レーダ装置、レーダ受信装置及び目標検出方法
【課題】 目標が低ＲＣＳである場合であっても、目標を検出することが可能なレーダ装置と、このレーダ装置で用いられるレーダ受信装置及び目標検出方法を提供すること。
【解決手段】 レーダ装置は、送信装置、無線部、４次元データ生成部、予測部、積分処理部及び目標検出部を具備する。送信装置は、送信パルスを送信する。無線部は、送信パルスが反射等された反射パルスを受信する。４次元データ生成部は、反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴを行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、レンジと、方位角及び仰角と、相対速度とにより特定される４次元データへ変換する。予測部は、４次元データに基づいて予測４次元データを作成する。積分処理部は、４次元データと、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分する。目標検出部は、積分結果に基づいて目標を検出する。
【解決手段】 レーダ装置は、送信装置、無線部、４次元データ生成部、予測部、積分処理部及び目標検出部を具備する。送信装置は、送信パルスを送信する。無線部は、送信パルスが反射等された反射パルスを受信する。４次元データ生成部は、反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴを行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、レンジと、方位角及び仰角と、相対速度とにより特定される４次元データへ変換する。予測部は、４次元データに基づいて予測４次元データを作成する。積分処理部は、４次元データと、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分する。目標検出部は、積分結果に基づいて目標を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、送信パルスを送信し、送信パルスが反射・散乱・回折された反射パルスを受信することで目標を捜索するレーダ装置と、このレーダ装置で用いられるレーダ受信装置及び目標検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置において、レーダ送信装置は、ある方位にビームを指向し、一定のＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）で複数の送信パルスを送信する。そして、レーダ受信装置は、物体で反射・散乱・回折した複数の反射パルスに対してコヒーレント積分を行う。ここで、コヒーレント積分とは、複数の反射パルスに対して同一レンジでコヒーレントに積分する処理であり、一般的にはＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）によって処理される。また、ＤＦＴによりコヒーレント積分する処理を総称してドップラフィルタ処理と記すこともある。このように、レーダ送信装置が１ビームポジションに複数の送信パルスを送信し、レーダ受信装置がレーダ送信装置からの送信パルスに基づく反射パルスに対してコヒーレント積分を行う期間を一般的にＣＰＩ（Coherent Processing Interval）と呼ぶ。レーダ受信装置は、１ＣＰＩ単位でコヒーレント積分された受信信号に対して、その強度を測定し、あるスレッショルド値以上の信号が存在した場合、これを目標信号として検知する。
【０００３】
ただし、ＲＣＳ（Radar Cross Section）の小さい目標の検出は、レーダ受信装置で得られる反射パルスの電力が小さくなる。そのため、低ＲＣＳの目標に対しては、１ＣＰＩ単位での探知処理による目標検出は非常に困難とされてきた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】E. Fisher, A. H. Heimovich, "Spatial diversity in radar - models and detection Performance", IEEE Trans. On Signal Processing, vol. 54, no. 3, pp. 823-838
【非特許文献２】E. Fisher, A. H. Heimovich, "Performance of MIMO Radar System: Advantages of Angular Diversity", IEEE Trans. On Signal Processing, 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来のレーダ装置では、目標が低ＲＣＳである場合、目標検出が困難であった。
【０００６】
そこで、目的は、目標が低ＲＣＳである場合であっても、目標を検出することが可能なレーダ装置と、このレーダ装置で用いられるレーダ受信装置及び目標検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、レーダ装置は、送信装置、無線部、４次元データ生成部、予測部、積分処理部及び目標検出部を具備する。送信装置は、全方位に各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の送信パルスを送信する。無線部は、前記送信パルスが反射、散乱又は回折された反射パルスを受信する。４次元データ生成部は、前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく目標とレーダとの相対速度とにより特定される４次元データへ変換する。予測部は、前記４次元データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元データを作成する。積分処理部は、前記４次元データ生成部からの前記４次元データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分する。目標検出部は、前記積分結果に基づいて目標を検出する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るレーダ装置を搭載する移動体が目標を探索する際の図である。
【図２】図１のレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】図１のアンテナユニットから送信される送信パルスを示す図である。
【図４】図１のパルス圧縮部によるパルス圧縮処理を示す図である。
【図５】図１のドップラフィルタ処理部によるコヒーレント積分を示す図である。
【図６】図１の信号処理部で変換される４次元データのレンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖｍの関係を示す図である。
【図７】図１の予測部が目標の存在位置を予測する際の処理を示す図である。
【図８】図１のレーダ装置のシミュレーションにおける諸元を示す図である。
【図９】図１のレーダ装置のシミュレーションにおける目標の諸元を示す図である。
【図１０】図１のレーダ装置のシミュレーションにおけるレーダ装置と目標との位置関係を示す図である。
【図１１】図１０のシミュレーションにおいて、スキャン回数に対する所要ＳＮＲと、受信ＳＮＲとの推移結果を示す図である。
【図１２】従来方式のＰＰＩ表示の処理結果と、本実施形態に係る方法によるＰＰＩ表示の処理結果を示す図である。
【図１３】第２の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るレーダ装置を搭載する移動体が目標を探索する際の模式図を示す。図１に示す移動体に搭載されたレーダ装置は、ビーム方向を周期的に変化させながら全方位をサーチし、目標を検出する。
【００１１】
図２は、第１の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図２に示すレーダ装置は、送信装置１０、受信装置２０、送受信切替器３０及びアンテナユニット４０を具備する。
【００１２】
送信装置１０は、信号発生器、デジタル−アナログ変換器、周波数変換器、フィルタ及び増幅器等を備える。送信装置１０は、送信パルスを生成し、送受信切替器３０を介し、アンテナユニット４０から空間へ送信する。
