レーダ装置
【課題】時空間適応信号処理を適用してクラッタを抑圧する際、演算量の低減化、測距性能及びクラッタ抑圧性能の向上を図るレーダ装置を得る。
【解決手段】局部発振信号を生成する局部発振信号生成部２、局部発振信号を用いてパルスごとの送信周波数をステップ状に変化させた有限個のパルス信号を生成し繰り返し送信する送信部１、送信信号を空間に放射する送信アンテナ部３、目標に反射して到来するパルス状の反射電波を受信する受信アンテナ部４、受信信号のパルスごとに局部発振信号を用いて周波数変換及びＩ、Ｑ位相検波を行って複素ビデオ信号を生成しＡＤ変換して複素デジタルビデオ信号を出力する受信部６、複素デジタルビデオ信号を用いて高距離分解能化を図る合成帯域処理部７、高距離分解能化を図った信号に対しクラッタを抑圧する時空間適応信号処理部８、時空間適応信号処理部からの出力信号に基づき目標検出処理を行う目標検出部９を備える。
【解決手段】局部発振信号を生成する局部発振信号生成部２、局部発振信号を用いてパルスごとの送信周波数をステップ状に変化させた有限個のパルス信号を生成し繰り返し送信する送信部１、送信信号を空間に放射する送信アンテナ部３、目標に反射して到来するパルス状の反射電波を受信する受信アンテナ部４、受信信号のパルスごとに局部発振信号を用いて周波数変換及びＩ、Ｑ位相検波を行って複素ビデオ信号を生成しＡＤ変換して複素デジタルビデオ信号を出力する受信部６、複素デジタルビデオ信号を用いて高距離分解能化を図る合成帯域処理部７、高距離分解能化を図った信号に対しクラッタを抑圧する時空間適応信号処理部８、時空間適応信号処理部からの出力信号に基づき目標検出処理を行う目標検出部９を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パルス信号を目標に向けて送信し、低速で移動する目標により反射したパルス信号を受信して目標を検出するレーダ技術に関し、詳しくは、低速で移動する目標を検出する際に、時空間適応信号処理によって、クラッタが混在した受信信号からフィルタ処理によりクラッタを抑圧する、クラッタ抑圧技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置でパルス状の電波を送受信して目標を検出しようとする場合、目標からの反射波のほかに、地表面、海面、雨などの不要物によって反射するクラッタ（不要波）が存在する。このクラッタによって目標からの反射電波が埋もれると目標を検出できなくなるため、クラッタを抑圧しなければならない。特に低速で移動する目標を検出する場合、ドップラー速度の小さい領域でクラッタ抑圧性能を確保することが必要となる。
【０００３】
クラッタが存在する電波環境において、低速で移動する目標の目標検出性能を向上させるため、アレーアンテナで受信した受信信号から、時間と空間の二次元の情報でフィルタを作成し、フィルタ処理によってクラッタを除去して目標検出を行う時空間適応信号処理（ＳＴＡＰ：Space Time Adaptive Processing）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。時空間適応信号処理は、時間と空間の二次元の情報を用いるため、時間又は空間の一次元の情報を用いる方法とくらべて、クラッタ抑圧性能が向上するが、処理データ量が多くなって演算量が増大する、という特徴がある。
【０００４】
時空間適応信号処理の演算量が増大する一因として、アレーアンテナで受信した受信信号から、クラッタの抑圧に用いるフィルタのフィルタ係数を求めるため、受信信号を用いて算出したデータベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）に対して、逆行列演算を行うことが挙げられる。データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の次元は、受信信号に含まれるパルス数とアンテナ素子数との積で求められる。このため、パルス数及びアンテナ素子数が大きくなると、データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の次元が大きくなって、逆行列の演算量がしばしば増大する。
【０００５】
このため、時空間適応信号処理の演算量を低減するための対策が考えられている。例えば、時空間適応信号処理を適用する前に、受信信号の周波数を分析してクラッタのドップラー周波数を検出し、クラッタが含まれるドップラーフィルタビンと、クラッタが含まれないドップラーフィルタビンを選別し、クラッタが存在するドップラーフィルタビンに対してのみ時空間適応信号処理をほどこすことによって、データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の次元を低減させて時空間適応信号処理の演算量を削減するという方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】J. R. Guerci "Space-Time Adaptive Processing for Radar" Artech House Publishers、２００３年、第３章、Ｐ５１〜７４
【特許文献１】特開２００５−１８９１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のレーダ装置においては、上述したように、時空間適応信号処理に用いる処理データ量が多いため演算量が増大するといった課題があった。また、従来のレーダ装置は、時空間適応信号処理を適用する前に、受信信号の周波数分析を行ってクラッタが含まれるドップラーフィルタビンに対してのみ時空間適応信号処理を施すことで演算量を削減するため、演算量の削減化以外の効果、例えば、クラッタ抑圧性能の改善などを行うことについて言及されていなかった。
【０００８】
さらに、時空間適応信号処理を実施する場合、使用するパルス幅で決まる距離分解能（パルス幅をＴP［μs］とすると距離分解能は約（１５０×ＴP）［ｍ］となる）が十分に高くないため、特に低速で移動する目標の測距性能について改善の余地があった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題に対処するためになされたものであり、時空間適応信号処理を適用してクラッタを抑圧しようとする場合に、演算量の低減化、測距性能の向上、及びクラッタ抑圧性能の向上を図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】
【００１０】
この発明に係るレーダ装置は、パルス信号を目標に向けて送信し、低速で移動する目標により反射したパルス信号を受信して目標を検出するレーダ装置において、所定のパルス繰返し周期ごとに周波数がステップ状に変化する局部発振信号を生成する局部発振信号生成部と、前記局部発振信号を用いてパルスごとの送信周波数をステップ状に変化させた有限個のパルス信号を生成し、送信信号として繰り返し送信する送信部と、前記送信部で生成した送信信号を電波として空間に放射する送信アンテナ部と、空間に放射された電波が目標に反射して到来してくるパルス状の反射電波を、受信信号として受信する受信アンテナ部と、前記受信アンテナ部から出力される受信信号のパルスごとに前記局部発振信号を用いて周波数変換及びＩ、Ｑ位相検波を行って複素ビデオ信号を生成し、生成した複素ビデオ信号をアナログ・デジタル変換して複素デジタルビデオ信号を出力する受信部と、前記受信部から出力される、前記局部発振信号の周波数のステップ数に等しい個数の、同一のレンジビンの複素デジタルビデオ信号を用いて高距離分解能化を図る合成帯域処理部と、前記合成帯域処理部から出力される、高距離分解能化を図った信号に対して、時間と空間の二次元の情報からクラッタを抑圧するフィルタを作成してフィルタ処理によりクラッタを抑圧する時空間適応信号処理部と、前記時空間適応信号処理部から出力される信号に基づいて目標検出処理を行う目標検出部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、受信信号に対して、合成帯域処理部で高距離分解能化を図り、時空間適応信号処理部で用いる信号の数を削減した後、クラッタを抑圧する構成としたので、クラッタ抑圧に要する演算量を削減することができるようになり、かつ、低速で移動する目標の測距性能が改善される。