パッシブレーダ装置
【課題】全体の処理時間を短縮させることができ、パッシブレーダを用いた逆合成開口レーダによる高分解能レーダ画像を実用的な方式で取得できるパッシブレーダ装置を提供する。
【解決手段】直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２は、それぞれ直接波及び散乱波について、間欠的に受信処理を行う。この場合、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２は、Ｔ０［ｓｅｃ］の受信をΔｔ［ｓｅｃ］の間隔でＮ回繰り返す。レンジ圧縮部１３は、パルス毎に相互相関処理を実行することによってレンジ圧縮を行う。レンジ圧縮部１３は、レンジ圧縮によって得た相互相関関数であるレンジプロフィールを、後段のクラッタ抑圧部１４に送る。クラッタ抑圧部１４は、レンジヒストリにおけるパルス方向平均を、各レンジプロフィールから差し引く処理を実行することによって、背景の静止物からの反射信号を抑圧する。
【解決手段】直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２は、それぞれ直接波及び散乱波について、間欠的に受信処理を行う。この場合、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２は、Ｔ０［ｓｅｃ］の受信をΔｔ［ｓｅｃ］の間隔でＮ回繰り返す。レンジ圧縮部１３は、パルス毎に相互相関処理を実行することによってレンジ圧縮を行う。レンジ圧縮部１３は、レンジ圧縮によって得た相互相関関数であるレンジプロフィールを、後段のクラッタ抑圧部１４に送る。クラッタ抑圧部１４は、レンジヒストリにおけるパルス方向平均を、各レンジプロフィールから差し引く処理を実行することによって、背景の静止物からの反射信号を抑圧する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、観測時間を長くとることによってドップラ周波数の分解能を向上させる機能を有するパッシブレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パッシブレーダとは、放送局等の既存の電波源からの送信電波を利用し、電波源から直接的に到達する信号（直接波）と、目標によって散乱された信号（散乱波）との経路長差、及び散乱波信号のドップラ周波数シフトを計測する方式である（図１参照）。
【０００３】
このパッシブレーダの電波源としては、テレビやラジオの放送局に加えて、Global Navigation Satellite System（GNSS）の人工衛星等が検討されている。また、パッシブレーダは、自ら電波を放射しないため、省電力・省電波資源に資する方式として注目されている。例えば、非特許文献１には、パッシブレーダに関する従来の開発成果や、パッシブレーダの利点・欠点等が体系的にまとめて記載されている。
【０００４】
ところで、近年運用が始まった地上デジタルテレビ放送の放送波は、占有帯域幅内の周波数特性がフラットでチャネル間の隔離幅が比較的小さい。このため、複数のチャネルを合わせて広帯域信号とみなすことができる。このような放送波を用いれば、パッシブレーダを用いても高い分解能で目標を観測することが可能である。さらに、長い観測時間を確保することにより、パッシブレーダでも逆合成開口レーダ（ISAR: Inverse Synthetic Aperture Radar）画像に相当するレーダ画像を生成できると期待される。
【０００５】
また、パッシブレーダを用いた目標のレーダ画像生成に関する先行技術としては、例えば、非特許文献２や非特許文献３に示すようなものがある。非特許文献２には、放送波信号の帯域がそれほど広くないことを前提とし、観測中に目標に対する観測の見込み角を極めて広くとることによって分解能を向上させる技術が開示されている。非特許文献３には、目標運動が正確に既知であることを前提として、高品質な逆合成開口レーダ画像を生成する技術が開示されている。
【０００６】
これらの他に、この発明に関連する先行技術としては、例えば、特許文献１，２及び非特許文献４に示すようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２９３８７２８号公報
【特許文献２】特許第４０４６４２２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】N.J. Willis and H.D. Griffiths, “Advances in Bistatic Radar,” Scitech publishing Inc., 2007
【非特許文献２】M.Cetin and A.D. Lanterman, “Region-Enhanced Passive Radar Imaging,” IEE Proceedings. Radar, Sonar and Navigation, Vol.152, No.3, pp.185--194, Jun. 2005
【非特許文献３】Y. Wu, D.C. Munson,Jr, “Wide-angle ISAR passive imaging using smoothed pseudo Wigner-Ville distribution,” Proc. IEEE Radar Conf., 2001. pp.363--368, May, 2001
【非特許文献４】D.R. Wehner, “High Resolution Radar Second Edition,” Artech House, Inc. 1995
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、パッシブレーダを用いたレーダ画像の生成方式については、非特許文献２や非特許文献３に見られるような検討がなされている。しかしながら、非特許文献２のものの場合、このような観測条件を整えるのは現実には困難である。また、非特許文献３のものの場合、一般的に観測対象の目標の運動を正確に知ることは現実には困難である。従って、非特許文献２，３のものでは、いずれも現実的な運用が困難であると考えられ、非実用的であった。
【００１０】
特に、パッシブレーダでは、送信局（放送局）からの直接波と、送信局から送信された電波が目標（ターゲット）によって散乱されてなる散乱波とを受信し、２つの受信信号の相関演算に基づいて、その遅延時間差及びドップラ周波数シフトを観測する。この遅延時間の推定精度（即ち、距離分解能）は送信局から送信された信号の帯域で決まり、また、ドップラ周波数シフトの推定精度（ドップラ周波数分解能）は観測時間で決まる。このことから、従来のパッシブレーダ装置では、目標の高分解能レーダ画像を生成するために、高サンプリング周波数で長時間連続して観測する必要がある。
【００１１】
この結果、従来のパッシブレーダ装置では、受信機（受信処理部）が、全観測時間に渡って連続して散乱波及び直接波を受信し、この一連の散乱波及び直接波についてそれぞれ受信処理を行った後に、２つの受信信号の相関演算を行っていた。従って、一連の散乱波及び直接波のそれぞれの受信処理が終了した後に、相関演算処理が行われていたため、全体の処理時間が長くなるという問題があった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、全体の処理時間を短縮させることができ、パッシブレーダを用いた逆合成開口レーダによる高分解能レーダ画像を実用的な方式で生成できるパッシブレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るパッシブレーダ装置は、電波源から発せられその電波源から直接的に到達する電波である直接波、及び前記電波源からの電波が目標によって散乱されてなる散乱波を受信可能な複数のアンテナと、前記複数のアンテナに接続され、前記複数のアンテナが受信した前記直接波及び前記散乱波のそれぞれについて受信処理を行う受信処理部と、前記受信処理部から受けた前記直接波の信号、及び前記散乱波の信号を、それぞれ所定の単位時間毎の複数のセグメントに逐次分割し、セグメント毎に前記直接波の信号と前記散乱波の信号との相互相関を求めることによって、高分解能プロフィールのヒストリを生成するレンジ圧縮部と、前記レンジ圧縮部によって生成された前記高分解能プロフィールのヒストリに対して、前記高分解能プロフィールのヒストリ上で前記目標を表す目標信号が前記目標の移動に起因してレンジ方向に移動する現象であるレンジマイグレーションを補償するレンジマイグレーション補償部と、前記レンジマイグレーション補償部によって得られたレンジマイグレーション補償後の信号に対して、前記目標の移動に起因して目標信号の位相が変化する現象を補償する位相補償部と、前記位相補償部によって得られた位相補償後の信号を時間方向に逆フーリエ変換してクロスレンジ方向の分解能を向上させるクロスレンジ圧縮部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るパッシブレーダ装置によれば、レンジ圧縮部が、直接波の信号及び散乱波についての信号を、それぞれ所定の単位時間毎の複数のセグメントに逐次分割し、セグメント毎に直接波の信号と散乱波の信号との相互相関を求めることによって、高分解能プロフィールのヒストリを生成するので、セグメント単位で相関演算処理が可能となることにより、全体の処理時間を短縮させることができ、パッシブレーダを用いた逆合成開口レーダによる高分解能レーダ画像を実用的な方式で生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置を示す概念図である。
【図２】図１のパッシブレーダ装置本体を示すブロック図である。
【図３】一般的なパッシブレーダ装置の受信処理を説明するための説明図である。
【図４】図２の直接波受信処理部及び散乱波受信処理部の受信処理を説明するための説明図である。
【図５】図２のレンジマイグレーション補償部による処理の前後のレンジヒストリを示す概念図である。
【図６】図２のレンジマイグレーション補償部を示すブロック図である。
【図７】図２の位相補償部を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態２によるパッシブレーダ装置を示すブロック図である。
【図９】図８のパルス分割型レンジ圧縮部によるセグメント分割処理を示す概念図である。
【図１０】図８のドップラ周波数セル対応傾き補償部による処理の前後の信号を示す概念図である。
【図１１】図８のドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部を示すブロック図である。
【図１２】図８のドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部による処理の前後の信号を示す概念図である。
【図１３】目標信号が複数のドップラ周波数セルに跨る現象を説明するための概念図である。
【図１４】この発明の実施の形態３によるパッシブレーダ装置の一部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置を示す概念図である。なお、図１では、パッシブレーダ装置に併せて観測のジオメトリを示す。
図１において、１は電波源としての送信局（放送局）であり、２は直接波受信用アンテナであり、３は散乱波受信用アンテナであり、１０はパッシブレーダ装置本体であり、１００は目標（ターゲット：例えば航空機）である。なお、以下では、アンテナ２，３及びパッシブレーダ装置本体１０の総称を「受信局４」ともいう。
【００１７】
直接波受信用アンテナ２は、送信局１を指向するように配置されている。また、直接波受信用アンテナ２は、送信局１から送信されて直接的に到達する電波である直接波を受信可能である。散乱波受信用アンテナ３は、目標１００が存在する観測領域を指向するように配置されている。散乱波受信用アンテナ３は、送信局１から送信された電波が目標１００によって散乱されてなる散乱波を受信可能である。
【００１８】
送信局１は、搬送波周波数ｆｃ、信号帯域Ｂの信号を継続的に送信（放送）しているものとする。パッシブレーダ装置本体１０は、直接波受信用アンテナ２及び散乱波受信用アンテナ３のそれぞれによって受信された信号を増幅し、帯域フィルタを通して所望の帯域の信号を取り出す。この後、パッシブレーダ装置本体１０は、これらの信号をダウンコンバートし、サンプリングする。即ち、増幅からサンプリングまでの一連の処理が受信処理である。
【００１９】
ここで、図１に示す各種パラメータは、以下のように定義される。
【００２０】
【数１】
【００２１】
また、送信局１及び受信局４のそれぞれと目標１００との間の距離ｒｓ，ｒｒ、並びに送信局１とパッシブレーダ装置本体１０との間の距離ｒｄは、次の式（２）のように定義される。
【００２２】
【数２】
【００２３】
図２は、図１のパッシブレーダ装置本体１０を示すブロック図である。図２において、パッシブレーダ装置本体１０は、直接波受信処理部（直接波受信機）１１、散乱波受信処理部（散乱波受信機）１２、レンジ圧縮部１３、クラッタ抑圧部１４、レンジマイグレーション補償部１５、位相補償部１６、クロスレンジ圧縮部１７及び表示部１８を有している。
【００２４】
ここで、パッシブレーダ装置本体１０は、演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク等）及び信号入出力部を持ったコンピュータ（図示せず）により構成することができる。パッシブレーダ装置本体１０のコンピュータの記憶部には、直接波受信処理部１１、散乱波受信処理部１２、レンジ圧縮部１３、クラッタ抑圧部１４、レンジマイグレーション補償部１５、１６及びクロスレンジ圧縮部１７の機能を実現するためのプログラムが格納されている。直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２については、発振器やミキサ等の回路素子を組み合わせて構成することもでき、回路素子とプログラムを用いた演算処理とを組み合わせて構成することもできる。
