レーダ装置及びその距離測定方法
【課題】 Ｈ／Ｗの増大なくパルス圧縮による距離オフセットを補正し距離精度を向上させる。
【解決手段】 送信パルスの位相分散帯域幅又は幅をある値に設定しＮ回送信し、また他の値に設定しＮ回送信する。最初の送信パルスに対応する受信信号の組と、後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号の組とをそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する。積分処理後の信号から閾値判定で目標信号を検出する。送信パルスを送信した時刻と目標信号の検出時刻との差から距離を求める。二つの組にそれぞれ対応した目標信号のうち積分処理時のドップラフィルタ番号が所定差以下の目標信号のペアのデータを抽出する。ペアの目標信号の距離データの差を算出し、距離差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号との相関を判定し相関データを抽出する。相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正する。
【解決手段】 送信パルスの位相分散帯域幅又は幅をある値に設定しＮ回送信し、また他の値に設定しＮ回送信する。最初の送信パルスに対応する受信信号の組と、後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号の組とをそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する。積分処理後の信号から閾値判定で目標信号を検出する。送信パルスを送信した時刻と目標信号の検出時刻との差から距離を求める。二つの組にそれぞれ対応した目標信号のうち積分処理時のドップラフィルタ番号が所定差以下の目標信号のペアのデータを抽出する。ペアの目標信号の距離データの差を算出し、距離差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号との相関を判定し相関データを抽出する。相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーダ装置及びその距離測定方法に関し、特にリニアチャープパルスを送信しパルス圧縮処理を行うレーダ装置及びその距離測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、一般に、空間に電波を発射して、目標からの反射信号を受信することにより、目標の存在を探知し、その位置、運動状況などを観測するものである。レーダ装置の主要性能は、探知能力、距離精度、方位精度、追尾性能などである。
【０００３】
一般的なレーダ装置においては、アナログのレーダ受信信号がＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器によりディジタル受信信号に変換された後、各種の信号処理が行われる。この信号処理の目的は、Ｓ／Ｎ改善や、地面、海面、雨雲等からの反射信号や干渉波などの目標信号以外の不要信号を抑圧することなどであるが、代表的な処理の一つとしてパルス圧縮処理がある。
【０００４】
このパルス圧縮処理は、送信尖頭電力を低く押さえつつ、探知能力の増大と距離分解能を得るための技術として採用されており、変調を施した広いパルス幅の送信パルスを送信して、受信時に参照信号との相関を取る処理である。送信先頭電力を低くする代わりに、送信時のパルス幅を広くすることによって、探知能力を増大させ、受信時の相関処理において圧縮後のパルス幅を狭くすることで、距離分解能を得ることができる。
【０００５】
かかるパルス圧縮処理においては、送信パルスの変調方式として広く使用されている方式の一つにチャープパルスがある。チャープパルスは送信パルス内で周波数変調（ＦＭ）を施して送信する方式である。受信信号に対してパルス圧縮を行う場合は、参照信号と受信信号の相関処理を行うことにより、目標の存在する距離に応じた位置にパルス圧縮波形のピーク振幅値が現れる。このピーク振幅値を検出することにより、目標信号を検出すると同時に目標距離を測定することができる。
【０００６】
また、チャープパルスには、パルス内でリニアに変化するリニアチャープパルスと、リニアに変化しないノンリニアチャープパルスがある。前者のリニアチャープパルスにおいては、視線方向速度が０（ゼロ）の場合には、真の距離にピーク振幅値が現れるのに対して、視線方向速度が０（ゼロ）でない場合には、視線方向速度に応じてパルス圧縮後のピーク振幅位置がオフセットするという特徴がある。これは、受信パルスが目標の視線方向速度に対応するドップラ周波数により変調を受けるためである。
【０００７】
このピーク振幅位置のオフセット距離ΔＲは、送信周波数ｆ（Ｈｚ）、送信パルス幅τ（ｓ）、位相分散帯域幅Δｆ（Ｈｚ）、目標速度ｖ（ｍ／ｓ）、目標のドップラ周波数ｆｄ（Ｈｚ）、光速ｃ（ｍ／ｓ）とすると、以下の計算式で表される。
ｆｄ＝２×ｖ×ｆ／ｃ ……（Ａ）
ΔＲ＝（ｃ/2）×τ×ｆｄ／Δｆ ……（Ｂ）
【０００８】
上式のとおり、距離オフセットの大きさは、目標速度と送信パルス幅に比例し位相分散帯域幅に反比例している。
【０００９】
近年のレーダ装置においては、従来の主な探知対象である航空機の高速化に対処するほか、より高速なミサイルの探知や、より遠距離の目標を探知するため送信パルス幅を増大させることが要求されている。そのために、パルス圧縮方式のレーダにおいて、高速目標探知時のパルス圧縮による距離オフセットが大きくなる傾向がある。
【００１０】
例えば、送信周波数１０ＧＨｚ、送信パルス幅１０００μｓ、位相分散帯域幅１ＭＨｚ、目標速度１ｋｍ／ｓの場合、距離オフセットは１０ｋｍとなる。このように、距離オフセットは距離誤差の大きな要因となる。
【００１１】
これに対して、距離オフセットを補正して距離精度を改善する技術として、特許文献１で示された技術を用いる方法がある。図７はこの特許文献１に開示の技術を示すブロック図である。
【００１２】
図７を参照すると、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）回路２０１と、乗算器２０２と、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴ）回路２０３と、信号検出器２０４と、測距器２０５と、ノンリニアＦＭ参照信号発生器２０６と、最大値検出器２０７と、セレクタ回路２０８と、接近速度算出器２０９とから構成されている。なお、乗算器２０２と、ＩＦＦＴ回路２０３と、信号検出器２０４と、測距器２０５とは、複数のチャンネルに夫々設けられている。
【００１３】
ＦＦＴ回路２０１は、レーダ受信信号をディジタル化したディジタル受信信号を入力としてこれを周波数領域に変換し、複数のチャンネルに分けて出力する。乗算器２０２は、周波数領域に変換された受信信号をノンリニアＦＭ参照信号発生器２０６からの参照信号と乗算する。ＩＦＦＴ回路２０３は、乗算後の信号を時間領域の信号に変換する。
【００１４】
信号検出器２０４は、しきい値判定などにより目標信号を検出する。測距器２０５は、送信パルスの送信時刻と検出された目標信号の検出時刻との差から距離を測定する。ノンリニアＦＭ参照信号発生器２０６は、一定間隔毎のドップラ周波数で変調された複数のノンリニアチャープ変調の参照信号を発生する。
【００１５】
最大値検出器２０７は、各チャンネルの信号検出器２０４からの信号の内の最大振幅の信号を検出して、そのチャンネル番号をセレクタ回路２０８および接近速度算出器２０９に出力する。セレクタ回路２０８は、選択されたチャンネルの信号を出力する。接近速度算出器２０９は、選択されたチャンネルのドップラ周波数から目標速度を算出する。
【００１６】
この特許文献１に開示された技術は、送信パルスの変調方式の一つであるノンリニアチャープパルスの特性を利用する技術である。ノンリニアチャープ変調の送信パルスは、リニアチャープ変調の送信パルスに比べて、ドップラ周波数変調に対する感度が高く、参照信号と受信パルスとにおいてドップラ周波数が異なると、パルス圧縮利得が低下し、圧縮後の振幅値が小さくなる。
【００１７】
