レーダ装置、飛翔体誘導装置及び目標検出方法
【課題】ステップ周波数合成帯域レーダのレンジ分解能、複数目標分離性能を損なわずに１パルスをチャープパルスとした合成帯域レーダを実現し、かつ目標の検出を安定して行えるようにした。
【解決手段】ＦＦＴ部６、圧縮係数乗算部７及びＩＦＦＴ部８−１にてパルス圧縮を施し、代表値抽出部１１−１にて得られたパルス代表値を再変換部１２により再度フーリエ変換し、加算部１３にてこのフーリエ変換出力を圧縮係数乗算部７の出力から減算し、この減算出力をＩＦＦＴ部８−２にて逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施して、ピーク検出部９−２及び代表値抽出部１１−２によりパルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出するようにして、パルス圧縮・代表値抽出部１４におけるパルス代表値の演算を二重に行うようにしている。
【解決手段】ＦＦＴ部６、圧縮係数乗算部７及びＩＦＦＴ部８−１にてパルス圧縮を施し、代表値抽出部１１−１にて得られたパルス代表値を再変換部１２により再度フーリエ変換し、加算部１３にてこのフーリエ変換出力を圧縮係数乗算部７の出力から減算し、この減算出力をＩＦＦＴ部８−２にて逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施して、ピーク検出部９−２及び代表値抽出部１１−２によりパルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出するようにして、パルス圧縮・代表値抽出部１４におけるパルス代表値の演算を二重に行うようにしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる複数の周波数を利用するレーダ装置、このレーダ装置を用いる飛翔体誘導装置及び目標検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ測距の高精度化の方法として合成帯域レーダがある(非特許文献１)。帯域合成レーダはチャープパルスレーダの周波数を離散化し、ステップ状に周波数を変化させて測距を行う方式である。一般には、非特許文献１に記載されるように、短パルスレーダで行うことが多いが、非特許文献２、特許文献１に記載されるように各パルスをチャープパルスとする方法も提案されている。各パルスをチャープパルスとすることによって、帯域幅を維持しつつ、すなわち、レンジ解像度を落とすことなく１パルスの時間を長くし、パルスのエネルギーを増大させることができる。
【０００３】
短パルスの合成帯域で複数目標の分離検出を行う場合、複数パルスを同一周波数ステップ毎にフーリエ変換する段階で、移動速度、すなわちドップラ周波数毎に目標を分離し、さらに、分離されたドップラ周波数毎に合成帯域レンジ波形を計算して、レンジ波形に複数のピークが含まれる場合には、それぞれを異なる目標として検出する。
【０００４】
各パルスをチャープパルスとした場合は、ドップラ周波数毎に目標を分離する段階の前のパルス圧縮後波形のピーク毎に目標を分離した後、短パルスの場合と同様にドップラ周波数による目標分離、合成帯域レンジ波形による目標分離を行う。すなわち、３段階に分かれて複数目標を分離する。
【０００５】
チャープパルスのドップラ周波数検出については、例えば特許文献２に記載されるように、チャープパルスをパルス圧縮した後に、複数のパルスの圧縮結果をレンジビン毎にフーリエ変換することによってドップラ周波数が計算できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2009-257884号公報
【特許文献２】特開平4-188089号公報
【非特許文献１】Donald R. Wehner, “High-Resolution Radar,” ch.5, Artech House Radar Library Series (1987, 1st edition, 1994, 2nd edition,)
【非特許文献２】D.J. Rabideau, “Nonlinear synthetic wideband waveforms”, IEEE Radar Conference 2002, pp.212 - 219
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、チャープパルスを復調する際にはパルス圧縮波形が完全なインパルスではなく、やや広がりを持った波形となるため、複数の目標が近い距離で混在すると、チャープパルスの解像度と距離の関係によっては、ピークが目標の数だけ検出できないことがある。パルス圧縮後の波形のうち、後段の合成帯域に送られる成分は波形のピークに相当するレンジビン成分のみであるため、パルス圧縮波形のピークに成分が含まれない目標は、後段の合成帯域でも検出されず、合成帯域のメリットが生かせない。
【０００８】
すなわち、合成帯域は本来、高レンジ解像度の実現方法であるにも拘わらず、チャープパルスの段階での解像度に制約されて、高解像度な複数目標分離が実現できないという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、ステップ周波数合成帯域レーダのレンジ分解能、複数目標分離性能を損なわずに１パルスをチャープパルスとした合成帯域レーダを実現し、かつ目標の検出を安定して行い得るレーダ装置、このレーダ装置を用いた飛翔体誘導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】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明に係るレーダ装置は、目標から到来した所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスの反射波を受信し、デジタルベースバンド信号に変換する受信部と、デジタルベースバンド信号をパルス毎に、周波数軸信号にフーリエ変換して、圧縮係数を乗算して時間軸信号に逆フーリエ変換することでパルス圧縮を施すパルス圧縮部と、パルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出するパルス代表値抽出部と、このパルス代表値抽出部で抽出したパルス代表値を周波数軸信号にフーリエ変換するフーリエ変換部と、このフーリエ変換部の出力をパルス圧縮部における逆フーリエ変換前の周波数軸信号から減算する減算部と、この減算部の出力を逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施す再パルス圧縮部と、この再パルス圧縮部によるパルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出する再パルス代表値抽出部と、パルス代表値抽出部及び再パルス代表値抽出部によるパルス代表値から、そのパルス代表値で検出可能なドップラ周波数から１つ以上の相対速度を検出し、１測定期間内の同一周波数ステップの複数パルスから相対速度毎に各周波数ステップ代表値を抽出する周波数ステップ代表値抽出部と、周波数ステップ代表値から合成帯域レンジ波形を算出し、その各ピークから各目標のレンジを検出する合成帯域レンジ検出部とを備えるようにしたものである。
【００１１】
この構成によれば、パルス圧縮を施して得られたパルス代表値を再度フーリエ変換して、このフーリエ変換出力をパルス圧縮部における逆フーリエ変換前の周波数軸信号から減算し、この減算出力を逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施して、パルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出するようにして、パルス代表値の演算を二重に行うようにしている。
【００１２】
従って、合成帯域レーダの１パルスをチャープパルスとした場合に、弱い目標が、強い目標のチャープパルスの圧縮後波形の裾の広がりに埋もれていても、チャープパルス段階で弱い目標を検出することができ、これにより、チャープパルスと合成帯域とを組み合わせても、合成帯域のレンジ解像度を損なうことなく、複数目標の検出を容易かつ安定して行うことができる。
【００１３】
また、この発明に係るレーダ装置において、さらに、パルス代表値抽出部で検出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値からさらに所定値高い第２の閾値を超える場合に、減算部に対し減算処理を実行させる制御部を備えるようにした。
【００１４】
この構成によれば、パルス圧縮後波形のピークが第２の閾値を超える場合のみ減算部に対し減算処理を実行させるようにしているので、演算処理の簡略化を図ることができる。
【００１５】
また、この発明に係るレーダ装置において、目標から到来した所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスの反射波を受信し、デジタルベースバンド信号に変換する受信部と、デジタルベースバンド信号をパルス毎に、周波数軸信号にフーリエ変換して、圧縮係数を乗算する圧縮係数乗算部と、圧縮係数乗算部の出力を初期入力とし、当該圧縮係数乗算部の出力と与えられる周波数軸信号とを選択的に切替導出するスイッチと、スイッチから出力される周波数軸信号を時間軸信号に逆フーリエ変換することでパルス圧縮を施してパルス圧縮後波形を生成し、そのピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出するパルス代表値抽出部と、このパルス代表値抽出部で抽出したパルス代表値を周波数軸信号にフーリエ変換するフーリエ変換部と、このフーリエ変換部の出力をスイッチから出力される周波数軸信号から減算する減算部と、パルス代表値抽出部で検出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値を超える場合に、減算部に対し減算処理を実行させ、かつ、スイッチに対し、その入力を前記減算部出力とし、パルス代表値抽出部で検出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値未満となるまで、減算部、パルス代表値抽出部の各処理を繰り返し実行させる制御部と、パルス代表値抽出部によるパルス代表値から、そのパルス代表値で検出可能なドップラ周波数から１つ以上の相対速度を検出し、１測定期間内の同一周波数ステップの複数パルスから相対速度毎に各周波数ステップ代表値を抽出する周波数ステップ代表値抽出部と、周波数ステップ代表値から合成帯域レンジ波形を算出し、その各ピークから各目標のレンジを検出する合成帯域レンジ検出部とを備えるようにしたものである。
【００１６】
この構成によれば、大きいピークを減算して検出されるピークがまだ十分に第１の閾値よりも大きい場合であっても、第１の閾値未満となるまで減算部及びパルス代表値抽出部による各処理が繰り返し実行されることになるので、全てのピークを漏らすことなく検出することができる。
【００１７】
また、この発明に係るレーダ装置において、入力された相対速度の概算値を用いて、複数パルスのパルス圧縮後波形のピーク位置がほぼ一致するように補正するピーク位置補正部と、補正したパルス圧縮後波形から位相を除去した波形を複数パルスについて加算した加算後波形を生成する加算部とをさらに備え、パルス代表値抽出部は、加算後波形からピークを検出し、補正した各パルス圧縮後波形のピークの情報を抽出してパルス代表値とするようにしている。
【００１８】
この構成によれば、目標ピークの位置が時間によって大きく変動する場合であっても、目標との相対速度の概算値に基づいて、複数のチャープパルスのパルス圧縮後のピーク位置がほぼ揃うようにピーク位置に補正を加えることで、チャープパルスのレンジをより正確に検出することができる。
【００１９】
また、この発明に係る飛翔体誘導装置は、上記レーダ装置と、レーダ装置の出力である相対速度、レンジを用いて飛翔体を誘導するための誘導信号を生成する誘導信号生成部とを備えるようにしたものである。
【００２０】
この構成によれば、上記レーダ装置により得られた目標の検出結果を利用することにより、より高精度な飛翔体の誘導を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
上記発明によれば、ステップ周波数合成帯域レーダのレンジ分解能、複数目標分離性能を損なわずに１パルスをチャープパルスとした合成帯域レーダを実現し、かつ目標の検出を安定して行い得るレーダ装置、このレーダ装置を用いた飛翔体誘導装置及び目標検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るレーダ装置の第１の実施形態を示すブロック図。
【図２】チャープパルスのパルス列の構成を示す図。
【図３】同第１の実施形態におけるパルス圧縮・代表値抽出部、速度検出・周波数ステップ代表値抽出部の制御処理手順を示すフローチャート。
【図４】同第１の実施形態における複数目標検出の流れを示す図。
【図５】同第１の実施形態において、２つの点目標で反射された受信パルスのパルス圧縮後波形の例を示す図。
【図６】同第１の実施形態において、強い目標ピークの裾に隠れた弱い目標ピークを強調させたパルス圧縮波形の例を示す図。