【００２５】
図３は、一般的なパッシブレーダ装置の受信処理を説明するための説明図である。図４は、図２の直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２の受信処理を説明するための説明図である。なお、図３，４の横軸は、時間軸である。一般的なパッシブレーダ装置では、図３に示すように、観測時間ｔstartからｔendまでの間で（全観測時間に渡って）連続して、直接波及び散乱波の受信処理が行われる。
【００２６】
これに対して、実施の形態１の直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２は、図４に示すように、それぞれ直接波及び散乱波について、間欠的に（即ち間欠的なタイミングで）受信処理を行う。この場合、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２は、Ｔ０［ｓｅｃ］の受信をΔｔ［ｓｅｃ］の間隔でＮ回繰り返す。
【００２７】
以下、本明細書では、パルスドップラレーダの用語に倣って、Ｔ０［ｓｅｃ］の受信処理の１回分を「パルス」とし、受信処理時間であるＴ０を「パルス幅」として説明する。また、Δｔを「パルス繰り返し周期（PRI: Pulse Repetition Interval）」とし、コヒーレントに処理を行うためのＮヒット分の観測に要する時間ＴＣ＝ＮΔｔを「観測時間」として説明する。
【００２８】
続いて、レンジ圧縮部１３、及びその後段の処理ブロックの動作を説明するために、送信局１からの直接波と目標からの散乱波の信号とを定式化する。今、送信局１からの送信波は中心周波数ｆｃの狭帯域信号であるから、受信局４の位置における送信局１からの直接波を次の式（３）で表すことができる。
【００２９】
【数３】
【００３０】
ここで、ａ（ｔ）は送信信号の複素振幅であり、τｄは直接波の伝搬遅延時間である。パッシブレーダでは、送信信号が未知であることから、ａ（ｔ）は確率過程（random process）として扱うのが適当である。また、以下では、広義定常性（wide-sense stationarity; WSS）は成立するものとする。一方、送受信局１，４ともに固定局を想定しているので、τｄは定数である。
【００３１】
【数４】
【００３２】
目標が移動する場合、散乱波の伝搬遅延時間は時変であるが、パルス幅Ｔ０が十分に短い場合、その間の伝搬遅延時間は、一次近似できると考える。
【００３３】
【数５】
【００３４】
この関係を踏まえ、散乱波の受信信号を、次の式（６）のように近似的に表現することができる。
【００３５】
【数６】
【００３６】
ただし、ここでは目標は１つの散乱点で構成されているものと仮定している。また、αは伝搬長の差分に起因する減衰量の差による振幅の比である。さらに、
【００３７】
【数７】
【００３８】
は、時刻ｔｎにおけるドップラ周波数である。また、ここでは、複素振幅の帯域に比して伝搬遅延時間の変化率
【００３９】
【数８】
【００４０】
は、十分に小さいので、複素振幅ａ（ｔ）の項については、パルス幅Ｔ０の間で、遅延時間がτｓｎ０で一定であるとみなしている。
【００４１】
なお、観測のジオメトリが図１のように表される場合、直接波及び散乱波のそれぞれの遅延時間τｄ，τｓｎ０、並びに散乱波のドップラ周波数ｆｄｎは、それぞれ次の式（７）〜（９）のように求められる。
【００４２】
【数９】
【００４３】
ここで、この式（９）の導出には、次の式（１１）のｒｓ（ｔ）の時間微分の関係を用いている（ｒｒ（ｔ）についても同様）。
【００４４】
【数１０】
【００４５】
式（４）及び式（６）より、ローカル周波数ｆｌ＝ｆｃ−Δｆｃの正弦波信号を用いてダウンコンバートされた信号は、次の式（１２），（１３）で表される。
【００４６】
【数１１】
【００４７】
ただし、τｎ＝τｓｎ０−τｄは、直接波と散乱波との遅延時間差である。また、φは、ローカル発振器の初期位相である。なお、式（１３）の最後の等式は、散乱波の信号を直接波の信号を用いて表現したものである。
【００４８】
レンジ圧縮部１３は、パルス毎に次の式（１４）の演算式を用いた相互相関処理を実行することによってレンジ圧縮を行う。以下、本明細書では、レンジ圧縮部１３によるレンジ圧縮によって得られる相互相関関数χｎ（τ）を、「レンジプロフィール」として説明する（高分解能プロフィール）。
【００４９】
【数１２】
【００５０】
また、レンジ圧縮部１３は、レンジプロフィールχｎ（τ） （ｎ＝０，１，... ，Ｎ−１）を、後段のクラッタ抑圧部１４に送る。以下、本明細書では、これらＮパルス分のレンジプロフィールの１つのまとまり（１セット）を「レンジヒストリ」として説明する（高分解能プロフィールのヒストリ）。
【００５１】
式（１４）に式（１３）を代入すると、目標として散乱点が１つ存在する場合のレンジプロフィールχｎ（τ）は、次の式（１５）で表されることがわかる。
【００５２】
【数１３】
【００５３】
ａ（ｔ）については、広義定常性（WSS）が成立すると仮定しているので、自己相関関数の期待値Ｒａ（τ）は、次の式（１６）で表される。
【００５４】
【数１４】
【００５５】
すると、レンジプロフィールχｎ（τ）の期待値は、次に式（１７）で表される。
【００５６】
【数１５】
【００５７】
この式（１８）において、ｓｉｎｃ関数の項は、散乱波が目標１００の移動によるドップラシフトを受けているために発生する直接波との相関のロスを表す項であるが、パルス幅Ｔ０が比較的短ければ、このロスは無視することができ、前記の近似が成立する。また、（Ｔ０−τ）の項より、パルス幅Ｔ０は、想定される遅延時間差に対して十分に長い必要があることが確認できる。
【００５８】
ここで、直接波受信処理部１１と散乱波受信処理部１２との受信処理の動作タイミングをずらし、散乱波受信処理部１２の受信処理の動作タイミングを、直接波受信処理部１１の受信処理の動作タイミングに対して遅らせることによって、パルス幅Ｔ０を広げることなく、遠方を観測することも可能である。例えば、散乱波受信処理部１２の動作タイミングをτｎだけ遅らせておけば、目標信号についてはロス無く積分することができる。実際には、目標位置は未知であるから、所望の観測領域の中央部までの距離で決まる遅延時間を与えるのが望ましい。
【００５９】
式（１７）より、レンジプロフィールの期待値Ｅ｛χｎ（τ）｝は、ターゲットの遅延時間差τ＝τｎにおいてピークを持つ（即ち、次の関係式で表される）。
【００６０】
【数１６】
【００６１】
また、このピークにおける複素振幅の値は、次の式（１９）で表される。
【００６２】
【数１７】
【００６３】
この式（１９）により、ｎ番目のレンジプロフィールのピークにおける位相（の期待値）は２π（ｆｃ−Δｆｃ）τｎで表されることが確認できる。
【００６４】
次に、クラッタ抑圧部１４は、レンジヒストリχｎ（τ） （ｎ＝０，１，... ，Ｎ−１）におけるパルス方向平均を、各レンジプロフィールから差し引く処理を実行することによって、背景の静止物からの反射信号（クラッタ）を抑圧する。なお、クラッタ抑圧部１４の処理は、次の式（２０）のように定式化される。
【００６５】
【数１８】
【００６６】
静止物からの反射波の信号については、遅延時間差がパルス毎に変化しない。即ち、ドップラ周波数シフトを受けていない。このことは、式（１９）において、目標が固定（固定物）であれば、τ＝τｎで一定であるから、パルス番号ｎによらず信号の位相が一定であることが確認できる。式（２０）において、クラッタ抑圧部１４は、Ｎパルスのレンジプロフィールの平均を算出することによって、ドップラ周波数がゼロの信号を抽出し、この抽出した信号を各レンジプロフィールから差し引くことで、ドップラ周波数がゼロの信号を抑圧している。これにより、背景の静止物からの反射信号（即ちクラッタ）を抑圧できる。
【００６７】
ここで、レンジマイグレーション補償部１５、位相補償部１６及びクロスレンジ圧縮部１７については、例えば、非特許文献４、特許文献１及び特許文献２等に示すような公知の逆合成開口レーダの処理を適用できる。このため、本明細書では、各処理ブロック７〜９の処理の詳細についての説明を省略し、各処理ブロック７〜９における入出力信号に関する内容を中心に説明する。
【００６８】
レンジマイグレーション補償部１５は、レンジマイグレーション補償処理を実行し、レンジヒストリ上で目標信号がレンジ方向に移動する現象であるレンジマイグレーションを補償する。図５は、図２のレンジマイグレーション補償部１５による処理の前後のレンジヒストリを示す概念図である。図５では、太い三重線で示したものが目標信号を表す。また、図５（ａ）は、レンジ圧縮後でレンジマイグレーション処理前のレンジヒストリであり、図５（ｂ）は、レンジ圧縮後でレンジマイグレーション処理後のレンジヒストリである。さらに、図５の例では、移動目標が送信局１及び受信局４へ近づいている様子を示す。
【００６９】
レンジマイグレーション補償部１５は、このレンジマイグレーションの移動量を推定する第１のステップと、その推定されたレンジマイグレーションの移動量に基づいて、目標信号がレンジヒストリにおいて同一レンジに現わされるようにレンジマイグレーションを補償する第２のステップとの２つのステップの処理を行う。
【００７０】
図６は、図２のレンジマイグレーション補償部１５を示すブロック図である。なお、図６は、例えば特許文献２の従来の技術の欄に記載の方法に従って構成した場合のブロック図である。なお、特許文献２の特許請求の範囲に記載された内容に従って構成してもよいが、処理の概要についての理解を促すためには、従来の技術に記載の方法に拠って説明を加えるのが好適である。
【００７１】
図６において、レンジマイグレーション補償部１５は、振幅最大レンジビン検出手段１５ａ、平滑化手段（第１平滑化手段）１５ｂ及びレンジ補償手段１５ｃを有している。振幅最大レンジビン検出手段１５ａは、レンジヒストリのパルス毎に、振幅が最大になるレンジビンを検出する。パルス繰り返し周期は、目標の運動に対して十分に短いため、レンジマイグレーションは滑らかである。しかしながら、雑音や干渉等の影響により、各パルスで検出されたレンジビンの位置がばらつくことが多い。
【００７２】
平滑化手段１５ｂは、振幅最大レンジビン検出手段１５ａによって検出されたレンジビンの位置に対して、最小二乗法によって曲線を当てはめる等の方法で平滑化し、その平滑化したレンジマイグレーションの移動量の推定値を導出する。レンジ補償手段１５ｃは、平滑化手段１５ｂによって導出されたレンジマイグレーションの移動量の推定値に基づいて、パルス毎のレンジプロフィールをレンジ方向に移動させることにより、レンジヒストリにおける目標信号が同一レンジビンに揃うように補償する。
【００７３】
位相補償部１６は、目標基準点における位相の変化量を推定して補償する処理を実行する。図７は、図２の位相補償部１６を示すブロック図である。なお、図７は、位相補償部１６を例えば特許文献２の従来の技術の項に記載の方法に従って構成した場合のブロック図である。なお、特許文献２の特許請求の範囲に記載された内容に従って構成してもよいが、処理の概要についての理解を促すためには、従来の技術に記載の方法に拠って説明を加えるのが好適である。
【００７４】
図７において、位相補償部１６は、注目レンジビン決定手段１６ａ、短時間ＦＦＴ手段１６ｂ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）、振幅最大周波数検出手段１６ｃ、平滑化手段（第２平滑化手段）１６ｄ、位相補償量算出手段１６ｅ及び位相補償量乗算手段１６ｆを有している。
【００７５】
注目レンジビン決定手段１６ａは、レンジ補償後のレンジプロフィールの各レンジにおける平均電力を算出する。また、注目レンジビン決定手段１６ａは、算出した平均電力の値を最大とするレンジビンを注目レンジビンとし、そのレンジビンの受信信号列を後段の短時間ＦＦＴ手段１６ｂに送る。
【００７６】
短時間ＦＦＴ手段１６ｂは、注目レンジビンにおける受信信号列に対して、短時間ＦＦＴを実行する。これにより、注目レンジビンにおける信号のドップラ周波数の時間変化を観察することが可能になる。以下、本明細書では、短時間ＦＦＴ手段１６ｂの処理結果を、「注目レンジビンにおけるドップラヒストリ」として説明する。
【００７７】
振幅最大周波数検出手段１６ｃは、注目レンジビンにおけるドップラヒストリに対して、ドップラ周波数が最大となるドップラ周波数セルを検出する。レンジマイグレーションと同様に、一般にドップラ周波数の変化も滑らかであるが、雑音や干渉等の影響により、各パルスで検出されるドップラ周波数セルの位置がばらつくことが多い。そこで、平滑化手段１６ｄは、レンジマイグレーション補償部１５における平滑化手段１５ｂの平滑化処理と同様に、振幅最大周波数検出手段１６ｃによって検出されたドップラ周波数セルの位置に対して、最小二乗法を用いて曲線を当てはめる等の方法で平滑化し、滑らかなドップラ周波数の変化の推定値を導出する。
【００７８】
位相補償量算出手段１６ｅは、平滑化手段１６ｄによって導出されたドップラ周波数の変化の推定値に基づき、信号位相の変化量の推定値を算出する。位相補償量乗算手段１６ｆは、位相補償量算出手段１６ｅによって算出された信号位相の変化量の推定値に基づいて、この位相変化を打ち消すように、信号に位相成分を乗算する。
【００７９】
