レーダ装置
【課題】目標角度を正確に計測することのできるレーダ装置を得る。
【解決手段】互いに異なる条件で観測した複数チャネルにおいて、それぞれ和信号と差信号とを観測する多チャネルモノパルス信号観測手段と、複数チャネルの信号にフィルタ処理を適用することにより、和信号および差信号に含まれる背景の不要信号をそれぞれ抑圧するフィルタ手段２ａ、２ｂと、フィルタ手段２ａ、２ｂにより背景の不要信号が抑圧された信号に対して閾値判定処理を適用し、目標の存在するレンジセルを検出する目標検出手段３と、目標検出手段３により検出された目標の存在するレンジセルにおいて、背景の不要信号を抑圧した和信号および差信号を用いたモノパルス測角処理を適用し、目標角度を計測する多チャネルモノパルス測角手段４と、を備えている。
【解決手段】互いに異なる条件で観測した複数チャネルにおいて、それぞれ和信号と差信号とを観測する多チャネルモノパルス信号観測手段と、複数チャネルの信号にフィルタ処理を適用することにより、和信号および差信号に含まれる背景の不要信号をそれぞれ抑圧するフィルタ手段２ａ、２ｂと、フィルタ手段２ａ、２ｂにより背景の不要信号が抑圧された信号に対して閾値判定処理を適用し、目標の存在するレンジセルを検出する目標検出手段３と、目標検出手段３により検出された目標の存在するレンジセルにおいて、背景の不要信号を抑圧した和信号および差信号を用いたモノパルス測角処理を適用し、目標角度を計測する多チャネルモノパルス測角手段４と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、小目標の測角方式を実装したレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーダを用いた目標の測角方式はよく知られている（たとえば、非特許文献１参照）。
非特許文献１に記載のモノパルス測角方式は、指向方向の異なる２つのアンテナで計測した信号の和および差を利用して、レーダのボアサイトに対する目標角度を計測するものである。
【０００３】
具体的には、目標角度に応じて、２つのアンテナで計測した信号の和と差との比率がどのような値となるかを、あらかじめ算出してテンプレートとして保存しておき、計測時に実際に得られた和信号と差信号との比率を、該テンプレートと比較することによって、目標角度を計測する方式である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｓ．Ｍ．Ｓｈｅｒｍａｎ，「Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，」Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ Ｉｎｃ．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、目標の測角を目的とした上記非特許文献１に記載のモノパルス測角方式においては、測角対象のレンジにおいて、目標以外の信号が存在しないことが前提となっているので、クラッタやジャミングなど背景の不要な信号の影響によって、目標角度の計測精度が低下するという課題があった。
【０００６】
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あり、観測条件を種々に変化させた多チャネル信号を観測し、得られた多チャネル信号に対してフィルタ処理を適用し、クラッタやジャミングなどの背景の不要な信号を抑圧しつつ、フィルタ出力信号を用いてモノパルス測角処理を行うことにより、目標角度を正確に計測することの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】
【０００７】
この発明に係るレーダ装置は、互いに異なる条件で観測した複数チャネルにおいて、それぞれ和信号と差信号とを観測する多チャネルモノパルス信号観測手段と、複数チャネルの信号にフィルタ処理を適用することにより、和信号および差信号に含まれる背景の不要信号をそれぞれ抑圧するフィルタ手段と、フィルタ手段により背景の不要信号が抑圧された信号に対して閾値判定処理を適用し、目標の存在するレンジセルを検出する目標検出手段と、目標検出手段により検出された目標の存在するレンジセルにおいて、背景の不要信号を抑圧した和信号および差信号を用いたモノパルス測角処理を適用し、目標角度を計測する多チャネルモノパルス測角手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、観測条件の異なる多チャネル信号を観測して得られた多チャネル信号に対してフィルタ処理を適用して、背景の不要な信号を抑圧しつつ、フィルタ出力信号を用いてモノパルス測角処理を行うことにより、目標角度を正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１内の多チャネルモノパルス信号観測手段の具体的構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作を説明するための機能ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２による動作を説明するための機能ブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態２による他の動作例を説明するための機能ブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の多チャネルモノパルス信号観測手段の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるモノパルスアンテナの各時刻の動作モードを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、レーダ装置は、多チャネルモノパルス信号観測手段１と、フィルタ手段２と、目標検出手段３と、多チャネルモノパルス測角手段４とを備えている。
【００１１】
図２は図１内の多チャネルモノパルス信号観測手段１の具体的構成を示すブロック図である。
図２において、多チャネルモノパルス信号観測手段１は、送信機５と、送受切換器６と、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃと、受信機８ａ、８ｂ、８ｃとを備えている。
【００１２】
図３は図１に示したレーダ装置の動作を説明するための機能ブロック図である。
図３において、フィルタ手段２は、Σ（和信号）チャネルおよびΔ（差信号）チャネルに対応した２つのフィルタ手段２ａ、２ｂを備えている。
【００１３】
目標検出手段３は、電力算出手段３ａと、閾値判定手段３ｂとを備えている。
多チャネルモノパルス信号観測手段１の出力信号は、Σチャネルにおけるレンジプロフィールデータ１００ａと、Δチャネルにおけるレンジプロフィールデータ１００ｂとを含む。
各レンジプロフィールデータ１００ａ、１００ｂの複数のセル（１、２、・・・、Ｎ）は、微小時間ごとの観測値に対応し、全体で１回の観測時間に対応する。
【００１４】
Σチャネルにおける注目セル１０１ａは、フィルタ手段２ａに送られ、Δチャネルにおける注目セル１０１ｂは、フィルタ手段２ｂに送られる。
ここでは、各レンジプロフィールデータ１００ａ、１００ｂのｎ番目のセルが、注目セル１０１ａ、１０１ｂとして選択された場合を示している。
【００１５】
次に、図１〜図３を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作について説明する。
まず、多チャネルモノパルス信号観測手段１は、複数チャネル分のモノパルス信号を観測する。
【００１６】
ここで、チャネルとは、観測条件を種々に変化させて観測した信号のうち、同じ条件で観測したひとまとめの信号を指す。たとえば、送信の中心周波数を変化させて複数の周波数帯で観測した場合は、各周波数帯で観測した信号が、それぞれ１チャネル分の信号に相当する。
【００１７】
同様に、パルスを複数回送受信して得られる観測信号のうち、１パルス分の信号を１チャネルと見なしてもよいし、アレイ状に配された複数素子（アンテナ）のうちの１素子分の信号、または、異なる送受偏波の組み合わせのうちの１つの組み合わせなどを指して１チャネルと呼んでもよい。
以下、この発明の実施の形態１においては、アレイ状に配された複数素子（アンテナ）を用いて観測することを前提とし、１素子分の信号をチャネルと呼ぶこととする。
【００１８】
まず、図２を参照しながら、多チャネルモノパルス信号観測手段１の動作について説明する。
送信機５から生成されたパルス信号は、送受切換器６を介してモノパルスアンテナ７ａに送られ、モノパルスアンテナ７ａから空間に放射される。
空間に放射されたパルス信号は、観測対象によって散乱され、観測対象で散乱された散乱波は、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃによりそれぞれ受信される。
【００１９】
モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれ、ビーム指向方向が若干異なる２つのアンテナ（図示せず）により構成されており、これら２つのアンテナで受信した各信号の加算結果である和信号と、各信号の減算差分結果である差信号とを出力する。
