レーダ信号処理装置
【課題】 従来のＶ−ｃｈｉｒｐ方式では、クラッタ環境化において目標からの受信信号のパルスのピークがクラッタ信号に覆われて、目標を検知できない可能性があり、これを改善することのできるレーダ信号処理装置を得る。
【解決手段】 レーダ信号処理装置は、アップチャープまたはダウンチャープの変調をかけた偏波信号を目標に対して送信し、目標からの反射波を偏波受信し、Ａ／Ｄ変換により得られた受信ビデオ信号に偏波信号処理を施すことにより、クラッタを抑圧し、抑圧後の受信ビデオ信号をパルス圧縮し、パルス圧縮により生成された信号から目標までの距離を算出し、アップチャープ受信ビデオ信号及びダウンチャープ受信ビデオ信号をパルス圧縮することにより得られた信号の強度に基づく距離の差から、目標との相対速度、相対距離を算出することができる。
【解決手段】 レーダ信号処理装置は、アップチャープまたはダウンチャープの変調をかけた偏波信号を目標に対して送信し、目標からの反射波を偏波受信し、Ａ／Ｄ変換により得られた受信ビデオ信号に偏波信号処理を施すことにより、クラッタを抑圧し、抑圧後の受信ビデオ信号をパルス圧縮し、パルス圧縮により生成された信号から目標までの距離を算出し、アップチャープ受信ビデオ信号及びダウンチャープ受信ビデオ信号をパルス圧縮することにより得られた信号の強度に基づく距離の差から、目標との相対速度、相対距離を算出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダの信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＬＰＲＦ(Low Pulse Repetition Frequency)レーダにおいて、探知距離を延伸するためにチャープパルス圧縮が行われており、その信号処理方式の１つとして、目標との相対速度が０以外の場合のアップチャープとダウンチャープの測距結果から、目標の相対速度を推定するＶ−ｃｈｉｒｐ方式が用いられている。Ｖ−ｃｈｉｒｐ方式では、アップチャープとダウンチャープに変調したパルスを目標に送信し、目標にて反射した受信信号のパルスから計測される各々の信号レベルがピークとなる距離を用いて、目標相対距離と相対速度を近似的に算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のＶ−ｃｈｉｒｐ方式では、クラッタ環境下において、信号レベルのピークがクラッタ信号に覆われて、目標を検知できなくなるという問題があった。
【０００５】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、クラッタ環境下において、目標のピークがクラッタ信号に覆われて目標を検知できなくなる事象を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるレーダ信号処理装置は、水平偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける水平偏波送信部と、垂直偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、を備えたものである。
【０００７】
また、水平偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける水平偏波送信部と、垂直偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、を備えても良い。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、Ｖ−ｃｈｉｒｐ方式にクラッタ信号の抑圧に有効な偏波信号処理を組み合わせることによって、水平偏波及び垂直偏波送信パルスにアップチャープ、ダウンチャープの変調をかけ、目標からの反射波を偏波受信し、この受信信号に対して偏波処理を施すことでクラッタを抑圧することで、クラッタ環境下においても高精度の測距と測速度を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１によるレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１による送信信号のイメージを示す図である。
【図３】実施の形態１によるポラリメトリックレーダの動作を示す説明図である。
【図４】実施の形態１における偏波ノッチフィルタを用いたクラッタ抑圧の動作を示す説明図である。
【図５】実施の形態１における測距測速度の動作を示す説明図である。
【図６】実施の形態２によるレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１によるレーダ信号処理装置の構成を示す図である。図において、実施の形態１のレーダ信号処理装置は、水平偏波送信部１０１、偏波受信部１０２、Ａ／Ｄ変換部１０３、データバッファリング部１０４、偏波成分解析部１０５、偏波ノッチフィルタ部１０６、パルス圧縮部１０７、測距部１０８、垂直偏波送信部１１１、偏波受信部１１２、Ａ／Ｄ変換部１１３、データバッファリング部１１４、偏波成分解析部１１５、偏波ノッチフィルタ部１１６、パルス圧縮部１１７、測距部１１８、測距測速度部１０９を備えている。
【００１１】
水平偏波送信部１０１は、周波数が上昇変化するアップチャープの変調をかけた水平偏波信号を送信する。偏波受信部１０２は、目標からの反射波を垂直偏波受信及び水平偏波受信する。Ａ／Ｄ変換部１０３は、偏波受信したアナログ信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換する。データバッファリング部１０４は、レンジビン毎の偏波送信、偏波受信のデータを保持する。偏波成分解析部１０５は、クラッタの共分散行列を推定する。偏波ノッチフィルタ部１０６は、偏波ノッチフィルタを構成し、受信信号からクラッタ成分を除去する。パルス圧縮部１０７は、偏波信号処理後の受信信号をパルス圧縮する。測距部１０８は、パルス圧縮後のアップチャープ時の、受信信号のパルスから計測される信号レベルがピークとなる距離を求める。
