パッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法
【課題】長時間積分時にも評価関数Ｐの先鋭度が劣化せず、低Ｓ／Ｎ環境下やステルス目標など低ＲＣＳの移動目標に対しても、検出・標定精度を高める。
【解決手段】散乱波を受信して時系列データを生成する第１の受信系と、直接波を受信して時系列データを生成する第２の受信系と、両時系列データに基づく相互相関を演算し、移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定する相互相関演算手段（１６）と、観測情報と測角値情報とを用いて、移動目標の位置を得る目標標定手段（１７）とを備えるパッシブレーダ装置（１０）を異なる位置に複数台配置し、各パッシブレーダ装置は、相互の観測情報を送受信する通信手段（１８）と、すべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定する瞬時速度ベクトル推定手段（１９）とをさらに備える。
【解決手段】散乱波を受信して時系列データを生成する第１の受信系と、直接波を受信して時系列データを生成する第２の受信系と、両時系列データに基づく相互相関を演算し、移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定する相互相関演算手段（１６）と、観測情報と測角値情報とを用いて、移動目標の位置を得る目標標定手段（１７）とを備えるパッシブレーダ装置（１０）を異なる位置に複数台配置し、各パッシブレーダ装置は、相互の観測情報を送受信する通信手段（１８）と、すべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定する瞬時速度ベクトル推定手段（１９）とをさらに備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自らは電波を送信せず、自己の周辺に既に存在する電波（既存の電波）が移動目標に当たることで生成される散乱波を受信し、一方で、既に存在する電波の電波源から直接到来する直接波を受信し、散乱波と直接波の到来時間差、およびドップラ周波数差、さらに自己のアレーアンテナによる測角値を元に、移動目標の位置を標定するパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来のパッシブレーダ装置の内部構成図である（例えば、特許文献１参照）。図１０における従来のパッシブレーダ装置１００は、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄ、第２のアンテナ１１ｅ、第１の受信機１３ａ〜１３ｄ、第２の受信機１３ｅ、第１のＡ／Ｄ変換器１４ａ〜１４ｄ、第２のＡ／Ｄ変換器１４ｅ、第１の記憶部１５ａ、第２の記憶部１５ｂ、相互相関演算手段１６、および目標標定手段１７を備えている。また、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄにより、アレーアンテナ１２が構成されている。
【０００３】
パッシブレーダ装置１００は、散乱波１と直接波２を受信する。そして、散乱波１は、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄを有するアレーアンテナ１２を介して第１の受信機１３ａ〜１３ｄで受信され、第１のＡ／Ｄ変換器１４ａ〜１４ｄによりＡ／Ｄ変換され、アレーアンテナ１２に含まれる第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄの番号（素子番号）に対応付けられて第１の記憶部１５ａに記憶される。
【０００４】
一方、直接波２は、第２のアンテナ１１ｅを介して第２の受信機１３ｅで受信され、第２のＡ／Ｄ変換器１４ｅによりＡ／Ｄ変換され、第２の記憶部１５ｂに記憶される。ここで、第２のアンテナ１１ｅ、第２の受信機１３ｅ、第２のＡ／Ｄ変換器１４ｅは、それぞれ、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄ、第１の受信機１３ａ〜１３ｄ、第１のＡ／Ｄ変換器１４ａ〜１４ｄと同一機能を有するものである。
【０００５】
次に、従来のパッシブレーダ装置の一般的な目標標定原理について説明する。
散乱波１は、電波源が送出した電波が目標に当たることで、パッシブレーダ装置１００に到来する。従って、電波源から直接パッシブレーダ装置１００に到来する直接波よりも、同じ波形諸元を持っているが、到来時間が遅れている。
【０００６】
また、目標が移動している場合には、移動目標に当たった電波は、目標の移動速度に応じて周波数がシフトする。これをドップラ周波数差と呼ぶ。パッシブレーダ装置１００内の相互相関演算手段１６は、記憶部１５ａに記憶された散乱波１の時系列データと、記憶部１５ｂに記憶された直接波２の時系列データを用いて、次式（１）の評価関数に関する演算を行う。
【０００７】
【数１】
【０００８】
ここで、上式（１）内の各記号は、以下のものを意味する。
ｓ（ｔ）：散乱波受信信号
ｄ（ｔ）：直接波受信信号
ｔ：Ａ／Ｄ変換器のサンプル番号
Ｔ：１回の観測フレームに用いるデータサンプル数
Ｐ：評価関数
τ：散乱波受信信号ｓ（ｔ）と直接波受信信号ｄ（ｔ）との到来時間差
Δｆ：散乱波受信信号ｓ（ｔ）と直接波受信信号ｄ(ｔ)のドップラ周波数差
【０００９】
このように、到来時間差をτとすると、ｓ（ｔ）×ｄ（ｔ−τ）で、評価関数は最大値をとる。同時に、散乱波１のドップラ周波数差を補正するために、上式（１）では、ｅｘｐ（−ｊ２πΔｆｔ）により補正をかけている。なお、この場合の観測時間ｔ＝１〜Ｔの間、移動目標は、ある定点に留まっているという仮定をおいている。
【００１０】
図１１は、従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段１６における評価関数の捜索範囲を示した説明図である。相互相関演算手段１６は、上式（１）の評価関数に関し、想定される到来時間差τの範囲、ドップラ周波数差Δｆの範囲で走査するため、図１１に示すように、２次元の全面捜索が必要となる。この結果、多大な演算量を処理しなければならない。
【００１１】
図１２は、従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段１６における評価関数の演算結果の一例を３次元グラフとして示した説明図である。図１２に示すように、まずは、ドップラ周波数差＝０の反応が多く見られる。これは、山や人工建造物などの固定物による反射によるものであり、移動目標を標定対象とするレーダ装置から見ると障害物（固定クラッタ）に相当する。
【００１２】
注目すべきは、図１２中の点線の楕円で囲んだ部分に、ドップラ周波数差＝０でないピークが見られる点である。これは、標定対象としている移動目標による反応であり、このピーク位置から、移動目標に対する到来時間差τ１、およびドップラ周波数差Δｆ１を得ることができる。
【００１３】
次に、目標標定手段１７の動作について説明する。図１３は、従来のパッシブレーダシステムの運用イメージ図であり、具体的には、１台のパッシブレーダ装置１００内の目標標定手段１７による移動目標３０の標定方法を図解したものである。目標標定手段１７は、相互相関演算手段１６で得られた到来時間差τ１から目標の存在する候補を生成する。
【００１４】
ここで、説明を簡略化するために、この問題を２次元平面で考えることとする。一般に、電波源２０とパッシブレーダ装置１００の位置が既知であるため、到来時間差がτ１となる候補は、電波源２０とパッシブレーダ装置１００の位置を焦点とする楕円上に限定される。この楕円を等距離楕円という。
【００１５】
そして、最終的に、パッシブレーダ装置１００に備わるアレーアンテナ１２による測角値から、散乱波１の到来方向を求めることで、等距離楕円と到来方向との交点が移動目標３０の推定位置として特定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−１３４２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のパッシブレーダ装置では、相互相関演算手段１６が出力するドップラ周波数差Δｆ１の情報は、先の図１２において、移動目標を固定クラッタから分離するためだけに使用されている。そして、移動目標の速度諸元（移動速度、方向など）は、複数観測フレームにおける位置の変化率（特許文献１の表３における速度の計算式に該当）からしか求めていない。したがって、従来技術で求めていた移動目標の速度諸元は、複数フレームにおける位置から導出した平均移動ベクトルであり、瞬時速度ベクトルを求めることはできない。
【００１８】
一般に、パッシブレーダ装置が運用される際の電波源は、ＦＭ放送波、アナログテレビジョン放送波、デジタルテレビジョン放送波、携帯電話基地局電波など、全周のユーザ（視聴者）に対して公平に電波が到達するように、電波源の送信アンテナは、無指向性であることがほとんどである。この場合、送信電力がある値に規定されているため、そのエネルギーが全周に分散する。
【００１９】
従って、ある特定の方向や領域に対して、自己に備わるアンテナの特性を変化させることで、送信エネルギーを集中して送信可能なレーダ装置（狭義には、モノスタティックレーダ装置と呼ぶ）のような、電力集中作用（送信アンテナ指向性利得）を得ることができない。
【００２０】
このため、パッシブレーダ装置では、自己が送信エネルギーを集中して送信可能なレーダ装置に比較して、ある特定の方向や領域に存在する移動目標からの反射電力が極めて低く、長時間の観測データを用いて積分利得を稼ぐ方法が不可欠である。
【００２１】
一方、長時間の観測データを得て、効率的な積分利得を得るためには、移動目標の瞬時速度ベクトル（その瞬間の移動速度と方向）を推定する必要がある。なぜならば、移動目標は、１回の観測フレームデータｔ＝１〜Ｔではある定点に留まっているという仮定をおいていても、これを複数の観測フレーム（すなわち、長時間観測）で行えば、この仮定が成立しなくなるためである。
【００２２】
つまり、最初の観測フレームから最後の観測フレームにかけて、移動目標の位置は、変化している。例えば、３００ｍ／ｓｅｃの速度で移動している民間航空機の場合、１ｍｓｅｃの観測フレームに対しての位置の変化は、０．３ｍである。
【００２３】
しかしながら、この観測フレームを１０００回繰返し、全体で１秒間観測したことと等価とした場合には、観測の最初と最後での移動目標の位置変化は、３００ｍに増大してしまう。パッシブレーダ装置１００内のＡ／Ｄ変換器１４の変換速度が１００ＭＨｚとすると、１レンジビンは、１／（１００×１０６）×光速≒３ｍである。このことから、１ｍｓｅｃの単一観測フレームでは、１つのレンジ内に収まるが、１秒の全体観測では、実に約１００レンジビン移動することになる。これをレンジウォークと呼ぶ。
【００２４】
次に、レンジウォークが存在するとなぜ不都合なのかを説明する。
１秒間の観測時系列データを用いて、上式（１）から評価関数Ｐを求めるとする。このとき、移動目標は、同じ位置に存在し続けているわけではないので、散乱波ｓ（ｔ）の到来時間差τ１は、刻々と変化している。
【００２５】
それに対し、直接波ｄ（ｔ−τ）をかけて得られる評価関数Ｐの値は、観測開始時のτ１（１）から終了時のτ１（Ｔ）まで分散してしまい、ｔ＝１〜Ｔの積分効果が弱まることになる。この結果、先の図１２ではピークとして得られた移動目標の反応が、低いピーク、もしくはなだらかな丘状になってしまう。
【００２６】
このことは、観測した環境のＳ／Ｎ比や移動目標の散乱断面積（ＲＣＳ：Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ）によっては、図１２のフロアノイズに埋もれてしまう可能性があり、移動目標の検出ができなくなってしまうという問題を意味している。
【００２７】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、長時間積分時にも評価関数Ｐの先鋭度が劣化せず、低Ｓ／Ｎ環境下やステルス目標など低ＲＣＳの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ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】
【００２８】
本発明に係るパッシブレーダシステムは、自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波を受信する第１のアンテナと、複数の第１のアンテナから構成されるアレーアンテナと、アレーアンテナの各素子に対して個別に備わり、アレーアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す複数の第１の受信機と、複数の第１の受信機の出力信号のそれぞれをデジタルデータに変換する複数の第１のＡ／Ｄ変換器と、複数の第１のＡ／Ｄ変換器が出力する時系列データがアレーアンテナの素子番号と対応付けられて記憶される第１の記憶部と、既存の電波を送出する電波源からの直接波を受信する第２のアンテナと、第２のアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す第２の受信機と、第２の受信機の出力信号をデジタルデータに変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、第２のＡ／Ｄ変換器が出力する時系列データが記憶される第２の記憶部と、第１の記憶部から読み出した素子数分の時系列データに、第２の記憶部から読み出した同時刻の時系列データを、時間と周波数の２変数として想定される範囲内を全面捜索して相互相関を演算し、移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定する相互相関演算手段と、相互相関演算手段が出力する観測情報と、アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を得る目標標定手段とを備えるパッシブレーダ装置を異なる位置に複数台配置してなるパッシブレーダシステムであって、複数台のパッシブレーダ装置のそれぞれは、自己の相互相関演算手段で特定した観測情報を他のパッシブレーダ装置に送信するとともに、他のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段で特定された観測情報を受信する通信手段と、すべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定する瞬時速度ベクトル推定手段とをさらに備えるものである。
