レーダ装置
【課題】 モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局の片方もしくは両方が異なる移動プラットホーム上にある場合でも精度よく目標の位置や速度を推定することができるレーダ装置を提供する。
【解決手段】 モノスタティックレーダ局５０のドップラ周波数Ａ算出手段４により算出されたアンテナ１と目標４０の間におけるドップラ周波数Ａ及び送信周波数を通信手段５及び通信手段９を介してバイスタティック受信局５１にリアルタイムに送り、これとバイスタティック受信局５１において受信し計測した周波数情報とからドップラ周波数Ｂ算出手段１０によりアンテナ６と目標４０との間におけるドップラ周波数Ｂを算出する。
【解決手段】 モノスタティックレーダ局５０のドップラ周波数Ａ算出手段４により算出されたアンテナ１と目標４０の間におけるドップラ周波数Ａ及び送信周波数を通信手段５及び通信手段９を介してバイスタティック受信局５１にリアルタイムに送り、これとバイスタティック受信局５１において受信し計測した周波数情報とからドップラ周波数Ｂ算出手段１０によりアンテナ６と目標４０との間におけるドップラ周波数Ｂを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、信号送信源と信号受信源を異なる位置に配置して目標の位置や速度等を推定するバイスタティックレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイスタティックレーダ装置とは、信号送信源より目標に向けて信号を照射し、目標から反射した信号を、信号送信源と離隔配置した信号受信源で受信することによって目標を検出するレーダ装置である。従来のバイスタティックレーダ装置としては、例えば特許文献１に示されるものがある。
【０００３】
このバイスタティックレーダ装置は、指向性アンテナから電磁波の送受信を行い、送信波と受信波の時間差及びアンテナビームの指向角度から目標の測距及び測角を行うモノスタティックレーダ局と、これに離隔して設置されてモノスタティックレーダ送信波の目標からの反射波を受信するバイスタティック受信局とを備え、バイスタティック受信局の受信波とモノスタティックレーダ局の受信波との到来時間差とバイスタティック受信局で検出した信号到来方向とから目標の位置を計測する。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２９０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のバイスタティックレーダ装置は、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局でそれぞれ受信した目標からの反射信号の到来時間差と信号到来方向とに基づいて目標の位置を算出している。従って、目標の位置を正確に算出するには、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局の相対位置が既知であり、且つ２つの局のアンテナの基準方位方向が高精度に一致している必要がある。
【０００６】
このため、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局のいずれか一方又はその両方が異なる移動プラットホーム上にある場合のように、２つの局の相対位置をリアルタイムに知ることが困難であったり、２つの局の基準の方向の整合精度が悪い場合には、位置計測が困難であったり、計測精度が著しく劣化するという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局の片方もしくは両方が異なる移動プラットホーム上にある場合でも精度よく目標の位置や速度を推定することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るレーダ装置は、目標に向けて送信電波を出力し、この送信電波が目標で反射した反射電波を受信する送受信手段を有するモノスタティックレーダ局と、モノスタティックレーダ局と異なる位置で反射電波を受信する受信手段を有するバイスタティック受信局と、モノスタティックレーダ局の送受信手段による受信電波の周波数を計測する第１の周波数検出手段と、バイスタティック受信局の受信手段による受信電波の周波数を計測する第２の周波数検出手段と、第１の周波数検出手段が計測した受信電波の周波数から目標とモノスタティックレーダ局における受信位置との間における第１のドップラ周波数を計測する第１のドップラ周波数算出手段と、送信電波の周波数、第２の周波数検出手段が計測した受信電波の周波数、及び第１のドップラ周波数算出手段が算出した第１のドップラ周波数を用いて、目標と前記バイスタティック受信局における受信位置との間における第２のドップラ周波数を計測する第２のドップラ周波数算出手段と、第１のドップラ周波数算出手段による第１のドップラ周波数の計測に伴い、計測結果の第１のドップラ周波数及び送信電波の周波数を第２のドップラ周波数算出手段に送信する通信手段と、第２のドップラ周波数を用いて目標の位置及び速度に関する運動諸元を推定する運動諸元推定手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、通信手段により第１のドップラ周波数算出手段による第１のドップラ周波数及び送信電波の周波数が第２のドップラ周波数算出手段に伝えられることから、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局の片方、若しくは両方が異なる移動プラットホーム上にある場合でも、リアルタイムに精度よく目標の位置や速度を推定することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるバイスタティックレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１において、モノスタティックレーダ局５０は、アンテナ１、送受信手段２、周波数検出手段（第１の周波数検出手段）３、ドップラ周波数Ａ算出手段（第１のドップラ周波数算出手段）４及び通信手段５を備える。また、バイスタティック受信局５１は、アンテナ６、受信手段７、周波数検出手段（第２の周波数検出手段）８、通信手段９、ドップラ周波数Ｂ算出手段（第２のドップラ周波数算出手段）１０、到来角度計測手段１５、速度と角度による運動諸元推定手段５２を備える。速度と角度による運動諸元推定手段５２は、速度予測手段１１、速度誤差変換手段１２、速度ゲイン算出手段１３、速度平滑手段１４、角度予測手段１６、角度誤差変換手段１７、角度ゲイン算出手段１８、角度平滑手段１９、遅延回路２０、及び位置速度予測手段２１を備える。
【００１１】
モノスタティックレーダ局５０における送受信手段２は、アンテナ１を介して送信信号を送信波として目標４０に向けて送出し、この送信波の目標４０における反射による反射信号をアンテナ１を介して受信する。周波数検出手段３は、前述のようにして送受信手段２が受信した信号を入力し、この受信信号の周波数を計測する。ドップラ周波数Ａ算出手段４では、周波数検出手段３により計測された信号の周波数と送受信手段２が目標４０に向けて送出した信号の周波数とに基づいてアンテナ１と目標４０の間における相対速度に対応するドップラ周波数Ａ（第１のドップラ周波数）を算出する。通信手段５は、ドップラ周波数Ａ算出手段４が算出したドップラ周波数Ａと前記送信信号の周波数とを入力して無線通信でバイスタティック受信局５１の通信手段９に送信する。