【００１３】
図３は、本実施形態のアンテナユニット４０から送信される送信パルスの模式図を示す。送信装置１０は、１ビームポジション当り、一定のＰＲＩ（Pulse Repetation Interval）で複数の送信パルスを送信する。このとき、複数の送信パルスを送信する時間間隔は、目標のレンジセルの移動と、目標の水平面方位角及び仰角の変化とを無視できる時間内に設計される。この時間間隔をＣＰＩ（Coherent Processing Interval）と呼ぶ。送信装置１０は、ＣＰＩ毎に異なる方角に送信ビームを向け、アンテナユニット４０から送信パルスを送信する。
【００１４】
アンテナユニット４０から送信された送信パルスは、目標等で反射・散乱・回折され、反射パルスとしてレーダ装置へ到来する。
【００１５】
受信装置２０は、アンテナユニット４０及び送受信切替器３０を介して反射パルスを受信する。受信装置２０は、図２に示すように、受信モジュール２１、４次元データ生成部２２、積分処理部２３、予測部２４、メモリ２５及び目標検出部２６を備える。
【００１６】
受信モジュール２１は、周波数変換器及びアナログ−デジタル変換器等を備える。受信モジュール２１は、反射パルスを受信し、この反射パルスをベースバンド帯のデジタル形式の受信パルスに変換する。受信モジュール２１は、受信パルスを４次元データ生成部２２へ出力する。
【００１７】
４次元データ生成部２２は、空間処理部２２１、パルス圧縮部２２２、ドップラフィルタ処理部２２３及び信号処理部２２４を備える。
【００１８】
空間処理部２２１は、受信モジュール２１からの受信パルスに対して所定のビームウェイトを重畳することで、受信ビームを形成する。空間処理部２２１は、受信ビームが、ＣＰＩ毎に変化する送信ビームと同一の方向を向くように、受信パルスに対してビームウェイトを重畳する。
【００１９】
パルス圧縮部２２２は、空間処理部２２１からの受信パルスに対してパルス圧縮処理を行い、各受信パルスをレンジセル信号へ変換する。図４は、パルス圧縮部２２２によるパルス圧縮処理を模式的に示す図である。
【００２０】
ドップラフィルタ処理部２２３は、パルス圧縮部２２２からのレンジセル信号に対してコヒーレント積分を行う。すなわち、ドップラフィルタ処理部２２３は、受信パルスにおける同一レンジ成分、すなわちレンジセル信号に対してＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行うことにより、レンジセル毎に周波数バンク信号を生成する。図５は、ドップラフィルタ処理部２２３によるコヒーレント積分を模式的に示す図である。
【００２１】
信号処理部２２４は、ドップラフィルタ処理部２２３からの周波数バンク信号の信号強度が、レンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖｍにより特定されるようにする。つまり、信号処理部２２４は、所定の捜索領域における全方向への１回のスキャンで得られる全ての周波数バンク信号の信号強度がレンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖｍにより特定されるように変換した４次元データを作成する。あるスキャンｉで取得された４次元データは、Ｒ（ｉ）（ｒ，θ，φ，ｖｍ）と表される。図６は、目標に対するレンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖｍの関係を示す模式図である。
【００２２】
各周波数ビンの周波数帯域幅Δｆは、Δｆ＝ｆＰＲＦ／Ｍで求められる。ここで、周波数ビンの値は目標の移動によるドップラ周波数に起因してのみ生じると仮定する。なお、Ｍは１ＣＰＩで送信されるパルス数であり、ｆＰＲＦ＝１／ｆＰＲＩである。このとき、ｍ番目（ｍは１〜Ｍの自然数）の周波数ビンにおける目標の相対的な移動速度ｖｍは、ｖｍ＝ｍ・Δｆ・ｃ／ｆｃで表される。ただし、ｃは光速、ｆｃはキャリア周波数を示す。
【００２３】
信号処理部２２４は、４次元データを積分処理部２３及び予測部２４へ出力する。
【００２４】
予測部２４は、信号処理部２２４から４次元データを受け取り、４次元データの全要素に目標が存在すると仮定する。そして、予測部２４は、信号処理部２２４からの４次元データに基づいて、次のスキャン時の目標の存在位置を予測する。予測部２４での処理を以下に説明する。
【００２５】
本実施形態に係るレーダ装置は、図１に示すように、所定の捜索領域における全方位に送受信ビームを順次照射し、目標の捜索を行う。このため、同一方向にビームが照射されるのは離散的（１スキャン間隔）になる。１スキャン当りの周期をＴＳＣＡＮ秒とすると、図５に示すレンジセル毎の周波数バンク信号は周期ＴＳＣＡＮ毎に得られることになる。
【００２６】
目標の運動モデルを等速直線運動と仮定した場合、周波数ビンｍに存在する目標は、ＴＳＣＡＮ秒後の次スキャン時には目標はｖｍ・ＴＳＣＡＮだけ移動していると予測できる。つまり、隣接するレンジセルの間隔をｘとおくと、目標は、
【数１】
【００２７】
だけ異なるレンジセルに移動することになる。このため、ｉ番目のスキャン時のレンジセルｒ、周波数ビンｍに目標が存在する場合、ＴＳＣＡＮ後のｉ＋１番目のスキャン時のレンジセルｒ＋Δｎ、周波数ビンｍに同じ目標が存在すると予測される。図７は、予測部２４が目標の存在位置を予測する際の処理を示す模式図である。
【００２８】
予測部２４は、予測した存在位置に、現在のスキャンにより取得された４次元データの信号強度を割り当てた予測４次元データを作成し、予測４次元データをメモリ２５に記憶させる。
【００２９】
また、予測部２４は、積分処理部２３から後述する積分４次元データを受けた場合、この積分４次元データに基づいて、次のスキャン時（ＴＳＣＡＮ後）の目標の存在位置を予測する。そして、予測部２４は、予測した存在位置に積分４次元データの信号強度を割り当てた予測４次元データを作成し、予測４次元データをメモリ２５に記憶させる。
【００３０】
積分処理部２３は、信号処理部２２４から４次元データを受け取ると、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データの信号強度をメモリ２５から読み出す。そして、積分処理部２３は、信号処理部２２４からの４次元データの信号強度と、メモリ２５からの予測４次元データの信号強度とを合成するインコヒーレント積分を行ない、積分４次元データを作成する。なお、レンジセルｒ１、相対速度ｖｍ１での積分４次元データＲｉｎｔは、信号処理部２２４からの４次元データＲと、メモリ２５からの予測４次元データＲｐｒｅとから以下のように求められる。
【数２】
【００３１】
ただし、ｒ１＝ｒ２＋Δｎであるとする。積分処理部２３は、積分４次元データを目標検出部２６及び予測部２４へ出力する。
【００３２】
目標検出部２６は、積分処理部２３からの積分４次元データの信号強度が閾値を超えるか否かを判断する。なお、閾値の値は、インコヒーレント積分の回数に基づいて変動する。目標検出部２６は、積分４次元データの信号強度が閾値を超える場合、目標を検出したとする。
【００３３】
次に、以上のように構成されたレーダ装置の性能評価のシミュレーション結果を示す。図８は本シミュレーションにおけるレーダ装置の諸元を示す図であり、図９は本シミュレーションにおける目標の諸元を示す図である。また、図１０は、本シミュレーションにおけるレーダ装置と目標との位置関係を示す図である。なお、本シミュレーションで評価するレーダ装置は、従来方式である１ＣＰＩでの探知処理を行った場合、１３０ｋｍに位置する目標を探知確率ＰＤ＝０．５、誤警報確率ＰＦＡ＝１０−６で検出可能である。
【００３４】
図１１は、探知確率ＰＤ＝０．５、誤警報確率ＰＦＡ＝１０−６とした場合のスキャン回数（積分処理部２３におけるインコヒーレント積分回数）に対する目標探知に必要となる所要ＳＮＲ（理論値）と、実際のレーダ装置における受信ＳＮＲとの推移結果である。
【００３５】
グラフに示すとおり、目標の探知に必要となる所要ＳＮＲは、スキャン数に相当するインコヒーレント積分数が増加することで低減されていく。また、実際のレーダ装置における受信ＳＮＲは、目標がレーダに対して近付いていくため、スキャン数の増加に伴い増加する。なお、所要ＳＮＲと受信ＳＮＲとが交差する点が目標探知が可能となるスキャン数となる。