さらには、合成帯域処理部でクラッタ面積を小さくしてクラッタ電力を低減し、時空間適応信号処理部でクラッタを抑圧するように構成したので、時空間適応信号処理部のみでクラッタを抑圧する従来の構成に比べて、クラッタ抑圧性能が向上する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置は、有限個のパルス信号を生成し、後述する局部発振信号生成部２より供給された局部発振信号を用いて、生成したパルス信号ごとの送信周波数をステップ状に変換し、後述する送信アンテナ部３へ送信信号として繰り返し出力する送信部１と、送信部１及び後述する受信部６で、パルス信号ごとの周波数を変換するための局部発振信号を発生し、送信部１及び受信部６に同じ局部発振信号を供給する局部発振信号生成部２と、送信部１から出力された送信信号を空間へ放射する送信アンテナ部３と、複数のアンテナ素子５を規則的に並列に配置したアレーアンテナでなり、複数のアンテナ素子ごとに、クラッタの混在する、目標から到来するパルス状の反射電波を受信信号として受信する受信アンテナ部４と、受信アンテナ部４で受信した受信信号に含まれるパルスごとに、局部発振信号を用いて周波数変換、及びＩ、Ｑ位相検波を行って複素ビデオ信号を生成した後、生成した複素ビデオ信号にアナログ・デジタル変換を行い、複素デジタルビデオ信号を出力する受信部６と、受信部６より出力される複素デジタルビデオ信号を用いて合成帯域処理を行い、高距離分解能化を図る合成帯域処理部７と、複数個の合成帯域処理部７から出力される信号を用いて、時空間適応信号処理を利用し、クラッタを抑圧する時空間適応信号処理部８と、クラッタ成分が抑圧された後の信号から、目標を検出する目標検出部９とを備える。
【００１３】
次に、図１に示す各構成の動作について説明する。図２は、送信部１の機能を説明するもので、有限個のパルス数をＰとした場合、周波数ｆ０からｆP−１まで周波数ステップΔｆずつパルスごとの送信周波数を変換し、Ｐ個のパルスを４回繰り返して送信する例（パルス数の合計数：４×Ｐ個）を示す図である。ここで、繰り返して送信するＰ個の送信パルス信号Ｓn（ｔ）は、式（１）により表される。
【００１４】
【数１】
【００１５】
ただし、ｎ＝０，１，・・・，Ｐ−１、Ｒｅ［・］は［・］内の実部を求める操作、Ａは送信信号の振幅、ｆ０は送信最小周波数、ｎはパルスのインデックス番号、ｔは時刻、φｎは各送信周波数の初期位相、ＴＰＲＩはパルス繰り返し時間、ＴＰはパルス幅を示す。Ｐ個の送信パルス信号Ｓｎ（ｔ）を４回繰り返して送信する場合、送信信号に含まれるパルス数は（４×Ｐ）個となる。
【００１６】
次に、図３は、局部発振信号生成部２により発振されて、送信部１及び受信部６に供給される局部発振信号を説明するもので、局部発振信号は、図３に示すように、時間ＴＰＲＩごとに周波数ｆ０からｆP−１まで周波数ステップΔｆずつ変えて送信を行う。ここで、局部発振信号Ｗｎ（ｔ）は、式（２）により表される。
【００１７】
【数２】
【００１８】
ただし、Ｂは局部発振信号の振幅である。局部発振信号の周波数がｆP−１となると、再び周波数ｆ０から繰り返して送信を行う。例えば、送信部１から（４×Ｐ）個のパルス信号を送信する場合、局部発振信号の繰り返し回数は４回となる。
【００１９】
次に、送信アンテナ部３は、送信部１から出力された送信信号を空間へ放射する機能を持つ。空間へ放射された送信信号は、電波となって空間内を伝搬し、空間内に存在する飛翔体などの目標によって反射した後、パルス状の反射電波として再び空間内を伝搬する。
【００２０】
受信アンテナ部４は、複数のアンテナ素子５を規則的に並列に配置したアレーアンテナでなり、複数のアンテナ素子ごとに、クラッタの混在する、目標から到来するパルス状の反射電波を受信信号として受信する。
【００２１】
受信部６は、受信アンテナ部４で受信した受信信号に含まれるパルスごとに、局部発振信号を用いて周波数変換、及びＩ、Ｑ位相検波を行って複素ビデオ信号を生成した後、生成した複素ビデオ信号にアナログ・デジタル変換を行い、複素デジタルビデオ信号を出力する。一例として、目標との相対速度が０［ｍ／ｓ］である場合を例にすると、受信部６に入力された受信信号に含まれるＰ個の受信パルス信号Ｕｎ（ｔ）は、式（１）に対応して式（３）により表される。
【００２２】
【数３】
【００２３】
ここで、Ａ'は受信信号の振幅、Ｒは目標との相対距離、ｃは光速を示す。式（３）で表されるＰ個の受信パルス信号は繰り返し受信される。図４は、一例として送信部１から送信された（４×Ｐ）個の送信パルス信号と、受信部６に入力される（４×Ｐ）個の受信パルス信号を示している。
【００２４】
式（３）の受信パルス信号Ｕｎ（ｔ）を式（２）の局部発振信号Ｗｎ（ｔ）で周波数変換、及びＩ、Ｑ位相検波を行うと、式（４）により表される複素ビデオ信号Ｖｎ（ｔ）が得られる。
【００２５】
【数４】
【００２６】
ここで、Ａ”は複素ビデオ信号の振幅を示す。式（４）のＶｎ（ｔ）を送信パルス幅と同じサンプリング間隔でアナログ・デジタル変換し、パルス繰り返し時間ごとに信号を抽出して複素デジタルビデオ信号を生成する。受信パルス信号の同一レンジビンのｎ番目のパルスに対する複素デジタルビデオ信号Ｖ（ｎ）は、式（４）のｎ番目の複素ビデオ信号に対応して、式（５）により表される。
【００２７】
【数５】
【００２８】
式（５）は、複素デジタルビデオ信号がＰ個の離散値であることを示す。よって、例えば、受信信号のパルス数が（４×Ｐ）個である場合、複素デジタルビデオ信号も（４×Ｐ）個となる。
【００２９】
次に、合成帯域処理部７は、受信部６より出力される複素デジタルビデオ信号を用いて合成帯域処理を行い、高距離分解能化を図る。一例として、図５を用いて、（４×Ｐ）個の受信パルス信号から生成される（４×Ｐ）点の複素デジタルビデオ信号を使用し、高距離分解能化を図る流れを模式的に説明する。
【００３０】
図５において、受信部６で同一のレンジビンの（４×Ｐ）個の受信パルス信号から生成される同一レンジビンの（４×Ｐ）点の複素デジタルビデオ信号に対して、Ｐ点ごとに逆フーリエ変換を実行する。この結果、受信パルス信号の存在するレンジビンをＰ点に細分化した結果が４個得られる。逆フーリエ変換の結果から、振幅が最大となるレンジビンに目標が存在する。
【００３１】
合成帯域処理部７で上述の処理を行う前、受信部６では（４×Ｐ）個の受信パルス信号を受信したが、合成帯域処理部７で合成帯域処理を行ったことにより、距離分解能がＰ倍に高分解能化された４個の高距離分解能後信号が得られたことになる。
【００３２】
なお、高距離分解能化を実施後は、図６に示すように、距離方向の幅とレーダビーム方位方向の幅で囲まれる面積（以下、クラッタ面積と呼ぶ）が、高距離分解能化の実施前に比べて小さくなるため、クラッタ面積から反射するクラッタが低減する。例えば、レーダビーム幅で決まるクラッタ面積の幅が一定と仮定すると、距離分解能が４倍になると、クラッタ面積は元の４分の１となり、クラッタ面積から反射するクラッタの電力も元の４分の１となる。このため、高距離分解能化を実施した後のパルス信号の信号電力対クラッタ電力比は元の４倍に向上する。