【００２０】
モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃの各受信信号は、それぞれ、個別の受信機８ａ、８ｂ、８ｃに送られる。
各受信機８ａ、８ｂ、８ｃは、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃが受信した散乱波の受信信号（和信号および差信号）のそれぞれに対して、位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を施し、それぞれの受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
【００２１】
なお、図２においては、モノパルスアンテナ数が「３」であるが、モノパルスアンテナ数は、複数であればいくつに設定されてもよい。
ここで、受信機８ａ、８ｂ、８ｃによって出力される和信号および差信号のレンジプロフィールを定式化して示すと、以下の式（１）、式（２）のように表される。
【００２２】
【数１】
【００２３】
ただし、式（１）において、
【数２】
は、それぞれ受信機８ａ、８ｂ、８ｃによって出力される和信号である。
また、式（２）において、
【数３】
は、それぞれ受信機８ａ、８ｂ、８ｃによって出力される差信号である。
さらに、式（１）、式（２）において、
【数４】
は、それぞれレンジセル番号ｎ（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ）のレンジセルにおける和信号と差信号とをまとめてベクトル表示したものである。
【００２４】
次に、図３を参照しながら、フィルタ手段２、目標検出手段３および多チャネルモノパルス測角手段４の動作について説明する。
図３において、Σチャネルにおけるレンジプロフィールデータ１００ａと、Δチャネルにおけるレンジプロフィールデータ１００ｂとは、それぞれ、前述の和信号のレンジプロフィール
【数５】
と、差信号のレンジプロフィール
【数６】
とに他ならない。
フィルタ手段２ａ、２ｂは、
【数７】
に対してフィルタ処理を適用する。
具体的な処理方法としては、以下の式（３）、式（４）に示す通り、フィルタ係数行列Ｆｎを乗算する処理となる。
【００２５】
【数８】
【００２６】
ただし、式（３）、式（４）において、ｎ＝１、２、・・・、Ｎである。
ここで適用するフィルタ処理は、クラッタやジャミングなどの不要成分を抑圧するためのフィルタ処理であり、背景の環境に応じてどのようなフィルタ処理を適用してもよい。ここでは、
【数９】
の両方に同じフィルタ処理を適用している点が重要である。
【００２７】
フィルタ手段２ａの出力信号
【数１０】
は、目標検出手段３に送られる。
目標検出手段３においては、まず、電力算出手段３ａにより、
【数１１】
が、以下の式（５）により算出される。
【００２８】
【数１２】
【００２９】
電力算出手段３ａにより計算された
【数１３】
は、閾値判定手段３ｂに送られる。
閾値判定手段３ｂは、信号電力
【数１４】
をあらかじめ設定した閾値Ｔと比較し、目標の有無を示す比較結果を、以下の式（６）のように得る。
【００３０】
【数１５】
【００３１】
そして、信号電力
【数１６】
が閾値Ｔの値を越えるレンジセルの番号を、目標検出セルの番号として出力する。
【００３２】
ここで、検出の閾値Ｔは、要求される誤警報確率から決まる値である。
最後に、多チャネルモノパルス測角手段４は、目標検出手段３により目標が検出されたセルについて、モノパルス測角処理を適用してその目標の角度を計測し、測角結果を出力する。
ただし、ここでは、各チャネルにおける和パターンと差パターンとが一致していることを前提条件とする。
【００３３】
次に、多チャネルモノパルス測角手段４におけるモノパルス測角処理について、さらに具体的に説明する。
まず、目標検出手段３により目標が検出されたセルについて、以下の式（７）からモノパルスの角度誤差電圧
【数１７】
を算出する。
【００３４】
【数１８】
【００３５】
ただし、式（７）において、上付き英字「Ｈ」は、行列またはベクトルの共役転置を表している。
続いて、式（７）の演算結果と、あらかじめ算出したモノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）と比較することにより、目標角度を推定する。
すなわち、目標角度の推定値θ＾は、以下の式（８）により得られる。
【００３６】
【数１９】
【００３７】
ただし、式（８）において、
【数２０】
は、モノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）の逆関数を表す。
多チャネルモノパルス測角手段４は、このようにして得られた目標角度の推定値θ＾を測角結果として出力する。
【００３８】
ここで、モノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）については、事前に算出しておく必要がある。
具体的には、和信号および差信号のアンテナパターンΣ（θ）、Δ（θ）を事前に計測し、以下の式（９）により、モノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）を算出する。
【００３９】
【数２１】
【００４０】
ただし、式（９）において、εは和信号と差信号との位相差である。
なお、モノパルスの角度誤差電圧
【数２２】
を角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）と比較して測角する方法は、従来のモノパルス方式と同一であり、たとえば、前述の非特許文献１などに記された公知技術である。
【００４１】
この発明の実施の形態１においては、ベクトル量であるフィルタ出力
【数２３】
を用いてモノパルス測角を行うために、角度誤差電圧
【数２４】
を算出する処理が特徴であり、従来のモノパルス方式では実現できない処理である。
以下、この発明の実施の形態１による正確な目標角度の計測処理について説明する。
すなわち、フィルタ出力
【数２５】
を用いて、式（７）から角度誤差電圧
【数２６】
を算出し、式（８）からモノパルス測角を行うことにより、目標角度を正しく計測できることを説明する。
【００４２】
まず、目標（ここでは、点目標を仮定する）が、ボアサイトから角度θの位置にある場合には、位相検波後の
【数２７】
は、以下の式（１０）、式（１１）のように表される。
【００４３】
【数２８】
【００４４】
ただし、式（１０）、式（１１）において、ｋは目標の特性を表す散乱ベクトルである。また、送信パターンは、和パターンと一致することとする。
フィルタ手段２ａ、２ｂにおいて、和信号および差信号に同じフィルタＦを適用した場合の出力は、以下の式（１２）のように表される。
【００４５】
【数２９】
【００４６】
式（１２）の演算結果を前述の式（７）に代入すると、モノパルスの角度誤差電圧Ｖｍは、以下の式（１３）、式（１４）の関係を満たすことが分かる。
【００４７】
【数３０】
【００４８】
したがって、式（１４）と式（９）とを比較すると、各チャネルのビームパターンが一致する場合には、式（７）および式（８）の処理により、モノパルス測角が成立することが明らかである。
【００４９】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図３）に係るレーダ装置は、互いに異なる条件で観測した複数チャネルにおいて、それぞれ和信号と差信号とを観測する多チャネルモノパルス信号観測手段１と、複数チャネルの信号にフィルタ処理を適用することにより、和信号および差信号に含まれる背景の不要信号をそれぞれ抑圧するフィルタ手段２と、フィルタ手段２により背景の不要信号が抑圧された信号に対して閾値判定処理を適用し、目標の存在するレンジセルを検出する目標検出手段３と、目標検出手段３により検出された目標の存在するレンジセルにおいて、背景の不要信号を抑圧した和信号および差信号を用いたモノパルス測角処理を適用し、目標角度を計測する多チャネルモノパルス測角手段４と、を備えている。
【００５０】
また、多チャネルモノパルス信号観測手段１は、複数のモノパルスアンテナ７ａ〜７ｃと、複数のモノパルスアンテナ７ａ〜７ｃの少なくとも１つ（モノパルスアンテナ７ａ）に接続された送受切換器６と、送受切換器６に接続された送信機５と、複数のモノパルスアンテナ７ａ〜７ｃのそれぞれに接続された受信機８ａ〜８ｃと、を備えている。
【００５１】
さらに、多チャネルモノパルス測角手段４は、式（７）から得られた角度誤差電圧を、あらかじめ算出したモノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）と比較することにより、目標の角度を推定する。
ここで、多チャネルモノパルス信号観測手段１により観測された多チャネルの和信号および差信号に対して、フィルタ手段２によりフィルタ係数Ｆｎ（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ）が乗算された後の出力信号は、式（３）、式（４）で表される。
【００５２】
