レーダ装置
【課題】目標が高速に移動しても、目標の探知確率や測角精度が劣化せず、誤警報が非常に少ないレーダ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ３から得られるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部５と、ＡＤ変換部からの出力信号のリサンプルを行うリサンプリング処理部８と、リサンプリング処理部からの出力信号の周波数分析を行う周波数分析部６と、リサンプリング処理部からの出力信号の時間−周波数分析を行う時間−周波数分析部９と、周波数分析部からの出力信号と時間−周波数分析部からの出力信号とに基づき目標を検出する目標検出部７とを備える。
【解決手段】アンテナ３から得られるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部５と、ＡＤ変換部からの出力信号のリサンプルを行うリサンプリング処理部８と、リサンプリング処理部からの出力信号の周波数分析を行う周波数分析部６と、リサンプリング処理部からの出力信号の時間−周波数分析を行う時間−周波数分析部９と、周波数分析部からの出力信号と時間−周波数分析部からの出力信号とに基づき目標を検出する目標検出部７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型高速目標を捕捉、捜索、追尾するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置の詳細を、図面を参照しながら説明する。図１０は、従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、送信機１、サーキュレータ２、アンテナ３、受信機４、ＡＤ変換部５、周波数分析部６および目標検出部７から構成される。
【０００３】
アンテナ３は、送信機１からサーキュレータ２を経由して送られてくる送信信号を電波に変換し、送信波として指定方向の空間に送信するとともに、送信波が目標で反射することにより発生された反射波を受信して電気信号に変換し、受信信号としてサーキュレータ２を経由して受信機４に送る。
【０００４】
受信機４は、アンテナ３からサーキュレータ２を経由して送られてくる受信信号を周波数変換し、ＡＤ変換部５に送る。ＡＤ変換部５は、受信機４から送られてくるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換し、周波数分析部６に送る。周波数分析部６は、ＡＤ変換部５から送られてくるディジタルの受信信号の周波数分析を行い、分析結果を表す信号を目標検出部７に送る。目標検出部７は、周波数分析部６から送られてくる分析結果を表す信号に基づき目標を検出する。
【０００５】
一般に、レーダ装置において小型目標を探知するためには、パルスヒット数を多くし、周波数分析処理による積分効果によって信号対雑音比（ＳＮ比）を改善する方法が有効であることが知られている。しかしながら、上述した従来のレーダ装置は、目標が高速で移動している場合、パルスヒット数を多くしても、目標の位置が徐々に移動していくため、周波数分析処理による積分効果が得られない。
【０００６】
すなわち、観測時間内における目標の移動が小さい場合、周波数分析部６における処理によって所望の積分効果が得られるが、観測時間内における目標の移動量が大きくなるにつれて、積分効果が低くなり、所望の積分効果が得られない。図１１は、目標の移動量に対する積分損失を示す。
【０００７】
なお、関連する技術として、特許文献１は、目標が小型高速目標である場合でも目標追尾を確実に行うことができる目標追尾レーダ装置を開示している。この目標追尾レーダ装置は、送信パルスの送信開始時から所定時間後に所定サンプリング周波数のサンプリングを開始し、アナログの受信信号を一連のディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、目標速度データおよびＰＲＦデータに基づく目標の移動距離がサンプリング周波数に基づく距離分解能を超える場合に、目標の移動距離に相当するサンプリング間隔分、サンプリングの開始時期をシフトさせ、受信パルスのディジタルデータの順序位置が一致した一連のディジタルデータを生成させる制御を行うＡ／Ｄ変換制御部と、各送信パルスの送信時から計時して同一時間帯の各ディジタルデータを順次積分する積分器とを備えている。
【０００８】
また、特許文献２は、目標の移動によるドップラ偏移があり、パルスヒット間でレンジビンをまたがっても、安定した圧縮特性およびコヒーレント積分性能を有するレーダ装置を開示している。このレーダ装置は、ドップラ補正量の異なった複数個のドップラ補正回路を用意し、ディジタルＩ，Ｑ信号を、時間領域でドップラ補正した後、各々パルス圧縮を行う。さらに、パルスヒット間で振幅最大値のレンジビンが異なる場合、同一レンジビンとなるよう各々レンジ補正する。そして、コヒーレント積分の結果、最大積分値のものを選択し、出力する。
【特許文献１】特開２００１−１６６０３４号公報
【特許文献２】特開２０００−２７５３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来のレーダ装置は、目標が高速で移動する場合、周波数分析処理によって所望の積分効果を得ることができず、目標の探知確率や測角精度が劣化するという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１に示されている目標追尾レーダ装置では、目標の移動量に合わせてサンプリングの開始時期をシフトさせて同一時間帯のデータを積分するので、目標が高速で移動する場合であっても、ほぼ所望の積分効果を得ることができるが、目標以外に振幅が大きな信号が入力されると、誤警報が発生するという問題がある。また、目標の運動状態が途中で変化した場合は、積分効果が得られなくなるという問題がある。
【００１１】
さらに、特許文献２に示されるレーダ装置では、パルス圧縮処理のドップラ補正とコヒーレント積分のレンジ補正を実施しているが、ドップラ周波数によるパルス圧縮処理のＳＮ比の低下は、目標の移動量による積分利得の低下に比べて極めて小さく、処理負荷が高い割には、大きな効果が得られない。また、レンジ補正を総当り的に実施するので、演算量の観点から実用的ではない。
【００１２】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、目標が高速に移動しても、目標の探知確率や測角精度が劣化せず、誤警報が非常に少ないレーダ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、第１の発明に係るレーダ装置は、アンテナから得られるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の周波数分析を行う周波数分析部と、前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の時間−周波数分析を行う時間−周波数分析部と、前記周波数分析部により前記周波数分析が行われた信号と前記時間−周波数分析部により前記時間−周波数分析が行われた信号とに基づき目標を検出する目標検出部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第２の発明に係るレーダ装置は、第１の発明に係るレーダ装置において、前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号のリサンプルを行うリサンプリング処理部をさらに備え、前記周波数分析部は、前記リサンプリング処理部により前記リサンプルが行われた信号の周波数分析を行い、前記時間−周波数分析部は、前記リサンプリング処理部により前記リサンプルが行われた前記信号の前記時間−周波数分析を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明に係るレーダ装置によれば、時間−周波数分析処理の出力信号を用いて、目標の移動の有無または移動速度を基に検出を行うように構成したので、所望の移動速度以外の目標が存在しても、誤警報が非常に少ないレーダ装置を提供できる。
【００１６】
また、第２の発明に係るレーダ装置によれば、目標の移動量を補正するリサンプリング処理を行い、リサンプリング処理された受信信号を用いて、周波数分析処理と時間−周波数分析処理を行うので、所望の積分効果が得られるとともに、時間−周波数分析処理の出力信号を用いて、移動量を補正した信号における、目標の移動の有無または移動速度を基に検出を行うので、目標が高速に移動しても、目標の探知確率や測角精度が劣化せず、誤警報が非常に少ないレーダ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、背景技術の欄で説明した構成部分に相当する部分には、背景技術の欄で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、送信機１、サーキュレータ２、アンテナ３、受信機４、ＡＤ変換部５、リサンプリング処理部８、周波数分析部６、時間−周波数分析部９および目標検出部７から構成されている。
【００１９】
アンテナ３は、送信機１からサーキュレータ２を経由して送られてくる送信信号を電波に変換し、送信波として指定方向の空間に送信するとともに、送信波が目標で反射することにより発生された反射波を受信して電気信号に変換し、受信信号としてサーキュレータ２を経由して受信機４に送る。
【００２０】
受信機４は、アンテナ３からサーキュレータ２を経由して送られてくる受信信号を周波数変換し、ＡＤ変換部５に送る。ＡＤ変換部５は、受信機４から送られてくるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換し、リサンプリング処理部８に送る。
【００２１】