【００２９】
また、本発明に係るパッシブレーダ方法は、自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波をアレーアンテナを介して受信し、既存の電波を送出する電波源からの直接波をアンテナを介して受信し、散乱波と直接波とに基づいて相互相関演算処理を行うことで移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定し、特定した観測情報と、アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を算出するパッシブレーダ装置を複数台用いたパッシブレーダ方法であって、他のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を、通信手段を介して取得するステップと、自己のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を含むすべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定するステップとを備えるものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法によれば、２台以上の複数のパッシブレーダ装置による観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定しながら積分を行うことで、長時間積分時にも評価関数Ｐの先鋭度が劣化せず、低Ｓ／Ｎ環境下やステルス目標など低ＲＣＳの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１のパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。
【図２】本発明の実施の形態１のパッシブレーダ装置の内部構成を示す図である。
【図３】移動目標の瞬時速度ベクトルｖのベクトルＢへの射影を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態１のパッシブレーダシステムにおけるそれぞれの構成要素の配置、角度を定義する図である。
【図５】本発明の実施の形態２のパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。
【図６】本発明の実施の形態３のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態３のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善を、複数の観測フレームに対して行うことを説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態４のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段の実行内容を図１１と対比させて説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態５のパッシブレーダ装置の内部構成を示す図である。
【図１０】従来のパッシブレーダ装置の内部構成を示す図である。
【図１１】従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段の実行内容をイメージ化した図である。
【図１２】従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段による演算結果出力例である。
【図１３】従来のパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明のパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００３３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。図１に示すパッシブレーダシステムでは、２台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、電波送信源２０、および移動目標３０を備えて構成された場合を例示している。従来のパッシブレーダシステムを示した図１３の構成と比較すると、本実施の形態１のパッシブレーダシステムを示した図１の構成は、２台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂを備えている点が異なっており、この構成により、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを求めることができる点を技術的特徴としている。
【００３４】
１台目のパッシブレーダ装置１０ａは、電波送信源２０から送信された電波３が移動目標３０により散乱して到来する散乱波１ａと、電波送信源２０から直接到来する直接波２ａとを受信する。一方、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂは、電波送信源２０から送信された電波３が移動目標３０により散乱して到来する散乱波１ｂと、電波送信源２０から直接到来する直接波２ｂとを受信する。
【００３５】
１台目のパッシブレーダ装置１０ａ内の相互相関演算手段１６ａは、従来技術で説明したように、散乱波１ａと直接波２ａの到来時間差τ１から得られる等距離楕円４０ａを算出する。同様に、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ内の相互相関演算手段１６ｂも、散乱波１ｂと直接波２ｂの到来時間差τ２から得られる等距離楕円４０ｂを算出する。
【００３６】
図２は、本発明の実施の形態１におけるパッシブレーダ装置の内部構成図であり、図１に示した１台目のパッシブレーダ装置１０ａおよび２台目のパッシブレーダ装置１０ｂに共通の構成を示している。
【００３７】
図２における本実施の形態１のパッシブレーダ装置１０は、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄ、第２のアンテナ１１ｅ、第１の受信機１３ａ〜１３ｄ、第２の受信機１３ｅ、第１のＡ／Ｄ変換器１４ａ〜１４ｄ、第２のＡ／Ｄ変換器１４ｅ、第１の記憶部１５ａ、第２の記憶部１５ｂ、相互相関演算手段１６、目標標定手段１７、通信手段１８、および瞬時速度ベクトル推定手段１９を備えている。また、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄにより、アレーアンテナ１２が構成されている。
【００３８】
従来のパッシブレーダ装置を示した図１０の構成と比較すると、本実施の形態１のパッシブレーダ装置を示した図２の構成は、通信手段１８および瞬時速度ベクトル推定手段１９をさらに備えている点が異なっている。そして、この構成により、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを求めることができる点を技術的特徴としている。そこで、このような異なる構成を中心に、以下に説明する。
【００３９】
通信手段１８は、１台目のパッシブレーダ装置１０ａおよび２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ間で互いの観測情報４を通信する手段である。ここで、１台目のパッシブレーダ装置１０ａ内の通信手段１８ａと、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ内の通信手段１８ｂとの間でやり取りされる観測情報４とは、双方のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ内の相互相関演算手段１６ａ、１６ｂで検出された到来時間差τｍ、およびドップラ周波数差Δｆｍの情報（ｍはパッシブレーダ装置の個体番号を表し、ここではｍ＝１、２）に相当する。
【００４０】
また、瞬時速度ベクトル推定手段１９は、双方のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂでやりとりした観測情報である到来時間差τｍ、およびドップラ周波数差Δｆｍを用いて、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを推定する。
【００４１】
次に、瞬時速度ベクトルの推定動作について、詳細に説明する。
従来のパッシブレーダ装置１００が移動目標３０の位置を標定する原理は、すでに背景技術で述べたとおりである。しかしながら、従来技術では、パッシブレーダ装置１００の相互相関演算手段１６で検出された移動目標３０に対する到来時間差τ１とドップラ周波数差Δｆ１のうち、到来時間差τ１については等距離楕円４０を生成するために使用される。
【００４２】
その一方で、ドップラ周波数差Δｆ１については、評価関数Ｐの演算結果を表す先の図１２において、固定クラッタから０以外のドップラ周波数差を持つ移動目標３０を分離するためにしか使用されていない。そして、移動目標３０の速度諸元に関しては、複数観測フレーム間の位置変化率から求めた平均移動ベクトルのみしか得られなかった。これに対して、本発明では、到来時間差τとドップラ周波数差Δｆの両方を活用して、瞬時速度ベクトルを求めている。
【００４３】
図３は、移動目標の瞬時速度ベクトルｖのベクトルＢへの射影に関する説明図である。図３に示すように、パッシブレーダ装置１０、電波送信源２０、および移動目標３０の位置が分かれば、パッシブレーダ装置１０内の相互相関演算手段１６で検出されるドップラ周波数差Δｆ１は、それぞれの位置関係を用いて、下式（２）で表すことができる。
【００４４】
【数２】
【００４５】
ここで、上式（２）内の各記号は、以下のものを意味する。
ｖｘ、ｖｙ：移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖのＸ軸、Ｙ軸要素
λ：電波送信源２０の送信波長
β１：移動目標３０、電波送信源２０、パッシブレーダ装置１０で形成される三角形の、移動目標３０に対する頂点の角度
φ１：ベクトルＢとＸ軸のなす角度
また、ベクトルＢは、一般に、Ｂｉｓｔａｔｉｃ Ｂｉｓｅｃｔｏｒと呼ばれる。
【００４６】
図３の右側には、位置関係、角度関係が分かりやすいように、デフォルメされたベクトル図が記載されている。１台目のパッシブレーダ装置１０ａで観測されるドップラ周波数差Δｆ１は、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖの各要素ｖｘ、ｖｙの、ベクトルＢへの射影（ベクトルｖとベクトルＢの内積）として得られる。
【００４７】
今、ここで必要なのは、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを求めることである。上式（２）において、λは既知である。また、相互相関演算手段１６で検出された到来時間差τ１による等距離楕円４０と、アレーアンテナ１２の測角値から、移動目標３０の位置も分かる。従って、電波送信源２０とパッシブレーダ装置１０の位置を事前に測っておけば、β１は、計算により求められることとなる。
【００４８】
β１が得られれば、Ｘ軸とのなす角φ１も求まる。さらに、ドップラ周波数差Δｆ１も、相互相関演算手段１６から得られている。そうすると、未知変数は、瞬時速度ベクトルｖの要素ｖｘ、ｖｙの２つである。２つの未知変数に対して、上式（２）の方程式１つのみでは、解くことができない。
【００４９】
そこで、本発明のパッシブレーダシステムは、先の図１に示したように、２台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂを使用して、観測情報量を増やすことで、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを推定しながら積分を行うことを可能にしている。
【００５０】
図４は、本発明の実施の形態１のパッシブレーダシステムにおけるそれぞれの構成要素の配置、角度を定義する図である。より具体的には、１台目のパッシブレーダ装置１０ａと２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ、および電波送信源２０、移動目標３０のそれぞれの位置関係、角度関係を示した図である。
【００５１】
まず、１台目のパッシブレーダ装置１０ａで、上式（２）の観測方程式を得る。同様に、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂでも、図４の関係から、下式（３）の観測方程式を得る。
【００５２】
【数３】
【００５３】
なお、上式（３）においても、λは既知である。また、相互相関演算手段１６ｂで検出された到来時間差τ２による等距離楕円４０ｂと、アレーアンテナ１２ｂの測角値から、移動目標３０の位置も分かる。従って、電波送信源２０とパッシブレーダ装置１０ｂの位置を事前に測っておけば、β２は、計算により求められることとなる。
【００５４】
β２が得られれば、Ｘ軸とのなす角φ２も求まる。さらに、ドップラ周波数差Δｆ２も、相互相関演算手段１６ｂから得られている。この結果、未知変数ｖｘ、ｖｙの２つに対し、方程式の数は、上式（２）と上式（３）の２つであるため、変数を一意に解くことができる。このようにして、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを得ることができる。
【００５５】
ただし、上式（２）（３）の２つの方程式を連立させるには、双方のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂの間で、相互相関演算手段１６ａ、１６ｂが検出した到来時間差τｍおよびドップラ周波数差Δｆｍの情報を共有しなければならない（ｍはパッシブレーダ装置の個体番号で、ここではｍ＝１、２）。そのために、本発明の２台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂは、先の図２に示したように、観測情報４を相互にやりとりするための通信手段１８を備えている。
