レーダ装置
【課題】高い追尾性能を有する小型かつ安価なレーダ装置を提供する。
【解決手段】目標の予測ゲート内で目標からの反射波を、予測ゲート外で目標からの送信波をそれぞれ受信して電気信号に変換し、受信信号として出力する受信部７と、受信部から出力される予測ゲート内または予測ゲート外の１つ以上の受信信号を用いて目標の角度を測定する測角処理部２と、受信部から出力される予測ゲート内で得られた受信信号を用いて目標までの距離および角度を測定する測距・測角処理部３と、測角処理部で測定された目標の角度を表す測角データと測距・測角処理部で測定された目標までの距離および角度を表す測距・測角データとに基づき目標を追尾する追尾処理を実行するとともに、目標の予測ゲートを生成して受信部に送る追尾処理・制御部１０を備える。
【解決手段】目標の予測ゲート内で目標からの反射波を、予測ゲート外で目標からの送信波をそれぞれ受信して電気信号に変換し、受信信号として出力する受信部７と、受信部から出力される予測ゲート内または予測ゲート外の１つ以上の受信信号を用いて目標の角度を測定する測角処理部２と、受信部から出力される予測ゲート内で得られた受信信号を用いて目標までの距離および角度を測定する測距・測角処理部３と、測角処理部で測定された目標の角度を表す測角データと測距・測角処理部で測定された目標までの距離および角度を表す測距・測角データとに基づき目標を追尾する追尾処理を実行するとともに、目標の予測ゲートを生成して受信部に送る追尾処理・制御部１０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標からの送信波および反射波に基づき目標の追尾を行なうレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６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、受信部１、測角処理部２、測距・測角処理部３、角度追尾処理部４、距離・角度追尾処理部５およびデータ融合・制御部６から構成されている。
【０００３】
受信部１は、データ融合・制御部６から送られてくる制御信号によって、目標から送信される送信波または自己が送信した電波の反射波のいずれかを受信できるように設定される。この受信部１は、アンテナ（図示しない）を含み、目標からの送信波を受信できるように設定された場合は、アンテナで受信された送信波を電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２に送る。一方、目標からの反射波を受信できるように設定された場合は、アンテナで受信された反射波を電気信号に変換し、受信信号として距離・測角処理部３に送る。
【０００４】
測角処理部２は、受信部１から送られてくる受信信号（目標からの送信波）に基づき目標の角度を計算する。この測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとして角度追尾処理部４に送られる。
【０００５】
測距・測角処理部３は、受信部１から送られてくる受信信号（目標からの反射波）に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとして距離・角度追尾処理部５に送られる。
【０００６】
角度追尾処理部４は、測角処理部２から送られてくる測角データを用いて目標の角度追尾処理を実行する。この角度追尾処理によって得られた目標の平滑値や予測値等は、角度追尾データとしてデータ融合・制御部６に送られる。
【０００７】
距離・角度追尾処理部５は、測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データを用いて目標の距離・角度追尾処理を実行する。この距離・角度追尾処理によって得られた目標の平滑値や予測値等は、距離・角度追尾データとしてデータ融合・制御部６に送られる。
【０００８】
データ融合・制御部６は、角度追尾処理部４から送られてくる角度追尾データと距離・角度追尾処理部５から送られてくる距離・角度追尾データとをデータ融合して、目標を表す目標データを作成する。また、データ融合・制御部６は、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部１等に送る。
【０００９】
次に、上記のように構成される従来のレーダ装置の動作を、目標追尾処理を中心に、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００１０】
目標追尾処理においては、まず、角度追尾モードであるかどうかが調べられる（ステップＳＴ１０１）。すなわち、データ融合・制御部６は、現在の追尾モードが角度追尾モードであるか距離・角度追尾モードであるかを調べる。
【００１１】
ステップＳＴ１０１において、角度追尾モードであると判断された場合は、送信波の観測が行われる（ステップＳＴ１０２）。すなわち、データ融合・制御部６は、現在の追尾モードが角度追尾モードである旨を示す制御信号を受信部１に送る。受信部１は、データ融合・制御部６から送られてくる角度追尾モードを示す制御信号によって目標からの送信波を受信できる状態に設定される。その後、受信部１は、目標からの送信波を受信して電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２に送る。
【００１２】
次いで、送信波の測角が行われる（ステップＳＴ１０３）。すなわち、測角処理部２は、受信部１から送られてくる受信信号（目標からの送信波）に基づき目標の角度を計算する。測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとして角度追尾処理部４に送られる。
【００１３】
次いで、角度追尾処理が実行される（ステップＳＴ１０４）。すなわち、角度追尾処理部４は、測角処理部２から送られてくる測角データを用いて目標の角度追尾処理を実行し、この角度追尾処理によって得られた目標の平滑値や予測値等を、角度追尾データとしてデータ融合・制御部６に送る。その後、ステップＳＴ１０８に進む。
【００１４】
ステップＳＴ１０１において、角度追尾モードでない、つまり距離・角度追尾モードであると判断された場合は、反射波の観測が行われる（ステップＳＴ１０５）。すなわち、データ融合・制御部６は、現在の追尾モードが距離・角度追尾モードである旨を示す制御信号を受信部１に送る。受信部１は、データ融合・制御部６から送られてくる距離・角度追尾モードを示す制御信号によって目標からの反射波を受信できる状態に設定される。その後、受信部１は、目標からの反射波を受信して電気信号に変換し、受信信号として距離・測角処理部３に送る。
【００１５】
次いで、反射波の測距・測角が行われる（ステップＳＴ１０６）。すなわち、測距・測角処理部３は、受信部１から送られてくる受信信号（目標からの反射波）に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとして距離・角度追尾処理部５に送られる。
【００１６】
次いで、距離・角度追尾処理が実行される（ステップＳＴ１０７）。すなわち、距離・角度追尾処理部５は、測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データを用いて目標の距離・角度追尾処理を実行し、この距離・角度追尾処理によって得られた目標の平滑値や予測値等を、距離・角度追尾データとしてデータ融合・制御部６に送る。その後、ステップＳＴ１０８へ進む。
【００１７】
ステップＳＴ１０８においては、データ融合処理が実行される。すなわち、データ融合・制御部６は、角度追尾処理部４から送られてくる角度追尾データと距離・角度追尾処理部５から送られてくる距離・角度追尾データとをデータ融合して、目標を表す目標データを作成する。また、データ融合・制御部６は、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部１等に送る。
【００１８】
次いで、終了であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ１０９）。ステップＳＴ１０９において、終了でないことが判断されると、ステップＳＴ１０１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳＴ１０９において、終了であることが判断されると、目標追尾処理は終了する。
【００１９】
このようなレーダ装置に関連する技術として、特許文献１は、隠密性を損なわず、かつ目標が電波放射を中止しても支障なく追尾ができる複合シーカを開示している。この複合シーカは、パッシブ電波シーカとアクティブ電波シーカと光波シーカと判断回路とを備え、まず電波シーカで目標に接近し、光波シーカで終末誘導を行う。電波シーカでの誘導では、目標が電波放射をしているときはパッシブ電波シーカに受信出力が得られるので、判断回路はパッシブ電波シーカの受信出力がある間はアクティブ電波シーカを非動作モードに設定して隠密性を保持し、目標が電波放射を中止するとパッシブ電波シーカの受信出力がなくなるので、判断回路はアクティブ電波シーカを動作モードに設定して目標を見失わないようにする。