リサンプリング処理部８は、ＡＤ変換部５から送られてくるディジタルの受信信号のリサンプルを行う。このリサンプリング処理部８における処理によって、目標の移動量が補正されると、受信信号に含まれる各パルスの最大値が積分されるので、所望の積分効果を得ることができる。このリサンプリング処理部８からの出力信号は、周波数分析部６および時間−周波数分析部９に送られる。
【００２２】
周波数分析部６は、リサンプリング処理部８から送られてくる信号の周波数分析を行う。この周波数分析部６における周波数分析は、例えば、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）またはＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって実現することができる。周波数分析部６における周波数分析の結果を表す信号は、目標検出部７に送られる。
【００２３】
時間−周波数分析部９は、リサンプリング処理部８から送られてくる信号の時間−周波数分析を行う。今、例えば、リサンプリング処理部８から送られてくる信号が４０個のパルスから成るパルス列であり、３つの時間帯に分けて周波数分析を行うものとすると、１〜２０番目の２０個のパルスに対する周波数分析、１１〜３０番目の２０個のパルスに対する周波数分析および２１〜４０番目の２０個のパルスに対する周波数分析が行われる。
【００２４】
この時間−周波数分析部９における時間−周波数分析は、短時間フーリエ変換によって実現することができる。時間−周波数分析部９において得られた時間−周波数分析の結果を表す信号は、目標検出部７に送られる。
【００２５】
目標検出部７は、周波数分析部６から送られてくる信号と時間−周波数分析部９から送られてくる信号とに基づき目標を検出する。
【００２６】
図２（ａ）は、リサンプリング処理後に相対的に移動していない目標に対する周波数分析の結果を示し、観測時間内において受信信号として得られるｋ個のパルス列に基づき作成されたものである。図２（ｂ）〜図２（ｄ）は、リサンプリング処理後に相対的に移動していない目標に対する時間−周波数分析の結果を示している。
【００２７】
図２（ｂ）は、観測時間内において受信信号として得られるｋ個のパルス列の前半のｋ／２個に基づき作成され、図２（ｃ）は、ｋ個のパルス列の中央のｋ／２個に基づき作成され、図２（ｄ）は、ｋ個のパルス列の後半のｋ／２個に基づき作成されたものである。
【００２８】
図３（ａ）は、リサンプリング処理後に相対的に移動している目標に対する周波数分析の結果を示し、観測時間内において受信信号として得られるｋ個のパルス列に基づき作成されたものである。図３（ｂ）〜図３（ｄ）は、リサンプリング処理後に相対的に移動している目標に対する時間−周波数分析の結果を示し、図３（ｂ）は、観測時間内において受信信号として得られるｋ個のパルス列の前半のｋ／２個に基づき作成され、図３（ｃ）は、ｋ個のパルス列の中央のｋ／２個に基づき作成され、図３（ｄ）は、ｋ個のパルス列の後半のｋ／２個に基づき作成されたものである。
【００２９】
図３（ｂ）〜図３（ｄ）において、目標は時間の経過に連れて距離が遠くなる位置に出現することがわかる。図２及び図３において、横軸は距離であり、この距離はパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）に対応する。
【００３０】
なお、この実施例１における時間−周波数分析では、観測時間内に得られる受信信号を３つの時間帯に分割して目標の位置を検出する例を示したが、時間帯の分割数は３つに限らず任意に決定できる。
【００３１】
図２（ａ）および図３（ａ）に示した周波数分析の結果を見ると、相対的に移動していない目標と移動している目標の差異は僅かである。これに対し、図２（ｂ）〜図２（ｄ）および図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示した時間−周波数分析の結果を見ると、相対的に移動していない目標は、分割された３つの時間帯で略等しい位置に出現するが、相対的に移動している目標は、分割された３つの時間帯で異なる位置に出現する。従って、リサンプリング処理後に、目標が相対的に移動しているか否かを判断することができる。
【００３２】
即ち、本発明では、受信信号を距離、時間及び周波数で同時表現し、距離と周波数面における信号の時間的な変化に基づいて検出を行なう。
【００３３】
一般的に、時間−周波数分析は、周波数が時間と共に変化するような非定常信号の分析に用いられるが、時間と共に距離（位置）が変化し、周波数が変化しない場合でも、距離毎に時間−周波数分析を行い、距離と周波数面における信号の時間的な変化に着目することにより、目標の移動の有無や移動速度を算出することができる。
【００３４】
なお、上述した本発明の実施例１に係るレーダ装置では、目標の移動速度が大きい場合に適用するために、目標の移動量を補正するリサンプリング処理部８を設けているが、信号強度が大きな目標を捕捉、捜索、追尾するレーダ装置の場合は、目標の移動量を補正する必要がないので、リサンプリング処理部８を省略し、ＡＤ変換部５からの出力信号を周波数分析部６および時間−周波数分析部９に直接に送るように構成することができる。
【００３５】
また、上述した本発明の実施例１に係るレーダ装置から周波数分析部６を除去し、時間−周波数分析部９からの出力信号のみを用いて目標検出処理を実施するように構成できる。この構成によれば、周波数分析部６の除去によりＳＮ比が低下するが、装置を簡素化することができる。
【００３６】
また、本発明の実施例１に係るレーダ装置では、目標で反射された長パルス信号を受信して信号処理を行うことによりパルス圧縮し、所望の短パルス信号を得るパルス圧縮処理を行うように構成することができる。この場合、パルス圧縮処理を行うためのパルス圧縮処理部は、処理負荷を軽減するという観点から、ＡＤ変換部５とリサンプリング処理部８の間に設けるのが望ましい。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例２に係るレーダ装置は、目標の状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従ってリサンプリング処理を行うようにしたことを特徴とするものである。この実施例２に係るレーダ装置の構成は、実施例１に係るレーダ装置の構成と同じである。
【００３８】
今、目標の状態ベクトルＸが以下のように表されるとする。
【数１】
【００３９】
ここで、ｘは位置、ｘ’は速度である。
【００４０】
また、送信信号のｎパルス目の送信時間Ｔ（ｎ）が以下のように表されるとする。
【数２】
【００４１】
ここで、Ｔ0は前回の観測からの経過時間、ΔＴは、送信パルスの時間間隔である。
【００４２】
目標の運動モデルが等速運動するものとすると、送信信号のｎパルス目の目標位置ｙ（ｎ）は、以下の式で表される。
【数３】
【００４３】
ここで、送信信号の１パルス目を基準とした目標移動量ｙ’（ｎ）は、以下のように表される。
【数４】
【００４４】
リサンプリング処理部８では、送信信号の１パルス目を基準とした目標移動量ｙ’（ｎ）からリサンプリング・パラメータを決定し、この目標移動量ｙ’（ｎ）の符号を反転したリサンプリングを行うことにより、目標の移動量を補正することができる。
【００４５】
なお、上記では、目標の運動モデルが等速運動する場合について説明したが、目標の運動モデルは等速運動する場合に限らず任意に設定できる。
【００４６】
この実施例２に係るレーダ装置は、目標の状態ベクトルが予め得られている、または外部から得られる小型高速目標の捕捉用レーダ装置、または、多機能レーダ装置において小型高速目標を捕捉する時の構成として最適である。
【実施例３】
【００４７】
本発明の実施例３に係るレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置におけるＡＤ変換部５からの出力信号を並列処理することを特徴とするものである。
【００４８】
図４は、本発明の実施例３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置のリサンプリング処理部８がｍ個（ｍは２以上の整数）のリサンプリング処理部８1〜８mに置き換えられ、周波数分析部６がｍ個の周波数分析部６1〜６mに置き換えられ、時間−周波数分析部９がｍ個の時間−周波数分析部９1〜９mに置き換えられ、目標検出部７がｍ個の目標検出部７1〜７mに置き換えられて構成されている。このレーダ装置では、同一のサフィックスを有する構成要素によって１系統が形成されている。従って、このレーダ装置は、ｍ系統のレーダ装置を有することになる。
【００４９】
ＡＤ変換部５は、受信機４から送られてくるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換し、リサンプリング処理部８1〜８mに送る。リサンプリング処理部８1〜８mの各々は、異なる目標の状態ベクトルに対応したリサンプリング・パラメータに従ってリサンプリング処理を行う。リサンプリング処理部８i（ｉ＝１、２、・・・、ｍであり、以下においても同じ）は、ＡＤ変換部５から送られてくるディジタルの受信信号をリサンプルし、その結果を表す信号を周波数分析部６iおよび時間−周波数分析部９iに送る。
【００５０】
周波数分析部６iは、リサンプリング処理部８iから送られてくる信号の周波数分析を行う。この周波数分析部６iにおける周波数分析の結果を表す信号は、目標検出部７iに送られる。時間−周波数分析部９iは、リサンプリング処理部８iから送られてくる信号の時間−周波数分析を行う。この時間−周波数分析部９iにおける時間−周波数分析の結果を表す信号は、目標検出部７iに送られる。
【００５１】
目標検出部７iは、周波数分析部６iから送られてくる信号と時間−周波数分析部９iから送られてくる信号とに基づき目標を検出する。
【００５２】