逆に、リニアチャープパルスは、距離のオフセットは大きいが、ノンリニアチャープパルスに比べて、パルス圧縮利得の低下は小さい。このため、想定する目標速度に対応したドップラ周波数で変調を施した参照信号を複数発生させて、パルス圧縮を複数のチャンネルで並列処理して、振幅値が最大となるチャンネルの出力を選択することにより、目標の速度を推定することができるようになっている。かかる技術を用いて目標速度を算出することで、ドップラ周波数による距離オフセットを算出して補正することにより距離精度を改善することが可能である。
【００１８】
また、距離精度を改善する第２の技術として、特許文献２に開示の技術がある。図８は特許文献２の技術を示すブロック図であり、チャープ信号発生器３０１と、送信器３０２と、送受信切替器３０３と、空中線３０４と、受信器３０５と、パルス圧縮器３０６と、測距処理器３０７と、相対距離・相対速度算出器３０８と、位相補償器３０９と、第２パルス圧縮器３１０と、積分処理器３１１と、速度算出器３１２とを有している。
【００１９】
この技術では、アップチャープ信号とダウンチャープ信号を併用することにより、それぞれの受信信号から測定される距離を用いて、いったん受信信号の位相補償量を位相補償器３０９で求めた後、再度、第２パルス圧縮器３１０でパルス圧縮を行うことにより、積分処理器３１１及び速度算出器３１２とを用いて正確な相対速度を求める技術である。
【００２０】
この技術の目的は、速度を正確に測定して探知性能を改善することであるが、正確な速度を求めることができるために、結果として、距離オフセットを補正して距離精度を改善することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平５−１０７３４９号公報
【特許文献２】特開２００８−０２０４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述した特許文献１の技術における第１の問題点は、対象とする目標の速度が高速であればあるほど、パルス圧縮を行うチャンネル数を増やす必要があり、処理負荷の増大に対応するため処理装置のハードウエア規模が増大することである。その理由は、速度０（ゼロ）から想定する最大目標速度の範囲で一定間隔のドップラ周波数毎に、パルス圧縮を行うチャンネル数が必要となるからである。
【００２３】
第２の問題点は、距離精度において量子化誤差が発生することである。その理由は、目標速度の測定値が各チャンネルの参照信号のドップラ周波数に相当する速度の離散値として得られるために、距離の測定値も目標速度の離散値に対応した離散値になるからである。
【００２４】
また、特許文献２の技術における問題点は、パルス圧縮をいったん行い、位相補償量を求めた後、再度パルス圧縮を行うようになっているので、処理が複雑となり、処理負荷の増大に対応するため処理装置のハードウエア規模が増大することである。
【００２５】
本発明の目的は、上述した問題点を解決するものであり、処理装置のハードウエア規模を大幅に増大させることなく、高速目標におけるパルス圧縮による距離オフセットを補正し、距離精度を向上させることが可能なレーダ装置及びその距離測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明によるレーダ装置は、
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する送信手段と、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する積分手段と、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する検出手段と、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める測距手段と、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する第一の抽出手段と、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する差分算出手段と、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する第二の抽出手段と、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する距離補正手段と、
を含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明によるレーダ装置における距離測定方法は、
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する送信ステップと、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する積分ステップと、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する検出ステップと、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める測距ステップと、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する第一の抽出ステップと、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する差分算出ステップと、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する第二の抽出ステップと、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する距離補正ステップと、
を含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明によるプログラムは、
レーダ装置における距離測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する処理と、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する処理と、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する処理と、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める処理と、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する処理と、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する処理と、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する処理と、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する処理と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、リニアチャープパルス圧縮を行う処理装置のハードウエア規模を大幅に増大させることなく、高速目標に対してパルス圧縮で発生する距離オフセットを補正して距離精度を向上させるという効果がある。
【００３０】
その理由は、パルス圧縮処理を複数チャンネルで並列に実施したり、２回実施したりする代わりに、送信パルスの位相分散帯域幅か送信パルス幅のいずれかを異なる２種類で送信して、その結果得られるパルス圧縮処理時の２種類の距離からドップラ周波数を求めて距離オフセットを補正するようにしたためである。
【００３１】
また、コヒーレント積分処理により得られるドップラ周波数情報を用いて、相関処理を行うことにより、目標信号のペアのデータを抽出するときに雑音等による誤目標や他目標と誤って相関しないようにしたためである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図２】送信パルスの位相分散帯域幅を変化させたときの本発明の動作を説明する模式図である。
【図３】送信パルスのパルス幅を変化させたときの本発明の動作を説明する模式図である。
【図４】本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の更に他の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図７】特許文献１の技術を説明するためのブロック図である。