【００２０】
また、特許文献２は、高ＰＲＦパルスドップラ方式のレーダ装置において、干渉波（送信波）が存在する場合においても、干渉波の影響を除去し、目標検出能力を向上させることができるレーダ装置を開示している。このレーダ装置は、アクティブ／パッシブマネージメント部によりレーダモードとしてアクティブが選択された場合の目標検出器の出力をメモリに格納し、レーダモードとしてパッシブが選択された場合の目標検出器の出力をメモリに格納されているデータと相関度を計算することにより、干渉波の判定・除去を行う。
【特許文献１】特開平７−１１３８６１号公報
【特許文献２】特開２００２−１９６０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述した従来のレーダ装置では、追尾モードとして角度追尾モードと距離・角度追尾モードが選択された後、それぞれの追尾モードに特化して、受信処理から追尾処理までが実施される。特許文献１に開示された技術のように、追尾モード毎に独立した受信部を用いて目標を追尾する構成では、レーダ装置が大型化するとともに高価格になるという問題がある。
【００２２】
また、特許文献２に開示された技術のように、両追尾モードの処理を同一の受信部を用いて目標を追尾する構成の場合、どちらの追尾モードの処理を実行するか観測前に判定する必要があるが、電波環境が変化するなかで、実行すべき追尾モードを正しく判定することは難しく、受信処理から追尾処理までをそれぞれの追尾モードに特化して実行していることと相俟って、角度追尾モードにおいて、目標からの送信波を観測できない場合や、距離・角度追尾モードにおいて、目標からの送信波によって目標からの反射波を観測できない場合は、それぞれの追尾モードに対する追尾処理に観測データを入力できなくなって追尾データレートが低くなり、追尾性能が低下するという問題がある。
【００２３】
本発明の課題は、高い追尾性能を有する小型かつ安価なレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するために、第１の発明は、目標の予測ゲート内で目標からの反射波を、予測ゲート外で目標からの送信波をそれぞれ受信して電気信号に変換し、受信信号として出力する受信部と、受信部から出力される予測ゲート内または予測ゲート外の１つ以上の受信信号を用いて目標の角度を測定する測角処理部と、受信部から出力される予測ゲート内で得られた受信信号を用いて目標までの距離および角度を測定する測距・測角処理部と、測角処理部で測定された目標の角度を表す測角データと測距・測角処理部で測定された目標までの距離および角度を表す測距・測角データとに基づき目標を追尾する追尾処理を実行するとともに、目標の予測ゲートを生成して受信部に送る追尾処理・制御部とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、第２の発明は、第１の発明において、受信部から出力される受信信号を分析する受信信号分析部と、受信信号分析部における分析の結果に基づいて、測角処理部で得られた測角データまたは測距・測角処理部で得られた測距・測角データのいずれを追尾処理・制御部に送るかを選択するデータ選択部とを備え、追尾処理・制御部は、データ選択部で選択された測角データまたは測距・測角データに基づいて追尾処理を実行することを特徴とする。
【００２６】
また、第３の発明は、第１の発明において、受信部から出力される受信信号を分析する受信信号分析部を備え、追尾処理・制御部は、受信信号分析部における分析の結果に基づいて、測角処理部で得られた測角データおよび測距・測角処理部で得られた測距・測角データの重み付けを行なって追尾処理を実行することを特徴とする。
【００２７】
また、第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、追尾処理・制御部は、測角処理部で得られた測角データと測距・測角処理部で得られた測距・測角データとをデータ融合した後に追尾処理を実行することを特徴とする。
【００２８】
また、第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、追尾処理・制御部は、測角処理部で得られた測角データと、測距・測角処理部で得られた測距・測角データとをデータ融合し、目標の状態推定を直交座標系において実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、追尾処理・制御部によって生成された目標の予測ゲート内で目標からの反射波を受信できるように設定し、予測ゲート外で目標からの送信波を受信できるように設定した受信部を用いるので、追尾モード毎に独立した受信部を用意する必要がない。その結果、レーダ装置の小型化および低価格化が可能となる。
【００３０】
また、目標からの送信波によって目標からの反射波を観測できない場合、受信部の予測ゲート内または予測ゲート外の１つ以上の受信信号（目標からの送信波）を用いて測角を行い、この測角により得られた測角データを用いて追尾処理を行なうことが可能となる。この結果、追尾データレートが向上し、追尾性能を向上させることができる。
【００３１】
さらに、予測ゲート内または予測ゲート外の１つ以上の受信信号から得られる測角データと予測ゲート内の受信信号から得られる測距・測角データのうち、いずれか良好な方のデータ、または、全てのデータに重み付けを行って追尾処理を行なうことにより、追尾性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１は、本発明の実施例１に係るレーダ装置の概略の構成を示すブロック図である。なお、以下においては、背景技術で説明した従来のレーダ装置の構成要素に相当する部分には、背景技術の説明で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。
【００３４】
このレーダ装置は、受信部７、測角処理部２、測距・測角処理部３、受信信号分析部８、データ選択部９および追尾処理・制御部１０から構成されている。
【００３５】
受信部７は、追尾処理・制御部１０から送られてくる制御信号によって、目標からの送信波および反射波を受信できるように設定される。この受信部７は、アンテナ（図示しない）を含み、アンテナで受信された目標からの送信波および反射波を電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２、測距・測角処理部３および受信信号分析部８に送る。
【００３６】
測角処理部２は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標の角度を計算する。この測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとしてデータ選択部９に送られる。
【００３７】
測距・測角処理部３は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとしてデータ選択部９に送られる。
【００３８】
受信信号分析部８は、受信部７から送られてくる受信信号に含まれる、目標からの送信波および反射波について分析する。この受信信号分析部８による分析結果は、追尾処理・制御部１０に送られるとともに、選択信号としてデータ選択部９に送られる。
【００３９】
データ選択部９は、受信信号分析部８から送られてくる選択信号に応じて、測角処理部２から送られてくる測角データまたは測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データのいずれかを選択し、追尾処理・制御部１０に送る。
【００４０】
追尾処理・制御部１０は、データ選択部９から送られてくる測角データまたは測距・測角データに基づき追尾処理を実行し、平滑値や予測値等といった目標データを作成する。また、追尾処理・制御部１０は、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部１等に送る。この追尾処理・制御部１０で行われる追尾処理の詳細は後述する。
【００４１】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を、目標追尾処理を中心に、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００４２】
目標追尾処理では、まず、送信波／受信波の観測が行われる（ステップＳＴ２０１）。すなわち、受信部７は、追尾処理・制御部１０からの制御信号によって、目標からの送信波および反射波を受信できるように設定（詳細後述）され、その後、アンテナで受信された目標からの送信波および反射波を電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２、測距・測角処理部３および受信信号分析部８に送る。