クロスレンジ圧縮部１７は、位相補償部１６の出力信号に対してパルス方向にフーリエ変換を行うことによって、クロスレンジ方向の分解能を向上させる。そして、クロスレンジ圧縮部１７の出力信号がレーダ画像として表示部１８に表示される。このクロスレンジ圧縮部１７の処理（クロスレンジ圧縮処理）は、本質的にはドップラ周波数差を求める処理である。なお、非特許文献４等に記載されているように、逆合成開口レーダのクロスレンジ軸はドップラ周波数差の軸となっているが、このことは、パッシブレーダ装置による逆合成開口レーダ処理においても同様である。
【００８０】
以上のように、実施の形態１によれば、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２が、受信処理を間欠的に行う。これとともに、レンジ圧縮部１３が、直接波の信号とび散乱波の信号とを、パルス毎に相互相関を求めることによって、Ｎパルス分のレンジプロフィールの１つのまとまりであるレンジヒストリを生成する。この構成により、パルス単位で相関演算処理が可能となることにより、全体の処理時間を短縮させることができ、パッシブレーダを用いた逆合成開口レーダによる高分解能レーダ画像を実用的な方式で生成できる。
【００８１】
ここで、従来のパッシブレーダ装置では、高サンプリング周波数で長時間連続して観測する必要があるため、受信データ量が膨大になっていた。これに対して、実施の形態１では、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２が、受信処理を間欠的に行うので、高サンプリング周波数で長時間連続して観測する場合でも、受信データ量を低減させることができる。
【００８２】
また、実施の形態１では、直接波信号の受信処理の動作タイミングと、散乱波信号の受信処理の動作タイミングとを適切に設定することによって、受信処理を間欠的に行うことに伴う信号電力の低下を最小限に抑えることができる。
【００８３】
実施の形態２．
実施の形態１では、レンジ圧縮部１３の出力に対して、クラッタ抑圧部１４を介した後、レンジマイグレーション補償部１５の振幅最大レンジビン検出手段１５ａが、パルス毎のレンジプロフィールから振幅が最大となるレンジビンを検出することで、目標信号のレンジマイグレーションの移動量を推定している。
【００８４】
ここで、実施の形態１では、受信信号を間引いていることから、目標が遠距離にある場合に、パルス幅が短ければ、信号対雑音比（SNR: Signal to Noise Ratio）が不十分であり、パルス毎のレンジプロフィールにおいては目標を検出できない可能性が考えられる。これを回避するためには、パルス幅を長くする必要がある。しかしながら、パルス幅を長くした場合、式（１８）の近似が成立しないため、信号電力の損失が無視できなくなる。従って、受信データ量を低減しつつ、信号対雑音比率を可能な限り保持する方式が必要である。そこで、実施の形態２では、パルス分割型レンジ圧縮部２１が、パルスを一旦複数のセグメントに分割し、セグメント毎にレンジ圧縮処理を行う。
【００８５】
図８は、この発明の実施の形態２によるパッシブレーダ装置を示すブロック図である。図８において、パッシブレーダ装置本体２０は、実施の形態１のレンジ圧縮部１３に代えて、パルス分割型レンジ圧縮部２１を有している。また、パッシブレーダ装置本体２０は、レンジマイグレーション補償部１５に代えて、ドップラ処理部２２、ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３及びドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４を有している。その他の構成は、実施の形態１のパッシブレーダ装置本体１０と同様である。
【００８６】
図９は、図８のパルス分割型レンジ圧縮部２１によるセグメント分割処理を示す概念図である。なお、図９では、パルスをＨ個のセグメントに分割している様子を示す。このとき、各セグメントの長さ（以下、本明細書では、これを「セグメント幅」と呼ぶ）は、Ｔ０／Ｈである。セグメント幅を短くとり、セグメント毎にレンジ圧縮をすることにより、各セグメントについては、式（１８）の近似が成立し、レンジ圧縮による信号電力の損失を低減することができる。なお、以下では、パルス分割型レンジ圧縮部２１から出力される全セグメント及び全パルスの信号を次の式（２１）のように表す。
【００８７】
【数１９】
【００８８】
続いて、実施の形態２のクラッタ抑圧部１４は、レンジヒストリχｎ,ｈ（τ）の全セグメント及び全パルスの平均を、各レンジプロフィールから差し引く処理を行うことにより、背景の静止物からの反射信号（クラッタ）を抑圧する。ここで、クラッタ抑圧部１４の処理は、次の式（２２）のように定式化される。
【００８９】
【数２０】
【００９０】
続いて、ドップラ処理部２２は、クラッタ抑圧部１４の出力レンジヒストリに対して、レンジ毎に次の式（２３）のようにセグメント方向に離散フーリエ変換を行い、ドップラ周波数スペクトルを求める。
【００９１】
【数２１】
【００９２】
ただし、ｍは、ドップラ周波数セル番号であり、ｍ＝０，１，... ，Ｍ−１である。ドップラ処理部２２の出力信号は、この式（２３）で定義されるｙｎ（τ，ｆｄｍ）である。
【００９３】
ここで、実施の形態１と同様に、目標を１つの散乱点で構成する場合を想定して、ドップラ処理部２２の出力について説明する。パルス幅Ｔ０の間において、ターゲットのドップラ周波数が一定で、次の式（２４）が成立する場合を考える。
【００９４】
【数２２】
【００９５】
この式（２４）が成立する場合、ｎ番目のパルスのｈ番目のセグメントにおける遅延時間差τｎ,ｈを、次の式（２５）のような１次式で表すことができる。
【００９６】
【数２３】
【００９７】
従って、目標信号の存在するレンジビンにおけるセグメント方向の離散フーリエ変換の結果についての期待値は、次の式（２６）で表される。
【００９８】
【数２４】
【００９９】
ここで、パルス幅の間で目標振幅が変化しないものと仮定して、α（Ｔ０−τｎ,ｈ）＝α（Ｔ０−τｎ,ｈ）と近似した。この式（２６）より、ドップラスペクトルｙ（τｎ，ｆｄｍ）では、次の式（２７）に示すドップラ周波数セルにピークが発生することがわかる。
【０１００】
【数２５】
【０１０１】
ただし、Ｃは、ピークにおける複素振幅であり、次の式（２８）で表される。
【０１０２】
【数２６】
【０１０３】
次に、ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３の処理について説明する。図１０は、図８のドップラ周波数セル対応傾き補償部２３による処理の前後の信号を示す概念図である。ｍ番目のドップラ周波数セルに含まれる信号のドップラ周波数はｆｄｍであるから、ｎ番目のパルスにおける遅延時間τｎ，ｍは、このドップラ周波数に対応するよう１次の時間変化をしており、次の式（２９）で表すことができる。
【０１０４】
【数２７】
【０１０５】
従って、ｙｎ（τ，ｆｄｍ）に対して、式（２９）で表されるレンジ移動分を補償することによって、信号のレンジについて概ね補償することができる。ここで、ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３の出力信号を、次のように表す。
【０１０６】
【数２８】
【０１０７】
なお、図１０にも示すように、ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３で補償できるのは、信号の１次の傾き成分であり、２次以上のレンジマイグレーションについては補償できない。ドップラ処理部２２におけるドップラ周波数分解能は、パルス幅で決まる分解能となるが、このパルス幅はそれほど大きくは設定されない。このため、ここで得られるドップラ周波数の分解能はそれほど高くない。従って、各ドップラセルに含まれる信号は、各ドップラセルに対応する１次のレンジマイグレーション成分を持つと同時に、２次以上のレンジマイグレーション成分を持つことがある。
【０１０８】
ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３の出力は、次にドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４に送られる。図１１は、図８のドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４を示すブロック図である。図１１において、ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４は、インコヒーレント積分手段２４ａ、目標検出手段２４ｂ、振幅最大レンジビン検出手段２４ｃ、平滑化手段（第３平滑化手段）２４ｄ及びレンジ補償手段２４ｅを有している。
【０１０９】
インコヒーレント積分手段２４ａは、ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３の出力信号に対して、次の式（３０）の演算式を用いて、パルス方向にインコヒーレント積分を行う。
【０１１０】
【数２９】
【０１１１】
目標検出手段２４ｂは、インコヒーレント積分手段２４ａの出力に対して、目標検出処理を適用する。ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理のような方式で適切に設定された閾値と、信号ｚ（τ，ｆｄｍ）とを比較することによって行う。この目標検出処理によって、検出されたレンジビン・ドップラ周波数セルに目標信号が含まれているとみなすことができる。
【０１１２】
振幅最大レンジビン検出手段２４ｃは、目標検出手段２４ｂによって目標信号が検出されたドップラ周波数セルに含まれる信号に対して、パルス毎に振幅最大レンジビンを検出する。ここで、実施の形態１と同様に、雑音や干渉等の影響により、各パルスで検出されたレンジビンの位置がばらつくことが多い。従って、振幅最大レンジビン検出手段２４ｃにより検出されたレンジビンの位置に対して、平滑化手段２４ｄは、最小二乗法の曲線を当てはめる等の方法で平滑化し、レンジマイグレーションの移動量の推定値を導出する。
【０１１３】
レンジ補償手段２４ｅは、平滑化手段２４ｄから導出されたレンジマイグレーションの移動量の推定値に基づいて、パルス毎のレンジプロフィールをレンジ方向に移動させることにより、レンジヒストリにおける目標信号が同一レンジビンに揃うように補償する。このように、ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４によるレンジマイグレーション処理によって、図１２に示すように、信号のレンジマイグレーション成分が補償される。なお、位相補償部１６及びクロスレンジ圧縮部１７の動作は実施の形態１と同様である。
【０１１４】
以上のように、実施の形態２のパッシブレーダ装置によれば、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２が、信号の受信処理を間欠的にするように構成して受信データ量を抑圧する。これとともに、パルス分割型レンジ圧縮部２１が、パルスを複数のセグメントに分割してレンジ圧縮処理を実行した後に、ドップラ処理部２２が、セグメント方向に離散フーリエ変換を行うことによってドップラスペクトルを算出する。この構成により、実施の形態１と同様効果を得ることができるとともに、パルス幅を比較的長めに設定しても信号成分の損失を抑えることができる。この結果、パルス幅を比較的長めに設定可能となることから、信号対雑音比を実施の形態１に比べて向上させることができる。
【０１１５】
実施の形態３．
実施の形態２のパッシブレーダ装置では、観測中の目標信号のドップラ周波数の変化率が大きい場合に、ドップラ処理部２２の出力信号ｙｎ（τ，ｆｄｍ）において、図１３に示すように、目標信号が複数のドップラ周波数セルに跨る場合がある。これに対して、実施の形態３のパッシブレーダ装置では、目標信号が複数のドップラ周波数セルに跨る場合にも対処できるように構成されている。
【０１１６】
図１４は、この発明の実施の形態３によるパッシブレーダ装置の一部を示すブロック図である。図１４において、実施の形態３のドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４は、実施の形態２のインコヒーレント積分手段２４ａに代えて、分割型インコヒーレント積分手段２４ｆを有している。また、ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４は、ドップラセル結合手段２４ｇをさらに有している。なお、他の構成は、実施の形態２と同様である。
【０１１７】
分割型インコヒーレント積分手段２４ｆは、全Ｎパルスに渡って積分する代わりに、次の式（３１）に示すように、信号をＫパルス毎（グループ毎）に分割して積分する。
【０１１８】
【数３０】
【０１１９】
目標検出手段２４ｂは、分割型インコヒーレント積分手段２４ｆの出力ｚｉ（τ，ｆｄｍ）に対して目標検出処理を行う。この目標検出処理によって、Ｋ個のパルスの組み合わせ毎に、目標信号の存在するレンジビン及びドップラ周波数セルを検出することができる。
【０１２０】
ドップラセル結合手段２４ｇは、目標検出手段２４ｂによって目標が検出された複数のドップラ周波数セルの信号をコヒーレントに加算することにより、信号がドップラ周波数セルを跨いでしまう問題を解決する。ただし、目標の検出された複数のドップラ周波数セルが互いに大きく開離している場合等は、複数の目標が検出されているとみなすべきであり、ドップラ周波数セルを結合してしまうのは望ましくない。
【０１２１】