【００１２】
また、垂直偏波送信部１１１は、周波数が下降変化するダウンチャープの変調をかけた垂直偏波信号を送信する。偏波受信部１１２は、目標からの反射波を垂直偏波受信及び水平偏波受信する。Ａ／Ｄ変換部１１３は、偏波受信したアナログ信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換する。データバッファリング部１１４は、レンジビン毎の偏波送信、偏波受信のデータを保持する。偏波成分解析部１１５は、クラッタの共分散行列を推定する。偏波ノッチフィルタ部１１６は、偏波ノッチフィルタを構成し、受信信号からクラッタ成分を除去する。パルス圧縮部１１７は、偏波信号処理後の受信信号をパルス圧縮する。測距部１１８は、パルス圧縮後のダウンチャープ時の、受信信号のパルスから計測される信号レベルがピークとなる距離を求める。
なお、偏波受信部１１２から測距部１１８は、それぞれ偏波受信部１０２から測距部１０８と同様の回路を用いる。
【００１３】
測距測速度部１０９は、測距部１０８と測距部１１８により求められた、受信信号のパルスから計測される信号レベルがピークとなる距離を基に、目標相対距離と相対速度を近似的に求める。
【００１４】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
水平偏波送信部１０１は、アップチャープの変調をかけた水平偏波信号を、目標に対して送信する。また、垂直偏波送信部１１１は、ダウンチャープの変調をかけた垂直偏波信号を、目標に対して送信する。
水平偏波送信部１０１と垂直偏波送信部１１１は、同時刻に偏波信号を送信するものとする。図２に送信信号のイメージを示す。また、水平偏波送信信号、垂直偏波送信信号をそれぞれ式（１）、式（２）で表す。
【００１５】
【数１】
【００１６】
ここで、Ａは送信信号の振幅、ｆ0は送信中心周波数、Ｂ0は送信帯域幅、Ｔ0は送信時間、ｎは第ｎ番目のパルス（ｎ＝０、１、…、Ｎ−１。Ｎはパルスヒット数）、Ｔpriはパルス繰り返し周期、Ｔp（＝Ｔ0）はパルス幅、Φ0は初期位相を表す。
【００１７】
偏波受信部１０２は、水平偏波送信信号に対する目標の反射波を水平偏波受信及び垂直偏波受信する。偏波受信部１１２は、垂直偏波送信信号に対する目標の反射波を水平偏波受信及び垂直偏波受信する。目標の散乱行列Ｓを式（３）のように表す。
【００１８】
【数２】
【００１９】
このとき、目標の相対速度が０以外（等速運動）の場合を考える。偏波受信部１０２において、式（１）で表される送信信号を水平偏波受信した信号は式（４）で表される。また、垂直偏波受信した信号は式（５）で表される。同様に、偏波受信部１１２において、式（２）で表される送信信号を水平偏波受信した信号は式（６）で表される。垂直偏波受信した信号は式（７）で表される。
【００２０】
【数３】
【００２１】
ここで、Ａ'は受信信号の振幅、Ｒ0はｔ＝０における目標までの初期距離、ｖは目標との相対速度、ｃは光速を表し、ｖ＜＜ｃとしている。またNoise(t)は受信器雑音を表す。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換部１０３は、偏波受信したアナログ信号をディジタル信号にＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換部１１３も同様である。この処理では、まず、受信信号を局部発振器でダウンコンバートする。局部発振器の信号波形を式（８）で表す。
【００２３】
【数４】
【００２４】
Ａ／Ｄ変換部１０３が、受信信号をダウンコンバートして得られるビデオ信号を式（９）、式（１０）で表す。同様に、Ａ／Ｄ変換部１１３が受信信号をダウンコンバートして得られるビデオ信号を式（１１）、式（１２）で表す。
【００２５】
【数５】
【００２６】
Ａ／Ｄサンプリング周期をΔｔ、サンプリング番号をｍ（ｍ＝０、１、…、Ｍ−１。Ｍはパルス幅Ｔp間のＡ／Ｄサンプリング点数）とする。このとき、Ａ／Ｄ変換部１０３におけるｎ番目の送信パルスに対するＡ／Ｄ変換後のビデオ信号は式（１３）、式（１４）で表される。同様に、Ａ／Ｄ変換部１１３では、式（１５）、式（１６）で表される。ただし、量子化誤差は模擬していない。
【００２７】
【数６】
【００２８】
データバッファリング部１０４は、Ａ／Ｄ変換部１０３から出力されるビデオ信号をレンジビン毎に分けて保持する。データバッファリング部１１４も同様である。
【００２９】
偏波成分解析部１０５は、データバッファリング部１０４のレンジビンに保持されたビデオ信号（受信信号）を用いて、クラッタの共分散行列を推定する。偏波成分解析部１１５も同様の動作を行う。散乱行列Ｓを列ベクトルで表現したものを散乱ベクトルとする。レーダの構成をモノスタティックとし、Ｓhv＝Ｓvhとすると、散乱ベクトルは式（１７）で表される。
【００３０】
【数７】
【００３１】
このとき、図３のように、地表面上にある静止物目標をポラリメトリックレーダで観測する場合を考える。以下にクラッタと目標の数式モデルを示す。まず、クラッタについて、目標物近傍の地表面が一様であるとする。この場合、各レンジセルｎ（ｎ＝１、２、…、Ｎ）において観測されるクラッタ散乱ベクトルｋｃ（ｋｃｎ）は、一般にレンジセルｎの確率密度関数で、多次元複素正規分布に従う乱数ベクトルであると見なすことができる。この確率密度関数は式（１８）で表される。ここで、Σｃは式（１９）で定義される共分散行列であり、観測値から推定することができる。
【００３２】
【数８】
【００３３】
ただし、†は共役転置、Ｅ｛・｝は期待値を表す。次に、目標について、目標物のサイズはレーダの距離分解能及び方位分解能より小さいとする。このとき、目標からの反射波は一つの散乱ベクトルｋｔで表される。ｋｔは目標物の向きによって変化するので、共分散行列Σｃの多次元複素正規分布に従う確率変数ベクトルとして扱う。ただし、一般にΣｃの値は未知である。また、目標の存在する位置で観測されるのは、目標とクラッタの受信信号の和であり、以下では、目標を検出するとは「目標＋クラッタ」の受信信号ｋｔ＋ｃ＝ｋｔ＋ｋｃを検出することを意味する。「目標＋クラッタ」信号の共分散行列Σｔ＋ｃは、目標とクラッタの受信信号が統計的に独立であるとして、式（２０）で表される。