【００５６】
以上のように、実施の形態１によれば、２台のパッシブレーダ装置による観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定することができる。この結果、長時間積分時にも評価関数Ｐの先鋭度が劣化せず、低Ｓ／Ｎ環境下やステルス目標など低ＲＣＳの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。
【００５７】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態１におけるパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。図５に示すパッシブレーダシステムでは、３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、電波送信源２０、および移動目標３０を備えて構成された場合を例示している。先の実施の形態１のパッシブレーダシステムを示した図１の構成と比較すると、本実施の形態２のパッシブレーダシステムを示した図５の構成は、３台目のパッシブレーダ装置１０ｃをさらに備えている点が異なっており、瞬時速度ベクトルの推定精度の向上を図っている。
【００５８】
本実施の形態２における３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、全て同一の構成をしており、その内部構成は、先の実施の形態１における図２と同じである。なお、先の実施の形態１では、説明を簡略化するため、移動目標３０、電波送信源２０、パッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂは、すべて同一平面上にあると仮定した。しかしながら、実際には、移動目標３０は、陸地に設置される電波送信源２０とパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂとは通常異なり、ある特定の高度を飛行している。
【００５９】
そこで、本実施の形態２は、３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えることで、先の実施の形態１をより現実的な３次元問題に拡張することができ、以下に詳細に説明する。
【００６０】
まず、１台目のパッシブレーダ装置１０ａ内の相互相関演算手段１６ａで検出される移動目標３０のドップラ周波数差Δｆ１は、２次元問題に特化した上式（２）から、下式（４）のように変化する。
【００６１】
【数４】
【００６２】
ここで、ψ１は仰角である。なお、相互相関演算手段１６ａで出力される到来時間差τ１に基づき生成される等距離楕円４０ａは、３次元問題で考えると、立体的な楕円面になる。これに対しては、アレーアンテナ１２ａを平面アレーにするなどして水平角と仰角の両方を測角可能にしておくことで、３次元曲面上でも移動目標３０の位置を特定することが可能となる。
【００６３】
同様に、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ、３台目のパッシブレーダ装置１０ｃにおいても、下式（５）、（６）の観測方程式が得られる。
【００６４】
【数５】
【００６５】
上式（４）〜（６）において、λは既知である。また、先の実施の形態１と同様の方法で、φｍ、βｍ、ψｍは求めることができる（ｍはパッシブレーダ装置の個体番号を表し、ここではｍ＝１、２、３）。よって、未知変数は、瞬時速度ベクトルｖの要素ｖｘ、ｖｙ、ｖｚの３つである。
【００６６】
３つの未知変数に対して、方程式の数は、上式（４）〜（６）の３であるため、変数を一意に解くことが可能である。したがって、３次元に拡張した場合でも、３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備え、相互に観測情報をやりとりすることで、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを推定することができる。
【００６７】
以上のように、実施の形態２によれば、３台のパッシブレーダ装置による観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定することができる。この結果、３次元に拡張した場合においても、長時間積分時にも評価関数Ｐの先鋭度が劣化せず、低Ｓ／Ｎ環境下やステルス目標など低ＲＣＳの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。
【００６８】
実施の形態３．
本実施の形態３では、第Ｎ観測フレームの観測情報に基づいて、第（Ｎ＋１）観測フレームの観測情報を推定し、情報量を増やすことで、移動目標の検出・標定精度を高める方法について説明する。なお、本実施の形態３におけるパッシブレーダシステムの構成は、先の実施の形態２における図５の構成と同一である。
【００６９】
次に、本実施の形態３におけるパッシブレーダシステムの一連動作について、フローチャートを用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態３のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善に関する説明図である。
【００７０】
先の実施の形態２で説明したように、３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおける第Ｎ観測フレームの観測情報である到来時間差τｍ（Ｎ）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ）を用いて、移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）と、瞬時速度ベクトルｖ（Ｎ）を推定することができる（ステップＳ６０１）。
【００７１】
したがって、ｐ（Ｎ）とｖ（Ｎ）を用いて、次の観測フレーム（現観測フレームから次の観測フレームまでのタイムラグは既知であるとする）における移動目標３０の位置ｐ（Ｎ＋１）を推定することができる。さらに、電波送信源２０、および３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃの位置が既知であり、次フレームにおける移動目標３０の位置ｐ（Ｎ＋１）が推定できれば、幾何学的計算により第（Ｎ＋１）観測フレームにおける到来時間差τｍ（Ｎ＋１）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ＋１）を推定することができる（ステップＳ６０２）。
【００７２】
ただし、このタイムラグは、非常に長いものではなく、かつ、タイムラグ中に移動目標３０の瞬時速度ベクトルが急変することはないと仮定する。実際、タイムラグが１ｍｓｅｃ程度以内であれば、民間航空機や戦闘機クラスの航空機でも、かなりの急旋回や上昇下降を行わない限り、この仮定は成立する。
【００７３】
受信環境によって散乱波のＳ／Ｎ比が劣化する、あるいはステルス性能を持つ低ＲＣＳ目標の検出・標定に対しては、長時間積分により積分利得を稼ぐことが不可欠であることを前述した。ここでは、第Ｎ観測フレームと第（Ｎ＋１）観測フレームの２つの観測フレームを用いることで、移動目標３０に対する評価関数Ｐのピークの先鋭度を２倍にすることを目的とする。
【００７４】
予測した位置ｐ（Ｎ＋１）が数レンジビンに及ぶものだとすると、第（Ｎ＋１）観測フレームで検出される到来時間差τｍ（Ｎ＋１）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ＋１）は、第Ｎ観測フレームで検出される到来時間差τｍ（Ｎ）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ）と異なる。この結果、ピークが２つに割れてしまい、先鋭度が劣化することとなる。
【００７５】
そこで、予測した位置ｐ（Ｎ＋１）を用いて、先のステップＳ６０２で推定した第（Ｎ＋１）観測フレームに対する到来時間差τｍ（Ｎ＋１）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ＋１）を、第Ｎ観測フレームに対する到来時間差τｍ（Ｎ）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ）に一致させる補正を行う。これは、つまり、移動目標３０の位置の変位（レンジウォーク）を相殺することを意味する。具体的には、上式（１）の演算で、下式（７）のような操作を行う（ステップＳ６０３）。
【００７６】
【数６】
【００７７】
ここで、上式（７）内の各記号は、以下のものを意味する。
ＰＮ＋１：第（Ｎ＋１）観測フレームの評価関数
【００７８】
このように、第（Ｎ＋１）観測フレームに対する相互相関演算を補正し、第Ｎ観測フレームと第（Ｎ＋１）観測フレームのデータを連続データとして用いることで、移動目標のレンジウォークを補正した積分が可能となる（ステップＳ６０４）。この結果、積分利得を２倍とし、評価関数Ｐの先鋭度を２倍に高めることができ、移動目標３０の検出確率と測位精度の向上を図ることができる（ステップＳ６０５）。
【００７９】
図７は、本発明の実施の形態３のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善を、複数の観測フレームに対して行った場合の説明図である。この図７は、先の図６による２フレーム間の処理を４フレームに渡って発展させたものである。具体的には、この図７は、第Ｎ観測フレームから第（Ｎ＋３）観測フレームまでのデータを連続データとして扱い、積分利得を４倍にして評価関数の先鋭度を４倍にするためのイメージ図を示している。
【００８０】
実施している操作は、先の図６のフローチャートに記載したものと同じであり、各観測フレーム毎に、到来時間差τｍ（Ｎ）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ）の補正を行いながら、相互相関演算を行うというものである。
【００８１】
以上のように、実施の形態３によれば、複数の観測フレームに渡って移動目標がレンジウォークを行う状況下でも、その観測フレームにおける移動目標の瞬時速度ベクトルｖを用いて補正を行うことで、長時間の観測データによる積分が可能となる。
【００８２】
実施の形態４．
本実施の形態４では、相互相関演算手段１６による演算負荷の低減策について説明する。なお、本実施の形態４におけるシステム全体の構成は、先の実施の形態２における図５の構成と同一である。また、各パッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃの内部構成も先の図２と同じである。
【００８３】
次に、相互相関演算手段１６による演算負荷の低減に関する具体的な方策について説明する。従来のパッシブレーダ装置１００の相互相関演算手段１６では、先の図１１に示したとおり、想定される到来時間差τ、およびドップラ周波数差Δｆの範囲内を２次元全面捜索して、移動目標３０による到来時間差τ１とドップラ周波数差Δｆ１を検出していた。
【００８４】
このような２次元全面捜索は、非常に高い演算負荷を持ち、パッシブレーダ装置１００全体の装置規模の増大、およびリアクションタイム（観測データを得てから答えが出るまでの時間）の低下を招くといった問題があった。
【００８５】
移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを推定可能としても、これらの問題を持ち越したままでは、パッシブレーダシステム全体としてのコストインパクトが大きい。従って、相互相関演算に関する演算負荷を改善し、装置の小型化、低価格化を実現することが重要となる。
【００８６】
本実施の形態４におけるパッシブレーダシステムでは、１台目のパッシブレーダ装置１０ａ単体で、第Ｎ観測フレームに対する移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）が推定可能である。２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ単体、および３台目のパッシブレーダ装置１０ｃ単体でも、移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）が得られる。しかしながら、パッシブレーダ装置１０ｂ、１０ｃで得られる位置ｐ（Ｎ）は、システム構築上のバックアップともいえるし、１台目のパッシブレーダ装置１０ａの位置推定精度を検証するためのものともいえる。しかし、同時に冗長であるともいえる。
【００８７】
そこで、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃの設置位置は、既知であるとすると、１台目のパッシブレーダ装置１０ａが標定した移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）と、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃの相対位置関係は、幾何学的計算により求めることが可能である。
【００８８】
そうすると、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃのそれぞれと移動目標３０との距離も分かる。従って、到来時間差τ２、τ３は、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂの相互相関演算手段１６ｂ、および３台目のパッシブレーダ装置１０ｃの相互相関演算手段１６ｃで捜索しなくても、分かってしまう。
【００８９】