【００３６】
従来方式である１ＣＰＩによる目標探知の所要ＳＮＲは約１２．８ｄＢであり、これはスキャン数が増加しても変わらない。結果より、従来方式で目標が探知できるスキャン数は所要ＳＮＲと受信ＳＮＲとが交差する点であり、約４２〜４３スキャン目となる。なお、レーダ−目標間の距離で換算すると４２スキャン目は約１２５ｋｍとなる。一方、本実施形態に係るレーダ装置ではスキャン数に伴い所要ＳＮＲは減少し、受信ＳＮＲと交差する点は８〜９スキャン目となる。これをレーダ−目標間の距離で換算すると約２１０ｋｍとなる。
【００３７】
図１２は、従来方式と本提案方式のＰＰＩ表示（Ｂスコープ）の処理結果である。結果より、従来方式は約１３０ｋｍ付近で目標探知がなされているのに対して、本実施形態に係るレーダ装置では約２００ｋｍ付近から目標探知が実現されていることが確認できる。図１２の結果により、本実施形態に係るレーダ装置は、従来のレーダ装置と比較してより遠い距離で目標を探知することが可能であることが確認できる。
【００３８】
以上のように、上記第１の実施形態では、周波数バンク信号を（ｒ，θ，φ，ｖｍ）により指定される４次元データへ変換する。予測部２４は、４次元データの全要素に目標の存在を仮定し、次のスキャンでの目標の存在位置を予測する。そして、積分処理部２３は、現在のスキャンにより取得された４次元データと、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分し積分４次元データを作成するようにしている。これにより、実際に目標が位置する存在位置の信号強度が従来よりも早く積み上がることとなり、目標の検出確率を高めることが可能となる。
【００３９】
なお、上記第１の実施形態に係るレーダ装置では、目標が存在し得る位置及び取り得る速度を仮定し、前記仮定した位置及び速度に基づいて極座標信号を４次元データに変換するものとする。
【００４０】
したがって、上記第１の実施形態に係るレーダ装置によれば、目標が低ＲＣＳである場合であっても、目標を検出することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図１３は、第２の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１３に示すレーダ装置は、送信装置１０、受信装置５０、送受信切替器３０及びアンテナユニット４０を具備する。
【００４２】
受信装置５０は、受信モジュール２１、４次元データ生成部２２、尤度算出部５１、乗算処理部５２、予測部５３、メモリ２５及び目標検出部５４を備える。
【００４３】
尤度算出部５１は、４次元データ生成部２２からの４次元データの信号強度と、予め記憶している受信機雑音の確率密度分布とを比較し、４次元データが受信機の雑音信号である確率を尤度情報として算出する。尤度算出部５１は、４次元データの信号強度を尤度情報に変換した４次元尤度データを作成する。尤度算出部５１が尤度情報を算出する処理を以下に説明する。
【００４４】
受信機雑音をガウス雑音と仮定し、その雑音信号が狭帯域増幅器を通過するものとすれば、その電圧出力の包絡線の確率密度関数は次式のレイリー分布で表される。
【数３】
【００４５】
ここで、Ａは狭帯域増幅器の出力包絡線の振幅、σＮは雑音電圧である。Ａｉを４次元データＲ（ｉ）（ｒ，θ，φ，ｖｍ）の振幅値とすると、反射パルスが雑音信号である確率（尤度）は次式でもとめられる。
【数４】
【００４６】
式４により算出される尤度は、４次元データの各成分に格納される信号が雑音信号であるという確率（尤もらしさ）を表している。つまり、４次元データの信号強度Ａｉが低い値をとれば、レイリー分布の確率密度分布にしたがい、４次元データは雑音信号である確率が高くなる。一方、４次元データの信号強度Ａｉが高い値をとれば、雑音信号であるという確率が低くなるので、観測値は目標信号であるという確率が高くなる。尤度算出部５１は、作成した４次元尤度データを乗算処理部５２及び予測部５３へ出力する。
【００４７】
予測部５３は、尤度算出部５１からの４次元尤度データに基づいて、次のスキャン時の目標の存在位置を予測する。つまり、予測部５３は、ｉ番目のスキャン時のレンジセルｒ、周波数ビンｍに目標が存在する場合、ＴＳＣＡＮ後のｉ＋１番目のスキャン時のレンジセルｒ＋Δｎ、周波数ビンｍに同じ目標が存在すると予測する。予測部５３は、予測した存在位置に、現在のスキャンにより取得された４次元尤度データを割り当てた予測４次元尤度データを作成し、予測４次元尤度データをメモリ２５に記憶させる。
【００４８】
また、予測部５３は、乗算処理部５２から後述する結合４次元尤度データを受けた場合、この結合４次元尤度データに基づいて、次のスキャン時（ＴＳＣＡＮ後）の目標の存在位置を予測する。そして、予測部５３は、予測した存在位置に結合４次元尤度データの尤度情報を割り当てた予測４次元尤度データを作成し、予測４次元尤度データをメモリ２５に記憶させる。
【００４９】
乗算処理部５２は、尤度算出部５１から４次元尤度データを受け取ると、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元尤度データの尤度情報をメモリ２５から読み出す。そして、乗算処理部５２は、尤度算出部５１からの４次元尤度データの尤度情報と、メモリ２５からの予測４次元尤度データの尤度情報とを掛け合わせる。なお、結合４次元尤度データＰｒｃｏｍｂは、尤度算出部５１からの４次元尤度データＰｒと、メモリ２５からの予測４次元尤度データＰｒｐｒｅとから以下のように求められる。
【数５】
【００５０】
目標検出部５４は、乗算処理部５２からの結合４次元尤度データの尤度情報が予め設定された誤警報確率を下回るか否かを判断する。目標検出部５４は、結合４次元尤度データの尤度情報が誤警報確率を下回る場合、目標を検出したとする。
【００５１】
以上のように、上記第２の実施形態では、４次元データの信号強度に基づいて尤度情報を算出し、尤度情報を用いて目標を検出するようにしている。第１の実施形態に係るレーダ装置では、スキャン毎に電力（又は振幅値）を加算するため、その合成値は線形に増加していく。そのため、ダイナミックレンジを広くとる必要がある。第２の実施形態では、尤度情報を用い、目標を確率統計的に検出することにより、ダイナミックレンジの増大を防ぐことが可能となる。
【００５２】
したがって、上記第２の実施形態に係るレーダ装置によれば、目標が低ＲＣＳである場合であっても、目標を検出することができる。
【００５３】
なお、上記第２の実施形態では、受信機内の雑音振幅の確率密度分布をガウシアンと仮定したが、レーダ装置は様々な雑音振幅の確率密度分布を仮定し、尤度の算出に用いるものとする。
【００５４】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、目標の高度に関らず、次スキャンでの目標の存在位置を予測する方法について説明した。しかしながら、目標の種類によっては、高度毎に移動速度が制限されるものもある。よって、信号処理部２２４は、高度毎に速度の絶対値を制限し、制限した速度の範囲内で相対速度ｖｍの値を決定するようにしても良い。これにより、演算量を削減することが可能となる。
【００５５】
また、上記各実施形態では、全レーダ領域からの周波数バンクデータを４次元データへ変換するようにしている。しかしながら、必ずしも全レーダ領域からの周波数バンクデータを４次元データへ変換する必要はない。例えば、従来のレーダ動作で目標を探知できるような近距離に対しては変換領域から除外してもよい。このとき、近距離内で取得された周波数バンク信号は目標検出部２６へ出力され、信号強度に基づいて目標が検出される。また、近距離内で取得された周波数バンク信号は尤度算出部５１へ出力され、信号強度に基づいて尤度が算出される。そして、目標検出部５４で、尤度情報に基づいて目標が検出される。
【００５６】
また、相対速度ｖｍ＝ｍ・Δｆ・ｃ／ｆｃは、レーダの周波数ｆＰＲＦにより折り返しが生じる可能性がある。その折り返し回数Ｄは次式で求められる。
【数６】
【００５７】
ここで、ｖは、捜索対象とする目標の実際の速度である。よって、折り返しによる誤った相対速度推定を回避するため、速度ベクトルｖは折り返しを補償するよう次元の拡張を図ったものとしてもよい。なお、折り返し次元速度は以下のように構成される。