【００４３】
具体的には、受信部７は、目標の予測ゲート内で目標からの反射波を受信できるように設定され、予測ゲート外で目標からの送信波を受信できるように設定される。すなわち、受信部７は、図３（ａ）のタイミングチャートに示すように、目標からの送信波のレベルが大きい場合、受信機（レーダ装置の受信機能を司る部分）の飽和を防止して正確な測角を実施するために、目標の予測ゲート外では受信機利得が小さくなるように設定される。
【００４４】
また、図３（ｂ）のタイミングチャートに示すように、目標からの反射波に適合した周波数がｆ２、前回観測された目標からの送信波の周波数がｆ１である場合、受信周波数として、目標の予測ゲート内では周波数がｆ２に設定され、目標の予測ゲート外では周波数がｆ１に設定される。
【００４５】
なお、受信部７における目標の予測ゲート外の受信周波数、受信アンテナ利得、受信機利得、受信帯域等といった受信部７のパラメータは、受信信号分析部８における送信波の推定アルゴリズムによって推定され、これに基づいて、追尾処理・制御部１０から設定することができ、上述した例に限定されない。
【００４６】
次いで、送信波の測角が行われる（ステップＳＴ１０３）。すなわち、測角処理部２は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標の角度を計算する。この測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとしてデータ選択部９に送られる。
【００４７】
ステップＳＴ１０３における送信波の測角と並行して、反射波の測距・測角が行われる（ステップＳＴ１０６）。すなわち、測距・測角処理部３は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとしてデータ選択部９に送られる。
【００４８】
次いで、受信信号の分析が行われる（ステップＳＴ２０２）。すなわち、受信信号分析部８は、受信部７から送られてくる受信信号を用いて目標からの送信波および反射波について分析を行い、分析結果を、追尾処理・制御部１０に送るとともに、選択信号としてデータ選択部９に送る。
【００４９】
次いで、データ選択が行われる（ステップＳＴ２０３）。すなわち、データ選択部９は、受信信号分析部８から送られてくる選択信号に応じて、測角処理部２から送られてくる測角データまたは測距・測角処理部３から送られている測距・測角データのいずれか一方を選択して、追尾処理・制御部１０に送る。
【００５０】
なお、この図２のフローチャートに示す目標追尾処理では、送信波の測角（ステップＳＴ１０３）および反射波の測距・測角（ステップＳＴ１０６）を実行した後に受信信号分析（ステップＳＴ２０２）を実行するように構成したが、送信波の測角（ステップＳＴ１０３）および反射波の測距・測角（ステップＳＴ１０６）を実行する前に受信信号分析（ステップＳＴ２０２）を実行するように構成できる。この場合、受信信号分析（ステップＳＴ２０２）の結果に応じて、送信波の測角（ステップＳＴ１０３）または反射波の測距・測角（ステップＳＴ１０６）のいずれか一方のみを実行するように構成することができる。
【００５１】
次いで、追尾処理が実行される（ステップＳＴ２０４）。すなわち、追尾処理・制御部１０は、測角処理部２からデータ選択部９を介して送られてくる測角データまたは測距・測角処理部３からデータ選択部９を介して送られてくる測距・測角データ、すなわち観測データを用いたデータ融合を含む目標の追尾処理（詳細は後述）を実行し、平滑値や予測値等といった目標データを作成する。また、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部７などに送る。
【００５２】
次いで、終了であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ１０９）。ステップＳＴ１０９において、終了でないことが判断されると、ステップＳＴ２０１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳＴ１０９において、終了であることが判断されると、目標追尾処理は終了する。
【００５３】
追尾処理・制御部１０における追尾処理は、（１）式の運動モデル、（２）式の送信波に対する観測モデルおよび（３）式の反射波に対する観測モデルに対し、カルマンフィルタ等によって算出できる。
【数１】
【００５４】
ここで、ｘｋは、目標の状態ベクトル、Ｆｋは、遷移行列、Ｇｋは、駆動行列、ｗｋは、平均０、共分散行列Ｑｋの正規分布に従うシステム雑音ベクトル、ｙｐｋは、送信波に対する観測ベクトル、Ｈｐｋは、送信波に対する観測行列、ｖｐｋは、送信波に対する平均０、共分散行列Ｒｐｋの正規分布に従う観測雑音ベクトル、ｙａｋは、反射波に対する観測ベクトル、Ｈａｋは、反射波に対する観測行列、ｖａｋは、反射波に対する平均０、共分散行列Ｒａｋの正規分布に従う観測雑音ベクトルであり、全て、観測時刻ｔｋにおける値である。
【００５５】
カルマンフィルタでは、送信波に対しては、（４）式〜（６）式に示す平滑処理、反射波に対しては、（７）式〜（９）式に示す平滑処理、（１０）式〜（１１）式に示す予測処理を実施する。
【数２】
【００５６】
ここで、Ｋｐｋは、観測時刻ｔｋにおける送信波に対するカルマンゲイン行列、Ｋａｋは、観測時刻ｔｋにおける反射波に対するカルマンゲイン行列、ｘ＾ｋ｜ｋは、観測時刻ｔｋにおける平滑ベクトル、Ｐｋ｜ｋは、観測時刻ｔｋにおける平滑誤差共分散行列、ｘ＾ｋ＋１｜ｋは、観測時刻ｔｋ＋１における予測ベクトル、Ｐｋ＋１｜ｋは、観測時刻ｔｋ＋１における予測誤差共分散行列である。ATは、ベクトルまたは行列Aの転置、A−１は、行列Aの逆行列、Ｉは、単位行列を示す。
【００５７】
追尾処理・制御部１０の予測処理の式（１０）で算出される予測ベクトルの距離成分が、受信部７の目標の予測ゲートの中心となり、式（１１）で算出される予測誤差共分散行列の距離成分をk倍した値が、受信部７の目標の予測ゲートの幅として用いられる。
【００５８】
送信波に対しては方位角を出力し、反射波に対しては距離と方位角を出力する場合、上記ベクトルおよび行列は、以下のようになる。
【数３】
【００５９】
ここで、
ｒｋは、距離、θｋは、方位角、ｒ・ｋは、距離の速度成分、θ・ｋは、方位角の速度成分、σｓｋは、システム雑音の標準偏差、θｐｋは、送信波に対する方位角の観測値、σｐ,θｋは、送信波に対する方位角の観測雑音の標準偏差、ｒａｋは、反射波に対する距離の観測値、θａｋは、反射波に対する方位角の観測値、σａ,ｒｋは、反射波に対する距離の観測雑音の標準偏差、σａ,θｋは、反射波に対する方位角の観測雑音の標準偏差、Ｉｎは、ｎ行ｎ列の単位行列、Ｏｎは、ｎ行ｎ列の零行列であり、全て、観測時刻ｔｋにおける値である。
【００６０】
また、目標の運動および観測モデルを以下のように変形させ、非線形モデルに対応した拡張カルマンフィルタ等の追尾処理、つまり目標の状態推定を直交座標系において実施するように構成することもできる。
【数４】
【００６１】
目標の運動モデルを式（１２）のように、極座標系で定義する場合に対して、式（２５）のように、直交座標系で定義する場合、等速直線運動する目標に対して、追尾性能を向上させることができる。
【実施例２】
【００６２】
図４は、本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、以下においては、実施例１に係るレーダ装置の構成要素に相当する部分には、実施例１で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。このレーダ装置は、受信部７、測角処理部２、測距・測角処理部３、受信信号分析部８ａおよび追尾処理・制御部１０ａから構成されている。
【００６３】
受信部７は、追尾処理・制御部１０ａから送られてくる制御信号によって、目標からの送信波および反射波を受信できるように設定される。この受信部７は、アンテナ（図示しない）を含み、アンテナで受信された目標からの送信波および反射波を電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２、測距・測角処理部３および受信信号分析部８ａに送る。
【００６４】
測角処理部２は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標の角度を計算する。この測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとして追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００６５】