【図８】特許文献２の技術を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態のブロック図である。図１に示す本発明の第１の実施の形態によるレーダ装置は、パルス諸元制御器１０１と、送信器１０２と、送受切替器１０３と、空中線１０４と、受信器１０５と、パルス圧縮器１０６と、積分処理器１０７と、目標検出器１０８と、測距処理器１０９と、メモリ１１０と、ドップラ相関器１１１と、差分算出器１１２と、ドップラ算出器１１３と、ドップラ判定器１１４と、距離補正器１１５とを備えている。
【００３４】
パルス諸元制御器１０１は、送信パルスの諸元のうち、位相分散帯域幅または送信パルス幅を制御するものである。送信器１０２は、パルス諸元制御器１０１からの制御信号により、位相分散帯域幅または送信パルス幅を設定した送信パルスを発生して電力増幅した後、送受切替器１０３を経由して空中線１０４へ出力するものである。
【００３５】
送受切替器１０３は、送信と受信のタイミングで送信信号と受信信号の切替えを行うものである。空中線１０４は、送信時には空間へ電波を発射し、受信時には空間から供給される電波を受信するものである。受信器１０５は、空中線１０４から送受切替器１０３を経由して入力される受信信号に、周波数変換およびＡ／Ｄ変換を行うものである。
【００３６】
パルス圧縮器１０６は、パルス諸元制御器１０１から入力される参照信号を用いて、受信出力に対してパルス圧縮処理を行うものである。積分処理器１０７は、同じ諸元で送信した複数の送信パルスに対応した複数の受信信号を１組の受信信号として、コヒーレント積分処理するものである。
【００３７】
目標検出器１０８は、積分処理器１０７から出力される積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出するものである。測距処理器１０９は、送信パルスを発生した時刻と目標信号の検出時刻との時刻差から距離を求めるものである。
【００３８】
メモリ１１０は、２種類の諸元の送信パルスに対応したそれぞれの目標信号の積分処理時のドップラフィルタ番号を記憶するものである。ドップラ相関器１１１は、２種類の諸元の送信パルスに対応したそれぞれの目標信号のうち、ドップラフィルタ番号が所定の差以下である目標信号のペアのデータを抽出するものである。
【００３９】
差分算出器１１２は、抽出されたペアの目標信号のデータの距離の差を算定するものである。ドップラ算出器１１３は、距離の差から後述する式（５）または式（９）により、目標のドップラ周波数を算出するものである。
【００４０】
ドップラ判定器１１４は、算出されたドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうか判定して、相関しているデータのみ抽出するものである。距離補正器１１５は、相関のとれた目標のドップラ周波数と送信パルスの諸元から、パルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力するものである。
【００４１】
パルス諸元制御器１０１は、送信パルスの諸元として、位相分散帯域幅または送信パルス幅を以下のように制御する。先ず、送信パルスの位相分散帯域幅を制御する場合について、図２を用いて説明する。図２は、位相分散帯域幅を変化させた場合における本発明の実施の形態の動作を説明する模式図である。
【００４２】
パルス諸元制御器１０１は、送信パルス幅を一定とした上で、位相分散帯域幅をΔｆ1 とΔｆ2 の２種類として、１方向に対してそれぞれＮ回（Ｎは２以上の整数）のパルス送信を行い、合計で２Ｎ回のパルス送信を行うように制御する。
【００４３】
同じパルス諸元のＮ回分の受信信号をパルス圧縮してコヒーレント積分すると、目標信号はそれぞれ距離Ｒ1 とＲ2 として検出される。ここで、Ｒ1 及びＲ2 は、真の距離Ｒに対してそれぞれ距離オフセットが異なる値となっており、下記の式（１），（２）の関係がある。なお、ｆｄについては、上記の式（Ａ）参照、ΔＲ1 ，ΔＲ2 については、式（Ｂ）参照。
Ｒ1 ＝Ｒ＋ΔＲ1 ＝Ｒ＋（ｃ／２）×τ×ｆｄ／Δｆ1 ……（１）
Ｒ2 ＝Ｒ＋ΔＲ2 ＝Ｒ＋（ｃ／２）×τ×ｆｄ／Δｆ2 ……（２）
【００４４】
差分検出器１１２において、下記の式（３）により距離の差ΔＲ21を算出し、ドップラ算出器１１３において、下記の式（４）によりドップラ周波数ｆｄを算出する。
ΔＲ21＝Ｒ2 −Ｒ1 ＝ΔＲ2 −ΔＲ1 ……（３）
ｆｄ＝２ΔＲ21／（ｃτ（１／Δｆ2 −１／Δｆ1 ））……（４）
【００４５】
（４）式で求めたｆｄにより、距離補正器１１５において、下記の式（５）により距離の補正計算を行い、真の距離Ｒを算出する。
Ｒ＝Ｒ1 −（ｃ／２）×τ×ｆｄ／Δｆ1 ……（５）
【００４６】
次に、送信パルス幅を制御する場合について、図３を用いて説明する。図３は、送信パルスのパルス幅を変化させた場合における本発明の実施の形態の動作を説明する模式図である。パルス諸元制御器１０１は、位相分散帯域幅を一定とした上で、送信パルス幅をτ1 とτ2 との２種類として、１方向に対してそれぞれＮ回のパルス送信を行い、合計で２Ｎ回のパルス送信を行うように制御する。
【００４７】
同じパルス諸元のＮ回分の受信信号をパルス圧縮して、コヒーレント積分すると、目標信号はそれぞれ距離Ｒ1 とＲ2 として検出される。ここで、Ｒ1 とＲ2 とは、真の距離Ｒに対してそれぞれ距離オフセットが異なる値となっており、下記の式（６），（７）の関係がある。
Ｒ1 ＝Ｒ＋ΔＲ1 ＝Ｒ＋（ｃ／２）×τ1 ×ｆｄ／Δｆ……（６）
Ｒ2 ＝Ｒ＋ΔＲ2 ＝Ｒ＋（ｃ／２）×τ2 ×ｆｄ／Δｆ……（７）
【００４８】
差分検出器１１２において、式（３）により距離の差ΔＲ21を算出し、ドップラ算出器１１３において、下記の式（８）よりドップラ周波数ｆｄを算出する。 ｆｄ＝２ΔＲ21Δｆ／（ｃ（τ2 −τ1 ）） ……（８）
【００４９】
この（８）式で求めたｆｄを用いて、距離補正器１１５において、下記の式（９）により、距離の補正計算を行い真の距離Ｒを算出する。
Ｒ＝Ｒ1 −（ｃ／２）×τ1 ×ｆｄ／Δｆ ……（９）
【００５０】
ここで、１方向に複数の目標が存在していたり、雑音による誤目標が発生している場合には、２種類の諸元の送信パルスに対応した複数の目標信号のなかから、同じ目標の信号のペアを選択する必要がある。このために、積分処理器１０７において、コヒーレント積分処理を実施したときに得られるドップラフィルタ番号を、目標信号のドップラ周波数情報としてメモリ１１０に記憶しておき、ドップラ相関器１１１において、ドップラフィルタ番号が所定の差以下である目標信号のペアのデータを抽出する。
【００５１】
これにより、誤ったペアを低減することができ、更にドップラ判定器１１４で算出されたドップラ周波数とドップラフィルタ番号とが合致しているデータのみ検出することにより、正しいペアによる距離値を得ることが可能となるのである。
【００５２】
上述した本発明の実施の形態における動作をフローチャートとして示したものが図４である。このフローチャートを参照すると、先ず、パルス諸元制御器１０１は、送信パルスの諸元の位相分散帯域幅または送信パルス幅の一方を制御する。そして、送信器１０２は、このパルス諸元制御器１０１からの制御信号により、位相分散帯域幅または送信パルス幅を設定した送信パルスを発生して、電力増幅した後送受切替器１０３を経由して空中線１０４へ出力する（ステップＳ１）。
【００５３】
送受切替器１０３は、送信と受信のタイミングで送信信号と受信信号の切替えを行う。空中線１０４は、送信時に空間へ電波を発射し受信時に空間から入力される電波を受信する（ステップＳ２）。受信器１０５は、空中線１０４から送受切替器１０３を経由して入力された受信信号に対して周波数変換処理およびＡ／Ｄ変換処理を行う。
【００５４】
パルス圧縮器１０６は、パルス諸元制御器１０１から入力される参照信号を用いてパルス圧縮処理を行い、積分処理器１０７は、同じ諸元で送信した複数の送信パルスに対応した複数の受信信号を１組の受信信号として、コヒーレント積分処理する（ステップＳ３）。
【００５５】
目標検出器１０８は、積分処理器１０７から出力される積分処理後の信号から、しきい値判定によって目標信号を検出する（ステップＳ４）。測距処理器１０９は、送信パルスを発生した時刻と目標信号の検出時刻の時刻差から距離を求める（ステップＳ５）。
【００５６】
