レーダ装置
【課題】ＪＥＭが発生した場合の目標相対速度を正しく算出し目標検出性能の向上を図ったレーダ装置を得る。
【解決手段】周波数が異なるキャリア信号を所定時間間隔でパルス変調した送信信号を放射する手段、目標で反射した信号を受ける受信手段、受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段２０６、周波数領域の受信信号における信号強度に基づき目標候補を検出し、目標候補の相対速度を求める目標候補検出手段２０７、目標候補検出手段で異なるキャリア周波数で検出された目標候補の位相差を求め位相差から目標候補の仮の相対距離を求める仮の相対距離算出手段２０８、目標候補の仮の相対距離に基づき目標候補を判定する目標判定手段２０９、目標と判定された目標候補の相対速度を目標候補検出手段で求めた目標の相対速度で求める目標相対速度算出手段２１０を有す。
【解決手段】周波数が異なるキャリア信号を所定時間間隔でパルス変調した送信信号を放射する手段、目標で反射した信号を受ける受信手段、受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段２０６、周波数領域の受信信号における信号強度に基づき目標候補を検出し、目標候補の相対速度を求める目標候補検出手段２０７、目標候補検出手段で異なるキャリア周波数で検出された目標候補の位相差を求め位相差から目標候補の仮の相対距離を求める仮の相対距離算出手段２０８、目標候補の仮の相対距離に基づき目標候補を判定する目標判定手段２０９、目標と判定された目標候補の相対速度を目標候補検出手段で求めた目標の相対速度で求める目標相対速度算出手段２１０を有す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はレーダ装置、特にＪＥＭ(Jet Engine Modulation：ジェットエンジン変調)が発生した場合の目標相対距離の算出に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＪＥＭが発生した場合の目標相対距離算出においては、例えば下記特許文献１の図７に示されているように、目標のドップラ周波数は、ＪＥＭより高いドップラ周波数に検出されることを想定している。
【０００３】
ＦＭ(Frequency Modulation：周波数変調)フェーズＣの受信ビデオ信号をＦＦＴ(Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換)することにより目標、ＪＥＭのドップラ周波数を算出する。また、ＦＭフェーズＢの受信ビート信号をＦＦＴすることにより目標、ＪＥＭのビート周波数を算出する。ＦＭフェーズＣのドップラ周波数がＦＭフェーズＢのビート周波数より小さい場合、測距回路が目標相対速度を算出する。さらに、距離判定回路は、算出された相対距離がＪＥＭの距離より小さい場合、真の目標相対距離として、表示器に出力する。
【０００４】
目標のドップラ周波数がＪＥＭより高い周波数に検出されることを前提にすることによって、ＪＥＭの相対距離を誤って目標の相対距離とせず、目標相対距離、目標検出性能の改善が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−５６４１３号公報(図１，３，７，８)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来のレーダ装置では、目標のドップラ周波数がＪＥＭより高い周波数に検出されることを前提にしているため、目標のドップラ周波数がＪＥＭより低い周波数に検出され、かつ、目標のビート周波数がＪＥＭより低い周波数に検出された場合、目標相対距離は算出されるが、目標相対速度が誤って算出される問題があった。
【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ＪＥＭが発生した場合の目標相対速度を正しく算出し、目標検出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、目標との相対速度を算出し目標検出を行うレーダ装置であって、周波数が異なるキャリア信号を所定の時間間隔でパルス変調した送信信号を放射する送信手段と、前記目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信する受信手段と、前記受信手段で受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、前記周波数領域変換手段で変換された前記周波数領域の受信信号における信号の強度に基づく演算処理を行い、目標候補を検出するとともに、目標候補の相対速度を算出する目標候補検出手段と、前記目標候補検出手段で異なるキャリア周波数で検出された前記目標候補の位相差を算出しこの位相差から目標候補の仮の相対距離を算出する仮の相対距離算出手段と、前記仮の相対距離算出手段から入力された目標候補の仮の相対距離に基づき目標候補を判定する目標判定手段と、前記目標判定手段で目標と判定された目標候補の相対速度を目標候補検出手段で算出された目標の相対速度として算出する目標相対速度算出手段と、を備えたことを特徴とするレーダ装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、ＪＥＭが発生した場合の目標相対速度を正しく算出することができるレーダ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるレーダと目標の関係を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１における送信信号と受信信号の関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１における目標候補検出手段による周波数領域での目標検出処理を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１における目標候補検出手段でのＣＦＡＲ処理の結果、ＣＦＡＲ閾値を越えるセルが集合した場合の処理内容を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１における目標に搭載されているジェットエンジンに起因にするＪＥＭの影響により複数の目標候補が検出されることを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１における仮の相対距離算出手段による目標とＪＥＭ１、ＪＥＭ２が目標候補として検出された場合の動作を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１におけるレーダと目標とＪＥＭの関係と目標との相対距離と２つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる相対距離の関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１における目標判定手段に入力された目標とＪＥＭの目標候補の仮の相対距離を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１における目標判定手段の判定フローを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１におけるＪＥＭが目標と同じ相対速度に発生した場合を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態２における目標とＪＥＭが同じ仮の相対距離になった場合を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２におけるＪＥＭの初期位相が異なった場合の測距結果を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態２における送信周波数と送信信号の関係を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態２におけるサイドローブの影響と窓関数処理の効果を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態２における相対距離差算出手段での目標とＪＥＭ１、ＪＥＭ２が目標候補として検出された場合の動作を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態２におけるレーダと目標、ＪＥＭの関係を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態２における目標とＪＥＭの目標候補の仮の相対距離と相対距離差の関係を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態２における目標とＪＥＭの目標候補の相対距離差を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態２における目標判定手段の判定フローを示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態３に係わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態３における目標が検出されない場合の目標候補の相対距離差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明によるレーダ装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わるレーダ装置の構成を示す図である。レーダ装置は、送信ＲＦ(高周波)信号を送信してこれによる反射ＲＦ信号を受信する空中線１、送信機２、受信機４、送信機２と受信機４を切り替えて空中線１に接続する送受切替器３、受信機４で得られた受信ビデオ信号の処理を行う例えばコンピュータからなる信号処理器２０５Ａ、および信号処理器２０５Ａでの処理結果等を表示する表示器２０を備えている。なお、送信機２と送受切替器３と空中線１が送信手段、空中線１と送受切替器３と受信機４が受信手段を構成する。