このように、観測条件を種々に変化させた多チャネル信号を観測し、得られた多チャネル信号の和信号および差信号にフィルタ処理を適用することにより、クラッタやジャミングなど背景の不要な信号成分を抑圧しつつ、フィルタ出力信号を用いてモノパルス測角を行うことができる。
これにより、目標角度を正確に計測することができ、小目標の目標角度の推定精度を向上させることができるという効果を奏する。
【００５３】
なお、この発明の実施の形態１において、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃを、それぞれ、指向方向の若干異なる２つのアンテナで構成したが、２つ以上のアンテナで構成しても、同様の処理が可能である。
たとえば、一般的に、エレベーション方向とアジマス方向との角度を計測するために、４つのアンテナで構成されるモノパルスアンテナがよく用いられるが、このようなモノパルスアンテナを用いても、同様の処理が可能であることは明らかである。
【００５４】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、言及しなかったが、図４のように、フィルタ係数Ｆｎを生成するフィルタ生成手段９ａを追加してもよい。
図４はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置の動作を説明するための機能ブロック図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。なお、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置および多チャネルモノパルス信号観測手段１の構成は、図１および図２に示した通りである。
【００５５】
図４において、フィルタ手段２は、ΣチャネルおよびΔチャネルに対応したフィルタ手段２ａ、２ｂに加えて、フィルタ生成手段９ａを備えている。
フィルタ生成手段９ａは、Σチャネルにおける参照セル１０２に基づいてフィルタ係数Ｆｎを生成し、各フィルタ手段２ａ、２ｂに入力する。
【００５６】
前述の実施の形態１においては、フィルタ手段２でクラッタやジャミングなどの不要な信号成分を抑圧するために用いるフィルタ係数Ｆｎの与え方については言及していない。
クラッタやジャミングの性質があらかじめ予測できる場合には、前述の実施の形態１のように、フィルタ係数Ｆｎをあらかじめ設定しても問題ないが、一般に、クラッタやジャミングの性質が既知であることは少ない。
【００５７】
そこで、この発明の実施の形態２においては、フィルタ生成手段９ａにより、注目レンジセル（注目セル１０１ａ）の近傍に位置する参照レンジセル（参照セル１０２）の信号を用いて、フィルタ係数を算出する。
すなわち、フィルタ生成手段９ａは、注目セル（ｔｅｓｔ ｃｅｌｌ）１０１ａの近傍の複数の参照セル（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｃｅｌｌ）１０２の和信号
【数３１】
を用いて、以下の式（１５）により背景信号共分散行列Ｃｎを推定する。
【００５８】
【数３２】
【００５９】
ただし、式（１５）において、
【数３３】
は、ｍ番目のレンジセルの和信号である。また、ｎは注目セル１０１ａ、１０１ｂのセル番号であり、
【数３４】
は、参照セル番号の集合を表し、Ｎｒは参照セル１０２の数を表している。
【００６０】
続いて、式（１５）により推定された背景信号共分散行列Ｃｎを用いて、フィルタ係数Ｆｎを算出する。たとえば、フィルタ係数Ｆｎを以下の式（１６）から算出すると、背景信号を白色化するフィルタを生成することができる。
【００６１】
【数３５】
【００６２】
または、背景信号共分散行列Ｃｎとその固有値展開とを用いて、以下の式（１７）からフィルタ係数Ｆｎを算出すると、背景信号の最も強い成分を抑圧するノッチフィルタを生成することができる。
【００６３】
【数３６】
ただし、式（１７）において、
【数３７】
は、背景信号共分散行列Ｃｎの固有値であり、Ｖは対応する固有ベクトルを列とする行列である。すなわち、背景信号共分散行列Ｃｎは、以下の式（１８）のように対角化することができるものとする。
【００６４】
【数３８】
【００６５】
また、いずれか１チャネルのみについて、背景信号の影響が小さいことが判明した場合には、対応するチャネルの信号のみを用いて、検出および測角処理を行うことが望ましいので、以下の式（１９）に示すようなフィルタを生成してもよい。
【００６６】
【数３９】
【００６７】
ただし、式（１９）においては、背景信号の影響の小さいチャネル（背景信号の最も弱いチャネル）に対応する要素のみを「１」としており、式（１９）は、チャネル「１」において背景信号の影響が小さかった場合のフィルタ係数Ｆｎを表している。
【００６８】
なお、図４の構成においては、フィルタ生成手段９ａにより、Σチャネル（和信号）の参照セル１０２のみに基づいてフィルタ係数Ｆｎを生成したが、図５に示すように、フィルタ生成手段９ｂにより、和信号の参照セル１０２ａのみならず、Δチャネル（差信号）の参照セル１０２ｂも用いて背景信号共分散行列Ｃｎを推定し、フィルタ係数Ｆｎを生成するように構成してもよい。
【００６９】
以上のように、この発明の実施の形態２（図１、図２、図４、図５）に係るレーダ装置は、フィルタ手段２ａ、２ｂが不要信号を抑圧するために用いるフィルタ係数Ｆｎを算出するためのフィルタ生成手段９ａ（または、９ｂ）を備えている。
【００７０】
フィルタ生成手段９ａ（または、９ｂ）は、注目セル１０１ａ（または、１０１ａ、１０１ｂ）近傍の複数の参照セル１０２（または、１０２ａ、１０２ｂ）の信号を用いて背景信号共分散行列Ｃｎを推定し、背景信号共分散行列Ｃｎに基づいてフィルタ係数Ｆｎを決定する。
【００７１】
フィルタ生成手段９ａ（図４）は、多チャネルモノパルス信号観測手段１からの和信号（Σチャネル）のみを用いて、背景信号共分散行列Ｃｎを推定する。
また、フィルタ生成手段９ｂ（図５）は、多チャネルモノパルス信号観測手段１からの和信号および差信号（ΣチャネルおよびΔチャネル）を用いて、背景信号共分散行列Ｃｎを推定する。
【００７２】
フィルタ生成手段９ａ（または、９ｂ）は、フィルタ係数Ｆｎとして、背景信号を白色化するフィルタ係数を、背景信号共分散行列Ｃｎに基づき、式（１６）により生成する。
または、フィルタ生成手段９ａ（または、９ｂ）は、フィルタ係数Ｆｎとして、背景信号の最も強い成分を抑圧するフィルタ係数を、背景信号共分散行列Ｃｎに基づいて、式（１７）により生成する。ここで、λ２≧λ３は、背景信号共分散行列Ｃｎの固有値であり、Ｖは対応する固有ベクトルを列とする行列である。
【００７３】
または、フィルタ生成手段９ａ（または、９ｂ）は、背景信号の最も弱いチャネル（背景信号の影響が小さいチャネル）を判別し、判別されたチャネルのみを選択するフィルタ係数Ｆを生成する。
【００７４】
このように、注目セル１０１ａ（または、１０１ｂ）近傍の参照セル１０２（または、１０２ａ、１０２ｂ）の情報を用いて、クラッタやジャミングなどの不要信号成分を推定したうえで、フィルタを構成することができる。
これにより、周囲の環境に適応してクラッタやジャミングなどの不要信号成分を抑圧するフィルタを構成したレーダ装置を実現することができる。
【００７５】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２では、図２の構成からなる多チャネルモノパルス信号観測手段１を用いた場合を前提として説明したが、図６のように、送信アンテナ切換型（多偏波型）の多チャネルモノパルス信号観測手段１Ａを用いてもよい。
【００７６】
図６はこの発明の実施の形態３に係るレーダ装置の多チャネルモノパルス信号観測手段１Ａの構成を示すブロック図であり、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。なお、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成は、図１に示した通りである。
【００７７】
図６において、送信アンテナ切換型（多偏波型）の多チャネルモノパルス信号観測手段１Ａは、複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂと、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂに接続された複数の送受切換器６ａ、６ｂと、送受切換器６ａ、６ｂに接続されたアンテナ切換器１０と、アンテナ切換器１０に接続された送信機５Ａと、送受切換器６ａ、６ｂを介してモノパルスアンテナ７ａ、７ｂに接続された複数の受信機８ａ、８ｂと、を備えている。
【００７８】
前述の実施の形態１、２（図２）における送信機５は、モノパルスアンテナ７ａのみに接続されていたが、この発明の実施の形態３（図６）における送信機５Ａは、アンテナ切換器１０および送受切換器６ａ、６ｂを介して、複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂに接続されている。
なお、図６では、２個のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂのみが示されているが、任意数のモノパルスアンテナが接続され得ることは言うまでもない。