図８は、本発明の実施の形態４の２台目以降のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段１６の実行内容をイメージ化した図であり、従来の図１１と対比される図である。図８に示したように、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ内の相互相関演算手段１６ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃ内の相互相関演算手段１６ｃでは、到来時間差τ、ドップラ周波数差Δｆの２次元全面捜索だった通常の相互相関演算を、時間方向はτ２またはτ３の固定値として、Δｆだけの１次元探索に抑えることができる。
【００９０】
したがって、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃの相互相関演算手段１６ｂ、１６ｃは、演算負荷を低く抑えることができる。この結果、演算装置の小型・軽量化、および演算時間短縮化によるリアクションタイムの向上を実現できる。
【００９１】
以上のように、実施の形態４によれば、複数台のパッシブレーダ装置を用いる場合に、１台目のパッシブレーダ装置以外は、相互相関演算を１次元探索に抑えることで、演算装置の小型・軽量化、および演算時間短縮化によるリアクションタイムの向上を図ったパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。
【００９２】
実施の形態５．
先の実施の形態４では、相互相関演算手段１６の演算負荷の軽減策について説明した。これに対して、本実施の形態５では、３台のパッシブレーダ装置を用いる場合を例に、１台目のパッシブレーダ装置に対して、２台目、３台目のパッシブレーダ装置のハードウェア構成を簡素化することで、装置規模を削減し、小型軽量化・低消費電力化・可搬性向上を図る場合について説明する。
【００９３】
なお、本実施の形態５におけるシステム全体の構成は、先の実施の形態２における図５の構成と同一である。また、１台目のパッシブレーダ装置１０ａの内部構成は、先の図２と同じである。
【００９４】
図９は、本発明の実施の形態５における２台目以降のパッシブレーダ装置の内部構成図である。図９における本実施の形態５の２台目以降のパッシブレーダ装置１０ｂ（１０ｃ）は、第１のアンテナ１１ａ、第２のアンテナ１１ｅ、第１の受信機１３ａ、第２の受信機１３ｅ、第１のＡ／Ｄ変換器１４ａ、第２のＡ／Ｄ変換器１４ｅ、第１の記憶部１５ａ、第２の記憶部１５ｂ、相互相関演算手段１６、目標標定手段１７、通信手段１８、および瞬時速度ベクトル推定手段１９を備えている。
【００９５】
１台目のパッシブレーダ装置１０ａを示した図２の内部構成と比較すると、２台目以降のパッシブレーダ装置１０ｂ、１０ｃを示した図９の内部構成は、第１のアンテナ１１ｂ〜１０ｄ、第１の受信機１３ｂ〜１３ｄ、第１のＡ／Ｄ変換器１４ｂ〜１４ｄを備えておらず、散乱波１に対する受信系が１系統で構成されている点が異なっている。
【００９６】
次に、２台目以降のパッシブレーダ装置１０ｂ、１０ｃの構成の簡素化について、説明する。
本発明のパッシブレーダシステムでは、１台目のパッシブレーダ装置１０ａ単体で第Ｎ観測フレームに対する移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）が推定可能である。２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ単体、３台目のパッシブレーダ装置１０ｃ単体でも移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）が得られる。しかしながら、パッシブレーダ装置１０ｂ、１０ｃで得られる位置ｐ（Ｎ）は、システム構築上のバックアップともいえるし、１台目のパッシブレーダ装置１０ａの位置推定精度を検証するためのものともいえる。しかし、同時に冗長であるともいえる。
【００９７】
つまり、１台目のパッシブレーダ装置１０ａ単体で、立体の等距離楕円面と水平角、仰角の測角値により移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）を推定できるのであれば、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃでは、アレーアンテナ１２による測角機能は、冗長である。
【００９８】
２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ、３台目のパッシブレーダ装置１０ｃの設置目的は、上式（５）、（６）のドップラ周波数差に関する観測方程式を得ることであり、これに特化すれば、測角機能は不要になり、アレーアンテナ１２は、不要である。つまり、第１のアンテナ１１は、１素子（第１のアンテナ１１ａ）のみでよい。これは、第１のアンテナ１１に続く、第１の受信機１３、第１のＡ／Ｄ変換器１４の台数削減、さらに、第１の記憶部１５ａの記憶容量の抑圧効果も同時にもたらす。
【００９９】
以上のように、実施の形態５によれば、複数台のパッシブレーダ装置を用いる場合に、２台目以降のパッシブレーダ装置をドップラ周波数差に関する観測方程式を得ることに特化させることで、構成を簡素化することができる。この結果、移動目標の位置ｐ（Ｎ）、瞬時速度ベクトルｖ（Ｎ）を推定可能としながら、２台目以降のパッシブレーダ装置の装置規模を削減し、小型軽量化・低消費電力化・可搬性向上を図ったパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。
【０１００】
なお、本発明のパッシブレーダシステムが対象とする、自己の周辺に既に存在する電波としては、ＦＭ放送波、アナログテレビジョン放送波、デジタルテレビジョン放送波、携帯電話基地局電波、衛星放送波、ＨＦ（短波）放送波、既知のレーダ装置、およびこれ以外にも利用可能な電波のいずれか、または複数を組み合わせて使用することが可能である。
【０１０１】
ただし、使用する電波の周波数帯に対してアンテナ装置の大きさが変わり、受信機の通過／阻止帯域が変わり、Ａ／Ｄ変換器の変換速度が変わる。これらは、すべてパッシブレーダシステムとして、周囲環境の電波のうちＳ／Ｎ比が高いなどの条件、設置面積、可搬性などの運用面での選定根拠となる。しかし、基本動作原理は、すべて同一であるため、本発明のパッシブレーダシステムは、どの電波に対しても有効に動作する。
【０１０２】
また、本発明のパッシブレーダシステムでは、測角手法について特に言明していないが、モノパルス測角、ＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）、および、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）、最尤法などの超分解能測角法を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ パッシブレーダ装置、１１ アンテナ、１１ａ〜１１ｄ 第１のアンテナ、１１ｅ 第２のアンテナ、１２、１２ａ、１２ｂ アレーアンテナ、１３ 受信機、１３ａ〜１３ｄ 第１の受信機、１３ｅ 第２の受信機、１４ Ａ／Ｄ変換器、１４ａ〜１４ｄ 第１のＡ／Ｄ変換器、１４ｅ 第２のＡ／Ｄ変換器、１５ 記憶部、１５ａ 第１の記憶部、１５ｂ 第２の記憶部、１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 相互相関演算手段、１７ 目標標定手段、１８ 通信装置、１９ 瞬時速度ベクトル推定装置、２０ 電波送信源（電波源）、３０ 移動目標。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自らは電波を送信せず、自己の周辺に既に存在する電波（既存の電波）が移動目標に当たることで生成される散乱波を受信し、一方で、既に存在する電波の電波源から直接到来する直接波を受信し、散乱波と直接波の到来時間差、およびドップラ周波数差、さらに自己のアレーアンテナによる測角値を元に、移動目標の位置を標定するパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来のパッシブレーダ装置の内部構成図である（例えば、特許文献１参照）。図１０における従来のパッシブレーダ装置１００は、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄ、第２のアンテナ１１ｅ、第１の受信機１３ａ〜１３ｄ、第２の受信機１３ｅ、第１のＡ／Ｄ変換器１４ａ〜１４ｄ、第２のＡ／Ｄ変換器１４ｅ、第１の記憶部１５ａ、第２の記憶部１５ｂ、相互相関演算手段１６、および目標標定手段１７を備えている。また、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄにより、アレーアンテナ１２が構成されている。
【０００３】
パッシブレーダ装置１００は、散乱波１と直接波２を受信する。そして、散乱波１は、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄを有するアレーアンテナ１２を介して第１の受信機１３ａ〜１３ｄで受信され、第１のＡ／Ｄ変換器１４ａ〜１４ｄによりＡ／Ｄ変換され、アレーアンテナ１２に含まれる第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄの番号（素子番号）に対応付けられて第１の記憶部１５ａに記憶される。
【０００４】
一方、直接波２は、第２のアンテナ１１ｅを介して第２の受信機１３ｅで受信され、第２のＡ／Ｄ変換器１４ｅによりＡ／Ｄ変換され、第２の記憶部１５ｂに記憶される。ここで、第２のアンテナ１１ｅ、第２の受信機１３ｅ、第２のＡ／Ｄ変換器１４ｅは、それぞれ、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄ、第１の受信機１３ａ〜１３ｄ、第１のＡ／Ｄ変換器１４ａ〜１４ｄと同一機能を有するものである。
【０００５】
次に、従来のパッシブレーダ装置の一般的な目標標定原理について説明する。
散乱波１は、電波源が送出した電波が目標に当たることで、パッシブレーダ装置１００に到来する。従って、電波源から直接パッシブレーダ装置１００に到来する直接波よりも、同じ波形諸元を持っているが、到来時間が遅れている。
【０００６】
また、目標が移動している場合には、移動目標に当たった電波は、目標の移動速度に応じて周波数がシフトする。これをドップラ周波数差と呼ぶ。パッシブレーダ装置１００内の相互相関演算手段１６は、記憶部１５ａに記憶された散乱波１の時系列データと、記憶部１５ｂに記憶された直接波２の時系列データを用いて、次式（１）の評価関数に関する演算を行う。
【０００７】
【数１】
【０００８】
ここで、上式（１）内の各記号は、以下のものを意味する。
ｓ（ｔ）：散乱波受信信号
ｄ（ｔ）：直接波受信信号
ｔ：Ａ／Ｄ変換器のサンプル番号
Ｔ：１回の観測フレームに用いるデータサンプル数
Ｐ：評価関数
τ：散乱波受信信号ｓ（ｔ）と直接波受信信号ｄ（ｔ）との到来時間差
Δｆ：散乱波受信信号ｓ（ｔ）と直接波受信信号ｄ(ｔ)のドップラ周波数差
【０００９】
このように、到来時間差をτとすると、ｓ（ｔ）×ｄ（ｔ−τ）で、評価関数は最大値をとる。同時に、散乱波１のドップラ周波数差を補正するために、上式（１）では、ｅｘｐ（−ｊ２πΔｆｔ）により補正をかけている。なお、この場合の観測時間ｔ＝１〜Ｔの間、移動目標は、ある定点に留まっているという仮定をおいている。
【００１０】
図１１は、従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段１６における評価関数の捜索範囲を示した説明図である。相互相関演算手段１６は、上式（１）の評価関数に関し、想定される到来時間差τの範囲、ドップラ周波数差Δｆの範囲で走査するため、図１１に示すように、２次元の全面捜索が必要となる。この結果、多大な演算量を処理しなければならない。
【００１１】
図１２は、従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段１６における評価関数の演算結果の一例を３次元グラフとして示した説明図である。図１２に示すように、まずは、ドップラ周波数差＝０の反応が多く見られる。これは、山や人工建造物などの固定物による反射によるものであり、移動目標を標定対象とするレーダ装置から見ると障害物（固定クラッタ）に相当する。
【００１２】
注目すべきは、図１２中の点線の楕円で囲んだ部分に、ドップラ周波数差＝０でないピークが見られる点である。これは、標定対象としている移動目標による反応であり、このピーク位置から、移動目標に対する到来時間差τ１、およびドップラ周波数差Δｆ１を得ることができる。
【００１３】
次に、目標標定手段１７の動作について説明する。図１３は、従来のパッシブレーダシステムの運用イメージ図であり、具体的には、１台のパッシブレーダ装置１００内の目標標定手段１７による移動目標３０の標定方法を図解したものである。目標標定手段１７は、相互相関演算手段１６で得られた到来時間差τ１から目標の存在する候補を生成する。
【００１４】
ここで、説明を簡略化するために、この問題を２次元平面で考えることとする。一般に、電波源２０とパッシブレーダ装置１００の位置が既知であるため、到来時間差がτ１となる候補は、電波源２０とパッシブレーダ装置１００の位置を焦点とする楕円上に限定される。この楕円を等距離楕円という。
【００１５】
そして、最終的に、パッシブレーダ装置１００に備わるアレーアンテナ１２による測角値から、散乱波１の到来方向を求めることで、等距離楕円と到来方向との交点が移動目標３０の推定位置として特定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−１３４２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のパッシブレーダ装置では、相互相関演算手段１６が出力するドップラ周波数差Δｆ１の情報は、先の図１２において、移動目標を固定クラッタから分離するためだけに使用されている。そして、移動目標の速度諸元（移動速度、方向など）は、複数観測フレームにおける位置の変化率（特許文献１の表３における速度の計算式に該当）からしか求めていない。したがって、従来技術で求めていた移動目標の速度諸元は、複数フレームにおける位置から導出した平均移動ベクトルであり、瞬時速度ベクトルを求めることはできない。
【００１８】