測距・測角処理部３は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとして追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００６６】
受信信号分析部８ａは、受信部７から送られてくる受信信号を用いて、目標からの送信波および反射波について分析を行い、観測誤差の共分散行列を推定する。この受信信号分析部８ａで推定された観測誤差の共分散行列は、追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００６７】
追尾処理・制御部１０ａは、測角処理部２から送られてくる測角データ、測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データおよび受信信号分析部８ａから送られてくる観測誤差の共分散行列を用いて、より詳しくは、受信信号分析部８ａにおける分析の結果に基づいて、測角処理部２で得られた測角データおよび測距・測角処理部３で得られた測距・測角データの重み付けを行なって目標の追尾処理を実行し、平滑値や予測値等といった目標データを作成する。また、追尾処理・制御部１０ａは、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部７などに送る。この追尾処理・制御部１０で行われる追尾処理の詳細は後述する。
【００６８】
次に、上記のように構成される本発明の実施例２に係るレーダ装置の動作を、目標追尾処理を中心に、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００６９】
目標追尾処理では、まず、送信波／受信波の観測が行われる（ステップＳＴ２０１）。すなわち、受信部７は、追尾処理・制御部１０ａからの制御信号によって、目標からの送信波および反射波を受信できるように設定され、その後、目標からの送信波および反射波をアンテナで受信して電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２、測距・測角処理部３および受信信号分析部８ａに送る。
【００７０】
次いで、送信波の測角が行われる（ステップＳＴ１０３）。すなわち、測角処理部２は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標の角度を計算する。この測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとして追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００７１】
上記ステップＳＴ１０３における送信波の測角と並行して、反射波の測距・測角が行われる（ステップＳＴ１０６）。すなわち、測距・測角処理部３は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとして追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００７２】
次いで、受信信号の分析が行われる（ステップＳＴ２０５）。すなわち、受信信号分析部８ａは、受信部７から送られてくる受信信号を用いて目標からの送信波および反射波について分析を行い、観測誤差の共分散行列を推定する。この受信信号分析部８ａで推定された観測誤差の共分散行列は、追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００７３】
次いで、追尾処理が実行される（ステップＳＴ２０６）。すなわち、追尾処理・制御部１０ａは、測角処理部２から送られてくる測角データ、測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データおよび受信信号分析部８ａから送られてくる観測誤差の共分散行列を用いて、より詳しくは、受信信号分析部８ａにおける分析の結果に基づいて、測角処理部２で得られた測角データおよび測距・測角処理部３で得られた測距・測角データの重み付けを行なって目標の追尾処理を実行し、平滑値や予測値等といった目標データを作成する。また、追尾処理・制御部１０は、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部７などに送る。
【００７４】
追尾処理・制御部１０ａにおける追尾処理は、（２８）式の運動モデル、（２９）式〜（３３）式に示す観測モデルに対し、カルマンフィルタ等によって算出できる。
【数５】
【００７５】
ここで、ｘｋは、目標の状態ベクトル、Ｆｋは、遷移行列、Ｇｋは、駆動行列、ｗｋは、平均０、共分散行列Ｑｋの正規分布に従うシステム雑音ベクトル、ｙｋは、送信波と反射波に対する観測ベクトル、Ｈｋは、送信波と反射波に対する観測行列、ｖｋは、送信波と反射波に対する平均０、共分散行列Ｒｋの正規分布に従う観測雑音ベクトル、ｙｐｋは、送信波に対する観測ベクトル、ｙａｋは、反射波に対する観測ベクトル、Ｈｐｋは、送信波に対する観測行列、Ｈａｋは、反射波に対する観測行列、ｖｐｋは、送信波に対する平均０、共分散行列Ｒｐｋの正規分布に従う観測雑音ベクトル、ｖａｋは、反射波に対する平均０、共分散行列Ｒａｋの正規分布に従う観測雑音ベクトル、blockdiag{・}は、引数を用いてBlock Diagonal Matrixを生成する関数であり、全て、観測時刻ｔｋにおける値である。
【００７６】
上記運動及び観測モデルに対するカルマンフィルタでは、受信信号分析部８ａで推定された観測誤差の共分散行列Ｒｋ等に基づいて、（３４）式に示すカルマンゲインが算出され、（３５）式に示すように、測角処理部２から送られてくる測角データ、測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データに対して、上記カルマンゲインにより、自動的に重み付けが実施される。
【数６】
【００７７】
また、単純化して、受信信号分析部８ａで推定された観測誤差の共分散行列Ｒｋに反比例するように、重み付けを実施するように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、レーダセンサ、ソナーセンサ、赤外線センサなどのセンサ装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【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に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係るレーダ装置の受信部の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例２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２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来のレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
２ 測角処理部
３ 測距・測角処理部
７ 受信部
８、８ａ 受信信号分析部
９ データ選択部
１０、１０ａ 追尾処理・制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標からの送信波および反射波に基づき目標の追尾を行なうレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６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、受信部１、測角処理部２、測距・測角処理部３、角度追尾処理部４、距離・角度追尾処理部５およびデータ融合・制御部６から構成されている。
【０００３】
受信部１は、データ融合・制御部６から送られてくる制御信号によって、目標から送信される送信波または自己が送信した電波の反射波のいずれかを受信できるように設定される。この受信部１は、アンテナ（図示しない）を含み、目標からの送信波を受信できるように設定された場合は、アンテナで受信された送信波を電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２に送る。一方、目標からの反射波を受信できるように設定された場合は、アンテナで受信された反射波を電気信号に変換し、受信信号として距離・測角処理部３に送る。
【０００４】
測角処理部２は、受信部１から送られてくる受信信号（目標からの送信波）に基づき目標の角度を計算する。この測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとして角度追尾処理部４に送られる。
【０００５】
測距・測角処理部３は、受信部１から送られてくる受信信号（目標からの反射波）に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとして距離・角度追尾処理部５に送られる。
【０００６】