【数７】
【００５８】
ただし、ｄは折り返し回数を表し、ｄ＝ｄ１〜Ｄである。
【００５９】
また、上記各実施形態では、目標の運動モデルを等速直線運動と仮定した場合を例に説明したが、目標の運動モデルは、等速直線運動に限定される訳ではない。
【００６０】
また、上記各実施形態では、レーダ装置は送信装置と受信装置とを具備する場合を例に説明した。しかしながら、レーダ装置は必ずしも送信装置と受信装置との両方を具備する必要はない。送信装置と受信装置とが分離して構成されていても構わない。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１０…送信装置
２０，５０…受信装置
２１…受信モジュール
２２…４次元データ生成部
２２１…空間処理部
２２２…パルス圧縮部
２２３…ドップラフィルタ処理部
２２４…信号処理部
２３…積分処理部
２４，５３…予測部
２５…メモリ
２６，５４…目標検出部
３０…送受信切替器
４０…アンテナユニット
５１…尤度算出部
５２…乗算処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、送信パルスを送信し、送信パルスが反射・散乱・回折された反射パルスを受信することで目標を捜索するレーダ装置と、このレーダ装置で用いられるレーダ受信装置及び目標検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置において、レーダ送信装置は、ある方位にビームを指向し、一定のＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）で複数の送信パルスを送信する。そして、レーダ受信装置は、物体で反射・散乱・回折した複数の反射パルスに対してコヒーレント積分を行う。ここで、コヒーレント積分とは、複数の反射パルスに対して同一レンジでコヒーレントに積分する処理であり、一般的にはＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）によって処理される。また、ＤＦＴによりコヒーレント積分する処理を総称してドップラフィルタ処理と記すこともある。このように、レーダ送信装置が１ビームポジションに複数の送信パルスを送信し、レーダ受信装置がレーダ送信装置からの送信パルスに基づく反射パルスに対してコヒーレント積分を行う期間を一般的にＣＰＩ（Coherent Processing Interval）と呼ぶ。レーダ受信装置は、１ＣＰＩ単位でコヒーレント積分された受信信号に対して、その強度を測定し、あるスレッショルド値以上の信号が存在した場合、これを目標信号として検知する。
【０００３】
ただし、ＲＣＳ（Radar Cross Section）の小さい目標の検出は、レーダ受信装置で得られる反射パルスの電力が小さくなる。そのため、低ＲＣＳの目標に対しては、１ＣＰＩ単位での探知処理による目標検出は非常に困難とされてきた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】E. Fisher, A. H. Heimovich, "Spatial diversity in radar - models and detection Performance", IEEE Trans. On Signal Processing, vol. 54, no. 3, pp. 823-838
【非特許文献２】E. Fisher, A. H. Heimovich, "Performance of MIMO Radar System: Advantages of Angular Diversity", IEEE Trans. On Signal Processing, 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来のレーダ装置では、目標が低ＲＣＳである場合、目標検出が困難であった。
【０００６】
そこで、目的は、目標が低ＲＣＳである場合であっても、目標を検出することが可能なレーダ装置と、このレーダ装置で用いられるレーダ受信装置及び目標検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、レーダ装置は、送信装置、無線部、４次元データ生成部、予測部、積分処理部及び目標検出部を具備する。送信装置は、全方位に各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の送信パルスを送信する。無線部は、前記送信パルスが反射、散乱又は回折された反射パルスを受信する。４次元データ生成部は、前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく目標とレーダとの相対速度とにより特定される４次元データへ変換する。予測部は、前記４次元データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元データを作成する。積分処理部は、前記４次元データ生成部からの前記４次元データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分する。目標検出部は、前記積分結果に基づいて目標を検出する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るレーダ装置を搭載する移動体が目標を探索する際の図である。
【図２】図１のレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】図１のアンテナユニットから送信される送信パルスを示す図である。
【図４】図１のパルス圧縮部によるパルス圧縮処理を示す図である。
【図５】図１のドップラフィルタ処理部によるコヒーレント積分を示す図である。
【図６】図１の信号処理部で変換される４次元データのレンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖｍの関係を示す図である。
【図７】図１の予測部が目標の存在位置を予測する際の処理を示す図である。
【図８】図１のレーダ装置のシミュレーションにおける諸元を示す図である。
【図９】図１のレーダ装置のシミュレーションにおける目標の諸元を示す図である。
【図１０】図１のレーダ装置のシミュレーションにおけるレーダ装置と目標との位置関係を示す図である。
【図１１】図１０のシミュレーションにおいて、スキャン回数に対する所要ＳＮＲと、受信ＳＮＲとの推移結果を示す図である。
【図１２】従来方式のＰＰＩ表示の処理結果と、本実施形態に係る方法によるＰＰＩ表示の処理結果を示す図である。
【図１３】第２の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るレーダ装置を搭載する移動体が目標を探索する際の模式図を示す。図１に示す移動体に搭載されたレーダ装置は、ビーム方向を周期的に変化させながら全方位をサーチし、目標を検出する。
【００１１】
図２は、第１の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図２に示すレーダ装置は、送信装置１０、受信装置２０、送受信切替器３０及びアンテナユニット４０を具備する。
【００１２】
送信装置１０は、信号発生器、デジタル−アナログ変換器、周波数変換器、フィルタ及び増幅器等を備える。送信装置１０は、送信パルスを生成し、送受信切替器３０を介し、アンテナユニット４０から空間へ送信する。
【００１３】
図３は、本実施形態のアンテナユニット４０から送信される送信パルスの模式図を示す。送信装置１０は、１ビームポジション当り、一定のＰＲＩ（Pulse Repetation Interval）で複数の送信パルスを送信する。このとき、複数の送信パルスを送信する時間間隔は、目標のレンジセルの移動と、目標の水平面方位角及び仰角の変化とを無視できる時間内に設計される。この時間間隔をＣＰＩ（Coherent Processing Interval）と呼ぶ。送信装置１０は、ＣＰＩ毎に異なる方角に送信ビームを向け、アンテナユニット４０から送信パルスを送信する。
【００１４】
アンテナユニット４０から送信された送信パルスは、目標等で反射・散乱・回折され、反射パルスとしてレーダ装置へ到来する。