【００３３】
次に、時空間適応信号処理部８は、複数個の合成帯域処理部７から出力される信号を用いて、時空間適応信号処理を利用し、クラッタを抑圧する機能を有する。時空間適応信号処理の処理手順を図７に示す。
【００３４】
図７において、まず、ステップ１で、合成帯域処理部７から出力されるクラッタのみの信号を用いて、データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の算出を行う。データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）Ｒcは、式（６）により表される。
【００３５】
【数６】
【００３６】
ここで、Ｅ｛ ｝は期待値を求める操作、Ｘ’はクラッタのみが存在するレンジビンの受信信号であり、アンテナ素子数をＮ、パルス数をＭとすると、ＮＭ×１次元の行列である。また、Ｈは共役転置を示す。
【００３７】
ステップ２で、データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の逆行列を算出する。
【００３８】
ステップ３では、データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の逆行列を用いて、クラッタ抑圧に用いるフィルタ係数を算出する。フィルタ係数Ｗは、式（７）により表される。
【００３９】
【数７】
【００４０】
ここで、−１は行列の逆行列、ｖは、目標の時空間ステアリングベクトルであり、目標の空間ステアリングベクトルａと目標の時間ステアリングベクトルｂを用いて式（８）により表される。
【００４１】
【数８】
【００４２】
ただし、ａ、ｂはそれぞれ式（９）及び式（１０）により表される。
【００４３】
【数９】
【００４４】
ただし、Ｔは転置行列を表し、θｔ及びωｔは、それぞれ式（１１）及び式（１２）により表される。
【００４５】
【数１０】
【００４６】
ここで、θｔは目標の空間周波数、ωｔは目標の規格化ドップラー周波数、ｄは素子間隔、λは送信信号の波長、Ψｔは目標のエレベーション角、φｔは目標のアジマス角、ｖｔは目標の相対速度、ＴＰＲＩはパルス繰り返し周期を示す。また、式（８）における右辺のｂとａとの間の記号はクロネッカー積を表す。
【００４７】
最後に、ステップ４によって、フィルタ係数を用いたフィルタ処理により、合成帯域処理部７から出力される、目標の存在する注目レンジビンにおける、複数個の信号からクラッタを抑圧する。クラッタを抑圧した後の信号ｙは、式（１３）により表される。
【００４８】
【数１１】
【００４９】
ただし、Ｘは目標からの反射波とクラッタが存在するレンジビンで得られたＮＭ×１の受信信号である。
【００５０】
図８は、図１に示す構成において、一例として、受信アンテナ部４のアンテナ素子数Ｎを４とした場合の、時空間適応信号処理部８に入力する信号の特徴を説明する図である。ここで、（ａ）は受信部６に入力される信号、（ｂ）は合成帯域処理部７に入力される信号、（ｃ）は時空間適応信号処理部８に入力される信号をそれぞれ示している。図８において、受信部６に入力される受信パルス信号のパルス数Ｐを４、繰り返し回数を４回とすると、合計１６個の受信パルス信号が受信部６に入力され、受信部６より、同じレンジビンにおける１６点の複素デジタルビデオ信号が出力される。その後、合成帯域処理部７に同じレンジビンにおける１６点の複素デジタルビデオ信号が入力される。合成帯域処理部７では、４つの複素デジタルビデオ信号ごとに、逆フーリエ変換を行うことにより高距離分解能化が行われる。その結果、合成帯域処理部７から、距離分解能が４倍に高分解能化され、かつ、信号電力対クラッタ電力比が４倍に向上した４個の高距離分解能後信号が出力される。
【００５１】
このため、時空間適応信号処理部８に入力する信号は、距離分解能が４倍に高分解能化され、信号電力対クラッタ電力比が４倍向上し、パルス数が１６個から４個に削減される。
【００５２】
最後に、目標検出部９は、クラッタ成分が抑圧された後の信号から、目標を検出する機能を有する。例えば、ピーク値検出処理ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理など公知の方法によって目標を検出する。
【００５３】
以上のように、この実施の形態１によれば、受信信号に対して、合成帯域処理部７で高距離分解能化を図り、時空間適応信号処理部８で用いる信号の数を削減した後、クラッタを抑圧する構成としたので、クラッタ抑圧に要する演算量を削減することができるようになり、かつ、低速で移動する目標の測距性能が改善される。さらには、合成帯域処理部７でクラッタ面積を小さくしてクラッタ電力を低減し、時空間適応信号処理部８でクラッタを抑圧するように構成したので、時空間適応信号処理部８のみでクラッタを抑圧する従来の構成に比べて、クラッタ抑圧性能が向上する効果がある。
【００５４】
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。前述した実施の形態１では、合成帯域処理部７で高距離分解能化を図る際、連続するＰ点の複素デジタルビデオ信号ごとに逆フーリエ変換を実施していたが、この実施の形態２では、目標検出部９で目標検出を行った結果に基づき、逆フーリエ変換に用いるＰ点の複素デジタルビデオ信号の選び方を変更することに特徴を有しており、図１に示す実施の形態１に係る構成に対して、目標検出部９での目標検出結果に応じて合成帯域処理部７で逆フーリエ変換に用いる複素デジタルビデオ信号の選び方を制御する制御部１０をさらに備え、合成帯域処理部７は、制御部１０からの制御に基づいて高距離分解能化に用いる複素デジタルビデオ信号の組み合わせ方を変えることにより、高距離分解能化を図ったパルス数を増やすようになされている。
【００５５】
図９において、制御部１０は、目標検出部９での目標検出結果に応じて、合成帯域処理部７で逆フーリエ変換に用いる複素デジタルビデオ信号の選び方を制御する機能を有する。クラッタ抑圧性能が不十分のため、目標検出部９で目標検出できなかった場合、時空間適応信号処理部８に入力するパルス数を増やすと、クラッタ抑圧に用いるフィルタの特性が向上してクラッタ抑圧性能が改善するため、目標検出できるようになる場合がある。
【００５６】
このため、目標検出部９で目標検出できなかった場合、制御部１０は、時空間適応信号処理部８に入力するパルス数を増やすように制御する。その制御例を図１０に示す。実施の形態１の場合は、図１０（ａ）に示すように、複素デジタルビデオ信号から４個の組み合わせを作り、それぞれ逆フーリエ変換を行い、図１０（ｂ）に示すように、合計４個の高距離分解能後の信号を得ていたが、この実施の形態２では、合成帯域処理部７で逆フーリエ変換に用いる複素デジタルビデオ信号の選び方を変える。
【００５７】
すなわち、合成帯域処理部７において、図１０（ｃ）に示すように、受信周波数ｆ０からｆ３にステップ状に変化する４個のパルス信号を４回繰り返した１６個の受信パルス信号が受信部６に入力されるとする。受信部６では、１６点の複素デジタルビデオ信号が生成される。合成帯域処理部７では、図１０（ｄ）に示すように、隣り合わせの４個の複素デジタルビデオ信号を選ぶ。隣り合わせの４個の複素デジタルビデオ信号は、必ず周波数ｆ０,ｆ１,ｆ２,ｆ３のパルス信号となる。このため、周波数ｆ０,ｆ１,ｆ２,ｆ３の順番となるように、４個の複素デジタルビデオ信号の順番を並べ換えることで、１３個の組み合わせができ、それぞれ逆フーリエ変換を行う。逆フーリエ変換の回数は１３回となるため、距離分解能が４倍になった１３個のパルス信号が得られることになり、合成帯域処理部８に入力するパルス数を１３個とすることができる。
【００５８】