次に、ドップラ周波数ｆｄの算出となるが（ステップＳ６）、前述した如く、一方向に複数の目標が存在していたり、雑音などにより誤目標が発生している場合に、２種類の諸元の送信パルスに対応した複数の目標信号のなかから、同じ目標のペアを選択する必要があるために、以下の動作を行うことになる。
【００５７】
メモリ１１０は、２種類の諸元の送信パルスに対応したそれぞれの目標信号の積分処理時のドップラフィルタ番号を記憶するようにしておき、ドップラ相関器１１１は、これら２種類の諸元の送信パルスに対応したそれぞれの目標信号のうち、ドップラフィルタ番号が所定の差以下である目標信号のペアのデータを抽出する。そして、差分算出器１１２は、抽出されたペアの目標信号のデータの距離の差を算定し、ドップラ算出器１１３は、距離の差から上記式（５）または（９）により、目標のドップラ周波数ｆｄを算出するのである。
【００５８】
ドップラ判定器１１４は、算出されたドップラ周波数とドップラフィルタ番号とが相関しているかどうかを判定して、相関しているデータのみ抽出する（ステップＳ７）。そして、距離補正器１１５は、これら相関のとれた目標のドップラ周波数と送信パルスの諸元とから、パルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力することになる（ステップＳ８）。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図５を参照して説明する。図５は本発明の第２の実施形態を示すブロック図であり、図１と同等部分には同一符号をもって示している。本実施の形態においては、図１の実施の形態に対して、アダプティブビーム制御器１１６を追加した構成となっている。
【００６０】
このアダプティブビーム制御器１１６は、目標検出器１０８で目標信号が検出された場合にのみ、その方向に位相分散帯域幅または送信パルス幅を変化させた送信パルスを発生させるようにパルス諸元制御器１０１へ制御信号を出力する。
【００６１】
先の第１の実施の形態の場合は、常に２種類の送信パルスで２Ｎ回のパルス送信を行うため、所定の空間範囲に電波発射をして捜索する時間が、本発明の技術を採用しない場合の２倍かかることになるが、この第２の実施の形態では、通常は１種類の送信パルスでＮ回のパルス送信を行い、目標信号が検出されたときにのみ、諸元を変えてＮ回のパルス送信を追加で行うようにしたので、捜索時間を短縮することが可能となる。
【００６２】
更に、本発明の第３の実施の形態について、図６を参照して説明する。図６は本発明の第３の実施形態を示すブロック図であり、図１と同等部分には同一符号をもって示している。本実施の形態では、図１の実施の形態に対して、ノンコーホ積分処理器１１７としきい値判定器１１８とを、ドップラ相関器１１１と差分算出器１１２との間に追加した構成となっている。
【００６３】
ノンコーホ積分処理器１１７は、ドップラ相関器１１１で抽出した目標信号のペアのデータの振幅値加算を行い、しきい値判定器１１８で、加算後の振幅値が所定の値以上のデータを抽出する。
【００６４】
目標検出器１０８において、図１の実施の形態に比べてより低いしきい値で目標信号を検出し、その代わりに、増加した誤目標のデータをしきい値判定器１１８で除去することにより、結果としてより小さい目標信号を検出することが可能となる。
【００６５】
なお、上述した本発明の実施の形態における動作は、予めその動作手順をプログラムとして記録媒体に格納しておき、これをコンピュータに読み取らせて実行させることができることは明白である。
【符号の説明】
【００６６】
１０１ パルス諸元制御器
１０２ 送信器
１０３ 送受切替器
１０４ 空中線
１０５ 受信器
１０６ パルス圧縮器
１０７ 積分処理器
１０８ 目標検出器
１０９ 測距処理器
１１０ 差分検出器
１１１ メモリ
１１２ ドップラ相関器
１１３ ドップラ算出器
１１４ ドップラ判定器
１１５ 距離補正器
１１６ アダプティブビーム制御器
１１７ ノンコーホ積分処理器
１１８ しきい値判定器
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーダ装置及びその距離測定方法に関し、特にリニアチャープパルスを送信しパルス圧縮処理を行うレーダ装置及びその距離測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、一般に、空間に電波を発射して、目標からの反射信号を受信することにより、目標の存在を探知し、その位置、運動状況などを観測するものである。レーダ装置の主要性能は、探知能力、距離精度、方位精度、追尾性能などである。
【０００３】
一般的なレーダ装置においては、アナログのレーダ受信信号がＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器によりディジタル受信信号に変換された後、各種の信号処理が行われる。この信号処理の目的は、Ｓ／Ｎ改善や、地面、海面、雨雲等からの反射信号や干渉波などの目標信号以外の不要信号を抑圧することなどであるが、代表的な処理の一つとしてパルス圧縮処理がある。
【０００４】
このパルス圧縮処理は、送信尖頭電力を低く押さえつつ、探知能力の増大と距離分解能を得るための技術として採用されており、変調を施した広いパルス幅の送信パルスを送信して、受信時に参照信号との相関を取る処理である。送信先頭電力を低くする代わりに、送信時のパルス幅を広くすることによって、探知能力を増大させ、受信時の相関処理において圧縮後のパルス幅を狭くすることで、距離分解能を得ることができる。
【０００５】
かかるパルス圧縮処理においては、送信パルスの変調方式として広く使用されている方式の一つにチャープパルスがある。チャープパルスは送信パルス内で周波数変調（ＦＭ）を施して送信する方式である。受信信号に対してパルス圧縮を行う場合は、参照信号と受信信号の相関処理を行うことにより、目標の存在する距離に応じた位置にパルス圧縮波形のピーク振幅値が現れる。このピーク振幅値を検出することにより、目標信号を検出すると同時に目標距離を測定することができる。
【０００６】
また、チャープパルスには、パルス内でリニアに変化するリニアチャープパルスと、リニアに変化しないノンリニアチャープパルスがある。前者のリニアチャープパルスにおいては、視線方向速度が０（ゼロ）の場合には、真の距離にピーク振幅値が現れるのに対して、視線方向速度が０（ゼロ）でない場合には、視線方向速度に応じてパルス圧縮後のピーク振幅位置がオフセットするという特徴がある。これは、受信パルスが目標の視線方向速度に対応するドップラ周波数により変調を受けるためである。
【０００７】
このピーク振幅位置のオフセット距離ΔＲは、送信周波数ｆ（Ｈｚ）、送信パルス幅τ（ｓ）、位相分散帯域幅Δｆ（Ｈｚ）、目標速度ｖ（ｍ／ｓ）、目標のドップラ周波数ｆｄ（Ｈｚ）、光速ｃ（ｍ／ｓ）とすると、以下の計算式で表される。
ｆｄ＝２×ｖ×ｆ／ｃ ……（Ａ）
ΔＲ＝（ｃ/2）×τ×ｆｄ／Δｆ ……（Ｂ）
【０００８】
上式のとおり、距離オフセットの大きさは、目標速度と送信パルス幅に比例し位相分散帯域幅に反比例している。
【０００９】
近年のレーダ装置においては、従来の主な探知対象である航空機の高速化に対処するほか、より高速なミサイルの探知や、より遠距離の目標を探知するため送信パルス幅を増大させることが要求されている。そのために、パルス圧縮方式のレーダにおいて、高速目標探知時のパルス圧縮による距離オフセットが大きくなる傾向がある。
【００１０】
例えば、送信周波数１０ＧＨｚ、送信パルス幅１０００μｓ、位相分散帯域幅１ＭＨｚ、目標速度１ｋｍ／ｓの場合、距離オフセットは１０ｋｍとなる。このように、距離オフセットは距離誤差の大きな要因となる。
【００１１】
これに対して、距離オフセットを補正して距離精度を改善する技術として、特許文献１で示された技術を用いる方法がある。図７はこの特許文献１に開示の技術を示すブロック図である。
【００１２】
図７を参照すると、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）回路２０１と、乗算器２０２と、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴ）回路２０３と、信号検出器２０４と、測距器２０５と、ノンリニアＦＭ参照信号発生器２０６と、最大値検出器２０７と、セレクタ回路２０８と、接近速度算出器２０９とから構成されている。なお、乗算器２０２と、ＩＦＦＴ回路２０３と、信号検出器２０４と、測距器２０５とは、複数のチャンネルに夫々設けられている。