【００１５】
受信装置２０は、アンテナユニット４０及び送受信切替器３０を介して反射パルスを受信する。受信装置２０は、図２に示すように、受信モジュール２１、４次元データ生成部２２、積分処理部２３、予測部２４、メモリ２５及び目標検出部２６を備える。
【００１６】
受信モジュール２１は、周波数変換器及びアナログ−デジタル変換器等を備える。受信モジュール２１は、反射パルスを受信し、この反射パルスをベースバンド帯のデジタル形式の受信パルスに変換する。受信モジュール２１は、受信パルスを４次元データ生成部２２へ出力する。
【００１７】
４次元データ生成部２２は、空間処理部２２１、パルス圧縮部２２２、ドップラフィルタ処理部２２３及び信号処理部２２４を備える。
【００１８】
空間処理部２２１は、受信モジュール２１からの受信パルスに対して所定のビームウェイトを重畳することで、受信ビームを形成する。空間処理部２２１は、受信ビームが、ＣＰＩ毎に変化する送信ビームと同一の方向を向くように、受信パルスに対してビームウェイトを重畳する。
【００１９】
パルス圧縮部２２２は、空間処理部２２１からの受信パルスに対してパルス圧縮処理を行い、各受信パルスをレンジセル信号へ変換する。図４は、パルス圧縮部２２２によるパルス圧縮処理を模式的に示す図である。
【００２０】
ドップラフィルタ処理部２２３は、パルス圧縮部２２２からのレンジセル信号に対してコヒーレント積分を行う。すなわち、ドップラフィルタ処理部２２３は、受信パルスにおける同一レンジ成分、すなわちレンジセル信号に対してＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行うことにより、レンジセル毎に周波数バンク信号を生成する。図５は、ドップラフィルタ処理部２２３によるコヒーレント積分を模式的に示す図である。
【００２１】
信号処理部２２４は、ドップラフィルタ処理部２２３からの周波数バンク信号の信号強度が、レンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖｍにより特定されるようにする。つまり、信号処理部２２４は、所定の捜索領域における全方向への１回のスキャンで得られる全ての周波数バンク信号の信号強度がレンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖｍにより特定されるように変換した４次元データを作成する。あるスキャンｉで取得された４次元データは、Ｒ（ｉ）（ｒ，θ，φ，ｖｍ）と表される。図６は、目標に対するレンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖｍの関係を示す模式図である。
【００２２】
各周波数ビンの周波数帯域幅Δｆは、Δｆ＝ｆＰＲＦ／Ｍで求められる。ここで、周波数ビンの値は目標の移動によるドップラ周波数に起因してのみ生じると仮定する。なお、Ｍは１ＣＰＩで送信されるパルス数であり、ｆＰＲＦ＝１／ｆＰＲＩである。このとき、ｍ番目（ｍは１〜Ｍの自然数）の周波数ビンにおける目標の相対的な移動速度ｖｍは、ｖｍ＝ｍ・Δｆ・ｃ／ｆｃで表される。ただし、ｃは光速、ｆｃはキャリア周波数を示す。
【００２３】
信号処理部２２４は、４次元データを積分処理部２３及び予測部２４へ出力する。
【００２４】
予測部２４は、信号処理部２２４から４次元データを受け取り、４次元データの全要素に目標が存在すると仮定する。そして、予測部２４は、信号処理部２２４からの４次元データに基づいて、次のスキャン時の目標の存在位置を予測する。予測部２４での処理を以下に説明する。
【００２５】
本実施形態に係るレーダ装置は、図１に示すように、所定の捜索領域における全方位に送受信ビームを順次照射し、目標の捜索を行う。このため、同一方向にビームが照射されるのは離散的（１スキャン間隔）になる。１スキャン当りの周期をＴＳＣＡＮ秒とすると、図５に示すレンジセル毎の周波数バンク信号は周期ＴＳＣＡＮ毎に得られることになる。
【００２６】
目標の運動モデルを等速直線運動と仮定した場合、周波数ビンｍに存在する目標は、ＴＳＣＡＮ秒後の次スキャン時には目標はｖｍ・ＴＳＣＡＮだけ移動していると予測できる。つまり、隣接するレンジセルの間隔をｘとおくと、目標は、
【数１】
【００２７】
だけ異なるレンジセルに移動することになる。このため、ｉ番目のスキャン時のレンジセルｒ、周波数ビンｍに目標が存在する場合、ＴＳＣＡＮ後のｉ＋１番目のスキャン時のレンジセルｒ＋Δｎ、周波数ビンｍに同じ目標が存在すると予測される。図７は、予測部２４が目標の存在位置を予測する際の処理を示す模式図である。
【００２８】
予測部２４は、予測した存在位置に、現在のスキャンにより取得された４次元データの信号強度を割り当てた予測４次元データを作成し、予測４次元データをメモリ２５に記憶させる。
【００２９】
また、予測部２４は、積分処理部２３から後述する積分４次元データを受けた場合、この積分４次元データに基づいて、次のスキャン時（ＴＳＣＡＮ後）の目標の存在位置を予測する。そして、予測部２４は、予測した存在位置に積分４次元データの信号強度を割り当てた予測４次元データを作成し、予測４次元データをメモリ２５に記憶させる。
【００３０】
積分処理部２３は、信号処理部２２４から４次元データを受け取ると、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データの信号強度をメモリ２５から読み出す。そして、積分処理部２３は、信号処理部２２４からの４次元データの信号強度と、メモリ２５からの予測４次元データの信号強度とを合成するインコヒーレント積分を行ない、積分４次元データを作成する。なお、レンジセルｒ１、相対速度ｖｍ１での積分４次元データＲｉｎｔは、信号処理部２２４からの４次元データＲと、メモリ２５からの予測４次元データＲｐｒｅとから以下のように求められる。
【数２】
【００３１】
ただし、ｒ１＝ｒ２＋Δｎであるとする。積分処理部２３は、積分４次元データを目標検出部２６及び予測部２４へ出力する。
【００３２】
目標検出部２６は、積分処理部２３からの積分４次元データの信号強度が閾値を超えるか否かを判断する。なお、閾値の値は、インコヒーレント積分の回数に基づいて変動する。目標検出部２６は、積分４次元データの信号強度が閾値を超える場合、目標を検出したとする。
【００３３】
次に、以上のように構成されたレーダ装置の性能評価のシミュレーション結果を示す。図８は本シミュレーションにおけるレーダ装置の諸元を示す図であり、図９は本シミュレーションにおける目標の諸元を示す図である。また、図１０は、本シミュレーションにおけるレーダ装置と目標との位置関係を示す図である。なお、本シミュレーションで評価するレーダ装置は、従来方式である１ＣＰＩでの探知処理を行った場合、１３０ｋｍに位置する目標を探知確率ＰＤ＝０．５、誤警報確率ＰＦＡ＝１０−６で検出可能である。
【００３４】
図１１は、探知確率ＰＤ＝０．５、誤警報確率ＰＦＡ＝１０−６とした場合のスキャン回数（積分処理部２３におけるインコヒーレント積分回数）に対する目標探知に必要となる所要ＳＮＲ（理論値）と、実際のレーダ装置における受信ＳＮＲとの推移結果である。
【００３５】
グラフに示すとおり、目標の探知に必要となる所要ＳＮＲは、スキャン数に相当するインコヒーレント積分数が増加することで低減されていく。また、実際のレーダ装置における受信ＳＮＲは、目標がレーダに対して近付いていくため、スキャン数の増加に伴い増加する。なお、所要ＳＮＲと受信ＳＮＲとが交差する点が目標探知が可能となるスキャン数となる。
【００３６】
従来方式である１ＣＰＩによる目標探知の所要ＳＮＲは約１２．８ｄＢであり、これはスキャン数が増加しても変わらない。結果より、従来方式で目標が探知できるスキャン数は所要ＳＮＲと受信ＳＮＲとが交差する点であり、約４２〜４３スキャン目となる。なお、レーダ−目標間の距離で換算すると４２スキャン目は約１２５ｋｍとなる。一方、本実施形態に係るレーダ装置ではスキャン数に伴い所要ＳＮＲは減少し、受信ＳＮＲと交差する点は８〜９スキャン目となる。これをレーダ−目標間の距離で換算すると約２１０ｋｍとなる。
【００３７】