図１１は、合成帯域処理部８に入力されるパルス数の違いにより、フィルタ係数の精度が向上する結果、クラッタを抑圧するフィルタの特性が向上することを模式的に説明する図である。図１１（ａ）に示す合成帯域処理部８に入力するパルス数が少ない場合のフィルタ特性に対し、合成帯域処理部８に入力するパルス数が多くなると、パルス信号に含まれるクラッタの情報量が多くなり、クラッタの周波数成分の精度が向上する。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、クラッタのドップラー周波数のみの成分を抑圧するためフィルタの帯域を狭帯域にでき、減衰量を大きくできる。このため、クラッタを抑圧するフィルタ特性が向上する。
【００５９】
以上のように、この実施の形態２によれば、目標検出部９でクラッタ抑圧性能が不十分のため目標検出できなかった場合、時空間適応信号処理部８に入力するパルス数を増やすことができ、クラッタを抑圧するフィルタの特性が向上する結果、クラッタの抑圧性能が改善し、目標を検出できるようになる。
【００６０】
実施の形態３．
図１２は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。前述した実施の形態１及び２では、レーダ装置の処理方法及び処理パラメータを固定としていた。この実施の形態３によれば、目標検出部９の目標検出結果に応じて処理パラメータを変更し、送信部１、局部発振信号生成部２、受信部６、合成帯域処理部７及び時空間適応信号処理部８で行う処理を制御することに特徴を有しており、図１に示す実施の形態１に係る構成に対して、目標検出部９での目標検出結果に応じて、目標検出性能を改善させるため、送信部１、局部発振信号生成部２、受信部６、合成帯域処理部７、及び時空間適応信号処理部８に対し、処理パラメータの変更及び処理の制御を行う機能を有する処理制御部１１をさらに備えている。
【００６１】
一例として、距離分解能を高くして、クラッタを低減させる方法について説明する。図１３は、目標検出部９の目標検出結果の例であり、目標よりも振幅の大きいクラッタが、レンジビン全体にわたり受信された状況を示している。目標はクラッタに埋もれているため、目標を検出することは困難となる。また、図１３（ａ）に示すように、スレッショルド判定により、あらかじめ設定されたスレッショルドＴよりも振幅の大きいレンジビンに目標が存在するとみなす場合、スレッショルドＴより振幅の大きなクラッタを誤って目標と判定してしまう。このため、目標検出部９は、レンジビン全体の振幅がスレッショルドＴを越える場合、クラッタが存在するとみなし、高距離分解能化を図るための制御を行う。
【００６２】
高距離分解能化を図るためには、送信部１で生成するパルス数を増やすこと、局部発振信号生成部２の局部発振信号の周波数ステップ数を増やすこと、受信部６で周波数変換を行うパルス数を増やすこと、合成帯域処理部７で行う逆フーリエ変換に用いる点数を増やすこと、及び時空間適応信号処理部８で時空間適応信号処理に用いるパルス数の変更が必要となる。このため、制御処理部１１は、高距離分解能化を図るための所要の処理パラメータを、送信部１、局部発振信号生成部２、受信部６、合成帯域処理部７、及び時空間適応信号処理部８へ設定する。設定変更後の処理パラメータでパルス信号の送受信処理を行う。そして、高距離分解能化を図ってクラッタを低減させ、目標検出部９で目標検出処理を行った結果を、図１３（ｂ）に示すように、再度スレッショルドＴと比較し、特定のレンジビンの振幅のみがスレッショルドＴよりも高くなれば、その特定のレンジビンに目標が存在するとみなし、高距離分解能化を図る処理を終了する。なお、レンジビン全体の振幅がスレッショルドＴより大きいままであれば、さらに高距離分解能化を図る。
【００６３】
以上のように、この実施の形態３によれば、目標検出部９の目標検出結果に応じて、処理パラメータを変更し、送信部１、局部発振信号生成部２、受信部６、合成帯域処理部７、及び時空間適応信号処理部８で行う処理方法を制御することができるようになるため、目標検出性能を改善できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１における送信部１から送信されるパルスの説明図である。
【図３】図１における局部発振信号生成部２により発振されて、送信部１及び受信部６に供給される局部発振信号を説明する図である。
【図４】図１における送信部１から送信された（４×Ｐ）個の送信パルス信号と、受信部６に入力される（４×Ｐ）個の受信パルス信号の例を示す図である。
【図５】図１における合成帯域処理部７の機能を説明するもので、（４×Ｐ）個の受信パルス信号から生成される（４×Ｐ）点の複素デジタルビデオ信号を使用し、高距離分解能化を図る流れを模式的に説明する図である。
【図６】図１における合成帯域処理部７による高距離分解能化の効果を説明する図である。
【図７】図１における時空間適応信号処理部８による時空間適応信号処理の処理手順を図である。
【図８】図１における時空間適応信号処理部８に入力する信号の特徴を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】図９における制御部１０により、時空間適応信号処理部８に入力するパルス数を増やすように制御例を示す図である。
【図１１】図９における合成帯域処理部８に入力されるパルス数の違いにより、フィルタ係数の精度が向上する結果、クラッタを抑圧するフィルタの特性が向上することを模式的に説明する図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２における目標検出部９の目標検出結果の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 送信部、２ 局部発振信号生成部、３ 送信アンテナ部、４ 受信アンテナ部、５ アンテナ素子、６ 受信部、７ 合成帯域処理部、８ 時空間適応信号処理部、９ 目標検出部、１０ 制御部、１１ 処理制御部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パルス信号を目標に向けて送信し、低速で移動する目標により反射したパルス信号を受信して目標を検出するレーダ技術に関し、詳しくは、低速で移動する目標を検出する際に、時空間適応信号処理によって、クラッタが混在した受信信号からフィルタ処理によりクラッタを抑圧する、クラッタ抑圧技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置でパルス状の電波を送受信して目標を検出しようとする場合、目標からの反射波のほかに、地表面、海面、雨などの不要物によって反射するクラッタ（不要波）が存在する。このクラッタによって目標からの反射電波が埋もれると目標を検出できなくなるため、クラッタを抑圧しなければならない。特に低速で移動する目標を検出する場合、ドップラー速度の小さい領域でクラッタ抑圧性能を確保することが必要となる。
【０００３】
クラッタが存在する電波環境において、低速で移動する目標の目標検出性能を向上させるため、アレーアンテナで受信した受信信号から、時間と空間の二次元の情報でフィルタを作成し、フィルタ処理によってクラッタを除去して目標検出を行う時空間適応信号処理（ＳＴＡＰ：Space Time Adaptive Processing）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。時空間適応信号処理は、時間と空間の二次元の情報を用いるため、時間又は空間の一次元の情報を用いる方法とくらべて、クラッタ抑圧性能が向上するが、処理データ量が多くなって演算量が増大する、という特徴がある。