【図７】同第１の実施形態における加算部の出力波形の一例を示す図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係わるレーダ装置を示すブロック図。
【図９】同第２の実施形態における制御部の制御処理手順を示すフローチャート。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係わるレーダ装置を示すブロック図。
【図１１】同第３の実施形態における制御部の制御処理手順を示すフローチャート。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係わるパルス圧縮・代表値抽出部を示すブロック図。
【図１３】同第４の実施形態において、時々刻々と移動する目標から反射された幾つかのチャープパルスのパルス圧縮波形の一例を示す図。
【図１４】同第４の実施形態において、時々刻々と移動する目標から反射された幾つかのチャープパルスのパルス圧縮波形の他の例を示す図。
【図１５】本発明の他の実施形態に係わるレーダ装置を示すブロック図。
【図１６】本発明に係る飛翔体誘導装置の実施形態を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態では、本発明の動作に直接関係する部分のみを記述し、それ以外は省略している。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係るレーダ装置の第１の実施形態を示す図である。本第１の実施形態のレーダ装置１は、予め目標までの距離、すなわちレンジがある程度既知であって、詳細な距離の追跡を行う追随レーダである。
【００２５】
レーダ装置１は合成帯域レーダであり、アンテナ２と、サーキュレータ３と、送信部４と、受信ＲＦ(Radio Frequency)部５とを備えている。このレーダ装置１は、送信部４で生成され所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスをサーキュレータ３を介してアンテナ２から空間に向けて送出する。このチャープパルスは、図２に示すようなパルス列の構成である。
【００２６】
図２において、横軸は時間であり、縦軸は周波数である。それぞれの四角はパルスを示しており、各パルスはそのパルス内で時間と共に周波数が変化するチャープパルスとなっている。このようなパルスを、同一周波数ステップで所定のＰＲＩ(Pulse Repetition Interval)でＮpパルス送出する。これを所定のＮf周波数ステップ分、所定の周波数ステップ間隔で周波数を変えながら繰り返す。Ｎp×Ｎfパルスで１測定期間、すなわち、１ＣＰＩ(Coherent Processing Interval)を構成する。
【００２７】
レーダ装置１から送出されたチャープパルスは、目標に当たって反射され、アンテナ２で受信される。アンテナ２に入力された信号は、サーキュレータ３を介して、受信ＲＦ部５に供給される。受信ＲＦ部５では、受信信号は増幅され、ベースバンドにダウンコンバージョンされ、アナログ-デジタル変換されて、デジタル信号に変換される。
【００２８】
受信ＲＦ部５および送信部４には同一の発振器１７の出力が供給され、あるパルスをダウンコンバージョンする際に利用するローカル信号は、そのパルスを生成する際に用いたローカル信号に同期したローカル信号である。すなわち、異なる周波数ステップのパルスは、それぞれの周波数ステップに対応したローカル周波数でベースバンドに周波数変換される。
【００２９】
デジタル信号に変換された受信信号は、パルス圧縮・代表値抽出部１４に供給される。すると、パルス圧縮・代表値抽出部１４は、図３に示す制御処理手順を実行する。
【００３０】
パルス圧縮・代表値抽出部１４では、まず、ＦＦＴ部６にて、目標反射波が存在すると予想される期間のサンプルを一定数抽出してフーリエ変換処理を施して、時間軸信号から周波数軸信号に変換して、圧縮係数乗算部７に出力する（ステップＳＴ３ａ）。圧縮係数乗算部７では、レーダ装置１のチャープパルス仕様に対応した圧縮係数が予め準備されているか、必要に応じて計算し、圧縮係数を乗算する（ステップＳＴ３ｂ）。
【００３１】
圧縮係数を乗算された受信信号はまず、ＩＦＦＴ部８−１に出力される。ＩＦＦＴ部８−１は、圧縮係数を乗算された信号を逆フーリエ変換してピーク検出部９−１に出力する（ステップＳＴ３ｃ）。時間信号をＦＦＴ部６にてフーリエ変換し、ＩＦＦＴ部８−１で逆フーリエ変換したので、再び時間波形となっている。ただし、圧縮係数が乗算されたため、もとのパルス長の長いチャープパルスではなく、パルス圧縮されたインパルスに近い波形となっている。
【００３２】
ピーク検出部９−１は、パルス圧縮後波形から複数のピークを検出する（ステップＳＴ３ｄ）。ここでは、予めおおよそ既知である目標のレンジの範囲内に存在するピークで、予め決定されているピーク検出閾値(第１の閾値)を超える高さのピークを検出する。
【００３３】
この段階で全くピークが検出されないこともあるが、前述のように本実施形態のレーダは追随レーダであるので、少なくとも1つ以上のピークが検出されるものとする。仮に全くピークが検出されない場合には、捜索モードに切り換えたり、過去の結果からトラッキングを利用して目標のレンジを推定する必要があるが、このような処理は本実施形態の内容とは関連しないため、省略する。
【００３４】
ピーク検出部９−１によるピーク位置の検出結果は、レンジ検出部１０−１に供給される。レンジ検出部１０−１はそのピーク位置をレンジに変換し、合成帯域レンジ検出部１６に出力する（ステップＳＴ３ｅ）。ここで推定されたレンジは、後に、合成帯域のレンジと組み合わせて、トータルのレンジを推定し、推定結果として出力される。
【００３５】
ピーク検出部９−１の出力は、さらに、代表値抽出部１１−１に供給される。代表値抽出部１１−１は、ピーク検出部９−１で検出された１つ以上のピークについて、圧縮後パルスのそのピーク位置の複素値、すなわち、位相と振幅をパルス代表値として抽出する（ステップＳＴ３ｆ）。パルス代表値は合成帯域に用いるため、後段の速度検出・周波数ステップ代表値抽出部１５に送られる。
【００３６】
抽出された代表値は、さらに、再変換部１２に供給される。再変換部１２は、抽出された代表値を逆フーリエ変換前の次元に変換して加算部１３に出力する（ステップＳＴ３ｇ）。
【００３７】
加算部１３には、圧縮係数乗算部７の出力と再変換部１２の出力が入力され、圧縮係数乗算部７の出力から、再変換部１２の出力が減算される（ステップＳＴ３ｈ）。
【００３８】
減算結果は、ＩＦＦＴ部８−２にて逆フーリエ変換され、再度パルス圧縮される（ステップＳＴ３ｉ）。再パルス圧縮結果はピーク検出部９−２に供給され、再び第１の閾値と比較される。そして、第１の閾値を超えるピークがあれば、それは、ピーク検出部９−１で検出されたピークとは別のピーク、すなわち、異なる目標として検出される（ステップＳＴ３ｊ）。検出されたピーク位置はレンジ検出部１０−２でレンジに変換され、レンジ検出部１０−１の出力と同様に、後段でのレンジ検出に利用される（ステップＳＴ３ｋ）。
【００３９】
ピーク検出部９−２の出力は、さらに、代表値抽出部１１−２に送られる。代表値抽出部１１−２は、検出されたピーク位置の位相と振幅をパルス代表値として抽出し、合成帯域に用いるため、後段の速度検出・周波数ステップ代表値抽出部１５に出力する（ステップＳＴ３ｌ）。
【００４０】
なお、パルス圧縮・代表値抽出部１４はデジタル信号処理を行うブロックであり、実装上は、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ、あるいはその他のデジタル信号処理を行う部品内にプログラムとして実装される。従って、パルス圧縮・代表値抽出部１４内の各詳細ブロックは動作を説明するための便宜的なものであり、必ずしもこの通りのブロック分割となっている必要は無い。
【００４１】
本実施形態では、合成帯域の処理そのものには特徴がないので、合成帯域については以下に簡単に説明する。
【００４２】
まず、速度検出・周波数ステップ代表値検出部１５にて、パルス圧縮・代表値抽出部１４から出力されたパルス代表値から目標の移動速度が検出される。同一周波数ステップの複数パルスの復調結果を、本実施形態では同一周波数ステップの複数パルスのパルス代表値を、フーリエ変換し（ステップＳＴ３ｍ）、その変換後の周波数軸上の複数のピークを検出し（ステップＳＴ３ｎ）、これらピーク値から目標反射波のドップラ周波数を検出し（ステップＳＴ３ｏ）、これを移動速度に変換する。この段階で複数のピークがドップラ検出閾値を超えて検出されることがあるが、その場合は、それらを個別の目標として、個々に検出する。それぞれのピークについて、その位相と振幅を、そのピークの周波数ステップ代表値として抽出する。
【００４３】
個々のピークについて、各周波数ステップ代表値が抽出されたら、これらは合成帯域レンジ検出部１６に送られる（ステップＳＴ３ｐ）。合成帯域レンジ検出部１６では、まず、検出された移動速度に対応して、周波数ステップ代表値を補正する（ステップＳＴ３ｑ）。補正の内容については、公知であるので、ここで詳細は述べない。単純には、１ＣＰＩの間の目標レンジの変化を補正する処理である。
【００４４】
補正された各ステップ代表値は、周波数ステップの周波数の順に並べられて、逆フーリエ変換される（ステップＳＴ３ｒ）。逆フーリエ変換の結果はレンジを示すインパルス状の波形となっており、そのピークから合成帯域の結果のレンジを検出する（ステップＳＴ３ｓ）。ただし、合成帯域は、離散的な周波数情報に基づいたレンジ検出であるため、周波数ステップ間隔に相当するレンジ範囲で波形が繰り返される。例えば、１０ＭＨｚの周波数ステップ間隔では、１０ＭＨｚの波長である３０ｍが測定できる往復の距離に対応する。従って、測定できるレンジ範囲は１０ＭＨｚならば１５ｍとなり、１５ｍおきに波形が繰り返される。殆どの場合、このような距離範囲は短すぎるため、合成帯域前のパルスで測距した結果のレンジと併せて、トータルの距離を決定する。
【００４５】
本実施形態では、チャープパルスの段階で、レンジ検出部１０−１，１０−２によってレンジが検出されている。チャープパルスの段階では、個々のパルスの帯域幅は合成帯域の全体の帯域幅より狭いため、解像度も比例して粗い。そこで、繰り返される合成帯域レンジのうち、チャープパルスで検出したレンジに最も近いレンジをその目標のトータルのレンジとして出力する。
【００４６】
なお、合成帯域のレンジ検出処理でも、複数のピークがレンジ検出閾値を超えて検出されることがある。このような場合は、個々のピークを別個の目標として検出する。
【００４７】
図４は複数目標検出の流れを示したものである。パルス圧縮で分離されたピークは、それぞれがドップラ周波数検出ステップＳＴ４ａに送られて、ドップラ周波数検出でさらに、複数のピークに分離され、分離されたピークは個別に合成帯域でレンジ検出され、ここでもさらに複数のピークに分離される（ステップＳＴ４ｂ）。なお、図４では、最終的にｎ個のピークが検出されているが、場合によっては、これらの中には同一の目標が形を変えて現れていることがある。そのような場合には、それらの融合処理を行う必要があるが、それは本実施形態の内容とは関連しないため省略する。
【００４８】
次に、本実施形態の特徴となる部分の動作を説明する。
図５(ａ)は、受信パワーが１５ｄＢ異なる１０ｍ離れた２つの点目標ＡとＢで反射された受信パルスのパルス圧縮後波形の例である。なお、２つの点目標は移動速度が異なっている。
【００４９】
点目標Ｂの方が１５ｄＢ強いため、図５(ａ)では点目標Ｂのピークは明確に現れている。一方、点目標Ａは弱いため、点目標Ｂのパルス圧縮後波形の裾に埋もれてしまい、ピークの形を取っていない。この状態でピーク検出を行っても、点目標Ｂのピークしか検出できない。
【００５０】
ここで点目標Ｂのピークを検出し、そのピーク位置の位相と振幅をパルス代表値として抽出して、合成帯域の速度検出にかけた場合のドップラ周波数スペクトルが図５(ｂ)である。点目標Ｂについては、十分な高さのピークが現れているが、速度が異なる点目標Ａのピークが検出されるはずの周波数には、全くピークが現れない。
【００５１】
これは、図５(ａ)において、点目標Ｂの矢印で示された点には、点目標Ｂの成分は含まれているが、点目標Ａの成分は殆ど含まれていないため、点目標Ｂの矢印の位置の位相と振幅を抽出しても、点目標Ａは検出されないためである。
【００５２】
点目標Ｂのピークに対応するパルス代表値を抽出した後、それを逆フーリエ変換前の次元に戻して、圧縮係数乗算後スペクトルから減算し、減算の結果を再度逆フーリエ変換してパルス圧縮した波形を図６(ａ)に示す。
【００５３】
点目標Ｂの成分は、減算の結果殆ど除去されているため、点目標Ｂのピークが有った位置には、何のピークも現れない。一方、点目標Ａのピークは振幅値で０．０３５程度であり、図５(ａ)では、点目標Ｂの波形の裾に埋もれて検出できなかったが、点目標Ｂの成分を除去したため、明確にピークとして現れている。図６(ａ)の波形において、点目標Ａのピークが第１の閾値を超えているならば、そのピークを別のピークとして新たに検出し、そのピーク位置を検出して、ピーク位置の振幅と位相をそのピークのパルス代表値として抽出する。
【００５４】