図１２は、従来方式と本提案方式のＰＰＩ表示（Ｂスコープ）の処理結果である。結果より、従来方式は約１３０ｋｍ付近で目標探知がなされているのに対して、本実施形態に係るレーダ装置では約２００ｋｍ付近から目標探知が実現されていることが確認できる。図１２の結果により、本実施形態に係るレーダ装置は、従来のレーダ装置と比較してより遠い距離で目標を探知することが可能であることが確認できる。
【００３８】
以上のように、上記第１の実施形態では、周波数バンク信号を（ｒ，θ，φ，ｖｍ）により指定される４次元データへ変換する。予測部２４は、４次元データの全要素に目標の存在を仮定し、次のスキャンでの目標の存在位置を予測する。そして、積分処理部２３は、現在のスキャンにより取得された４次元データと、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分し積分４次元データを作成するようにしている。これにより、実際に目標が位置する存在位置の信号強度が従来よりも早く積み上がることとなり、目標の検出確率を高めることが可能となる。
【００３９】
なお、上記第１の実施形態に係るレーダ装置では、目標が存在し得る位置及び取り得る速度を仮定し、前記仮定した位置及び速度に基づいて極座標信号を４次元データに変換するものとする。
【００４０】
したがって、上記第１の実施形態に係るレーダ装置によれば、目標が低ＲＣＳである場合であっても、目標を検出することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図１３は、第２の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１３に示すレーダ装置は、送信装置１０、受信装置５０、送受信切替器３０及びアンテナユニット４０を具備する。
【００４２】
受信装置５０は、受信モジュール２１、４次元データ生成部２２、尤度算出部５１、乗算処理部５２、予測部５３、メモリ２５及び目標検出部５４を備える。
【００４３】
尤度算出部５１は、４次元データ生成部２２からの４次元データの信号強度と、予め記憶している受信機雑音の確率密度分布とを比較し、４次元データが受信機の雑音信号である確率を尤度情報として算出する。尤度算出部５１は、４次元データの信号強度を尤度情報に変換した４次元尤度データを作成する。尤度算出部５１が尤度情報を算出する処理を以下に説明する。
【００４４】
受信機雑音をガウス雑音と仮定し、その雑音信号が狭帯域増幅器を通過するものとすれば、その電圧出力の包絡線の確率密度関数は次式のレイリー分布で表される。
【数３】
【００４５】
ここで、Ａは狭帯域増幅器の出力包絡線の振幅、σＮは雑音電圧である。Ａｉを４次元データＲ（ｉ）（ｒ，θ，φ，ｖｍ）の振幅値とすると、反射パルスが雑音信号である確率（尤度）は次式でもとめられる。
【数４】
【００４６】
式４により算出される尤度は、４次元データの各成分に格納される信号が雑音信号であるという確率（尤もらしさ）を表している。つまり、４次元データの信号強度Ａｉが低い値をとれば、レイリー分布の確率密度分布にしたがい、４次元データは雑音信号である確率が高くなる。一方、４次元データの信号強度Ａｉが高い値をとれば、雑音信号であるという確率が低くなるので、観測値は目標信号であるという確率が高くなる。尤度算出部５１は、作成した４次元尤度データを乗算処理部５２及び予測部５３へ出力する。
【００４７】
予測部５３は、尤度算出部５１からの４次元尤度データに基づいて、次のスキャン時の目標の存在位置を予測する。つまり、予測部５３は、ｉ番目のスキャン時のレンジセルｒ、周波数ビンｍに目標が存在する場合、ＴＳＣＡＮ後のｉ＋１番目のスキャン時のレンジセルｒ＋Δｎ、周波数ビンｍに同じ目標が存在すると予測する。予測部５３は、予測した存在位置に、現在のスキャンにより取得された４次元尤度データを割り当てた予測４次元尤度データを作成し、予測４次元尤度データをメモリ２５に記憶させる。
【００４８】
また、予測部５３は、乗算処理部５２から後述する結合４次元尤度データを受けた場合、この結合４次元尤度データに基づいて、次のスキャン時（ＴＳＣＡＮ後）の目標の存在位置を予測する。そして、予測部５３は、予測した存在位置に結合４次元尤度データの尤度情報を割り当てた予測４次元尤度データを作成し、予測４次元尤度データをメモリ２５に記憶させる。
【００４９】
乗算処理部５２は、尤度算出部５１から４次元尤度データを受け取ると、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元尤度データの尤度情報をメモリ２５から読み出す。そして、乗算処理部５２は、尤度算出部５１からの４次元尤度データの尤度情報と、メモリ２５からの予測４次元尤度データの尤度情報とを掛け合わせる。なお、結合４次元尤度データＰｒｃｏｍｂは、尤度算出部５１からの４次元尤度データＰｒと、メモリ２５からの予測４次元尤度データＰｒｐｒｅとから以下のように求められる。
【数５】
【００５０】
目標検出部５４は、乗算処理部５２からの結合４次元尤度データの尤度情報が予め設定された誤警報確率を下回るか否かを判断する。目標検出部５４は、結合４次元尤度データの尤度情報が誤警報確率を下回る場合、目標を検出したとする。
【００５１】
以上のように、上記第２の実施形態では、４次元データの信号強度に基づいて尤度情報を算出し、尤度情報を用いて目標を検出するようにしている。第１の実施形態に係るレーダ装置では、スキャン毎に電力（又は振幅値）を加算するため、その合成値は線形に増加していく。そのため、ダイナミックレンジを広くとる必要がある。第２の実施形態では、尤度情報を用い、目標を確率統計的に検出することにより、ダイナミックレンジの増大を防ぐことが可能となる。
【００５２】
したがって、上記第２の実施形態に係るレーダ装置によれば、目標が低ＲＣＳである場合であっても、目標を検出することができる。
【００５３】
なお、上記第２の実施形態では、受信機内の雑音振幅の確率密度分布をガウシアンと仮定したが、レーダ装置は様々な雑音振幅の確率密度分布を仮定し、尤度の算出に用いるものとする。
【００５４】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、目標の高度に関らず、次スキャンでの目標の存在位置を予測する方法について説明した。しかしながら、目標の種類によっては、高度毎に移動速度が制限されるものもある。よって、信号処理部２２４は、高度毎に速度の絶対値を制限し、制限した速度の範囲内で相対速度ｖｍの値を決定するようにしても良い。これにより、演算量を削減することが可能となる。
【００５５】
また、上記各実施形態では、全レーダ領域からの周波数バンクデータを４次元データへ変換するようにしている。しかしながら、必ずしも全レーダ領域からの周波数バンクデータを４次元データへ変換する必要はない。例えば、従来のレーダ動作で目標を探知できるような近距離に対しては変換領域から除外してもよい。このとき、近距離内で取得された周波数バンク信号は目標検出部２６へ出力され、信号強度に基づいて目標が検出される。また、近距離内で取得された周波数バンク信号は尤度算出部５１へ出力され、信号強度に基づいて尤度が算出される。そして、目標検出部５４で、尤度情報に基づいて目標が検出される。
【００５６】
また、相対速度ｖｍ＝ｍ・Δｆ・ｃ／ｆｃは、レーダの周波数ｆＰＲＦにより折り返しが生じる可能性がある。その折り返し回数Ｄは次式で求められる。
【数６】
【００５７】
ここで、ｖは、捜索対象とする目標の実際の速度である。よって、折り返しによる誤った相対速度推定を回避するため、速度ベクトルｖは折り返しを補償するよう次元の拡張を図ったものとしてもよい。なお、折り返し次元速度は以下のように構成される。
【数７】
【００５８】
ただし、ｄは折り返し回数を表し、ｄ＝ｄ１〜Ｄである。
【００５９】
また、上記各実施形態では、目標の運動モデルを等速直線運動と仮定した場合を例に説明したが、目標の運動モデルは、等速直線運動に限定される訳ではない。
【００６０】
また、上記各実施形態では、レーダ装置は送信装置と受信装置とを具備する場合を例に説明した。しかしながら、レーダ装置は必ずしも送信装置と受信装置との両方を具備する必要はない。送信装置と受信装置とが分離して構成されていても構わない。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１０…送信装置
２０，５０…受信装置
２１…受信モジュール
２２…４次元データ生成部
２２１…空間処理部
２２２…パルス圧縮部