一般に、パッシブレーダ装置が運用される際の電波源は、ＦＭ放送波、アナログテレビジョン放送波、デジタルテレビジョン放送波、携帯電話基地局電波など、全周のユーザ（視聴者）に対して公平に電波が到達するように、電波源の送信アンテナは、無指向性であることがほとんどである。この場合、送信電力がある値に規定されているため、そのエネルギーが全周に分散する。
【００１９】
従って、ある特定の方向や領域に対して、自己に備わるアンテナの特性を変化させることで、送信エネルギーを集中して送信可能なレーダ装置（狭義には、モノスタティックレーダ装置と呼ぶ）のような、電力集中作用（送信アンテナ指向性利得）を得ることができない。
【００２０】
このため、パッシブレーダ装置では、自己が送信エネルギーを集中して送信可能なレーダ装置に比較して、ある特定の方向や領域に存在する移動目標からの反射電力が極めて低く、長時間の観測データを用いて積分利得を稼ぐ方法が不可欠である。
【００２１】
一方、長時間の観測データを得て、効率的な積分利得を得るためには、移動目標の瞬時速度ベクトル（その瞬間の移動速度と方向）を推定する必要がある。なぜならば、移動目標は、１回の観測フレームデータｔ＝１〜Ｔではある定点に留まっているという仮定をおいていても、これを複数の観測フレーム（すなわち、長時間観測）で行えば、この仮定が成立しなくなるためである。
【００２２】
つまり、最初の観測フレームから最後の観測フレームにかけて、移動目標の位置は、変化している。例えば、３００ｍ／ｓｅｃの速度で移動している民間航空機の場合、１ｍｓｅｃの観測フレームに対しての位置の変化は、０．３ｍである。
【００２３】
しかしながら、この観測フレームを１０００回繰返し、全体で１秒間観測したことと等価とした場合には、観測の最初と最後での移動目標の位置変化は、３００ｍに増大してしまう。パッシブレーダ装置１００内のＡ／Ｄ変換器１４の変換速度が１００ＭＨｚとすると、１レンジビンは、１／（１００×１０６）×光速≒３ｍである。このことから、１ｍｓｅｃの単一観測フレームでは、１つのレンジ内に収まるが、１秒の全体観測では、実に約１００レンジビン移動することになる。これをレンジウォークと呼ぶ。
【００２４】
次に、レンジウォークが存在するとなぜ不都合なのかを説明する。
１秒間の観測時系列データを用いて、上式（１）から評価関数Ｐを求めるとする。このとき、移動目標は、同じ位置に存在し続けているわけではないので、散乱波ｓ（ｔ）の到来時間差τ１は、刻々と変化している。
【００２５】
それに対し、直接波ｄ（ｔ−τ）をかけて得られる評価関数Ｐの値は、観測開始時のτ１（１）から終了時のτ１（Ｔ）まで分散してしまい、ｔ＝１〜Ｔの積分効果が弱まることになる。この結果、先の図１２ではピークとして得られた移動目標の反応が、低いピーク、もしくはなだらかな丘状になってしまう。
【００２６】
このことは、観測した環境のＳ／Ｎ比や移動目標の散乱断面積（ＲＣＳ：Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ）によっては、図１２のフロアノイズに埋もれてしまう可能性があり、移動目標の検出ができなくなってしまうという問題を意味している。
【００２７】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、長時間積分時にも評価関数Ｐの先鋭度が劣化せず、低Ｓ／Ｎ環境下やステルス目標など低ＲＣＳの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ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】
【００２８】
本発明に係るパッシブレーダシステムは、自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波を受信する第１のアンテナと、複数の第１のアンテナから構成されるアレーアンテナと、アレーアンテナの各素子に対して個別に備わり、アレーアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す複数の第１の受信機と、複数の第１の受信機の出力信号のそれぞれをデジタルデータに変換する複数の第１のＡ／Ｄ変換器と、複数の第１のＡ／Ｄ変換器が出力する時系列データがアレーアンテナの素子番号と対応付けられて記憶される第１の記憶部と、既存の電波を送出する電波源からの直接波を受信する第２のアンテナと、第２のアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す第２の受信機と、第２の受信機の出力信号をデジタルデータに変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、第２のＡ／Ｄ変換器が出力する時系列データが記憶される第２の記憶部と、第１の記憶部から読み出した素子数分の時系列データに、第２の記憶部から読み出した同時刻の時系列データを、時間と周波数の２変数として想定される範囲内を全面捜索して相互相関を演算し、移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定する相互相関演算手段と、相互相関演算手段が出力する観測情報と、アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を得る目標標定手段とを備えるパッシブレーダ装置を異なる位置に複数台配置してなるパッシブレーダシステムであって、複数台のパッシブレーダ装置のそれぞれは、自己の相互相関演算手段で特定した観測情報を他のパッシブレーダ装置に送信するとともに、他のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段で特定された観測情報を受信する通信手段と、すべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定する瞬時速度ベクトル推定手段とをさらに備えるものである。
【００２９】
また、本発明に係るパッシブレーダ方法は、自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波をアレーアンテナを介して受信し、既存の電波を送出する電波源からの直接波をアンテナを介して受信し、散乱波と直接波とに基づいて相互相関演算処理を行うことで移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定し、特定した観測情報と、アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を算出するパッシブレーダ装置を複数台用いたパッシブレーダ方法であって、他のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を、通信手段を介して取得するステップと、自己のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を含むすべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定するステップとを備えるものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法によれば、２台以上の複数のパッシブレーダ装置による観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定しながら積分を行うことで、長時間積分時にも評価関数Ｐの先鋭度が劣化せず、低Ｓ／Ｎ環境下やステルス目標など低ＲＣＳの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１のパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。
【図２】本発明の実施の形態１のパッシブレーダ装置の内部構成を示す図である。
【図３】移動目標の瞬時速度ベクトルｖのベクトルＢへの射影を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態１のパッシブレーダシステムにおけるそれぞれの構成要素の配置、角度を定義する図である。
【図５】本発明の実施の形態２のパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。
【図６】本発明の実施の形態３のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態３のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善を、複数の観測フレームに対して行うことを説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態４のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段の実行内容を図１１と対比させて説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態５のパッシブレーダ装置の内部構成を示す図である。
【図１０】従来のパッシブレーダ装置の内部構成を示す図である。
【図１１】従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段の実行内容をイメージ化した図である。
【図１２】従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段による演算結果出力例である。
【図１３】従来のパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明のパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００３３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。図１に示すパッシブレーダシステムでは、２台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、電波送信源２０、および移動目標３０を備えて構成された場合を例示している。従来のパッシブレーダシステムを示した図１３の構成と比較すると、本実施の形態１のパッシブレーダシステムを示した図１の構成は、２台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂを備えている点が異なっており、この構成により、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを求めることができる点を技術的特徴としている。
【００３４】
１台目のパッシブレーダ装置１０ａは、電波送信源２０から送信された電波３が移動目標３０により散乱して到来する散乱波１ａと、電波送信源２０から直接到来する直接波２ａとを受信する。一方、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂは、電波送信源２０から送信された電波３が移動目標３０により散乱して到来する散乱波１ｂと、電波送信源２０から直接到来する直接波２ｂとを受信する。
【００３５】
１台目のパッシブレーダ装置１０ａ内の相互相関演算手段１６ａは、従来技術で説明したように、散乱波１ａと直接波２ａの到来時間差τ１から得られる等距離楕円４０ａを算出する。同様に、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ内の相互相関演算手段１６ｂも、散乱波１ｂと直接波２ｂの到来時間差τ２から得られる等距離楕円４０ｂを算出する。
【００３６】
図２は、本発明の実施の形態１におけるパッシブレーダ装置の内部構成図であり、図１に示した１台目のパッシブレーダ装置１０ａおよび２台目のパッシブレーダ装置１０ｂに共通の構成を示している。
【００３７】
図２における本実施の形態１のパッシブレーダ装置１０は、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄ、第２のアンテナ１１ｅ、第１の受信機１３ａ〜１３ｄ、第２の受信機１３ｅ、第１のＡ／Ｄ変換器１４ａ〜１４ｄ、第２のＡ／Ｄ変換器１４ｅ、第１の記憶部１５ａ、第２の記憶部１５ｂ、相互相関演算手段１６、目標標定手段１７、通信手段１８、および瞬時速度ベクトル推定手段１９を備えている。また、第１のアンテナ１１ａ〜１１ｄにより、アレーアンテナ１２が構成されている。
【００３８】
従来のパッシブレーダ装置を示した図１０の構成と比較すると、本実施の形態１のパッシブレーダ装置を示した図２の構成は、通信手段１８および瞬時速度ベクトル推定手段１９をさらに備えている点が異なっている。そして、この構成により、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを求めることができる点を技術的特徴としている。そこで、このような異なる構成を中心に、以下に説明する。
【００３９】
通信手段１８は、１台目のパッシブレーダ装置１０ａおよび２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ間で互いの観測情報４を通信する手段である。ここで、１台目のパッシブレーダ装置１０ａ内の通信手段１８ａと、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ内の通信手段１８ｂとの間でやり取りされる観測情報４とは、双方のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ内の相互相関演算手段１６ａ、１６ｂで検出された到来時間差τｍ、およびドップラ周波数差Δｆｍの情報（ｍはパッシブレーダ装置の個体番号を表し、ここではｍ＝１、２）に相当する。
【００４０】
また、瞬時速度ベクトル推定手段１９は、双方のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂでやりとりした観測情報である到来時間差τｍ、およびドップラ周波数差Δｆｍを用いて、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを推定する。
【００４１】
次に、瞬時速度ベクトルの推定動作について、詳細に説明する。