点目標Ａの矢印で示したピークに相当するパルス代表値を、同一周波数ステップの複数パルスについてフーリエ変換した結果が、図６(ｂ)である。点目標Ｂの成分は除去されているため殆ど現れず、点目標Ａの移動速度に対応するドップラ周波数のピークがはっきりと現れている。従って、このドップラ周波数に対応する成分を抽出することによって、次段の合成帯域レンジ検出に進むことができる。
【００５５】
次に、減算の処理について、式を用いて説明する。図７は、加算部１３の入出力波形の一例を示している。図７(ａ)の「パルススペクトル」として矢印で示したスペクトルは、チャープパルスをフーリエ変換し、パルス圧縮係数を乗算した後のスペクトルの例である。
【００５６】
スペクトルは、２つの点目標の目標反射波のみが存在する理想的な場合には次式のように表される。
【数１】
【００５７】
ただし、Ｎｓはサンプルレート、Ｔは目標レンジでのパルス往復時間であって、合成帯域後に検出されるレンジ、Ｔｐはチャープパルスをサンプリングするゲート開始時刻からチャープパルス先頭までの時間であってパルス圧縮の段階で検出されるレンジである。ω０はそのパルスの送出時のパルス先頭のＲＦ周波数、Ｎ3はフーリエ変換・逆フーリエ変換を行う際のサンプル数である。Ａは各目標の振幅である。添え字のaとbは点目標ＡとＢについての値であることを示す。ｍは周波数ビン番号であるが、図７(a)からも分かるように、有効なスペクトル成分はもともとのチャープパルスの周波数範囲にしか存在しない。図７(a)の「有効スペクトル範囲」で示した範囲である。従って、その範囲外のｍでは、Ａはおおよそ０とみなすことができる。
【００５８】
図５(ａ)の点目標Ｂのピーク位置の位相と振幅をパルス代表値として抽出すると、(１)式の右辺第２項が逆フーリエ変換後にピークを取る成分となるため、次のようになる。
【数２】
【００５９】
これを、逆フーリエ変換前の次元に戻すと次のようになる。
【数３】
【００６０】
ｐは点目標Ｂに関してピーク検出した際のピーク位置を示す番号であり、正しくピーク位置が検出できていればＮｓＴｐｂに等しい。また、ｍが図７(ａ)の有効スペクトル範囲外にある場合はｘｓｕｂを０とする。従って、(３)式は(１)式の右辺第２項と等しい。これを(１)式から減算することによって、(１)式右辺第１項のみ、すなわち、点目標Ａの成分のみが残る。
【００６１】
図７(ａ)の「点目標Ｂ成分」で示したプロットは、(３)式をプロットしたものである。パルススペクトルは点目標ＡとＢの加算されたスペクトルであるため、干渉によって若干波打っている。ここから、点目標Ｂの成分を正しい位相で減算すると、図７(ｂ)の「減算後」で示したようなスペクトルとなり、これはおおよそ点目標Ａの成分のみを含んでいる。なお、「減算前」で示したスペクトルは図７(ａ)の「パルススペクトル」と同じものである。「減算後」スペクトルを逆フーリエ変換により再パルス圧縮すると、図６(ａ)のパルス圧縮後波形となる。
【００６２】
以上のように上記第１の実施形態では、ＦＦＴ部６、圧縮係数乗算部７及びＩＦＦＴ部８−１にてパルス圧縮を施し、代表値抽出部１１−１にて得られたパルス代表値を再変換部１２により再度フーリエ変換し、加算部１３にてこのフーリエ変換出力を圧縮係数乗算部７の出力から減算し、この減算出力をＩＦＦＴ部８−２にて逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施して、ピーク検出部９−２及び代表値抽出部１１−２によりパルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出するようにして、パルス圧縮・代表値抽出部１４におけるパルス代表値の抽出演算を二重に行うようにしている。
【００６３】
従って、合成帯域レーダの１パルスをチャープパルスとした場合に、弱い目標Ａが、強い目標Ｂのチャープパルスの圧縮後波形の裾の広がりに埋もれていても、チャープパルス段階で弱い目標Ａを検出することができ、これにより、チャープパルスと合成帯域とを組み合わせても、合成帯域のレンジ解像度を損なうことなく、複数目標の検出を容易かつ安定して行うことができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、上記加算部１３の減算処理をオン／オフ制御するようにしたものである。
【００６５】
図８は、本発明の第２の実施形態に係わるレーダ装置を示すブロック図である。図８において、上記図１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６６】
パルス圧縮・代表値抽出部２０には、制御部１９が設けられる。制御部１９は、ピーク検出部９−１による検出結果に基づいて、加算部１３のオン／オフ制御を行うものである。
【００６７】
以下に、上記加算部１３のオン／オフ制御処理について説明する。図９は、上記制御部１９の制御処理手順を示すフローチャートである。
【００６８】
上記第１の実施形態は、第１の閾値、すなわち、パルス圧縮後波形のピーク検出閾値を、著しく超過するピークがある例であった。実際には１回目のパルス圧縮後波形で検出されるピークが閾値を若干超える程度であることもある。そのような場合、そのピーク成分を減算しても、閾値を超える他のピークが存在しないことは明らかである。従って、そのような場合は、わざわざ減算処理を行う必要は無い。
【００６９】
そこで、第１の閾値より若干、例えば、２ｄＢ、３ｄＢ程度、大きい第２の閾値を設定する。すなわち、制御部１９は、チャープパルスのパルス圧縮処理からピーク検出処理及び代表値抽出処理が完了すると（ステップＳＴ９ａ乃至ステップＳＴ９ｆ）、検出したピークが第２の閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ９ｇ）。
【００７０】
ここで、検出されたピークの中に第２の閾値より大きいピークが存在すれば（ｙｅｓ）、制御部１９は、そのピーク、または、他のピークも併せて、加算部１３に対し減算処理を実行させてＩＦＦＴ部８−２、ピーク検出部９−２及び代表値抽出部１１−２による他のピークの有無の判定処理及び代表値抽出処理を実行させる（ステップＳＴ９ｈ乃至ステップＳＴ９ｍ）。一方、第２の閾値より大きいピークが存在しなければ（ｎｏ）、制御部１９は加算部１３をオフ制御して減算処理を実行させず、最初のパルス圧縮で検出されたピークの代表値のみを後段の速度検出・周波数ステップ代表値抽出部１５に出力させる。
【００７１】
以上のように上記第２の実施形態によれば、制御部１９にてパルス圧縮後波形のピークが第２の閾値を超えるか否かを判定し、超える場合のみ加算部１３に対し減算処理を実行させるようにしているので、演算処理の簡略化を図ることができる。
【００７２】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、代表値抽出部１１−２で抽出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値未満となるまで、加算部１３、ＩＦＦＴ部８−２、ピーク検出部９−２及び代表値抽出部１１−２の各処理を繰り返し実行させるようにしたものである。
【００７３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係わるレーダ装置を示すブロック図である。図１０において、上記図１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７４】
パルス圧縮・代表値抽出部３０において、圧縮係数乗算部７とＩＦＦＴ部８−１との間には、スイッチ２８が介挿接続される。このスイッチ２８は、圧縮係数乗算部７の出力と加算部１３の出力とをＩＦＦＴ部８−１に選択的に導出するものである。また、パルス圧縮・代表値抽出部３０には、制御部２９が設けられる。制御部２９は、ピーク検出部９−１による検出結果に基づいて、加算部１３のオン／オフ制御を行うとともに、スイッチ２８の切替制御を行うものである。
【００７５】
図１１は、上記制御部２９の制御処理手順を示すフローチャートである。
【００７６】
上記第１の実施形態では、減算を１回だけ行って、大きいピークに隠れた他のピークを検出した。しかし、実際には、大きいピークを減算して検出されるピークがまだ十分に第１の閾値よりも大きい場合があり、そのような場合、減算後に検出されたピークに隠れて、さらに他のピークが存在する可能性がある。
【００７７】
そこで、制御部２９は、チャープパルスのパルス圧縮処理からピーク検出処理が完了すると（ステップＳＴ１１ａ乃至ステップＳＴ１１ｄ）、第１の閾値よりピークが大きいか否かを判定する（ステップＳＴ１１ｅ）。ここで検出されたピークの中に第１の閾値より大きいピークが存在すれば（ｙｅｓ）、制御部２９は、そのピーク、または、他のピークも併せて、加算部１３に対し減算処理を実行させ（ステップＳＴ１１ｆ乃至ステップＳＴ１１ｉ）、第１の閾値を超えるピークが無くなるまで、加算部１３に対し減算処理を実行させてＩＦＦＴ部８−１、ピーク検出部９−１及び代表値抽出部１１−１による他のピークの有無の判定処理及び代表値抽出処理を繰り返し実行させる。制御部２９は、スイッチ２８を制御して、初回のＩＦＦＴのみ圧縮係数乗算部７とＩＦＦＴ部８−１を接続し、２回目以降は加算部１３の出力をＩＦＦＴ部８−１に入力する。
【００７８】
一方、第１の閾値を超えるピークが無くなった場合（ｎｏ）、制御部２９は、繰り返し制御を終了して各代表値を読み出して次段の速度検出・周波数ステップ代表値抽出部１５に出力する。なお、この変形として、それぞれのピークの代表値を逐次、次段に送りながら平行してピーク検出処理を続けてもかまわない。
【００７９】
以上のように上記第３の実施形態では、加算部１３にて大きいピークを減算して検出されるピークがまだ十分に第１の閾値よりも大きい場合であっても、第１の閾値未満となるまでＩＦＦＴ部８−１、ピーク検出部９−１、代表値抽出部１１−１及び加算部１３による各処理を繰り返し実行させるようにしたので、全てのピークを漏らすことなく検出することができる。
【００８０】
なお、図９と図１１を組合せてもよい。すなわち、ピーク検出閾値は第１の閾値であるが、減算処理の適用を判断する閾値は第２の閾値として、第２の閾値を超えるピークが無くなるまで減算処理を繰り返してもよい。
【００８１】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、パルス圧縮波形からピーク検出する際のピーク位置の高精度検出を図るようにしたものである。
【００８２】
図１２は、本発明の第４の実施形態に係わるパルス圧縮・代表値抽出部を示すブロック図である。図１２において、上記図１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８３】
パルス圧縮・代表値抽出部４０では、目標との相対速度の概算値に基づいて、複数のチャープパルスのパルス圧縮後のピーク位置がほぼ揃うようにピーク位置に補正を加える。複数のチャープパルスとは、例えば１周波数ステップのチャープパルスでもよいし、１ＣＰＩに含まれる全てのチャープパルスでもよい。振幅加算部３９−１は、ピーク位置がほぼ揃うように補正された複数のパルス圧縮後波形から位相情報を除去し、それら複数のパルス圧縮後波形を同一レンジビン毎に加算する。なお、加算する波形は、振幅、パワー、あるいは振幅の他の累乗等々、位相が除去されていれば、累乗数は問わない。ただし、パワーによる加算で最大比合成となる。
【００８４】
ピーク位置を揃える補正は、振幅加算部３９−１，３９−２の前のいずれの段階でも可能であるが、本発明では、逆フーリエ変換は減算後に再度、構成によっては複数回行われるため、処理量を減らすには、ＩＦＦＴ部８−１より前で完了させておくことが望ましい。以下、圧縮係数乗算部１８で行う例を説明する。
【００８５】
図１３(ａ)は、時々刻々と移動する目標から反射された幾つかのチャープパルスのパルス圧縮波形を抜き出して重ね書きしたものである。この構成は、複数パルスを振幅加算することによって、ピークを明確に検出することを目的とするが、図１３(ａ)のように、ピークの位置が時間によって大きく変動すると、移動の量によっては加算しても、ピークが著しく広がる、さらにはピークの形を取らない可能性がある。
【００８６】
そこで本第４の実施形態では、概算速度に基づいてピーク位置を修正してから振幅加算する。
【００８７】
図１３(ｂ)は、目標との真の相対速度から２％程度異なる概算速度でＮp×Ｎf個の圧縮後パルスのピーク位置をほぼ揃うように補正したパルス圧縮波形を重ね書きしたものである。このようにピーク位置をほぼ揃えることによって、振幅加算後にピーク同士が加算され、加算結果にピークが明確に現れる。図１３(ｃ)は加算結果であるが、加算前と波形の広がりに差がなく、ピークが明確に現れていることが分かる。
【００８８】
図１３はＳＮＲが非常に高い場合の波形であったが、図１４は同様の処理を非常にＳＮＲの低いパルスに施した例である。図１４(ａ)は８パルス分のパルス圧縮後波形を重ね書きしたものであるが、雑音が多いためピークの位置はバラバラであり、個々のパルスからの正しいピーク位置の推定はほぼ不可能である。一方、この波形を同様に２％正しい値からずれた概算速度で補正してＮp×Ｎfパルス分を振幅加算した結果の波形が図１４(ｂ)である。レンジビン番号４の辺りに明確なピークが出現しており、このピーク位置は、ほぼ正しいレンジを示している。