【００３４】
【数９】
【００３５】
ポラリメトリックノッチフィルタ（ＰＮＦ）を用いた目標検出においては、クラッタの主成分を抑圧した後に、消え残ったクラッタ成分を白色化して誤警報確率を一定にするフィルタを用いる。図４に基本構成図を示す。以下にフィルタの構成方法を示す。まず、注目セル（ｋ）の近傍にあるＮ点の観測ベクトルｋci（ｉ＝１、２、…、Ｎ）を用いて、式（２１）によってクラッタ共分散行列Σcを推定する。
【００３６】
【数１０】
【００３７】
偏波ノッチフィルタ部１０６では、クラッタ共分散行列を基に偏波ノッチフィルタを構成し、受信信号のクラッタを抑圧する。偏波ノッチフィルタ部１１６も同様の動作を行う。まず、式（２１）について、その固有ベクトルを各列とするユニタリ行列ＶNによって、式（２２）に示すように対角化する。
【００３８】
【数１１】
【００３９】
次に、式（２２）の固有値とユニタリ行列ＶNを用い、ＰＮＦのフィルタ係数ＦNを式（２３）のように決定する。
【００４０】
【数１２】
【００４１】
式（２３）のＦNは、クラッタ観測ベクトルの主成分を抑圧すると共に、消え残り成分を白色化する。最後に、注目セルにおける観測ベクトルｋにＰＮＦをかけることでフィルタ出力電力Ｐが得られる。これを式（２４）で表す。Ｐは入力された散乱ベクトルｋから、クラッタの主成分ｖ１を抑圧して、消え残りを白色化した後の全電力となる。
【００４２】
【数１３】
【００４３】
パルス圧縮部１０７は、式（１３）、式（１４）により表されるビデオ信号を偏波信号処理したものを入力とし、パルス圧縮を行う。同様に、パルス圧縮部１１７は、式（１５）、式（１６）により表されるビデオ信号を偏波信号処理したものを入力とし、パルス圧縮を行う。送信信号の変調成分と複素共役の関係にある参照信号は式（２５）で表される。
【００４４】
【数１４】
【００４５】
ここで、Ａ''は参照信号の振幅、τは任意の時間シフトを表す。±のマイナスはアップチャープ用、プラスはダウンチャープ用であることを意味する。Ａ／Ｄ変換後の参照信号を式（２６）で表す。
【００４６】
【数１５】
【００４７】
パルス圧縮部１０７において、参照信号と偏波信号処理をした受信信号の相関演算を式（２７）、式（２８）で表す。また、パルス圧縮部１１７において、参照信号と偏波信号処理をした受信信号の相関演算を式（２９）、式（３０）で表す。ここで、Ｖ'hup(n,m)はＶhup(n,m)を偏波信号処理した信号を表す。Ｖ'vup(n,m)、Ｖ'hdown(n,m)、Ｖ'vdown(n,m)も同様とする。
【００４８】
【数１６】
【００４９】
測距部１０８は、ｎ＝０、ｍ＝０における目標までの初期相対距離Ｒ0からの相関演算のピークの移動距離を求める。測距部１１８も同様の処理を行う。ただし、雑音は無視する。式（２７）の相関演算中の偏波信号処理を施したビデオ信号と参照信号の積は式（３１）で表される。Ａ'''は偏波信号処理を施した受信信号の振幅である。
【００５０】
【数１７】
【００５１】
式（３１）において、１／ｃ２、Δｔ２、ｍτ２Δｔ２を含む項はexp(j0)、即ち１に近似することができるとすると、上記の積は式（３２）のように表される。
【００５２】
【数１８】
【００５３】
式（３２）より、ｍτΔｔが式(３３)の関係になる時、式（２７）の絶対値が最大値をとる。
【００５４】
【数１９】
【００５５】
式（２８）、式（２９）、式（３０）にも同様の計算を行うと、アップチャープの場合は式（３３）が得られ、ダウンチャープの場合は式（３４）が得られる。
【００５６】
【数２０】
【００５７】
式（３３）と式（３４）より、アップチャープ、ダウンチャープの各場合における目標までの距離Ｒ0−ｖｎＴpriからの相関演算のピークの移動距離ΔＲｕ、ΔＲｄは近似的に式（３５）で表される。ただし、ΔＴ＝（Ｔ0／Ｂ0）・ｆ0とする。
【００５８】
【数２１】
【００５９】
測距測速度部１０９は、測距部１０８と測距部１１８で求めた目標までの初期相対距離Ｒ0からの相関演算のピークの移動距離ΔＲｕ、ΔＲｄと目標相対速度ｖの関係式を用いて、パルス圧縮後のアップチャープ時のピークの距離ｒuとダウンチャープ時のピークの距離ｒdを近似的に求める。図５に距離検出の図を示す。検出する式は、式（３６）で表される。
【００６０】
【数２２】
【００６１】
これにより、同時刻にアップチャープとダウンチャープを送信すれば、実際に計測されるアップチャープ時、ダウンチャープ時のピークの距離ｒu、ｒdを用いて、式（３７）により、目標相対距離Ｒ0、相対速度ｖを近似的に算出することができる。
【００６２】
【数２３】
【００６３】
かくして、Ｖ−ｃｈｉｒｐ方式と偏波信号処理を組み合わせることで、双方の短所を解消し、測距と測速度の精度を高めるようにしたレーダ信号処理装置に関することができる。
【００６４】
以上説明した通り、実施の形態１によるレーダ信号処理装置は、水平偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける水平偏波送信部と、垂直偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、を備えたものである。
【００６５】
このようにＶ−ｃｈｉｒｐ方式にクラッタ信号の抑圧に有効な偏波信号処理を組み合わせることによって、水平偏波及び垂直偏波送信パルスに、アップチャープ、ダウンチャープの変調をかけ、目標からの反射波を偏波受信し、この受信信号に対して偏波処理を施すことでクラッタを抑圧することで、クラッタ環境下においても高精度の測距と測速度を行うことが可能となる。