例えば、ｌ番目のパルスの組み合わせにおいて、目標信号がドップラ周波数セル番号ｍ、レンジτで検出されたとして、ｌ＋１番目のパルスの組み合わせにおいて、目標信号がドップラ周波数セル番号ｍ＋１、レンジτ＋Δτに検出されれば、信号の連続性が認められるため、目標信号がドップラ周波数セルを跨いでいると判定することができる（関連性の評価）。ドップラセル結合手段２４ｇにおいては、このような適切な判定に基づいて、ドップラ周波数セルを結合する必要がある。その後の振幅最大レンジビン検出手段２４ｃ、平滑化手段２４ｄ、レンジ補償手段２４ｅの処理は、実施の形態２と同様に行うことができる。
【０１２２】
以上のように、実施の形態３のパッシブレーダ装置によれば、ドップラ処理部２２の出力信号において、目標信号がドップラ周波数セルを跨いだ場合に、ドップラセル結合手段２４ｇが目標信号を含むドップラ周波数セルを結合する。この構成により、ドップラ周波数の変化率の大きい目標に対しても適切にクロスレンジ圧縮を行うことができる。
【０１２３】
なお、実施の形態１〜３では、直接波受信用アンテナ２と散乱波受信用アンテナ３とを別々の種類のアンテナとして説明した。しかしながら、２つ以上のアンテナ（直接波・散乱波の共通受信用アンテナ）で直接波と散乱波とを受信した信号を用いて、デジタルビームフォーミングによって直接波と散乱波とを分離するように構成してもよい。
【０１２４】
また、実施の形態１〜３において、散乱波受信用アンテナとして、互いに直交する偏波特性を有する２つの受信アンテナを用いることによって、目標における散乱の偏波特性を計測することも可能である。この場合、実施の形態１〜３の各処理を、２つの散乱波受信用アンテナで得られた信号に対してそれぞれ適用することによって、偏波特性の異なる２つのレーダ画像を生成することが可能となる。
【０１２５】
さらに、実施の形態１では、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２が、図４に示すように、間欠的に受信処理を行った。しかしながら、パルス幅Ｔ０と繰り返し周期Δｔとを互いに一致するように設定した場合には、図３に示すように、信号を連続的に受信処理した場合と同等の信号を観測したことになる。この場合には、全観測時間に渡る信号を、Ｔ０［ｓｅｃ］毎のセグメントに分割して、実施の形態１の各処理を実行することに他ならない。つまり、実施の形態１において、レンジ圧縮部１３が、全観測時間に渡る直接波の信号と散乱波の信号とを、それぞれＴ０［ｓｅｃ］毎のセグメントに逐次分割して、セグメント毎に直接波の信号と散乱波の信号との相互相関を求めてもよい。この構成でも、セグメント単位で相関演算処理が可能となることにより、全体の処理時間を短縮させることができ、パッシブレーダを用いた逆合成開口レーダによる高分解能レーダ画像を実用的な方式で生成できる。
ここで、この場合のセグメント幅としてのＴ０（所定の単位時間）は、Ｔ０の間のドップラ周波数の変化量が、Ｔ０で決まるドップラ分解能より小さくなるように設定するのが望ましい。即ち、次式の関係を満たすように設定する。
【０１２６】
【数３１】
【０１２７】
ここで、Δｆｄは、目標のドップラ周波数の変化率であり、目標の運動に依存する値である。観測対象とする目標の運動は、事前にある程度想定できるので、例えば、想定される最大のΔｆｄに基づいてＴ０を設定すればよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１ 送信局（電波源）、２ 直接波受信用アンテナ、３ 散乱波受信用アンテナ、４ 受信局、１０，２０ パッシブレーダ装置本体、１１ 直接波受信処理部、１２ 散乱波受信処理部、１３ レンジ圧縮部、１４ クラッタ抑圧部、１５ レンジマイグレーション補償部、１５ａ 振幅最大レンジビン検出手段、１５ｂ 平滑化手段（第１平滑化手段）、１５ｃ レンジ補償手段、１６ 位相補償部、１６ａ 注目レンジビン決定手段、１６ｂ 短時間ＦＦＴ手段、１６ｃ 振幅最大周波数検出手段、１６ｄ 平滑化手段（第２平滑化手段）、１６ｅ 位相補償量算出手段、１６ｆ 位相補償量乗算手段、１７ クロスレンジ圧縮部、１８ 表示部、２１ パルス分割型レンジ圧縮部、２２ ドップラ処理部、２３ ドップラ周波数セル対応傾き補償部、２４ ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部、２４ａ インコヒーレント積分手段、２４ｂ 目標検出手段、２４ｃ 振幅最大レンジビン検出手段、２４ｄ 平滑化手段（第３平滑化手段）、２４ｅ レンジ補償手段、２４ｆ 分割型インコヒーレント積分手段、２４ｇ ドップラセル結合手段、１００ 目標。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、観測時間を長くとることによってドップラ周波数の分解能を向上させる機能を有するパッシブレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パッシブレーダとは、放送局等の既存の電波源からの送信電波を利用し、電波源から直接的に到達する信号（直接波）と、目標によって散乱された信号（散乱波）との経路長差、及び散乱波信号のドップラ周波数シフトを計測する方式である（図１参照）。
【０００３】
このパッシブレーダの電波源としては、テレビやラジオの放送局に加えて、Global Navigation Satellite System（GNSS）の人工衛星等が検討されている。また、パッシブレーダは、自ら電波を放射しないため、省電力・省電波資源に資する方式として注目されている。例えば、非特許文献１には、パッシブレーダに関する従来の開発成果や、パッシブレーダの利点・欠点等が体系的にまとめて記載されている。
【０００４】
ところで、近年運用が始まった地上デジタルテレビ放送の放送波は、占有帯域幅内の周波数特性がフラットでチャネル間の隔離幅が比較的小さい。このため、複数のチャネルを合わせて広帯域信号とみなすことができる。このような放送波を用いれば、パッシブレーダを用いても高い分解能で目標を観測することが可能である。さらに、長い観測時間を確保することにより、パッシブレーダでも逆合成開口レーダ（ISAR: Inverse Synthetic Aperture Radar）画像に相当するレーダ画像を生成できると期待される。
【０００５】
また、パッシブレーダを用いた目標のレーダ画像生成に関する先行技術としては、例えば、非特許文献２や非特許文献３に示すようなものがある。非特許文献２には、放送波信号の帯域がそれほど広くないことを前提とし、観測中に目標に対する観測の見込み角を極めて広くとることによって分解能を向上させる技術が開示されている。非特許文献３には、目標運動が正確に既知であることを前提として、高品質な逆合成開口レーダ画像を生成する技術が開示されている。
【０００６】
これらの他に、この発明に関連する先行技術としては、例えば、特許文献１，２及び非特許文献４に示すようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２９３８７２８号公報
【特許文献２】特許第４０４６４２２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】N.J. Willis and H.D. Griffiths, “Advances in Bistatic Radar,” Scitech publishing Inc., 2007
【非特許文献２】M.Cetin and A.D. Lanterman, “Region-Enhanced Passive Radar Imaging,” IEE Proceedings. Radar, Sonar and Navigation, Vol.152, No.3, pp.185--194, Jun. 2005
【非特許文献３】Y. Wu, D.C. Munson,Jr, “Wide-angle ISAR passive imaging using smoothed pseudo Wigner-Ville distribution,” Proc. IEEE Radar Conf., 2001. pp.363--368, May, 2001
【非特許文献４】D.R. Wehner, “High Resolution Radar Second Edition,” Artech House, Inc. 1995
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、パッシブレーダを用いたレーダ画像の生成方式については、非特許文献２や非特許文献３に見られるような検討がなされている。しかしながら、非特許文献２のものの場合、このような観測条件を整えるのは現実には困難である。また、非特許文献３のものの場合、一般的に観測対象の目標の運動を正確に知ることは現実には困難である。従って、非特許文献２，３のものでは、いずれも現実的な運用が困難であると考えられ、非実用的であった。
【００１０】
特に、パッシブレーダでは、送信局（放送局）からの直接波と、送信局から送信された電波が目標（ターゲット）によって散乱されてなる散乱波とを受信し、２つの受信信号の相関演算に基づいて、その遅延時間差及びドップラ周波数シフトを観測する。この遅延時間の推定精度（即ち、距離分解能）は送信局から送信された信号の帯域で決まり、また、ドップラ周波数シフトの推定精度（ドップラ周波数分解能）は観測時間で決まる。このことから、従来のパッシブレーダ装置では、目標の高分解能レーダ画像を生成するために、高サンプリング周波数で長時間連続して観測する必要がある。
【００１１】
この結果、従来のパッシブレーダ装置では、受信機（受信処理部）が、全観測時間に渡って連続して散乱波及び直接波を受信し、この一連の散乱波及び直接波についてそれぞれ受信処理を行った後に、２つの受信信号の相関演算を行っていた。従って、一連の散乱波及び直接波のそれぞれの受信処理が終了した後に、相関演算処理が行われていたため、全体の処理時間が長くなるという問題があった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、全体の処理時間を短縮させることができ、パッシブレーダを用いた逆合成開口レーダによる高分解能レーダ画像を実用的な方式で生成できるパッシブレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るパッシブレーダ装置は、電波源から発せられその電波源から直接的に到達する電波である直接波、及び前記電波源からの電波が目標によって散乱されてなる散乱波を受信可能な複数のアンテナと、前記複数のアンテナに接続され、前記複数のアンテナが受信した前記直接波及び前記散乱波のそれぞれについて受信処理を行う受信処理部と、前記受信処理部から受けた前記直接波の信号、及び前記散乱波の信号を、それぞれ所定の単位時間毎の複数のセグメントに逐次分割し、セグメント毎に前記直接波の信号と前記散乱波の信号との相互相関を求めることによって、高分解能プロフィールのヒストリを生成するレンジ圧縮部と、前記レンジ圧縮部によって生成された前記高分解能プロフィールのヒストリに対して、前記高分解能プロフィールのヒストリ上で前記目標を表す目標信号が前記目標の移動に起因してレンジ方向に移動する現象であるレンジマイグレーションを補償するレンジマイグレーション補償部と、前記レンジマイグレーション補償部によって得られたレンジマイグレーション補償後の信号に対して、前記目標の移動に起因して目標信号の位相が変化する現象を補償する位相補償部と、前記位相補償部によって得られた位相補償後の信号を時間方向に逆フーリエ変換してクロスレンジ方向の分解能を向上させるクロスレンジ圧縮部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るパッシブレーダ装置によれば、レンジ圧縮部が、直接波の信号及び散乱波についての信号を、それぞれ所定の単位時間毎の複数のセグメントに逐次分割し、セグメント毎に直接波の信号と散乱波の信号との相互相関を求めることによって、高分解能プロフィールのヒストリを生成するので、セグメント単位で相関演算処理が可能となることにより、全体の処理時間を短縮させることができ、パッシブレーダを用いた逆合成開口レーダによる高分解能レーダ画像を実用的な方式で生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置を示す概念図である。
【図２】図１のパッシブレーダ装置本体を示すブロック図である。
【図３】一般的なパッシブレーダ装置の受信処理を説明するための説明図である。
【図４】図２の直接波受信処理部及び散乱波受信処理部の受信処理を説明するための説明図である。
【図５】図２のレンジマイグレーション補償部による処理の前後のレンジヒストリを示す概念図である。
【図６】図２のレンジマイグレーション補償部を示すブロック図である。
【図７】図２の位相補償部を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態２によるパッシブレーダ装置を示すブロック図である。
【図９】図８のパルス分割型レンジ圧縮部によるセグメント分割処理を示す概念図である。
【図１０】図８のドップラ周波数セル対応傾き補償部による処理の前後の信号を示す概念図である。
【図１１】図８のドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部を示すブロック図である。
【図１２】図８のドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部による処理の前後の信号を示す概念図である。
【図１３】目標信号が複数のドップラ周波数セルに跨る現象を説明するための概念図である。