【００１２】
バイスタティック受信局５１における受信手段７は、目標４０からの前記送信波による反射信号をアンテナ６を介して受信する。周波数検出手段８は、前述のようにして受信手段７が受信した信号を入力しその周波数を計測する。通信手段９は、通信手段５から送信されたドップラ周波数Ａの情報と前記送信信号の周波数とを受信する。ドップラ周波数Ｂ算出手段１０は、周波数検出手段８が計測した前記受信信号の周波数と、通信手段９が受信したドップラ周波数Ａ及び前記送信信号の周波数とを入力し、これらを用いて目標４０とアンテナ６の間における相対速度に対応するドップラ周波数Ｂ（第２のドップラ周波数）を算出する。
【００１３】
速度と角度による運動諸元推定手段５２内の速度予測手段１１は、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における目標４０の位置と速度の予測ベクトルに基づいて、目標４０とアンテナ６の間におけるドップラ速度の予測値を算出する。速度誤差変換手段１２は、位置速度予測手段２１から入力した直交座標における位置と速度の予測ベクトルに基づいて、直交座標における誤差共分散行列をドップラ速度の誤差分散に変換する誤差変換行列を算出する。
【００１４】
速度ゲイン算出手段１３は、速度誤差変換手段１２が算出した誤差変換行列と、位置速度予測手段２１が算出した直交座標における予測誤差共分散行列とを入力し、これらを用いてドップラ速度で直交座標における目標４０の位置と速度の平滑ベクトルを更新するためのゲイン行列を算出する。速度平滑手段１４は、ドップラ周波数Ｂ算出手段１０が算出したドップラ周波数Ｂと、速度予測手段１１が算出したドップラ速度の予測値と、速度誤差変換手段１２が算出した誤差変換行列と、速度ゲイン算出手段１３が算出したゲイン行列とを入力し、これらを用いて直交座標における目標４０の位置と速度の平滑ベクトルを更新する。
【００１５】
角度予測手段１６は、位置位置速度予測手段２１が算出した直交座標における目標４０の位置と速度の予測ベクトルを入力し、これを用いて目標４０からの反射信号の到来角度の予測値を算出する。角度誤差変換手段１７は、位置速度予測手段２１が算出した直交座標における位置と速度の予測ベクトルを入力し、これを用いて直交座標における誤差共分散行列を角度の誤差分散に変換する誤差変換行列を算出する。角度ゲイン算出手段１８は、角度誤差変換手段１７が算出した誤差変換行列と、位置速度予測手段２１が算出した直交座標における予測誤差共分散行列とを入力し、これらを用いて角度で直交座標における目標４０の位置と速度の平滑ベクトルを更新するためのゲイン行列を算出する。
【００１６】
角度平滑手段１９は、ドップラ周波数Ｂ算出手段１０が算出したドップラ周波数Ｂと、角度予測手段１６が算出した角度の予測値と、角度誤差変換手段１７が算出した誤差変換行列と、角度ゲイン算出手段１８が算出したゲイン行列と、位置速度予測手段２１が算出した直交座標における目標４０の位置と速度の予測ベクトル及び予測誤差共分散行列とを入力し、これらを用いて平滑ベクトル及び平滑誤差共分散行列を更新する。
【００１７】
遅延回路２０は、速度平滑手段１４又は角度平滑手段１９が出力される直交座標における目標４０の位置と速度の平滑ベクトル及び平滑誤差共分散行列を入力し、これらを用いて１サンプリングだけ時刻を遅延させる。位置速度予測手段２１は、遅延回路２０の出力する平滑ベクトル及び平滑誤差共分散行列に基づいて、次サンプル時刻における目標４０の位置、速度の予測ベクトル及び予測誤差共分散行列を算出する。
【００１８】
次にバイスタティック受信局５１に入力される目標情報から目標４０の運動を推定するための各種定義事項について説明する。
図２は、バイスタティック受信局５１のアンテナ６を原点とする直交座標０−ＸＹＺにおける目標４０の位置と速度を示す図であり、目標４０の３次元運動を推定する場合を仮定する。また、説明の簡単のため、目標４０の運動モデルに下記式（１）に示す等速直線運動モデルを採用した場合を仮定する。
【数１】
【００１９】
上記式（１）におけるｘkアンダーバー（電子出願の関係上、読みで表記する）は、サンプリング時刻ｔkにおける目標４０の運動諸元の真値を表す状態ベクトルである。基準座標における目標４０の位置ベクトルを下記式（２）のように表し、速度ベクトルを下記式（３）のように表すと、目標４０の状態ベクトルは下記式（４）で表される。ここで、サンプリング時刻ｔk（ｋ＝１，２，・・・，ｎ）は、アンテナ６において信号を受信するタイミングを表す離散時刻である。以降では、この離散時刻を時刻ｔkと呼ぶ。
【数２】
【００２０】
Φk-1は時刻ｔk-1より時刻ｔkへの状態ベクトルの推移行列であり、下記式（５）で表される。また、ｗkアンダーバー（電子出願の関係上、読みで表記する）は、時刻ｔkにおける駆動雑音ベクトルであり、Γ1（ｋ）は時刻ｔkにおける駆動雑音ベクトルの変換行列である。例えば、目標４０の運動モデルを等速直線運動と仮定したことによる打ち切り誤差項をΓ1（ｋ−１）ｗk-1アンダーバー（電子出願の関係上、読みで表記する）とみれば、ｗkアンダーバーは加速度ベクトル相当であり、Γ1（ｋ−１）は下記式（６）で表される。なお、Ｔはサンプリング間隔、Ｉは３行３列の単位行列である。
【数３】
【００２１】
また、平均を表す記号をＥとすると、ｗkアンダーバーは、平均０アンダーバー（電子出願の関係上、読みで表記する）の３次元正規分布白色雑音であり、下記式（７）及び下記式（８）とする。但し、０アンダーバーは零ベクトルであり、Ｑkは時刻ｔkにおける駆動雑音共分散行列である。
【数４】
【００２２】
次に目標４０とアンテナ６の間における相対速度に対するドップラ周波数Ｂがドップラ周波数Ｂ算出手段１０で算出された場合の観測モデルについて説明する。
時刻ｔkにおけるアンテナ１と目標４０の間における相対速度によるドップラ周波数ＢをｆdB（ｋ）、目標４０からの反射信号の周波数をｆC（ｋ）、光速をｃとすると、ドップラ速度の観測値ｒ（ｋ）ドット（電子出願の関係上、読みで表記する）は、下記式（９）で表される。また、ドップラ速度の観測モデルを下記式（１０）で表す。ここで、Ｒkはドップラ速度の観測値の真値、ｈ（ｘkアンダーバー）（電子出願の関係上、読みで表記する）はドップラ速度の真値であり、下記式（１１）で表される。νkはドップラ速度の観測雑音である。観測雑音は平均０の１次元正規分布白色雑音に従うものと仮定し、下記式（１２）及び下記式（１３）の性質を有するものとする。なお、Ｓkは時刻ｔkにおけるドップラ速度の観測誤差分散である。
【数５】
【００２３】
上記式（１１）を時刻ｔkの基準座標における目標４０の予測ベクトルｘkアンダーバー（−）（電子出願の関係上、読みで表記する）のまわりでテーラー展開することで下記式（１４）を得ることができる。ここで、行列Ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））（電子出願の関係上、読みで表記する）を用いることにより、直交座標における誤差共分散行列をドップラ速度の誤差分散に近似変換することができる。
【数６】
【００２４】
次に到来角度計測手段１５によって目標４０からの反射信号の到来角度が計測された場合の観測モデルについて説明する。