【００７９】
送信機５Ａには、アンテナ切換器１０および送受切換器６ａ、６ｂを介して、それぞれ、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂが接続される。
モノパルスアンテナ７ａ、７ｂには、それぞれ、送受切換器６ａ、６ｂを介して、受信機８ａ、８ｂが接続される。
【００８０】
次に、図６に示したこの発明の実施の形態３による動作について説明する。
まず、送信機５Ａが第１のパルス信号を生成すると、アンテナ切換器１０は、第１のパルス信号を、モノパルスアンテナ７ａ側の送受切換器６ａに送る。
これにより、第１のパルス信号は、送受切換器６ａを介して、モノパルスアンテナ７ａから空間に放射される。
【００８１】
空間に放射された第１のパルス信号は、観測対象によって散乱され、観測対象で散乱された第１の散乱波は、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂでそれぞれ受信される。
モノパルスアンテナ７ａ、７ｂで受信された各受信信号は、送受切換器６ａ、６ｂを介して、それぞれ受信機８ａ、８ｂに送られる。
【００８２】
受信機８ａ、８ｂは、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂが受信した第１の散乱波の受信信号のそれぞれに対して、位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を施し、それぞれの受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
【００８３】
次に、送信機５Ａが第２のパルス信号を生成すると、アンテナ切換器１０は、第２のパルス信号を、モノパルスアンテナ７ｂ側の送受切換器６ｂに送る。
これにより、第２のパルス信号は、送受切換器６ｂを介して、モノパルスアンテナ７ｂから空間に放射される。
【００８４】
以下、前述と同様に、観測対象で散乱された第２の散乱波は、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂでそれぞれ受信され、送受切換器６ａ、６ｂを介して、それぞれ受信機８ａ、８ｂに送られる。
受信機８ａ、８ｂは、第２の散乱波の受信信号に対して、同様の処理を繰り返し実行することにより、振幅および位相を示すデジタル受信信号を得る。
【００８５】
図７はこの発明の実施の形態３による上記動作を示す説明図であり、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂの各時刻での動作モードを示している。
【００８６】
図７において、インターバルτ１には、第１のパルス信号の送信期間ｔ１と、第１の散乱波の受信期間ｔ２と、第２のパルス信号の送信期間ｔ３と、第２の散乱波の受信期間ｔ４とが示されている。続くインターバルτ２においても、同様のシーケンスが繰り返される。
【００８７】
各インターバルτ１、τ２は、４チャネル分の受信信号の一組を得るために要する動作のひとまとめに相当する。
図７に示した観測例によれば、２つのモノパルスアンテナ７ａ、７ｂ（送受信アンテナ）の組み合わせにより、１つのインターバルτ１（または、τ２）の受信期間ｔ２、ｔ４において、４チャネル分の信号が得られることが分かる。
【００８８】
以上のように、この発明の実施の形態３（図１、図６、図７）に係るレーダ装置の多チャネルモノパルス信号観測手段１Ａは、複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂと、送信機５Ａと、送信機５Ａから生成されたパルスを複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂに順番に供給するためのアンテナ切換器１０と、アンテナ切換器１０と複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂとの間にそれぞれ挿入された送受切換器６ａ、６ｂと、送受切換器６ａ、６ｂを介して複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂのそれぞれに接続された受信機８ａ、８ｂとを備えている。
【００８９】
このように、アンテナ切換器１０および送受切換器６ａ、６ｂを介して、送信機５Ａを複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂのそれぞれに接続することにより、送信条件を変更しながら複数チャネルの信号を観測することができる。
したがって、観測のチャネル数を増加することができるので、クラッタやジャミングなどの不要な信号成分の抑圧効果が向上し、測角精度をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１、１Ａ 多チャネルモノパルス信号観測手段、２、２ａ、２ｂ フィルタ手段、３ 目標検出手段、４ 多チャネルモノパルス測角手段、５、５Ａ 送信機、６、６ａ、６ｂ 送受切換器、７ａ、７ｂ、７ｃ モノパルスアンテナ、８ａ、８ｂ、８ｃ 受信機、９ａ、９ｂ フィルタ生成手段、１００ａ、１００ｂ レンジプロフィールデータ、１０１ａ、１０１ｂ 注目セル、１０２、１０２ａ、１０２ｂ 参照セル。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、小目標の測角方式を実装したレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーダを用いた目標の測角方式はよく知られている（たとえば、非特許文献１参照）。
非特許文献１に記載のモノパルス測角方式は、指向方向の異なる２つのアンテナで計測した信号の和および差を利用して、レーダのボアサイトに対する目標角度を計測するものである。
【０００３】
具体的には、目標角度に応じて、２つのアンテナで計測した信号の和と差との比率がどのような値となるかを、あらかじめ算出してテンプレートとして保存しておき、計測時に実際に得られた和信号と差信号との比率を、該テンプレートと比較することによって、目標角度を計測する方式である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｓ．Ｍ．Ｓｈｅｒｍａｎ，「Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，」Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ Ｉｎｃ．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、目標の測角を目的とした上記非特許文献１に記載のモノパルス測角方式においては、測角対象のレンジにおいて、目標以外の信号が存在しないことが前提となっているので、クラッタやジャミングなど背景の不要な信号の影響によって、目標角度の計測精度が低下するという課題があった。
【０００６】
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あり、観測条件を種々に変化させた多チャネル信号を観測し、得られた多チャネル信号に対してフィルタ処理を適用し、クラッタやジャミングなどの背景の不要な信号を抑圧しつつ、フィルタ出力信号を用いてモノパルス測角処理を行うことにより、目標角度を正確に計測することの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】
【０００７】
この発明に係るレーダ装置は、互いに異なる条件で観測した複数チャネルにおいて、それぞれ和信号と差信号とを観測する多チャネルモノパルス信号観測手段と、複数チャネルの信号にフィルタ処理を適用することにより、和信号および差信号に含まれる背景の不要信号をそれぞれ抑圧するフィルタ手段と、フィルタ手段により背景の不要信号が抑圧された信号に対して閾値判定処理を適用し、目標の存在するレンジセルを検出する目標検出手段と、目標検出手段により検出された目標の存在するレンジセルにおいて、背景の不要信号を抑圧した和信号および差信号を用いたモノパルス測角処理を適用し、目標角度を計測する多チャネルモノパルス測角手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、観測条件の異なる多チャネル信号を観測して得られた多チャネル信号に対してフィルタ処理を適用して、背景の不要な信号を抑圧しつつ、フィルタ出力信号を用いてモノパルス測角処理を行うことにより、目標角度を正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１内の多チャネルモノパルス信号観測手段の具体的構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作を説明するための機能ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２による動作を説明するための機能ブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態２による他の動作例を説明するための機能ブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の多チャネルモノパルス信号観測手段の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるモノパルスアンテナの各時刻の動作モードを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、レーダ装置は、多チャネルモノパルス信号観測手段１と、フィルタ手段２と、目標検出手段３と、多チャネルモノパルス測角手段４とを備えている。