この実施例３に係るレーダ装置は、目標の状態ベクトルを予め得ることができない小型高速目標の捜索用レーダ装置、または、多機能レーダ装置において小型高速目標を捜索する時の構成として最適である。
【実施例４】
【００５３】
本発明の実施例４に係るレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置におけるＡＤ変換部５からの出力信号を時分割処理することを特徴とするものである。
【００５４】
図５は、本発明の実施例４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置に記録部１０が追加されて構成されている。また、リサンプリング処理部８、周波数分析部６、時間−周波数分析部９および目標検出部７は、複数の状態ベクトルにそれぞれ対応する複数のリサンプリング・パラメータに従って時分割に処理を実施する。
【００５５】
このレーダ装置では、ＡＤ変換部５は、受信機４から送られてくるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換し、記録部１０に送る。記録部１０は、ＡＤ変換部５から送られてくる受信信号を一旦記憶し、リサンプリング・パラメータが変更される毎に、所定の受信信号を読み出してリサンプリング処理部８に送る。これにより、リサンプリング・パラメータが変更される毎に、上述した実施例１に係るレーダ装置と同様の処理が行われる。
【００５６】
この実施例４に係るレーダ装置は、目標の状態ベクトルを予め得ることができない小型高速目標の捜索用レーダ装置、または、多機能レーダ装置において小型高速目標を捜索する時の構成として最適である。
【実施例５】
【００５７】
本発明の実施例５に係るレーダ装置は、追尾制御に係る情報から目標の状態ベクトルを得ることを特徴とするものである。
【００５８】
図６は、本発明の実施例５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置に追尾制御部１１が追加されて構成されている。
【００５９】
追尾制御部１１は、目標検出部７からの出力信号を用いて目標の追尾処理を実行することにより目標の状態ベクトルを得る。また、追尾制御部１１は、目標の状態ベクトルをリサンプリング処理部８に送る。リサンプリング処理部８は、追尾制御部１１からの目標の状態ベクトルに基づいてリサンプリング・パラメータを決定し、決定したリサンプリング・パラメータに従って、ＡＤ変換部５からの出力信号のリサンプルを行う。このリサンプリング処理部８からの出力信号は、周波数分析部６および時間−周波数分析部９に送られる。周波数分析部６、時間−周波数分析部９および目標検出部７の動作は、上述した実施例１に係るレーダ装置の動作と同じである。
【００６０】
この実施例５に係るレーダ装置は、追尾制御部１１からの目標の状態ベクトルを出力できる小型高速目標の追尾用レーダ装置、または、多機能レーダ装置において小型高速目標を追尾する時の構成として最適である。
【実施例６】
【００６１】
本発明の実施例６に係るレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置のリサンプリング処理部８において実行されるリサンプリング処理を、リサンプリング処理をレンジセル内リサンプリング処理とレンジセル単位リサンプリング処理に分割して行うようにしたことを特徴とするものである。
【００６２】
図７は、本発明の実施例６に係るレーダ装置のリサンプリング処理部８の構成を示すブロック図である。このリサンプリング処理部８は、レンジセル内リサンプリング処理部１２とレンジセル単位リサンプリング処理部１３とから構成されている。
【００６３】
レンジセル内リサンプリング処理部１２は、ＡＤ変換部から送られてくる信号のリサンプルを、レンジ方向（距離方向）のセルであるレンジセル内で行う。より具体的には、サンプルによって得られたセルに対してサンプリング定理に従って補間処理を行うことにより、サンプルされていないレンジ方向の位置の信号を復元する処理を行う。このレンジセル内リサンプリング処理部１２からの出力信号は、レンジセル単位リサンプリング処理部１３に送られる。
【００６４】
レンジセル単位リサンプリング処理部１３は、レンジセル内リサンプリング処理部１２からの出力信号のリサンプルをレンジセル単位で行う。このレンジセル単位リサンプリング処理部１３からの出力信号は、周波数分析部６および時間−周波数分析部９に送られる。
【００６５】
以上説明した実施例６に係るレーダ装置によれば、リサンプリング処理をレンジセル内リサンプリング処理とレンジセル単位リサンプリング処理に分割して実施するように構成したので、リサンプリング量によらず、サンプリング数を一定、即ち処理負荷を一定とすることができる。
【実施例７】
【００６６】
本発明の実施例７に係るレーダ装置は、目標検出部７が、時間−周波数分析部９からの出力信号を用いて、目標の状態ベクトルの推定を行うようにしたことを特徴とするものである。この実施例７に係るレーダ装置の構成は、目標検出部７およびリサンプリング処理部８で行われる処理の内容を除けば、実施例１に係るレーダ装置の構成と同じである。
【００６７】
目標検出部７は、時間−周波数分析部９から送られてくる時間−周波数分析の結果から、分割された時間帯毎に目標位置を算出し、算出した目標位置を用いて、等速運動モデルや等加速度運動モデルに対して、例えば最小自乗法を用いてフィッティング処理を行い、観測時間内の目標の状態ベクトルを推定する。この目標検出部７で推定された目標の状態ベクトルは、リサンプリング処理部８に送られる。
【００６８】
リサンプリング処理部８は、目標検出部７から送られてくる目標の状態ベクトルに基づいてリサンプリング・パラメータを決定し、決定したリサンプリング・パラメータに従って、ＡＤ変換部５からの出力信号のリサンプルを行う。このリサンプリング処理部８からの出力信号は、周波数分析部６および時間−周波数分析部９に送られる。周波数分析部６、時間−周波数分析部９および目標検出部７の動作は、上述した実施例１に係るレーダ装置の動作と同じである。
【００６９】
なお、フィッティング処理に用いる運動モデルは、任意に設定でき、複数の運動モデルに対してフィッティング処理を行い、フィッティング誤差の最も少ない運動モデルおよび推定した状態ベクトルを用いるように構成できる。
【００７０】
また、観測時間内の目標の状態ベクトルは、分割された時間帯毎の目標位置のみならず周波数情報を併用して推定するように構成することもできる。
【００７１】
さらに、動画像処理で用いられる勾配法やマッチング法を用いて、分割された時間帯間の距離・周波数の移動量を算出し、算出した移動量を用いて、等速運動モデルや等加速度運動モデルにフィッティング処理を行うように構成することもできる。
【００７２】
目標の状態ベクトルは、一般に、観測毎の目標に関する情報を用いて算出されるが、この実施例７に係るレーダ装置では、観測時間内の目標に関する情報を用いて算出される。従って、より細かなレンジ補正が可能となり、積分損失を低減することができる。
【実施例８】
【００７３】
本発明の実施例８に係るレーダ装置は、実施例７に係るレーダ装置において、推定された目標の状態ベクトルに基づいて、目標に対する処理を再帰的に行うようにしたものである。
【００７４】
図８は、本発明の実施例８に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置において、目標検出部７は、実施例７と同様に、時間−周波数分析部９から送られてくる時間−周波数分析の結果に基づき、観測時間内の目標の状態ベクトルを推定する。この目標検出部７で推定された目標の状態ベクトルがリサンプリング処理部８に送られる。
【００７５】
リサンプリング処理部８は、目標検出部７からの推定された目標の状態ベクトルに基づいてリサンプリング・パラメータを決定し、決定したリサンプリング・パラメータに従って、ＡＤ変換部５からの出力信号のリサンプルを行う。このリサンプリング処理部８からの出力信号は、周波数分析部６および時間−周波数分析部９に送られる。周波数分析部６、時間−周波数分析部９および目標検出部７の動作は、上述した実施例１に係るレーダ装置の動作と同じである。以上の動作が再帰的に行われる。
【００７６】
目標の状態ベクトルは、一般に、観測毎の目標に関する情報を用いて算出されるが、実施例８に係るレーダ装置では、観測時間内の目標に関する情報を用いて算出され、再帰的に処理を実施するため、目標の運動状態が前回までと大きく異なる場合にも、積分損失を低減することができる。
【実施例９】
【００７７】
本発明の実施例９に係るレーダ装置は、目標検出部７における目標の検出を次のようにして行う。すなわち、目標検出部７は、周波数分析部６からの出力信号に対して低いしきい値を用いて目標の仮検出を行い、その後、仮検出されたセルに対応する、時間−周波数分析部９からの出力信号を用いて、目標の最終的な検出を行う。この構成により、処理負荷を軽減させることができる。
【実施例１０】
【００７８】
本発明の実施例１０に係るレーダ装置は、前記レーダ装置を搭載する装置と目標との相対的な状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従ってリサンプリング処理を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００７９】
図９は、本発明の実施例１０に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例１０に係るレーダ装置の構成を示すブロック図では、実施例１に係るレーダ装置の構成に対し、搭載装置の状態ベクトル推定部１４が付加されている。
【００８０】
今、目標の状態ベクトルＸ１が以下のように表されるとする。
【数５】
【００８１】
ここで、ｘ１は目標の位置、ｘ１’は目標の速度である。
【００８２】
また、前記搭載装置の状態ベクトル推定部１４から出力される搭載装置の状態ベクトルＸ２が以下のように表されるとする。
【数６】
【００８３】