【００８９】
このように、パルスのピーク位置をほぼ揃えて、振幅加算することによって、チャープパルスでのレンジをより正確に検出することができる。
【００９０】
ピーク位置の補正は、式の上では下記のようになる。
チャープパルスのフーリエ変換後スペクトルはおおよそ、下式で表される。
【数４】
【００９１】
チャープパルスの詳細形状に関する項は省略した。ただし、ηは1-2v/cである。cは光速、vは目標との相対速度である。aはチャープレートと呼ばれ、チャープパルスに変調を掛ける際の1秒あたりの角周波数変化量である。前述のように、パルス圧縮前のスペクトルは次の式のように表される。
【数５】
【００９２】
従って、下式に示す項を除去する必要がある。
【数６】
【００９３】
一般に、パルス圧縮係数は、下式の部分に相当する。
【数７】
【００９４】
(４)式には、それ以外のチャープパルスのパルス長の間に目標が移動することによって発生する次の項が含まれている。
【数８】
【００９５】
この項のηに含まれるvも概算速度でパルス圧縮係数に含めて補正する。ただし、まだこの段階では、圧縮後パルスピーク位置の補正は行われていない。パルス圧縮後波形のピーク位置の補正は、次式に示すように、圧縮係数を乗算した後のスペクトルを用いる。
【数９】
【００９６】
上式のＴｐを次式のように変形することによりピーク位置の補正を行う。
【数１０】
【００９７】
正しい相対速度は不明であるため、ｖは概算速度である。ｋはＣＰＩ先頭からのパルス番号であり、０から始まる整数である。Ｔ2はＰＲＩである。前述のように、パルス圧縮後波形のピーク位置は、ＮｓＴｐであり、Ｔｐがチャープパルスでのレンジに相当する時間の項であるが、(１０)式のようにＴｐを変形することによって、概算速度で移動する目標が時間ｋＴ2だけ経過した場合のチャープパルスの目標までの往復時間の変化量をキャンセルさせることができる。
【００９８】
具体的にはパル圧縮係数にさらに、次の項を乗算して、パルスピーク位置の補正を行う。
【数１１】
【００９９】
なお、レーダは、通常、複数のＣＰＩを連続的に処理するので、概算速度は前回のＣＰＩで検出した速度を利用すればよい。初回の検出の際には、速度計などで別途測定した速度や、本発明とは全く異なる別の速度検出レーダで検出した速度を用いればよい。
【０１００】
（９）式のＴｐは本来、パルス毎に異なる値であるが、(１０)式のような補正をかけることによって、複数パルスについて、全く同一のＴｐで(９)式のようなパルス圧縮前スペクトルを得ることができ、パルス圧縮後波形のピーク位置をほぼ揃えることができる。
【０１０１】
このように圧縮後パルスのピーク位置を揃えて、加算した後に正確なピーク位置を検出し、代表値抽出部１１−１にて検出したピーク位置に対する各パルスの成分をパルス代表値として抽出する。
【０１０２】
その際、ピーク位置の補正を行った後であれば、その複数のパルスについては、そのピーク位置が示す全く同じレンジビンの成分を抽出すればよく、代表値抽出の際にピーク位置の移動を考慮する必要がなくなる。
【０１０３】
なお、複数パルスの圧縮後波形の振幅加算は、減算後にも行うので、図１２では、減算後にも振幅加算部３９−２が追加されている。ピーク位置の補正は圧縮係数乗算部１８で完了しているので、その後行う必要は無い。
【０１０４】
なお、パルス圧縮・代表値抽出部４０は、図１の構成、すなわち、図３のフローチャートに対応した構成の変形として示したが、ピーク位置の補正と振幅加算は、パルス圧縮後波形のピーク検出の高感度化の方法であるので、図９や図１１、あるいはその他の構成にも適用できる。
【０１０５】
以上のように上記第４の実施形態では、目標ピークの位置が時間によって大きく変動する場合であっても、圧縮係数乗算部１８及び振幅加算部３９−１により、目標との相対速度の概算値に基づいて、複数のチャープパルスのパルス圧縮後のピーク位置がほぼ揃うようにピーク位置に補正を加えることで、チャープパルスのレンジをより正確に検出することができる。
【０１０６】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。図１５は本発明の他の実施形態を示す図である。図１と殆ど同様であるが、送信部を有さない、受信専用の形態となっている。レーダの方式としては、送信部と受信部が同一機器に搭載されているアクティブ型の他に、送信部と受信部が異なる機器に搭載され、異なる位置に配置されるバイスタティック型がある。図１５はバイスタティック型レーダの受信機に本願の発明を搭載する際の形態である。送信部を有さない他に図１と異なる点は、アンテナ２１は受信用アンテナであることと、送信部と同期した発振器を持たず、受信ＲＦ部２２の中に図示しない発振器が備えられていることである。他は図１と同様であるので説明を省略する。
【０１０７】
（飛翔体誘導装置の実施形態）
図１６は、本発明に係る飛翔体誘導装置２５の実施形態を示すブロック図である。本発明のレーダ装置１の出力および他のＮ個のセンサ２６−１〜２６−Ｎの出力は、誘導信号生成部２７に供給される。誘導信号生成部２７は、これらレーダ装置１の出力および他のＮ個のセンサ２６−１〜２６−Ｎの出力に基づいて、レーダ装置１を搭載する飛翔体を誘導するための誘導信号を生成し、飛翔体の操舵装置２４に出力する。本発明のレーダ装置１を飛翔体誘導装置２５に搭載することによって、より高精度な飛翔体の誘導を行うことが可能となる。
【０１０８】
以上、説明したように、本発明では、合成帯域レーダの１パルスをチャープパルスとした場合に、パルス圧縮後波形で検出出来ない目標が合成帯域でも検出できなかった問題に対し、強い目標の検出後、その成分を除去し、再度ピーク検出を行うことによって、弱い目標を見落とさずに検出できるようにした。その結果、合成帯域レーダの高解像度性を十分に生かすことが可能になった。
【０１０９】
なお、このような減算処理は、上記の説明から分かるように、検出したピークをその一つ前の次元に巻き戻して減算するといった処理であるので、チャープパルスの段階のみでなく、速度検出、合成帯域レンジ検出の全ての段階で同様の処理が可能である。また、次元の巻き戻しは１段階のみである必要は無く、極端な例では、合成帯域レンジ検出で検出されたピークをチャープパルスの段階まで巻き戻して減算することも可能である。
【０１１０】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１…レーダ装置、２…アンテナ、３…サーキュレータ、４…送信部、５…受信ＲＦ部、６…ＦＦＴ部、７…圧縮係数乗算部、８−１，８−２…ＩＦＦＴ部、９−１，９−２…ピーク検出部、１０−１，１０−２…レンジ検出部、１１−１，１１−２…代表値抽出部、１２…再変換部、１３…加算部、１４…パルス圧縮・代表値抽出部、１５…速度検出・周波数ステップ代表値抽出部、１６…合成帯域レンジ検出部、１７…発振器、１９，２９…制御部、２４…操舵装置、２５…飛翔体誘導装置、２６−１〜２６−Ｎ…センサ、２７…誘導信号生成部、３９−１、３９−２…振幅加算部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる複数の周波数を利用するレーダ装置、このレーダ装置を用いる飛翔体誘導装置及び目標検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ測距の高精度化の方法として合成帯域レーダがある(非特許文献１)。帯域合成レーダはチャープパルスレーダの周波数を離散化し、ステップ状に周波数を変化させて測距を行う方式である。一般には、非特許文献１に記載されるように、短パルスレーダで行うことが多いが、非特許文献２、特許文献１に記載されるように各パルスをチャープパルスとする方法も提案されている。各パルスをチャープパルスとすることによって、帯域幅を維持しつつ、すなわち、レンジ解像度を落とすことなく１パルスの時間を長くし、パルスのエネルギーを増大させることができる。
【０００３】
短パルスの合成帯域で複数目標の分離検出を行う場合、複数パルスを同一周波数ステップ毎にフーリエ変換する段階で、移動速度、すなわちドップラ周波数毎に目標を分離し、さらに、分離されたドップラ周波数毎に合成帯域レンジ波形を計算して、レンジ波形に複数のピークが含まれる場合には、それぞれを異なる目標として検出する。
【０００４】
各パルスをチャープパルスとした場合は、ドップラ周波数毎に目標を分離する段階の前のパルス圧縮後波形のピーク毎に目標を分離した後、短パルスの場合と同様にドップラ周波数による目標分離、合成帯域レンジ波形による目標分離を行う。すなわち、３段階に分かれて複数目標を分離する。
【０００５】
チャープパルスのドップラ周波数検出については、例えば特許文献２に記載されるように、チャープパルスをパルス圧縮した後に、複数のパルスの圧縮結果をレンジビン毎にフーリエ変換することによってドップラ周波数が計算できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2009-257884号公報
【特許文献２】特開平4-188089号公報
【非特許文献１】Donald R. Wehner, “High-Resolution Radar,” ch.5, Artech House Radar Library Series (1987, 1st edition, 1994, 2nd edition,)
【非特許文献２】D.J. Rabideau, “Nonlinear synthetic wideband waveforms”, IEEE Radar Conference 2002, pp.212 - 219
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、チャープパルスを復調する際にはパルス圧縮波形が完全なインパルスではなく、やや広がりを持った波形となるため、複数の目標が近い距離で混在すると、チャープパルスの解像度と距離の関係によっては、ピークが目標の数だけ検出できないことがある。パルス圧縮後の波形のうち、後段の合成帯域に送られる成分は波形のピークに相当するレンジビン成分のみであるため、パルス圧縮波形のピークに成分が含まれない目標は、後段の合成帯域でも検出されず、合成帯域のメリットが生かせない。
【０００８】
すなわち、合成帯域は本来、高レンジ解像度の実現方法であるにも拘わらず、チャープパルスの段階での解像度に制約されて、高解像度な複数目標分離が実現できないという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、ステップ周波数合成帯域レーダのレンジ分解能、複数目標分離性能を損なわずに１パルスをチャープパルスとした合成帯域レーダを実現し、かつ目標の検出を安定して行い得るレーダ装置、このレーダ装置を用いた飛翔体誘導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】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明に係るレーダ装置は、目標から到来した所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスの反射波を受信し、デジタルベースバンド信号に変換する受信部と、デジタルベースバンド信号をパルス毎に、周波数軸信号にフーリエ変換して、圧縮係数を乗算して時間軸信号に逆フーリエ変換することでパルス圧縮を施すパルス圧縮部と、パルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出するパルス代表値抽出部と、このパルス代表値抽出部で抽出したパルス代表値を周波数軸信号にフーリエ変換するフーリエ変換部と、このフーリエ変換部の出力をパルス圧縮部における逆フーリエ変換前の周波数軸信号から減算する減算部と、この減算部の出力を逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施す再パルス圧縮部と、この再パルス圧縮部によるパルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出する再パルス代表値抽出部と、パルス代表値抽出部及び再パルス代表値抽出部によるパルス代表値から、そのパルス代表値で検出可能なドップラ周波数から１つ以上の相対速度を検出し、１測定期間内の同一周波数ステップの複数パルスから相対速度毎に各周波数ステップ代表値を抽出する周波数ステップ代表値抽出部と、周波数ステップ代表値から合成帯域レンジ波形を算出し、その各ピークから各目標のレンジを検出する合成帯域レンジ検出部とを備えるようにしたものである。
【００１１】
この構成によれば、パルス圧縮を施して得られたパルス代表値を再度フーリエ変換して、このフーリエ変換出力をパルス圧縮部における逆フーリエ変換前の周波数軸信号から減算し、この減算出力を逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施して、パルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出するようにして、パルス代表値の演算を二重に行うようにしている。
【００１２】