２２３…ドップラフィルタ処理部
２２４…信号処理部
２３…積分処理部
２４，５３…予測部
２５…メモリ
２６，５４…目標検出部
３０…送受信切替器
４０…アンテナユニット
５１…尤度算出部
５２…乗算処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全方位に各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の送信パルスを送信する送信装置と、
前記送信パルスが反射、散乱又は回折された反射パルスを受信する無線部と、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換する４次元データ生成部と、
前記４次元データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元データを作成する予測部と、
前記４次元データ生成部からの前記４次元データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分する積分処理部と、
前記積分結果に基づいて目標を検出する目標検出部と
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
全方位に各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の送信パルスを送信する送信装置と、
前記送信パルスが反射、散乱又は回折された反射パルスを受信する無線部と、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換する４次元データ生成部と、
前記４次元データの信号強度に基づいて尤度情報を算出することで、４次元尤度データを作成する尤度算出部と、
前記４次元尤度データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元尤度データを作成する予測部と、
前記尤度算出部からの前記４次元尤度データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元尤度データとを掛け合わせる乗算処理部と、
前記乗算結果に基づいて目標を検出する目標検出部と
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
前記４次元データ生成部は、目標の高度に応じて前記相対速度を決定することを特徴とする請求項１又は２記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記４次元データ生成部は、予め設定した近距離内で取得された周波数バンク信号を、前記４次元データへ変換せずに前記目標検出部へ出力し、
前記目標検出部は、前記周波数バンク信号の信号強度に基づいて目標の検出を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記４次元データ生成部は、予め設定した近距離内で取得された周波数バンク信号を、前記４次元データへ変換せずに前記尤度算出部へ出力し、
前記尤度算出部は、前記周波数バンク信号の信号強度に基づいて尤度情報を算出し、
前記目標検出部は、前記周波数バンク信号の尤度情報に基づいて目標の検出を行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記相対速度は、折り返しを保障するように次元の拡張を図ったものであることを特徴とする請求項１又は２記載のレーダ装置。
【請求項７】
全方位から各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の反射パルスを受信する無線部と、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換する４次元データ生成部と、
前記４次元データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元データを作成する予測部と、
前記４次元データ生成部からの前記４次元データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分する積分処理部と、
前記積分結果に基づいて目標を検出する目標検出部と
を具備することを特徴とするレーダ受信装置。
【請求項８】
全方位から各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の反射パルスを受信する無線部と、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換する４次元データ生成部と、
前記４次元データの信号強度に基づいて尤度情報を算出することで、４次元尤度データを作成する尤度算出部と、
前記４次元尤度データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元尤度データを作成する予測部と、
前記尤度算出部からの前記４次元尤度データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元尤度データとを掛け合わせる乗算処理部と、
前記乗算結果に基づいて目標を検出する目標検出部と
を具備することを特徴とするレーダ受信装置。
【請求項９】
前記４次元データ生成部は、目標の高度に応じて前記相対速度を決定することを特徴とする請求項７又は８記載のレーダ受信装置。
【請求項１０】
前記４次元データ生成部は、予め設定した近距離内で取得された周波数バンク信号を、前記４次元データへ変換せずに前記目標検出部へ出力し、
前記目標検出部は、前記周波数バンク信号の信号強度に基づいて目標の検出を行うことを特徴とする請求項７記載のレーダ受信装置。
【請求項１１】
前記４次元データ生成部は、予め設定した近距離内で取得された周波数バンク信号を、前記４次元データへ変換せずに前記尤度算出部へ出力し、
前記尤度算出部は、前記周波数バンク信号の信号強度に基づいて尤度情報を算出し、
前記目標検出部は、前記周波数バンク信号の尤度情報に基づいて目標の検出を行うことを特徴とする請求項８記載のレーダ受信装置。
【請求項１２】
前記相対速度は、折り返しを保障するように次元の拡張を図ったものであることを特徴とする請求項７又は８記載のレーダ受信装置。
【請求項１３】
全方位から各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の反射パルスを受信し、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、
前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換し、
前記４次元データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元データを作成し、
前記４次元データと、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分し、
前記積分結果に基づいて目標を検出することを特徴とする目標検出方法。
【請求項１４】
全方位から各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の反射パルスを受信し、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、
前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換し、
前記４次元データの信号強度に基づいて尤度情報を算出することで、４次元尤度データを作成し、
前記４次元尤度データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元尤度データを作成し、
前記４次元尤度データと、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元尤度データとを掛け合わせ、
前記乗算結果に基づいて目標を検出することを特徴とする目標検出方法。
【請求項１】
全方位に各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の送信パルスを送信する送信装置と、