角度追尾処理部４は、測角処理部２から送られてくる測角データを用いて目標の角度追尾処理を実行する。この角度追尾処理によって得られた目標の平滑値や予測値等は、角度追尾データとしてデータ融合・制御部６に送られる。
【０００７】
距離・角度追尾処理部５は、測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データを用いて目標の距離・角度追尾処理を実行する。この距離・角度追尾処理によって得られた目標の平滑値や予測値等は、距離・角度追尾データとしてデータ融合・制御部６に送られる。
【０００８】
データ融合・制御部６は、角度追尾処理部４から送られてくる角度追尾データと距離・角度追尾処理部５から送られてくる距離・角度追尾データとをデータ融合して、目標を表す目標データを作成する。また、データ融合・制御部６は、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部１等に送る。
【０００９】
次に、上記のように構成される従来のレーダ装置の動作を、目標追尾処理を中心に、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００１０】
目標追尾処理においては、まず、角度追尾モードであるかどうかが調べられる（ステップＳＴ１０１）。すなわち、データ融合・制御部６は、現在の追尾モードが角度追尾モードであるか距離・角度追尾モードであるかを調べる。
【００１１】
ステップＳＴ１０１において、角度追尾モードであると判断された場合は、送信波の観測が行われる（ステップＳＴ１０２）。すなわち、データ融合・制御部６は、現在の追尾モードが角度追尾モードである旨を示す制御信号を受信部１に送る。受信部１は、データ融合・制御部６から送られてくる角度追尾モードを示す制御信号によって目標からの送信波を受信できる状態に設定される。その後、受信部１は、目標からの送信波を受信して電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２に送る。
【００１２】
次いで、送信波の測角が行われる（ステップＳＴ１０３）。すなわち、測角処理部２は、受信部１から送られてくる受信信号（目標からの送信波）に基づき目標の角度を計算する。測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとして角度追尾処理部４に送られる。
【００１３】
次いで、角度追尾処理が実行される（ステップＳＴ１０４）。すなわち、角度追尾処理部４は、測角処理部２から送られてくる測角データを用いて目標の角度追尾処理を実行し、この角度追尾処理によって得られた目標の平滑値や予測値等を、角度追尾データとしてデータ融合・制御部６に送る。その後、ステップＳＴ１０８に進む。
【００１４】
ステップＳＴ１０１において、角度追尾モードでない、つまり距離・角度追尾モードであると判断された場合は、反射波の観測が行われる（ステップＳＴ１０５）。すなわち、データ融合・制御部６は、現在の追尾モードが距離・角度追尾モードである旨を示す制御信号を受信部１に送る。受信部１は、データ融合・制御部６から送られてくる距離・角度追尾モードを示す制御信号によって目標からの反射波を受信できる状態に設定される。その後、受信部１は、目標からの反射波を受信して電気信号に変換し、受信信号として距離・測角処理部３に送る。
【００１５】
次いで、反射波の測距・測角が行われる（ステップＳＴ１０６）。すなわち、測距・測角処理部３は、受信部１から送られてくる受信信号（目標からの反射波）に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとして距離・角度追尾処理部５に送られる。
【００１６】
次いで、距離・角度追尾処理が実行される（ステップＳＴ１０７）。すなわち、距離・角度追尾処理部５は、測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データを用いて目標の距離・角度追尾処理を実行し、この距離・角度追尾処理によって得られた目標の平滑値や予測値等を、距離・角度追尾データとしてデータ融合・制御部６に送る。その後、ステップＳＴ１０８へ進む。
【００１７】
ステップＳＴ１０８においては、データ融合処理が実行される。すなわち、データ融合・制御部６は、角度追尾処理部４から送られてくる角度追尾データと距離・角度追尾処理部５から送られてくる距離・角度追尾データとをデータ融合して、目標を表す目標データを作成する。また、データ融合・制御部６は、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部１等に送る。
【００１８】
次いで、終了であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ１０９）。ステップＳＴ１０９において、終了でないことが判断されると、ステップＳＴ１０１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳＴ１０９において、終了であることが判断されると、目標追尾処理は終了する。
【００１９】
このようなレーダ装置に関連する技術として、特許文献１は、隠密性を損なわず、かつ目標が電波放射を中止しても支障なく追尾ができる複合シーカを開示している。この複合シーカは、パッシブ電波シーカとアクティブ電波シーカと光波シーカと判断回路とを備え、まず電波シーカで目標に接近し、光波シーカで終末誘導を行う。電波シーカでの誘導では、目標が電波放射をしているときはパッシブ電波シーカに受信出力が得られるので、判断回路はパッシブ電波シーカの受信出力がある間はアクティブ電波シーカを非動作モードに設定して隠密性を保持し、目標が電波放射を中止するとパッシブ電波シーカの受信出力がなくなるので、判断回路はアクティブ電波シーカを動作モードに設定して目標を見失わないようにする。
【００２０】
また、特許文献２は、高ＰＲＦパルスドップラ方式のレーダ装置において、干渉波（送信波）が存在する場合においても、干渉波の影響を除去し、目標検出能力を向上させることができるレーダ装置を開示している。このレーダ装置は、アクティブ／パッシブマネージメント部によりレーダモードとしてアクティブが選択された場合の目標検出器の出力をメモリに格納し、レーダモードとしてパッシブが選択された場合の目標検出器の出力をメモリに格納されているデータと相関度を計算することにより、干渉波の判定・除去を行う。
【特許文献１】特開平７−１１３８６１号公報
【特許文献２】特開２００２−１９６０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述した従来のレーダ装置では、追尾モードとして角度追尾モードと距離・角度追尾モードが選択された後、それぞれの追尾モードに特化して、受信処理から追尾処理までが実施される。特許文献１に開示された技術のように、追尾モード毎に独立した受信部を用いて目標を追尾する構成では、レーダ装置が大型化するとともに高価格になるという問題がある。
【００２２】
また、特許文献２に開示された技術のように、両追尾モードの処理を同一の受信部を用いて目標を追尾する構成の場合、どちらの追尾モードの処理を実行するか観測前に判定する必要があるが、電波環境が変化するなかで、実行すべき追尾モードを正しく判定することは難しく、受信処理から追尾処理までをそれぞれの追尾モードに特化して実行していることと相俟って、角度追尾モードにおいて、目標からの送信波を観測できない場合や、距離・角度追尾モードにおいて、目標からの送信波によって目標からの反射波を観測できない場合は、それぞれの追尾モードに対する追尾処理に観測データを入力できなくなって追尾データレートが低くなり、追尾性能が低下するという問題がある。
【００２３】
本発明の課題は、高い追尾性能を有する小型かつ安価なレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するために、第１の発明は、目標の予測ゲート内で目標からの反射波を、予測ゲート外で目標からの送信波をそれぞれ受信して電気信号に変換し、受信信号として出力する受信部と、受信部から出力される予測ゲート内または予測ゲート外の１つ以上の受信信号を用いて目標の角度を測定する測角処理部と、受信部から出力される予測ゲート内で得られた受信信号を用いて目標までの距離および角度を測定する測距・測角処理部と、測角処理部で測定された目標の角度を表す測角データと測距・測角処理部で測定された目標までの距離および角度を表す測距・測角データとに基づき目標を追尾する追尾処理を実行するとともに、目標の予測ゲートを生成して受信部に送る追尾処理・制御部とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、第２の発明は、第１の発明において、受信部から出力される受信信号を分析する受信信号分析部と、受信信号分析部における分析の結果に基づいて、測角処理部で得られた測角データまたは測距・測角処理部で得られた測距・測角データのいずれを追尾処理・制御部に送るかを選択するデータ選択部とを備え、追尾処理・制御部は、データ選択部で選択された測角データまたは測距・測角データに基づいて追尾処理を実行することを特徴とする。