【００１３】
また、信号処理器２０５Ａは、周波数領域変換手段２０６、目標候補検出手段２０７、仮の相対距離算出手段２０８、目標判定手段２０９、目標相対速度算出手段２１０を備えている。
【００１４】
図２はレーダと目標の関係を説明するための図、図３は送信信号と受信信号の関係の説明するための図である。
【００１５】
以下、図２，３を参照して受信ビデオ信号を生成するまでの動作を説明する。図２，３において、ｆ１とｆ２は送信(信号)周波数、Δｆはｆ１とｆ２の周波数間隔、Ｔｆは同じ送信周波数を送信する時間(送信時間)、φ０１とφ０２は送信周波数ｆ１とｆ２の送信信号の初期位相、Ｒ１とＲ２は送信周波数ｆ１とｆ２で観測した際の目標相対距離、φ１とφ２は送信周波数ｆ１とｆ２で観測した際の周波数領域の目標の位相、ｍは送信周波数番号である。
【００１６】
送信機２は、キャリア信号を送信時間Ｔｆにパルス繰り返し周期(以下ＰＲＩ)でパルス変調して送信ＲＦ信号を生成し、送受切替器３に出力する。また、送信機２は、送信時間Ｔｆの間、送信周波数ｆ１の送信ＲＦ信号を生成した後、次の送信時間Ｔｆの間、送信周波数ｆ１より周波数間隔Δｆだけ高い送信周波数ｆ２の送信ＲＦ信号を生成する。このように、次の送信時間Ｔｆの間、前の送信時間Ｔｆの間に用いた送信周波数より周波数間隔Δｆだけ高い送信周波数で動作する。ここでは、次の送信時間に周波数間隔Δｆだけ高い送信周波数で動作した場合について説明するが、次の送信時間に周波数間隔Δｆだけ低い送信周波数で動作した場合も同じ原理で処理が可能である。
【００１７】
送受切替器３は、送信機２から入力された送信ＲＦ信号を空中線１に出力する。この結果、空中線１から次式(１)(２)で表される送信ＲＦ信号が空中に放射される。ここで、Ｔｘｆ１(ｔ)は送信周波数ｆ１の送信ＲＦ信号、Ｔｘｆ２(ｔ)は送信周波数ｆ２の送信ＲＦ信号、Ａは送信ＲＦ信号の振幅を表す。
【００１８】
【数１】
【００１９】
空中に放射された送信ＲＦ信号は、目標で反射され、次式(３)(４)で表される反射ＲＦ信号として空中線１に入射する。ここで、Ｒｘｆ１(ｔ)は送信周波数ｆ１の反射ＲＦ信号、Ｒｘｆ２(ｔ)は送信周波数ｆ２の反射ＲＦ信号、Ａ’は反射ＲＦ信号の振幅、ｖは目標相対速度、Ｒ１とＲ２は各送信周波数で送受信した時の目標相対距離、ｃは光速を表す。
【００２０】
【数２】
【００２１】
そこで、空中線１は、入射してきた反射ＲＦ信号を受信し、受信ＲＦ信号として送受切替器３に出力する。送受切替器３は、空中線１から入力された受信ＲＦ信号を受信機４に出力する。そして、受信機４は、送受切替器３から入力された受信ＲＦ信号を狭帯域フィルタを通過させ、増幅器での増幅、位相検波器での位相検波の後(共に図示省略)、次式(５)(６)で表される受信ビデオ信号に変換し、信号処理器２０５Ａに出力する。ここで、Ｖｆ１(ｎ)は送信周波数ｆ１の受信ビデオ信号、Ｖｆ２(ｎ)は送信周波数ｆ２の受信ビデオ信号、ＡＳは受信ビデオ信号の振幅、ｎは送信時間Ｔｆ間のパルス番号、Ｎは送信時間Ｔｆ間のパルス数、Δｔは時間領域のサンプリング間隔(ここでは、パルス繰り返し周期と同じである)を表す。
【００２２】
【数３】
【００２３】
信号処理器２０５Ａは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等(共に図示省略)を有するコンピュータから構成され、ＲＯＭに記憶されるプログラムに従って、ＣＰＵで演算処理が行われる。信号処理器２０５Ａの処理結果は、コンピュータのＲＡＭや専用メモリに記録される。
【００２４】
以降、各手段の処理内容について説明する。
周波数領域変換手段２０６は、受信機４から入力された時間領域の受信ビデオ信号を周波数領域に変換する。
周波数領域変換手段２０６は時間領域の受信ビデオ信号Ｖｆｍ(ｎ)に対し、次式(７)に表される高速フーリエ変換を行い、周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆｍ(ｋ)を目標候補検出手段２０７に出力する。ここで、ＮｆｆｔはＦＦＴ点数を表す。ただし、Ｎｆｆｔ＞Ｎの場合は０を代入する。また、周波数領域のサンプリング間隔ΔＦｓａｍｐは式(８)により表される。Ｔｐｒｉはパルス繰り返し周期(PRI:Pulse Repetition Interval)を表す。周波数領域変換手段２０６は、パルス数より多いＦＦＴ点数を用いて高速フーリエ変換することで、周波数領域の受信ビデオ信号を高精度にサンプリングする。
【００２５】
【数４】
【００２６】
次に、目標候補検出手段２０７において行われる、ＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate:一定誤警報確率)処理による目標検出の処理内容について説明する。図４は目標候補検出手段２０７による周波数領域での目標検出処理を説明するための図である。より具体的にはこの図４は、ＣＦＡＲ処理に関わる注目セル、ガードセル、サンプルセルを説明するための図である。また、ここでは周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆｍ(ｋ)から１つの目標候補が検出された場合について説明する。
【００２７】
目標候補検出手段２０７は、周波数領域変換手段２０６から得られる周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆｍ(ｋ)に対し、下記式(９)によりＣＦＡＲ処理を行い、目標候補を検出する。ここで、Ｐｆｍ，ＣＦＡＲ(ｋ)は送信周波数番号ｍの周波数領域の受信ビデオ信号のＣＦＡＲ処理による目標候補検出結果、(ａｂｓ(Ｐｆｍ(k)))は周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆｍ(ｋ)の振幅を表し、目標候補は、０が設定される(他は１を設定)。
【００２８】
また、ＣＦＡＲ閾値ＣＦＡＲ＿ｔｈｍ(ｋ)は、下記式(１０)により算出する。ここで、ＣＦＡＲ＿ｃｏｒはＣＦＡＲ係数、Ｓａｍｐ＿ｃｅｌｌｍ(ｋ)はサンプルセル、ａｖｅ(Ｚ(ｐ))は配列Ｚ(ｐ)(Ｚ(ｐ)＝(ａｂｓ(Ｓａｍｐ＿ｃｅｌｌｍ(ｋ))))の平均値を表す。ただし、ＣＦＡＲ閾値ＣＦＡＲ＿ｔｈｍ(ｋ)を越えるセルが集合した場合には、集合のなかで振幅の最大値を示すセルを目標候補として検出する。図５はこの実施の形態の目標候補検出手段２０７における、ＣＦＡＲ処理の結果、ＣＦＡＲ閾値を越えるセル(斜線(ハッチング)で示す)が集合した場合の処理内容を説明するための図である。目標候補検出手段２０７は、周波数領域セル番号ｋ’で検出された目標候補の相対速度ｖ’を下記式(１１)により算出する。ここで、ｆ(ｋ’)は周波数領域セル番号ｋ’の周波数、ｆ０は送信周波数を表す。目標候補検出手段２０７は、検出した目標候補とその相対速度を仮の相対距離算出手段２０８に出力する。
【００２９】
【数５】
【００３０】
図６は目標に搭載されているジェットエンジンに起因にするＪＥＭの影響により複数の目標候補が検出されることを説明するための図である。目標が一つの場合においても、目標に搭載されているジェットエンジンに起因するＪＥＭの影響により、図６に示すように複数の目標候補が検出されることがある。このような場合に真の目標の相対速度算出が困難になる。
【００３１】
仮の相対距離算出手段２０８は、目標候補から目標とＪＥＭを区別するために、距離高分解能にし、距離アンビギュィティ(距離不確定)がある仮の相対距離を算出する。
仮の相対距離算出手段２０８は、目標候補検出手段２０７から入力された異なる送信周波数で検出された目標候補の位相を算出する。式(５)で表される受信ビデオ信号Ｖｆ１(ｎ)に対して、Ｎｆｆｔで離散フーリエ変換を行うと、その結果は次式(１２)で表される。