【００１３】
ＦＦＴ回路２０１は、レーダ受信信号をディジタル化したディジタル受信信号を入力としてこれを周波数領域に変換し、複数のチャンネルに分けて出力する。乗算器２０２は、周波数領域に変換された受信信号をノンリニアＦＭ参照信号発生器２０６からの参照信号と乗算する。ＩＦＦＴ回路２０３は、乗算後の信号を時間領域の信号に変換する。
【００１４】
信号検出器２０４は、しきい値判定などにより目標信号を検出する。測距器２０５は、送信パルスの送信時刻と検出された目標信号の検出時刻との差から距離を測定する。ノンリニアＦＭ参照信号発生器２０６は、一定間隔毎のドップラ周波数で変調された複数のノンリニアチャープ変調の参照信号を発生する。
【００１５】
最大値検出器２０７は、各チャンネルの信号検出器２０４からの信号の内の最大振幅の信号を検出して、そのチャンネル番号をセレクタ回路２０８および接近速度算出器２０９に出力する。セレクタ回路２０８は、選択されたチャンネルの信号を出力する。接近速度算出器２０９は、選択されたチャンネルのドップラ周波数から目標速度を算出する。
【００１６】
この特許文献１に開示された技術は、送信パルスの変調方式の一つであるノンリニアチャープパルスの特性を利用する技術である。ノンリニアチャープ変調の送信パルスは、リニアチャープ変調の送信パルスに比べて、ドップラ周波数変調に対する感度が高く、参照信号と受信パルスとにおいてドップラ周波数が異なると、パルス圧縮利得が低下し、圧縮後の振幅値が小さくなる。
【００１７】
逆に、リニアチャープパルスは、距離のオフセットは大きいが、ノンリニアチャープパルスに比べて、パルス圧縮利得の低下は小さい。このため、想定する目標速度に対応したドップラ周波数で変調を施した参照信号を複数発生させて、パルス圧縮を複数のチャンネルで並列処理して、振幅値が最大となるチャンネルの出力を選択することにより、目標の速度を推定することができるようになっている。かかる技術を用いて目標速度を算出することで、ドップラ周波数による距離オフセットを算出して補正することにより距離精度を改善することが可能である。
【００１８】
また、距離精度を改善する第２の技術として、特許文献２に開示の技術がある。図８は特許文献２の技術を示すブロック図であり、チャープ信号発生器３０１と、送信器３０２と、送受信切替器３０３と、空中線３０４と、受信器３０５と、パルス圧縮器３０６と、測距処理器３０７と、相対距離・相対速度算出器３０８と、位相補償器３０９と、第２パルス圧縮器３１０と、積分処理器３１１と、速度算出器３１２とを有している。
【００１９】
この技術では、アップチャープ信号とダウンチャープ信号を併用することにより、それぞれの受信信号から測定される距離を用いて、いったん受信信号の位相補償量を位相補償器３０９で求めた後、再度、第２パルス圧縮器３１０でパルス圧縮を行うことにより、積分処理器３１１及び速度算出器３１２とを用いて正確な相対速度を求める技術である。
【００２０】
この技術の目的は、速度を正確に測定して探知性能を改善することであるが、正確な速度を求めることができるために、結果として、距離オフセットを補正して距離精度を改善することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平５−１０７３４９号公報
【特許文献２】特開２００８−０２０４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述した特許文献１の技術における第１の問題点は、対象とする目標の速度が高速であればあるほど、パルス圧縮を行うチャンネル数を増やす必要があり、処理負荷の増大に対応するため処理装置のハードウエア規模が増大することである。その理由は、速度０（ゼロ）から想定する最大目標速度の範囲で一定間隔のドップラ周波数毎に、パルス圧縮を行うチャンネル数が必要となるからである。
【００２３】
第２の問題点は、距離精度において量子化誤差が発生することである。その理由は、目標速度の測定値が各チャンネルの参照信号のドップラ周波数に相当する速度の離散値として得られるために、距離の測定値も目標速度の離散値に対応した離散値になるからである。
【００２４】
また、特許文献２の技術における問題点は、パルス圧縮をいったん行い、位相補償量を求めた後、再度パルス圧縮を行うようになっているので、処理が複雑となり、処理負荷の増大に対応するため処理装置のハードウエア規模が増大することである。
【００２５】
本発明の目的は、上述した問題点を解決するものであり、処理装置のハードウエア規模を大幅に増大させることなく、高速目標におけるパルス圧縮による距離オフセットを補正し、距離精度を向上させることが可能なレーダ装置及びその距離測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明によるレーダ装置は、
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する送信手段と、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する積分手段と、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する検出手段と、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める測距手段と、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する第一の抽出手段と、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する差分算出手段と、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する第二の抽出手段と、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する距離補正手段と、
を含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明によるレーダ装置における距離測定方法は、
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する送信ステップと、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する積分ステップと、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する検出ステップと、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める測距ステップと、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する第一の抽出ステップと、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する差分算出ステップと、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する第二の抽出ステップと、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する距離補正ステップと、
を含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明によるプログラムは、
レーダ装置における距離測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する処理と、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する処理と、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する処理と、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める処理と、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する処理と、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する処理と、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する処理と、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する処理と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、リニアチャープパルス圧縮を行う処理装置のハードウエア規模を大幅に増大させることなく、高速目標に対してパルス圧縮で発生する距離オフセットを補正して距離精度を向上させるという効果がある。