時刻ｔkにおける目標４０の仰角Ｅkと方位角Ａｚkの観測ベクトルθ（ｋ）を下記式（２４）で表し、仰角及び方位角の観測モデルを下記式（２５）で表す。ここで、Θkは仰角及び方位角の観測ベクトルの真値であり、ｇ（ｘkアンダーバー）（電子出願の関係上、読みで表記する）は仰角及び方位角の真値であって下記式（２６）で表される。ωkは仰角及び方位角の観測雑音ベクトルである。観測雑音ベクトルは平均０の２次元正規分布白色雑音に従うものと仮定し、下記式（２７）及び下記式（２８）の性質を有するものとする。なお、Λkは時刻ｔkにおける仰角及び方位角の観測誤差共分散行列である。
【数７】
【００２５】
上記式（２６）を時刻ｔkの直交座標における目標４０の予測ベクトルｘkアンダーバー（−）のまわりでテーラー展開することにより下記式（２９）を得ることができる。また、行列Ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））を用いることによって、直交座標における誤差共分散行列をドップラ速度の誤差分散に近似変換することができる。
【数８】
【００２６】
次に動作について説明する。
モノスタティックレーダ局５０の送受信手段２は、アンテナ１を介して目標４０に向かって周波数ｆ0の信号を送信し、目標４０からの反射信号を再びアンテナ１を介して受信する。周波数検出手段３は、送受信手段２が出力する受信信号を入力し、受信信号の周波数ｆAを計測する。ここで、受信信号の周波数ｆAは、アンテナ１と目標４０の間における相対速度により生ずるドップラ周波数ｆdA（ドップラ周波数Ａ）の影響を往路と復路に対して受けることから下記式（３８）で表される。
【数９】
【００２７】
ドップラ周波数Ａ算出手段４は、周波数検出手段３が出力する信号の周波数ｆAを入力して、下記式（３９）に従いドップラ周波数ｆdAを算出する。
【数１０】
【００２８】
通信手段５は、ドップラ周波数Ａ算出手段４が出力するドップラ周波数ｆdAと送信周波数ｆ0の情報を通信手段９に向けて送信する。
【００２９】
一方、受信手段７は目標４０からの反射信号をアンテナ６を介して受信する。周波数検出手段８は、受信手段７が出力する受信信号を入力してその周波数を計測する。ここで、受信信号の周波数ｆBは、アンテナ１と目標４０との間における相対速度により生ずるドップラ周波数ｆdAの影響と、目標４０とアンテナ６との間における相対速度により生ずるドップラ周波数ｆdB（ドップラ周波数Ｂ）の影響を受けることから下記式（４０）で表される。
【数１１】
【００３０】
また、通信手段９は、通信手段５からドップラ周波数ｆdAと送信周波数ｆ0の情報を受信する。ドップラ周波数Ｂ算出手段１０では、周波数検出手段８が出力する受信信号の周波数ｆB、通信手段９から受信したドップラ周波数ｆdA及び送信周波数ｆ0を入力して下記式（４１）に従ってドップラ周波数ｆdBを算出する。ここで、下記式（４１）は、上記式（４０）に上記式（３９）を代入することで導出される。
【数１２】
【００３１】
速度予測手段１１は、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における目標４０の位置と速度の予測ベクトルｘkハットアンダーバー（−）を入力して、ドップラ速度の予測値ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））を下記式（４２）に従い算出する。
【数１３】
【００３２】
速度誤差変換手段１２は、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における予測ベクトルｘkハットアンダーバー（−）を入力して、上記式（１５）から上記式（２３）までの関係に従い、直交座標における予測誤差共分散行列をドップラ速度の予測誤差分散に近似変換する誤差変換行列Ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））を算出する。
【００３３】
また、速度ゲイン算出手段１３は、速度誤差変換手段１２が出力する誤差変換行列Ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））と、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における予測誤差共分散行列Ｐk（−）とを入力して、これらと予め設定されたドップラ速度の観測誤差分散Ｓkとから、ドップラ速度で状態ベクトルｘkアンダーバーを平滑するためのゲイン行列Ｋkを下記式（４３）に従い算出する。
【数１４】
【００３４】
速度平滑手段１４では、速度ゲイン算出手段１３が出力する速度ゲイン行列Ｋkと、速度予測手段１１が出力するドップラ速度の予測値ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））と、速度誤差変換手段１２が出力する誤差変換行列Ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））と、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における目標の位置と、速度の予測誤差共分散行列Ｐk（−）と、ドップラ周波数Ｂ算出手段１０が出力するドップラ周波数ｆdAと、ドップラ周波数ｆdB及び送信周波数ｆ0とを入力し、これらを用いて直交座標における目標４０の位置、速度の平滑ベクトルとその誤差共分散行列である平滑誤差共分散行列を、それぞれ下記式（４４）及び下記式（４５）に従い算出する。
【数１５】
【００３５】
一方、到来角度計測手段１５は、受信手段７から受信信号を入力してその到来角度（仰角及び方位角）を計測する。角度予測手段１６は、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における目標４０の位置と速度の予測ベクトルｘkハットアンダーバー（−）を入力して仰角及び方位角の予測ベクトルｇ（ｘkハットアンダーバー（−））を下記式（４７）に従い算出する。
【数１６】
【００３６】
角度誤差変換手段１７では、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における予測ベクトルｘkハットアンダーバー（−）を入力して、上記式（３０）から上記式（３７）までの関係に従い、直交座標における予測誤差共分散行列を仰角及び方位角の予測誤差共分散行列に近似変換する誤差変換行列Ｇ（ｘkハットアンダーバー（−））を算出する。
【００３７】
角度ゲイン算出手段１８は、角度誤差変換手段１６が出力する誤差変換行列Ｇ（ｘkハットアンダーバー（−））と、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における予測誤差共分散行列Ｐk（−）とを入力して、これらと予め設定された仰角及び方位角の観測誤差共分散行列Λkとから、仰角及び方位角で状態ベクトルｘkアンダーバーを平滑するためのゲイン行列Ψkを下記式（４８）に従い算出する。
【数１７】
【００３８】
角度平滑手段１９は、角度ゲイン算出手段１８が出力する角度ゲイン行列Ψkと、角度予測手段１６が出力する仰角及び方位角の予測値ｇ（ｘkハットアンダーバー（−））と、角度誤差変換手段１７が出力する誤差変換行列Ｇ（ｘkハットアンダーバー（−））と、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における目標４０の位置及び速度の予測誤差共分散行列Ｐk（−）と、到来角度計測手段１５が出力する受信信号の到来角度（仰角及び方位角）とを入力して、これらに基づいて直交座標における目標４０の位置、速度の平滑ベクトルとその誤差共分散行列である平滑誤差共分散行列を、それぞれ下記式（４４）及び下記式（４５）に従い算出する。