【００３２】
【数６】
【００３３】
式(１２)より、ｋが次式(１３)となるときに送信周波数ｆ１の目標候補の周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆ１(ｋ)の強度が最大値となることが分かる。
【００３４】
【数７】
【００３５】
ｃ，ｆ１，Ｎｆｆｔ，Δｔは既知であるため、次式(１３)で強度が最大値となるｋをｋ１とすると、送信周波数ｆ１の目標候補の周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆ１(ｋ１)の位相φ１は次式(１４)で表される。
【００３６】
【数８】
【００３７】
上記送信周波数ｆ１の場合と同様に、送信周波数ｆ２の目標候補の周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆ２(ｋ２)の位相φ２は次式(１５)で表される。
【００３８】
【数９】
【００３９】
仮の相対距離算出手段２０８は、以上の関係より、その位相差Δφ２１を下記式(１６)により算出する。図７は目標とＪＥＭ１、ＪＥＭ２が目標候補として検出された場合の動作を説明するための図である。位相差算出の際、図７のように送信周波数ｆ１とｆ２で検出された目標候補の相対速度が最も近いもので計算する。
【００４０】
【数１０】
【００４１】
次に、仮の相対距離算出手段２０８は、下記式(１７)により位相差Δφ２１から仮の相対距離を算出する。ただし、２つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる最大距離Ｒｍａｘは下記式(１８)、距離分解能は下記式(１９)で求められる。距離分解能ΔＲで信号処理性能を持つマッチドフィルタの場合は通過帯域Δｆのフィルタが必要であるのに比べ、この実施の形態では通過帯域Δｆと比べ十分小さい通過帯域でよい狭帯域フィルタで同等の距離分解能を得ることが可能で、装置規模の縮小が可能になる。
【００４２】
【数１１】
【００４３】
図８はレーダと目標とＪＥＭの関係と目標との相対距離と２つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる相対距離の関係を説明するための図である。目標との相対距離Ｒ１、ＪＥＭ発生源との相対距離Ｒ１Ｊ、２つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる最大距離Ｒｍａｘは図８のように表わされる。仮の相対距離算出手段２０８は、ＪＥＭにより検出された目標候補についても式(１４)〜(１７)を用いて、位相、位相差、仮の相対距離を算出する。ＪＥＭ発生源は同じなので、ＪＥＭ同士の初期位相が同じとした場合、位相は下記式(２０)(２１)、位相差は下記式(２２)、仮の相対距離は下記式(２３)となる。
【００４４】
【数１２】
【００４５】
仮の相対距離算出手段２０８は、以上の計算により算出した目標候補の仮の相対距離を目標判定手段２０９に出力する。ここでは、位相差を仮の相対距離に換算して、目標判定を行うが、位相差による目標判定も同様に行うことが可能である。図９は目標判定手段２０９に入力された目標とＪＥＭの目標候補の仮の相対距離を示す図である。目標とＪＥＭの仮の相対距離は式(１７)と(２３)が示すように異なる。また、ＪＥＭ同士は仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内になることが分かる。
【００４６】
図１０は目標判定手段２０９の判定フローを示す。目標判定手段２０９は、目標とＪＥＭの仮の相対距離が異なることを利用して、図１０に示す処理フローに従い、目標候補の仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内に、他の目標候補の仮の相対距離が存在しない場合、目標と判定し、存在する場合、ＪＥＭと判定する。
【００４７】
図１１はＪＥＭが目標と同じ相対速度に発生した場合を説明するための図である。図１１に示すように、ＪＥＭが目標に影響を与える相対速度に発生する場合がある。このようにＪＥＭの影響が大きい場合、目標とＪＥＭが混信し、目標の仮の相対距離は下記式(２４)により表わされる。このように、目標とＪＥＭが混信した場合の仮の相対距離は、目標相対速度以外に発生したＪＥＭと異なる仮の相対距離になるため、目標判定手段２０９は、同様の考え方に従い、図１０に示す処理フローに従い、目標とＪＥＭを判定する。目標判定手段２０９は、目標とＪＥＭの判定結果を目標相対速度算出手段２１０に出力する。
【００４８】
【数１３】
【００４９】
目標相対速度算出手段２１０は、目標判定手段２０９から入力された目標と判定された目標候補の相対速度を、目標相対速度として表示器２０に出力する。表示器２０は、目標候補から目標と判定された場合、目標情報として、時刻ｔの相対速度を画面上に表示する。
【００５０】
以上のようにこの実施の形態によれば、異なる送信周波数で観測した目標とＪＥＭから、仮の相対距離算出手段２０８により目標とＪＥＭの仮の相対距離を算出し、目標判定手段２０９は目標がＪＥＭの仮の相対距離と異なることを利用して、目標とＪＥＭを判定するため、誤った目標相対速度を算出することがなくなり、目標検出性能と目標相対速度算出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることができる。また、距離分解能ΔＲで信号処理性能を持つマッチドフィルタの場合は通過帯域Δｆのフィルタが必要なのに比べ、この実施の形態では通過帯域Δｆと比べ十分小さい通過帯域でよい狭帯域フィルタで同等の距離分解能を得ることが可能で、装置規模の縮小が可能になる。また、装置規模の縮小が可能のため、距離高分解能で観測し、短い観測時間で目標とＪＥＭの判定が可能になる。
【００５１】
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２に係わるレーダ装置の構成を示す図である。この実施の形態における構成は、上記実施の形態における構成と比較すると、信号処理器２０５Ｂが、周波数領域変換手段２０６に代えて周波数領域変換手段２０６Ｂ、目標判定手段２０９に代えて目標判定手段２０９Ｂを備え、さらに仮の相対距離算出手段２０８と目標判定手段２０９Ｂの間に相対距離差算出手段２１１を備えている点が異なっている。
【００５２】
図１３は目標と(目標相対速度以外に発生した)ＪＥＭが同じ仮の相対距離になった場合を説明するための図である。上記実施の形態１では、図９に示すように目標の仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内にＪＥＭ(目標に影響を与えない相対速度に発生したＪＥＭ)が存在するこのを前提としている。しかし、図１３のように目標の相対距離が異なる送信周波数でアンビギュィティなく測距できる最大距離Ｒｍａｘの折返しの関係で、目標(ＪＥＭが目標に影響を与える相対速度に発生)の仮の相対距離が、ＪＥＭ１とＪＥＭ２の仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内になる場合、実施の形態１では、目標とＪＥＭの判定ができない。
【００５３】
また、ＪＥＭは複数のブレードからの反射信号が共振し発生するため、異なる送信周波数で観測したＪＥＭが同じ初期位相にならない可能性がある。図１４はＪＥＭの初期位相が異なった場合の測距結果を説明するための図である。ＪＥＭの初期位相が異なった場合、図１４に示すように、位相差にオフセットが加算され、ＪＥＭ同士が仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内に存在せず、上記実施の形態１では、目標とＪＥＭの判定が困難になる。
【００５４】
図１５はこの実施の形態２における送信周波数と送信信号の関係を説明するための図である。この実施の形態２では、上記の場合においても目標とＪＥＭの判定を行うために、図１５に示すように、異なる送信周波数で観測された信号を用いて、目標とＪＥＭの判定を可能にする。以下、図１３の場合を例として上記実施の形態と異なる部分について説明する。
【００５５】
図１６はサイドローブの影響と窓関数処理の効果を説明するための図である。図１６の(ａ)に示すように隣接する目標候補の強度が大きい場合、隣接する目標候補のサイドローブが、目標候補の位相に影響を与え、正しく仮の相対距離を算出することが困難になる。
【００５６】
周波数領域変換手段２０６Ｂは、受信機４から入力された時間領域の受信ビデオ信号に対し次式(２５)により窓関数処理を行う。ここで、Ｗ(ｎ)は窓関数を表し、例えば窓関数としてハミング窓を用いた場合は次式(２６)により表される。
【００５７】
【数１４】
【００５８】
周波数領域変換手段２０６Ｂは、窓関数処理が行われた時間領域の受信ビデオ信号を周波数領域に変換し、周波数領域に変換された受信ビデオ信号を目標候補検出手段２０７に出力する。図１６の(ｂ)に示すように、窓関数処理を行うことによりサイドローブが低減され、隣接する目標候補への影響が低減し、精度良く仮の相対距離を算出することが可能になる。