【００２６】
また、第３の発明は、第１の発明において、受信部から出力される受信信号を分析する受信信号分析部を備え、追尾処理・制御部は、受信信号分析部における分析の結果に基づいて、測角処理部で得られた測角データおよび測距・測角処理部で得られた測距・測角データの重み付けを行なって追尾処理を実行することを特徴とする。
【００２７】
また、第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、追尾処理・制御部は、測角処理部で得られた測角データと測距・測角処理部で得られた測距・測角データとをデータ融合した後に追尾処理を実行することを特徴とする。
【００２８】
また、第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、追尾処理・制御部は、測角処理部で得られた測角データと、測距・測角処理部で得られた測距・測角データとをデータ融合し、目標の状態推定を直交座標系において実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、追尾処理・制御部によって生成された目標の予測ゲート内で目標からの反射波を受信できるように設定し、予測ゲート外で目標からの送信波を受信できるように設定した受信部を用いるので、追尾モード毎に独立した受信部を用意する必要がない。その結果、レーダ装置の小型化および低価格化が可能となる。
【００３０】
また、目標からの送信波によって目標からの反射波を観測できない場合、受信部の予測ゲート内または予測ゲート外の１つ以上の受信信号（目標からの送信波）を用いて測角を行い、この測角により得られた測角データを用いて追尾処理を行なうことが可能となる。この結果、追尾データレートが向上し、追尾性能を向上させることができる。
【００３１】
さらに、予測ゲート内または予測ゲート外の１つ以上の受信信号から得られる測角データと予測ゲート内の受信信号から得られる測距・測角データのうち、いずれか良好な方のデータ、または、全てのデータに重み付けを行って追尾処理を行なうことにより、追尾性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１は、本発明の実施例１に係るレーダ装置の概略の構成を示すブロック図である。なお、以下においては、背景技術で説明した従来のレーダ装置の構成要素に相当する部分には、背景技術の説明で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。
【００３４】
このレーダ装置は、受信部７、測角処理部２、測距・測角処理部３、受信信号分析部８、データ選択部９および追尾処理・制御部１０から構成されている。
【００３５】
受信部７は、追尾処理・制御部１０から送られてくる制御信号によって、目標からの送信波および反射波を受信できるように設定される。この受信部７は、アンテナ（図示しない）を含み、アンテナで受信された目標からの送信波および反射波を電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２、測距・測角処理部３および受信信号分析部８に送る。
【００３６】
測角処理部２は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標の角度を計算する。この測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとしてデータ選択部９に送られる。
【００３７】
測距・測角処理部３は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとしてデータ選択部９に送られる。
【００３８】
受信信号分析部８は、受信部７から送られてくる受信信号に含まれる、目標からの送信波および反射波について分析する。この受信信号分析部８による分析結果は、追尾処理・制御部１０に送られるとともに、選択信号としてデータ選択部９に送られる。
【００３９】
データ選択部９は、受信信号分析部８から送られてくる選択信号に応じて、測角処理部２から送られてくる測角データまたは測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データのいずれかを選択し、追尾処理・制御部１０に送る。
【００４０】
追尾処理・制御部１０は、データ選択部９から送られてくる測角データまたは測距・測角データに基づき追尾処理を実行し、平滑値や予測値等といった目標データを作成する。また、追尾処理・制御部１０は、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部１等に送る。この追尾処理・制御部１０で行われる追尾処理の詳細は後述する。
【００４１】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を、目標追尾処理を中心に、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００４２】
目標追尾処理では、まず、送信波／受信波の観測が行われる（ステップＳＴ２０１）。すなわち、受信部７は、追尾処理・制御部１０からの制御信号によって、目標からの送信波および反射波を受信できるように設定（詳細後述）され、その後、アンテナで受信された目標からの送信波および反射波を電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２、測距・測角処理部３および受信信号分析部８に送る。
【００４３】
具体的には、受信部７は、目標の予測ゲート内で目標からの反射波を受信できるように設定され、予測ゲート外で目標からの送信波を受信できるように設定される。すなわち、受信部７は、図３（ａ）のタイミングチャートに示すように、目標からの送信波のレベルが大きい場合、受信機（レーダ装置の受信機能を司る部分）の飽和を防止して正確な測角を実施するために、目標の予測ゲート外では受信機利得が小さくなるように設定される。
【００４４】
また、図３（ｂ）のタイミングチャートに示すように、目標からの反射波に適合した周波数がｆ２、前回観測された目標からの送信波の周波数がｆ１である場合、受信周波数として、目標の予測ゲート内では周波数がｆ２に設定され、目標の予測ゲート外では周波数がｆ１に設定される。
【００４５】
なお、受信部７における目標の予測ゲート外の受信周波数、受信アンテナ利得、受信機利得、受信帯域等といった受信部７のパラメータは、受信信号分析部８における送信波の推定アルゴリズムによって推定され、これに基づいて、追尾処理・制御部１０から設定することができ、上述した例に限定されない。
【００４６】
次いで、送信波の測角が行われる（ステップＳＴ１０３）。すなわち、測角処理部２は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標の角度を計算する。この測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとしてデータ選択部９に送られる。
【００４７】
ステップＳＴ１０３における送信波の測角と並行して、反射波の測距・測角が行われる（ステップＳＴ１０６）。すなわち、測距・測角処理部３は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとしてデータ選択部９に送られる。
【００４８】
次いで、受信信号の分析が行われる（ステップＳＴ２０２）。すなわち、受信信号分析部８は、受信部７から送られてくる受信信号を用いて目標からの送信波および反射波について分析を行い、分析結果を、追尾処理・制御部１０に送るとともに、選択信号としてデータ選択部９に送る。
【００４９】
次いで、データ選択が行われる（ステップＳＴ２０３）。すなわち、データ選択部９は、受信信号分析部８から送られてくる選択信号に応じて、測角処理部２から送られてくる測角データまたは測距・測角処理部３から送られている測距・測角データのいずれか一方を選択して、追尾処理・制御部１０に送る。
【００５０】
なお、この図２のフローチャートに示す目標追尾処理では、送信波の測角（ステップＳＴ１０３）および反射波の測距・測角（ステップＳＴ１０６）を実行した後に受信信号分析（ステップＳＴ２０２）を実行するように構成したが、送信波の測角（ステップＳＴ１０３）および反射波の測距・測角（ステップＳＴ１０６）を実行する前に受信信号分析（ステップＳＴ２０２）を実行するように構成できる。この場合、受信信号分析（ステップＳＴ２０２）の結果に応じて、送信波の測角（ステップＳＴ１０３）または反射波の測距・測角（ステップＳＴ１０６）のいずれか一方のみを実行するように構成することができる。
【００５１】