従って、合成帯域レーダの１パルスをチャープパルスとした場合に、弱い目標が、強い目標のチャープパルスの圧縮後波形の裾の広がりに埋もれていても、チャープパルス段階で弱い目標を検出することができ、これにより、チャープパルスと合成帯域とを組み合わせても、合成帯域のレンジ解像度を損なうことなく、複数目標の検出を容易かつ安定して行うことができる。
【００１３】
また、この発明に係るレーダ装置において、さらに、パルス代表値抽出部で検出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値からさらに所定値高い第２の閾値を超える場合に、減算部に対し減算処理を実行させる制御部を備えるようにした。
【００１４】
この構成によれば、パルス圧縮後波形のピークが第２の閾値を超える場合のみ減算部に対し減算処理を実行させるようにしているので、演算処理の簡略化を図ることができる。
【００１５】
また、この発明に係るレーダ装置において、目標から到来した所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスの反射波を受信し、デジタルベースバンド信号に変換する受信部と、デジタルベースバンド信号をパルス毎に、周波数軸信号にフーリエ変換して、圧縮係数を乗算する圧縮係数乗算部と、圧縮係数乗算部の出力を初期入力とし、当該圧縮係数乗算部の出力と与えられる周波数軸信号とを選択的に切替導出するスイッチと、スイッチから出力される周波数軸信号を時間軸信号に逆フーリエ変換することでパルス圧縮を施してパルス圧縮後波形を生成し、そのピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出するパルス代表値抽出部と、このパルス代表値抽出部で抽出したパルス代表値を周波数軸信号にフーリエ変換するフーリエ変換部と、このフーリエ変換部の出力をスイッチから出力される周波数軸信号から減算する減算部と、パルス代表値抽出部で検出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値を超える場合に、減算部に対し減算処理を実行させ、かつ、スイッチに対し、その入力を前記減算部出力とし、パルス代表値抽出部で検出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値未満となるまで、減算部、パルス代表値抽出部の各処理を繰り返し実行させる制御部と、パルス代表値抽出部によるパルス代表値から、そのパルス代表値で検出可能なドップラ周波数から１つ以上の相対速度を検出し、１測定期間内の同一周波数ステップの複数パルスから相対速度毎に各周波数ステップ代表値を抽出する周波数ステップ代表値抽出部と、周波数ステップ代表値から合成帯域レンジ波形を算出し、その各ピークから各目標のレンジを検出する合成帯域レンジ検出部とを備えるようにしたものである。
【００１６】
この構成によれば、大きいピークを減算して検出されるピークがまだ十分に第１の閾値よりも大きい場合であっても、第１の閾値未満となるまで減算部及びパルス代表値抽出部による各処理が繰り返し実行されることになるので、全てのピークを漏らすことなく検出することができる。
【００１７】
また、この発明に係るレーダ装置において、入力された相対速度の概算値を用いて、複数パルスのパルス圧縮後波形のピーク位置がほぼ一致するように補正するピーク位置補正部と、補正したパルス圧縮後波形から位相を除去した波形を複数パルスについて加算した加算後波形を生成する加算部とをさらに備え、パルス代表値抽出部は、加算後波形からピークを検出し、補正した各パルス圧縮後波形のピークの情報を抽出してパルス代表値とするようにしている。
【００１８】
この構成によれば、目標ピークの位置が時間によって大きく変動する場合であっても、目標との相対速度の概算値に基づいて、複数のチャープパルスのパルス圧縮後のピーク位置がほぼ揃うようにピーク位置に補正を加えることで、チャープパルスのレンジをより正確に検出することができる。
【００１９】
また、この発明に係る飛翔体誘導装置は、上記レーダ装置と、レーダ装置の出力である相対速度、レンジを用いて飛翔体を誘導するための誘導信号を生成する誘導信号生成部とを備えるようにしたものである。
【００２０】
この構成によれば、上記レーダ装置により得られた目標の検出結果を利用することにより、より高精度な飛翔体の誘導を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
上記発明によれば、ステップ周波数合成帯域レーダのレンジ分解能、複数目標分離性能を損なわずに１パルスをチャープパルスとした合成帯域レーダを実現し、かつ目標の検出を安定して行い得るレーダ装置、このレーダ装置を用いた飛翔体誘導装置及び目標検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るレーダ装置の第１の実施形態を示すブロック図。
【図２】チャープパルスのパルス列の構成を示す図。
【図３】同第１の実施形態におけるパルス圧縮・代表値抽出部、速度検出・周波数ステップ代表値抽出部の制御処理手順を示すフローチャート。
【図４】同第１の実施形態における複数目標検出の流れを示す図。
【図５】同第１の実施形態において、２つの点目標で反射された受信パルスのパルス圧縮後波形の例を示す図。
【図６】同第１の実施形態において、強い目標ピークの裾に隠れた弱い目標ピークを強調させたパルス圧縮波形の例を示す図。
【図７】同第１の実施形態における加算部の出力波形の一例を示す図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係わるレーダ装置を示すブロック図。
【図９】同第２の実施形態における制御部の制御処理手順を示すフローチャート。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係わるレーダ装置を示すブロック図。
【図１１】同第３の実施形態における制御部の制御処理手順を示すフローチャート。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係わるパルス圧縮・代表値抽出部を示すブロック図。
【図１３】同第４の実施形態において、時々刻々と移動する目標から反射された幾つかのチャープパルスのパルス圧縮波形の一例を示す図。
【図１４】同第４の実施形態において、時々刻々と移動する目標から反射された幾つかのチャープパルスのパルス圧縮波形の他の例を示す図。
【図１５】本発明の他の実施形態に係わるレーダ装置を示すブロック図。
【図１６】本発明に係る飛翔体誘導装置の実施形態を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態では、本発明の動作に直接関係する部分のみを記述し、それ以外は省略している。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係るレーダ装置の第１の実施形態を示す図である。本第１の実施形態のレーダ装置１は、予め目標までの距離、すなわちレンジがある程度既知であって、詳細な距離の追跡を行う追随レーダである。
【００２５】
レーダ装置１は合成帯域レーダであり、アンテナ２と、サーキュレータ３と、送信部４と、受信ＲＦ(Radio Frequency)部５とを備えている。このレーダ装置１は、送信部４で生成され所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスをサーキュレータ３を介してアンテナ２から空間に向けて送出する。このチャープパルスは、図２に示すようなパルス列の構成である。
【００２６】
図２において、横軸は時間であり、縦軸は周波数である。それぞれの四角はパルスを示しており、各パルスはそのパルス内で時間と共に周波数が変化するチャープパルスとなっている。このようなパルスを、同一周波数ステップで所定のＰＲＩ(Pulse Repetition Interval)でＮpパルス送出する。これを所定のＮf周波数ステップ分、所定の周波数ステップ間隔で周波数を変えながら繰り返す。Ｎp×Ｎfパルスで１測定期間、すなわち、１ＣＰＩ(Coherent Processing Interval)を構成する。
【００２７】
レーダ装置１から送出されたチャープパルスは、目標に当たって反射され、アンテナ２で受信される。アンテナ２に入力された信号は、サーキュレータ３を介して、受信ＲＦ部５に供給される。受信ＲＦ部５では、受信信号は増幅され、ベースバンドにダウンコンバージョンされ、アナログ-デジタル変換されて、デジタル信号に変換される。
【００２８】
受信ＲＦ部５および送信部４には同一の発振器１７の出力が供給され、あるパルスをダウンコンバージョンする際に利用するローカル信号は、そのパルスを生成する際に用いたローカル信号に同期したローカル信号である。すなわち、異なる周波数ステップのパルスは、それぞれの周波数ステップに対応したローカル周波数でベースバンドに周波数変換される。
【００２９】
デジタル信号に変換された受信信号は、パルス圧縮・代表値抽出部１４に供給される。すると、パルス圧縮・代表値抽出部１４は、図３に示す制御処理手順を実行する。
【００３０】
パルス圧縮・代表値抽出部１４では、まず、ＦＦＴ部６にて、目標反射波が存在すると予想される期間のサンプルを一定数抽出してフーリエ変換処理を施して、時間軸信号から周波数軸信号に変換して、圧縮係数乗算部７に出力する（ステップＳＴ３ａ）。圧縮係数乗算部７では、レーダ装置１のチャープパルス仕様に対応した圧縮係数が予め準備されているか、必要に応じて計算し、圧縮係数を乗算する（ステップＳＴ３ｂ）。
【００３１】
圧縮係数を乗算された受信信号はまず、ＩＦＦＴ部８−１に出力される。ＩＦＦＴ部８−１は、圧縮係数を乗算された信号を逆フーリエ変換してピーク検出部９−１に出力する（ステップＳＴ３ｃ）。時間信号をＦＦＴ部６にてフーリエ変換し、ＩＦＦＴ部８−１で逆フーリエ変換したので、再び時間波形となっている。ただし、圧縮係数が乗算されたため、もとのパルス長の長いチャープパルスではなく、パルス圧縮されたインパルスに近い波形となっている。
【００３２】
ピーク検出部９−１は、パルス圧縮後波形から複数のピークを検出する（ステップＳＴ３ｄ）。ここでは、予めおおよそ既知である目標のレンジの範囲内に存在するピークで、予め決定されているピーク検出閾値(第１の閾値)を超える高さのピークを検出する。
【００３３】
この段階で全くピークが検出されないこともあるが、前述のように本実施形態のレーダは追随レーダであるので、少なくとも1つ以上のピークが検出されるものとする。仮に全くピークが検出されない場合には、捜索モードに切り換えたり、過去の結果からトラッキングを利用して目標のレンジを推定する必要があるが、このような処理は本実施形態の内容とは関連しないため、省略する。
【００３４】
ピーク検出部９−１によるピーク位置の検出結果は、レンジ検出部１０−１に供給される。レンジ検出部１０−１はそのピーク位置をレンジに変換し、合成帯域レンジ検出部１６に出力する（ステップＳＴ３ｅ）。ここで推定されたレンジは、後に、合成帯域のレンジと組み合わせて、トータルのレンジを推定し、推定結果として出力される。
【００３５】
ピーク検出部９−１の出力は、さらに、代表値抽出部１１−１に供給される。代表値抽出部１１−１は、ピーク検出部９−１で検出された１つ以上のピークについて、圧縮後パルスのそのピーク位置の複素値、すなわち、位相と振幅をパルス代表値として抽出する（ステップＳＴ３ｆ）。パルス代表値は合成帯域に用いるため、後段の速度検出・周波数ステップ代表値抽出部１５に送られる。
【００３６】
抽出された代表値は、さらに、再変換部１２に供給される。再変換部１２は、抽出された代表値を逆フーリエ変換前の次元に変換して加算部１３に出力する（ステップＳＴ３ｇ）。
【００３７】
加算部１３には、圧縮係数乗算部７の出力と再変換部１２の出力が入力され、圧縮係数乗算部７の出力から、再変換部１２の出力が減算される（ステップＳＴ３ｈ）。
【００３８】
減算結果は、ＩＦＦＴ部８−２にて逆フーリエ変換され、再度パルス圧縮される（ステップＳＴ３ｉ）。再パルス圧縮結果はピーク検出部９−２に供給され、再び第１の閾値と比較される。そして、第１の閾値を超えるピークがあれば、それは、ピーク検出部９−１で検出されたピークとは別のピーク、すなわち、異なる目標として検出される（ステップＳＴ３ｊ）。検出されたピーク位置はレンジ検出部１０−２でレンジに変換され、レンジ検出部１０−１の出力と同様に、後段でのレンジ検出に利用される（ステップＳＴ３ｋ）。
【００３９】
ピーク検出部９−２の出力は、さらに、代表値抽出部１１−２に送られる。代表値抽出部１１−２は、検出されたピーク位置の位相と振幅をパルス代表値として抽出し、合成帯域に用いるため、後段の速度検出・周波数ステップ代表値抽出部１５に出力する（ステップＳＴ３ｌ）。
【００４０】
なお、パルス圧縮・代表値抽出部１４はデジタル信号処理を行うブロックであり、実装上は、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ、あるいはその他のデジタル信号処理を行う部品内にプログラムとして実装される。従って、パルス圧縮・代表値抽出部１４内の各詳細ブロックは動作を説明するための便宜的なものであり、必ずしもこの通りのブロック分割となっている必要は無い。