【００１１】
図２は図１内の多チャネルモノパルス信号観測手段１の具体的構成を示すブロック図である。
図２において、多チャネルモノパルス信号観測手段１は、送信機５と、送受切換器６と、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃと、受信機８ａ、８ｂ、８ｃとを備えている。
【００１２】
図３は図１に示したレーダ装置の動作を説明するための機能ブロック図である。
図３において、フィルタ手段２は、Σ（和信号）チャネルおよびΔ（差信号）チャネルに対応した２つのフィルタ手段２ａ、２ｂを備えている。
【００１３】
目標検出手段３は、電力算出手段３ａと、閾値判定手段３ｂとを備えている。
多チャネルモノパルス信号観測手段１の出力信号は、Σチャネルにおけるレンジプロフィールデータ１００ａと、Δチャネルにおけるレンジプロフィールデータ１００ｂとを含む。
各レンジプロフィールデータ１００ａ、１００ｂの複数のセル（１、２、・・・、Ｎ）は、微小時間ごとの観測値に対応し、全体で１回の観測時間に対応する。
【００１４】
Σチャネルにおける注目セル１０１ａは、フィルタ手段２ａに送られ、Δチャネルにおける注目セル１０１ｂは、フィルタ手段２ｂに送られる。
ここでは、各レンジプロフィールデータ１００ａ、１００ｂのｎ番目のセルが、注目セル１０１ａ、１０１ｂとして選択された場合を示している。
【００１５】
次に、図１〜図３を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の動作について説明する。
まず、多チャネルモノパルス信号観測手段１は、複数チャネル分のモノパルス信号を観測する。
【００１６】
ここで、チャネルとは、観測条件を種々に変化させて観測した信号のうち、同じ条件で観測したひとまとめの信号を指す。たとえば、送信の中心周波数を変化させて複数の周波数帯で観測した場合は、各周波数帯で観測した信号が、それぞれ１チャネル分の信号に相当する。
【００１７】
同様に、パルスを複数回送受信して得られる観測信号のうち、１パルス分の信号を１チャネルと見なしてもよいし、アレイ状に配された複数素子（アンテナ）のうちの１素子分の信号、または、異なる送受偏波の組み合わせのうちの１つの組み合わせなどを指して１チャネルと呼んでもよい。
以下、この発明の実施の形態１においては、アレイ状に配された複数素子（アンテナ）を用いて観測することを前提とし、１素子分の信号をチャネルと呼ぶこととする。
【００１８】
まず、図２を参照しながら、多チャネルモノパルス信号観測手段１の動作について説明する。
送信機５から生成されたパルス信号は、送受切換器６を介してモノパルスアンテナ７ａに送られ、モノパルスアンテナ７ａから空間に放射される。
空間に放射されたパルス信号は、観測対象によって散乱され、観測対象で散乱された散乱波は、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃによりそれぞれ受信される。
【００１９】
モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれ、ビーム指向方向が若干異なる２つのアンテナ（図示せず）により構成されており、これら２つのアンテナで受信した各信号の加算結果である和信号と、各信号の減算差分結果である差信号とを出力する。
【００２０】
モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃの各受信信号は、それぞれ、個別の受信機８ａ、８ｂ、８ｃに送られる。
各受信機８ａ、８ｂ、８ｃは、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃが受信した散乱波の受信信号（和信号および差信号）のそれぞれに対して、位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を施し、それぞれの受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
【００２１】
なお、図２においては、モノパルスアンテナ数が「３」であるが、モノパルスアンテナ数は、複数であればいくつに設定されてもよい。
ここで、受信機８ａ、８ｂ、８ｃによって出力される和信号および差信号のレンジプロフィールを定式化して示すと、以下の式（１）、式（２）のように表される。
【００２２】
【数１】
【００２３】
ただし、式（１）において、
【数２】
は、それぞれ受信機８ａ、８ｂ、８ｃによって出力される和信号である。
また、式（２）において、
【数３】
は、それぞれ受信機８ａ、８ｂ、８ｃによって出力される差信号である。
さらに、式（１）、式（２）において、
【数４】
は、それぞれレンジセル番号ｎ（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ）のレンジセルにおける和信号と差信号とをまとめてベクトル表示したものである。
【００２４】
次に、図３を参照しながら、フィルタ手段２、目標検出手段３および多チャネルモノパルス測角手段４の動作について説明する。
図３において、Σチャネルにおけるレンジプロフィールデータ１００ａと、Δチャネルにおけるレンジプロフィールデータ１００ｂとは、それぞれ、前述の和信号のレンジプロフィール
【数５】
と、差信号のレンジプロフィール
【数６】
とに他ならない。
フィルタ手段２ａ、２ｂは、
【数７】
に対してフィルタ処理を適用する。
具体的な処理方法としては、以下の式（３）、式（４）に示す通り、フィルタ係数行列Ｆｎを乗算する処理となる。
【００２５】
【数８】
【００２６】
ただし、式（３）、式（４）において、ｎ＝１、２、・・・、Ｎである。
ここで適用するフィルタ処理は、クラッタやジャミングなどの不要成分を抑圧するためのフィルタ処理であり、背景の環境に応じてどのようなフィルタ処理を適用してもよい。ここでは、
【数９】
の両方に同じフィルタ処理を適用している点が重要である。
【００２７】
フィルタ手段２ａの出力信号
【数１０】
は、目標検出手段３に送られる。
目標検出手段３においては、まず、電力算出手段３ａにより、
【数１１】
が、以下の式（５）により算出される。
【００２８】
【数１２】
【００２９】
電力算出手段３ａにより計算された
【数１３】
は、閾値判定手段３ｂに送られる。
閾値判定手段３ｂは、信号電力
【数１４】
をあらかじめ設定した閾値Ｔと比較し、目標の有無を示す比較結果を、以下の式（６）のように得る。
【００３０】
【数１５】
【００３１】
そして、信号電力
【数１６】
が閾値Ｔの値を越えるレンジセルの番号を、目標検出セルの番号として出力する。
【００３２】
ここで、検出の閾値Ｔは、要求される誤警報確率から決まる値である。
最後に、多チャネルモノパルス測角手段４は、目標検出手段３により目標が検出されたセルについて、モノパルス測角処理を適用してその目標の角度を計測し、測角結果を出力する。
ただし、ここでは、各チャネルにおける和パターンと差パターンとが一致していることを前提条件とする。
【００３３】
次に、多チャネルモノパルス測角手段４におけるモノパルス測角処理について、さらに具体的に説明する。
まず、目標検出手段３により目標が検出されたセルについて、以下の式（７）からモノパルスの角度誤差電圧
【数１７】
を算出する。
【００３４】
【数１８】
【００３５】
ただし、式（７）において、上付き英字「Ｈ」は、行列またはベクトルの共役転置を表している。
続いて、式（７）の演算結果と、あらかじめ算出したモノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）と比較することにより、目標角度を推定する。
すなわち、目標角度の推定値θ＾は、以下の式（８）により得られる。
【００３６】
【数１９】
【００３７】
ただし、式（８）において、
【数２０】
は、モノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）の逆関数を表す。
多チャネルモノパルス測角手段４は、このようにして得られた目標角度の推定値θ＾を測角結果として出力する。
【００３８】
ここで、モノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）については、事前に算出しておく必要がある。
具体的には、和信号および差信号のアンテナパターンΣ（θ）、Δ（θ）を事前に計測し、以下の式（９）により、モノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）を算出する。