【００６６】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２のレーダ信号処理装置を示す構成図である。実施の形態１との相違点を以下に述べる。水平偏波送信部１２１では、水平偏波送信部１０１とは異なり、ダウンチャープの変調をかけた信号を目標に対して送信する。また、垂直偏波送信部１３１では、垂直偏波部１２１とは異なり、アップチャープの変調をかけた信号を目標に対して送信する。両者の送信タイミングは同時刻である。その他の構成は、実施の形態１と同様とする。偏波受信部１０２と偏波受信部１１２以降は、実施の形態１と同様の処理を行い、目標の測距と測速度を行う。水平偏波送信部１２１と垂直偏波送信部１３１による送信信号を式（３８）と式（３９）で表す。
【００６７】
【数２４】
【００６８】
以上説明した通り、実施の形態２によるレーダ信号処理装置は、水平偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける水平偏波送信部と、垂直偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、を備える。
【００６９】
このようにすることで、実施の形態１と同様、クラッタ環境下においても高精度の測距と測速度を行うことが可能となる。
【００７０】
実施の形態３．
実施の形態３の構成図は、図１に示す実施の形態１と同様である。しかし、実施の形態１と異なり、実施の形態３では、水平偏波送信と垂直偏波送信の送信タイミングは同時刻ではなく、ＰＲＩ毎に切り替える。例えば、水平偏波送信部１０１は、水平偏波の送信信号について、アップチャープ変調とダウンチャープ変調を、ＰＲＩ毎に順次切り替えて変調を行う。また、垂直偏波送信部１１１は、垂直偏波の送信信号について、水平偏波送信部１０１とは逆方向に周波数が上昇変化または下降変化するチャープがかかるように、ＰＲＩ毎に順次切り替えて変調を行う。すなわち、水平偏波送信部１０１がアップチャープ変調のときは垂直偏波送信部１１１がダウンチャープ変調を行い、水平偏波送信部１０１がダウンチャープ変調のときは、垂直偏波送信部１１１がアップチャープ変調を行う。
【００７１】
このとき、１ＰＲＩの間に目標は移動する。実施の形態３において、アップチャープからダウンチャープの順に切り替えた場合、式（３６）で表された目標相対距離ｒuとｒdは近似的に式（４０）で表される。また、ダウンチャープからアップチャープの順に切り替えた場合では、近似的に式（４１）で表される。
【００７２】
【数２５】
【００７３】
したがって、式（４２）により、目標相対速度Ｒ0と速度ｖを近似的に算出できる。式（４２）における±は、マイナスの場合にはアップチャープからダウンチャープの切り替えを表し、プラスの場合にはダウンチャープからアップチャープの切り替えを表す。
【００７４】
【数２６】
【００７５】
以上説明した通り、実施の形態３によるレーダ信号処理装置は、水平偏波送信と垂直偏波送信を、ＰＲＩ毎に切り替えることで、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
実施の形態４．
実施の形態４の構成図は、図６に示す実施の形態２と同様である。しかし、実施の形態２と異なり、水平偏波送信と垂直偏波送信の送信タイミングは同時刻ではなく、ＰＲＩ毎に切り替える。以下、実施の形態３と同様の処理を行うことにより、式（４２）を得る。
【符号の説明】
【００７７】
１０１ 水平偏波送信（up chirp）部、１０２ 偏波受信（垂直、水平）部、１０３ Ａ／Ｄ変換部、１０４ データバッファリング部、１０５ 偏波成分解析部、１０６ 偏波ノッチフィルタ部、１０７ パルス圧縮部、１０８ 測距部、１１１ 垂直偏波送信（down chirp）部、１１２ 偏波受信（垂直、水平）部、１１３ Ａ／Ｄ変換部、１１４ データバッファリング部、１１５ 偏波成分解析部、１１６ 偏波ノッチフィルタ部、１１７ パルス圧縮部、１１８ 測距部、１０９ 測距測速度部、１２１ 水平偏波送信（down chirp）部、１３１ 垂直偏波送信（down chirp）部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダの信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＬＰＲＦ(Low Pulse Repetition Frequency)レーダにおいて、探知距離を延伸するためにチャープパルス圧縮が行われており、その信号処理方式の１つとして、目標との相対速度が０以外の場合のアップチャープとダウンチャープの測距結果から、目標の相対速度を推定するＶ−ｃｈｉｒｐ方式が用いられている。Ｖ−ｃｈｉｒｐ方式では、アップチャープとダウンチャープに変調したパルスを目標に送信し、目標にて反射した受信信号のパルスから計測される各々の信号レベルがピークとなる距離を用いて、目標相対距離と相対速度を近似的に算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のＶ−ｃｈｉｒｐ方式では、クラッタ環境下において、信号レベルのピークがクラッタ信号に覆われて、目標を検知できなくなるという問題があった。
【０００５】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、クラッタ環境下において、目標のピークがクラッタ信号に覆われて目標を検知できなくなる事象を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるレーダ信号処理装置は、水平偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける水平偏波送信部と、垂直偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、を備えたものである。
【０００７】