【００４１】
本実施形態では、合成帯域の処理そのものには特徴がないので、合成帯域については以下に簡単に説明する。
【００４２】
まず、速度検出・周波数ステップ代表値検出部１５にて、パルス圧縮・代表値抽出部１４から出力されたパルス代表値から目標の移動速度が検出される。同一周波数ステップの複数パルスの復調結果を、本実施形態では同一周波数ステップの複数パルスのパルス代表値を、フーリエ変換し（ステップＳＴ３ｍ）、その変換後の周波数軸上の複数のピークを検出し（ステップＳＴ３ｎ）、これらピーク値から目標反射波のドップラ周波数を検出し（ステップＳＴ３ｏ）、これを移動速度に変換する。この段階で複数のピークがドップラ検出閾値を超えて検出されることがあるが、その場合は、それらを個別の目標として、個々に検出する。それぞれのピークについて、その位相と振幅を、そのピークの周波数ステップ代表値として抽出する。
【００４３】
個々のピークについて、各周波数ステップ代表値が抽出されたら、これらは合成帯域レンジ検出部１６に送られる（ステップＳＴ３ｐ）。合成帯域レンジ検出部１６では、まず、検出された移動速度に対応して、周波数ステップ代表値を補正する（ステップＳＴ３ｑ）。補正の内容については、公知であるので、ここで詳細は述べない。単純には、１ＣＰＩの間の目標レンジの変化を補正する処理である。
【００４４】
補正された各ステップ代表値は、周波数ステップの周波数の順に並べられて、逆フーリエ変換される（ステップＳＴ３ｒ）。逆フーリエ変換の結果はレンジを示すインパルス状の波形となっており、そのピークから合成帯域の結果のレンジを検出する（ステップＳＴ３ｓ）。ただし、合成帯域は、離散的な周波数情報に基づいたレンジ検出であるため、周波数ステップ間隔に相当するレンジ範囲で波形が繰り返される。例えば、１０ＭＨｚの周波数ステップ間隔では、１０ＭＨｚの波長である３０ｍが測定できる往復の距離に対応する。従って、測定できるレンジ範囲は１０ＭＨｚならば１５ｍとなり、１５ｍおきに波形が繰り返される。殆どの場合、このような距離範囲は短すぎるため、合成帯域前のパルスで測距した結果のレンジと併せて、トータルの距離を決定する。
【００４５】
本実施形態では、チャープパルスの段階で、レンジ検出部１０−１，１０−２によってレンジが検出されている。チャープパルスの段階では、個々のパルスの帯域幅は合成帯域の全体の帯域幅より狭いため、解像度も比例して粗い。そこで、繰り返される合成帯域レンジのうち、チャープパルスで検出したレンジに最も近いレンジをその目標のトータルのレンジとして出力する。
【００４６】
なお、合成帯域のレンジ検出処理でも、複数のピークがレンジ検出閾値を超えて検出されることがある。このような場合は、個々のピークを別個の目標として検出する。
【００４７】
図４は複数目標検出の流れを示したものである。パルス圧縮で分離されたピークは、それぞれがドップラ周波数検出ステップＳＴ４ａに送られて、ドップラ周波数検出でさらに、複数のピークに分離され、分離されたピークは個別に合成帯域でレンジ検出され、ここでもさらに複数のピークに分離される（ステップＳＴ４ｂ）。なお、図４では、最終的にｎ個のピークが検出されているが、場合によっては、これらの中には同一の目標が形を変えて現れていることがある。そのような場合には、それらの融合処理を行う必要があるが、それは本実施形態の内容とは関連しないため省略する。
【００４８】
次に、本実施形態の特徴となる部分の動作を説明する。
図５(ａ)は、受信パワーが１５ｄＢ異なる１０ｍ離れた２つの点目標ＡとＢで反射された受信パルスのパルス圧縮後波形の例である。なお、２つの点目標は移動速度が異なっている。
【００４９】
点目標Ｂの方が１５ｄＢ強いため、図５(ａ)では点目標Ｂのピークは明確に現れている。一方、点目標Ａは弱いため、点目標Ｂのパルス圧縮後波形の裾に埋もれてしまい、ピークの形を取っていない。この状態でピーク検出を行っても、点目標Ｂのピークしか検出できない。
【００５０】
ここで点目標Ｂのピークを検出し、そのピーク位置の位相と振幅をパルス代表値として抽出して、合成帯域の速度検出にかけた場合のドップラ周波数スペクトルが図５(ｂ)である。点目標Ｂについては、十分な高さのピークが現れているが、速度が異なる点目標Ａのピークが検出されるはずの周波数には、全くピークが現れない。
【００５１】
これは、図５(ａ)において、点目標Ｂの矢印で示された点には、点目標Ｂの成分は含まれているが、点目標Ａの成分は殆ど含まれていないため、点目標Ｂの矢印の位置の位相と振幅を抽出しても、点目標Ａは検出されないためである。
【００５２】
点目標Ｂのピークに対応するパルス代表値を抽出した後、それを逆フーリエ変換前の次元に戻して、圧縮係数乗算後スペクトルから減算し、減算の結果を再度逆フーリエ変換してパルス圧縮した波形を図６(ａ)に示す。
【００５３】
点目標Ｂの成分は、減算の結果殆ど除去されているため、点目標Ｂのピークが有った位置には、何のピークも現れない。一方、点目標Ａのピークは振幅値で０．０３５程度であり、図５(ａ)では、点目標Ｂの波形の裾に埋もれて検出できなかったが、点目標Ｂの成分を除去したため、明確にピークとして現れている。図６(ａ)の波形において、点目標Ａのピークが第１の閾値を超えているならば、そのピークを別のピークとして新たに検出し、そのピーク位置を検出して、ピーク位置の振幅と位相をそのピークのパルス代表値として抽出する。
【００５４】
点目標Ａの矢印で示したピークに相当するパルス代表値を、同一周波数ステップの複数パルスについてフーリエ変換した結果が、図６(ｂ)である。点目標Ｂの成分は除去されているため殆ど現れず、点目標Ａの移動速度に対応するドップラ周波数のピークがはっきりと現れている。従って、このドップラ周波数に対応する成分を抽出することによって、次段の合成帯域レンジ検出に進むことができる。
【００５５】
次に、減算の処理について、式を用いて説明する。図７は、加算部１３の入出力波形の一例を示している。図７(ａ)の「パルススペクトル」として矢印で示したスペクトルは、チャープパルスをフーリエ変換し、パルス圧縮係数を乗算した後のスペクトルの例である。
【００５６】
スペクトルは、２つの点目標の目標反射波のみが存在する理想的な場合には次式のように表される。
【数１】
【００５７】
ただし、Ｎｓはサンプルレート、Ｔは目標レンジでのパルス往復時間であって、合成帯域後に検出されるレンジ、Ｔｐはチャープパルスをサンプリングするゲート開始時刻からチャープパルス先頭までの時間であってパルス圧縮の段階で検出されるレンジである。ω０はそのパルスの送出時のパルス先頭のＲＦ周波数、Ｎ3はフーリエ変換・逆フーリエ変換を行う際のサンプル数である。Ａは各目標の振幅である。添え字のaとbは点目標ＡとＢについての値であることを示す。ｍは周波数ビン番号であるが、図７(a)からも分かるように、有効なスペクトル成分はもともとのチャープパルスの周波数範囲にしか存在しない。図７(a)の「有効スペクトル範囲」で示した範囲である。従って、その範囲外のｍでは、Ａはおおよそ０とみなすことができる。
【００５８】
図５(ａ)の点目標Ｂのピーク位置の位相と振幅をパルス代表値として抽出すると、(１)式の右辺第２項が逆フーリエ変換後にピークを取る成分となるため、次のようになる。
【数２】
【００５９】
これを、逆フーリエ変換前の次元に戻すと次のようになる。
【数３】
【００６０】
ｐは点目標Ｂに関してピーク検出した際のピーク位置を示す番号であり、正しくピーク位置が検出できていればＮｓＴｐｂに等しい。また、ｍが図７(ａ)の有効スペクトル範囲外にある場合はｘｓｕｂを０とする。従って、(３)式は(１)式の右辺第２項と等しい。これを(１)式から減算することによって、(１)式右辺第１項のみ、すなわち、点目標Ａの成分のみが残る。
【００６１】
図７(ａ)の「点目標Ｂ成分」で示したプロットは、(３)式をプロットしたものである。パルススペクトルは点目標ＡとＢの加算されたスペクトルであるため、干渉によって若干波打っている。ここから、点目標Ｂの成分を正しい位相で減算すると、図７(ｂ)の「減算後」で示したようなスペクトルとなり、これはおおよそ点目標Ａの成分のみを含んでいる。なお、「減算前」で示したスペクトルは図７(ａ)の「パルススペクトル」と同じものである。「減算後」スペクトルを逆フーリエ変換により再パルス圧縮すると、図６(ａ)のパルス圧縮後波形となる。
【００６２】
以上のように上記第１の実施形態では、ＦＦＴ部６、圧縮係数乗算部７及びＩＦＦＴ部８−１にてパルス圧縮を施し、代表値抽出部１１−１にて得られたパルス代表値を再変換部１２により再度フーリエ変換し、加算部１３にてこのフーリエ変換出力を圧縮係数乗算部７の出力から減算し、この減算出力をＩＦＦＴ部８−２にて逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施して、ピーク検出部９−２及び代表値抽出部１１−２によりパルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出するようにして、パルス圧縮・代表値抽出部１４におけるパルス代表値の抽出演算を二重に行うようにしている。
【００６３】
従って、合成帯域レーダの１パルスをチャープパルスとした場合に、弱い目標Ａが、強い目標Ｂのチャープパルスの圧縮後波形の裾の広がりに埋もれていても、チャープパルス段階で弱い目標Ａを検出することができ、これにより、チャープパルスと合成帯域とを組み合わせても、合成帯域のレンジ解像度を損なうことなく、複数目標の検出を容易かつ安定して行うことができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、上記加算部１３の減算処理をオン／オフ制御するようにしたものである。
【００６５】
図８は、本発明の第２の実施形態に係わるレーダ装置を示すブロック図である。図８において、上記図１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６６】
パルス圧縮・代表値抽出部２０には、制御部１９が設けられる。制御部１９は、ピーク検出部９−１による検出結果に基づいて、加算部１３のオン／オフ制御を行うものである。
【００６７】
以下に、上記加算部１３のオン／オフ制御処理について説明する。図９は、上記制御部１９の制御処理手順を示すフローチャートである。
【００６８】
上記第１の実施形態は、第１の閾値、すなわち、パルス圧縮後波形のピーク検出閾値を、著しく超過するピークがある例であった。実際には１回目のパルス圧縮後波形で検出されるピークが閾値を若干超える程度であることもある。そのような場合、そのピーク成分を減算しても、閾値を超える他のピークが存在しないことは明らかである。従って、そのような場合は、わざわざ減算処理を行う必要は無い。
【００６９】
そこで、第１の閾値より若干、例えば、２ｄＢ、３ｄＢ程度、大きい第２の閾値を設定する。すなわち、制御部１９は、チャープパルスのパルス圧縮処理からピーク検出処理及び代表値抽出処理が完了すると（ステップＳＴ９ａ乃至ステップＳＴ９ｆ）、検出したピークが第２の閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳＴ９ｇ）。
【００７０】
ここで、検出されたピークの中に第２の閾値より大きいピークが存在すれば（ｙｅｓ）、制御部１９は、そのピーク、または、他のピークも併せて、加算部１３に対し減算処理を実行させてＩＦＦＴ部８−２、ピーク検出部９−２及び代表値抽出部１１−２による他のピークの有無の判定処理及び代表値抽出処理を実行させる（ステップＳＴ９ｈ乃至ステップＳＴ９ｍ）。一方、第２の閾値より大きいピークが存在しなければ（ｎｏ）、制御部１９は加算部１３をオフ制御して減算処理を実行させず、最初のパルス圧縮で検出されたピークの代表値のみを後段の速度検出・周波数ステップ代表値抽出部１５に出力させる。
【００７１】
以上のように上記第２の実施形態によれば、制御部１９にてパルス圧縮後波形のピークが第２の閾値を超えるか否かを判定し、超える場合のみ加算部１３に対し減算処理を実行させるようにしているので、演算処理の簡略化を図ることができる。
【００７２】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、代表値抽出部１１−２で抽出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値未満となるまで、加算部１３、ＩＦＦＴ部８−２、ピーク検出部９−２及び代表値抽出部１１−２の各処理を繰り返し実行させるようにしたものである。
【００７３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係わるレーダ装置を示すブロック図である。図１０において、上記図１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７４】
パルス圧縮・代表値抽出部３０において、圧縮係数乗算部７とＩＦＦＴ部８−１との間には、スイッチ２８が介挿接続される。このスイッチ２８は、圧縮係数乗算部７の出力と加算部１３の出力とをＩＦＦＴ部８−１に選択的に導出するものである。また、パルス圧縮・代表値抽出部３０には、制御部２９が設けられる。制御部２９は、ピーク検出部９−１による検出結果に基づいて、加算部１３のオン／オフ制御を行うとともに、スイッチ２８の切替制御を行うものである。