次いで、追尾処理が実行される（ステップＳＴ２０４）。すなわち、追尾処理・制御部１０は、測角処理部２からデータ選択部９を介して送られてくる測角データまたは測距・測角処理部３からデータ選択部９を介して送られてくる測距・測角データ、すなわち観測データを用いたデータ融合を含む目標の追尾処理（詳細は後述）を実行し、平滑値や予測値等といった目標データを作成する。また、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部７などに送る。
【００５２】
次いで、終了であるかどうかが調べられる（ステップＳＴ１０９）。ステップＳＴ１０９において、終了でないことが判断されると、ステップＳＴ２０１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳＴ１０９において、終了であることが判断されると、目標追尾処理は終了する。
【００５３】
追尾処理・制御部１０における追尾処理は、（１）式の運動モデル、（２）式の送信波に対する観測モデルおよび（３）式の反射波に対する観測モデルに対し、カルマンフィルタ等によって算出できる。
【数１】
【００５４】
ここで、ｘｋは、目標の状態ベクトル、Ｆｋは、遷移行列、Ｇｋは、駆動行列、ｗｋは、平均０、共分散行列Ｑｋの正規分布に従うシステム雑音ベクトル、ｙｐｋは、送信波に対する観測ベクトル、Ｈｐｋは、送信波に対する観測行列、ｖｐｋは、送信波に対する平均０、共分散行列Ｒｐｋの正規分布に従う観測雑音ベクトル、ｙａｋは、反射波に対する観測ベクトル、Ｈａｋは、反射波に対する観測行列、ｖａｋは、反射波に対する平均０、共分散行列Ｒａｋの正規分布に従う観測雑音ベクトルであり、全て、観測時刻ｔｋにおける値である。
【００５５】
カルマンフィルタでは、送信波に対しては、（４）式〜（６）式に示す平滑処理、反射波に対しては、（７）式〜（９）式に示す平滑処理、（１０）式〜（１１）式に示す予測処理を実施する。
【数２】
【００５６】
ここで、Ｋｐｋは、観測時刻ｔｋにおける送信波に対するカルマンゲイン行列、Ｋａｋは、観測時刻ｔｋにおける反射波に対するカルマンゲイン行列、ｘ＾ｋ｜ｋは、観測時刻ｔｋにおける平滑ベクトル、Ｐｋ｜ｋは、観測時刻ｔｋにおける平滑誤差共分散行列、ｘ＾ｋ＋１｜ｋは、観測時刻ｔｋ＋１における予測ベクトル、Ｐｋ＋１｜ｋは、観測時刻ｔｋ＋１における予測誤差共分散行列である。ATは、ベクトルまたは行列Aの転置、A−１は、行列Aの逆行列、Ｉは、単位行列を示す。
【００５７】
追尾処理・制御部１０の予測処理の式（１０）で算出される予測ベクトルの距離成分が、受信部７の目標の予測ゲートの中心となり、式（１１）で算出される予測誤差共分散行列の距離成分をk倍した値が、受信部７の目標の予測ゲートの幅として用いられる。
【００５８】
送信波に対しては方位角を出力し、反射波に対しては距離と方位角を出力する場合、上記ベクトルおよび行列は、以下のようになる。
【数３】
【００５９】
ここで、
ｒｋは、距離、θｋは、方位角、ｒ・ｋは、距離の速度成分、θ・ｋは、方位角の速度成分、σｓｋは、システム雑音の標準偏差、θｐｋは、送信波に対する方位角の観測値、σｐ,θｋは、送信波に対する方位角の観測雑音の標準偏差、ｒａｋは、反射波に対する距離の観測値、θａｋは、反射波に対する方位角の観測値、σａ,ｒｋは、反射波に対する距離の観測雑音の標準偏差、σａ,θｋは、反射波に対する方位角の観測雑音の標準偏差、Ｉｎは、ｎ行ｎ列の単位行列、Ｏｎは、ｎ行ｎ列の零行列であり、全て、観測時刻ｔｋにおける値である。
【００６０】
また、目標の運動および観測モデルを以下のように変形させ、非線形モデルに対応した拡張カルマンフィルタ等の追尾処理、つまり目標の状態推定を直交座標系において実施するように構成することもできる。
【数４】
【００６１】
目標の運動モデルを式（１２）のように、極座標系で定義する場合に対して、式（２５）のように、直交座標系で定義する場合、等速直線運動する目標に対して、追尾性能を向上させることができる。
【実施例２】
【００６２】
図４は、本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、以下においては、実施例１に係るレーダ装置の構成要素に相当する部分には、実施例１で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。このレーダ装置は、受信部７、測角処理部２、測距・測角処理部３、受信信号分析部８ａおよび追尾処理・制御部１０ａから構成されている。
【００６３】
受信部７は、追尾処理・制御部１０ａから送られてくる制御信号によって、目標からの送信波および反射波を受信できるように設定される。この受信部７は、アンテナ（図示しない）を含み、アンテナで受信された目標からの送信波および反射波を電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２、測距・測角処理部３および受信信号分析部８ａに送る。
【００６４】
測角処理部２は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標の角度を計算する。この測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとして追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００６５】
測距・測角処理部３は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとして追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００６６】
受信信号分析部８ａは、受信部７から送られてくる受信信号を用いて、目標からの送信波および反射波について分析を行い、観測誤差の共分散行列を推定する。この受信信号分析部８ａで推定された観測誤差の共分散行列は、追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００６７】
追尾処理・制御部１０ａは、測角処理部２から送られてくる測角データ、測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データおよび受信信号分析部８ａから送られてくる観測誤差の共分散行列を用いて、より詳しくは、受信信号分析部８ａにおける分析の結果に基づいて、測角処理部２で得られた測角データおよび測距・測角処理部３で得られた測距・測角データの重み付けを行なって目標の追尾処理を実行し、平滑値や予測値等といった目標データを作成する。また、追尾処理・制御部１０ａは、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部７などに送る。この追尾処理・制御部１０で行われる追尾処理の詳細は後述する。
【００６８】
次に、上記のように構成される本発明の実施例２に係るレーダ装置の動作を、目標追尾処理を中心に、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００６９】
目標追尾処理では、まず、送信波／受信波の観測が行われる（ステップＳＴ２０１）。すなわち、受信部７は、追尾処理・制御部１０ａからの制御信号によって、目標からの送信波および反射波を受信できるように設定され、その後、目標からの送信波および反射波をアンテナで受信して電気信号に変換し、受信信号として測角処理部２、測距・測角処理部３および受信信号分析部８ａに送る。
【００７０】
次いで、送信波の測角が行われる（ステップＳＴ１０３）。すなわち、測角処理部２は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標の角度を計算する。この測角処理部２で計算された目標の角度は、測角データとして追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００７１】
上記ステップＳＴ１０３における送信波の測角と並行して、反射波の測距・測角が行われる（ステップＳＴ１０６）。すなわち、測距・測角処理部３は、受信部７から送られてくる受信信号に基づき目標までの距離および目標の角度を計算する。この測距・測角処理部３で計算された目標までの距離および目標の角度は、測距・測角データとして追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００７２】
次いで、受信信号の分析が行われる（ステップＳＴ２０５）。すなわち、受信信号分析部８ａは、受信部７から送られてくる受信信号を用いて目標からの送信波および反射波について分析を行い、観測誤差の共分散行列を推定する。この受信信号分析部８ａで推定された観測誤差の共分散行列は、追尾処理・制御部１０ａに送られる。
【００７３】