ここで、ｘ２は搭載装置の位置、ｘ２’は搭載装置の速度である。
【００８４】
上記の場合、前記レーダ装置を搭載する装置と目標の相対的な状態ベクトルΔＸは、以下のように表される。
【数７】
【００８５】
また、送信信号のｎパルス目の送信時間Ｔ（ｎ）が以下のように表されるとする。
【数８】
【００８６】
ここで、Ｔ0は前回の観測からの経過時間、ΔＴは、送信パルスの時間間隔である。
【００８７】
目標および搭載装置の運動モデルが等速運動するものとすると、送信信号のｎパルス目の目標位置ｙ（ｎ）は、以下の式で表される。
【数９】
【００８８】
ここで、送信信号の１パルス目を基準とした目標移動量ｙ’（ｎ）は、以下のように表される。
【数１０】
【００８９】
リサンプリング処理部８では、送信信号の１パルス目を基準とした目標移動量ｙ’（ｎ）からリサンプリング・パラメータを決定し、この目標移動量ｙ’（ｎ）の符号を反転したリサンプリングを行うことにより、目標の移動量を補正することができる。
【００９０】
なお、上記では、目標および搭載装置の運動モデルが等速運動する場合について説明したが、目標および搭載装置の運動モデルは等速運動する場合に限らず任意に設定できる。
【００９１】
実施例１０に係るレーダ装置は、航空機または自動車等の車両のように、前記レーダ装置を搭載する装置が移動している時の構成として最適である。
【００９２】
なお、目標が移動していない場合は、前記レーダ装置を搭載する装置の状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従ってリサンプリング処理を行うようにしてもよい。
【００９３】
また、当該レーダ装置が通常の分解能のレーダ装置の場合、高速に移動する目標に対して、積分効果が期待できなくなるのと同様に、当該レーダ装置が高分解能レーダ装置の場合、前記レーダ装置を搭載する装置又は目標が低速に移動する際にも、搭載装置又は目標の移動により、積分効果が期待できなくなる。
【００９４】
例えば、高分解能で近距離を捜索する自動車等の車両に搭載される高分解能レーダ装置の場合、搭載装置の移動速度は、それほど高速ではないが、高分解能であるため、積分効果が期待できなくなる。
【００９５】
このため、実施例１０に係るレーダ装置は、レーダ装置が高分解能レーダ装置であり、当該レーダ装置を搭載する装置又は目標が低速に移動する際の構成としても最適である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係るレーダ装置における時間−周波数分析の結果を示す図（相対的に移動していない目標）である。
【図３】本発明の実施例１に係るレーダ装置における時間−周波数分析の結果を示す図（相対的に移動している目標）である。
【図４】本発明の実施例３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例６に係るレーダ装置におけるリサンプリング処理部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例８に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例１０に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来のレーダ装置の目標の移動量に対する積分損失を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 送信機
２ サーキュレータ
３ アンテナ
４ 受信機
５ ＡＤ変換部
６ 周波数分析部
７ 目標検出部
８ リサンプリング処理部
９ 時間−周波数分析部
１０ 記録部
１１ 追尾制御部
１２ レンジセル内リサンプリング処理部
１３ レンジセル単位リサンプリング処理部
１４ 搭載装置の状態ベクトル推定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型高速目標を捕捉、捜索、追尾するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置の詳細を、図面を参照しながら説明する。図１０は、従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、送信機１、サーキュレータ２、アンテナ３、受信機４、ＡＤ変換部５、周波数分析部６および目標検出部７から構成される。
【０００３】
アンテナ３は、送信機１からサーキュレータ２を経由して送られてくる送信信号を電波に変換し、送信波として指定方向の空間に送信するとともに、送信波が目標で反射することにより発生された反射波を受信して電気信号に変換し、受信信号としてサーキュレータ２を経由して受信機４に送る。
【０００４】
受信機４は、アンテナ３からサーキュレータ２を経由して送られてくる受信信号を周波数変換し、ＡＤ変換部５に送る。ＡＤ変換部５は、受信機４から送られてくるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換し、周波数分析部６に送る。周波数分析部６は、ＡＤ変換部５から送られてくるディジタルの受信信号の周波数分析を行い、分析結果を表す信号を目標検出部７に送る。目標検出部７は、周波数分析部６から送られてくる分析結果を表す信号に基づき目標を検出する。
【０００５】
一般に、レーダ装置において小型目標を探知するためには、パルスヒット数を多くし、周波数分析処理による積分効果によって信号対雑音比（ＳＮ比）を改善する方法が有効であることが知られている。しかしながら、上述した従来のレーダ装置は、目標が高速で移動している場合、パルスヒット数を多くしても、目標の位置が徐々に移動していくため、周波数分析処理による積分効果が得られない。
【０００６】
すなわち、観測時間内における目標の移動が小さい場合、周波数分析部６における処理によって所望の積分効果が得られるが、観測時間内における目標の移動量が大きくなるにつれて、積分効果が低くなり、所望の積分効果が得られない。図１１は、目標の移動量に対する積分損失を示す。
【０００７】
なお、関連する技術として、特許文献１は、目標が小型高速目標である場合でも目標追尾を確実に行うことができる目標追尾レーダ装置を開示している。この目標追尾レーダ装置は、送信パルスの送信開始時から所定時間後に所定サンプリング周波数のサンプリングを開始し、アナログの受信信号を一連のディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、目標速度データおよびＰＲＦデータに基づく目標の移動距離がサンプリング周波数に基づく距離分解能を超える場合に、目標の移動距離に相当するサンプリング間隔分、サンプリングの開始時期をシフトさせ、受信パルスのディジタルデータの順序位置が一致した一連のディジタルデータを生成させる制御を行うＡ／Ｄ変換制御部と、各送信パルスの送信時から計時して同一時間帯の各ディジタルデータを順次積分する積分器とを備えている。
【０００８】
また、特許文献２は、目標の移動によるドップラ偏移があり、パルスヒット間でレンジビンをまたがっても、安定した圧縮特性およびコヒーレント積分性能を有するレーダ装置を開示している。このレーダ装置は、ドップラ補正量の異なった複数個のドップラ補正回路を用意し、ディジタルＩ，Ｑ信号を、時間領域でドップラ補正した後、各々パルス圧縮を行う。さらに、パルスヒット間で振幅最大値のレンジビンが異なる場合、同一レンジビンとなるよう各々レンジ補正する。そして、コヒーレント積分の結果、最大積分値のものを選択し、出力する。
【特許文献１】特開２００１−１６６０３４号公報
【特許文献２】特開２０００−２７５３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来のレーダ装置は、目標が高速で移動する場合、周波数分析処理によって所望の積分効果を得ることができず、目標の探知確率や測角精度が劣化するという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１に示されている目標追尾レーダ装置では、目標の移動量に合わせてサンプリングの開始時期をシフトさせて同一時間帯のデータを積分するので、目標が高速で移動する場合であっても、ほぼ所望の積分効果を得ることができるが、目標以外に振幅が大きな信号が入力されると、誤警報が発生するという問題がある。また、目標の運動状態が途中で変化した場合は、積分効果が得られなくなるという問題がある。
【００１１】
さらに、特許文献２に示されるレーダ装置では、パルス圧縮処理のドップラ補正とコヒーレント積分のレンジ補正を実施しているが、ドップラ周波数によるパルス圧縮処理のＳＮ比の低下は、目標の移動量による積分利得の低下に比べて極めて小さく、処理負荷が高い割には、大きな効果が得られない。また、レンジ補正を総当り的に実施するので、演算量の観点から実用的ではない。
【００１２】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、目標が高速に移動しても、目標の探知確率や測角精度が劣化せず、誤警報が非常に少ないレーダ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、第１の発明に係るレーダ装置は、アンテナから得られるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の周波数分析を行う周波数分析部と、前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の時間−周波数分析を行う時間−周波数分析部と、前記周波数分析部により前記周波数分析が行われた信号と前記時間−周波数分析部により前記時間−周波数分析が行われた信号とに基づき目標を検出する目標検出部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第２の発明に係るレーダ装置は、第１の発明に係るレーダ装置において、前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号のリサンプルを行うリサンプリング処理部をさらに備え、前記周波数分析部は、前記リサンプリング処理部により前記リサンプルが行われた信号の周波数分析を行い、前記時間−周波数分析部は、前記リサンプリング処理部により前記リサンプルが行われた前記信号の前記時間−周波数分析を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明に係るレーダ装置によれば、時間−周波数分析処理の出力信号を用いて、目標の移動の有無または移動速度を基に検出を行うように構成したので、所望の移動速度以外の目標が存在しても、誤警報が非常に少ないレーダ装置を提供できる。