【０００４】
時空間適応信号処理の演算量が増大する一因として、アレーアンテナで受信した受信信号から、クラッタの抑圧に用いるフィルタのフィルタ係数を求めるため、受信信号を用いて算出したデータベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）に対して、逆行列演算を行うことが挙げられる。データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の次元は、受信信号に含まれるパルス数とアンテナ素子数との積で求められる。このため、パルス数及びアンテナ素子数が大きくなると、データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の次元が大きくなって、逆行列の演算量がしばしば増大する。
【０００５】
このため、時空間適応信号処理の演算量を低減するための対策が考えられている。例えば、時空間適応信号処理を適用する前に、受信信号の周波数を分析してクラッタのドップラー周波数を検出し、クラッタが含まれるドップラーフィルタビンと、クラッタが含まれないドップラーフィルタビンを選別し、クラッタが存在するドップラーフィルタビンに対してのみ時空間適応信号処理をほどこすことによって、データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の次元を低減させて時空間適応信号処理の演算量を削減するという方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】J. R. Guerci "Space-Time Adaptive Processing for Radar" Artech House Publishers、２００３年、第３章、Ｐ５１〜７４
【特許文献１】特開２００５−１８９１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のレーダ装置においては、上述したように、時空間適応信号処理に用いる処理データ量が多いため演算量が増大するといった課題があった。また、従来のレーダ装置は、時空間適応信号処理を適用する前に、受信信号の周波数分析を行ってクラッタが含まれるドップラーフィルタビンに対してのみ時空間適応信号処理を施すことで演算量を削減するため、演算量の削減化以外の効果、例えば、クラッタ抑圧性能の改善などを行うことについて言及されていなかった。
【０００８】
さらに、時空間適応信号処理を実施する場合、使用するパルス幅で決まる距離分解能（パルス幅をＴP［μs］とすると距離分解能は約（１５０×ＴP）［ｍ］となる）が十分に高くないため、特に低速で移動する目標の測距性能について改善の余地があった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題に対処するためになされたものであり、時空間適応信号処理を適用してクラッタを抑圧しようとする場合に、演算量の低減化、測距性能の向上、及びクラッタ抑圧性能の向上を図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】
【００１０】
この発明に係るレーダ装置は、パルス信号を目標に向けて送信し、低速で移動する目標により反射したパルス信号を受信して目標を検出するレーダ装置において、所定のパルス繰返し周期ごとに周波数がステップ状に変化する局部発振信号を生成する局部発振信号生成部と、前記局部発振信号を用いてパルスごとの送信周波数をステップ状に変化させた有限個のパルス信号を生成し、送信信号として繰り返し送信する送信部と、前記送信部で生成した送信信号を電波として空間に放射する送信アンテナ部と、空間に放射された電波が目標に反射して到来してくるパルス状の反射電波を、受信信号として受信する受信アンテナ部と、前記受信アンテナ部から出力される受信信号のパルスごとに前記局部発振信号を用いて周波数変換及びＩ、Ｑ位相検波を行って複素ビデオ信号を生成し、生成した複素ビデオ信号をアナログ・デジタル変換して複素デジタルビデオ信号を出力する受信部と、前記受信部から出力される、前記局部発振信号の周波数のステップ数に等しい個数の、同一のレンジビンの複素デジタルビデオ信号を用いて高距離分解能化を図る合成帯域処理部と、前記合成帯域処理部から出力される、高距離分解能化を図った信号に対して、時間と空間の二次元の情報からクラッタを抑圧するフィルタを作成してフィルタ処理によりクラッタを抑圧する時空間適応信号処理部と、前記時空間適応信号処理部から出力される信号に基づいて目標検出処理を行う目標検出部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、受信信号に対して、合成帯域処理部で高距離分解能化を図り、時空間適応信号処理部で用いる信号の数を削減した後、クラッタを抑圧する構成としたので、クラッタ抑圧に要する演算量を削減することができるようになり、かつ、低速で移動する目標の測距性能が改善される。さらには、合成帯域処理部でクラッタ面積を小さくしてクラッタ電力を低減し、時空間適応信号処理部でクラッタを抑圧するように構成したので、時空間適応信号処理部のみでクラッタを抑圧する従来の構成に比べて、クラッタ抑圧性能が向上する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置は、有限個のパルス信号を生成し、後述する局部発振信号生成部２より供給された局部発振信号を用いて、生成したパルス信号ごとの送信周波数をステップ状に変換し、後述する送信アンテナ部３へ送信信号として繰り返し出力する送信部１と、送信部１及び後述する受信部６で、パルス信号ごとの周波数を変換するための局部発振信号を発生し、送信部１及び受信部６に同じ局部発振信号を供給する局部発振信号生成部２と、送信部１から出力された送信信号を空間へ放射する送信アンテナ部３と、複数のアンテナ素子５を規則的に並列に配置したアレーアンテナでなり、複数のアンテナ素子ごとに、クラッタの混在する、目標から到来するパルス状の反射電波を受信信号として受信する受信アンテナ部４と、受信アンテナ部４で受信した受信信号に含まれるパルスごとに、局部発振信号を用いて周波数変換、及びＩ、Ｑ位相検波を行って複素ビデオ信号を生成した後、生成した複素ビデオ信号にアナログ・デジタル変換を行い、複素デジタルビデオ信号を出力する受信部６と、受信部６より出力される複素デジタルビデオ信号を用いて合成帯域処理を行い、高距離分解能化を図る合成帯域処理部７と、複数個の合成帯域処理部７から出力される信号を用いて、時空間適応信号処理を利用し、クラッタを抑圧する時空間適応信号処理部８と、クラッタ成分が抑圧された後の信号から、目標を検出する目標検出部９とを備える。
【００１３】
次に、図１に示す各構成の動作について説明する。図２は、送信部１の機能を説明するもので、有限個のパルス数をＰとした場合、周波数ｆ０からｆP−１まで周波数ステップΔｆずつパルスごとの送信周波数を変換し、Ｐ個のパルスを４回繰り返して送信する例（パルス数の合計数：４×Ｐ個）を示す図である。ここで、繰り返して送信するＰ個の送信パルス信号Ｓn（ｔ）は、式（１）により表される。
【００１４】
【数１】
【００１５】
ただし、ｎ＝０，１，・・・，Ｐ−１、Ｒｅ［・］は［・］内の実部を求める操作、Ａは送信信号の振幅、ｆ０は送信最小周波数、ｎはパルスのインデックス番号、ｔは時刻、φｎは各送信周波数の初期位相、ＴＰＲＩはパルス繰り返し時間、ＴＰはパルス幅を示す。Ｐ個の送信パルス信号Ｓｎ（ｔ）を４回繰り返して送信する場合、送信信号に含まれるパルス数は（４×Ｐ）個となる。
【００１６】