従来のパッシブレーダ装置１００が移動目標３０の位置を標定する原理は、すでに背景技術で述べたとおりである。しかしながら、従来技術では、パッシブレーダ装置１００の相互相関演算手段１６で検出された移動目標３０に対する到来時間差τ１とドップラ周波数差Δｆ１のうち、到来時間差τ１については等距離楕円４０を生成するために使用される。
【００４２】
その一方で、ドップラ周波数差Δｆ１については、評価関数Ｐの演算結果を表す先の図１２において、固定クラッタから０以外のドップラ周波数差を持つ移動目標３０を分離するためにしか使用されていない。そして、移動目標３０の速度諸元に関しては、複数観測フレーム間の位置変化率から求めた平均移動ベクトルのみしか得られなかった。これに対して、本発明では、到来時間差τとドップラ周波数差Δｆの両方を活用して、瞬時速度ベクトルを求めている。
【００４３】
図３は、移動目標の瞬時速度ベクトルｖのベクトルＢへの射影に関する説明図である。図３に示すように、パッシブレーダ装置１０、電波送信源２０、および移動目標３０の位置が分かれば、パッシブレーダ装置１０内の相互相関演算手段１６で検出されるドップラ周波数差Δｆ１は、それぞれの位置関係を用いて、下式（２）で表すことができる。
【００４４】
【数２】
【００４５】
ここで、上式（２）内の各記号は、以下のものを意味する。
ｖｘ、ｖｙ：移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖのＸ軸、Ｙ軸要素
λ：電波送信源２０の送信波長
β１：移動目標３０、電波送信源２０、パッシブレーダ装置１０で形成される三角形の、移動目標３０に対する頂点の角度
φ１：ベクトルＢとＸ軸のなす角度
また、ベクトルＢは、一般に、Ｂｉｓｔａｔｉｃ Ｂｉｓｅｃｔｏｒと呼ばれる。
【００４６】
図３の右側には、位置関係、角度関係が分かりやすいように、デフォルメされたベクトル図が記載されている。１台目のパッシブレーダ装置１０ａで観測されるドップラ周波数差Δｆ１は、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖの各要素ｖｘ、ｖｙの、ベクトルＢへの射影（ベクトルｖとベクトルＢの内積）として得られる。
【００４７】
今、ここで必要なのは、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを求めることである。上式（２）において、λは既知である。また、相互相関演算手段１６で検出された到来時間差τ１による等距離楕円４０と、アレーアンテナ１２の測角値から、移動目標３０の位置も分かる。従って、電波送信源２０とパッシブレーダ装置１０の位置を事前に測っておけば、β１は、計算により求められることとなる。
【００４８】
β１が得られれば、Ｘ軸とのなす角φ１も求まる。さらに、ドップラ周波数差Δｆ１も、相互相関演算手段１６から得られている。そうすると、未知変数は、瞬時速度ベクトルｖの要素ｖｘ、ｖｙの２つである。２つの未知変数に対して、上式（２）の方程式１つのみでは、解くことができない。
【００４９】
そこで、本発明のパッシブレーダシステムは、先の図１に示したように、２台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂを使用して、観測情報量を増やすことで、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを推定しながら積分を行うことを可能にしている。
【００５０】
図４は、本発明の実施の形態１のパッシブレーダシステムにおけるそれぞれの構成要素の配置、角度を定義する図である。より具体的には、１台目のパッシブレーダ装置１０ａと２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ、および電波送信源２０、移動目標３０のそれぞれの位置関係、角度関係を示した図である。
【００５１】
まず、１台目のパッシブレーダ装置１０ａで、上式（２）の観測方程式を得る。同様に、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂでも、図４の関係から、下式（３）の観測方程式を得る。
【００５２】
【数３】
【００５３】
なお、上式（３）においても、λは既知である。また、相互相関演算手段１６ｂで検出された到来時間差τ２による等距離楕円４０ｂと、アレーアンテナ１２ｂの測角値から、移動目標３０の位置も分かる。従って、電波送信源２０とパッシブレーダ装置１０ｂの位置を事前に測っておけば、β２は、計算により求められることとなる。
【００５４】
β２が得られれば、Ｘ軸とのなす角φ２も求まる。さらに、ドップラ周波数差Δｆ２も、相互相関演算手段１６ｂから得られている。この結果、未知変数ｖｘ、ｖｙの２つに対し、方程式の数は、上式（２）と上式（３）の２つであるため、変数を一意に解くことができる。このようにして、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを得ることができる。
【００５５】
ただし、上式（２）（３）の２つの方程式を連立させるには、双方のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂの間で、相互相関演算手段１６ａ、１６ｂが検出した到来時間差τｍおよびドップラ周波数差Δｆｍの情報を共有しなければならない（ｍはパッシブレーダ装置の個体番号で、ここではｍ＝１、２）。そのために、本発明の２台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂは、先の図２に示したように、観測情報４を相互にやりとりするための通信手段１８を備えている。
【００５６】
以上のように、実施の形態１によれば、２台のパッシブレーダ装置による観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定することができる。この結果、長時間積分時にも評価関数Ｐの先鋭度が劣化せず、低Ｓ／Ｎ環境下やステルス目標など低ＲＣＳの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。
【００５７】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態１におけるパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。図５に示すパッシブレーダシステムでは、３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、電波送信源２０、および移動目標３０を備えて構成された場合を例示している。先の実施の形態１のパッシブレーダシステムを示した図１の構成と比較すると、本実施の形態２のパッシブレーダシステムを示した図５の構成は、３台目のパッシブレーダ装置１０ｃをさらに備えている点が異なっており、瞬時速度ベクトルの推定精度の向上を図っている。
【００５８】
本実施の形態２における３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、全て同一の構成をしており、その内部構成は、先の実施の形態１における図２と同じである。なお、先の実施の形態１では、説明を簡略化するため、移動目標３０、電波送信源２０、パッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂは、すべて同一平面上にあると仮定した。しかしながら、実際には、移動目標３０は、陸地に設置される電波送信源２０とパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂとは通常異なり、ある特定の高度を飛行している。
【００５９】
そこで、本実施の形態２は、３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えることで、先の実施の形態１をより現実的な３次元問題に拡張することができ、以下に詳細に説明する。
【００６０】
まず、１台目のパッシブレーダ装置１０ａ内の相互相関演算手段１６ａで検出される移動目標３０のドップラ周波数差Δｆ１は、２次元問題に特化した上式（２）から、下式（４）のように変化する。
【００６１】
【数４】
【００６２】
ここで、ψ１は仰角である。なお、相互相関演算手段１６ａで出力される到来時間差τ１に基づき生成される等距離楕円４０ａは、３次元問題で考えると、立体的な楕円面になる。これに対しては、アレーアンテナ１２ａを平面アレーにするなどして水平角と仰角の両方を測角可能にしておくことで、３次元曲面上でも移動目標３０の位置を特定することが可能となる。
【００６３】
同様に、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ、３台目のパッシブレーダ装置１０ｃにおいても、下式（５）、（６）の観測方程式が得られる。
【００６４】
【数５】
【００６５】
上式（４）〜（６）において、λは既知である。また、先の実施の形態１と同様の方法で、φｍ、βｍ、ψｍは求めることができる（ｍはパッシブレーダ装置の個体番号を表し、ここではｍ＝１、２、３）。よって、未知変数は、瞬時速度ベクトルｖの要素ｖｘ、ｖｙ、ｖｚの３つである。
【００６６】
３つの未知変数に対して、方程式の数は、上式（４）〜（６）の３であるため、変数を一意に解くことが可能である。したがって、３次元に拡張した場合でも、３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備え、相互に観測情報をやりとりすることで、移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを推定することができる。
【００６７】
以上のように、実施の形態２によれば、３台のパッシブレーダ装置による観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定することができる。この結果、３次元に拡張した場合においても、長時間積分時にも評価関数Ｐの先鋭度が劣化せず、低Ｓ／Ｎ環境下やステルス目標など低ＲＣＳの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。
【００６８】
実施の形態３．
本実施の形態３では、第Ｎ観測フレームの観測情報に基づいて、第（Ｎ＋１）観測フレームの観測情報を推定し、情報量を増やすことで、移動目標の検出・標定精度を高める方法について説明する。なお、本実施の形態３におけるパッシブレーダシステムの構成は、先の実施の形態２における図５の構成と同一である。
【００６９】
次に、本実施の形態３におけるパッシブレーダシステムの一連動作について、フローチャートを用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態３のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善に関する説明図である。
【００７０】
先の実施の形態２で説明したように、３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおける第Ｎ観測フレームの観測情報である到来時間差τｍ（Ｎ）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ）を用いて、移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）と、瞬時速度ベクトルｖ（Ｎ）を推定することができる（ステップＳ６０１）。
【００７１】
したがって、ｐ（Ｎ）とｖ（Ｎ）を用いて、次の観測フレーム（現観測フレームから次の観測フレームまでのタイムラグは既知であるとする）における移動目標３０の位置ｐ（Ｎ＋１）を推定することができる。さらに、電波送信源２０、および３台のパッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃの位置が既知であり、次フレームにおける移動目標３０の位置ｐ（Ｎ＋１）が推定できれば、幾何学的計算により第（Ｎ＋１）観測フレームにおける到来時間差τｍ（Ｎ＋１）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ＋１）を推定することができる（ステップＳ６０２）。
【００７２】
ただし、このタイムラグは、非常に長いものではなく、かつ、タイムラグ中に移動目標３０の瞬時速度ベクトルが急変することはないと仮定する。実際、タイムラグが１ｍｓｅｃ程度以内であれば、民間航空機や戦闘機クラスの航空機でも、かなりの急旋回や上昇下降を行わない限り、この仮定は成立する。
【００７３】
受信環境によって散乱波のＳ／Ｎ比が劣化する、あるいはステルス性能を持つ低ＲＣＳ目標の検出・標定に対しては、長時間積分により積分利得を稼ぐことが不可欠であることを前述した。ここでは、第Ｎ観測フレームと第（Ｎ＋１）観測フレームの２つの観測フレームを用いることで、移動目標３０に対する評価関数Ｐのピークの先鋭度を２倍にすることを目的とする。
【００７４】
予測した位置ｐ（Ｎ＋１）が数レンジビンに及ぶものだとすると、第（Ｎ＋１）観測フレームで検出される到来時間差τｍ（Ｎ＋１）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ＋１）は、第Ｎ観測フレームで検出される到来時間差τｍ（Ｎ）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ）と異なる。この結果、ピークが２つに割れてしまい、先鋭度が劣化することとなる。
【００７５】
そこで、予測した位置ｐ（Ｎ＋１）を用いて、先のステップＳ６０２で推定した第（Ｎ＋１）観測フレームに対する到来時間差τｍ（Ｎ＋１）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ＋１）を、第Ｎ観測フレームに対する到来時間差τｍ（Ｎ）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ）に一致させる補正を行う。これは、つまり、移動目標３０の位置の変位（レンジウォーク）を相殺することを意味する。具体的には、上式（１）の演算で、下式（７）のような操作を行う（ステップＳ６０３）。
【００７６】
【数６】
【００７７】