【図１４】この発明の実施の形態３によるパッシブレーダ装置の一部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置を示す概念図である。なお、図１では、パッシブレーダ装置に併せて観測のジオメトリを示す。
図１において、１は電波源としての送信局（放送局）であり、２は直接波受信用アンテナであり、３は散乱波受信用アンテナであり、１０はパッシブレーダ装置本体であり、１００は目標（ターゲット：例えば航空機）である。なお、以下では、アンテナ２，３及びパッシブレーダ装置本体１０の総称を「受信局４」ともいう。
【００１７】
直接波受信用アンテナ２は、送信局１を指向するように配置されている。また、直接波受信用アンテナ２は、送信局１から送信されて直接的に到達する電波である直接波を受信可能である。散乱波受信用アンテナ３は、目標１００が存在する観測領域を指向するように配置されている。散乱波受信用アンテナ３は、送信局１から送信された電波が目標１００によって散乱されてなる散乱波を受信可能である。
【００１８】
送信局１は、搬送波周波数ｆｃ、信号帯域Ｂの信号を継続的に送信（放送）しているものとする。パッシブレーダ装置本体１０は、直接波受信用アンテナ２及び散乱波受信用アンテナ３のそれぞれによって受信された信号を増幅し、帯域フィルタを通して所望の帯域の信号を取り出す。この後、パッシブレーダ装置本体１０は、これらの信号をダウンコンバートし、サンプリングする。即ち、増幅からサンプリングまでの一連の処理が受信処理である。
【００１９】
ここで、図１に示す各種パラメータは、以下のように定義される。
【００２０】
【数１】
【００２１】
また、送信局１及び受信局４のそれぞれと目標１００との間の距離ｒｓ，ｒｒ、並びに送信局１とパッシブレーダ装置本体１０との間の距離ｒｄは、次の式（２）のように定義される。
【００２２】
【数２】
【００２３】
図２は、図１のパッシブレーダ装置本体１０を示すブロック図である。図２において、パッシブレーダ装置本体１０は、直接波受信処理部（直接波受信機）１１、散乱波受信処理部（散乱波受信機）１２、レンジ圧縮部１３、クラッタ抑圧部１４、レンジマイグレーション補償部１５、位相補償部１６、クロスレンジ圧縮部１７及び表示部１８を有している。
【００２４】
ここで、パッシブレーダ装置本体１０は、演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク等）及び信号入出力部を持ったコンピュータ（図示せず）により構成することができる。パッシブレーダ装置本体１０のコンピュータの記憶部には、直接波受信処理部１１、散乱波受信処理部１２、レンジ圧縮部１３、クラッタ抑圧部１４、レンジマイグレーション補償部１５、１６及びクロスレンジ圧縮部１７の機能を実現するためのプログラムが格納されている。直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２については、発振器やミキサ等の回路素子を組み合わせて構成することもでき、回路素子とプログラムを用いた演算処理とを組み合わせて構成することもできる。
【００２５】
図３は、一般的なパッシブレーダ装置の受信処理を説明するための説明図である。図４は、図２の直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２の受信処理を説明するための説明図である。なお、図３，４の横軸は、時間軸である。一般的なパッシブレーダ装置では、図３に示すように、観測時間ｔstartからｔendまでの間で（全観測時間に渡って）連続して、直接波及び散乱波の受信処理が行われる。
【００２６】
これに対して、実施の形態１の直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２は、図４に示すように、それぞれ直接波及び散乱波について、間欠的に（即ち間欠的なタイミングで）受信処理を行う。この場合、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２は、Ｔ０［ｓｅｃ］の受信をΔｔ［ｓｅｃ］の間隔でＮ回繰り返す。
【００２７】
以下、本明細書では、パルスドップラレーダの用語に倣って、Ｔ０［ｓｅｃ］の受信処理の１回分を「パルス」とし、受信処理時間であるＴ０を「パルス幅」として説明する。また、Δｔを「パルス繰り返し周期（PRI: Pulse Repetition Interval）」とし、コヒーレントに処理を行うためのＮヒット分の観測に要する時間ＴＣ＝ＮΔｔを「観測時間」として説明する。
【００２８】
続いて、レンジ圧縮部１３、及びその後段の処理ブロックの動作を説明するために、送信局１からの直接波と目標からの散乱波の信号とを定式化する。今、送信局１からの送信波は中心周波数ｆｃの狭帯域信号であるから、受信局４の位置における送信局１からの直接波を次の式（３）で表すことができる。
【００２９】
【数３】
【００３０】
ここで、ａ（ｔ）は送信信号の複素振幅であり、τｄは直接波の伝搬遅延時間である。パッシブレーダでは、送信信号が未知であることから、ａ（ｔ）は確率過程（random process）として扱うのが適当である。また、以下では、広義定常性（wide-sense stationarity; WSS）は成立するものとする。一方、送受信局１，４ともに固定局を想定しているので、τｄは定数である。
【００３１】
【数４】
【００３２】
目標が移動する場合、散乱波の伝搬遅延時間は時変であるが、パルス幅Ｔ０が十分に短い場合、その間の伝搬遅延時間は、一次近似できると考える。
【００３３】
【数５】
【００３４】
この関係を踏まえ、散乱波の受信信号を、次の式（６）のように近似的に表現することができる。
【００３５】
【数６】
【００３６】
ただし、ここでは目標は１つの散乱点で構成されているものと仮定している。また、αは伝搬長の差分に起因する減衰量の差による振幅の比である。さらに、
【００３７】
【数７】
【００３８】
は、時刻ｔｎにおけるドップラ周波数である。また、ここでは、複素振幅の帯域に比して伝搬遅延時間の変化率
【００３９】
【数８】
【００４０】
は、十分に小さいので、複素振幅ａ（ｔ）の項については、パルス幅Ｔ０の間で、遅延時間がτｓｎ０で一定であるとみなしている。
【００４１】
なお、観測のジオメトリが図１のように表される場合、直接波及び散乱波のそれぞれの遅延時間τｄ，τｓｎ０、並びに散乱波のドップラ周波数ｆｄｎは、それぞれ次の式（７）〜（９）のように求められる。
【００４２】
【数９】
【００４３】
ここで、この式（９）の導出には、次の式（１１）のｒｓ（ｔ）の時間微分の関係を用いている（ｒｒ（ｔ）についても同様）。
【００４４】
【数１０】
【００４５】
式（４）及び式（６）より、ローカル周波数ｆｌ＝ｆｃ−Δｆｃの正弦波信号を用いてダウンコンバートされた信号は、次の式（１２），（１３）で表される。
【００４６】
【数１１】
【００４７】
ただし、τｎ＝τｓｎ０−τｄは、直接波と散乱波との遅延時間差である。また、φは、ローカル発振器の初期位相である。なお、式（１３）の最後の等式は、散乱波の信号を直接波の信号を用いて表現したものである。
【００４８】
レンジ圧縮部１３は、パルス毎に次の式（１４）の演算式を用いた相互相関処理を実行することによってレンジ圧縮を行う。以下、本明細書では、レンジ圧縮部１３によるレンジ圧縮によって得られる相互相関関数χｎ（τ）を、「レンジプロフィール」として説明する（高分解能プロフィール）。
【００４９】
【数１２】
【００５０】
また、レンジ圧縮部１３は、レンジプロフィールχｎ（τ） （ｎ＝０，１，... ，Ｎ−１）を、後段のクラッタ抑圧部１４に送る。以下、本明細書では、これらＮパルス分のレンジプロフィールの１つのまとまり（１セット）を「レンジヒストリ」として説明する（高分解能プロフィールのヒストリ）。
【００５１】
式（１４）に式（１３）を代入すると、目標として散乱点が１つ存在する場合のレンジプロフィールχｎ（τ）は、次の式（１５）で表されることがわかる。
【００５２】
【数１３】
【００５３】
ａ（ｔ）については、広義定常性（WSS）が成立すると仮定しているので、自己相関関数の期待値Ｒａ（τ）は、次の式（１６）で表される。
【００５４】
【数１４】
【００５５】
すると、レンジプロフィールχｎ（τ）の期待値は、次に式（１７）で表される。
【００５６】
【数１５】
【００５７】
この式（１８）において、ｓｉｎｃ関数の項は、散乱波が目標１００の移動によるドップラシフトを受けているために発生する直接波との相関のロスを表す項であるが、パルス幅Ｔ０が比較的短ければ、このロスは無視することができ、前記の近似が成立する。また、（Ｔ０−τ）の項より、パルス幅Ｔ０は、想定される遅延時間差に対して十分に長い必要があることが確認できる。
【００５８】
ここで、直接波受信処理部１１と散乱波受信処理部１２との受信処理の動作タイミングをずらし、散乱波受信処理部１２の受信処理の動作タイミングを、直接波受信処理部１１の受信処理の動作タイミングに対して遅らせることによって、パルス幅Ｔ０を広げることなく、遠方を観測することも可能である。例えば、散乱波受信処理部１２の動作タイミングをτｎだけ遅らせておけば、目標信号についてはロス無く積分することができる。実際には、目標位置は未知であるから、所望の観測領域の中央部までの距離で決まる遅延時間を与えるのが望ましい。
【００５９】
式（１７）より、レンジプロフィールの期待値Ｅ｛χｎ（τ）｝は、ターゲットの遅延時間差τ＝τｎにおいてピークを持つ（即ち、次の関係式で表される）。
【００６０】
【数１６】
【００６１】
また、このピークにおける複素振幅の値は、次の式（１９）で表される。
【００６２】
【数１７】
【００６３】
この式（１９）により、ｎ番目のレンジプロフィールのピークにおける位相（の期待値）は２π（ｆｃ−Δｆｃ）τｎで表されることが確認できる。
【００６４】
次に、クラッタ抑圧部１４は、レンジヒストリχｎ（τ） （ｎ＝０，１，... ，Ｎ−１）におけるパルス方向平均を、各レンジプロフィールから差し引く処理を実行することによって、背景の静止物からの反射信号（クラッタ）を抑圧する。なお、クラッタ抑圧部１４の処理は、次の式（２０）のように定式化される。
【００６５】
【数１８】
【００６６】
静止物からの反射波の信号については、遅延時間差がパルス毎に変化しない。即ち、ドップラ周波数シフトを受けていない。このことは、式（１９）において、目標が固定（固定物）であれば、τ＝τｎで一定であるから、パルス番号ｎによらず信号の位相が一定であることが確認できる。式（２０）において、クラッタ抑圧部１４は、Ｎパルスのレンジプロフィールの平均を算出することによって、ドップラ周波数がゼロの信号を抽出し、この抽出した信号を各レンジプロフィールから差し引くことで、ドップラ周波数がゼロの信号を抑圧している。これにより、背景の静止物からの反射信号（即ちクラッタ）を抑圧できる。
【００６７】
ここで、レンジマイグレーション補償部１５、位相補償部１６及びクロスレンジ圧縮部１７については、例えば、非特許文献４、特許文献１及び特許文献２等に示すような公知の逆合成開口レーダの処理を適用できる。このため、本明細書では、各処理ブロック７〜９の処理の詳細についての説明を省略し、各処理ブロック７〜９における入出力信号に関する内容を中心に説明する。
【００６８】
レンジマイグレーション補償部１５は、レンジマイグレーション補償処理を実行し、レンジヒストリ上で目標信号がレンジ方向に移動する現象であるレンジマイグレーションを補償する。図５は、図２のレンジマイグレーション補償部１５による処理の前後のレンジヒストリを示す概念図である。図５では、太い三重線で示したものが目標信号を表す。また、図５（ａ）は、レンジ圧縮後でレンジマイグレーション処理前のレンジヒストリであり、図５（ｂ）は、レンジ圧縮後でレンジマイグレーション処理後のレンジヒストリである。さらに、図５の例では、移動目標が送信局１及び受信局４へ近づいている様子を示す。
【００６９】
レンジマイグレーション補償部１５は、このレンジマイグレーションの移動量を推定する第１のステップと、その推定されたレンジマイグレーションの移動量に基づいて、目標信号がレンジヒストリにおいて同一レンジに現わされるようにレンジマイグレーションを補償する第２のステップとの２つのステップの処理を行う。
【００７０】
図６は、図２のレンジマイグレーション補償部１５を示すブロック図である。なお、図６は、例えば特許文献２の従来の技術の欄に記載の方法に従って構成した場合のブロック図である。なお、特許文献２の特許請求の範囲に記載された内容に従って構成してもよいが、処理の概要についての理解を促すためには、従来の技術に記載の方法に拠って説明を加えるのが好適である。
【００７１】
図６において、レンジマイグレーション補償部１５は、振幅最大レンジビン検出手段１５ａ、平滑化手段（第１平滑化手段）１５ｂ及びレンジ補償手段１５ｃを有している。振幅最大レンジビン検出手段１５ａは、レンジヒストリのパルス毎に、振幅が最大になるレンジビンを検出する。パルス繰り返し周期は、目標の運動に対して十分に短いため、レンジマイグレーションは滑らかである。しかしながら、雑音や干渉等の影響により、各パルスで検出されたレンジビンの位置がばらつくことが多い。
【００７２】
平滑化手段１５ｂは、振幅最大レンジビン検出手段１５ａによって検出されたレンジビンの位置に対して、最小二乗法によって曲線を当てはめる等の方法で平滑化し、その平滑化したレンジマイグレーションの移動量の推定値を導出する。レンジ補償手段１５ｃは、平滑化手段１５ｂによって導出されたレンジマイグレーションの移動量の推定値に基づいて、パルス毎のレンジプロフィールをレンジ方向に移動させることにより、レンジヒストリにおける目標信号が同一レンジビンに揃うように補償する。