また、水平偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける水平偏波送信部と、垂直偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、を備えても良い。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、Ｖ−ｃｈｉｒｐ方式にクラッタ信号の抑圧に有効な偏波信号処理を組み合わせることによって、水平偏波及び垂直偏波送信パルスにアップチャープ、ダウンチャープの変調をかけ、目標からの反射波を偏波受信し、この受信信号に対して偏波処理を施すことでクラッタを抑圧することで、クラッタ環境下においても高精度の測距と測速度を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１によるレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１による送信信号のイメージを示す図である。
【図３】実施の形態１によるポラリメトリックレーダの動作を示す説明図である。
【図４】実施の形態１における偏波ノッチフィルタを用いたクラッタ抑圧の動作を示す説明図である。
【図５】実施の形態１における測距測速度の動作を示す説明図である。
【図６】実施の形態２によるレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１によるレーダ信号処理装置の構成を示す図である。図において、実施の形態１のレーダ信号処理装置は、水平偏波送信部１０１、偏波受信部１０２、Ａ／Ｄ変換部１０３、データバッファリング部１０４、偏波成分解析部１０５、偏波ノッチフィルタ部１０６、パルス圧縮部１０７、測距部１０８、垂直偏波送信部１１１、偏波受信部１１２、Ａ／Ｄ変換部１１３、データバッファリング部１１４、偏波成分解析部１１５、偏波ノッチフィルタ部１１６、パルス圧縮部１１７、測距部１１８、測距測速度部１０９を備えている。
【００１１】
水平偏波送信部１０１は、周波数が上昇変化するアップチャープの変調をかけた水平偏波信号を送信する。偏波受信部１０２は、目標からの反射波を垂直偏波受信及び水平偏波受信する。Ａ／Ｄ変換部１０３は、偏波受信したアナログ信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換する。データバッファリング部１０４は、レンジビン毎の偏波送信、偏波受信のデータを保持する。偏波成分解析部１０５は、クラッタの共分散行列を推定する。偏波ノッチフィルタ部１０６は、偏波ノッチフィルタを構成し、受信信号からクラッタ成分を除去する。パルス圧縮部１０７は、偏波信号処理後の受信信号をパルス圧縮する。測距部１０８は、パルス圧縮後のアップチャープ時の、受信信号のパルスから計測される信号レベルがピークとなる距離を求める。
【００１２】
また、垂直偏波送信部１１１は、周波数が下降変化するダウンチャープの変調をかけた垂直偏波信号を送信する。偏波受信部１１２は、目標からの反射波を垂直偏波受信及び水平偏波受信する。Ａ／Ｄ変換部１１３は、偏波受信したアナログ信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換する。データバッファリング部１１４は、レンジビン毎の偏波送信、偏波受信のデータを保持する。偏波成分解析部１１５は、クラッタの共分散行列を推定する。偏波ノッチフィルタ部１１６は、偏波ノッチフィルタを構成し、受信信号からクラッタ成分を除去する。パルス圧縮部１１７は、偏波信号処理後の受信信号をパルス圧縮する。測距部１１８は、パルス圧縮後のダウンチャープ時の、受信信号のパルスから計測される信号レベルがピークとなる距離を求める。
なお、偏波受信部１１２から測距部１１８は、それぞれ偏波受信部１０２から測距部１０８と同様の回路を用いる。
【００１３】
測距測速度部１０９は、測距部１０８と測距部１１８により求められた、受信信号のパルスから計測される信号レベルがピークとなる距離を基に、目標相対距離と相対速度を近似的に求める。
【００１４】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
水平偏波送信部１０１は、アップチャープの変調をかけた水平偏波信号を、目標に対して送信する。また、垂直偏波送信部１１１は、ダウンチャープの変調をかけた垂直偏波信号を、目標に対して送信する。
水平偏波送信部１０１と垂直偏波送信部１１１は、同時刻に偏波信号を送信するものとする。図２に送信信号のイメージを示す。また、水平偏波送信信号、垂直偏波送信信号をそれぞれ式（１）、式（２）で表す。
【００１５】
【数１】
【００１６】
ここで、Ａは送信信号の振幅、ｆ0は送信中心周波数、Ｂ0は送信帯域幅、Ｔ0は送信時間、ｎは第ｎ番目のパルス（ｎ＝０、１、…、Ｎ−１。Ｎはパルスヒット数）、Ｔpriはパルス繰り返し周期、Ｔp（＝Ｔ0）はパルス幅、Φ0は初期位相を表す。
【００１７】
偏波受信部１０２は、水平偏波送信信号に対する目標の反射波を水平偏波受信及び垂直偏波受信する。偏波受信部１１２は、垂直偏波送信信号に対する目標の反射波を水平偏波受信及び垂直偏波受信する。目標の散乱行列Ｓを式（３）のように表す。
【００１８】
【数２】
【００１９】
このとき、目標の相対速度が０以外（等速運動）の場合を考える。偏波受信部１０２において、式（１）で表される送信信号を水平偏波受信した信号は式（４）で表される。また、垂直偏波受信した信号は式（５）で表される。同様に、偏波受信部１１２において、式（２）で表される送信信号を水平偏波受信した信号は式（６）で表される。垂直偏波受信した信号は式（７）で表される。
【００２０】
【数３】
【００２１】
ここで、Ａ'は受信信号の振幅、Ｒ0はｔ＝０における目標までの初期距離、ｖは目標との相対速度、ｃは光速を表し、ｖ＜＜ｃとしている。またNoise(t)は受信器雑音を表す。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換部１０３は、偏波受信したアナログ信号をディジタル信号にＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換部１１３も同様である。この処理では、まず、受信信号を局部発振器でダウンコンバートする。局部発振器の信号波形を式（８）で表す。
【００２３】
【数４】
【００２４】