ここで、上式（７）内の各記号は、以下のものを意味する。
ＰＮ＋１：第（Ｎ＋１）観測フレームの評価関数
【００７８】
このように、第（Ｎ＋１）観測フレームに対する相互相関演算を補正し、第Ｎ観測フレームと第（Ｎ＋１）観測フレームのデータを連続データとして用いることで、移動目標のレンジウォークを補正した積分が可能となる（ステップＳ６０４）。この結果、積分利得を２倍とし、評価関数Ｐの先鋭度を２倍に高めることができ、移動目標３０の検出確率と測位精度の向上を図ることができる（ステップＳ６０５）。
【００７９】
図７は、本発明の実施の形態３のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善を、複数の観測フレームに対して行った場合の説明図である。この図７は、先の図６による２フレーム間の処理を４フレームに渡って発展させたものである。具体的には、この図７は、第Ｎ観測フレームから第（Ｎ＋３）観測フレームまでのデータを連続データとして扱い、積分利得を４倍にして評価関数の先鋭度を４倍にするためのイメージ図を示している。
【００８０】
実施している操作は、先の図６のフローチャートに記載したものと同じであり、各観測フレーム毎に、到来時間差τｍ（Ｎ）、およびドップラ周波数差Δｆｍ（Ｎ）の補正を行いながら、相互相関演算を行うというものである。
【００８１】
以上のように、実施の形態３によれば、複数の観測フレームに渡って移動目標がレンジウォークを行う状況下でも、その観測フレームにおける移動目標の瞬時速度ベクトルｖを用いて補正を行うことで、長時間の観測データによる積分が可能となる。
【００８２】
実施の形態４．
本実施の形態４では、相互相関演算手段１６による演算負荷の低減策について説明する。なお、本実施の形態４におけるシステム全体の構成は、先の実施の形態２における図５の構成と同一である。また、各パッシブレーダ装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃの内部構成も先の図２と同じである。
【００８３】
次に、相互相関演算手段１６による演算負荷の低減に関する具体的な方策について説明する。従来のパッシブレーダ装置１００の相互相関演算手段１６では、先の図１１に示したとおり、想定される到来時間差τ、およびドップラ周波数差Δｆの範囲内を２次元全面捜索して、移動目標３０による到来時間差τ１とドップラ周波数差Δｆ１を検出していた。
【００８４】
このような２次元全面捜索は、非常に高い演算負荷を持ち、パッシブレーダ装置１００全体の装置規模の増大、およびリアクションタイム（観測データを得てから答えが出るまでの時間）の低下を招くといった問題があった。
【００８５】
移動目標３０の瞬時速度ベクトルｖを推定可能としても、これらの問題を持ち越したままでは、パッシブレーダシステム全体としてのコストインパクトが大きい。従って、相互相関演算に関する演算負荷を改善し、装置の小型化、低価格化を実現することが重要となる。
【００８６】
本実施の形態４におけるパッシブレーダシステムでは、１台目のパッシブレーダ装置１０ａ単体で、第Ｎ観測フレームに対する移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）が推定可能である。２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ単体、および３台目のパッシブレーダ装置１０ｃ単体でも、移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）が得られる。しかしながら、パッシブレーダ装置１０ｂ、１０ｃで得られる位置ｐ（Ｎ）は、システム構築上のバックアップともいえるし、１台目のパッシブレーダ装置１０ａの位置推定精度を検証するためのものともいえる。しかし、同時に冗長であるともいえる。
【００８７】
そこで、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃの設置位置は、既知であるとすると、１台目のパッシブレーダ装置１０ａが標定した移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）と、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃの相対位置関係は、幾何学的計算により求めることが可能である。
【００８８】
そうすると、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃのそれぞれと移動目標３０との距離も分かる。従って、到来時間差τ２、τ３は、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂの相互相関演算手段１６ｂ、および３台目のパッシブレーダ装置１０ｃの相互相関演算手段１６ｃで捜索しなくても、分かってしまう。
【００８９】
図８は、本発明の実施の形態４の２台目以降のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段１６の実行内容をイメージ化した図であり、従来の図１１と対比される図である。図８に示したように、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ内の相互相関演算手段１６ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃ内の相互相関演算手段１６ｃでは、到来時間差τ、ドップラ周波数差Δｆの２次元全面捜索だった通常の相互相関演算を、時間方向はτ２またはτ３の固定値として、Δｆだけの１次元探索に抑えることができる。
【００９０】
したがって、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃの相互相関演算手段１６ｂ、１６ｃは、演算負荷を低く抑えることができる。この結果、演算装置の小型・軽量化、および演算時間短縮化によるリアクションタイムの向上を実現できる。
【００９１】
以上のように、実施の形態４によれば、複数台のパッシブレーダ装置を用いる場合に、１台目のパッシブレーダ装置以外は、相互相関演算を１次元探索に抑えることで、演算装置の小型・軽量化、および演算時間短縮化によるリアクションタイムの向上を図ったパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。
【００９２】
実施の形態５．
先の実施の形態４では、相互相関演算手段１６の演算負荷の軽減策について説明した。これに対して、本実施の形態５では、３台のパッシブレーダ装置を用いる場合を例に、１台目のパッシブレーダ装置に対して、２台目、３台目のパッシブレーダ装置のハードウェア構成を簡素化することで、装置規模を削減し、小型軽量化・低消費電力化・可搬性向上を図る場合について説明する。
【００９３】
なお、本実施の形態５におけるシステム全体の構成は、先の実施の形態２における図５の構成と同一である。また、１台目のパッシブレーダ装置１０ａの内部構成は、先の図２と同じである。
【００９４】
図９は、本発明の実施の形態５における２台目以降のパッシブレーダ装置の内部構成図である。図９における本実施の形態５の２台目以降のパッシブレーダ装置１０ｂ（１０ｃ）は、第１のアンテナ１１ａ、第２のアンテナ１１ｅ、第１の受信機１３ａ、第２の受信機１３ｅ、第１のＡ／Ｄ変換器１４ａ、第２のＡ／Ｄ変換器１４ｅ、第１の記憶部１５ａ、第２の記憶部１５ｂ、相互相関演算手段１６、目標標定手段１７、通信手段１８、および瞬時速度ベクトル推定手段１９を備えている。
【００９５】
１台目のパッシブレーダ装置１０ａを示した図２の内部構成と比較すると、２台目以降のパッシブレーダ装置１０ｂ、１０ｃを示した図９の内部構成は、第１のアンテナ１１ｂ〜１０ｄ、第１の受信機１３ｂ〜１３ｄ、第１のＡ／Ｄ変換器１４ｂ〜１４ｄを備えておらず、散乱波１に対する受信系が１系統で構成されている点が異なっている。
【００９６】
次に、２台目以降のパッシブレーダ装置１０ｂ、１０ｃの構成の簡素化について、説明する。
本発明のパッシブレーダシステムでは、１台目のパッシブレーダ装置１０ａ単体で第Ｎ観測フレームに対する移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）が推定可能である。２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ単体、３台目のパッシブレーダ装置１０ｃ単体でも移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）が得られる。しかしながら、パッシブレーダ装置１０ｂ、１０ｃで得られる位置ｐ（Ｎ）は、システム構築上のバックアップともいえるし、１台目のパッシブレーダ装置１０ａの位置推定精度を検証するためのものともいえる。しかし、同時に冗長であるともいえる。
【００９７】
つまり、１台目のパッシブレーダ装置１０ａ単体で、立体の等距離楕円面と水平角、仰角の測角値により移動目標３０の位置ｐ（Ｎ）を推定できるのであれば、２台目のパッシブレーダ装置１０ｂおよび３台目のパッシブレーダ装置１０ｃでは、アレーアンテナ１２による測角機能は、冗長である。
【００９８】
２台目のパッシブレーダ装置１０ｂ、３台目のパッシブレーダ装置１０ｃの設置目的は、上式（５）、（６）のドップラ周波数差に関する観測方程式を得ることであり、これに特化すれば、測角機能は不要になり、アレーアンテナ１２は、不要である。つまり、第１のアンテナ１１は、１素子（第１のアンテナ１１ａ）のみでよい。これは、第１のアンテナ１１に続く、第１の受信機１３、第１のＡ／Ｄ変換器１４の台数削減、さらに、第１の記憶部１５ａの記憶容量の抑圧効果も同時にもたらす。
【００９９】
以上のように、実施の形態５によれば、複数台のパッシブレーダ装置を用いる場合に、２台目以降のパッシブレーダ装置をドップラ周波数差に関する観測方程式を得ることに特化させることで、構成を簡素化することができる。この結果、移動目標の位置ｐ（Ｎ）、瞬時速度ベクトルｖ（Ｎ）を推定可能としながら、２台目以降のパッシブレーダ装置の装置規模を削減し、小型軽量化・低消費電力化・可搬性向上を図ったパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。
【０１００】
なお、本発明のパッシブレーダシステムが対象とする、自己の周辺に既に存在する電波としては、ＦＭ放送波、アナログテレビジョン放送波、デジタルテレビジョン放送波、携帯電話基地局電波、衛星放送波、ＨＦ（短波）放送波、既知のレーダ装置、およびこれ以外にも利用可能な電波のいずれか、または複数を組み合わせて使用することが可能である。
【０１０１】
ただし、使用する電波の周波数帯に対してアンテナ装置の大きさが変わり、受信機の通過／阻止帯域が変わり、Ａ／Ｄ変換器の変換速度が変わる。これらは、すべてパッシブレーダシステムとして、周囲環境の電波のうちＳ／Ｎ比が高いなどの条件、設置面積、可搬性などの運用面での選定根拠となる。しかし、基本動作原理は、すべて同一であるため、本発明のパッシブレーダシステムは、どの電波に対しても有効に動作する。
【０１０２】
また、本発明のパッシブレーダシステムでは、測角手法について特に言明していないが、モノパルス測角、ＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）、および、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）、最尤法などの超分解能測角法を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ パッシブレーダ装置、１１ アンテナ、１１ａ〜１１ｄ 第１のアンテナ、１１ｅ 第２のアンテナ、１２、１２ａ、１２ｂ アレーアンテナ、１３ 受信機、１３ａ〜１３ｄ 第１の受信機、１３ｅ 第２の受信機、１４ Ａ／Ｄ変換器、１４ａ〜１４ｄ 第１のＡ／Ｄ変換器、１４ｅ 第２のＡ／Ｄ変換器、１５ 記憶部、１５ａ 第１の記憶部、１５ｂ 第２の記憶部、１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 相互相関演算手段、１７ 目標標定手段、１８ 通信装置、１９ 瞬時速度ベクトル推定装置、２０ 電波送信源（電波源）、３０ 移動目標。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波を受信する第１のアンテナと、
複数の前記第１のアンテナから構成されるアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの各素子に対して個別に備わり、前記アレーアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す複数の第１の受信機と、
前記複数の第１の受信機の出力信号のそれぞれをデジタルデータに変換する複数の第１のＡ／Ｄ変換器と、
前記複数の第１のＡ／Ｄ変換器が出力する時系列データが前記アレーアンテナの素子番号と対応付けられて記憶される第１の記憶部と、
前記既存の電波を送出する電波源からの直接波を受信する第２のアンテナと、
前記第２のアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す第２の受信機と、
前記第２の受信機の出力信号をデジタルデータに変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
前記第２のＡ／Ｄ変換器が出力する時系列データが記憶される第２の記憶部と、
前記第１の記憶部から読み出した素子数分の時系列データに、前記第２の記憶部から読み出した同時刻の時系列データを、時間と周波数の２変数として想定される範囲内を全面捜索して相互相関を演算し、移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定する相互相関演算手段と、
前記相互相関演算手段が出力する前記観測情報と、前記アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、前記移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を得る目標標定手段と