【００３９】
【数２１】
【００４０】
ただし、式（９）において、εは和信号と差信号との位相差である。
なお、モノパルスの角度誤差電圧
【数２２】
を角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）と比較して測角する方法は、従来のモノパルス方式と同一であり、たとえば、前述の非特許文献１などに記された公知技術である。
【００４１】
この発明の実施の形態１においては、ベクトル量であるフィルタ出力
【数２３】
を用いてモノパルス測角を行うために、角度誤差電圧
【数２４】
を算出する処理が特徴であり、従来のモノパルス方式では実現できない処理である。
以下、この発明の実施の形態１による正確な目標角度の計測処理について説明する。
すなわち、フィルタ出力
【数２５】
を用いて、式（７）から角度誤差電圧
【数２６】
を算出し、式（８）からモノパルス測角を行うことにより、目標角度を正しく計測できることを説明する。
【００４２】
まず、目標（ここでは、点目標を仮定する）が、ボアサイトから角度θの位置にある場合には、位相検波後の
【数２７】
は、以下の式（１０）、式（１１）のように表される。
【００４３】
【数２８】
【００４４】
ただし、式（１０）、式（１１）において、ｋは目標の特性を表す散乱ベクトルである。また、送信パターンは、和パターンと一致することとする。
フィルタ手段２ａ、２ｂにおいて、和信号および差信号に同じフィルタＦを適用した場合の出力は、以下の式（１２）のように表される。
【００４５】
【数２９】
【００４６】
式（１２）の演算結果を前述の式（７）に代入すると、モノパルスの角度誤差電圧Ｖｍは、以下の式（１３）、式（１４）の関係を満たすことが分かる。
【００４７】
【数３０】
【００４８】
したがって、式（１４）と式（９）とを比較すると、各チャネルのビームパターンが一致する場合には、式（７）および式（８）の処理により、モノパルス測角が成立することが明らかである。
【００４９】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図３）に係るレーダ装置は、互いに異なる条件で観測した複数チャネルにおいて、それぞれ和信号と差信号とを観測する多チャネルモノパルス信号観測手段１と、複数チャネルの信号にフィルタ処理を適用することにより、和信号および差信号に含まれる背景の不要信号をそれぞれ抑圧するフィルタ手段２と、フィルタ手段２により背景の不要信号が抑圧された信号に対して閾値判定処理を適用し、目標の存在するレンジセルを検出する目標検出手段３と、目標検出手段３により検出された目標の存在するレンジセルにおいて、背景の不要信号を抑圧した和信号および差信号を用いたモノパルス測角処理を適用し、目標角度を計測する多チャネルモノパルス測角手段４と、を備えている。
【００５０】
また、多チャネルモノパルス信号観測手段１は、複数のモノパルスアンテナ７ａ〜７ｃと、複数のモノパルスアンテナ７ａ〜７ｃの少なくとも１つ（モノパルスアンテナ７ａ）に接続された送受切換器６と、送受切換器６に接続された送信機５と、複数のモノパルスアンテナ７ａ〜７ｃのそれぞれに接続された受信機８ａ〜８ｃと、を備えている。
【００５１】
さらに、多チャネルモノパルス測角手段４は、式（７）から得られた角度誤差電圧を、あらかじめ算出したモノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）と比較することにより、目標の角度を推定する。
ここで、多チャネルモノパルス信号観測手段１により観測された多チャネルの和信号および差信号に対して、フィルタ手段２によりフィルタ係数Ｆｎ（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ）が乗算された後の出力信号は、式（３）、式（４）で表される。
【００５２】
このように、観測条件を種々に変化させた多チャネル信号を観測し、得られた多チャネル信号の和信号および差信号にフィルタ処理を適用することにより、クラッタやジャミングなど背景の不要な信号成分を抑圧しつつ、フィルタ出力信号を用いてモノパルス測角を行うことができる。
これにより、目標角度を正確に計測することができ、小目標の目標角度の推定精度を向上させることができるという効果を奏する。
【００５３】
なお、この発明の実施の形態１において、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃを、それぞれ、指向方向の若干異なる２つのアンテナで構成したが、２つ以上のアンテナで構成しても、同様の処理が可能である。
たとえば、一般的に、エレベーション方向とアジマス方向との角度を計測するために、４つのアンテナで構成されるモノパルスアンテナがよく用いられるが、このようなモノパルスアンテナを用いても、同様の処理が可能であることは明らかである。
【００５４】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、言及しなかったが、図４のように、フィルタ係数Ｆｎを生成するフィルタ生成手段９ａを追加してもよい。
図４はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置の動作を説明するための機能ブロック図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。なお、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置および多チャネルモノパルス信号観測手段１の構成は、図１および図２に示した通りである。
【００５５】
図４において、フィルタ手段２は、ΣチャネルおよびΔチャネルに対応したフィルタ手段２ａ、２ｂに加えて、フィルタ生成手段９ａを備えている。
フィルタ生成手段９ａは、Σチャネルにおける参照セル１０２に基づいてフィルタ係数Ｆｎを生成し、各フィルタ手段２ａ、２ｂに入力する。
【００５６】
前述の実施の形態１においては、フィルタ手段２でクラッタやジャミングなどの不要な信号成分を抑圧するために用いるフィルタ係数Ｆｎの与え方については言及していない。
クラッタやジャミングの性質があらかじめ予測できる場合には、前述の実施の形態１のように、フィルタ係数Ｆｎをあらかじめ設定しても問題ないが、一般に、クラッタやジャミングの性質が既知であることは少ない。
【００５７】
そこで、この発明の実施の形態２においては、フィルタ生成手段９ａにより、注目レンジセル（注目セル１０１ａ）の近傍に位置する参照レンジセル（参照セル１０２）の信号を用いて、フィルタ係数を算出する。
すなわち、フィルタ生成手段９ａは、注目セル（ｔｅｓｔ ｃｅｌｌ）１０１ａの近傍の複数の参照セル（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｃｅｌｌ）１０２の和信号
【数３１】
を用いて、以下の式（１５）により背景信号共分散行列Ｃｎを推定する。
【００５８】
【数３２】
【００５９】
ただし、式（１５）において、
【数３３】
は、ｍ番目のレンジセルの和信号である。また、ｎは注目セル１０１ａ、１０１ｂのセル番号であり、
【数３４】
は、参照セル番号の集合を表し、Ｎｒは参照セル１０２の数を表している。
【００６０】
続いて、式（１５）により推定された背景信号共分散行列Ｃｎを用いて、フィルタ係数Ｆｎを算出する。たとえば、フィルタ係数Ｆｎを以下の式（１６）から算出すると、背景信号を白色化するフィルタを生成することができる。
【００６１】
【数３５】
【００６２】
または、背景信号共分散行列Ｃｎとその固有値展開とを用いて、以下の式（１７）からフィルタ係数Ｆｎを算出すると、背景信号の最も強い成分を抑圧するノッチフィルタを生成することができる。
【００６３】
【数３６】
ただし、式（１７）において、
【数３７】
は、背景信号共分散行列Ｃｎの固有値であり、Ｖは対応する固有ベクトルを列とする行列である。すなわち、背景信号共分散行列Ｃｎは、以下の式（１８）のように対角化することができるものとする。
【００６４】
【数３８】
【００６５】
また、いずれか１チャネルのみについて、背景信号の影響が小さいことが判明した場合には、対応するチャネルの信号のみを用いて、検出および測角処理を行うことが望ましいので、以下の式（１９）に示すようなフィルタを生成してもよい。
【００６６】
【数３９】
【００６７】
ただし、式（１９）においては、背景信号の影響の小さいチャネル（背景信号の最も弱いチャネル）に対応する要素のみを「１」としており、式（１９）は、チャネル「１」において背景信号の影響が小さかった場合のフィルタ係数Ｆｎを表している。
【００６８】
なお、図４の構成においては、フィルタ生成手段９ａにより、Σチャネル（和信号）の参照セル１０２のみに基づいてフィルタ係数Ｆｎを生成したが、図５に示すように、フィルタ生成手段９ｂにより、和信号の参照セル１０２ａのみならず、Δチャネル（差信号）の参照セル１０２ｂも用いて背景信号共分散行列Ｃｎを推定し、フィルタ係数Ｆｎを生成するように構成してもよい。
【００６９】
以上のように、この発明の実施の形態２（図１、図２、図４、図５）に係るレーダ装置は、フィルタ手段２ａ、２ｂが不要信号を抑圧するために用いるフィルタ係数Ｆｎを算出するためのフィルタ生成手段９ａ（または、９ｂ）を備えている。