次に、図３は、局部発振信号生成部２により発振されて、送信部１及び受信部６に供給される局部発振信号を説明するもので、局部発振信号は、図３に示すように、時間ＴＰＲＩごとに周波数ｆ０からｆP−１まで周波数ステップΔｆずつ変えて送信を行う。ここで、局部発振信号Ｗｎ（ｔ）は、式（２）により表される。
【００１７】
【数２】
【００１８】
ただし、Ｂは局部発振信号の振幅である。局部発振信号の周波数がｆP−１となると、再び周波数ｆ０から繰り返して送信を行う。例えば、送信部１から（４×Ｐ）個のパルス信号を送信する場合、局部発振信号の繰り返し回数は４回となる。
【００１９】
次に、送信アンテナ部３は、送信部１から出力された送信信号を空間へ放射する機能を持つ。空間へ放射された送信信号は、電波となって空間内を伝搬し、空間内に存在する飛翔体などの目標によって反射した後、パルス状の反射電波として再び空間内を伝搬する。
【００２０】
受信アンテナ部４は、複数のアンテナ素子５を規則的に並列に配置したアレーアンテナでなり、複数のアンテナ素子ごとに、クラッタの混在する、目標から到来するパルス状の反射電波を受信信号として受信する。
【００２１】
受信部６は、受信アンテナ部４で受信した受信信号に含まれるパルスごとに、局部発振信号を用いて周波数変換、及びＩ、Ｑ位相検波を行って複素ビデオ信号を生成した後、生成した複素ビデオ信号にアナログ・デジタル変換を行い、複素デジタルビデオ信号を出力する。一例として、目標との相対速度が０［ｍ／ｓ］である場合を例にすると、受信部６に入力された受信信号に含まれるＰ個の受信パルス信号Ｕｎ（ｔ）は、式（１）に対応して式（３）により表される。
【００２２】
【数３】
【００２３】
ここで、Ａ'は受信信号の振幅、Ｒは目標との相対距離、ｃは光速を示す。式（３）で表されるＰ個の受信パルス信号は繰り返し受信される。図４は、一例として送信部１から送信された（４×Ｐ）個の送信パルス信号と、受信部６に入力される（４×Ｐ）個の受信パルス信号を示している。
【００２４】
式（３）の受信パルス信号Ｕｎ（ｔ）を式（２）の局部発振信号Ｗｎ（ｔ）で周波数変換、及びＩ、Ｑ位相検波を行うと、式（４）により表される複素ビデオ信号Ｖｎ（ｔ）が得られる。
【００２５】
【数４】
【００２６】
ここで、Ａ”は複素ビデオ信号の振幅を示す。式（４）のＶｎ（ｔ）を送信パルス幅と同じサンプリング間隔でアナログ・デジタル変換し、パルス繰り返し時間ごとに信号を抽出して複素デジタルビデオ信号を生成する。受信パルス信号の同一レンジビンのｎ番目のパルスに対する複素デジタルビデオ信号Ｖ（ｎ）は、式（４）のｎ番目の複素ビデオ信号に対応して、式（５）により表される。
【００２７】
【数５】
【００２８】
式（５）は、複素デジタルビデオ信号がＰ個の離散値であることを示す。よって、例えば、受信信号のパルス数が（４×Ｐ）個である場合、複素デジタルビデオ信号も（４×Ｐ）個となる。
【００２９】
次に、合成帯域処理部７は、受信部６より出力される複素デジタルビデオ信号を用いて合成帯域処理を行い、高距離分解能化を図る。一例として、図５を用いて、（４×Ｐ）個の受信パルス信号から生成される（４×Ｐ）点の複素デジタルビデオ信号を使用し、高距離分解能化を図る流れを模式的に説明する。
【００３０】
図５において、受信部６で同一のレンジビンの（４×Ｐ）個の受信パルス信号から生成される同一レンジビンの（４×Ｐ）点の複素デジタルビデオ信号に対して、Ｐ点ごとに逆フーリエ変換を実行する。この結果、受信パルス信号の存在するレンジビンをＰ点に細分化した結果が４個得られる。逆フーリエ変換の結果から、振幅が最大となるレンジビンに目標が存在する。
【００３１】
合成帯域処理部７で上述の処理を行う前、受信部６では（４×Ｐ）個の受信パルス信号を受信したが、合成帯域処理部７で合成帯域処理を行ったことにより、距離分解能がＰ倍に高分解能化された４個の高距離分解能後信号が得られたことになる。
【００３２】
なお、高距離分解能化を実施後は、図６に示すように、距離方向の幅とレーダビーム方位方向の幅で囲まれる面積（以下、クラッタ面積と呼ぶ）が、高距離分解能化の実施前に比べて小さくなるため、クラッタ面積から反射するクラッタが低減する。例えば、レーダビーム幅で決まるクラッタ面積の幅が一定と仮定すると、距離分解能が４倍になると、クラッタ面積は元の４分の１となり、クラッタ面積から反射するクラッタの電力も元の４分の１となる。このため、高距離分解能化を実施した後のパルス信号の信号電力対クラッタ電力比は元の４倍に向上する。
【００３３】
次に、時空間適応信号処理部８は、複数個の合成帯域処理部７から出力される信号を用いて、時空間適応信号処理を利用し、クラッタを抑圧する機能を有する。時空間適応信号処理の処理手順を図７に示す。
【００３４】
図７において、まず、ステップ１で、合成帯域処理部７から出力されるクラッタのみの信号を用いて、データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の算出を行う。データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）Ｒcは、式（６）により表される。
【００３５】
【数６】
【００３６】
ここで、Ｅ｛ ｝は期待値を求める操作、Ｘ’はクラッタのみが存在するレンジビンの受信信号であり、アンテナ素子数をＮ、パルス数をＭとすると、ＮＭ×１次元の行列である。また、Ｈは共役転置を示す。
【００３７】
ステップ２で、データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の逆行列を算出する。
【００３８】
ステップ３では、データベクトルの相関行列（クラッタの共分散行列）の逆行列を用いて、クラッタ抑圧に用いるフィルタ係数を算出する。フィルタ係数Ｗは、式（７）により表される。
【００３９】
【数７】
【００４０】
ここで、−１は行列の逆行列、ｖは、目標の時空間ステアリングベクトルであり、目標の空間ステアリングベクトルａと目標の時間ステアリングベクトルｂを用いて式（８）により表される。
【００４１】
【数８】
【００４２】
ただし、ａ、ｂはそれぞれ式（９）及び式（１０）により表される。
【００４３】
【数９】
【００４４】
ただし、Ｔは転置行列を表し、θｔ及びωｔは、それぞれ式（１１）及び式（１２）により表される。
【００４５】
【数１０】
【００４６】
ここで、θｔは目標の空間周波数、ωｔは目標の規格化ドップラー周波数、ｄは素子間隔、λは送信信号の波長、Ψｔは目標のエレベーション角、φｔは目標のアジマス角、ｖｔは目標の相対速度、ＴＰＲＩはパルス繰り返し周期を示す。また、式（８）における右辺のｂとａとの間の記号はクロネッカー積を表す。
【００４７】
最後に、ステップ４によって、フィルタ係数を用いたフィルタ処理により、合成帯域処理部７から出力される、目標の存在する注目レンジビンにおける、複数個の信号からクラッタを抑圧する。クラッタを抑圧した後の信号ｙは、式（１３）により表される。
【００４８】
【数１１】
【００４９】
ただし、Ｘは目標からの反射波とクラッタが存在するレンジビンで得られたＮＭ×１の受信信号である。
【００５０】
図８は、図１に示す構成において、一例として、受信アンテナ部４のアンテナ素子数Ｎを４とした場合の、時空間適応信号処理部８に入力する信号の特徴を説明する図である。ここで、（ａ）は受信部６に入力される信号、（ｂ）は合成帯域処理部７に入力される信号、（ｃ）は時空間適応信号処理部８に入力される信号をそれぞれ示している。図８において、受信部６に入力される受信パルス信号のパルス数Ｐを４、繰り返し回数を４回とすると、合計１６個の受信パルス信号が受信部６に入力され、受信部６より、同じレンジビンにおける１６点の複素デジタルビデオ信号が出力される。その後、合成帯域処理部７に同じレンジビンにおける１６点の複素デジタルビデオ信号が入力される。合成帯域処理部７では、４つの複素デジタルビデオ信号ごとに、逆フーリエ変換を行うことにより高距離分解能化が行われる。その結果、合成帯域処理部７から、距離分解能が４倍に高分解能化され、かつ、信号電力対クラッタ電力比が４倍に向上した４個の高距離分解能後信号が出力される。