【００７５】
図１１は、上記制御部２９の制御処理手順を示すフローチャートである。
【００７６】
上記第１の実施形態では、減算を１回だけ行って、大きいピークに隠れた他のピークを検出した。しかし、実際には、大きいピークを減算して検出されるピークがまだ十分に第１の閾値よりも大きい場合があり、そのような場合、減算後に検出されたピークに隠れて、さらに他のピークが存在する可能性がある。
【００７７】
そこで、制御部２９は、チャープパルスのパルス圧縮処理からピーク検出処理が完了すると（ステップＳＴ１１ａ乃至ステップＳＴ１１ｄ）、第１の閾値よりピークが大きいか否かを判定する（ステップＳＴ１１ｅ）。ここで検出されたピークの中に第１の閾値より大きいピークが存在すれば（ｙｅｓ）、制御部２９は、そのピーク、または、他のピークも併せて、加算部１３に対し減算処理を実行させ（ステップＳＴ１１ｆ乃至ステップＳＴ１１ｉ）、第１の閾値を超えるピークが無くなるまで、加算部１３に対し減算処理を実行させてＩＦＦＴ部８−１、ピーク検出部９−１及び代表値抽出部１１−１による他のピークの有無の判定処理及び代表値抽出処理を繰り返し実行させる。制御部２９は、スイッチ２８を制御して、初回のＩＦＦＴのみ圧縮係数乗算部７とＩＦＦＴ部８−１を接続し、２回目以降は加算部１３の出力をＩＦＦＴ部８−１に入力する。
【００７８】
一方、第１の閾値を超えるピークが無くなった場合（ｎｏ）、制御部２９は、繰り返し制御を終了して各代表値を読み出して次段の速度検出・周波数ステップ代表値抽出部１５に出力する。なお、この変形として、それぞれのピークの代表値を逐次、次段に送りながら平行してピーク検出処理を続けてもかまわない。
【００７９】
以上のように上記第３の実施形態では、加算部１３にて大きいピークを減算して検出されるピークがまだ十分に第１の閾値よりも大きい場合であっても、第１の閾値未満となるまでＩＦＦＴ部８−１、ピーク検出部９−１、代表値抽出部１１−１及び加算部１３による各処理を繰り返し実行させるようにしたので、全てのピークを漏らすことなく検出することができる。
【００８０】
なお、図９と図１１を組合せてもよい。すなわち、ピーク検出閾値は第１の閾値であるが、減算処理の適用を判断する閾値は第２の閾値として、第２の閾値を超えるピークが無くなるまで減算処理を繰り返してもよい。
【００８１】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、パルス圧縮波形からピーク検出する際のピーク位置の高精度検出を図るようにしたものである。
【００８２】
図１２は、本発明の第４の実施形態に係わるパルス圧縮・代表値抽出部を示すブロック図である。図１２において、上記図１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８３】
パルス圧縮・代表値抽出部４０では、目標との相対速度の概算値に基づいて、複数のチャープパルスのパルス圧縮後のピーク位置がほぼ揃うようにピーク位置に補正を加える。複数のチャープパルスとは、例えば１周波数ステップのチャープパルスでもよいし、１ＣＰＩに含まれる全てのチャープパルスでもよい。振幅加算部３９−１は、ピーク位置がほぼ揃うように補正された複数のパルス圧縮後波形から位相情報を除去し、それら複数のパルス圧縮後波形を同一レンジビン毎に加算する。なお、加算する波形は、振幅、パワー、あるいは振幅の他の累乗等々、位相が除去されていれば、累乗数は問わない。ただし、パワーによる加算で最大比合成となる。
【００８４】
ピーク位置を揃える補正は、振幅加算部３９−１，３９−２の前のいずれの段階でも可能であるが、本発明では、逆フーリエ変換は減算後に再度、構成によっては複数回行われるため、処理量を減らすには、ＩＦＦＴ部８−１より前で完了させておくことが望ましい。以下、圧縮係数乗算部１８で行う例を説明する。
【００８５】
図１３(ａ)は、時々刻々と移動する目標から反射された幾つかのチャープパルスのパルス圧縮波形を抜き出して重ね書きしたものである。この構成は、複数パルスを振幅加算することによって、ピークを明確に検出することを目的とするが、図１３(ａ)のように、ピークの位置が時間によって大きく変動すると、移動の量によっては加算しても、ピークが著しく広がる、さらにはピークの形を取らない可能性がある。
【００８６】
そこで本第４の実施形態では、概算速度に基づいてピーク位置を修正してから振幅加算する。
【００８７】
図１３(ｂ)は、目標との真の相対速度から２％程度異なる概算速度でＮp×Ｎf個の圧縮後パルスのピーク位置をほぼ揃うように補正したパルス圧縮波形を重ね書きしたものである。このようにピーク位置をほぼ揃えることによって、振幅加算後にピーク同士が加算され、加算結果にピークが明確に現れる。図１３(ｃ)は加算結果であるが、加算前と波形の広がりに差がなく、ピークが明確に現れていることが分かる。
【００８８】
図１３はＳＮＲが非常に高い場合の波形であったが、図１４は同様の処理を非常にＳＮＲの低いパルスに施した例である。図１４(ａ)は８パルス分のパルス圧縮後波形を重ね書きしたものであるが、雑音が多いためピークの位置はバラバラであり、個々のパルスからの正しいピーク位置の推定はほぼ不可能である。一方、この波形を同様に２％正しい値からずれた概算速度で補正してＮp×Ｎfパルス分を振幅加算した結果の波形が図１４(ｂ)である。レンジビン番号４の辺りに明確なピークが出現しており、このピーク位置は、ほぼ正しいレンジを示している。
【００８９】
このように、パルスのピーク位置をほぼ揃えて、振幅加算することによって、チャープパルスでのレンジをより正確に検出することができる。
【００９０】
ピーク位置の補正は、式の上では下記のようになる。
チャープパルスのフーリエ変換後スペクトルはおおよそ、下式で表される。
【数４】
【００９１】
チャープパルスの詳細形状に関する項は省略した。ただし、ηは1-2v/cである。cは光速、vは目標との相対速度である。aはチャープレートと呼ばれ、チャープパルスに変調を掛ける際の1秒あたりの角周波数変化量である。前述のように、パルス圧縮前のスペクトルは次の式のように表される。
【数５】
【００９２】
従って、下式に示す項を除去する必要がある。
【数６】
【００９３】
一般に、パルス圧縮係数は、下式の部分に相当する。
【数７】
【００９４】
(４)式には、それ以外のチャープパルスのパルス長の間に目標が移動することによって発生する次の項が含まれている。
【数８】
【００９５】
この項のηに含まれるvも概算速度でパルス圧縮係数に含めて補正する。ただし、まだこの段階では、圧縮後パルスピーク位置の補正は行われていない。パルス圧縮後波形のピーク位置の補正は、次式に示すように、圧縮係数を乗算した後のスペクトルを用いる。
【数９】
【００９６】
上式のＴｐを次式のように変形することによりピーク位置の補正を行う。
【数１０】
【００９７】
正しい相対速度は不明であるため、ｖは概算速度である。ｋはＣＰＩ先頭からのパルス番号であり、０から始まる整数である。Ｔ2はＰＲＩである。前述のように、パルス圧縮後波形のピーク位置は、ＮｓＴｐであり、Ｔｐがチャープパルスでのレンジに相当する時間の項であるが、(１０)式のようにＴｐを変形することによって、概算速度で移動する目標が時間ｋＴ2だけ経過した場合のチャープパルスの目標までの往復時間の変化量をキャンセルさせることができる。
【００９８】
具体的にはパル圧縮係数にさらに、次の項を乗算して、パルスピーク位置の補正を行う。
【数１１】
【００９９】
なお、レーダは、通常、複数のＣＰＩを連続的に処理するので、概算速度は前回のＣＰＩで検出した速度を利用すればよい。初回の検出の際には、速度計などで別途測定した速度や、本発明とは全く異なる別の速度検出レーダで検出した速度を用いればよい。
【０１００】
（９）式のＴｐは本来、パルス毎に異なる値であるが、(１０)式のような補正をかけることによって、複数パルスについて、全く同一のＴｐで(９)式のようなパルス圧縮前スペクトルを得ることができ、パルス圧縮後波形のピーク位置をほぼ揃えることができる。
【０１０１】
このように圧縮後パルスのピーク位置を揃えて、加算した後に正確なピーク位置を検出し、代表値抽出部１１−１にて検出したピーク位置に対する各パルスの成分をパルス代表値として抽出する。
【０１０２】
その際、ピーク位置の補正を行った後であれば、その複数のパルスについては、そのピーク位置が示す全く同じレンジビンの成分を抽出すればよく、代表値抽出の際にピーク位置の移動を考慮する必要がなくなる。
【０１０３】
なお、複数パルスの圧縮後波形の振幅加算は、減算後にも行うので、図１２では、減算後にも振幅加算部３９−２が追加されている。ピーク位置の補正は圧縮係数乗算部１８で完了しているので、その後行う必要は無い。
【０１０４】
なお、パルス圧縮・代表値抽出部４０は、図１の構成、すなわち、図３のフローチャートに対応した構成の変形として示したが、ピーク位置の補正と振幅加算は、パルス圧縮後波形のピーク検出の高感度化の方法であるので、図９や図１１、あるいはその他の構成にも適用できる。
【０１０５】
以上のように上記第４の実施形態では、目標ピークの位置が時間によって大きく変動する場合であっても、圧縮係数乗算部１８及び振幅加算部３９−１により、目標との相対速度の概算値に基づいて、複数のチャープパルスのパルス圧縮後のピーク位置がほぼ揃うようにピーク位置に補正を加えることで、チャープパルスのレンジをより正確に検出することができる。
【０１０６】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。図１５は本発明の他の実施形態を示す図である。図１と殆ど同様であるが、送信部を有さない、受信専用の形態となっている。レーダの方式としては、送信部と受信部が同一機器に搭載されているアクティブ型の他に、送信部と受信部が異なる機器に搭載され、異なる位置に配置されるバイスタティック型がある。図１５はバイスタティック型レーダの受信機に本願の発明を搭載する際の形態である。送信部を有さない他に図１と異なる点は、アンテナ２１は受信用アンテナであることと、送信部と同期した発振器を持たず、受信ＲＦ部２２の中に図示しない発振器が備えられていることである。他は図１と同様であるので説明を省略する。
【０１０７】
（飛翔体誘導装置の実施形態）
図１６は、本発明に係る飛翔体誘導装置２５の実施形態を示すブロック図である。本発明のレーダ装置１の出力および他のＮ個のセンサ２６−１〜２６−Ｎの出力は、誘導信号生成部２７に供給される。誘導信号生成部２７は、これらレーダ装置１の出力および他のＮ個のセンサ２６−１〜２６−Ｎの出力に基づいて、レーダ装置１を搭載する飛翔体を誘導するための誘導信号を生成し、飛翔体の操舵装置２４に出力する。本発明のレーダ装置１を飛翔体誘導装置２５に搭載することによって、より高精度な飛翔体の誘導を行うことが可能となる。
【０１０８】
以上、説明したように、本発明では、合成帯域レーダの１パルスをチャープパルスとした場合に、パルス圧縮後波形で検出出来ない目標が合成帯域でも検出できなかった問題に対し、強い目標の検出後、その成分を除去し、再度ピーク検出を行うことによって、弱い目標を見落とさずに検出できるようにした。その結果、合成帯域レーダの高解像度性を十分に生かすことが可能になった。
【０１０９】
なお、このような減算処理は、上記の説明から分かるように、検出したピークをその一つ前の次元に巻き戻して減算するといった処理であるので、チャープパルスの段階のみでなく、速度検出、合成帯域レンジ検出の全ての段階で同様の処理が可能である。また、次元の巻き戻しは１段階のみである必要は無く、極端な例では、合成帯域レンジ検出で検出されたピークをチャープパルスの段階まで巻き戻して減算することも可能である。
【０１１０】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１…レーダ装置、２…アンテナ、３…サーキュレータ、４…送信部、５…受信ＲＦ部、６…ＦＦＴ部、７…圧縮係数乗算部、８−１，８−２…ＩＦＦＴ部、９−１，９−２…ピーク検出部、１０−１，１０−２…レンジ検出部、１１−１，１１−２…代表値抽出部、１２…再変換部、１３…加算部、１４…パルス圧縮・代表値抽出部、１５…速度検出・周波数ステップ代表値抽出部、１６…合成帯域レンジ検出部、１７…発振器、１９，２９…制御部、２４…操舵装置、２５…飛翔体誘導装置、２６−１〜２６−Ｎ…センサ、２７…誘導信号生成部、３９−１、３９−２…振幅加算部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標から到来した所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスの反射波を受信し、デジタルベースバンド信号に変換する受信部と、
前記デジタルベースバンド信号をパルス毎に、周波数軸信号にフーリエ変換して、圧縮係数を乗算して時間軸信号に逆フーリエ変換することでパルス圧縮を施すパルス圧縮部と、
前記パルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出するパルス代表値抽出部と、
このパルス代表値抽出部で抽出したパルス代表値を周波数軸信号にフーリエ変換するフーリエ変換部と、
このフーリエ変換部の出力を前記パルス圧縮部における逆フーリエ変換前の周波数軸信号から減算する減算部と、