【００１６】
また、第２の発明に係るレーダ装置によれば、目標の移動量を補正するリサンプリング処理を行い、リサンプリング処理された受信信号を用いて、周波数分析処理と時間−周波数分析処理を行うので、所望の積分効果が得られるとともに、時間−周波数分析処理の出力信号を用いて、移動量を補正した信号における、目標の移動の有無または移動速度を基に検出を行うので、目標が高速に移動しても、目標の探知確率や測角精度が劣化せず、誤警報が非常に少ないレーダ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、背景技術の欄で説明した構成部分に相当する部分には、背景技術の欄で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、送信機１、サーキュレータ２、アンテナ３、受信機４、ＡＤ変換部５、リサンプリング処理部８、周波数分析部６、時間−周波数分析部９および目標検出部７から構成されている。
【００１９】
アンテナ３は、送信機１からサーキュレータ２を経由して送られてくる送信信号を電波に変換し、送信波として指定方向の空間に送信するとともに、送信波が目標で反射することにより発生された反射波を受信して電気信号に変換し、受信信号としてサーキュレータ２を経由して受信機４に送る。
【００２０】
受信機４は、アンテナ３からサーキュレータ２を経由して送られてくる受信信号を周波数変換し、ＡＤ変換部５に送る。ＡＤ変換部５は、受信機４から送られてくるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換し、リサンプリング処理部８に送る。
【００２１】
リサンプリング処理部８は、ＡＤ変換部５から送られてくるディジタルの受信信号のリサンプルを行う。このリサンプリング処理部８における処理によって、目標の移動量が補正されると、受信信号に含まれる各パルスの最大値が積分されるので、所望の積分効果を得ることができる。このリサンプリング処理部８からの出力信号は、周波数分析部６および時間−周波数分析部９に送られる。
【００２２】
周波数分析部６は、リサンプリング処理部８から送られてくる信号の周波数分析を行う。この周波数分析部６における周波数分析は、例えば、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）またはＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって実現することができる。周波数分析部６における周波数分析の結果を表す信号は、目標検出部７に送られる。
【００２３】
時間−周波数分析部９は、リサンプリング処理部８から送られてくる信号の時間−周波数分析を行う。今、例えば、リサンプリング処理部８から送られてくる信号が４０個のパルスから成るパルス列であり、３つの時間帯に分けて周波数分析を行うものとすると、１〜２０番目の２０個のパルスに対する周波数分析、１１〜３０番目の２０個のパルスに対する周波数分析および２１〜４０番目の２０個のパルスに対する周波数分析が行われる。
【００２４】
この時間−周波数分析部９における時間−周波数分析は、短時間フーリエ変換によって実現することができる。時間−周波数分析部９において得られた時間−周波数分析の結果を表す信号は、目標検出部７に送られる。
【００２５】
目標検出部７は、周波数分析部６から送られてくる信号と時間−周波数分析部９から送られてくる信号とに基づき目標を検出する。
【００２６】
図２（ａ）は、リサンプリング処理後に相対的に移動していない目標に対する周波数分析の結果を示し、観測時間内において受信信号として得られるｋ個のパルス列に基づき作成されたものである。図２（ｂ）〜図２（ｄ）は、リサンプリング処理後に相対的に移動していない目標に対する時間−周波数分析の結果を示している。
【００２７】
図２（ｂ）は、観測時間内において受信信号として得られるｋ個のパルス列の前半のｋ／２個に基づき作成され、図２（ｃ）は、ｋ個のパルス列の中央のｋ／２個に基づき作成され、図２（ｄ）は、ｋ個のパルス列の後半のｋ／２個に基づき作成されたものである。
【００２８】
図３（ａ）は、リサンプリング処理後に相対的に移動している目標に対する周波数分析の結果を示し、観測時間内において受信信号として得られるｋ個のパルス列に基づき作成されたものである。図３（ｂ）〜図３（ｄ）は、リサンプリング処理後に相対的に移動している目標に対する時間−周波数分析の結果を示し、図３（ｂ）は、観測時間内において受信信号として得られるｋ個のパルス列の前半のｋ／２個に基づき作成され、図３（ｃ）は、ｋ個のパルス列の中央のｋ／２個に基づき作成され、図３（ｄ）は、ｋ個のパルス列の後半のｋ／２個に基づき作成されたものである。
【００２９】
図３（ｂ）〜図３（ｄ）において、目標は時間の経過に連れて距離が遠くなる位置に出現することがわかる。図２及び図３において、横軸は距離であり、この距離はパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）に対応する。
【００３０】
なお、この実施例１における時間−周波数分析では、観測時間内に得られる受信信号を３つの時間帯に分割して目標の位置を検出する例を示したが、時間帯の分割数は３つに限らず任意に決定できる。
【００３１】
図２（ａ）および図３（ａ）に示した周波数分析の結果を見ると、相対的に移動していない目標と移動している目標の差異は僅かである。これに対し、図２（ｂ）〜図２（ｄ）および図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示した時間−周波数分析の結果を見ると、相対的に移動していない目標は、分割された３つの時間帯で略等しい位置に出現するが、相対的に移動している目標は、分割された３つの時間帯で異なる位置に出現する。従って、リサンプリング処理後に、目標が相対的に移動しているか否かを判断することができる。
【００３２】
即ち、本発明では、受信信号を距離、時間及び周波数で同時表現し、距離と周波数面における信号の時間的な変化に基づいて検出を行なう。
【００３３】
一般的に、時間−周波数分析は、周波数が時間と共に変化するような非定常信号の分析に用いられるが、時間と共に距離（位置）が変化し、周波数が変化しない場合でも、距離毎に時間−周波数分析を行い、距離と周波数面における信号の時間的な変化に着目することにより、目標の移動の有無や移動速度を算出することができる。
【００３４】
なお、上述した本発明の実施例１に係るレーダ装置では、目標の移動速度が大きい場合に適用するために、目標の移動量を補正するリサンプリング処理部８を設けているが、信号強度が大きな目標を捕捉、捜索、追尾するレーダ装置の場合は、目標の移動量を補正する必要がないので、リサンプリング処理部８を省略し、ＡＤ変換部５からの出力信号を周波数分析部６および時間−周波数分析部９に直接に送るように構成することができる。
【００３５】
また、上述した本発明の実施例１に係るレーダ装置から周波数分析部６を除去し、時間−周波数分析部９からの出力信号のみを用いて目標検出処理を実施するように構成できる。この構成によれば、周波数分析部６の除去によりＳＮ比が低下するが、装置を簡素化することができる。
【００３６】
また、本発明の実施例１に係るレーダ装置では、目標で反射された長パルス信号を受信して信号処理を行うことによりパルス圧縮し、所望の短パルス信号を得るパルス圧縮処理を行うように構成することができる。この場合、パルス圧縮処理を行うためのパルス圧縮処理部は、処理負荷を軽減するという観点から、ＡＤ変換部５とリサンプリング処理部８の間に設けるのが望ましい。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例２に係るレーダ装置は、目標の状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従ってリサンプリング処理を行うようにしたことを特徴とするものである。この実施例２に係るレーダ装置の構成は、実施例１に係るレーダ装置の構成と同じである。
【００３８】
今、目標の状態ベクトルＸが以下のように表されるとする。
【数１】
【００３９】
ここで、ｘは位置、ｘ’は速度である。
【００４０】
また、送信信号のｎパルス目の送信時間Ｔ（ｎ）が以下のように表されるとする。
【数２】
【００４１】
ここで、Ｔ0は前回の観測からの経過時間、ΔＴは、送信パルスの時間間隔である。
【００４２】
目標の運動モデルが等速運動するものとすると、送信信号のｎパルス目の目標位置ｙ（ｎ）は、以下の式で表される。
【数３】
【００４３】
ここで、送信信号の１パルス目を基準とした目標移動量ｙ’（ｎ）は、以下のように表される。
【数４】
【００４４】
リサンプリング処理部８では、送信信号の１パルス目を基準とした目標移動量ｙ’（ｎ）からリサンプリング・パラメータを決定し、この目標移動量ｙ’（ｎ）の符号を反転したリサンプリングを行うことにより、目標の移動量を補正することができる。
【００４５】
なお、上記では、目標の運動モデルが等速運動する場合について説明したが、目標の運動モデルは等速運動する場合に限らず任意に設定できる。