【００５１】
このため、時空間適応信号処理部８に入力する信号は、距離分解能が４倍に高分解能化され、信号電力対クラッタ電力比が４倍向上し、パルス数が１６個から４個に削減される。
【００５２】
最後に、目標検出部９は、クラッタ成分が抑圧された後の信号から、目標を検出する機能を有する。例えば、ピーク値検出処理ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理など公知の方法によって目標を検出する。
【００５３】
以上のように、この実施の形態１によれば、受信信号に対して、合成帯域処理部７で高距離分解能化を図り、時空間適応信号処理部８で用いる信号の数を削減した後、クラッタを抑圧する構成としたので、クラッタ抑圧に要する演算量を削減することができるようになり、かつ、低速で移動する目標の測距性能が改善される。さらには、合成帯域処理部７でクラッタ面積を小さくしてクラッタ電力を低減し、時空間適応信号処理部８でクラッタを抑圧するように構成したので、時空間適応信号処理部８のみでクラッタを抑圧する従来の構成に比べて、クラッタ抑圧性能が向上する効果がある。
【００５４】
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。前述した実施の形態１では、合成帯域処理部７で高距離分解能化を図る際、連続するＰ点の複素デジタルビデオ信号ごとに逆フーリエ変換を実施していたが、この実施の形態２では、目標検出部９で目標検出を行った結果に基づき、逆フーリエ変換に用いるＰ点の複素デジタルビデオ信号の選び方を変更することに特徴を有しており、図１に示す実施の形態１に係る構成に対して、目標検出部９での目標検出結果に応じて合成帯域処理部７で逆フーリエ変換に用いる複素デジタルビデオ信号の選び方を制御する制御部１０をさらに備え、合成帯域処理部７は、制御部１０からの制御に基づいて高距離分解能化に用いる複素デジタルビデオ信号の組み合わせ方を変えることにより、高距離分解能化を図ったパルス数を増やすようになされている。
【００５５】
図９において、制御部１０は、目標検出部９での目標検出結果に応じて、合成帯域処理部７で逆フーリエ変換に用いる複素デジタルビデオ信号の選び方を制御する機能を有する。クラッタ抑圧性能が不十分のため、目標検出部９で目標検出できなかった場合、時空間適応信号処理部８に入力するパルス数を増やすと、クラッタ抑圧に用いるフィルタの特性が向上してクラッタ抑圧性能が改善するため、目標検出できるようになる場合がある。
【００５６】
このため、目標検出部９で目標検出できなかった場合、制御部１０は、時空間適応信号処理部８に入力するパルス数を増やすように制御する。その制御例を図１０に示す。実施の形態１の場合は、図１０（ａ）に示すように、複素デジタルビデオ信号から４個の組み合わせを作り、それぞれ逆フーリエ変換を行い、図１０（ｂ）に示すように、合計４個の高距離分解能後の信号を得ていたが、この実施の形態２では、合成帯域処理部７で逆フーリエ変換に用いる複素デジタルビデオ信号の選び方を変える。
【００５７】
すなわち、合成帯域処理部７において、図１０（ｃ）に示すように、受信周波数ｆ０からｆ３にステップ状に変化する４個のパルス信号を４回繰り返した１６個の受信パルス信号が受信部６に入力されるとする。受信部６では、１６点の複素デジタルビデオ信号が生成される。合成帯域処理部７では、図１０（ｄ）に示すように、隣り合わせの４個の複素デジタルビデオ信号を選ぶ。隣り合わせの４個の複素デジタルビデオ信号は、必ず周波数ｆ０,ｆ１,ｆ２,ｆ３のパルス信号となる。このため、周波数ｆ０,ｆ１,ｆ２,ｆ３の順番となるように、４個の複素デジタルビデオ信号の順番を並べ換えることで、１３個の組み合わせができ、それぞれ逆フーリエ変換を行う。逆フーリエ変換の回数は１３回となるため、距離分解能が４倍になった１３個のパルス信号が得られることになり、合成帯域処理部８に入力するパルス数を１３個とすることができる。
【００５８】
図１１は、合成帯域処理部８に入力されるパルス数の違いにより、フィルタ係数の精度が向上する結果、クラッタを抑圧するフィルタの特性が向上することを模式的に説明する図である。図１１（ａ）に示す合成帯域処理部８に入力するパルス数が少ない場合のフィルタ特性に対し、合成帯域処理部８に入力するパルス数が多くなると、パルス信号に含まれるクラッタの情報量が多くなり、クラッタの周波数成分の精度が向上する。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、クラッタのドップラー周波数のみの成分を抑圧するためフィルタの帯域を狭帯域にでき、減衰量を大きくできる。このため、クラッタを抑圧するフィルタ特性が向上する。
【００５９】
以上のように、この実施の形態２によれば、目標検出部９でクラッタ抑圧性能が不十分のため目標検出できなかった場合、時空間適応信号処理部８に入力するパルス数を増やすことができ、クラッタを抑圧するフィルタの特性が向上する結果、クラッタの抑圧性能が改善し、目標を検出できるようになる。
【００６０】
実施の形態３．
図１２は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。前述した実施の形態１及び２では、レーダ装置の処理方法及び処理パラメータを固定としていた。この実施の形態３によれば、目標検出部９の目標検出結果に応じて処理パラメータを変更し、送信部１、局部発振信号生成部２、受信部６、合成帯域処理部７及び時空間適応信号処理部８で行う処理を制御することに特徴を有しており、図１に示す実施の形態１に係る構成に対して、目標検出部９での目標検出結果に応じて、目標検出性能を改善させるため、送信部１、局部発振信号生成部２、受信部６、合成帯域処理部７、及び時空間適応信号処理部８に対し、処理パラメータの変更及び処理の制御を行う機能を有する処理制御部１１をさらに備えている。
【００６１】
一例として、距離分解能を高くして、クラッタを低減させる方法について説明する。図１３は、目標検出部９の目標検出結果の例であり、目標よりも振幅の大きいクラッタが、レンジビン全体にわたり受信された状況を示している。目標はクラッタに埋もれているため、目標を検出することは困難となる。また、図１３（ａ）に示すように、スレッショルド判定により、あらかじめ設定されたスレッショルドＴよりも振幅の大きいレンジビンに目標が存在するとみなす場合、スレッショルドＴより振幅の大きなクラッタを誤って目標と判定してしまう。このため、目標検出部９は、レンジビン全体の振幅がスレッショルドＴを越える場合、クラッタが存在するとみなし、高距離分解能化を図るための制御を行う。
【００６２】
高距離分解能化を図るためには、送信部１で生成するパルス数を増やすこと、局部発振信号生成部２の局部発振信号の周波数ステップ数を増やすこと、受信部６で周波数変換を行うパルス数を増やすこと、合成帯域処理部７で行う逆フーリエ変換に用いる点数を増やすこと、及び時空間適応信号処理部８で時空間適応信号処理に用いるパルス数の変更が必要となる。このため、制御処理部１１は、高距離分解能化を図るための所要の処理パラメータを、送信部１、局部発振信号生成部２、受信部６、合成帯域処理部７、及び時空間適応信号処理部８へ設定する。設定変更後の処理パラメータでパルス信号の送受信処理を行う。そして、高距離分解能化を図ってクラッタを低減させ、目標検出部９で目標検出処理を行った結果を、図１３（ｂ）に示すように、再度スレッショルドＴと比較し、特定のレンジビンの振幅のみがスレッショルドＴよりも高くなれば、その特定のレンジビンに目標が存在するとみなし、高距離分解能化を図る処理を終了する。なお、レンジビン全体の振幅がスレッショルドＴより大きいままであれば、さらに高距離分解能化を図る。