Ａ／Ｄ変換部１０３が、受信信号をダウンコンバートして得られるビデオ信号を式（９）、式（１０）で表す。同様に、Ａ／Ｄ変換部１１３が受信信号をダウンコンバートして得られるビデオ信号を式（１１）、式（１２）で表す。
【００２５】
【数５】
【００２６】
Ａ／Ｄサンプリング周期をΔｔ、サンプリング番号をｍ（ｍ＝０、１、…、Ｍ−１。Ｍはパルス幅Ｔp間のＡ／Ｄサンプリング点数）とする。このとき、Ａ／Ｄ変換部１０３におけるｎ番目の送信パルスに対するＡ／Ｄ変換後のビデオ信号は式（１３）、式（１４）で表される。同様に、Ａ／Ｄ変換部１１３では、式（１５）、式（１６）で表される。ただし、量子化誤差は模擬していない。
【００２７】
【数６】
【００２８】
データバッファリング部１０４は、Ａ／Ｄ変換部１０３から出力されるビデオ信号をレンジビン毎に分けて保持する。データバッファリング部１１４も同様である。
【００２９】
偏波成分解析部１０５は、データバッファリング部１０４のレンジビンに保持されたビデオ信号（受信信号）を用いて、クラッタの共分散行列を推定する。偏波成分解析部１１５も同様の動作を行う。散乱行列Ｓを列ベクトルで表現したものを散乱ベクトルとする。レーダの構成をモノスタティックとし、Ｓhv＝Ｓvhとすると、散乱ベクトルは式（１７）で表される。
【００３０】
【数７】
【００３１】
このとき、図３のように、地表面上にある静止物目標をポラリメトリックレーダで観測する場合を考える。以下にクラッタと目標の数式モデルを示す。まず、クラッタについて、目標物近傍の地表面が一様であるとする。この場合、各レンジセルｎ（ｎ＝１、２、…、Ｎ）において観測されるクラッタ散乱ベクトルｋｃ（ｋｃｎ）は、一般にレンジセルｎの確率密度関数で、多次元複素正規分布に従う乱数ベクトルであると見なすことができる。この確率密度関数は式（１８）で表される。ここで、Σｃは式（１９）で定義される共分散行列であり、観測値から推定することができる。
【００３２】
【数８】
【００３３】
ただし、†は共役転置、Ｅ｛・｝は期待値を表す。次に、目標について、目標物のサイズはレーダの距離分解能及び方位分解能より小さいとする。このとき、目標からの反射波は一つの散乱ベクトルｋｔで表される。ｋｔは目標物の向きによって変化するので、共分散行列Σｃの多次元複素正規分布に従う確率変数ベクトルとして扱う。ただし、一般にΣｃの値は未知である。また、目標の存在する位置で観測されるのは、目標とクラッタの受信信号の和であり、以下では、目標を検出するとは「目標＋クラッタ」の受信信号ｋｔ＋ｃ＝ｋｔ＋ｋｃを検出することを意味する。「目標＋クラッタ」信号の共分散行列Σｔ＋ｃは、目標とクラッタの受信信号が統計的に独立であるとして、式（２０）で表される。
【００３４】
【数９】
【００３５】
ポラリメトリックノッチフィルタ（ＰＮＦ）を用いた目標検出においては、クラッタの主成分を抑圧した後に、消え残ったクラッタ成分を白色化して誤警報確率を一定にするフィルタを用いる。図４に基本構成図を示す。以下にフィルタの構成方法を示す。まず、注目セル（ｋ）の近傍にあるＮ点の観測ベクトルｋci（ｉ＝１、２、…、Ｎ）を用いて、式（２１）によってクラッタ共分散行列Σcを推定する。
【００３６】
【数１０】
【００３７】
偏波ノッチフィルタ部１０６では、クラッタ共分散行列を基に偏波ノッチフィルタを構成し、受信信号のクラッタを抑圧する。偏波ノッチフィルタ部１１６も同様の動作を行う。まず、式（２１）について、その固有ベクトルを各列とするユニタリ行列ＶNによって、式（２２）に示すように対角化する。
【００３８】
【数１１】
【００３９】
次に、式（２２）の固有値とユニタリ行列ＶNを用い、ＰＮＦのフィルタ係数ＦNを式（２３）のように決定する。
【００４０】
【数１２】
【００４１】
式（２３）のＦNは、クラッタ観測ベクトルの主成分を抑圧すると共に、消え残り成分を白色化する。最後に、注目セルにおける観測ベクトルｋにＰＮＦをかけることでフィルタ出力電力Ｐが得られる。これを式（２４）で表す。Ｐは入力された散乱ベクトルｋから、クラッタの主成分ｖ１を抑圧して、消え残りを白色化した後の全電力となる。
【００４２】
【数１３】
【００４３】
パルス圧縮部１０７は、式（１３）、式（１４）により表されるビデオ信号を偏波信号処理したものを入力とし、パルス圧縮を行う。同様に、パルス圧縮部１１７は、式（１５）、式（１６）により表されるビデオ信号を偏波信号処理したものを入力とし、パルス圧縮を行う。送信信号の変調成分と複素共役の関係にある参照信号は式（２５）で表される。
【００４４】
【数１４】
【００４５】
ここで、Ａ''は参照信号の振幅、τは任意の時間シフトを表す。±のマイナスはアップチャープ用、プラスはダウンチャープ用であることを意味する。Ａ／Ｄ変換後の参照信号を式（２６）で表す。
【００４６】
【数１５】
【００４７】
パルス圧縮部１０７において、参照信号と偏波信号処理をした受信信号の相関演算を式（２７）、式（２８）で表す。また、パルス圧縮部１１７において、参照信号と偏波信号処理をした受信信号の相関演算を式（２９）、式（３０）で表す。ここで、Ｖ'hup(n,m)はＶhup(n,m)を偏波信号処理した信号を表す。Ｖ'vup(n,m)、Ｖ'hdown(n,m)、Ｖ'vdown(n,m)も同様とする。
【００４８】
【数１６】
【００４９】
測距部１０８は、ｎ＝０、ｍ＝０における目標までの初期相対距離Ｒ0からの相関演算のピークの移動距離を求める。測距部１１８も同様の処理を行う。ただし、雑音は無視する。式（２７）の相関演算中の偏波信号処理を施したビデオ信号と参照信号の積は式（３１）で表される。Ａ'''は偏波信号処理を施した受信信号の振幅である。
【００５０】
【数１７】
【００５１】
式（３１）において、１／ｃ２、Δｔ２、ｍτ２Δｔ２を含む項はexp(j0)、即ち１に近似することができるとすると、上記の積は式（３２）のように表される。
【００５２】
【数１８】
【００５３】
式（３２）より、ｍτΔｔが式(３３)の関係になる時、式（２７）の絶対値が最大値をとる。
【００５４】
【数１９】
【００５５】
式（２８）、式（２９）、式（３０）にも同様の計算を行うと、アップチャープの場合は式（３３）が得られ、ダウンチャープの場合は式（３４）が得られる。