【００５９】
相対距離差算出手段２１１は、仮の相対距離算出手段２０８から送信周波数ｆ１とｆ２で検出された目標候補の仮の相対距離と、送信周波数ｆ２とｆ３で検出された目標候補の仮の相対距離が入力される。図１７は目標とＪＥＭ１、ＪＥＭ２が目標候補として検出された場合の相対距離差算出手段２１１の動作を説明するための図である。また図１８はレーダと目標、ＪＥＭの関係を説明するための図である。送信周波数ｆ２とｆ３で検出された目標の位相差は下記式(２７)、相対距離差算出手段２１１に入力される送信周波数ｆ２とｆ３で検出された目標の仮の相対距離は下記式(２８)で表わされる。また、相対距離差算出手段２１１に入力される送信周波数ｆ２とｆ３で検出されたＪＥＭの仮の相対距離は下記式(２９)で表わされる。
【００６０】
【数１５】
【００６１】
相対距離差算出手段２１１は、送信周波数ｆ１とｆ２で検出された目標候補の仮の相対距離と送信周波数ｆ２とｆ３で検出された目標候補の仮の相対距離の差を下記式により算出する。ただし、目標の場合を下記式(３０)、ＪＥＭの場合を下記式(３１)に示す。相対距離差算出手段２１１は、算出した目標候補の相対距離差を目標判定手段２０９Ｂに出力する。
【００６２】
【数１６】
【００６３】
このように、目標(ＪＥＭが発生しているが目標に影響が小さい場合)とＪＥＭによる目標候補の相対距離差は所定相対距離差範囲内の値を示す。しかし、図１９，図２０に示すように目標に影響を与えるＪＥＭが発生した場合、仮の相対距離を誤り、他の目標候補と異なる相対距離差を算出することになる。図１９は目標とＪＥＭの目標候補の仮の相対距離と相対距離差の関係を示す図、図２０は目標とＪＥＭの目標候補の相対距離差を示す図である。
【００６４】
図２１は目標判定手段２０９Ｂの判定フローを示す。目標判定手段２０９Ｂは、目標とＪＥＭの相対距離差が異なることを利用して、図２１に示す処理フローに従い、目標候補の相対距離差の所定相対距離差範囲内に他の目標候補の相対距離差が存在する場合、ＪＥＭと判定し、他の目標候補の相対距離差が存在せず、かつ、ＪＥＭと判定された目標候補がある場合、目標と判定し、他の目標候補の相対距離差が存在せず、かつ、ＪＥＭと判定された目標候補がない場合、第２の目標候補と判定する。第２の目標候補は、さらに送信周波数を変更して処理を続行する。そして目標判定手段２０９Ｂは、目標とＪＥＭの判定結果を目標相対速度算出手段２１０に出力する。
【００６５】
以上のようにこの実施の形態によれば、異なる送信周波数で観測した目標とＪＥＭの仮の相対距離が所定仮の相対距離範囲内になり目標とＪＥＭの判定が困難であったが、異なる送信周波数で観測された信号を用いて、相対距離差算出手段２１１により目標とＪＥＭの相対距離差を算出し、目標判定手段２０９Ｂは目標がＪＥＭと異なる相対距離差に算出されないことを利用し、目標とＪＥＭを判定するため、誤った目標相対速度を算出することがなくなり、目標検出性能と目標相対速度算出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることができる。また、相対距離差を用いているが、位相差の差を用いた場合も同様の効果を得ることが可能である。
【００６６】
また、距離分解能ΔＲで信号処理性能を持つマッチドフィルタの場合は通過帯域Δｆのフィルタが必要に比べ、この実施の形態は通過帯域Δｆと比べ十分小さい通過帯域でよい狭帯域フィルタで同等の距離分解能を得ることが可能で、装置規模の縮小が可能になる。また、装置規模の縮小が可能のため、距離高分解能で観測し、短い観測時間で目標とＪＥＭの判定が可能になる。
【００６７】
また、周波数領域変換手段２０６Ｂを備えたことにより、窓関数処理を行うことにより目標候補のサイドローブが低減され、隣接する目標候補への影響が低減し、正しく仮の相対距離を算出することが可能になる。
【００６８】
実施の形態３．
図２２はこの発明の実施の形態３に係わるレーダ装置の構成を示す図である。この実施の形態における構成は、上記実施の形態２における構成と比較すると、信号処理器２０５Ｃが、目標相対速度算出手段２１０に代えて目標相対速度算出手段２１０Ｂを備えている点が異なっている。
【００６９】
図２３は目標が検出されない場合の目標候補の相対距離差を説明するための図である。上記実施の形態の目標相対速度算出手段２１０は、目標と判定された目標候補の相対速度を目標相対速度として算出しており、図２３に示すように目標候補から目標と判定されない場合、目標相対速度を算出することができなくなる。
【００７０】
この実施の形態は、上記の場合においても目標相対速度を算出するためのものであり、以下、図２３の場合を例として上記実施の形態２と異なる部分について説明する。
【００７１】
目標相対速度算出手段２１０Ｂは、次式(３２)により目標相対速度を算出する。目標相対速度算出手段２１０Ｂは、算出した目標相対速度を表示器２０に出力する。
【００７２】
【数１７】
【００７３】
以上のようにこの実施の形態によれば、目標候補に目標が含まれていない場合においても、異なる送信周波数で観測された信号を用いて、目標相対速度算出手段２１０Ｂにより相対距離差から目標相対速度を算出することが可能になり、目標検出性能と目標相対速度算出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることができる。
【００７４】
なお、この発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
【符号の説明】
【００７５】
１ 空中線、２ 送信機、３ 送受切替器、４ 受信機、２０５Ａ，２０５Ｂ，２０５Ｃ 信号処理器、２０６，２０６Ｂ 周波数領域変換手段、２０７ 目標候補検出手段、２０８ 仮の相対距離算出手段、２０９，２０９Ｂ 目標判定手段、２１０，２１０Ｂ 目標相対速度算出手段、２１１ 相対距離差算出手段。
【技術分野】
【０００１】
この発明はレーダ装置、特にＪＥＭ(Jet Engine Modulation：ジェットエンジン変調)が発生した場合の目標相対距離の算出に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＪＥＭが発生した場合の目標相対距離算出においては、例えば下記特許文献１の図７に示されているように、目標のドップラ周波数は、ＪＥＭより高いドップラ周波数に検出されることを想定している。
【０００３】
ＦＭ(Frequency Modulation：周波数変調)フェーズＣの受信ビデオ信号をＦＦＴ(Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換)することにより目標、ＪＥＭのドップラ周波数を算出する。また、ＦＭフェーズＢの受信ビート信号をＦＦＴすることにより目標、ＪＥＭのビート周波数を算出する。ＦＭフェーズＣのドップラ周波数がＦＭフェーズＢのビート周波数より小さい場合、測距回路が目標相対速度を算出する。さらに、距離判定回路は、算出された相対距離がＪＥＭの距離より小さい場合、真の目標相対距離として、表示器に出力する。
【０００４】
目標のドップラ周波数がＪＥＭより高い周波数に検出されることを前提にすることによって、ＪＥＭの相対距離を誤って目標の相対距離とせず、目標相対距離、目標検出性能の改善が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−５６４１３号公報(図１，３，７，８)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来のレーダ装置では、目標のドップラ周波数がＪＥＭより高い周波数に検出されることを前提にしているため、目標のドップラ周波数がＪＥＭより低い周波数に検出され、かつ、目標のビート周波数がＪＥＭより低い周波数に検出された場合、目標相対距離は算出されるが、目標相対速度が誤って算出される問題があった。