前記送信パルスが反射、散乱又は回折された反射パルスを受信する無線部と、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換する４次元データ生成部と、
前記４次元データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元データを作成する予測部と、
前記４次元データ生成部からの前記４次元データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分する積分処理部と、
前記積分結果に基づいて目標を検出する目標検出部と
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
全方位に各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の送信パルスを送信する送信装置と、
前記送信パルスが反射、散乱又は回折された反射パルスを受信する無線部と、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換する４次元データ生成部と、
前記４次元データの信号強度に基づいて尤度情報を算出することで、４次元尤度データを作成する尤度算出部と、
前記４次元尤度データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元尤度データを作成する予測部と、
前記尤度算出部からの前記４次元尤度データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元尤度データとを掛け合わせる乗算処理部と、
前記乗算結果に基づいて目標を検出する目標検出部と
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
前記４次元データ生成部は、目標の高度に応じて前記相対速度を決定することを特徴とする請求項１又は２記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記４次元データ生成部は、予め設定した近距離内で取得された周波数バンク信号を、前記４次元データへ変換せずに前記目標検出部へ出力し、
前記目標検出部は、前記周波数バンク信号の信号強度に基づいて目標の検出を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記４次元データ生成部は、予め設定した近距離内で取得された周波数バンク信号を、前記４次元データへ変換せずに前記尤度算出部へ出力し、
前記尤度算出部は、前記周波数バンク信号の信号強度に基づいて尤度情報を算出し、
前記目標検出部は、前記周波数バンク信号の尤度情報に基づいて目標の検出を行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記相対速度は、折り返しを保障するように次元の拡張を図ったものであることを特徴とする請求項１又は２記載のレーダ装置。
【請求項７】
全方位から各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の反射パルスを受信する無線部と、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換する４次元データ生成部と、
前記４次元データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元データを作成する予測部と、
前記４次元データ生成部からの前記４次元データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分する積分処理部と、
前記積分結果に基づいて目標を検出する目標検出部と
を具備することを特徴とするレーダ受信装置。
【請求項８】
全方位から各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の反射パルスを受信する無線部と、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換する４次元データ生成部と、
前記４次元データの信号強度に基づいて尤度情報を算出することで、４次元尤度データを作成する尤度算出部と、
前記４次元尤度データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元尤度データを作成する予測部と、
前記尤度算出部からの前記４次元尤度データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元尤度データとを掛け合わせる乗算処理部と、
前記乗算結果に基づいて目標を検出する目標検出部と
を具備することを特徴とするレーダ受信装置。
【請求項９】
前記４次元データ生成部は、目標の高度に応じて前記相対速度を決定することを特徴とする請求項７又は８記載のレーダ受信装置。
【請求項１０】
前記４次元データ生成部は、予め設定した近距離内で取得された周波数バンク信号を、前記４次元データへ変換せずに前記目標検出部へ出力し、
前記目標検出部は、前記周波数バンク信号の信号強度に基づいて目標の検出を行うことを特徴とする請求項７記載のレーダ受信装置。
【請求項１１】
前記４次元データ生成部は、予め設定した近距離内で取得された周波数バンク信号を、前記４次元データへ変換せずに前記尤度算出部へ出力し、
前記尤度算出部は、前記周波数バンク信号の信号強度に基づいて尤度情報を算出し、
前記目標検出部は、前記周波数バンク信号の尤度情報に基づいて目標の検出を行うことを特徴とする請求項８記載のレーダ受信装置。
【請求項１２】
前記相対速度は、折り返しを保障するように次元の拡張を図ったものであることを特徴とする請求項７又は８記載のレーダ受信装置。
【請求項１３】
全方位から各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の反射パルスを受信し、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、
前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換し、
前記４次元データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元データを作成し、
前記４次元データと、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分し、
前記積分結果に基づいて目標を検出することを特徴とする目標検出方法。
【請求項１４】
全方位から各ビームポジション当り予め設定された期間で複数の反射パルスを受信し、
前記各ビームポジションの複数の反射パルスに対してレンジ毎にＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を行い、周波数ビン毎の周波数バンク信号を生成し、
前記全方位に対する１スキャンにより取得される周波数バンク信号を、前記レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、前記周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換し、
前記４次元データの信号強度に基づいて尤度情報を算出することで、４次元尤度データを作成し、
前記４次元尤度データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元尤度データを作成し、
前記４次元尤度データと、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元尤度データとを掛け合わせ、
前記乗算結果に基づいて目標を検出することを特徴とする目標検出方法。
【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２０１２−１６３３５０（Ｐ２０１２−１６３３５０Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６９３（Ｐ２０１１−２１６９３）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]