【数１８】
【００３９】
遅延回路２０では、速度平滑手段１４又は角度平滑手段１９が出力する目標４０の位置、速度の平滑ベクトルｘkハットアンダーバー（＋）と平滑誤差共分散行列Ｐk（＋）を１サンプル時間分だけ遅延させる。
【００４０】
位置速度予測手段２１は、遅延回路２０が出力する１サンプリング前の目標４０の位置及び速度の平滑ベクトルｘkハットアンダーバー（＋）と平滑誤差共分散行列Ｐk（＋）を入力して、上記式（１）の運動モデルより導出される直交座標における予測ベクトルと予測誤差共分散行列を下記式（５１）及び下記式（５２）に従い算出する。
【数１９】
【００４１】
以上の処理を繰り返すことにより、目標４０の位置及び速度の状態ベクトルを精度よく更新して追尾を維持することができる。ここで、ドップラ周波数Ｂ算出手段１０が算出するドップラ周波数Ｂと到来角度計測手段１５が算出する仰角及び方位角とは、同一時刻の観測情報である。このため、速度予測手段１１から速度平滑手段１４までによる各処理を先に実施した後、サンプリング間隔Ｔを０として位置速度予測手段２１の処理を実施して、角度予測手段１６から角度平滑手段１９までによる各処理を行う。
【００４２】
以上のように、この実施の形態１によれば、モノスタティックレーダ局５０のドップラ周波数Ａ算出手段４により算出されたアンテナ１と目標４０の間におけるドップラ周波数Ａ及び送信周波数を通信手段５及び通信手段９を介してバイスタティック受信局５１にリアルタイムに送り、これとバイスタティック受信局５１において受信し計測した周波数情報とからドップラ周波数Ｂ算出手段１０によりアンテナ６と目標４０との間におけるドップラ周波数Ｂを算出する構成としている。また、到来角度計測手段１５では受信信号の到来角度を計測する構成としている。
【００４３】
これにより、従来のレーダ装置のように、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局の相対位置が既知、且つ２つの局のアンテナの基準の方向が高精度に一致していなければならないとの条件は不要である。すなわち、２つの局の片方若しくは両方が異なる移動プラットホーム上にある場合でも精度よく目標４０の位置や速度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１によるバイスタティックレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】バイスタティック受信局のアンテナを原点とする直交座標０−ＸＹＺにおける目標の位置と速度を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ アンテナ、２ 送受信手段、３ 周波数検出手段（第１の周波数検出手段）、４ ドップラ周波数Ａ算出手段（第１のドップラ周波数算出手段）、５ 通信手段、６ アンテナ、７ 受信手段、８ 周波数検出手段（第２の周波数検出手段）、９ 通信手段、１０ ドップラ周波数Ｂ算出手段（第２のドップラ周波数算出手段）、１１ 速度予測手段、１２ 速度誤差変換手段、１３ 速度ゲイン算出手段、１４ 速度平滑手段、１５ 到来角度計測手段、１６ 角度予測手段、１７ 角度誤差変換手段、１８ 角度ゲイン算出手段、１９ 角度平滑手段、２０ 遅延回路、２１ 位置速度予測手段、４０ 目標、５０ モノスタティックレーダ局、５１ バイスタティック受信局、５２ 運動諸元推定手段。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、信号送信源と信号受信源を異なる位置に配置して目標の位置や速度等を推定するバイスタティックレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイスタティックレーダ装置とは、信号送信源より目標に向けて信号を照射し、目標から反射した信号を、信号送信源と離隔配置した信号受信源で受信することによって目標を検出するレーダ装置である。従来のバイスタティックレーダ装置としては、例えば特許文献１に示されるものがある。
【０００３】
このバイスタティックレーダ装置は、指向性アンテナから電磁波の送受信を行い、送信波と受信波の時間差及びアンテナビームの指向角度から目標の測距及び測角を行うモノスタティックレーダ局と、これに離隔して設置されてモノスタティックレーダ送信波の目標からの反射波を受信するバイスタティック受信局とを備え、バイスタティック受信局の受信波とモノスタティックレーダ局の受信波との到来時間差とバイスタティック受信局で検出した信号到来方向とから目標の位置を計測する。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２９０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のバイスタティックレーダ装置は、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局でそれぞれ受信した目標からの反射信号の到来時間差と信号到来方向とに基づいて目標の位置を算出している。従って、目標の位置を正確に算出するには、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局の相対位置が既知であり、且つ２つの局のアンテナの基準方位方向が高精度に一致している必要がある。
【０００６】
このため、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局のいずれか一方又はその両方が異なる移動プラットホーム上にある場合のように、２つの局の相対位置をリアルタイムに知ることが困難であったり、２つの局の基準の方向の整合精度が悪い場合には、位置計測が困難であったり、計測精度が著しく劣化するという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局の片方もしくは両方が異なる移動プラットホーム上にある場合でも精度よく目標の位置や速度を推定することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るレーダ装置は、目標に向けて送信電波を出力し、この送信電波が目標で反射した反射電波を受信する送受信手段を有するモノスタティックレーダ局と、モノスタティックレーダ局と異なる位置で反射電波を受信する受信手段を有するバイスタティック受信局と、モノスタティックレーダ局の送受信手段による受信電波の周波数を計測する第１の周波数検出手段と、バイスタティック受信局の受信手段による受信電波の周波数を計測する第２の周波数検出手段と、第１の周波数検出手段が計測した受信電波の周波数から目標とモノスタティックレーダ局における受信位置との間における第１のドップラ周波数を計測する第１のドップラ周波数算出手段と、送信電波の周波数、第２の周波数検出手段が計測した受信電波の周波数、及び第１のドップラ周波数算出手段が算出した第１のドップラ周波数を用いて、目標と前記バイスタティック受信局における受信位置との間における第２のドップラ周波数を計測する第２のドップラ周波数算出手段と、第１のドップラ周波数算出手段による第１のドップラ周波数の計測に伴い、計測結果の第１のドップラ周波数及び送信電波の周波数を第２のドップラ周波数算出手段に送信する通信手段と、第２のドップラ周波数を用いて目標の位置及び速度に関する運動諸元を推定する運動諸元推定手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、通信手段により第１のドップラ周波数算出手段による第１のドップラ周波数及び送信電波の周波数が第２のドップラ周波数算出手段に伝えられることから、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局の片方、若しくは両方が異なる移動プラットホーム上にある場合でも、リアルタイムに精度よく目標の位置や速度を推定することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるバイスタティックレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１において、モノスタティックレーダ局５０は、アンテナ１、送受信手段２、周波数検出手段（第１の周波数検出手段）３、ドップラ周波数Ａ算出手段（第１のドップラ周波数算出手段）４及び通信手段５を備える。