【００７０】
フィルタ生成手段９ａ（または、９ｂ）は、注目セル１０１ａ（または、１０１ａ、１０１ｂ）近傍の複数の参照セル１０２（または、１０２ａ、１０２ｂ）の信号を用いて背景信号共分散行列Ｃｎを推定し、背景信号共分散行列Ｃｎに基づいてフィルタ係数Ｆｎを決定する。
【００７１】
フィルタ生成手段９ａ（図４）は、多チャネルモノパルス信号観測手段１からの和信号（Σチャネル）のみを用いて、背景信号共分散行列Ｃｎを推定する。
また、フィルタ生成手段９ｂ（図５）は、多チャネルモノパルス信号観測手段１からの和信号および差信号（ΣチャネルおよびΔチャネル）を用いて、背景信号共分散行列Ｃｎを推定する。
【００７２】
フィルタ生成手段９ａ（または、９ｂ）は、フィルタ係数Ｆｎとして、背景信号を白色化するフィルタ係数を、背景信号共分散行列Ｃｎに基づき、式（１６）により生成する。
または、フィルタ生成手段９ａ（または、９ｂ）は、フィルタ係数Ｆｎとして、背景信号の最も強い成分を抑圧するフィルタ係数を、背景信号共分散行列Ｃｎに基づいて、式（１７）により生成する。ここで、λ２≧λ３は、背景信号共分散行列Ｃｎの固有値であり、Ｖは対応する固有ベクトルを列とする行列である。
【００７３】
または、フィルタ生成手段９ａ（または、９ｂ）は、背景信号の最も弱いチャネル（背景信号の影響が小さいチャネル）を判別し、判別されたチャネルのみを選択するフィルタ係数Ｆを生成する。
【００７４】
このように、注目セル１０１ａ（または、１０１ｂ）近傍の参照セル１０２（または、１０２ａ、１０２ｂ）の情報を用いて、クラッタやジャミングなどの不要信号成分を推定したうえで、フィルタを構成することができる。
これにより、周囲の環境に適応してクラッタやジャミングなどの不要信号成分を抑圧するフィルタを構成したレーダ装置を実現することができる。
【００７５】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２では、図２の構成からなる多チャネルモノパルス信号観測手段１を用いた場合を前提として説明したが、図６のように、送信アンテナ切換型（多偏波型）の多チャネルモノパルス信号観測手段１Ａを用いてもよい。
【００７６】
図６はこの発明の実施の形態３に係るレーダ装置の多チャネルモノパルス信号観測手段１Ａの構成を示すブロック図であり、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。なお、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成は、図１に示した通りである。
【００７７】
図６において、送信アンテナ切換型（多偏波型）の多チャネルモノパルス信号観測手段１Ａは、複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂと、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂに接続された複数の送受切換器６ａ、６ｂと、送受切換器６ａ、６ｂに接続されたアンテナ切換器１０と、アンテナ切換器１０に接続された送信機５Ａと、送受切換器６ａ、６ｂを介してモノパルスアンテナ７ａ、７ｂに接続された複数の受信機８ａ、８ｂと、を備えている。
【００７８】
前述の実施の形態１、２（図２）における送信機５は、モノパルスアンテナ７ａのみに接続されていたが、この発明の実施の形態３（図６）における送信機５Ａは、アンテナ切換器１０および送受切換器６ａ、６ｂを介して、複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂに接続されている。
なお、図６では、２個のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂのみが示されているが、任意数のモノパルスアンテナが接続され得ることは言うまでもない。
【００７９】
送信機５Ａには、アンテナ切換器１０および送受切換器６ａ、６ｂを介して、それぞれ、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂが接続される。
モノパルスアンテナ７ａ、７ｂには、それぞれ、送受切換器６ａ、６ｂを介して、受信機８ａ、８ｂが接続される。
【００８０】
次に、図６に示したこの発明の実施の形態３による動作について説明する。
まず、送信機５Ａが第１のパルス信号を生成すると、アンテナ切換器１０は、第１のパルス信号を、モノパルスアンテナ７ａ側の送受切換器６ａに送る。
これにより、第１のパルス信号は、送受切換器６ａを介して、モノパルスアンテナ７ａから空間に放射される。
【００８１】
空間に放射された第１のパルス信号は、観測対象によって散乱され、観測対象で散乱された第１の散乱波は、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂでそれぞれ受信される。
モノパルスアンテナ７ａ、７ｂで受信された各受信信号は、送受切換器６ａ、６ｂを介して、それぞれ受信機８ａ、８ｂに送られる。
【００８２】
受信機８ａ、８ｂは、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂが受信した第１の散乱波の受信信号のそれぞれに対して、位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を施し、それぞれの受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を出力する。
【００８３】
次に、送信機５Ａが第２のパルス信号を生成すると、アンテナ切換器１０は、第２のパルス信号を、モノパルスアンテナ７ｂ側の送受切換器６ｂに送る。
これにより、第２のパルス信号は、送受切換器６ｂを介して、モノパルスアンテナ７ｂから空間に放射される。
【００８４】
以下、前述と同様に、観測対象で散乱された第２の散乱波は、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂでそれぞれ受信され、送受切換器６ａ、６ｂを介して、それぞれ受信機８ａ、８ｂに送られる。
受信機８ａ、８ｂは、第２の散乱波の受信信号に対して、同様の処理を繰り返し実行することにより、振幅および位相を示すデジタル受信信号を得る。
【００８５】
図７はこの発明の実施の形態３による上記動作を示す説明図であり、モノパルスアンテナ７ａ、７ｂの各時刻での動作モードを示している。
【００８６】
図７において、インターバルτ１には、第１のパルス信号の送信期間ｔ１と、第１の散乱波の受信期間ｔ２と、第２のパルス信号の送信期間ｔ３と、第２の散乱波の受信期間ｔ４とが示されている。続くインターバルτ２においても、同様のシーケンスが繰り返される。
【００８７】
各インターバルτ１、τ２は、４チャネル分の受信信号の一組を得るために要する動作のひとまとめに相当する。
図７に示した観測例によれば、２つのモノパルスアンテナ７ａ、７ｂ（送受信アンテナ）の組み合わせにより、１つのインターバルτ１（または、τ２）の受信期間ｔ２、ｔ４において、４チャネル分の信号が得られることが分かる。
【００８８】
以上のように、この発明の実施の形態３（図１、図６、図７）に係るレーダ装置の多チャネルモノパルス信号観測手段１Ａは、複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂと、送信機５Ａと、送信機５Ａから生成されたパルスを複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂに順番に供給するためのアンテナ切換器１０と、アンテナ切換器１０と複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂとの間にそれぞれ挿入された送受切換器６ａ、６ｂと、送受切換器６ａ、６ｂを介して複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂのそれぞれに接続された受信機８ａ、８ｂとを備えている。
【００８９】
このように、アンテナ切換器１０および送受切換器６ａ、６ｂを介して、送信機５Ａを複数のモノパルスアンテナ７ａ、７ｂのそれぞれに接続することにより、送信条件を変更しながら複数チャネルの信号を観測することができる。
したがって、観測のチャネル数を増加することができるので、クラッタやジャミングなどの不要な信号成分の抑圧効果が向上し、測角精度をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１、１Ａ 多チャネルモノパルス信号観測手段、２、２ａ、２ｂ フィルタ手段、３ 目標検出手段、４ 多チャネルモノパルス測角手段、５、５Ａ 送信機、６、６ａ、６ｂ 送受切換器、７ａ、７ｂ、７ｃ モノパルスアンテナ、８ａ、８ｂ、８ｃ 受信機、９ａ、９ｂ フィルタ生成手段、１００ａ、１００ｂ レンジプロフィールデータ、１０１ａ、１０１ｂ 注目セル、１０２、１０２ａ、１０２ｂ 参照セル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる条件で観測した複数チャネルにおいて、それぞれ和信号と差信号とを観測する多チャネルモノパルス信号観測手段と、