【００４６】
この実施例２に係るレーダ装置は、目標の状態ベクトルが予め得られている、または外部から得られる小型高速目標の捕捉用レーダ装置、または、多機能レーダ装置において小型高速目標を捕捉する時の構成として最適である。
【実施例３】
【００４７】
本発明の実施例３に係るレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置におけるＡＤ変換部５からの出力信号を並列処理することを特徴とするものである。
【００４８】
図４は、本発明の実施例３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置のリサンプリング処理部８がｍ個（ｍは２以上の整数）のリサンプリング処理部８1〜８mに置き換えられ、周波数分析部６がｍ個の周波数分析部６1〜６mに置き換えられ、時間−周波数分析部９がｍ個の時間−周波数分析部９1〜９mに置き換えられ、目標検出部７がｍ個の目標検出部７1〜７mに置き換えられて構成されている。このレーダ装置では、同一のサフィックスを有する構成要素によって１系統が形成されている。従って、このレーダ装置は、ｍ系統のレーダ装置を有することになる。
【００４９】
ＡＤ変換部５は、受信機４から送られてくるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換し、リサンプリング処理部８1〜８mに送る。リサンプリング処理部８1〜８mの各々は、異なる目標の状態ベクトルに対応したリサンプリング・パラメータに従ってリサンプリング処理を行う。リサンプリング処理部８i（ｉ＝１、２、・・・、ｍであり、以下においても同じ）は、ＡＤ変換部５から送られてくるディジタルの受信信号をリサンプルし、その結果を表す信号を周波数分析部６iおよび時間−周波数分析部９iに送る。
【００５０】
周波数分析部６iは、リサンプリング処理部８iから送られてくる信号の周波数分析を行う。この周波数分析部６iにおける周波数分析の結果を表す信号は、目標検出部７iに送られる。時間−周波数分析部９iは、リサンプリング処理部８iから送られてくる信号の時間−周波数分析を行う。この時間−周波数分析部９iにおける時間−周波数分析の結果を表す信号は、目標検出部７iに送られる。
【００５１】
目標検出部７iは、周波数分析部６iから送られてくる信号と時間−周波数分析部９iから送られてくる信号とに基づき目標を検出する。
【００５２】
この実施例３に係るレーダ装置は、目標の状態ベクトルを予め得ることができない小型高速目標の捜索用レーダ装置、または、多機能レーダ装置において小型高速目標を捜索する時の構成として最適である。
【実施例４】
【００５３】
本発明の実施例４に係るレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置におけるＡＤ変換部５からの出力信号を時分割処理することを特徴とするものである。
【００５４】
図５は、本発明の実施例４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置に記録部１０が追加されて構成されている。また、リサンプリング処理部８、周波数分析部６、時間−周波数分析部９および目標検出部７は、複数の状態ベクトルにそれぞれ対応する複数のリサンプリング・パラメータに従って時分割に処理を実施する。
【００５５】
このレーダ装置では、ＡＤ変換部５は、受信機４から送られてくるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換し、記録部１０に送る。記録部１０は、ＡＤ変換部５から送られてくる受信信号を一旦記憶し、リサンプリング・パラメータが変更される毎に、所定の受信信号を読み出してリサンプリング処理部８に送る。これにより、リサンプリング・パラメータが変更される毎に、上述した実施例１に係るレーダ装置と同様の処理が行われる。
【００５６】
この実施例４に係るレーダ装置は、目標の状態ベクトルを予め得ることができない小型高速目標の捜索用レーダ装置、または、多機能レーダ装置において小型高速目標を捜索する時の構成として最適である。
【実施例５】
【００５７】
本発明の実施例５に係るレーダ装置は、追尾制御に係る情報から目標の状態ベクトルを得ることを特徴とするものである。
【００５８】
図６は、本発明の実施例５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置に追尾制御部１１が追加されて構成されている。
【００５９】
追尾制御部１１は、目標検出部７からの出力信号を用いて目標の追尾処理を実行することにより目標の状態ベクトルを得る。また、追尾制御部１１は、目標の状態ベクトルをリサンプリング処理部８に送る。リサンプリング処理部８は、追尾制御部１１からの目標の状態ベクトルに基づいてリサンプリング・パラメータを決定し、決定したリサンプリング・パラメータに従って、ＡＤ変換部５からの出力信号のリサンプルを行う。このリサンプリング処理部８からの出力信号は、周波数分析部６および時間−周波数分析部９に送られる。周波数分析部６、時間−周波数分析部９および目標検出部７の動作は、上述した実施例１に係るレーダ装置の動作と同じである。
【００６０】
この実施例５に係るレーダ装置は、追尾制御部１１からの目標の状態ベクトルを出力できる小型高速目標の追尾用レーダ装置、または、多機能レーダ装置において小型高速目標を追尾する時の構成として最適である。
【実施例６】
【００６１】
本発明の実施例６に係るレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置のリサンプリング処理部８において実行されるリサンプリング処理を、リサンプリング処理をレンジセル内リサンプリング処理とレンジセル単位リサンプリング処理に分割して行うようにしたことを特徴とするものである。
【００６２】
図７は、本発明の実施例６に係るレーダ装置のリサンプリング処理部８の構成を示すブロック図である。このリサンプリング処理部８は、レンジセル内リサンプリング処理部１２とレンジセル単位リサンプリング処理部１３とから構成されている。
【００６３】
レンジセル内リサンプリング処理部１２は、ＡＤ変換部から送られてくる信号のリサンプルを、レンジ方向（距離方向）のセルであるレンジセル内で行う。より具体的には、サンプルによって得られたセルに対してサンプリング定理に従って補間処理を行うことにより、サンプルされていないレンジ方向の位置の信号を復元する処理を行う。このレンジセル内リサンプリング処理部１２からの出力信号は、レンジセル単位リサンプリング処理部１３に送られる。
【００６４】
レンジセル単位リサンプリング処理部１３は、レンジセル内リサンプリング処理部１２からの出力信号のリサンプルをレンジセル単位で行う。このレンジセル単位リサンプリング処理部１３からの出力信号は、周波数分析部６および時間−周波数分析部９に送られる。
【００６５】
以上説明した実施例６に係るレーダ装置によれば、リサンプリング処理をレンジセル内リサンプリング処理とレンジセル単位リサンプリング処理に分割して実施するように構成したので、リサンプリング量によらず、サンプリング数を一定、即ち処理負荷を一定とすることができる。
【実施例７】
【００６６】
本発明の実施例７に係るレーダ装置は、目標検出部７が、時間−周波数分析部９からの出力信号を用いて、目標の状態ベクトルの推定を行うようにしたことを特徴とするものである。この実施例７に係るレーダ装置の構成は、目標検出部７およびリサンプリング処理部８で行われる処理の内容を除けば、実施例１に係るレーダ装置の構成と同じである。
【００６７】
目標検出部７は、時間−周波数分析部９から送られてくる時間−周波数分析の結果から、分割された時間帯毎に目標位置を算出し、算出した目標位置を用いて、等速運動モデルや等加速度運動モデルに対して、例えば最小自乗法を用いてフィッティング処理を行い、観測時間内の目標の状態ベクトルを推定する。この目標検出部７で推定された目標の状態ベクトルは、リサンプリング処理部８に送られる。
【００６８】
リサンプリング処理部８は、目標検出部７から送られてくる目標の状態ベクトルに基づいてリサンプリング・パラメータを決定し、決定したリサンプリング・パラメータに従って、ＡＤ変換部５からの出力信号のリサンプルを行う。このリサンプリング処理部８からの出力信号は、周波数分析部６および時間−周波数分析部９に送られる。周波数分析部６、時間−周波数分析部９および目標検出部７の動作は、上述した実施例１に係るレーダ装置の動作と同じである。
【００６９】
なお、フィッティング処理に用いる運動モデルは、任意に設定でき、複数の運動モデルに対してフィッティング処理を行い、フィッティング誤差の最も少ない運動モデルおよび推定した状態ベクトルを用いるように構成できる。
【００７０】
また、観測時間内の目標の状態ベクトルは、分割された時間帯毎の目標位置のみならず周波数情報を併用して推定するように構成することもできる。
【００７１】
さらに、動画像処理で用いられる勾配法やマッチング法を用いて、分割された時間帯間の距離・周波数の移動量を算出し、算出した移動量を用いて、等速運動モデルや等加速度運動モデルにフィッティング処理を行うように構成することもできる。
【００７２】
目標の状態ベクトルは、一般に、観測毎の目標に関する情報を用いて算出されるが、この実施例７に係るレーダ装置では、観測時間内の目標に関する情報を用いて算出される。従って、より細かなレンジ補正が可能となり、積分損失を低減することができる。
【実施例８】
【００７３】
本発明の実施例８に係るレーダ装置は、実施例７に係るレーダ装置において、推定された目標の状態ベクトルに基づいて、目標に対する処理を再帰的に行うようにしたものである。
【００７４】
図８は、本発明の実施例８に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置において、目標検出部７は、実施例７と同様に、時間−周波数分析部９から送られてくる時間−周波数分析の結果に基づき、観測時間内の目標の状態ベクトルを推定する。この目標検出部７で推定された目標の状態ベクトルがリサンプリング処理部８に送られる。