【００６３】
以上のように、この実施の形態３によれば、目標検出部９の目標検出結果に応じて、処理パラメータを変更し、送信部１、局部発振信号生成部２、受信部６、合成帯域処理部７、及び時空間適応信号処理部８で行う処理方法を制御することができるようになるため、目標検出性能を改善できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１における送信部１から送信されるパルスの説明図である。
【図３】図１における局部発振信号生成部２により発振されて、送信部１及び受信部６に供給される局部発振信号を説明する図である。
【図４】図１における送信部１から送信された（４×Ｐ）個の送信パルス信号と、受信部６に入力される（４×Ｐ）個の受信パルス信号の例を示す図である。
【図５】図１における合成帯域処理部７の機能を説明するもので、（４×Ｐ）個の受信パルス信号から生成される（４×Ｐ）点の複素デジタルビデオ信号を使用し、高距離分解能化を図る流れを模式的に説明する図である。
【図６】図１における合成帯域処理部７による高距離分解能化の効果を説明する図である。
【図７】図１における時空間適応信号処理部８による時空間適応信号処理の処理手順を図である。
【図８】図１における時空間適応信号処理部８に入力する信号の特徴を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】図９における制御部１０により、時空間適応信号処理部８に入力するパルス数を増やすように制御例を示す図である。
【図１１】図９における合成帯域処理部８に入力されるパルス数の違いにより、フィルタ係数の精度が向上する結果、クラッタを抑圧するフィルタの特性が向上することを模式的に説明する図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２における目標検出部９の目標検出結果の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 送信部、２ 局部発振信号生成部、３ 送信アンテナ部、４ 受信アンテナ部、５ アンテナ素子、６ 受信部、７ 合成帯域処理部、８ 時空間適応信号処理部、９ 目標検出部、１０ 制御部、１１ 処理制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を目標に向けて送信し、低速で移動する目標により反射したパルス信号を受信して目標を検出するレーダ装置において、
所定のパルス繰返し周期ごとに周波数がステップ状に変化する局部発振信号を生成する局部発振信号生成部と、
前記局部発振信号を用いてパルスごとの送信周波数をステップ状に変化させた有限個のパルス信号を生成し、送信信号として繰り返し送信する送信部と、
前記送信部で生成した送信信号を電波として空間に放射する送信アンテナ部と、
空間に放射された電波が目標に反射して到来してくるパルス状の反射電波を、受信信号として受信する受信アンテナ部と、
前記受信アンテナ部から出力される受信信号のパルスごとに前記局部発振信号を用いて周波数変換及びＩ、Ｑ位相検波を行って複素ビデオ信号を生成し、生成した複素ビデオ信号をアナログ・デジタル変換して複素デジタルビデオ信号を出力する受信部と、
前記受信部から出力される、前記局部発振信号の周波数のステップ数に等しい個数の、同一のレンジビンの複素デジタルビデオ信号を用いて高距離分解能化を図る合成帯域処理部と、
前記合成帯域処理部から出力される、高距離分解能化を図った信号に対して、時間と空間の二次元の情報からクラッタを抑圧するフィルタを作成してフィルタ処理によりクラッタを抑圧する時空間適応信号処理部と、
前記時空間適応信号処理部から出力される信号に基づいて目標検出処理を行う目標検出部と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置において、
前記目標検出部での目標検出結果に応じて、前記合成帯域処理部による高距離分解能化に用いる複素デジタルビデオ信号の組み合わせ方を制御する制御部をさらに備えた
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーダ装置において、
前記目標検出部での目標検出結果に応じて、前記送信部、前記局部発振信号生成部、前記受信部、前記合成帯域処理部、及び前記時空間適応信号処理部の処理パラメータの制御を行う処理制御部をさらに備えた
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１】
パルス信号を目標に向けて送信し、低速で移動する目標により反射したパルス信号を受信して目標を検出するレーダ装置において、
所定のパルス繰返し周期ごとに周波数がステップ状に変化する局部発振信号を生成する局部発振信号生成部と、
前記局部発振信号を用いてパルスごとの送信周波数をステップ状に変化させた有限個のパルス信号を生成し、送信信号として繰り返し送信する送信部と、
前記送信部で生成した送信信号を電波として空間に放射する送信アンテナ部と、
空間に放射された電波が目標に反射して到来してくるパルス状の反射電波を、受信信号として受信する受信アンテナ部と、
前記受信アンテナ部から出力される受信信号のパルスごとに前記局部発振信号を用いて周波数変換及びＩ、Ｑ位相検波を行って複素ビデオ信号を生成し、生成した複素ビデオ信号をアナログ・デジタル変換して複素デジタルビデオ信号を出力する受信部と、
前記受信部から出力される、前記局部発振信号の周波数のステップ数に等しい個数の、同一のレンジビンの複素デジタルビデオ信号を用いて高距離分解能化を図る合成帯域処理部と、
前記合成帯域処理部から出力される、高距離分解能化を図った信号に対して、時間と空間の二次元の情報からクラッタを抑圧するフィルタを作成してフィルタ処理によりクラッタを抑圧する時空間適応信号処理部と、
前記時空間適応信号処理部から出力される信号に基づいて目標検出処理を行う目標検出部と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置において、
前記目標検出部での目標検出結果に応じて、前記合成帯域処理部による高距離分解能化に用いる複素デジタルビデオ信号の組み合わせ方を制御する制御部をさらに備えた
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーダ装置において、
前記目標検出部での目標検出結果に応じて、前記送信部、前記局部発振信号生成部、前記受信部、前記合成帯域処理部、及び前記時空間適応信号処理部の処理パラメータの制御を行う処理制御部をさらに備えた
ことを特徴とするレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２５０９５２（Ｐ２００９−２５０９５２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０３２８２（Ｐ２００８−１０３２８２）
【出願日】平成２０年４月１１日（２００８．４．１１）
【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２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１１日（２００８．４．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]