【００５６】
【数２０】
【００５７】
式（３３）と式（３４）より、アップチャープ、ダウンチャープの各場合における目標までの距離Ｒ0−ｖｎＴpriからの相関演算のピークの移動距離ΔＲｕ、ΔＲｄは近似的に式（３５）で表される。ただし、ΔＴ＝（Ｔ0／Ｂ0）・ｆ0とする。
【００５８】
【数２１】
【００５９】
測距測速度部１０９は、測距部１０８と測距部１１８で求めた目標までの初期相対距離Ｒ0からの相関演算のピークの移動距離ΔＲｕ、ΔＲｄと目標相対速度ｖの関係式を用いて、パルス圧縮後のアップチャープ時のピークの距離ｒuとダウンチャープ時のピークの距離ｒdを近似的に求める。図５に距離検出の図を示す。検出する式は、式（３６）で表される。
【００６０】
【数２２】
【００６１】
これにより、同時刻にアップチャープとダウンチャープを送信すれば、実際に計測されるアップチャープ時、ダウンチャープ時のピークの距離ｒu、ｒdを用いて、式（３７）により、目標相対距離Ｒ0、相対速度ｖを近似的に算出することができる。
【００６２】
【数２３】
【００６３】
かくして、Ｖ−ｃｈｉｒｐ方式と偏波信号処理を組み合わせることで、双方の短所を解消し、測距と測速度の精度を高めるようにしたレーダ信号処理装置に関することができる。
【００６４】
以上説明した通り、実施の形態１によるレーダ信号処理装置は、水平偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける水平偏波送信部と、垂直偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、を備えたものである。
【００６５】
このようにＶ−ｃｈｉｒｐ方式にクラッタ信号の抑圧に有効な偏波信号処理を組み合わせることによって、水平偏波及び垂直偏波送信パルスに、アップチャープ、ダウンチャープの変調をかけ、目標からの反射波を偏波受信し、この受信信号に対して偏波処理を施すことでクラッタを抑圧することで、クラッタ環境下においても高精度の測距と測速度を行うことが可能となる。
【００６６】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２のレーダ信号処理装置を示す構成図である。実施の形態１との相違点を以下に述べる。水平偏波送信部１２１では、水平偏波送信部１０１とは異なり、ダウンチャープの変調をかけた信号を目標に対して送信する。また、垂直偏波送信部１３１では、垂直偏波部１２１とは異なり、アップチャープの変調をかけた信号を目標に対して送信する。両者の送信タイミングは同時刻である。その他の構成は、実施の形態１と同様とする。偏波受信部１０２と偏波受信部１１２以降は、実施の形態１と同様の処理を行い、目標の測距と測速度を行う。水平偏波送信部１２１と垂直偏波送信部１３１による送信信号を式（３８）と式（３９）で表す。
【００６７】
【数２４】
【００６８】
以上説明した通り、実施の形態２によるレーダ信号処理装置は、水平偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける水平偏波送信部と、垂直偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、を備える。
【００６９】
このようにすることで、実施の形態１と同様、クラッタ環境下においても高精度の測距と測速度を行うことが可能となる。
【００７０】
実施の形態３．
実施の形態３の構成図は、図１に示す実施の形態１と同様である。しかし、実施の形態１と異なり、実施の形態３では、水平偏波送信と垂直偏波送信の送信タイミングは同時刻ではなく、ＰＲＩ毎に切り替える。例えば、水平偏波送信部１０１は、水平偏波の送信信号について、アップチャープ変調とダウンチャープ変調を、ＰＲＩ毎に順次切り替えて変調を行う。また、垂直偏波送信部１１１は、垂直偏波の送信信号について、水平偏波送信部１０１とは逆方向に周波数が上昇変化または下降変化するチャープがかかるように、ＰＲＩ毎に順次切り替えて変調を行う。すなわち、水平偏波送信部１０１がアップチャープ変調のときは垂直偏波送信部１１１がダウンチャープ変調を行い、水平偏波送信部１０１がダウンチャープ変調のときは、垂直偏波送信部１１１がアップチャープ変調を行う。
【００７１】
このとき、１ＰＲＩの間に目標は移動する。実施の形態３において、アップチャープからダウンチャープの順に切り替えた場合、式（３６）で表された目標相対距離ｒuとｒdは近似的に式（４０）で表される。また、ダウンチャープからアップチャープの順に切り替えた場合では、近似的に式（４１）で表される。
【００７２】
【数２５】
【００７３】
したがって、式（４２）により、目標相対速度Ｒ0と速度ｖを近似的に算出できる。式（４２）における±は、マイナスの場合にはアップチャープからダウンチャープの切り替えを表し、プラスの場合にはダウンチャープからアップチャープの切り替えを表す。
【００７４】
【数２６】
【００７５】
以上説明した通り、実施の形態３によるレーダ信号処理装置は、水平偏波送信と垂直偏波送信を、ＰＲＩ毎に切り替えることで、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
実施の形態４．
実施の形態４の構成図は、図６に示す実施の形態２と同様である。しかし、実施の形態２と異なり、水平偏波送信と垂直偏波送信の送信タイミングは同時刻ではなく、ＰＲＩ毎に切り替える。以下、実施の形態３と同様の処理を行うことにより、式（４２）を得る。
【符号の説明】
【００７７】
１０１ 水平偏波送信（up chirp）部、１０２ 偏波受信（垂直、水平）部、１０３ Ａ／Ｄ変換部、１０４ データバッファリング部、１０５ 偏波成分解析部、１０６ 偏波ノッチフィルタ部、１０７ パルス圧縮部、１０８ 測距部、１１１ 垂直偏波送信（down chirp）部、１１２ 偏波受信（垂直、水平）部、１１３ Ａ／Ｄ変換部、１１４ データバッファリング部、１１５ 偏波成分解析部、１１６ 偏波ノッチフィルタ部、１１７ パルス圧縮部、１１８ 測距部、１０９ 測距測速度部、１２１ 水平偏波送信（down chirp）部、１３１ 垂直偏波送信（down chirp）部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける水平偏波送信部と、