前記複数チャネルの信号にフィルタ処理を適用することにより、前記和信号および前記差信号に含まれる背景の不要信号をそれぞれ抑圧するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により前記背景の不要信号が抑圧された信号に対して閾値判定処理を適用し、目標の存在するレンジセルを検出する目標検出手段と、
前記目標検出手段により検出された前記目標の存在するレンジセルにおいて、前記背景の不要信号を抑圧した和信号および差信号を用いたモノパルス測角処理を適用し、目標角度を計測する多チャネルモノパルス測角手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記多チャネルモノパルス信号観測手段は、
複数のモノパルスアンテナと、
前記複数のモノパルスアンテナの少なくとも１つに接続された送受切換器と、
前記送受切換器に接続された送信機と、
前記複数のモノパルスアンテナのそれぞれに接続された受信機と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記多チャネルモノパルス信号観測手段は、
複数のモノパルスアンテナと、
送信機と、
送信機から生成されたパルスを前記複数のモノパルスアンテナに順番に供給するためのアンテナ切換器と、
前記アンテナ切換器と前記複数のモノパルスアンテナとの間にそれぞれ挿入された送受切換器と、
前記送受切換器を介して前記複数のモノパルスアンテナのそれぞれに接続された受信機と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記多チャネルモノパルス測角手段は、次式
【数１】
から得られた角度誤差電圧
【数２】
を、あらかじめ算出したモノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）と比較することにより、前記目標の角度を推定し、ここで、
【数３】
は、前記多チャネルモノパルス信号観測手段により観測された多チャネルの和信号
【数４】
および差信号
【数５】
に対して、前記フィルタ手段によりフィルタ係数Ｆが乗算された後の出力信号であり、次式
【数６】
で表される、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記フィルタ手段が不要信号を抑圧するために用いるフィルタ係数を算出するためのフィルタ生成手段を有し、
前記フィルタ生成手段は、注目セル近傍の複数の参照セルの信号を用いて背景信号共分散行列を推定し、前記背景信号共分散行列に基づいてフィルタ係数を決定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記フィルタ生成手段は、前記多チャネルモノパルス信号観測手段からの和信号のみを用いて、前記背景信号共分散行列を推定する、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記フィルタ生成手段は、前記多チャネルモノパルス信号観測手段からの和信号および差信号を用いて、前記背景信号共分散行列を推定する、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記フィルタ生成手段は、前記フィルタ係数として、背景信号を白色化するフィルタ係数Ｆを、前記背景信号共分散行列Ｃに基づき、次式
【数７】
により生成することを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記フィルタ生成手段は、前記フィルタ係数として、背景信号の最も強い成分を抑圧するフィルタ係数Ｆを、前記背景信号共分散行列Ｃに基づいて、次式
【数８】
により生成し、ここで、
【数９】
は前記背景信号共分散行列Ｃの固有値であり、Ｖは対応する固有ベクトルを列とする行列である、
ことを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記フィルタ生成手段は、背景信号の最も弱いチャネルを判別し、判別された前記チャネルのみを選択するフィルタ係数Ｆを生成することを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１】
互いに異なる条件で観測した複数チャネルにおいて、それぞれ和信号と差信号とを観測する多チャネルモノパルス信号観測手段と、
前記複数チャネルの信号にフィルタ処理を適用することにより、前記和信号および前記差信号に含まれる背景の不要信号をそれぞれ抑圧するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により前記背景の不要信号が抑圧された信号に対して閾値判定処理を適用し、目標の存在するレンジセルを検出する目標検出手段と、
前記目標検出手段により検出された前記目標の存在するレンジセルにおいて、前記背景の不要信号を抑圧した和信号および差信号を用いたモノパルス測角処理を適用し、目標角度を計測する多チャネルモノパルス測角手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記多チャネルモノパルス信号観測手段は、
複数のモノパルスアンテナと、
前記複数のモノパルスアンテナの少なくとも１つに接続された送受切換器と、
前記送受切換器に接続された送信機と、
前記複数のモノパルスアンテナのそれぞれに接続された受信機と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記多チャネルモノパルス信号観測手段は、
複数のモノパルスアンテナと、
送信機と、
送信機から生成されたパルスを前記複数のモノパルスアンテナに順番に供給するためのアンテナ切換器と、
前記アンテナ切換器と前記複数のモノパルスアンテナとの間にそれぞれ挿入された送受切換器と、
前記送受切換器を介して前記複数のモノパルスアンテナのそれぞれに接続された受信機と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記多チャネルモノパルス測角手段は、次式
【数１】
から得られた角度誤差電圧
【数２】
を、あらかじめ算出したモノパルスの角度誤差電圧パターンＶｍ（θ）と比較することにより、前記目標の角度を推定し、ここで、
【数３】
は、前記多チャネルモノパルス信号観測手段により観測された多チャネルの和信号
【数４】
および差信号
【数５】
に対して、前記フィルタ手段によりフィルタ係数Ｆが乗算された後の出力信号であり、次式
【数６】
で表される、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記フィルタ手段が不要信号を抑圧するために用いるフィルタ係数を算出するためのフィルタ生成手段を有し、
前記フィルタ生成手段は、注目セル近傍の複数の参照セルの信号を用いて背景信号共分散行列を推定し、前記背景信号共分散行列に基づいてフィルタ係数を決定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記フィルタ生成手段は、前記多チャネルモノパルス信号観測手段からの和信号のみを用いて、前記背景信号共分散行列を推定する、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記フィルタ生成手段は、前記多チャネルモノパルス信号観測手段からの和信号および差信号を用いて、前記背景信号共分散行列を推定する、
ことを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記フィルタ生成手段は、前記フィルタ係数として、背景信号を白色化するフィルタ係数Ｆを、前記背景信号共分散行列Ｃに基づき、次式
【数７】
により生成することを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記フィルタ生成手段は、前記フィルタ係数として、背景信号の最も強い成分を抑圧するフィルタ係数Ｆを、前記背景信号共分散行列Ｃに基づいて、次式
【数８】
により生成し、ここで、
【数９】
は前記背景信号共分散行列Ｃの固有値であり、Ｖは対応する固有ベクトルを列とする行列である、
ことを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記フィルタ生成手段は、背景信号の最も弱いチャネルを判別し、判別された前記チャネルのみを選択するフィルタ係数Ｆを生成することを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２２３８９５（Ｐ２０１０−２２３８９５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７４１５６（Ｐ２００９−７４１５６）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【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２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]