【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ＪＥＭが発生した場合の目標相対速度を正しく算出し、目標検出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、目標との相対速度を算出し目標検出を行うレーダ装置であって、周波数が異なるキャリア信号を所定の時間間隔でパルス変調した送信信号を放射する送信手段と、前記目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信する受信手段と、前記受信手段で受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、前記周波数領域変換手段で変換された前記周波数領域の受信信号における信号の強度に基づく演算処理を行い、目標候補を検出するとともに、目標候補の相対速度を算出する目標候補検出手段と、前記目標候補検出手段で異なるキャリア周波数で検出された前記目標候補の位相差を算出しこの位相差から目標候補の仮の相対距離を算出する仮の相対距離算出手段と、前記仮の相対距離算出手段から入力された目標候補の仮の相対距離に基づき目標候補を判定する目標判定手段と、前記目標判定手段で目標と判定された目標候補の相対速度を目標候補検出手段で算出された目標の相対速度として算出する目標相対速度算出手段と、を備えたことを特徴とするレーダ装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、ＪＥＭが発生した場合の目標相対速度を正しく算出することができるレーダ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるレーダと目標の関係を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１における送信信号と受信信号の関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１における目標候補検出手段による周波数領域での目標検出処理を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１における目標候補検出手段でのＣＦＡＲ処理の結果、ＣＦＡＲ閾値を越えるセルが集合した場合の処理内容を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１における目標に搭載されているジェットエンジンに起因にするＪＥＭの影響により複数の目標候補が検出されることを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１における仮の相対距離算出手段による目標とＪＥＭ１、ＪＥＭ２が目標候補として検出された場合の動作を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１におけるレーダと目標とＪＥＭの関係と目標との相対距離と２つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる相対距離の関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１における目標判定手段に入力された目標とＪＥＭの目標候補の仮の相対距離を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１における目標判定手段の判定フローを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１におけるＪＥＭが目標と同じ相対速度に発生した場合を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態２における目標とＪＥＭが同じ仮の相対距離になった場合を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２におけるＪＥＭの初期位相が異なった場合の測距結果を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態２における送信周波数と送信信号の関係を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態２におけるサイドローブの影響と窓関数処理の効果を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態２における相対距離差算出手段での目標とＪＥＭ１、ＪＥＭ２が目標候補として検出された場合の動作を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態２におけるレーダと目標、ＪＥＭの関係を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態２における目標とＪＥＭの目標候補の仮の相対距離と相対距離差の関係を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態２における目標とＪＥＭの目標候補の相対距離差を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態２における目標判定手段の判定フローを示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態３に係わるレーダ装置の構成を示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態３における目標が検出されない場合の目標候補の相対距離差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明によるレーダ装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わるレーダ装置の構成を示す図である。レーダ装置は、送信ＲＦ(高周波)信号を送信してこれによる反射ＲＦ信号を受信する空中線１、送信機２、受信機４、送信機２と受信機４を切り替えて空中線１に接続する送受切替器３、受信機４で得られた受信ビデオ信号の処理を行う例えばコンピュータからなる信号処理器２０５Ａ、および信号処理器２０５Ａでの処理結果等を表示する表示器２０を備えている。なお、送信機２と送受切替器３と空中線１が送信手段、空中線１と送受切替器３と受信機４が受信手段を構成する。
【００１３】
また、信号処理器２０５Ａは、周波数領域変換手段２０６、目標候補検出手段２０７、仮の相対距離算出手段２０８、目標判定手段２０９、目標相対速度算出手段２１０を備えている。
【００１４】
図２はレーダと目標の関係を説明するための図、図３は送信信号と受信信号の関係の説明するための図である。
【００１５】
以下、図２，３を参照して受信ビデオ信号を生成するまでの動作を説明する。図２，３において、ｆ１とｆ２は送信(信号)周波数、Δｆはｆ１とｆ２の周波数間隔、Ｔｆは同じ送信周波数を送信する時間(送信時間)、φ０１とφ０２は送信周波数ｆ１とｆ２の送信信号の初期位相、Ｒ１とＲ２は送信周波数ｆ１とｆ２で観測した際の目標相対距離、φ１とφ２は送信周波数ｆ１とｆ２で観測した際の周波数領域の目標の位相、ｍは送信周波数番号である。
【００１６】
送信機２は、キャリア信号を送信時間Ｔｆにパルス繰り返し周期(以下ＰＲＩ)でパルス変調して送信ＲＦ信号を生成し、送受切替器３に出力する。また、送信機２は、送信時間Ｔｆの間、送信周波数ｆ１の送信ＲＦ信号を生成した後、次の送信時間Ｔｆの間、送信周波数ｆ１より周波数間隔Δｆだけ高い送信周波数ｆ２の送信ＲＦ信号を生成する。このように、次の送信時間Ｔｆの間、前の送信時間Ｔｆの間に用いた送信周波数より周波数間隔Δｆだけ高い送信周波数で動作する。ここでは、次の送信時間に周波数間隔Δｆだけ高い送信周波数で動作した場合について説明するが、次の送信時間に周波数間隔Δｆだけ低い送信周波数で動作した場合も同じ原理で処理が可能である。
【００１７】
送受切替器３は、送信機２から入力された送信ＲＦ信号を空中線１に出力する。この結果、空中線１から次式(１)(２)で表される送信ＲＦ信号が空中に放射される。ここで、Ｔｘｆ１(ｔ)は送信周波数ｆ１の送信ＲＦ信号、Ｔｘｆ２(ｔ)は送信周波数ｆ２の送信ＲＦ信号、Ａは送信ＲＦ信号の振幅を表す。
【００１８】
【数１】
【００１９】
空中に放射された送信ＲＦ信号は、目標で反射され、次式(３)(４)で表される反射ＲＦ信号として空中線１に入射する。ここで、Ｒｘｆ１(ｔ)は送信周波数ｆ１の反射ＲＦ信号、Ｒｘｆ２(ｔ)は送信周波数ｆ２の反射ＲＦ信号、Ａ’は反射ＲＦ信号の振幅、ｖは目標相対速度、Ｒ１とＲ２は各送信周波数で送受信した時の目標相対距離、ｃは光速を表す。
【００２０】
【数２】
【００２１】
そこで、空中線１は、入射してきた反射ＲＦ信号を受信し、受信ＲＦ信号として送受切替器３に出力する。送受切替器３は、空中線１から入力された受信ＲＦ信号を受信機４に出力する。そして、受信機４は、送受切替器３から入力された受信ＲＦ信号を狭帯域フィルタを通過させ、増幅器での増幅、位相検波器での位相検波の後(共に図示省略)、次式(５)(６)で表される受信ビデオ信号に変換し、信号処理器２０５Ａに出力する。ここで、Ｖｆ１(ｎ)は送信周波数ｆ１の受信ビデオ信号、Ｖｆ２(ｎ)は送信周波数ｆ２の受信ビデオ信号、ＡＳは受信ビデオ信号の振幅、ｎは送信時間Ｔｆ間のパルス番号、Ｎは送信時間Ｔｆ間のパルス数、Δｔは時間領域のサンプリング間隔(ここでは、パルス繰り返し周期と同じである)を表す。
【００２２】
【数３】
【００２３】
信号処理器２０５Ａは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等(共に図示省略)を有するコンピュータから構成され、ＲＯＭに記憶されるプログラムに従って、ＣＰＵで演算処理が行われる。信号処理器２０５Ａの処理結果は、コンピュータのＲＡＭや専用メモリに記録される。