垂直偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、
上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、
上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、
上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、
上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、
上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、
上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、
を備えたレーダ信号処理装置。
【請求項２】
水平偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける水平偏波送信部と、
垂直偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、
上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、
上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、
上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、
上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、
上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、
上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、
を備えたレーダ信号処理装置。
【請求項３】
水平偏波送信部及び垂直偏波送信部は、ダウンチャープ変調及びアップチャープ変調を、互いに周波数の上昇、下降変化の方向が逆方向となるように順次切り替えて変調することを特徴とした請求項１または請求項２に記載のレーダ信号処理装置。
【請求項１】
水平偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける水平偏波送信部と、
垂直偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、
上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、
上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、
上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、
上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、
上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、
上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、
を備えたレーダ信号処理装置。
【請求項２】
水平偏波の送信信号にダウンチャープ変調をかける水平偏波送信部と、
垂直偏波の送信信号にアップチャープ変調をかける垂直偏波送信部と、
上記水平偏波送信部及び垂直偏波送信部からの水平偏波信号及び垂直偏波信号を受信する偏波受信部と、
上記偏波受信部により受信したアナログ信号を、ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
上記送信した偏波信号及び受信した偏波信号を保持するデータバッファリング部と、
上記データバッファリング部の保持データから散乱ベクトルを構成し、散乱ベクトルを基にクラッタの共分散行列を推定する偏波成分解析部と、
上記偏波成分解析部にて推定されたクラッタの共分散行列を基に、偏波ノッチフィルタを構成し、構成した偏波ノッチフィルタによって受信信号のクラッタを抑圧する偏波ノッチフィルタ部と、
上記偏波ノッチフィルタ部によりクラッタを抑圧した受信信号をパルス圧縮し、アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を算出する測距部と、
上記アップチャープ時及びダウンチャープ時のピーク距離を基に、目標相対距離と目標相対速度を算出する測距測速度部と、
を備えたレーダ信号処理装置。
【請求項３】
水平偏波送信部及び垂直偏波送信部は、ダウンチャープ変調及びアップチャープ変調を、互いに周波数の上昇、下降変化の方向が逆方向となるように順次切り替えて変調することを特徴とした請求項１または請求項２に記載のレーダ信号処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６７９４８（Ｐ２０１２−１６７９４８Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７２２８（Ｐ２０１１−２７２２８）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【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２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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