【００７３】
位相補償部１６は、目標基準点における位相の変化量を推定して補償する処理を実行する。図７は、図２の位相補償部１６を示すブロック図である。なお、図７は、位相補償部１６を例えば特許文献２の従来の技術の項に記載の方法に従って構成した場合のブロック図である。なお、特許文献２の特許請求の範囲に記載された内容に従って構成してもよいが、処理の概要についての理解を促すためには、従来の技術に記載の方法に拠って説明を加えるのが好適である。
【００７４】
図７において、位相補償部１６は、注目レンジビン決定手段１６ａ、短時間ＦＦＴ手段１６ｂ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）、振幅最大周波数検出手段１６ｃ、平滑化手段（第２平滑化手段）１６ｄ、位相補償量算出手段１６ｅ及び位相補償量乗算手段１６ｆを有している。
【００７５】
注目レンジビン決定手段１６ａは、レンジ補償後のレンジプロフィールの各レンジにおける平均電力を算出する。また、注目レンジビン決定手段１６ａは、算出した平均電力の値を最大とするレンジビンを注目レンジビンとし、そのレンジビンの受信信号列を後段の短時間ＦＦＴ手段１６ｂに送る。
【００７６】
短時間ＦＦＴ手段１６ｂは、注目レンジビンにおける受信信号列に対して、短時間ＦＦＴを実行する。これにより、注目レンジビンにおける信号のドップラ周波数の時間変化を観察することが可能になる。以下、本明細書では、短時間ＦＦＴ手段１６ｂの処理結果を、「注目レンジビンにおけるドップラヒストリ」として説明する。
【００７７】
振幅最大周波数検出手段１６ｃは、注目レンジビンにおけるドップラヒストリに対して、ドップラ周波数が最大となるドップラ周波数セルを検出する。レンジマイグレーションと同様に、一般にドップラ周波数の変化も滑らかであるが、雑音や干渉等の影響により、各パルスで検出されるドップラ周波数セルの位置がばらつくことが多い。そこで、平滑化手段１６ｄは、レンジマイグレーション補償部１５における平滑化手段１５ｂの平滑化処理と同様に、振幅最大周波数検出手段１６ｃによって検出されたドップラ周波数セルの位置に対して、最小二乗法を用いて曲線を当てはめる等の方法で平滑化し、滑らかなドップラ周波数の変化の推定値を導出する。
【００７８】
位相補償量算出手段１６ｅは、平滑化手段１６ｄによって導出されたドップラ周波数の変化の推定値に基づき、信号位相の変化量の推定値を算出する。位相補償量乗算手段１６ｆは、位相補償量算出手段１６ｅによって算出された信号位相の変化量の推定値に基づいて、この位相変化を打ち消すように、信号に位相成分を乗算する。
【００７９】
クロスレンジ圧縮部１７は、位相補償部１６の出力信号に対してパルス方向にフーリエ変換を行うことによって、クロスレンジ方向の分解能を向上させる。そして、クロスレンジ圧縮部１７の出力信号がレーダ画像として表示部１８に表示される。このクロスレンジ圧縮部１７の処理（クロスレンジ圧縮処理）は、本質的にはドップラ周波数差を求める処理である。なお、非特許文献４等に記載されているように、逆合成開口レーダのクロスレンジ軸はドップラ周波数差の軸となっているが、このことは、パッシブレーダ装置による逆合成開口レーダ処理においても同様である。
【００８０】
以上のように、実施の形態１によれば、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２が、受信処理を間欠的に行う。これとともに、レンジ圧縮部１３が、直接波の信号とび散乱波の信号とを、パルス毎に相互相関を求めることによって、Ｎパルス分のレンジプロフィールの１つのまとまりであるレンジヒストリを生成する。この構成により、パルス単位で相関演算処理が可能となることにより、全体の処理時間を短縮させることができ、パッシブレーダを用いた逆合成開口レーダによる高分解能レーダ画像を実用的な方式で生成できる。
【００８１】
ここで、従来のパッシブレーダ装置では、高サンプリング周波数で長時間連続して観測する必要があるため、受信データ量が膨大になっていた。これに対して、実施の形態１では、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２が、受信処理を間欠的に行うので、高サンプリング周波数で長時間連続して観測する場合でも、受信データ量を低減させることができる。
【００８２】
また、実施の形態１では、直接波信号の受信処理の動作タイミングと、散乱波信号の受信処理の動作タイミングとを適切に設定することによって、受信処理を間欠的に行うことに伴う信号電力の低下を最小限に抑えることができる。
【００８３】
実施の形態２．
実施の形態１では、レンジ圧縮部１３の出力に対して、クラッタ抑圧部１４を介した後、レンジマイグレーション補償部１５の振幅最大レンジビン検出手段１５ａが、パルス毎のレンジプロフィールから振幅が最大となるレンジビンを検出することで、目標信号のレンジマイグレーションの移動量を推定している。
【００８４】
ここで、実施の形態１では、受信信号を間引いていることから、目標が遠距離にある場合に、パルス幅が短ければ、信号対雑音比（SNR: Signal to Noise Ratio）が不十分であり、パルス毎のレンジプロフィールにおいては目標を検出できない可能性が考えられる。これを回避するためには、パルス幅を長くする必要がある。しかしながら、パルス幅を長くした場合、式（１８）の近似が成立しないため、信号電力の損失が無視できなくなる。従って、受信データ量を低減しつつ、信号対雑音比率を可能な限り保持する方式が必要である。そこで、実施の形態２では、パルス分割型レンジ圧縮部２１が、パルスを一旦複数のセグメントに分割し、セグメント毎にレンジ圧縮処理を行う。
【００８５】
図８は、この発明の実施の形態２によるパッシブレーダ装置を示すブロック図である。図８において、パッシブレーダ装置本体２０は、実施の形態１のレンジ圧縮部１３に代えて、パルス分割型レンジ圧縮部２１を有している。また、パッシブレーダ装置本体２０は、レンジマイグレーション補償部１５に代えて、ドップラ処理部２２、ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３及びドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４を有している。その他の構成は、実施の形態１のパッシブレーダ装置本体１０と同様である。
【００８６】
図９は、図８のパルス分割型レンジ圧縮部２１によるセグメント分割処理を示す概念図である。なお、図９では、パルスをＨ個のセグメントに分割している様子を示す。このとき、各セグメントの長さ（以下、本明細書では、これを「セグメント幅」と呼ぶ）は、Ｔ０／Ｈである。セグメント幅を短くとり、セグメント毎にレンジ圧縮をすることにより、各セグメントについては、式（１８）の近似が成立し、レンジ圧縮による信号電力の損失を低減することができる。なお、以下では、パルス分割型レンジ圧縮部２１から出力される全セグメント及び全パルスの信号を次の式（２１）のように表す。
【００８７】
【数１９】
【００８８】
続いて、実施の形態２のクラッタ抑圧部１４は、レンジヒストリχｎ,ｈ（τ）の全セグメント及び全パルスの平均を、各レンジプロフィールから差し引く処理を行うことにより、背景の静止物からの反射信号（クラッタ）を抑圧する。ここで、クラッタ抑圧部１４の処理は、次の式（２２）のように定式化される。
【００８９】
【数２０】
【００９０】
続いて、ドップラ処理部２２は、クラッタ抑圧部１４の出力レンジヒストリに対して、レンジ毎に次の式（２３）のようにセグメント方向に離散フーリエ変換を行い、ドップラ周波数スペクトルを求める。
【００９１】
【数２１】
【００９２】
ただし、ｍは、ドップラ周波数セル番号であり、ｍ＝０，１，... ，Ｍ−１である。ドップラ処理部２２の出力信号は、この式（２３）で定義されるｙｎ（τ，ｆｄｍ）である。
【００９３】
ここで、実施の形態１と同様に、目標を１つの散乱点で構成する場合を想定して、ドップラ処理部２２の出力について説明する。パルス幅Ｔ０の間において、ターゲットのドップラ周波数が一定で、次の式（２４）が成立する場合を考える。
【００９４】
【数２２】
【００９５】
この式（２４）が成立する場合、ｎ番目のパルスのｈ番目のセグメントにおける遅延時間差τｎ,ｈを、次の式（２５）のような１次式で表すことができる。
【００９６】
【数２３】
【００９７】
従って、目標信号の存在するレンジビンにおけるセグメント方向の離散フーリエ変換の結果についての期待値は、次の式（２６）で表される。
【００９８】
【数２４】
【００９９】
ここで、パルス幅の間で目標振幅が変化しないものと仮定して、α（Ｔ０−τｎ,ｈ）＝α（Ｔ０−τｎ,ｈ）と近似した。この式（２６）より、ドップラスペクトルｙ（τｎ，ｆｄｍ）では、次の式（２７）に示すドップラ周波数セルにピークが発生することがわかる。
【０１００】
【数２５】
【０１０１】
ただし、Ｃは、ピークにおける複素振幅であり、次の式（２８）で表される。
【０１０２】
【数２６】
【０１０３】
次に、ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３の処理について説明する。図１０は、図８のドップラ周波数セル対応傾き補償部２３による処理の前後の信号を示す概念図である。ｍ番目のドップラ周波数セルに含まれる信号のドップラ周波数はｆｄｍであるから、ｎ番目のパルスにおける遅延時間τｎ，ｍは、このドップラ周波数に対応するよう１次の時間変化をしており、次の式（２９）で表すことができる。
【０１０４】
【数２７】
【０１０５】
従って、ｙｎ（τ，ｆｄｍ）に対して、式（２９）で表されるレンジ移動分を補償することによって、信号のレンジについて概ね補償することができる。ここで、ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３の出力信号を、次のように表す。
【０１０６】
【数２８】
【０１０７】
なお、図１０にも示すように、ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３で補償できるのは、信号の１次の傾き成分であり、２次以上のレンジマイグレーションについては補償できない。ドップラ処理部２２におけるドップラ周波数分解能は、パルス幅で決まる分解能となるが、このパルス幅はそれほど大きくは設定されない。このため、ここで得られるドップラ周波数の分解能はそれほど高くない。従って、各ドップラセルに含まれる信号は、各ドップラセルに対応する１次のレンジマイグレーション成分を持つと同時に、２次以上のレンジマイグレーション成分を持つことがある。
【０１０８】
ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３の出力は、次にドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４に送られる。図１１は、図８のドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４を示すブロック図である。図１１において、ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４は、インコヒーレント積分手段２４ａ、目標検出手段２４ｂ、振幅最大レンジビン検出手段２４ｃ、平滑化手段（第３平滑化手段）２４ｄ及びレンジ補償手段２４ｅを有している。
【０１０９】
インコヒーレント積分手段２４ａは、ドップラ周波数セル対応傾き補償部２３の出力信号に対して、次の式（３０）の演算式を用いて、パルス方向にインコヒーレント積分を行う。
【０１１０】
【数２９】
【０１１１】
目標検出手段２４ｂは、インコヒーレント積分手段２４ａの出力に対して、目標検出処理を適用する。ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理のような方式で適切に設定された閾値と、信号ｚ（τ，ｆｄｍ）とを比較することによって行う。この目標検出処理によって、検出されたレンジビン・ドップラ周波数セルに目標信号が含まれているとみなすことができる。
【０１１２】
振幅最大レンジビン検出手段２４ｃは、目標検出手段２４ｂによって目標信号が検出されたドップラ周波数セルに含まれる信号に対して、パルス毎に振幅最大レンジビンを検出する。ここで、実施の形態１と同様に、雑音や干渉等の影響により、各パルスで検出されたレンジビンの位置がばらつくことが多い。従って、振幅最大レンジビン検出手段２４ｃにより検出されたレンジビンの位置に対して、平滑化手段２４ｄは、最小二乗法の曲線を当てはめる等の方法で平滑化し、レンジマイグレーションの移動量の推定値を導出する。
【０１１３】
レンジ補償手段２４ｅは、平滑化手段２４ｄから導出されたレンジマイグレーションの移動量の推定値に基づいて、パルス毎のレンジプロフィールをレンジ方向に移動させることにより、レンジヒストリにおける目標信号が同一レンジビンに揃うように補償する。このように、ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４によるレンジマイグレーション処理によって、図１２に示すように、信号のレンジマイグレーション成分が補償される。なお、位相補償部１６及びクロスレンジ圧縮部１７の動作は実施の形態１と同様である。
【０１１４】