【００７５】
リサンプリング処理部８は、目標検出部７からの推定された目標の状態ベクトルに基づいてリサンプリング・パラメータを決定し、決定したリサンプリング・パラメータに従って、ＡＤ変換部５からの出力信号のリサンプルを行う。このリサンプリング処理部８からの出力信号は、周波数分析部６および時間−周波数分析部９に送られる。周波数分析部６、時間−周波数分析部９および目標検出部７の動作は、上述した実施例１に係るレーダ装置の動作と同じである。以上の動作が再帰的に行われる。
【００７６】
目標の状態ベクトルは、一般に、観測毎の目標に関する情報を用いて算出されるが、実施例８に係るレーダ装置では、観測時間内の目標に関する情報を用いて算出され、再帰的に処理を実施するため、目標の運動状態が前回までと大きく異なる場合にも、積分損失を低減することができる。
【実施例９】
【００７７】
本発明の実施例９に係るレーダ装置は、目標検出部７における目標の検出を次のようにして行う。すなわち、目標検出部７は、周波数分析部６からの出力信号に対して低いしきい値を用いて目標の仮検出を行い、その後、仮検出されたセルに対応する、時間−周波数分析部９からの出力信号を用いて、目標の最終的な検出を行う。この構成により、処理負荷を軽減させることができる。
【実施例１０】
【００７８】
本発明の実施例１０に係るレーダ装置は、前記レーダ装置を搭載する装置と目標との相対的な状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従ってリサンプリング処理を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００７９】
図９は、本発明の実施例１０に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例１０に係るレーダ装置の構成を示すブロック図では、実施例１に係るレーダ装置の構成に対し、搭載装置の状態ベクトル推定部１４が付加されている。
【００８０】
今、目標の状態ベクトルＸ１が以下のように表されるとする。
【数５】
【００８１】
ここで、ｘ１は目標の位置、ｘ１’は目標の速度である。
【００８２】
また、前記搭載装置の状態ベクトル推定部１４から出力される搭載装置の状態ベクトルＸ２が以下のように表されるとする。
【数６】
【００８３】
ここで、ｘ２は搭載装置の位置、ｘ２’は搭載装置の速度である。
【００８４】
上記の場合、前記レーダ装置を搭載する装置と目標の相対的な状態ベクトルΔＸは、以下のように表される。
【数７】
【００８５】
また、送信信号のｎパルス目の送信時間Ｔ（ｎ）が以下のように表されるとする。
【数８】
【００８６】
ここで、Ｔ0は前回の観測からの経過時間、ΔＴは、送信パルスの時間間隔である。
【００８７】
目標および搭載装置の運動モデルが等速運動するものとすると、送信信号のｎパルス目の目標位置ｙ（ｎ）は、以下の式で表される。
【数９】
【００８８】
ここで、送信信号の１パルス目を基準とした目標移動量ｙ’（ｎ）は、以下のように表される。
【数１０】
【００８９】
リサンプリング処理部８では、送信信号の１パルス目を基準とした目標移動量ｙ’（ｎ）からリサンプリング・パラメータを決定し、この目標移動量ｙ’（ｎ）の符号を反転したリサンプリングを行うことにより、目標の移動量を補正することができる。
【００９０】
なお、上記では、目標および搭載装置の運動モデルが等速運動する場合について説明したが、目標および搭載装置の運動モデルは等速運動する場合に限らず任意に設定できる。
【００９１】
実施例１０に係るレーダ装置は、航空機または自動車等の車両のように、前記レーダ装置を搭載する装置が移動している時の構成として最適である。
【００９２】
なお、目標が移動していない場合は、前記レーダ装置を搭載する装置の状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従ってリサンプリング処理を行うようにしてもよい。
【００９３】
また、当該レーダ装置が通常の分解能のレーダ装置の場合、高速に移動する目標に対して、積分効果が期待できなくなるのと同様に、当該レーダ装置が高分解能レーダ装置の場合、前記レーダ装置を搭載する装置又は目標が低速に移動する際にも、搭載装置又は目標の移動により、積分効果が期待できなくなる。
【００９４】
例えば、高分解能で近距離を捜索する自動車等の車両に搭載される高分解能レーダ装置の場合、搭載装置の移動速度は、それほど高速ではないが、高分解能であるため、積分効果が期待できなくなる。
【００９５】
このため、実施例１０に係るレーダ装置は、レーダ装置が高分解能レーダ装置であり、当該レーダ装置を搭載する装置又は目標が低速に移動する際の構成としても最適である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係るレーダ装置における時間−周波数分析の結果を示す図（相対的に移動していない目標）である。
【図３】本発明の実施例１に係るレーダ装置における時間−周波数分析の結果を示す図（相対的に移動している目標）である。
【図４】本発明の実施例３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例６に係るレーダ装置におけるリサンプリング処理部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例８に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例１０に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来のレーダ装置の目標の移動量に対する積分損失を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１ 送信機
２ サーキュレータ
３ アンテナ
４ 受信機
５ ＡＤ変換部
６ 周波数分析部
７ 目標検出部
８ リサンプリング処理部
９ 時間−周波数分析部
１０ 記録部
１１ 追尾制御部
１２ レンジセル内リサンプリング処理部
１３ レンジセル単位リサンプリング処理部
１４ 搭載装置の状態ベクトル推定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナから得られるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の周波数分析を行う周波数分析部と、
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の時間−周波数分析を行う時間−周波数分析部と、
前記周波数分析部により前記周波数分析が行われた信号と前記時間−周波数分析部により前記時間−周波数分析が行われた信号とに基づき目標を検出する目標検出部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号のリサンプルを行うリサンプリング処理部をさらに備え、
前記周波数分析部は、前記リサンプリング処理部により前記リサンプルが行われた信号の周波数分析を行い、
前記時間−周波数分析部は、前記リサンプリング処理部により前記リサンプルが行われた前記信号の前記時間−周波数分析を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記リサンプリング処理部は、前記目標の状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従って前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の前記リサンプルを行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記リサンプリング処理部、前記周波数分析部、前記時間−周波数分析部および前記目標検出部を１系統とした場合に複数系統を備え、
前記複数の系統は、複数の状態ベクトルの前記目標に対する処理を並列に行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記リサンプリング処理部、前記周波数分析部、前記時間−周波数分析部および前記目標検出部は、複数の状態ベクトルの前記目標に対する処理を時分割で行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記目標検出部により検出された信号を用いて前記目標を追尾する追尾制御部をさらに備え、
前記リサンプリング処理部は、前記追尾制御部により追尾された前記目標の状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従って前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の前記リサンプルを行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記リサンプリング処理部は、
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の前記リサンプルをレンジセル内で行うレンジセル内リサンプリング処理部と、
前記レンジセル内リサンプリング処理部からの出力信号の前記リサンプルをレンジセル単位で行うレンジセル単位リサンプリング処理部と、
を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項６の何れか１項記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記目標検出部は、前記時間−周波数分析部により前記時間−周波数分析が行われた前記信号を用いて、前記目標の状態ベクトルを推定し、