【００２４】
以降、各手段の処理内容について説明する。
周波数領域変換手段２０６は、受信機４から入力された時間領域の受信ビデオ信号を周波数領域に変換する。
周波数領域変換手段２０６は時間領域の受信ビデオ信号Ｖｆｍ(ｎ)に対し、次式(７)に表される高速フーリエ変換を行い、周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆｍ(ｋ)を目標候補検出手段２０７に出力する。ここで、ＮｆｆｔはＦＦＴ点数を表す。ただし、Ｎｆｆｔ＞Ｎの場合は０を代入する。また、周波数領域のサンプリング間隔ΔＦｓａｍｐは式(８)により表される。Ｔｐｒｉはパルス繰り返し周期(PRI:Pulse Repetition Interval)を表す。周波数領域変換手段２０６は、パルス数より多いＦＦＴ点数を用いて高速フーリエ変換することで、周波数領域の受信ビデオ信号を高精度にサンプリングする。
【００２５】
【数４】
【００２６】
次に、目標候補検出手段２０７において行われる、ＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate:一定誤警報確率)処理による目標検出の処理内容について説明する。図４は目標候補検出手段２０７による周波数領域での目標検出処理を説明するための図である。より具体的にはこの図４は、ＣＦＡＲ処理に関わる注目セル、ガードセル、サンプルセルを説明するための図である。また、ここでは周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆｍ(ｋ)から１つの目標候補が検出された場合について説明する。
【００２７】
目標候補検出手段２０７は、周波数領域変換手段２０６から得られる周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆｍ(ｋ)に対し、下記式(９)によりＣＦＡＲ処理を行い、目標候補を検出する。ここで、Ｐｆｍ，ＣＦＡＲ(ｋ)は送信周波数番号ｍの周波数領域の受信ビデオ信号のＣＦＡＲ処理による目標候補検出結果、(ａｂｓ(Ｐｆｍ(k)))は周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆｍ(ｋ)の振幅を表し、目標候補は、０が設定される(他は１を設定)。
【００２８】
また、ＣＦＡＲ閾値ＣＦＡＲ＿ｔｈｍ(ｋ)は、下記式(１０)により算出する。ここで、ＣＦＡＲ＿ｃｏｒはＣＦＡＲ係数、Ｓａｍｐ＿ｃｅｌｌｍ(ｋ)はサンプルセル、ａｖｅ(Ｚ(ｐ))は配列Ｚ(ｐ)(Ｚ(ｐ)＝(ａｂｓ(Ｓａｍｐ＿ｃｅｌｌｍ(ｋ))))の平均値を表す。ただし、ＣＦＡＲ閾値ＣＦＡＲ＿ｔｈｍ(ｋ)を越えるセルが集合した場合には、集合のなかで振幅の最大値を示すセルを目標候補として検出する。図５はこの実施の形態の目標候補検出手段２０７における、ＣＦＡＲ処理の結果、ＣＦＡＲ閾値を越えるセル(斜線(ハッチング)で示す)が集合した場合の処理内容を説明するための図である。目標候補検出手段２０７は、周波数領域セル番号ｋ’で検出された目標候補の相対速度ｖ’を下記式(１１)により算出する。ここで、ｆ(ｋ’)は周波数領域セル番号ｋ’の周波数、ｆ０は送信周波数を表す。目標候補検出手段２０７は、検出した目標候補とその相対速度を仮の相対距離算出手段２０８に出力する。
【００２９】
【数５】
【００３０】
図６は目標に搭載されているジェットエンジンに起因にするＪＥＭの影響により複数の目標候補が検出されることを説明するための図である。目標が一つの場合においても、目標に搭載されているジェットエンジンに起因するＪＥＭの影響により、図６に示すように複数の目標候補が検出されることがある。このような場合に真の目標の相対速度算出が困難になる。
【００３１】
仮の相対距離算出手段２０８は、目標候補から目標とＪＥＭを区別するために、距離高分解能にし、距離アンビギュィティ(距離不確定)がある仮の相対距離を算出する。
仮の相対距離算出手段２０８は、目標候補検出手段２０７から入力された異なる送信周波数で検出された目標候補の位相を算出する。式(５)で表される受信ビデオ信号Ｖｆ１(ｎ)に対して、Ｎｆｆｔで離散フーリエ変換を行うと、その結果は次式(１２)で表される。
【００３２】
【数６】
【００３３】
式(１２)より、ｋが次式(１３)となるときに送信周波数ｆ１の目標候補の周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆ１(ｋ)の強度が最大値となることが分かる。
【００３４】
【数７】
【００３５】
ｃ，ｆ１，Ｎｆｆｔ，Δｔは既知であるため、次式(１３)で強度が最大値となるｋをｋ１とすると、送信周波数ｆ１の目標候補の周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆ１(ｋ１)の位相φ１は次式(１４)で表される。
【００３６】
【数８】
【００３７】
上記送信周波数ｆ１の場合と同様に、送信周波数ｆ２の目標候補の周波数領域に変換された受信ビデオ信号Ｐｆ２(ｋ２)の位相φ２は次式(１５)で表される。
【００３８】
【数９】
【００３９】
仮の相対距離算出手段２０８は、以上の関係より、その位相差Δφ２１を下記式(１６)により算出する。図７は目標とＪＥＭ１、ＪＥＭ２が目標候補として検出された場合の動作を説明するための図である。位相差算出の際、図７のように送信周波数ｆ１とｆ２で検出された目標候補の相対速度が最も近いもので計算する。
【００４０】
【数１０】
【００４１】
次に、仮の相対距離算出手段２０８は、下記式(１７)により位相差Δφ２１から仮の相対距離を算出する。ただし、２つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる最大距離Ｒｍａｘは下記式(１８)、距離分解能は下記式(１９)で求められる。距離分解能ΔＲで信号処理性能を持つマッチドフィルタの場合は通過帯域Δｆのフィルタが必要であるのに比べ、この実施の形態では通過帯域Δｆと比べ十分小さい通過帯域でよい狭帯域フィルタで同等の距離分解能を得ることが可能で、装置規模の縮小が可能になる。
【００４２】
【数１１】
【００４３】
図８はレーダと目標とＪＥＭの関係と目標との相対距離と２つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる相対距離の関係を説明するための図である。目標との相対距離Ｒ１、ＪＥＭ発生源との相対距離Ｒ１Ｊ、２つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる最大距離Ｒｍａｘは図８のように表わされる。仮の相対距離算出手段２０８は、ＪＥＭにより検出された目標候補についても式(１４)〜(１７)を用いて、位相、位相差、仮の相対距離を算出する。ＪＥＭ発生源は同じなので、ＪＥＭ同士の初期位相が同じとした場合、位相は下記式(２０)(２１)、位相差は下記式(２２)、仮の相対距離は下記式(２３)となる。
【００４４】
【数１２】
【００４５】
仮の相対距離算出手段２０８は、以上の計算により算出した目標候補の仮の相対距離を目標判定手段２０９に出力する。ここでは、位相差を仮の相対距離に換算して、目標判定を行うが、位相差による目標判定も同様に行うことが可能である。図９は目標判定手段２０９に入力された目標とＪＥＭの目標候補の仮の相対距離を示す図である。目標とＪＥＭの仮の相対距離は式(１７)と(２３)が示すように異なる。また、ＪＥＭ同士は仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内になることが分かる。
【００４６】
図１０は目標判定手段２０９の判定フローを示す。目標判定手段２０９は、目標とＪＥＭの仮の相対距離が異なることを利用して、図１０に示す処理フローに従い、目標候補の仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内に、他の目標候補の仮の相対距離が存在しない場合、目標と判定し、存在する場合、ＪＥＭと判定する。
【００４７】
図１１はＪＥＭが目標と同じ相対速度に発生した場合を説明するための図である。図１１に示すように、ＪＥＭが目標に影響を与える相対速度に発生する場合がある。このようにＪＥＭの影響が大きい場合、目標とＪＥＭが混信し、目標の仮の相対距離は下記式(２４)により表わされる。このように、目標とＪＥＭが混信した場合の仮の相対距離は、目標相対速度以外に発生したＪＥＭと異なる仮の相対距離になるため、目標判定手段２０９は、同様の考え方に従い、図１０に示す処理フローに従い、目標とＪＥＭを判定する。目標判定手段２０９は、目標とＪＥＭの判定結果を目標相対速度算出手段２１０に出力する。
【００４８】
【数１３】
【００４９】