また、バイスタティック受信局５１は、アンテナ６、受信手段７、周波数検出手段（第２の周波数検出手段）８、通信手段９、ドップラ周波数Ｂ算出手段（第２のドップラ周波数算出手段）１０、到来角度計測手段１５、速度と角度による運動諸元推定手段５２を備える。速度と角度による運動諸元推定手段５２は、速度予測手段１１、速度誤差変換手段１２、速度ゲイン算出手段１３、速度平滑手段１４、角度予測手段１６、角度誤差変換手段１７、角度ゲイン算出手段１８、角度平滑手段１９、遅延回路２０、及び位置速度予測手段２１を備える。
【００１１】
モノスタティックレーダ局５０における送受信手段２は、アンテナ１を介して送信信号を送信波として目標４０に向けて送出し、この送信波の目標４０における反射による反射信号をアンテナ１を介して受信する。周波数検出手段３は、前述のようにして送受信手段２が受信した信号を入力し、この受信信号の周波数を計測する。ドップラ周波数Ａ算出手段４では、周波数検出手段３により計測された信号の周波数と送受信手段２が目標４０に向けて送出した信号の周波数とに基づいてアンテナ１と目標４０の間における相対速度に対応するドップラ周波数Ａ（第１のドップラ周波数）を算出する。通信手段５は、ドップラ周波数Ａ算出手段４が算出したドップラ周波数Ａと前記送信信号の周波数とを入力して無線通信でバイスタティック受信局５１の通信手段９に送信する。
【００１２】
バイスタティック受信局５１における受信手段７は、目標４０からの前記送信波による反射信号をアンテナ６を介して受信する。周波数検出手段８は、前述のようにして受信手段７が受信した信号を入力しその周波数を計測する。通信手段９は、通信手段５から送信されたドップラ周波数Ａの情報と前記送信信号の周波数とを受信する。ドップラ周波数Ｂ算出手段１０は、周波数検出手段８が計測した前記受信信号の周波数と、通信手段９が受信したドップラ周波数Ａ及び前記送信信号の周波数とを入力し、これらを用いて目標４０とアンテナ６の間における相対速度に対応するドップラ周波数Ｂ（第２のドップラ周波数）を算出する。
【００１３】
速度と角度による運動諸元推定手段５２内の速度予測手段１１は、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における目標４０の位置と速度の予測ベクトルに基づいて、目標４０とアンテナ６の間におけるドップラ速度の予測値を算出する。速度誤差変換手段１２は、位置速度予測手段２１から入力した直交座標における位置と速度の予測ベクトルに基づいて、直交座標における誤差共分散行列をドップラ速度の誤差分散に変換する誤差変換行列を算出する。
【００１４】
速度ゲイン算出手段１３は、速度誤差変換手段１２が算出した誤差変換行列と、位置速度予測手段２１が算出した直交座標における予測誤差共分散行列とを入力し、これらを用いてドップラ速度で直交座標における目標４０の位置と速度の平滑ベクトルを更新するためのゲイン行列を算出する。速度平滑手段１４は、ドップラ周波数Ｂ算出手段１０が算出したドップラ周波数Ｂと、速度予測手段１１が算出したドップラ速度の予測値と、速度誤差変換手段１２が算出した誤差変換行列と、速度ゲイン算出手段１３が算出したゲイン行列とを入力し、これらを用いて直交座標における目標４０の位置と速度の平滑ベクトルを更新する。
【００１５】
角度予測手段１６は、位置位置速度予測手段２１が算出した直交座標における目標４０の位置と速度の予測ベクトルを入力し、これを用いて目標４０からの反射信号の到来角度の予測値を算出する。角度誤差変換手段１７は、位置速度予測手段２１が算出した直交座標における位置と速度の予測ベクトルを入力し、これを用いて直交座標における誤差共分散行列を角度の誤差分散に変換する誤差変換行列を算出する。角度ゲイン算出手段１８は、角度誤差変換手段１７が算出した誤差変換行列と、位置速度予測手段２１が算出した直交座標における予測誤差共分散行列とを入力し、これらを用いて角度で直交座標における目標４０の位置と速度の平滑ベクトルを更新するためのゲイン行列を算出する。
【００１６】
角度平滑手段１９は、ドップラ周波数Ｂ算出手段１０が算出したドップラ周波数Ｂと、角度予測手段１６が算出した角度の予測値と、角度誤差変換手段１７が算出した誤差変換行列と、角度ゲイン算出手段１８が算出したゲイン行列と、位置速度予測手段２１が算出した直交座標における目標４０の位置と速度の予測ベクトル及び予測誤差共分散行列とを入力し、これらを用いて平滑ベクトル及び平滑誤差共分散行列を更新する。
【００１７】
遅延回路２０は、速度平滑手段１４又は角度平滑手段１９が出力される直交座標における目標４０の位置と速度の平滑ベクトル及び平滑誤差共分散行列を入力し、これらを用いて１サンプリングだけ時刻を遅延させる。位置速度予測手段２１は、遅延回路２０の出力する平滑ベクトル及び平滑誤差共分散行列に基づいて、次サンプル時刻における目標４０の位置、速度の予測ベクトル及び予測誤差共分散行列を算出する。
【００１８】
次にバイスタティック受信局５１に入力される目標情報から目標４０の運動を推定するための各種定義事項について説明する。
図２は、バイスタティック受信局５１のアンテナ６を原点とする直交座標０−ＸＹＺにおける目標４０の位置と速度を示す図であり、目標４０の３次元運動を推定する場合を仮定する。また、説明の簡単のため、目標４０の運動モデルに下記式（１）に示す等速直線運動モデルを採用した場合を仮定する。
【数１】
【００１９】
上記式（１）におけるｘkアンダーバー（電子出願の関係上、読みで表記する）は、サンプリング時刻ｔkにおける目標４０の運動諸元の真値を表す状態ベクトルである。基準座標における目標４０の位置ベクトルを下記式（２）のように表し、速度ベクトルを下記式（３）のように表すと、目標４０の状態ベクトルは下記式（４）で表される。ここで、サンプリング時刻ｔk（ｋ＝１，２，・・・，ｎ）は、アンテナ６において信号を受信するタイミングを表す離散時刻である。以降では、この離散時刻を時刻ｔkと呼ぶ。
【数２】
【００２０】
Φk-1は時刻ｔk-1より時刻ｔkへの状態ベクトルの推移行列であり、下記式（５）で表される。また、ｗkアンダーバー（電子出願の関係上、読みで表記する）は、時刻ｔkにおける駆動雑音ベクトルであり、Γ1（ｋ）は時刻ｔkにおける駆動雑音ベクトルの変換行列である。例えば、目標４０の運動モデルを等速直線運動と仮定したことによる打ち切り誤差項をΓ1（ｋ−１）ｗk-1アンダーバー（電子出願の関係上、読みで表記する）とみれば、ｗkアンダーバーは加速度ベクトル相当であり、Γ1（ｋ−１）は下記式（６）で表される。なお、Ｔはサンプリング間隔、Ｉは３行３列の単位行列である。