前記リサンプリング処理部は、前記目標検出部により推定された前記目標の前記状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従って前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の前記リサンプルを行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記リサンプリング処理部、前記周波数分析部、前記時間−周波数分析部および前記目標検出部は、前記目標検出部により推定された前記目標の前記状態ベクトルに基づいて、前記目標に対する処理を再帰的に行うことを特徴とする請求項８記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記目標検出部は、前記周波数分析部により前記周波数分析が行われた前記信号に対して低いしきい値を適用して前記目標の仮検出を行い、仮検出された前記目標のセルに対応する、前記時間−周波数分析部からの前記信号を用いて前記目標の最終的な検出を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記周波数分析部は、前記周波数分析をフーリエ変換によって行い、
前記時間−周波数分析部は、前記時間−周波数分析を短時間フーリエ変換によって行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項記載のレーダ装置。
【請求項１２】
アンテナから得られるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の時間−周波数分析を行う時間−周波数分析部と、
前記時間−周波数分析部により前記時間−周波数分析が行われた信号に基づき目標を検出する目標検出部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１３】
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号のリサンプルを行うリサンプリング処理部をさらに備え、
前記時間−周波数分析部は、前記リサンプリング処理部により前記リサンプルが行われた信号の時間−周波数分析を行うことを特徴とする請求項１２記載のレーダ装置。
【請求項１４】
前記リサンプリング処理部は、当該レーダ装置を搭載する搭載装置の状態ベクトル又は当該レーダ装置を搭載する搭載装置と前記目標との相対的な状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従って前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の前記リサンプルを行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項１】
アンテナから得られるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の周波数分析を行う周波数分析部と、
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の時間−周波数分析を行う時間−周波数分析部と、
前記周波数分析部により前記周波数分析が行われた信号と前記時間−周波数分析部により前記時間−周波数分析が行われた信号とに基づき目標を検出する目標検出部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号のリサンプルを行うリサンプリング処理部をさらに備え、
前記周波数分析部は、前記リサンプリング処理部により前記リサンプルが行われた信号の周波数分析を行い、
前記時間−周波数分析部は、前記リサンプリング処理部により前記リサンプルが行われた前記信号の前記時間−周波数分析を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記リサンプリング処理部は、前記目標の状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従って前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の前記リサンプルを行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記リサンプリング処理部、前記周波数分析部、前記時間−周波数分析部および前記目標検出部を１系統とした場合に複数系統を備え、
前記複数の系統は、複数の状態ベクトルの前記目標に対する処理を並列に行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記リサンプリング処理部、前記周波数分析部、前記時間−周波数分析部および前記目標検出部は、複数の状態ベクトルの前記目標に対する処理を時分割で行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記目標検出部により検出された信号を用いて前記目標を追尾する追尾制御部をさらに備え、
前記リサンプリング処理部は、前記追尾制御部により追尾された前記目標の状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従って前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の前記リサンプルを行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記リサンプリング処理部は、
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の前記リサンプルをレンジセル内で行うレンジセル内リサンプリング処理部と、
前記レンジセル内リサンプリング処理部からの出力信号の前記リサンプルをレンジセル単位で行うレンジセル単位リサンプリング処理部と、
を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項６の何れか１項記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記目標検出部は、前記時間−周波数分析部により前記時間−周波数分析が行われた前記信号を用いて、前記目標の状態ベクトルを推定し、
前記リサンプリング処理部は、前記目標検出部により推定された前記目標の前記状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従って前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の前記リサンプルを行うことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記リサンプリング処理部、前記周波数分析部、前記時間−周波数分析部および前記目標検出部は、前記目標検出部により推定された前記目標の前記状態ベクトルに基づいて、前記目標に対する処理を再帰的に行うことを特徴とする請求項８記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記目標検出部は、前記周波数分析部により前記周波数分析が行われた前記信号に対して低いしきい値を適用して前記目標の仮検出を行い、仮検出された前記目標のセルに対応する、前記時間−周波数分析部からの前記信号を用いて前記目標の最終的な検出を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記周波数分析部は、前記周波数分析をフーリエ変換によって行い、
前記時間−周波数分析部は、前記時間−周波数分析を短時間フーリエ変換によって行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項記載のレーダ装置。
【請求項１２】
アンテナから得られるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の時間−周波数分析を行う時間−周波数分析部と、
前記時間−周波数分析部により前記時間−周波数分析が行われた信号に基づき目標を検出する目標検出部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項１３】
前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号のリサンプルを行うリサンプリング処理部をさらに備え、
前記時間−周波数分析部は、前記リサンプリング処理部により前記リサンプルが行われた信号の時間−周波数分析を行うことを特徴とする請求項１２記載のレーダ装置。
【請求項１４】
前記リサンプリング処理部は、当該レーダ装置を搭載する搭載装置の状態ベクトル又は当該レーダ装置を搭載する搭載装置と前記目標との相対的な状態ベクトルに基づいて決定されたリサンプリング・パラメータに従って前記ＡＤ変換部により変換された前記ディジタル信号の前記リサンプルを行う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３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−３４９６６９（Ｐ２００６−３４９６６９Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２２１７８（Ｐ２００６−１２２１７８）
【出願日】平成１８年４月２６日（２００６．４．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２６日（２００６．４．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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