を備えるパッシブレーダ装置を異なる位置に複数台配置してなるパッシブレーダシステムであって、
複数台の前記パッシブレーダ装置のそれぞれは、自己の相互相関演算手段で特定した観測情報を他のパッシブレーダ装置に送信するとともに、前記他のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段で特定された観測情報を受信する通信手段と、
すべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、前記移動目標の瞬時速度ベクトルを推定する瞬時速度ベクトル推定手段と
をさらに備えることを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記パッシブレーダシステムは、２台のパッシブレーダ装置で構成され、
前記２台のパッシブレーダ装置の少なくとも１台の瞬時速度ベクトル推定手段は、自己の相互相関演算手段で特定された観測情報と、他の１台の相互相関演算手段で特定された観測情報とに基づいて、前記移動目標の２次元瞬時速度ベクトルを推定する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記パッシブレーダシステムは、３台のパッシブレーダ装置で構成され、
前記３台のパッシブレーダ装置の少なくとも１台の瞬時速度ベクトル推定手段は、自己の相互相関演算手段で特定された観測情報と、他の２台の相互相関演算手段で特定された観測情報とに基づいて、前記移動目標の３次元瞬時速度ベクトルを推定する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記相互相関演算手段は、前記瞬時速度ベクトル推定手段により推定された前記瞬時速度ベクトルを用いて、次の観測フレームにおける前記移動目標の存在位置を予測し、予測した前記存在位置における前記移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を第２の観測情報として算出し、算出した前記第２の観測情報を現在の観測フレームに対して特定された前記観測情報に一致させるような補正処理を行い、前記補正処理後の第２の観測情報を前記次の観測フレームにおける観測情報として特定することで、フレーム間に渡る長時間の相互相関演算を行ったと等価な観測情報を取得する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記相互相関演算手段は、３以上の複数の観測フレームに渡って、前記補正処理を繰り返すことで、前記３以上の複数の観測フレーム間に渡る長時間の相互相関演算を行ったと等価な観測情報を取得する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
２台目以降のパッシブレーダ装置内の通信手段は、１台目のパッシブレーダ装置内の通信手段を介して前記１台目のパッシブレーダ装置内の前記目標標定手段で得られた前記未知諸元を取得し、
前記２台目以降のパッシブレーダ装置内の相互相関演算手段は、取得した前記未知諸元および各パッシブレーダ装置の相対位置関係から前記移動目標に対する到来時間差を固定値として求め、周波数の１変数として想定される範囲内を一次元捜索して相互相関を演算し、移動目標に対するドップラ周波数差を求めることで、前記観測情報を特定する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
２台目以降のパッシブレーダ装置は、前記第１のアンテナの素子数を１素子のみとして構成され、
前記２台目以降のパッシブレーダ装置内の目標標定手段は、前記測角値情報に基づく前記未知諸元を算出しない
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記自己の周辺空間内における既存の電波は、ＦＭ放送波、アナログテレビジョン放送波、デジタルテレビジョン放送波、携帯電話通信波、衛星放送波、ＨＦ（短波）放送波、および既知のレーダ送信波の内の１つ、または２以上の組み合わせが用いられる
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記アレーアンテナによる測角方式として、ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ、あるいは最尤推定による超分解能測角法を適用する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項１０】
自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波をアレーアンテナを介して受信し、前記既存の電波を送出する電波源からの直接波をアンテナを介して受信し、前記散乱波と前記直接波とに基づいて相互相関演算処理を行うことで移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定し、特定した前記観測情報と、前記アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、前記移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を算出するパッシブレーダ装置を複数台用いたパッシブレーダ方法であって、
他のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を、通信手段を介して取得するステップと、
自己のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を含むすべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、前記移動目標の瞬時速度ベクトルを推定するステップと
を備えることを特徴とするパッシブレーダ方法。
【請求項１】
自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波を受信する第１のアンテナと、
複数の前記第１のアンテナから構成されるアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの各素子に対して個別に備わり、前記アレーアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す複数の第１の受信機と、
前記複数の第１の受信機の出力信号のそれぞれをデジタルデータに変換する複数の第１のＡ／Ｄ変換器と、
前記複数の第１のＡ／Ｄ変換器が出力する時系列データが前記アレーアンテナの素子番号と対応付けられて記憶される第１の記憶部と、
前記既存の電波を送出する電波源からの直接波を受信する第２のアンテナと、
前記第２のアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す第２の受信機と、
前記第２の受信機の出力信号をデジタルデータに変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
前記第２のＡ／Ｄ変換器が出力する時系列データが記憶される第２の記憶部と、
前記第１の記憶部から読み出した素子数分の時系列データに、前記第２の記憶部から読み出した同時刻の時系列データを、時間と周波数の２変数として想定される範囲内を全面捜索して相互相関を演算し、移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定する相互相関演算手段と、
前記相互相関演算手段が出力する前記観測情報と、前記アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、前記移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を得る目標標定手段と
を備えるパッシブレーダ装置を異なる位置に複数台配置してなるパッシブレーダシステムであって、
複数台の前記パッシブレーダ装置のそれぞれは、自己の相互相関演算手段で特定した観測情報を他のパッシブレーダ装置に送信するとともに、前記他のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段で特定された観測情報を受信する通信手段と、
すべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、前記移動目標の瞬時速度ベクトルを推定する瞬時速度ベクトル推定手段と
をさらに備えることを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記パッシブレーダシステムは、２台のパッシブレーダ装置で構成され、
前記２台のパッシブレーダ装置の少なくとも１台の瞬時速度ベクトル推定手段は、自己の相互相関演算手段で特定された観測情報と、他の１台の相互相関演算手段で特定された観測情報とに基づいて、前記移動目標の２次元瞬時速度ベクトルを推定する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記パッシブレーダシステムは、３台のパッシブレーダ装置で構成され、
前記３台のパッシブレーダ装置の少なくとも１台の瞬時速度ベクトル推定手段は、自己の相互相関演算手段で特定された観測情報と、他の２台の相互相関演算手段で特定された観測情報とに基づいて、前記移動目標の３次元瞬時速度ベクトルを推定する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記相互相関演算手段は、前記瞬時速度ベクトル推定手段により推定された前記瞬時速度ベクトルを用いて、次の観測フレームにおける前記移動目標の存在位置を予測し、予測した前記存在位置における前記移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を第２の観測情報として算出し、算出した前記第２の観測情報を現在の観測フレームに対して特定された前記観測情報に一致させるような補正処理を行い、前記補正処理後の第２の観測情報を前記次の観測フレームにおける観測情報として特定することで、フレーム間に渡る長時間の相互相関演算を行ったと等価な観測情報を取得する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記相互相関演算手段は、３以上の複数の観測フレームに渡って、前記補正処理を繰り返すことで、前記３以上の複数の観測フレーム間に渡る長時間の相互相関演算を行ったと等価な観測情報を取得する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
２台目以降のパッシブレーダ装置内の通信手段は、１台目のパッシブレーダ装置内の通信手段を介して前記１台目のパッシブレーダ装置内の前記目標標定手段で得られた前記未知諸元を取得し、
前記２台目以降のパッシブレーダ装置内の相互相関演算手段は、取得した前記未知諸元および各パッシブレーダ装置の相対位置関係から前記移動目標に対する到来時間差を固定値として求め、周波数の１変数として想定される範囲内を一次元捜索して相互相関を演算し、移動目標に対するドップラ周波数差を求めることで、前記観測情報を特定する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
２台目以降のパッシブレーダ装置は、前記第１のアンテナの素子数を１素子のみとして構成され、
前記２台目以降のパッシブレーダ装置内の目標標定手段は、前記測角値情報に基づく前記未知諸元を算出しない
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記自己の周辺空間内における既存の電波は、ＦＭ放送波、アナログテレビジョン放送波、デジタルテレビジョン放送波、携帯電話通信波、衛星放送波、ＨＦ（短波）放送波、および既知のレーダ送信波の内の１つ、または２以上の組み合わせが用いられる
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記アレーアンテナによる測角方式として、ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ、あるいは最尤推定による超分解能測角法を適用する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
【請求項１０】
自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波をアレーアンテナを介して受信し、前記既存の電波を送出する電波源からの直接波をアンテナを介して受信し、前記散乱波と前記直接波とに基づいて相互相関演算処理を行うことで移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定し、特定した前記観測情報と、前記アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、前記移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を算出するパッシブレーダ装置を複数台用いたパッシブレーダ方法であって、
他のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を、通信手段を介して取得するステップと、
自己のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を含むすべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、前記移動目標の瞬時速度ベクトルを推定するステップと
を備えることを特徴とするパッシブレーダ方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２４２１８２（Ｐ２０１１−２４２１８２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２７３８（Ｐ２０１０−１１２７３８）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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