【数３】
【００２１】
また、平均を表す記号をＥとすると、ｗkアンダーバーは、平均０アンダーバー（電子出願の関係上、読みで表記する）の３次元正規分布白色雑音であり、下記式（７）及び下記式（８）とする。但し、０アンダーバーは零ベクトルであり、Ｑkは時刻ｔkにおける駆動雑音共分散行列である。
【数４】
【００２２】
次に目標４０とアンテナ６の間における相対速度に対するドップラ周波数Ｂがドップラ周波数Ｂ算出手段１０で算出された場合の観測モデルについて説明する。
時刻ｔkにおけるアンテナ１と目標４０の間における相対速度によるドップラ周波数ＢをｆdB（ｋ）、目標４０からの反射信号の周波数をｆC（ｋ）、光速をｃとすると、ドップラ速度の観測値ｒ（ｋ）ドット（電子出願の関係上、読みで表記する）は、下記式（９）で表される。また、ドップラ速度の観測モデルを下記式（１０）で表す。ここで、Ｒkはドップラ速度の観測値の真値、ｈ（ｘkアンダーバー）（電子出願の関係上、読みで表記する）はドップラ速度の真値であり、下記式（１１）で表される。νkはドップラ速度の観測雑音である。観測雑音は平均０の１次元正規分布白色雑音に従うものと仮定し、下記式（１２）及び下記式（１３）の性質を有するものとする。なお、Ｓkは時刻ｔkにおけるドップラ速度の観測誤差分散である。
【数５】
【００２３】
上記式（１１）を時刻ｔkの基準座標における目標４０の予測ベクトルｘkアンダーバー（−）（電子出願の関係上、読みで表記する）のまわりでテーラー展開することで下記式（１４）を得ることができる。ここで、行列Ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））（電子出願の関係上、読みで表記する）を用いることにより、直交座標における誤差共分散行列をドップラ速度の誤差分散に近似変換することができる。
【数６】
【００２４】
次に到来角度計測手段１５によって目標４０からの反射信号の到来角度が計測された場合の観測モデルについて説明する。
時刻ｔkにおける目標４０の仰角Ｅkと方位角Ａｚkの観測ベクトルθ（ｋ）を下記式（２４）で表し、仰角及び方位角の観測モデルを下記式（２５）で表す。ここで、Θkは仰角及び方位角の観測ベクトルの真値であり、ｇ（ｘkアンダーバー）（電子出願の関係上、読みで表記する）は仰角及び方位角の真値であって下記式（２６）で表される。ωkは仰角及び方位角の観測雑音ベクトルである。観測雑音ベクトルは平均０の２次元正規分布白色雑音に従うものと仮定し、下記式（２７）及び下記式（２８）の性質を有するものとする。なお、Λkは時刻ｔkにおける仰角及び方位角の観測誤差共分散行列である。
【数７】
【００２５】
上記式（２６）を時刻ｔkの直交座標における目標４０の予測ベクトルｘkアンダーバー（−）のまわりでテーラー展開することにより下記式（２９）を得ることができる。また、行列Ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））を用いることによって、直交座標における誤差共分散行列をドップラ速度の誤差分散に近似変換することができる。
【数８】
【００２６】
次に動作について説明する。
モノスタティックレーダ局５０の送受信手段２は、アンテナ１を介して目標４０に向かって周波数ｆ0の信号を送信し、目標４０からの反射信号を再びアンテナ１を介して受信する。周波数検出手段３は、送受信手段２が出力する受信信号を入力し、受信信号の周波数ｆAを計測する。ここで、受信信号の周波数ｆAは、アンテナ１と目標４０の間における相対速度により生ずるドップラ周波数ｆdA（ドップラ周波数Ａ）の影響を往路と復路に対して受けることから下記式（３８）で表される。
【数９】
【００２７】
ドップラ周波数Ａ算出手段４は、周波数検出手段３が出力する信号の周波数ｆAを入力して、下記式（３９）に従いドップラ周波数ｆdAを算出する。
【数１０】
【００２８】
通信手段５は、ドップラ周波数Ａ算出手段４が出力するドップラ周波数ｆdAと送信周波数ｆ0の情報を通信手段９に向けて送信する。
【００２９】
一方、受信手段７は目標４０からの反射信号をアンテナ６を介して受信する。周波数検出手段８は、受信手段７が出力する受信信号を入力してその周波数を計測する。ここで、受信信号の周波数ｆBは、アンテナ１と目標４０との間における相対速度により生ずるドップラ周波数ｆdAの影響と、目標４０とアンテナ６との間における相対速度により生ずるドップラ周波数ｆdB（ドップラ周波数Ｂ）の影響を受けることから下記式（４０）で表される。
【数１１】
【００３０】
また、通信手段９は、通信手段５からドップラ周波数ｆdAと送信周波数ｆ0の情報を受信する。ドップラ周波数Ｂ算出手段１０では、周波数検出手段８が出力する受信信号の周波数ｆB、通信手段９から受信したドップラ周波数ｆdA及び送信周波数ｆ0を入力して下記式（４１）に従ってドップラ周波数ｆdBを算出する。ここで、下記式（４１）は、上記式（４０）に上記式（３９）を代入することで導出される。
【数１２】
【００３１】
速度予測手段１１は、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における目標４０の位置と速度の予測ベクトルｘkハットアンダーバー（−）を入力して、ドップラ速度の予測値ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））を下記式（４２）に従い算出する。
【数１３】
【００３２】
速度誤差変換手段１２は、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における予測ベクトルｘkハットアンダーバー（−）を入力して、上記式（１５）から上記式（２３）までの関係に従い、直交座標における予測誤差共分散行列をドップラ速度の予測誤差分散に近似変換する誤差変換行列Ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））を算出する。
【００３３】
また、速度ゲイン算出手段１３は、速度誤差変換手段１２が出力する誤差変換行列Ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））と、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における予測誤差共分散行列Ｐk（−）とを入力して、これらと予め設定されたドップラ速度の観測誤差分散Ｓkとから、ドップラ速度で状態ベクトルｘkアンダーバーを平滑するためのゲイン行列Ｋkを下記式（４３）に従い算出する。
【数１４】
【００３４】
速度平滑手段１４では、速度ゲイン算出手段１３が出力する速度ゲイン行列Ｋkと、速度予測手段１１が出力するドップラ速度の予測値ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））と、速度誤差変換手段１２が出力する誤差変換行列Ｈ（ｘkハットアンダーバー（−））と、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における目標の位置と、速度の予測誤差共分散行列Ｐk（−）と、ドップラ周波数Ｂ算出手段１０が出力するドップラ周波数ｆdAと、ドップラ周波数ｆdB及び送信周波数ｆ0とを入力し、これらを用いて直交座標における目標４０の位置、速度の平滑ベクトルとその誤差共分散行列である平滑誤差共分散行列を、それぞれ下記式（４４）及び下記式（４５）に従い算出する。