以上のように、実施の形態２のパッシブレーダ装置によれば、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２が、信号の受信処理を間欠的にするように構成して受信データ量を抑圧する。これとともに、パルス分割型レンジ圧縮部２１が、パルスを複数のセグメントに分割してレンジ圧縮処理を実行した後に、ドップラ処理部２２が、セグメント方向に離散フーリエ変換を行うことによってドップラスペクトルを算出する。この構成により、実施の形態１と同様効果を得ることができるとともに、パルス幅を比較的長めに設定しても信号成分の損失を抑えることができる。この結果、パルス幅を比較的長めに設定可能となることから、信号対雑音比を実施の形態１に比べて向上させることができる。
【０１１５】
実施の形態３．
実施の形態２のパッシブレーダ装置では、観測中の目標信号のドップラ周波数の変化率が大きい場合に、ドップラ処理部２２の出力信号ｙｎ（τ，ｆｄｍ）において、図１３に示すように、目標信号が複数のドップラ周波数セルに跨る場合がある。これに対して、実施の形態３のパッシブレーダ装置では、目標信号が複数のドップラ周波数セルに跨る場合にも対処できるように構成されている。
【０１１６】
図１４は、この発明の実施の形態３によるパッシブレーダ装置の一部を示すブロック図である。図１４において、実施の形態３のドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４は、実施の形態２のインコヒーレント積分手段２４ａに代えて、分割型インコヒーレント積分手段２４ｆを有している。また、ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部２４は、ドップラセル結合手段２４ｇをさらに有している。なお、他の構成は、実施の形態２と同様である。
【０１１７】
分割型インコヒーレント積分手段２４ｆは、全Ｎパルスに渡って積分する代わりに、次の式（３１）に示すように、信号をＫパルス毎（グループ毎）に分割して積分する。
【０１１８】
【数３０】
【０１１９】
目標検出手段２４ｂは、分割型インコヒーレント積分手段２４ｆの出力ｚｉ（τ，ｆｄｍ）に対して目標検出処理を行う。この目標検出処理によって、Ｋ個のパルスの組み合わせ毎に、目標信号の存在するレンジビン及びドップラ周波数セルを検出することができる。
【０１２０】
ドップラセル結合手段２４ｇは、目標検出手段２４ｂによって目標が検出された複数のドップラ周波数セルの信号をコヒーレントに加算することにより、信号がドップラ周波数セルを跨いでしまう問題を解決する。ただし、目標の検出された複数のドップラ周波数セルが互いに大きく開離している場合等は、複数の目標が検出されているとみなすべきであり、ドップラ周波数セルを結合してしまうのは望ましくない。
【０１２１】
例えば、ｌ番目のパルスの組み合わせにおいて、目標信号がドップラ周波数セル番号ｍ、レンジτで検出されたとして、ｌ＋１番目のパルスの組み合わせにおいて、目標信号がドップラ周波数セル番号ｍ＋１、レンジτ＋Δτに検出されれば、信号の連続性が認められるため、目標信号がドップラ周波数セルを跨いでいると判定することができる（関連性の評価）。ドップラセル結合手段２４ｇにおいては、このような適切な判定に基づいて、ドップラ周波数セルを結合する必要がある。その後の振幅最大レンジビン検出手段２４ｃ、平滑化手段２４ｄ、レンジ補償手段２４ｅの処理は、実施の形態２と同様に行うことができる。
【０１２２】
以上のように、実施の形態３のパッシブレーダ装置によれば、ドップラ処理部２２の出力信号において、目標信号がドップラ周波数セルを跨いだ場合に、ドップラセル結合手段２４ｇが目標信号を含むドップラ周波数セルを結合する。この構成により、ドップラ周波数の変化率の大きい目標に対しても適切にクロスレンジ圧縮を行うことができる。
【０１２３】
なお、実施の形態１〜３では、直接波受信用アンテナ２と散乱波受信用アンテナ３とを別々の種類のアンテナとして説明した。しかしながら、２つ以上のアンテナ（直接波・散乱波の共通受信用アンテナ）で直接波と散乱波とを受信した信号を用いて、デジタルビームフォーミングによって直接波と散乱波とを分離するように構成してもよい。
【０１２４】
また、実施の形態１〜３において、散乱波受信用アンテナとして、互いに直交する偏波特性を有する２つの受信アンテナを用いることによって、目標における散乱の偏波特性を計測することも可能である。この場合、実施の形態１〜３の各処理を、２つの散乱波受信用アンテナで得られた信号に対してそれぞれ適用することによって、偏波特性の異なる２つのレーダ画像を生成することが可能となる。
【０１２５】
さらに、実施の形態１では、直接波受信処理部１１及び散乱波受信処理部１２が、図４に示すように、間欠的に受信処理を行った。しかしながら、パルス幅Ｔ０と繰り返し周期Δｔとを互いに一致するように設定した場合には、図３に示すように、信号を連続的に受信処理した場合と同等の信号を観測したことになる。この場合には、全観測時間に渡る信号を、Ｔ０［ｓｅｃ］毎のセグメントに分割して、実施の形態１の各処理を実行することに他ならない。つまり、実施の形態１において、レンジ圧縮部１３が、全観測時間に渡る直接波の信号と散乱波の信号とを、それぞれＴ０［ｓｅｃ］毎のセグメントに逐次分割して、セグメント毎に直接波の信号と散乱波の信号との相互相関を求めてもよい。この構成でも、セグメント単位で相関演算処理が可能となることにより、全体の処理時間を短縮させることができ、パッシブレーダを用いた逆合成開口レーダによる高分解能レーダ画像を実用的な方式で生成できる。
ここで、この場合のセグメント幅としてのＴ０（所定の単位時間）は、Ｔ０の間のドップラ周波数の変化量が、Ｔ０で決まるドップラ分解能より小さくなるように設定するのが望ましい。即ち、次式の関係を満たすように設定する。
【０１２６】
【数３１】
【０１２７】
ここで、Δｆｄは、目標のドップラ周波数の変化率であり、目標の運動に依存する値である。観測対象とする目標の運動は、事前にある程度想定できるので、例えば、想定される最大のΔｆｄに基づいてＴ０を設定すればよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１ 送信局（電波源）、２ 直接波受信用アンテナ、３ 散乱波受信用アンテナ、４ 受信局、１０，２０ パッシブレーダ装置本体、１１ 直接波受信処理部、１２ 散乱波受信処理部、１３ レンジ圧縮部、１４ クラッタ抑圧部、１５ レンジマイグレーション補償部、１５ａ 振幅最大レンジビン検出手段、１５ｂ 平滑化手段（第１平滑化手段）、１５ｃ レンジ補償手段、１６ 位相補償部、１６ａ 注目レンジビン決定手段、１６ｂ 短時間ＦＦＴ手段、１６ｃ 振幅最大周波数検出手段、１６ｄ 平滑化手段（第２平滑化手段）、１６ｅ 位相補償量算出手段、１６ｆ 位相補償量乗算手段、１７ クロスレンジ圧縮部、１８ 表示部、２１ パルス分割型レンジ圧縮部、２２ ドップラ処理部、２３ ドップラ周波数セル対応傾き補償部、２４ ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部、２４ａ インコヒーレント積分手段、２４ｂ 目標検出手段、２４ｃ 振幅最大レンジビン検出手段、２４ｄ 平滑化手段（第３平滑化手段）、２４ｅ レンジ補償手段、２４ｆ 分割型インコヒーレント積分手段、２４ｇ ドップラセル結合手段、１００ 目標。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波源から発せられその電波源から直接的に到達する電波である直接波、及び前記電波源からの電波が目標によって散乱されてなる散乱波を受信可能な複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに接続され、前記複数のアンテナが受信した前記直接波及び前記散乱波のそれぞれについて受信処理を行う受信処理部と、
前記受信処理部から受けた前記直接波の信号、及び前記散乱波の信号を、それぞれ所定の単位時間毎の複数のセグメントに逐次分割し、セグメント毎に前記直接波の信号と前記散乱波の信号との相互相関を求めることによって、高分解能プロフィールのヒストリを生成するレンジ圧縮部と、
前記レンジ圧縮部によって生成された前記高分解能プロフィールのヒストリに対して、前記高分解能プロフィールのヒストリ上で前記目標を表す目標信号が前記目標の移動に起因してレンジ方向に移動する現象であるレンジマイグレーションを補償するレンジマイグレーション補償部と、
前記レンジマイグレーション補償部によって得られたレンジマイグレーション補償後の信号に対して、前記目標の移動に起因して目標信号の位相が変化する現象を補償する位相補償部と、
前記位相補償部によって得られた位相補償後の信号を時間方向に逆フーリエ変換してクロスレンジ方向の分解能を向上させるクロスレンジ圧縮部と
を備えることを特徴とするパッシブレーダ装置。
【請求項２】
前記受信処理部は、予め設定された受信処理時間であるパルス幅のパルス単位で間欠的に受信処理を行い、
前記レンジ圧縮部は、信号を複数のセグメントに分割する代わりに、パルス毎に前記散乱波の信号と前記直接波の信号との相互相関を求めることによって、高分解能プロフィールのヒストリを生成する
ことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
【請求項３】
前記受信処理部は、前記直接波及び前記散乱波についての受信処理の動作タイミングを、観測対象とする距離に応じてずらす
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項４】
前記高分解能プロフィールのヒストリから、その時間方向の平均値を差し引くことによって、ゼロドップラ周波数成分を除去するクラッタ抑圧部
をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項５】
前記レンジマイグレーション補償部は、
前記高分解能プロフィールのヒストリのセグメント毎又はパルス毎に、振幅の最大のレンジビンを検出する振幅最大レンジビン検出手段と、
前記振幅最大レンジビン検出手段によって検出されたセグメント毎又はパルス毎の振幅最大レンジビンの位置に曲線を当てはめることによって、レンジマイグレーションの移動量の推定値を導出する第１平滑化手段と、
前記第１平滑化手段によって導出されたレンジマイグレーションの移動量の推定値に基づいて、レンジマイグレーションを補償するレンジ補償手段と
を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項６】
前記位相補償部は、
前記レンジマイグレーション補償部によって得られたレンジマイグレーション補償後の信号から、目標信号の存在するレンジビンの信号を選択する注目レンジビン決定手段と、
前記注目レンジビン決定手段によって選択されたレンジビンの受信信号列に対して、信号のドップラ周波数の時間変化を検出するために、短時間ＦＦＴ処理を行う短時間ＦＦＴ手段と、
前記短時間ＦＦＴ手段によって得られた信号に現れる目標信号を検出する振幅最大周波数検出手段と、
前記振幅最大周波数検出手段によって検出された振幅最大周波数セルの時間変化に曲線を当てはめることによって、目標信号のドップラ周波数の時間変化の推定値を導出する第２平滑化手段と、
前記第２平滑化手段によって導出された目標信号のドップラ周波数の時間変化の推定値に対応する位相補償量を算出する位相補償量算出手段と、
前記位相補償量算出手段によって算出された位相補償量を乗算することによって、目標信号のドップラ周波数の時間変化を補償する位相補償量乗算手段と
を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項７】
電波源から発せられその電波源から直接的に到達する電波である直接波、及び前記電波源からの電波が目標によって散乱されてなる散乱波を受信可能な複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに接続され、前記複数のアンテナが受信した前記直接波及び前記散乱波のそれぞれについて、予め設定された受信処理時間であるパルス単位で間欠的に受信処理を行う受信処理部と、
前記受信処理部による受信処理後の前記散乱波の信号と前記直接波の信号とをそれぞれパルス幅よりも短い時間のセグメントに分割し、その分割した後の前記散乱波の信号と前記直接波の信号との相互相関をセグメント毎に求めることによって、高分解能プロフィールのヒストリを生成するレンジ圧縮部と、
前記レンジ圧縮部によって生成された前記高分解能プロフィールのヒストリに対して、各パルスのセグメント方向にフーリエ変換することによって、パルス毎のドップラスペクトルを算出するドップラ処理部と、
前記レンジ圧縮部によって生成された前記高分解能プロフィールのヒストリに対して、前記高分解能プロフィールのヒストリ上で前記目標を表す目標信号が前記目標の移動に起因してレンジ方向に移動する現象であるレンジマイグレーションのうち、パルス方向にドップラ周波数セルに対応した１次のレンジマイグレーション成分を補償するドップラ周波数セル対応傾き補償部と、
前記ドップラ周波数セル対応傾き補償部によって得られた１次のレンジマイグレーション成分の補償後の信号から、目標信号の存在するドップラ周波数セルを検出し、その検出されたドップラ周波数セルの信号に対して、２次以上のレンジマイグレーション成分を補償するドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部と、
前記ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部によって得られた２次以上のレンジマイグレーション成分の補償後の信号に対して、目標の移動に起因して目標信号の位相が変化する現象を補償する位相補償部と、