【００３０】
その理由は、パルス圧縮処理を複数チャンネルで並列に実施したり、２回実施したりする代わりに、送信パルスの位相分散帯域幅か送信パルス幅のいずれかを異なる２種類で送信して、その結果得られるパルス圧縮処理時の２種類の距離からドップラ周波数を求めて距離オフセットを補正するようにしたためである。
【００３１】
また、コヒーレント積分処理により得られるドップラ周波数情報を用いて、相関処理を行うことにより、目標信号のペアのデータを抽出するときに雑音等による誤目標や他目標と誤って相関しないようにしたためである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態のブロック図である。
【図２】送信パルスの位相分散帯域幅を変化させたときの本発明の動作を説明する模式図である。
【図３】送信パルスのパルス幅を変化させたときの本発明の動作を説明する模式図である。
【図４】本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の更に他の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図７】特許文献１の技術を説明するためのブロック図である。
【図８】特許文献２の技術を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態のブロック図である。図１に示す本発明の第１の実施の形態によるレーダ装置は、パルス諸元制御器１０１と、送信器１０２と、送受切替器１０３と、空中線１０４と、受信器１０５と、パルス圧縮器１０６と、積分処理器１０７と、目標検出器１０８と、測距処理器１０９と、メモリ１１０と、ドップラ相関器１１１と、差分算出器１１２と、ドップラ算出器１１３と、ドップラ判定器１１４と、距離補正器１１５とを備えている。
【００３４】
パルス諸元制御器１０１は、送信パルスの諸元のうち、位相分散帯域幅または送信パルス幅を制御するものである。送信器１０２は、パルス諸元制御器１０１からの制御信号により、位相分散帯域幅または送信パルス幅を設定した送信パルスを発生して電力増幅した後、送受切替器１０３を経由して空中線１０４へ出力するものである。
【００３５】
送受切替器１０３は、送信と受信のタイミングで送信信号と受信信号の切替えを行うものである。空中線１０４は、送信時には空間へ電波を発射し、受信時には空間から供給される電波を受信するものである。受信器１０５は、空中線１０４から送受切替器１０３を経由して入力される受信信号に、周波数変換およびＡ／Ｄ変換を行うものである。
【００３６】
パルス圧縮器１０６は、パルス諸元制御器１０１から入力される参照信号を用いて、受信出力に対してパルス圧縮処理を行うものである。積分処理器１０７は、同じ諸元で送信した複数の送信パルスに対応した複数の受信信号を１組の受信信号として、コヒーレント積分処理するものである。
【００３７】
目標検出器１０８は、積分処理器１０７から出力される積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出するものである。測距処理器１０９は、送信パルスを発生した時刻と目標信号の検出時刻との時刻差から距離を求めるものである。
【００３８】
メモリ１１０は、２種類の諸元の送信パルスに対応したそれぞれの目標信号の積分処理時のドップラフィルタ番号を記憶するものである。ドップラ相関器１１１は、２種類の諸元の送信パルスに対応したそれぞれの目標信号のうち、ドップラフィルタ番号が所定の差以下である目標信号のペアのデータを抽出するものである。
【００３９】
差分算出器１１２は、抽出されたペアの目標信号のデータの距離の差を算定するものである。ドップラ算出器１１３は、距離の差から後述する式（５）または式（９）により、目標のドップラ周波数を算出するものである。
【００４０】
ドップラ判定器１１４は、算出されたドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうか判定して、相関しているデータのみ抽出するものである。距離補正器１１５は、相関のとれた目標のドップラ周波数と送信パルスの諸元から、パルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力するものである。
【００４１】
パルス諸元制御器１０１は、送信パルスの諸元として、位相分散帯域幅または送信パルス幅を以下のように制御する。先ず、送信パルスの位相分散帯域幅を制御する場合について、図２を用いて説明する。図２は、位相分散帯域幅を変化させた場合における本発明の実施の形態の動作を説明する模式図である。
【００４２】
パルス諸元制御器１０１は、送信パルス幅を一定とした上で、位相分散帯域幅をΔｆ1 とΔｆ2 の２種類として、１方向に対してそれぞれＮ回（Ｎは２以上の整数）のパルス送信を行い、合計で２Ｎ回のパルス送信を行うように制御する。
【００４３】
同じパルス諸元のＮ回分の受信信号をパルス圧縮してコヒーレント積分すると、目標信号はそれぞれ距離Ｒ1 とＲ2 として検出される。ここで、Ｒ1 及びＲ2 は、真の距離Ｒに対してそれぞれ距離オフセットが異なる値となっており、下記の式（１），（２）の関係がある。なお、ｆｄについては、上記の式（Ａ）参照、ΔＲ1 ，ΔＲ2 については、式（Ｂ）参照。
Ｒ1 ＝Ｒ＋ΔＲ1 ＝Ｒ＋（ｃ／２）×τ×ｆｄ／Δｆ1 ……（１）
Ｒ2 ＝Ｒ＋ΔＲ2 ＝Ｒ＋（ｃ／２）×τ×ｆｄ／Δｆ2 ……（２）
【００４４】
差分検出器１１２において、下記の式（３）により距離の差ΔＲ21を算出し、ドップラ算出器１１３において、下記の式（４）によりドップラ周波数ｆｄを算出する。
ΔＲ21＝Ｒ2 −Ｒ1 ＝ΔＲ2 −ΔＲ1 ……（３）
ｆｄ＝２ΔＲ21／（ｃτ（１／Δｆ2 −１／Δｆ1 ））……（４）
【００４５】
（４）式で求めたｆｄにより、距離補正器１１５において、下記の式（５）により距離の補正計算を行い、真の距離Ｒを算出する。
Ｒ＝Ｒ1 −（ｃ／２）×τ×ｆｄ／Δｆ1 ……（５）
【００４６】
次に、送信パルス幅を制御する場合について、図３を用いて説明する。図３は、送信パルスのパルス幅を変化させた場合における本発明の実施の形態の動作を説明する模式図である。パルス諸元制御器１０１は、位相分散帯域幅を一定とした上で、送信パルス幅をτ1 とτ2 との２種類として、１方向に対してそれぞれＮ回のパルス送信を行い、合計で２Ｎ回のパルス送信を行うように制御する。
【００４７】
同じパルス諸元のＮ回分の受信信号をパルス圧縮して、コヒーレント積分すると、目標信号はそれぞれ距離Ｒ1 とＲ2 として検出される。ここで、Ｒ1 とＲ2 とは、真の距離Ｒに対してそれぞれ距離オフセットが異なる値となっており、下記の式（６），（７）の関係がある。
Ｒ1 ＝Ｒ＋ΔＲ1 ＝Ｒ＋（ｃ／２）×τ1 ×ｆｄ／Δｆ……（６）
Ｒ2 ＝Ｒ＋ΔＲ2 ＝Ｒ＋（ｃ／２）×τ2 ×ｆｄ／Δｆ……（７）
【００４８】
差分検出器１１２において、式（３）により距離の差ΔＲ21を算出し、ドップラ算出器１１３において、下記の式（８）よりドップラ周波数ｆｄを算出する。 ｆｄ＝２ΔＲ21Δｆ／（ｃ（τ2 −τ1 ）） ……（８）
【００４９】
この（８）式で求めたｆｄを用いて、距離補正器１１５において、下記の式（９）により、距離の補正計算を行い真の距離Ｒを算出する。
Ｒ＝Ｒ1 −（ｃ／２）×τ1 ×ｆｄ／Δｆ ……（９）
【００５０】
ここで、１方向に複数の目標が存在していたり、雑音による誤目標が発生している場合には、２種類の諸元の送信パルスに対応した複数の目標信号のなかから、同じ目標の信号のペアを選択する必要がある。このために、積分処理器１０７において、コヒーレント積分処理を実施したときに得られるドップラフィルタ番号を、目標信号のドップラ周波数情報としてメモリ１１０に記憶しておき、ドップラ相関器１１１において、ドップラフィルタ番号が所定の差以下である目標信号のペアのデータを抽出する。
【００５１】