次いで、追尾処理が実行される（ステップＳＴ２０６）。すなわち、追尾処理・制御部１０ａは、測角処理部２から送られてくる測角データ、測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データおよび受信信号分析部８ａから送られてくる観測誤差の共分散行列を用いて、より詳しくは、受信信号分析部８ａにおける分析の結果に基づいて、測角処理部２で得られた測角データおよび測距・測角処理部３で得られた測距・測角データの重み付けを行なって目標の追尾処理を実行し、平滑値や予測値等といった目標データを作成する。また、追尾処理・制御部１０は、作成した目標データを用いて、次回の目標観測のための制御信号を生成し、受信部７などに送る。
【００７４】
追尾処理・制御部１０ａにおける追尾処理は、（２８）式の運動モデル、（２９）式〜（３３）式に示す観測モデルに対し、カルマンフィルタ等によって算出できる。
【数５】
【００７５】
ここで、ｘｋは、目標の状態ベクトル、Ｆｋは、遷移行列、Ｇｋは、駆動行列、ｗｋは、平均０、共分散行列Ｑｋの正規分布に従うシステム雑音ベクトル、ｙｋは、送信波と反射波に対する観測ベクトル、Ｈｋは、送信波と反射波に対する観測行列、ｖｋは、送信波と反射波に対する平均０、共分散行列Ｒｋの正規分布に従う観測雑音ベクトル、ｙｐｋは、送信波に対する観測ベクトル、ｙａｋは、反射波に対する観測ベクトル、Ｈｐｋは、送信波に対する観測行列、Ｈａｋは、反射波に対する観測行列、ｖｐｋは、送信波に対する平均０、共分散行列Ｒｐｋの正規分布に従う観測雑音ベクトル、ｖａｋは、反射波に対する平均０、共分散行列Ｒａｋの正規分布に従う観測雑音ベクトル、blockdiag{・}は、引数を用いてBlock Diagonal Matrixを生成する関数であり、全て、観測時刻ｔｋにおける値である。
【００７６】
上記運動及び観測モデルに対するカルマンフィルタでは、受信信号分析部８ａで推定された観測誤差の共分散行列Ｒｋ等に基づいて、（３４）式に示すカルマンゲインが算出され、（３５）式に示すように、測角処理部２から送られてくる測角データ、測距・測角処理部３から送られてくる測距・測角データに対して、上記カルマンゲインにより、自動的に重み付けが実施される。
【数６】
【００７７】
また、単純化して、受信信号分析部８ａで推定された観測誤差の共分散行列Ｒｋに反比例するように、重み付けを実施するように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、レーダセンサ、ソナーセンサ、赤外線センサなどのセンサ装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【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に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係るレーダ装置の受信部の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例２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２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来のレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
２ 測角処理部
３ 測距・測角処理部
７ 受信部
８、８ａ 受信信号分析部
９ データ選択部
１０、１０ａ 追尾処理・制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標の予測ゲート内で目標からの反射波を、予測ゲート外で目標からの送信波をそれぞれ受信して電気信号に変換し、受信信号として出力する受信部と、
前記受信部から出力される予測ゲート内または予測ゲート外の１つ以上の受信信号を用いて目標の角度を測定する測角処理部と、
前記受信部から出力される予測ゲート内で得られた受信信号を用いて目標までの距離および角度を測定する測距・測角処理部と、
前記測角処理部で測定された目標の角度を表す測角データと前記測距・測角処理部で測定された目標までの距離および角度を表す測距・測角データとに基づき目標を追尾する追尾処理を実行するとともに、目標の予測ゲートを生成して前記受信部に送る追尾処理・制御部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記受信部から出力される受信信号を分析する受信信号分析部と、
前記受信信号分析部における分析の結果に基づいて、前記測角処理部で得られた測角データまたは前記測距・測角処理部で得られた測距・測角データのいずれを前記追尾処理・制御部に送るかを選択するデータ選択部とを備え、
前記追尾処理・制御部は、前記データ選択部で選択された測角データまたは測距・測角データに基づいて追尾処理を実行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】
前記受信部から出力される受信信号を分析する受信信号分析部を備え、
前記追尾処理・制御部は、前記受信信号分析部における分析の結果に基づいて、前記測角処理部で得られた測角データおよび前記測距・測角処理部で得られた測距・測角データの重み付けを行なって追尾処理を実行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４】
前記追尾処理・制御部は、前記測角処理部で得られた測角データと前記測距・測角処理部で得られた測距・測角データとをデータ融合した後に追尾処理を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記追尾処理・制御部は、前記測角処理部で得られた測角データと、前記測距・測角処理部で得られた測距・測角データとをデータ融合し、目標の状態推定を直交座標系において実施することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項１】
目標の予測ゲート内で目標からの反射波を、予測ゲート外で目標からの送信波をそれぞれ受信して電気信号に変換し、受信信号として出力する受信部と、
前記受信部から出力される予測ゲート内または予測ゲート外の１つ以上の受信信号を用いて目標の角度を測定する測角処理部と、
前記受信部から出力される予測ゲート内で得られた受信信号を用いて目標までの距離および角度を測定する測距・測角処理部と、
前記測角処理部で測定された目標の角度を表す測角データと前記測距・測角処理部で測定された目標までの距離および角度を表す測距・測角データとに基づき目標を追尾する追尾処理を実行するとともに、目標の予測ゲートを生成して前記受信部に送る追尾処理・制御部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記受信部から出力される受信信号を分析する受信信号分析部と、
前記受信信号分析部における分析の結果に基づいて、前記測角処理部で得られた測角データまたは前記測距・測角処理部で得られた測距・測角データのいずれを前記追尾処理・制御部に送るかを選択するデータ選択部とを備え、
前記追尾処理・制御部は、前記データ選択部で選択された測角データまたは測距・測角データに基づいて追尾処理を実行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】
前記受信部から出力される受信信号を分析する受信信号分析部を備え、
前記追尾処理・制御部は、前記受信信号分析部における分析の結果に基づいて、前記測角処理部で得られた測角データおよび前記測距・測角処理部で得られた測距・測角データの重み付けを行なって追尾処理を実行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４】
前記追尾処理・制御部は、前記測角処理部で得られた測角データと前記測距・測角処理部で得られた測距・測角データとをデータ融合した後に追尾処理を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記追尾処理・制御部は、前記測角処理部で得られた測角データと、前記測距・測角処理部で得られた測距・測角データとをデータ融合し、目標の状態推定を直交座標系において実施することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のレーダ装置。
【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２０１０−６６１００（Ｐ２０１０−６６１００Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３２１１０（Ｐ２００８−２３２１１０）
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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