【数１５】
【００３５】
一方、到来角度計測手段１５は、受信手段７から受信信号を入力してその到来角度（仰角及び方位角）を計測する。角度予測手段１６は、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における目標４０の位置と速度の予測ベクトルｘkハットアンダーバー（−）を入力して仰角及び方位角の予測ベクトルｇ（ｘkハットアンダーバー（−））を下記式（４７）に従い算出する。
【数１６】
【００３６】
角度誤差変換手段１７では、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における予測ベクトルｘkハットアンダーバー（−）を入力して、上記式（３０）から上記式（３７）までの関係に従い、直交座標における予測誤差共分散行列を仰角及び方位角の予測誤差共分散行列に近似変換する誤差変換行列Ｇ（ｘkハットアンダーバー（−））を算出する。
【００３７】
角度ゲイン算出手段１８は、角度誤差変換手段１６が出力する誤差変換行列Ｇ（ｘkハットアンダーバー（−））と、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における予測誤差共分散行列Ｐk（−）とを入力して、これらと予め設定された仰角及び方位角の観測誤差共分散行列Λkとから、仰角及び方位角で状態ベクトルｘkアンダーバーを平滑するためのゲイン行列Ψkを下記式（４８）に従い算出する。
【数１７】
【００３８】
角度平滑手段１９は、角度ゲイン算出手段１８が出力する角度ゲイン行列Ψkと、角度予測手段１６が出力する仰角及び方位角の予測値ｇ（ｘkハットアンダーバー（−））と、角度誤差変換手段１７が出力する誤差変換行列Ｇ（ｘkハットアンダーバー（−））と、位置速度予測手段２１が出力する直交座標における目標４０の位置及び速度の予測誤差共分散行列Ｐk（−）と、到来角度計測手段１５が出力する受信信号の到来角度（仰角及び方位角）とを入力して、これらに基づいて直交座標における目標４０の位置、速度の平滑ベクトルとその誤差共分散行列である平滑誤差共分散行列を、それぞれ下記式（４４）及び下記式（４５）に従い算出する。
【数１８】
【００３９】
遅延回路２０では、速度平滑手段１４又は角度平滑手段１９が出力する目標４０の位置、速度の平滑ベクトルｘkハットアンダーバー（＋）と平滑誤差共分散行列Ｐk（＋）を１サンプル時間分だけ遅延させる。
【００４０】
位置速度予測手段２１は、遅延回路２０が出力する１サンプリング前の目標４０の位置及び速度の平滑ベクトルｘkハットアンダーバー（＋）と平滑誤差共分散行列Ｐk（＋）を入力して、上記式（１）の運動モデルより導出される直交座標における予測ベクトルと予測誤差共分散行列を下記式（５１）及び下記式（５２）に従い算出する。
【数１９】
【００４１】
以上の処理を繰り返すことにより、目標４０の位置及び速度の状態ベクトルを精度よく更新して追尾を維持することができる。ここで、ドップラ周波数Ｂ算出手段１０が算出するドップラ周波数Ｂと到来角度計測手段１５が算出する仰角及び方位角とは、同一時刻の観測情報である。このため、速度予測手段１１から速度平滑手段１４までによる各処理を先に実施した後、サンプリング間隔Ｔを０として位置速度予測手段２１の処理を実施して、角度予測手段１６から角度平滑手段１９までによる各処理を行う。
【００４２】
以上のように、この実施の形態１によれば、モノスタティックレーダ局５０のドップラ周波数Ａ算出手段４により算出されたアンテナ１と目標４０の間におけるドップラ周波数Ａ及び送信周波数を通信手段５及び通信手段９を介してバイスタティック受信局５１にリアルタイムに送り、これとバイスタティック受信局５１において受信し計測した周波数情報とからドップラ周波数Ｂ算出手段１０によりアンテナ６と目標４０との間におけるドップラ周波数Ｂを算出する構成としている。また、到来角度計測手段１５では受信信号の到来角度を計測する構成としている。
【００４３】
これにより、従来のレーダ装置のように、モノスタティックレーダ局とバイスタティック受信局の相対位置が既知、且つ２つの局のアンテナの基準の方向が高精度に一致していなければならないとの条件は不要である。すなわち、２つの局の片方若しくは両方が異なる移動プラットホーム上にある場合でも精度よく目標４０の位置や速度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１によるバイスタティックレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】バイスタティック受信局のアンテナを原点とする直交座標０−ＸＹＺにおける目標の位置と速度を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ アンテナ、２ 送受信手段、３ 周波数検出手段（第１の周波数検出手段）、４ ドップラ周波数Ａ算出手段（第１のドップラ周波数算出手段）、５ 通信手段、６ アンテナ、７ 受信手段、８ 周波数検出手段（第２の周波数検出手段）、９ 通信手段、１０ ドップラ周波数Ｂ算出手段（第２のドップラ周波数算出手段）、１１ 速度予測手段、１２ 速度誤差変換手段、１３ 速度ゲイン算出手段、１４ 速度平滑手段、１５ 到来角度計測手段、１６ 角度予測手段、１７ 角度誤差変換手段、１８ 角度ゲイン算出手段、１９ 角度平滑手段、２０ 遅延回路、２１ 位置速度予測手段、４０ 目標、５０ モノスタティックレーダ局、５１ バイスタティック受信局、５２ 運動諸元推定手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標に向けて送信電波を出力し、この送信電波が前記目標で反射した反射電波を受信する送受信手段を有するモノスタティックレーダ局と、
前記モノスタティックレーダ局と異なる位置で前記反射電波を受信する受信手段を有するバイスタティック受信局と、
前記モノスタティックレーダ局の送受信手段による受信電波の周波数を計測する第１の周波数検出手段と、
前記バイスタティック受信局の受信手段による受信電波の周波数を計測する第２の周波数検出手段と、
前記第１の周波数検出手段が計測した前記受信電波の周波数から前記目標と前記モノスタティックレーダ局における受信位置との間における第１のドップラ周波数を計測する第１のドップラ周波数算出手段と、
前記送信電波の周波数、前記第２の周波数検出手段が計測した前記受信電波の周波数、及び前記第１のドップラ周波数算出手段が算出した第１のドップラ周波数を用いて、前記目標と前記バイスタティック受信局における受信位置との間における第２のドップラ周波数を計測する第２のドップラ周波数算出手段と、
前記第１のドップラ周波数算出手段による第１のドップラ周波数の計測に伴い、計測結果の第１のドップラ周波数及び前記送信電波の周波数を前記第２のドップラ周波数算出手段に送信する通信手段と、
前記第２のドップラ周波数を用いて前記目標の位置及び速度に関する運動諸元を推定する運動諸元推定手段とを備えたレーダ装置。
【請求項２】
バイスタティック受信局の受信手段による受信電波の到来角度を計測する到来角度計測手段を備え、
運動諸元推定手段は、前記到来角度計測手段が計測した前記受信電波の到来角度と第２のドップラ周波数算出手段が算出した第２のドップラ周波数とを用いて目標の位置及び速度に関する運動諸元を推定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
運動諸元推定手段は、
