティブアレーアンテナ。
【請求項１０】
複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナであって、
前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出する算出手段と、
前記算出されたウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するビーム形成手段とを具備し、
前記算出手段は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするアダプティブアレーアンテナ。
【請求項１１】
前記複数のウェイトの算出に、それぞれ異なるアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項９または１０に記載のアダプティブアレーアンテナ。
【請求項１２】
前記複数のウェイトの算出に、前記目標反射信号に対応したリファレンス信号または推定リファレンス信号を用いることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載のアダプティブアレーアンテナ。
【請求項１３】
複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信し、与えられた適応ウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するアダプティブアレーアンテナと、
前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出するウェイト算出装置と、
前記アダプティブアレーアンテナでウェイト制御が施された目標反射信号から目標を検出する信号処理装置とを具備し、
前記ウェイト算出装置は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、目標ドップラー周波数から前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項１４】
複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信し、与えられた適応ウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するアダプティブアレーアンテナと、
前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを算出するウェイト算出装置と、
前記アダプティブアレーアンテナでウェイト制御が施された目標反射信号から目標を検出する信号処理装置とを具備し、
前記ウェイト算出装置は、前記受信信号の規定個数のパルスに対してドップラーフィルタ処理を行った後の複数のバンクを選択する処理（Post-Doppler処理）を適用して共分散行列を算出し、算出された共分散行列に対し、演算時間と信号処理利得の関係から、前記選択された複数のバンクのうち該当する複数のバンク部分を抽出して前記位相及び振幅に対する複数のウェイトを算出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項１５】
前記信号処理装置は、目標の形状を検出することを特徴とする請求項１３または１４に記載のレーダ装置。
【請求項１６】
前記ウェイト算出装置は、前記複数のウェイトの算出に、それぞれ異なるアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１７】
前記ウェイト算出装置は、前記複数のウェイトの算出に、前記目標反射信号に対応したリファレンス信号または推定リファレンス信号を用いることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載のレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２２０２７４（Ｐ２０１２−２２０２７４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４５２８（Ｐ２０１１−８４５２８）
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]