これにより、誤ったペアを低減することができ、更にドップラ判定器１１４で算出されたドップラ周波数とドップラフィルタ番号とが合致しているデータのみ検出することにより、正しいペアによる距離値を得ることが可能となるのである。
【００５２】
上述した本発明の実施の形態における動作をフローチャートとして示したものが図４である。このフローチャートを参照すると、先ず、パルス諸元制御器１０１は、送信パルスの諸元の位相分散帯域幅または送信パルス幅の一方を制御する。そして、送信器１０２は、このパルス諸元制御器１０１からの制御信号により、位相分散帯域幅または送信パルス幅を設定した送信パルスを発生して、電力増幅した後送受切替器１０３を経由して空中線１０４へ出力する（ステップＳ１）。
【００５３】
送受切替器１０３は、送信と受信のタイミングで送信信号と受信信号の切替えを行う。空中線１０４は、送信時に空間へ電波を発射し受信時に空間から入力される電波を受信する（ステップＳ２）。受信器１０５は、空中線１０４から送受切替器１０３を経由して入力された受信信号に対して周波数変換処理およびＡ／Ｄ変換処理を行う。
【００５４】
パルス圧縮器１０６は、パルス諸元制御器１０１から入力される参照信号を用いてパルス圧縮処理を行い、積分処理器１０７は、同じ諸元で送信した複数の送信パルスに対応した複数の受信信号を１組の受信信号として、コヒーレント積分処理する（ステップＳ３）。
【００５５】
目標検出器１０８は、積分処理器１０７から出力される積分処理後の信号から、しきい値判定によって目標信号を検出する（ステップＳ４）。測距処理器１０９は、送信パルスを発生した時刻と目標信号の検出時刻の時刻差から距離を求める（ステップＳ５）。
【００５６】
次に、ドップラ周波数ｆｄの算出となるが（ステップＳ６）、前述した如く、一方向に複数の目標が存在していたり、雑音などにより誤目標が発生している場合に、２種類の諸元の送信パルスに対応した複数の目標信号のなかから、同じ目標のペアを選択する必要があるために、以下の動作を行うことになる。
【００５７】
メモリ１１０は、２種類の諸元の送信パルスに対応したそれぞれの目標信号の積分処理時のドップラフィルタ番号を記憶するようにしておき、ドップラ相関器１１１は、これら２種類の諸元の送信パルスに対応したそれぞれの目標信号のうち、ドップラフィルタ番号が所定の差以下である目標信号のペアのデータを抽出する。そして、差分算出器１１２は、抽出されたペアの目標信号のデータの距離の差を算定し、ドップラ算出器１１３は、距離の差から上記式（５）または（９）により、目標のドップラ周波数ｆｄを算出するのである。
【００５８】
ドップラ判定器１１４は、算出されたドップラ周波数とドップラフィルタ番号とが相関しているかどうかを判定して、相関しているデータのみ抽出する（ステップＳ７）。そして、距離補正器１１５は、これら相関のとれた目標のドップラ周波数と送信パルスの諸元とから、パルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力することになる（ステップＳ８）。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図５を参照して説明する。図５は本発明の第２の実施形態を示すブロック図であり、図１と同等部分には同一符号をもって示している。本実施の形態においては、図１の実施の形態に対して、アダプティブビーム制御器１１６を追加した構成となっている。
【００６０】
このアダプティブビーム制御器１１６は、目標検出器１０８で目標信号が検出された場合にのみ、その方向に位相分散帯域幅または送信パルス幅を変化させた送信パルスを発生させるようにパルス諸元制御器１０１へ制御信号を出力する。
【００６１】
先の第１の実施の形態の場合は、常に２種類の送信パルスで２Ｎ回のパルス送信を行うため、所定の空間範囲に電波発射をして捜索する時間が、本発明の技術を採用しない場合の２倍かかることになるが、この第２の実施の形態では、通常は１種類の送信パルスでＮ回のパルス送信を行い、目標信号が検出されたときにのみ、諸元を変えてＮ回のパルス送信を追加で行うようにしたので、捜索時間を短縮することが可能となる。
【００６２】
更に、本発明の第３の実施の形態について、図６を参照して説明する。図６は本発明の第３の実施形態を示すブロック図であり、図１と同等部分には同一符号をもって示している。本実施の形態では、図１の実施の形態に対して、ノンコーホ積分処理器１１７としきい値判定器１１８とを、ドップラ相関器１１１と差分算出器１１２との間に追加した構成となっている。
【００６３】
ノンコーホ積分処理器１１７は、ドップラ相関器１１１で抽出した目標信号のペアのデータの振幅値加算を行い、しきい値判定器１１８で、加算後の振幅値が所定の値以上のデータを抽出する。
【００６４】
目標検出器１０８において、図１の実施の形態に比べてより低いしきい値で目標信号を検出し、その代わりに、増加した誤目標のデータをしきい値判定器１１８で除去することにより、結果としてより小さい目標信号を検出することが可能となる。
【００６５】
なお、上述した本発明の実施の形態における動作は、予めその動作手順をプログラムとして記録媒体に格納しておき、これをコンピュータに読み取らせて実行させることができることは明白である。
【符号の説明】
【００６６】
１０１ パルス諸元制御器
１０２ 送信器
１０３ 送受切替器
１０４ 空中線
１０５ 受信器
１０６ パルス圧縮器
１０７ 積分処理器
１０８ 目標検出器
１０９ 測距処理器
１１０ 差分検出器
１１１ メモリ
１１２ ドップラ相関器
１１３ ドップラ算出器
１１４ ドップラ判定器
１１５ 距離補正器
１１６ アダプティブビーム制御器
１１７ ノンコーホ積分処理器
１１８ しきい値判定器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する送信手段と、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する積分手段と、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する検出手段と、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める測距手段と、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する第一の抽出手段と、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する差分算出手段と、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する第二の抽出手段と、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する距離補正手段と、
を含むことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記送信手段により前記送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方を前記ある値に設設定してＮ回送信し、前記検出手段により前記目標信号が検出された時のみ、前記一方を前記他の値に設定してＮ回送信するよう前記送信手段を制御する手段を、更に含むことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記第一の抽出手段により抽出された前記目標信号のペアのデータの振幅値加算を行いこの加算値のしきい値判定を行って、前記加算値がしきい値以上のデータを抽出して前記差分算出手段へ供給する手段を、更に含むことを特徴とする請求項１または２記載のレーダ装置。
【請求項４】
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する送信ステップと、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する積分ステップと、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する検出ステップと、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める測距ステップと、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する第一の抽出ステップと、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する差分算出ステップと、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する第二の抽出ステップと、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する距離補正ステップと、