基準の直交座標における目標の位置及び速度の予測ベクトルを用いてドップラ速度の予測ベクトルを算出する速度予測手段と、
前記直交座標における目標の位置及び速度の予測ベクトルを用いて、前記直交座標における予測誤差共分散行列をドップラ速度の予測誤差分散に近似変換するための誤差変換行列を算出する速度誤差変換手段と、
前記予測誤差共分散行列と前記速度誤差変換手段により算出された誤差変換行列とを用いてドップラ速度に対する速度ゲイン行列を算出する速度ゲイン算出手段と、
第２のドップラ周波数算出手段が算出した第２のドップラ周波数、前記速度予測手段が算出したドップラ速度の予測ベクトル、前記速度誤差変換手段が算出した誤差変換行列、前記速度ゲイン算出手段が算出した速度ゲイン行列、前記目標の位置及び速度の予測ベクトルと予測誤差共分散行列を用いて、前記目標の位置及び速度の平滑ベクトルと平滑誤差共分散行列を算出する速度平滑手段と、
前記直交座標における目標の位置及び速度の予測ベクトルを用いて、バイスタティック受信局の受信手段による受信電波の到来角度の予測ベクトルを算出する角度予測手段と、
前記直交座標における目標の位置及び速度の予測ベクトルを用いて、前記直交座標における予測誤差共分散行列を前記受信電波の到来角度の予測誤差分散に近似変換するための誤差変換行列を算出する角度誤差変換手段と、
前記予測誤差共分散行列と前記角度誤差変換手段により算出された誤差変換行列とを用いて前記受信電波の到来角度に対する角度ゲイン行列を算出する角度ゲイン算出手段と、
到来角度計測手段が計測した前記受信電波の到来角度、前記角度予測手段が算出した前記受信電波の到来角度の予測ベクトル、前記角度誤差変換手段が算出した誤差変換行列、前記角度ゲイン算出手段が算出した角度ゲイン行列、前記目標の位置及び速度の予測ベクトルと予測誤差共分散行列を入力し、これらを用いて前記目標の位置及び速度の平滑ベクトルと平滑誤差共分散行列を算出する角度平滑手段と、
前記速度平滑手段又は前記角度平滑手段が算出した前記目標の位置及び速度の平滑ベクトルと平滑誤差共分散行列を１サンプル時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、
遅延回路から出力された１サンプリング前の目標の位置及び速度の平滑ベクトルと平滑誤差共分散行列とを入力し、これらを用いて前記直交座標における目標の位置及び速度の予測ベクトルと予測誤差共分散行列を算出し、前記速度予測手段及び前記角度予測手段に出力する位置速度予測手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項１】
目標に向けて送信電波を出力し、この送信電波が前記目標で反射した反射電波を受信する送受信手段を有するモノスタティックレーダ局と、
前記モノスタティックレーダ局と異なる位置で前記反射電波を受信する受信手段を有するバイスタティック受信局と、
前記モノスタティックレーダ局の送受信手段による受信電波の周波数を計測する第１の周波数検出手段と、
前記バイスタティック受信局の受信手段による受信電波の周波数を計測する第２の周波数検出手段と、
前記第１の周波数検出手段が計測した前記受信電波の周波数から前記目標と前記モノスタティックレーダ局における受信位置との間における第１のドップラ周波数を計測する第１のドップラ周波数算出手段と、
前記送信電波の周波数、前記第２の周波数検出手段が計測した前記受信電波の周波数、及び前記第１のドップラ周波数算出手段が算出した第１のドップラ周波数を用いて、前記目標と前記バイスタティック受信局における受信位置との間における第２のドップラ周波数を計測する第２のドップラ周波数算出手段と、
前記第１のドップラ周波数算出手段による第１のドップラ周波数の計測に伴い、計測結果の第１のドップラ周波数及び前記送信電波の周波数を前記第２のドップラ周波数算出手段に送信する通信手段と、
前記第２のドップラ周波数を用いて前記目標の位置及び速度に関する運動諸元を推定する運動諸元推定手段とを備えたレーダ装置。
【請求項２】
バイスタティック受信局の受信手段による受信電波の到来角度を計測する到来角度計測手段を備え、
運動諸元推定手段は、前記到来角度計測手段が計測した前記受信電波の到来角度と第２のドップラ周波数算出手段が算出した第２のドップラ周波数とを用いて目標の位置及び速度に関する運動諸元を推定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
運動諸元推定手段は、
基準の直交座標における目標の位置及び速度の予測ベクトルを用いてドップラ速度の予測ベクトルを算出する速度予測手段と、
前記直交座標における目標の位置及び速度の予測ベクトルを用いて、前記直交座標における予測誤差共分散行列をドップラ速度の予測誤差分散に近似変換するための誤差変換行列を算出する速度誤差変換手段と、
前記予測誤差共分散行列と前記速度誤差変換手段により算出された誤差変換行列とを用いてドップラ速度に対する速度ゲイン行列を算出する速度ゲイン算出手段と、
第２のドップラ周波数算出手段が算出した第２のドップラ周波数、前記速度予測手段が算出したドップラ速度の予測ベクトル、前記速度誤差変換手段が算出した誤差変換行列、前記速度ゲイン算出手段が算出した速度ゲイン行列、前記目標の位置及び速度の予測ベクトルと予測誤差共分散行列を用いて、前記目標の位置及び速度の平滑ベクトルと平滑誤差共分散行列を算出する速度平滑手段と、
前記直交座標における目標の位置及び速度の予測ベクトルを用いて、バイスタティック受信局の受信手段による受信電波の到来角度の予測ベクトルを算出する角度予測手段と、
前記直交座標における目標の位置及び速度の予測ベクトルを用いて、前記直交座標における予測誤差共分散行列を前記受信電波の到来角度の予測誤差分散に近似変換するための誤差変換行列を算出する角度誤差変換手段と、
前記予測誤差共分散行列と前記角度誤差変換手段により算出された誤差変換行列とを用いて前記受信電波の到来角度に対する角度ゲイン行列を算出する角度ゲイン算出手段と、
到来角度計測手段が計測した前記受信電波の到来角度、前記角度予測手段が算出した前記受信電波の到来角度の予測ベクトル、前記角度誤差変換手段が算出した誤差変換行列、前記角度ゲイン算出手段が算出した角度ゲイン行列、前記目標の位置及び速度の予測ベクトルと予測誤差共分散行列を入力し、これらを用いて前記目標の位置及び速度の平滑ベクトルと平滑誤差共分散行列を算出する角度平滑手段と、
前記速度平滑手段又は前記角度平滑手段が算出した前記目標の位置及び速度の平滑ベクトルと平滑誤差共分散行列を１サンプル時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、
遅延回路から出力された１サンプリング前の目標の位置及び速度の平滑ベクトルと平滑誤差共分散行列とを入力し、これらを用いて前記直交座標における目標の位置及び速度の予測ベクトルと予測誤差共分散行列を算出し、前記速度予測手段及び前記角度予測手段に出力する位置速度予測手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３２９８２９（Ｐ２００６−３２９８２９Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５４３５６（Ｐ２００５−１５４３５６）
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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