この減算部の出力を逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施す再パルス圧縮部と、
この再パルス圧縮部によるパルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出する再パルス代表値抽出部と、
前記パルス代表値抽出部及び前記再パルス代表値抽出部によるパルス代表値から、そのパルス代表値で検出可能なドップラ周波数から１つ以上の相対速度を検出し、１測定期間内の同一周波数ステップの複数パルスから前記相対速度毎に各周波数ステップ代表値を抽出する周波数ステップ代表値抽出部と、
前記周波数ステップ代表値から合成帯域レンジ波形を算出し、その各ピークから各目標のレンジを検出する合成帯域レンジ検出部とを具備したことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
さらに、前記パルス代表値抽出部で検出される前記パルス圧縮後波形のピークが第１の閾値からさらに所定値高い第２の閾値を超える場合に、前記減算部に対し減算処理を実行させる制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
目標から到来した所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスの反射波を受信し、デジタルベースバンド信号に変換する受信部と、
前記デジタルベースバンド信号をパルス毎に、周波数軸信号にフーリエ変換して、圧縮係数を乗算する圧縮係数乗算部と、
前記圧縮係数乗算部の出力を初期入力とし、当該圧縮係数乗算部の出力と与えられる周波数軸信号とを選択的に切替導出するスイッチと、
前記スイッチから出力される周波数軸信号を時間軸信号に逆フーリエ変換することでパルス圧縮を施してパルス圧縮後波形を生成し、そのピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出するパルス代表値抽出部と、
このパルス代表値抽出部で抽出したパルス代表値を周波数軸信号にフーリエ変換するフーリエ変換部と、
このフーリエ変換部の出力を前記スイッチから出力される周波数軸信号から減算する減算部と、
前記パルス代表値抽出部で検出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値を超える場合に、前記減算部に対し減算処理を実行させ、かつ、前記スイッチに対し、その入力を前記減算部出力とし、前記パルス代表値抽出部で検出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値未満となるまで、前記減算部、前記パルス代表値抽出部の各処理を繰り返し実行させる制御部と、
前記パルス代表値抽出部によるパルス代表値から、そのパルス代表値で検出可能なドップラ周波数から１つ以上の相対速度を検出し、１測定期間内の同一周波数ステップの複数パルスから前記相対速度毎に各周波数ステップ代表値を抽出する周波数ステップ代表値抽出部と、
前記周波数ステップ代表値から合成帯域レンジ波形を算出し、その各ピークから各目標のレンジを検出する合成帯域レンジ検出部とを具備したことを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
入力された相対速度の概算値を用いて、複数パルスのパルス圧縮後波形のピーク位置がほぼ一致するように補正するピーク位置補正部と、
補正したパルス圧縮後波形から位相を除去した波形を前記複数パルスについて加算した加算後波形を生成する加算部とをさらに備え、
前記パルス代表値抽出部は、前記加算後波形からピークを検出し、前記補正した各パルス圧縮後波形の前記ピークの情報を抽出してパルス代表値とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のレーダ装置。
【請求項５】
さらに、所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させてチャープパルスを送信する送信部を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のレーダ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載のレーダ装置と、レーダ装置の出力である相対速度、レンジを用いて飛翔体を誘導するための誘導信号を生成する誘導信号生成部とを備えたことを特徴とする飛翔体誘導装置。
【請求項７】
目標から到来した所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスの反射波を受信し、デジタルベースバンド信号に変換する受信部を有するレーダ装置で使用される目標検出方法において、
前記デジタルベースバンド信号をパルス毎に、周波数軸信号にフーリエ変換して、圧縮係数を乗算して時間軸信号に逆フーリエ変換することでパルス圧縮を施し、
前記パルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出し、
この抽出したパルス代表値を周波数軸信号にフーリエ変換し、
このフーリエ変換出力を前記逆フーリエ変換前の周波数軸信号から減算し、
この減算出力を逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施し、
このパルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出し、
前記パルス代表値から、そのパルス代表値で検出可能なドップラ周波数から１つ以上の相対速度を検出し、１測定期間内の同一周波数ステップの複数パルスから前記相対速度毎に各周波数ステップ代表値を抽出し、
前記周波数ステップ代表値から合成帯域レンジ波形を算出し、その各ピークから各目標のレンジを検出するようにしたことを特徴とする目標検出方法。
【請求項１】
目標から到来した所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスの反射波を受信し、デジタルベースバンド信号に変換する受信部と、
前記デジタルベースバンド信号をパルス毎に、周波数軸信号にフーリエ変換して、圧縮係数を乗算して時間軸信号に逆フーリエ変換することでパルス圧縮を施すパルス圧縮部と、
前記パルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出するパルス代表値抽出部と、
このパルス代表値抽出部で抽出したパルス代表値を周波数軸信号にフーリエ変換するフーリエ変換部と、
このフーリエ変換部の出力を前記パルス圧縮部における逆フーリエ変換前の周波数軸信号から減算する減算部と、
この減算部の出力を逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施す再パルス圧縮部と、
この再パルス圧縮部によるパルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出する再パルス代表値抽出部と、
前記パルス代表値抽出部及び前記再パルス代表値抽出部によるパルス代表値から、そのパルス代表値で検出可能なドップラ周波数から１つ以上の相対速度を検出し、１測定期間内の同一周波数ステップの複数パルスから前記相対速度毎に各周波数ステップ代表値を抽出する周波数ステップ代表値抽出部と、
前記周波数ステップ代表値から合成帯域レンジ波形を算出し、その各ピークから各目標のレンジを検出する合成帯域レンジ検出部とを具備したことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
さらに、前記パルス代表値抽出部で検出される前記パルス圧縮後波形のピークが第１の閾値からさらに所定値高い第２の閾値を超える場合に、前記減算部に対し減算処理を実行させる制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
目標から到来した所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスの反射波を受信し、デジタルベースバンド信号に変換する受信部と、
前記デジタルベースバンド信号をパルス毎に、周波数軸信号にフーリエ変換して、圧縮係数を乗算する圧縮係数乗算部と、
前記圧縮係数乗算部の出力を初期入力とし、当該圧縮係数乗算部の出力と与えられる周波数軸信号とを選択的に切替導出するスイッチと、
前記スイッチから出力される周波数軸信号を時間軸信号に逆フーリエ変換することでパルス圧縮を施してパルス圧縮後波形を生成し、そのピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出するパルス代表値抽出部と、
このパルス代表値抽出部で抽出したパルス代表値を周波数軸信号にフーリエ変換するフーリエ変換部と、
このフーリエ変換部の出力を前記スイッチから出力される周波数軸信号から減算する減算部と、
前記パルス代表値抽出部で検出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値を超える場合に、前記減算部に対し減算処理を実行させ、かつ、前記スイッチに対し、その入力を前記減算部出力とし、前記パルス代表値抽出部で検出されるパルス圧縮後波形のピークが第１の閾値未満となるまで、前記減算部、前記パルス代表値抽出部の各処理を繰り返し実行させる制御部と、
前記パルス代表値抽出部によるパルス代表値から、そのパルス代表値で検出可能なドップラ周波数から１つ以上の相対速度を検出し、１測定期間内の同一周波数ステップの複数パルスから前記相対速度毎に各周波数ステップ代表値を抽出する周波数ステップ代表値抽出部と、
前記周波数ステップ代表値から合成帯域レンジ波形を算出し、その各ピークから各目標のレンジを検出する合成帯域レンジ検出部とを具備したことを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
入力された相対速度の概算値を用いて、複数パルスのパルス圧縮後波形のピーク位置がほぼ一致するように補正するピーク位置補正部と、
補正したパルス圧縮後波形から位相を除去した波形を前記複数パルスについて加算した加算後波形を生成する加算部とをさらに備え、
前記パルス代表値抽出部は、前記加算後波形からピークを検出し、前記補正した各パルス圧縮後波形の前記ピークの情報を抽出してパルス代表値とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のレーダ装置。
【請求項５】
さらに、所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させてチャープパルスを送信する送信部を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のレーダ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載のレーダ装置と、レーダ装置の出力である相対速度、レンジを用いて飛翔体を誘導するための誘導信号を生成する誘導信号生成部とを備えたことを特徴とする飛翔体誘導装置。
【請求項７】
目標から到来した所定数のパルス毎に中心周波数をステップ状に変化させたチャープパルスの反射波を受信し、デジタルベースバンド信号に変換する受信部を有するレーダ装置で使用される目標検出方法において、
前記デジタルベースバンド信号をパルス毎に、周波数軸信号にフーリエ変換して、圧縮係数を乗算して時間軸信号に逆フーリエ変換することでパルス圧縮を施し、
前記パルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出し、
この抽出したパルス代表値を周波数軸信号にフーリエ変換し、
このフーリエ変換出力を前記逆フーリエ変換前の周波数軸信号から減算し、
この減算出力を逆フーリエ変換して再度パルス圧縮を施し、
このパルス圧縮後波形のピーク毎のパルス圧縮レンジを検出し、かつ、パルス圧縮後波形のピーク毎の各パルス代表値を抽出し、
前記パルス代表値から、そのパルス代表値で検出可能なドップラ周波数から１つ以上の相対速度を検出し、１測定期間内の同一周波数ステップの複数パルスから前記相対速度毎に各周波数ステップ代表値を抽出し、
前記周波数ステップ代表値から合成帯域レンジ波形を算出し、その各ピークから各目標のレンジを検出するようにした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１４】
【図１５】
【図１６】
【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１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−１４９８０６（Ｐ２０１１−１４９８０６Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０９８（Ｐ２０１０−１１０９８）
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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