前記位相補償部によって得られた位相補償後の信号を時間方向に逆フーリエ変換してクロスレンジ方向の分解能を向上させるクロスレンジ圧縮部と
を備えることを特徴とするパッシブレーダ装置。
【請求項８】
全パルス及び全セグメントの前記高分解能プロフィールのヒストリから、その時間方向の平均値を差し引くことによって、ゼロドップラ周波数成分を除去するクラッタ抑圧部
をさらに備えることを特徴とする請求項７記載のパッシブレーダ装置。
【請求項９】
前記ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部は、
前記ドップラ周波数セル対応傾き補償部によって得られた信号に対して、パルス方向にインコヒーレント積分を行うインコヒーレント積分手段と、
前記インコヒーレント積分手段によって得られた信号に対して、目標検出処理を行う目標検出手段と、
前記目標検出手段によって検出された目標信号を含むドップラ周波数セルの信号に対して、パルス毎に振幅最大のレンジビンを検出する振幅最大レンジビン検出手段と、
前記振幅最大レンジビン検出手段によって検出されたパルス毎の振幅最大レンジビンの位置に曲線を当てはめることによって、レンジマイグレーションの移動量の推定値を導出する第３平滑化手段と、
前記第３平滑化手段によって導出されたレンジマイグレーションの移動量の推定値に基づいてレンジマイグレーションを補償するレンジ補償手段と
を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項１０】
前記ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部は、
前記ドップラ周波数セル対応傾き補償部によって得られた観測全パルスの信号を複数のグループに分割して、各グループについてパルス方向にインコヒーレント積分を行う分割型インコヒーレント積分手段と、
前記分割型インコヒーレント積分手段によって得られた信号に対して目標検出処理を行う目標検出手段と、
前記目標検出手段によって検出された目標信号を含むドップラ周波数セルが複数存在する場合に、その関連性を評価して、同一の目標の信号であると判断されるときにそれらのドップラ周波数セルの信号を加算するドップラセル結合手段と、
前記ドップラセル結合手段によって出力されたドップラセル結合後の信号に対して、パルス毎に振幅最大のレンジビンを検出する振幅最大レンジビン検出手段と、
前記振幅最大レンジビン検出手段によって検出されたパルス毎の振幅最大レンジビンの位置に曲線を当てはめることによって、レンジマイグレーションの移動量の推定値を導出する第３平滑化手段と、
前記第３平滑化手段によって導出されたレンジマイグレーションの移動量の推定値に基づいてレンジマイグレーションを補償するレンジ補償手段と
を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項１１】
前記複数のアンテナは、偏波特性が異なる複数の散乱波受信用アンテナを含む
ことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項１２】
前記複数の散乱波受信用アンテナは、互いに直交する偏波特性を持つ２つの散乱波受信用アンテナである
ことを特徴とする請求項１１記載のパッシブレーダ装置。
【請求項１】
電波源から発せられその電波源から直接的に到達する電波である直接波、及び前記電波源からの電波が目標によって散乱されてなる散乱波を受信可能な複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに接続され、前記複数のアンテナが受信した前記直接波及び前記散乱波のそれぞれについて受信処理を行う受信処理部と、
前記受信処理部から受けた前記直接波の信号、及び前記散乱波の信号を、それぞれ所定の単位時間毎の複数のセグメントに逐次分割し、セグメント毎に前記直接波の信号と前記散乱波の信号との相互相関を求めることによって、高分解能プロフィールのヒストリを生成するレンジ圧縮部と、
前記レンジ圧縮部によって生成された前記高分解能プロフィールのヒストリに対して、前記高分解能プロフィールのヒストリ上で前記目標を表す目標信号が前記目標の移動に起因してレンジ方向に移動する現象であるレンジマイグレーションを補償するレンジマイグレーション補償部と、
前記レンジマイグレーション補償部によって得られたレンジマイグレーション補償後の信号に対して、前記目標の移動に起因して目標信号の位相が変化する現象を補償する位相補償部と、
前記位相補償部によって得られた位相補償後の信号を時間方向に逆フーリエ変換してクロスレンジ方向の分解能を向上させるクロスレンジ圧縮部と
を備えることを特徴とするパッシブレーダ装置。
【請求項２】
前記受信処理部は、予め設定された受信処理時間であるパルス幅のパルス単位で間欠的に受信処理を行い、
前記レンジ圧縮部は、信号を複数のセグメントに分割する代わりに、パルス毎に前記散乱波の信号と前記直接波の信号との相互相関を求めることによって、高分解能プロフィールのヒストリを生成する
ことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
【請求項３】
前記受信処理部は、前記直接波及び前記散乱波についての受信処理の動作タイミングを、観測対象とする距離に応じてずらす
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項４】
前記高分解能プロフィールのヒストリから、その時間方向の平均値を差し引くことによって、ゼロドップラ周波数成分を除去するクラッタ抑圧部
をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項５】
前記レンジマイグレーション補償部は、
前記高分解能プロフィールのヒストリのセグメント毎又はパルス毎に、振幅の最大のレンジビンを検出する振幅最大レンジビン検出手段と、
前記振幅最大レンジビン検出手段によって検出されたセグメント毎又はパルス毎の振幅最大レンジビンの位置に曲線を当てはめることによって、レンジマイグレーションの移動量の推定値を導出する第１平滑化手段と、
前記第１平滑化手段によって導出されたレンジマイグレーションの移動量の推定値に基づいて、レンジマイグレーションを補償するレンジ補償手段と
を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項６】
前記位相補償部は、
前記レンジマイグレーション補償部によって得られたレンジマイグレーション補償後の信号から、目標信号の存在するレンジビンの信号を選択する注目レンジビン決定手段と、
前記注目レンジビン決定手段によって選択されたレンジビンの受信信号列に対して、信号のドップラ周波数の時間変化を検出するために、短時間ＦＦＴ処理を行う短時間ＦＦＴ手段と、
前記短時間ＦＦＴ手段によって得られた信号に現れる目標信号を検出する振幅最大周波数検出手段と、
前記振幅最大周波数検出手段によって検出された振幅最大周波数セルの時間変化に曲線を当てはめることによって、目標信号のドップラ周波数の時間変化の推定値を導出する第２平滑化手段と、
前記第２平滑化手段によって導出された目標信号のドップラ周波数の時間変化の推定値に対応する位相補償量を算出する位相補償量算出手段と、
前記位相補償量算出手段によって算出された位相補償量を乗算することによって、目標信号のドップラ周波数の時間変化を補償する位相補償量乗算手段と
を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項７】
電波源から発せられその電波源から直接的に到達する電波である直接波、及び前記電波源からの電波が目標によって散乱されてなる散乱波を受信可能な複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに接続され、前記複数のアンテナが受信した前記直接波及び前記散乱波のそれぞれについて、予め設定された受信処理時間であるパルス単位で間欠的に受信処理を行う受信処理部と、
前記受信処理部による受信処理後の前記散乱波の信号と前記直接波の信号とをそれぞれパルス幅よりも短い時間のセグメントに分割し、その分割した後の前記散乱波の信号と前記直接波の信号との相互相関をセグメント毎に求めることによって、高分解能プロフィールのヒストリを生成するレンジ圧縮部と、
前記レンジ圧縮部によって生成された前記高分解能プロフィールのヒストリに対して、各パルスのセグメント方向にフーリエ変換することによって、パルス毎のドップラスペクトルを算出するドップラ処理部と、
前記レンジ圧縮部によって生成された前記高分解能プロフィールのヒストリに対して、前記高分解能プロフィールのヒストリ上で前記目標を表す目標信号が前記目標の移動に起因してレンジ方向に移動する現象であるレンジマイグレーションのうち、パルス方向にドップラ周波数セルに対応した１次のレンジマイグレーション成分を補償するドップラ周波数セル対応傾き補償部と、
前記ドップラ周波数セル対応傾き補償部によって得られた１次のレンジマイグレーション成分の補償後の信号から、目標信号の存在するドップラ周波数セルを検出し、その検出されたドップラ周波数セルの信号に対して、２次以上のレンジマイグレーション成分を補償するドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部と、
前記ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部によって得られた２次以上のレンジマイグレーション成分の補償後の信号に対して、目標の移動に起因して目標信号の位相が変化する現象を補償する位相補償部と、
前記位相補償部によって得られた位相補償後の信号を時間方向に逆フーリエ変換してクロスレンジ方向の分解能を向上させるクロスレンジ圧縮部と
を備えることを特徴とするパッシブレーダ装置。
【請求項８】
全パルス及び全セグメントの前記高分解能プロフィールのヒストリから、その時間方向の平均値を差し引くことによって、ゼロドップラ周波数成分を除去するクラッタ抑圧部
をさらに備えることを特徴とする請求項７記載のパッシブレーダ装置。
【請求項９】
前記ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部は、
前記ドップラ周波数セル対応傾き補償部によって得られた信号に対して、パルス方向にインコヒーレント積分を行うインコヒーレント積分手段と、
前記インコヒーレント積分手段によって得られた信号に対して、目標検出処理を行う目標検出手段と、
前記目標検出手段によって検出された目標信号を含むドップラ周波数セルの信号に対して、パルス毎に振幅最大のレンジビンを検出する振幅最大レンジビン検出手段と、
前記振幅最大レンジビン検出手段によって検出されたパルス毎の振幅最大レンジビンの位置に曲線を当てはめることによって、レンジマイグレーションの移動量の推定値を導出する第３平滑化手段と、
前記第３平滑化手段によって導出されたレンジマイグレーションの移動量の推定値に基づいてレンジマイグレーションを補償するレンジ補償手段と
を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項１０】
前記ドップラ周波数セル対応レンジマイグレーション補償部は、
前記ドップラ周波数セル対応傾き補償部によって得られた観測全パルスの信号を複数のグループに分割して、各グループについてパルス方向にインコヒーレント積分を行う分割型インコヒーレント積分手段と、
前記分割型インコヒーレント積分手段によって得られた信号に対して目標検出処理を行う目標検出手段と、
前記目標検出手段によって検出された目標信号を含むドップラ周波数セルが複数存在する場合に、その関連性を評価して、同一の目標の信号であると判断されるときにそれらのドップラ周波数セルの信号を加算するドップラセル結合手段と、
前記ドップラセル結合手段によって出力されたドップラセル結合後の信号に対して、パルス毎に振幅最大のレンジビンを検出する振幅最大レンジビン検出手段と、
前記振幅最大レンジビン検出手段によって検出されたパルス毎の振幅最大レンジビンの位置に曲線を当てはめることによって、レンジマイグレーションの移動量の推定値を導出する第３平滑化手段と、
前記第３平滑化手段によって導出されたレンジマイグレーションの移動量の推定値に基づいてレンジマイグレーションを補償するレンジ補償手段と
を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項１１】
前記複数のアンテナは、偏波特性が異なる複数の散乱波受信用アンテナを含む
ことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のパッシブレーダ装置。
【請求項１２】
前記複数の散乱波受信用アンテナは、互いに直交する偏波特性を持つ２つの散乱波受信用アンテナである
ことを特徴とする請求項１１記載のパッシブレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１７４８７５（Ｐ２０１１−１７４８７５Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４０５４８（Ｐ２０１０−４０５４８）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【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９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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