を含むことを特徴とするレーダ装置における距離測定方法。
【請求項５】
前記送信ステップにより前記送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方を前記ある値に設定してＮ回送信し、前記検出手段により前記目標信号が検出された時のみ、前記一方を前記他の値に設定してＮ回送信するよう前記送信手段を制御するステップを、更に含むことを特徴とする請求項４記載の距離測定方法。
【請求項６】
前記第一の抽出ステップにより抽出された前記目標信号のペアのデータの振幅値加算を行いこの加算値のしきい値判定を行って、前記加算値がしきい値以上のデータを抽出して前記差分算出ステップへ供給するステップを、更に含むことを特徴とする請求項４または５記載の距離測定方法。
【請求項７】
レーダ装置における距離測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する処理と、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する処理と、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する処理と、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める処理と、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する処理と、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する処理と、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する処理と、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する処理と、
を含むことを特徴とするコンピュータ読取り可能なプログラム。
【請求項１】
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する送信手段と、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する積分手段と、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する検出手段と、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める測距手段と、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する第一の抽出手段と、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する差分算出手段と、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する第二の抽出手段と、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する距離補正手段と、
を含むことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記送信手段により前記送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方を前記ある値に設設定してＮ回送信し、前記検出手段により前記目標信号が検出された時のみ、前記一方を前記他の値に設定してＮ回送信するよう前記送信手段を制御する手段を、更に含むことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記第一の抽出手段により抽出された前記目標信号のペアのデータの振幅値加算を行いこの加算値のしきい値判定を行って、前記加算値がしきい値以上のデータを抽出して前記差分算出手段へ供給する手段を、更に含むことを特徴とする請求項１または２記載のレーダ装置。
【請求項４】
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する送信ステップと、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する積分ステップと、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する検出ステップと、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める測距ステップと、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する第一の抽出ステップと、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する差分算出ステップと、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する第二の抽出ステップと、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する距離補正ステップと、
を含むことを特徴とするレーダ装置における距離測定方法。
【請求項５】
前記送信ステップにより前記送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方を前記ある値に設定してＮ回送信し、前記検出手段により前記目標信号が検出された時のみ、前記一方を前記他の値に設定してＮ回送信するよう前記送信手段を制御するステップを、更に含むことを特徴とする請求項４記載の距離測定方法。
【請求項６】
前記第一の抽出ステップにより抽出された前記目標信号のペアのデータの振幅値加算を行いこの加算値のしきい値判定を行って、前記加算値がしきい値以上のデータを抽出して前記差分算出ステップへ供給するステップを、更に含むことを特徴とする請求項４または５記載の距離測定方法。
【請求項７】
レーダ装置における距離測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
送信パルスの諸元である位相分散帯域幅およびパルス幅の一方をある値に設定してＮ回（Ｎは２以上の整数）送信し、しかる後に前記一方を他の値に設定してＮ回送信する処理と、
最初のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第一の組とし、また後のＮ回の送信パルスに対応する受信信号を第二の組として、これら第一及び第二の組をそれぞれパルス圧縮処理して積分処理する処理と、
これら積分処理後の信号からしきい値判定により目標信号を検出する処理と、
前記送信パルスを送信した時刻と前記目標信号の検出時刻との差から距離を求める処理と、
前記第一及び第二の組にそれぞれ対応した目標信号のうち前記積分処理時のドップラフィルタ番号が所定の差以下の目標信号のペアのデータを抽出する処理と、
前記ペアの目標信号の距離のデータの差を算出する処理と、
前記距離の差から目標のドップラ周波数とドップラフィルタ番号が相関しているかどうかを判定して相関しているデータのみを抽出する処理と、
相関のとれた目標のドップラ周波数の送信パルスの諸元からパルス圧縮時に発生する距離オフセットを補正した距離値を出力する処理と、
を含むことを特徴とするコンピュータ読取り可能なプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１０２７４９（Ｐ２０１１−１０２７４９Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５７５８５（Ｐ２００９−２５７５８５）
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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