目標相対速度算出手段２１０は、目標判定手段２０９から入力された目標と判定された目標候補の相対速度を、目標相対速度として表示器２０に出力する。表示器２０は、目標候補から目標と判定された場合、目標情報として、時刻ｔの相対速度を画面上に表示する。
【００５０】
以上のようにこの実施の形態によれば、異なる送信周波数で観測した目標とＪＥＭから、仮の相対距離算出手段２０８により目標とＪＥＭの仮の相対距離を算出し、目標判定手段２０９は目標がＪＥＭの仮の相対距離と異なることを利用して、目標とＪＥＭを判定するため、誤った目標相対速度を算出することがなくなり、目標検出性能と目標相対速度算出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることができる。また、距離分解能ΔＲで信号処理性能を持つマッチドフィルタの場合は通過帯域Δｆのフィルタが必要なのに比べ、この実施の形態では通過帯域Δｆと比べ十分小さい通過帯域でよい狭帯域フィルタで同等の距離分解能を得ることが可能で、装置規模の縮小が可能になる。また、装置規模の縮小が可能のため、距離高分解能で観測し、短い観測時間で目標とＪＥＭの判定が可能になる。
【００５１】
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２に係わるレーダ装置の構成を示す図である。この実施の形態における構成は、上記実施の形態における構成と比較すると、信号処理器２０５Ｂが、周波数領域変換手段２０６に代えて周波数領域変換手段２０６Ｂ、目標判定手段２０９に代えて目標判定手段２０９Ｂを備え、さらに仮の相対距離算出手段２０８と目標判定手段２０９Ｂの間に相対距離差算出手段２１１を備えている点が異なっている。
【００５２】
図１３は目標と(目標相対速度以外に発生した)ＪＥＭが同じ仮の相対距離になった場合を説明するための図である。上記実施の形態１では、図９に示すように目標の仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内にＪＥＭ(目標に影響を与えない相対速度に発生したＪＥＭ)が存在するこのを前提としている。しかし、図１３のように目標の相対距離が異なる送信周波数でアンビギュィティなく測距できる最大距離Ｒｍａｘの折返しの関係で、目標(ＪＥＭが目標に影響を与える相対速度に発生)の仮の相対距離が、ＪＥＭ１とＪＥＭ２の仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内になる場合、実施の形態１では、目標とＪＥＭの判定ができない。
【００５３】
また、ＪＥＭは複数のブレードからの反射信号が共振し発生するため、異なる送信周波数で観測したＪＥＭが同じ初期位相にならない可能性がある。図１４はＪＥＭの初期位相が異なった場合の測距結果を説明するための図である。ＪＥＭの初期位相が異なった場合、図１４に示すように、位相差にオフセットが加算され、ＪＥＭ同士が仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内に存在せず、上記実施の形態１では、目標とＪＥＭの判定が困難になる。
【００５４】
図１５はこの実施の形態２における送信周波数と送信信号の関係を説明するための図である。この実施の形態２では、上記の場合においても目標とＪＥＭの判定を行うために、図１５に示すように、異なる送信周波数で観測された信号を用いて、目標とＪＥＭの判定を可能にする。以下、図１３の場合を例として上記実施の形態と異なる部分について説明する。
【００５５】
図１６はサイドローブの影響と窓関数処理の効果を説明するための図である。図１６の(ａ)に示すように隣接する目標候補の強度が大きい場合、隣接する目標候補のサイドローブが、目標候補の位相に影響を与え、正しく仮の相対距離を算出することが困難になる。
【００５６】
周波数領域変換手段２０６Ｂは、受信機４から入力された時間領域の受信ビデオ信号に対し次式(２５)により窓関数処理を行う。ここで、Ｗ(ｎ)は窓関数を表し、例えば窓関数としてハミング窓を用いた場合は次式(２６)により表される。
【００５７】
【数１４】
【００５８】
周波数領域変換手段２０６Ｂは、窓関数処理が行われた時間領域の受信ビデオ信号を周波数領域に変換し、周波数領域に変換された受信ビデオ信号を目標候補検出手段２０７に出力する。図１６の(ｂ)に示すように、窓関数処理を行うことによりサイドローブが低減され、隣接する目標候補への影響が低減し、精度良く仮の相対距離を算出することが可能になる。
【００５９】
相対距離差算出手段２１１は、仮の相対距離算出手段２０８から送信周波数ｆ１とｆ２で検出された目標候補の仮の相対距離と、送信周波数ｆ２とｆ３で検出された目標候補の仮の相対距離が入力される。図１７は目標とＪＥＭ１、ＪＥＭ２が目標候補として検出された場合の相対距離差算出手段２１１の動作を説明するための図である。また図１８はレーダと目標、ＪＥＭの関係を説明するための図である。送信周波数ｆ２とｆ３で検出された目標の位相差は下記式(２７)、相対距離差算出手段２１１に入力される送信周波数ｆ２とｆ３で検出された目標の仮の相対距離は下記式(２８)で表わされる。また、相対距離差算出手段２１１に入力される送信周波数ｆ２とｆ３で検出されたＪＥＭの仮の相対距離は下記式(２９)で表わされる。
【００６０】
【数１５】
【００６１】
相対距離差算出手段２１１は、送信周波数ｆ１とｆ２で検出された目標候補の仮の相対距離と送信周波数ｆ２とｆ３で検出された目標候補の仮の相対距離の差を下記式により算出する。ただし、目標の場合を下記式(３０)、ＪＥＭの場合を下記式(３１)に示す。相対距離差算出手段２１１は、算出した目標候補の相対距離差を目標判定手段２０９Ｂに出力する。
【００６２】
【数１６】
【００６３】
このように、目標(ＪＥＭが発生しているが目標に影響が小さい場合)とＪＥＭによる目標候補の相対距離差は所定相対距離差範囲内の値を示す。しかし、図１９，図２０に示すように目標に影響を与えるＪＥＭが発生した場合、仮の相対距離を誤り、他の目標候補と異なる相対距離差を算出することになる。図１９は目標とＪＥＭの目標候補の仮の相対距離と相対距離差の関係を示す図、図２０は目標とＪＥＭの目標候補の相対距離差を示す図である。
【００６４】
図２１は目標判定手段２０９Ｂの判定フローを示す。目標判定手段２０９Ｂは、目標とＪＥＭの相対距離差が異なることを利用して、図２１に示す処理フローに従い、目標候補の相対距離差の所定相対距離差範囲内に他の目標候補の相対距離差が存在する場合、ＪＥＭと判定し、他の目標候補の相対距離差が存在せず、かつ、ＪＥＭと判定された目標候補がある場合、目標と判定し、他の目標候補の相対距離差が存在せず、かつ、ＪＥＭと判定された目標候補がない場合、第２の目標候補と判定する。第２の目標候補は、さらに送信周波数を変更して処理を続行する。そして目標判定手段２０９Ｂは、目標とＪＥＭの判定結果を目標相対速度算出手段２１０に出力する。
【００６５】
以上のようにこの実施の形態によれば、異なる送信周波数で観測した目標とＪＥＭの仮の相対距離が所定仮の相対距離範囲内になり目標とＪＥＭの判定が困難であったが、異なる送信周波数で観測された信号を用いて、相対距離差算出手段２１１により目標とＪＥＭの相対距離差を算出し、目標判定手段２０９Ｂは目標がＪＥＭと異なる相対距離差に算出されないことを利用し、目標とＪＥＭを判定するため、誤った目標相対速度を算出することがなくなり、目標検出性能と目標相対速度算出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることができる。また、相対距離差を用いているが、位相差の差を用いた場合も同様の効果を得ることが可能である。
【００６６】
また、距離分解能ΔＲで信号処理性能を持つマッチドフィルタの場合は通過帯域Δｆのフィルタが必要に比べ、この実施の形態は通過帯域Δｆと比べ十分小さい通過帯域でよい狭帯域フィルタで同等の距離分解能を得ることが可能で、装置規模の縮小が可能になる。また、装置規模の縮小が可能のため、距離高分解能で観測し、短い観測時間で目標とＪＥＭの判定が可能になる。
【００６７】
また、周波数領域変換手段２０６Ｂを備えたことにより、窓関数処理を行うことにより目標候補のサイドローブが低減され、隣接する目標候補への影響が低減し、正しく仮の相対距離を算出することが可能になる。
【００６８】
実施の形態３．
図２２はこの発明の実施の形態３に係わるレーダ装置の構成を示す図である。この実施の形態における構成は、上記実施の形態２における構成と比較すると、信号処理器２０５Ｃが、目標相対速度算出手段２１０に代えて目標相対速度算出手段２１０Ｂを備えている点が異なっている。
【００６９】
図２３は目標が検出されない場合の目標候補の相対距離差を説明するための図である。上記実施の形態の目標相対速度算出手段２１０は、目標と判定された目標候補の相対速度を目標相対速度として算出しており、図２３に示すように目標候補から目標と判定されない場合、目標相対速度を算出することができなくなる。
【００７０】
この実施の形態は、上記の場合においても目標相対速度を算出するためのものであり、以下、図２３の場合を例として上記実施の形態２と異なる部分について説明する。
【００７１】
目標相対速度算出手段２１０Ｂは、次式(３２)により目標相対速度を算出する。目標相対速度算出手段２１０Ｂは、算出した目標相対速度を表示器２０に出力する。
【００７２】
【数１７】
【００７３】
以上のようにこの実施の形態によれば、目標候補に目標が含まれていない場合においても、異なる送信周波数で観測された信号を用いて、目標相対速度算出手段２１０Ｂにより相対距離差から目標相対速度を算出することが可能になり、目標検出性能と目標相対速度算出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることができる。
【００７４】
なお、この発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
【符号の説明】
【００７５】
１ 空中線、２ 送信機、３ 送受切替器、４ 受信機、２０５Ａ，２０５Ｂ，２０５Ｃ 信号処理器、２０６，２０６Ｂ 周波数領域変換手段、２０７ 目標候補検出手段、２０８ 仮の相対距離算出手段、２０９，２０９Ｂ 目標判定手段、２１０，２１０Ｂ 目標相対速度算出手段、２１１ 相対距離差算出手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標との相対速度を算出し目標検出を行うレーダ装置であって、
周波数が異なるキャリア信号を所定の時間間隔でパルス変調した送信信号を放射する送信手段と、
前記目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信する受信手段と、
前記受信手段で受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、
前記周波数領域変換手段で変換された前記周波数領域の受信信号における信号の強度に基づく演算処理を行い、目標候補を検出するとともに、目標候補の相対速度を算出する目標候補検出手段と、
前記目標候補検出手段で異なるキャリア周波数で検出された前記目標候補の位相差を算出しこの位相差から目標候補の仮の相対距離を算出する仮の相対距離算出手段と、
前記仮の相対距離算出手段から入力された目標候補の仮の相対距離に基づき目標候補を判定する目標判定手段と、
前記目標判定手段で目標と判定された目標候補の相対速度を目標候補検出手段で算出された目標の相対速度として算出する目標相対速度算出手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記目標判定手段は、前記仮の相対距離算出手段から入力された目標候補の仮の相対距離から、目標候補の仮の相対距離の所定距離範囲内に他の目標候補の仮の相対距離が存在する場合にＪＥＭと判定し、他の目標候補の仮の相対距離が存在しない場合に目標と判定する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】
前記仮の相対距離算出手段から入力された仮の相対距離により、異なる送信周波数で得られた目標候補の仮の相対距離差を算出する相対距離差算出手段をさらに備え、前記目標判定手段が、前記相対距離差算出手段から入力された目標候補の相対距離差に基づき目標候補を判定する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】
前記目標判定手段は、前記相対距離差算出手段から入力された目標候補の仮の相対距離差から、目標候補の相対距離差の所定距離差範囲内に他の目標候補の相対距離差が存在する場合にＪＥＭと判定し、他の目標候補の相対距離差が存在せずかつＪＥＭと判定された目標候補が存在しない場合に第２の目標候補と判定することを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記目標相対速度算出手段は、前記相対距離差算出手段からの相対距離差により目標相対速度を算出することを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記周波数領域変換手段は、隣接する目標候補の信号からの影響を低減するために、前記受信手段で受信された時間領域の受信信号に対して窓関数処理を加えて行った後、前記受信手段で受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記周波数領域変換手段は、目標候補の最大強度を高精度に算出できるように、前記受信手段で受信された時間領域の受信信号を時間領域の受信信号の点数よりも多い点数で周波数領域に変換することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１】
目標との相対速度を算出し目標検出を行うレーダ装置であって、
周波数が異なるキャリア信号を所定の時間間隔でパルス変調した送信信号を放射する送信手段と、
前記目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信する受信手段と、
前記受信手段で受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、
前記周波数領域変換手段で変換された前記周波数領域の受信信号における信号の強度に基づく演算処理を行い、目標候補を検出するとともに、目標候補の相対速度を算出する目標候補検出手段と、
前記目標候補検出手段で異なるキャリア周波数で検出された前記目標候補の位相差を算出しこの位相差から目標候補の仮の相対距離を算出する仮の相対距離算出手段と、
前記仮の相対距離算出手段から入力された目標候補の仮の相対距離に基づき目標候補を判定する目標判定手段と、
前記目標判定手段で目標と判定された目標候補の相対速度を目標候補検出手段で算出された目標の相対速度として算出する目標相対速度算出手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記目標判定手段は、前記仮の相対距離算出手段から入力された目標候補の仮の相対距離から、目標候補の仮の相対距離の所定距離範囲内に他の目標候補の仮の相対距離が存在する場合にＪＥＭと判定し、他の目標候補の仮の相対距離が存在しない場合に目標と判定する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】
前記仮の相対距離算出手段から入力された仮の相対距離により、異なる送信周波数で得られた目標候補の仮の相対距離差を算出する相対距離差算出手段をさらに備え、前記目標判定手段が、前記相対距離差算出手段から入力された目標候補の相対距離差に基づき目標候補を判定する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】
前記目標判定手段は、前記相対距離差算出手段から入力された目標候補の仮の相対距離差から、目標候補の相対距離差の所定距離差範囲内に他の目標候補の相対距離差が存在する場合にＪＥＭと判定し、他の目標候補の相対距離差が存在せずかつＪＥＭと判定された目標候補が存在しない場合に第２の目標候補と判定することを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記目標相対速度算出手段は、前記相対距離差算出手段からの相対距離差により目標相対速度を算出することを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記周波数領域変換手段は、隣接する目標候補の信号からの影響を低減するために、前記受信手段で受信された時間領域の受信信号に対して窓関数処理を加えて行った後、前記受信手段で受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記周波数領域変換手段は、目標候補の最大強度を高精度に算出できるように、前記受信手段で受信された時間領域の受信信号を時間領域の受信信号の点数よりも多い点数で周波数領域に変換することを特徴とする請求項１から５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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１１−１２７９６１（Ｐ２０１１−１２７９６１Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８５３０７（Ｐ２００９−２８５３０７）
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【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２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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