レーダ装置
【課題】クラッタの比較的強い環境下で観測信号を取得した場合でも、高精度に目標信号を抽出することのできるレーダ装置を得る。
【解決手段】電波を送受信して観測信号を取得するレーダ信号取得部１０と、観測信号に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部４０と、移動平均処理部４０で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部５０と、目標信号切出し処理部５０からの出力結果を格納する出力格納部６０とを備えている。
【解決手段】電波を送受信して観測信号を取得するレーダ信号取得部１０と、観測信号に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部４０と、移動平均処理部４０で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部５０と、目標信号切出し処理部５０からの出力結果を格納する出力格納部６０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、地上または海上の静止目標を検出および抽出する機能を備えたレーダ装置に関し、特に、航空機などのプラットフォームに搭載されて、上空から電波を送受信することにより地表面や海面の付近を観測し、地表面や海面の付近に存在する目標を検出および抽出するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーダ装置において、上空から電波を送受信して地表面や海上面を観測する際には、目標信号（目標からの反射波）の他に、地表面や海面上のグランドクラッタまたはシークラッタ（以下、単に「クラッタ」という）からの不要な反射波が観測される場合がある。
【０００３】
特に、図１５に示すように、航空機に搭載されたレーダ装置１００から地上の目標Ｔを観測する際には、目標Ｔからの反射信号Ｗｔのみならず、クラッタ（地面）Ｃからの強い反射信号Ｗｃが観測されるので、レンジ（距離）方向の受信信号強度を示す観測信号（レンジプロフィール、または、パワーレンジプロフィールと称される）から目標Ｔを検出する際の抽出精度が低下する問題がある。
【０００４】
なお、図１５の環境下であっても、仮に目標Ｔが移動している場合には、クラッタＣからの反射信号Ｗｃと目標Ｔからの反射信号Ｗｔとの各ドップラー周波数が互いに異なることに注目して、クラッタＣと目標Ｔとを分別することができる。
しかし、目標Ｔが静止している場合には、目標ＴとクラッタＣとの各ドップラー周波数が相違しなくなるので、目標Ｔの検出および抽出が困難になる。
【０００５】
そこで、クラッタＣからの反射信号Ｗｃが高い電力値を示した際の目標Ｔの誤検出を防止するために、従来から、ウィンドウおよび閾値を用いて目標信号を抽出する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
図１６は特許文献１に記載された従来のレーダ装置による目標信号抽出手順を示す機能ブロック図である。図１６において、従来のレーダ装置１００は、レーダ信号取得部１と、ウィンドウ処理部２と、目標信号判定処理部３と、出力格納部４とを備えている。
【０００７】
図１５、図１６において、まず、レーダ信号取得部１は、航空機に搭載されたレーダ装置１００を用いて観測を行い、観測信号（レンジプロフィール）を取得する。
続いて、ウィンドウ処理部２は、所定のウィンドウ内に含まれるレンジプロフィールに対して、あらかじめ設定された閾値との比較に基づく信号処理を行う。具体的には、ウィンドウ処理部２は、閾値よりも高い電力（振幅）を示す信号を、目標Ｔからの信号と判定する。
【０００８】
次に、目標信号判定処理部３は、ウィンドウ処理部２からの閾値処理結果を用いて、ウィンドウ内の観測信号が目標Ｔからの信号であるか否かを判定する。
ここでは、ウィンドウ内に含まれるレンジプロフィール（観測信号）が、すべてのレンジビンで目標信号として検出された場合に、「ウィンドウ内に含まれる観測信号は、目標Ｔからの信号である」と判定し、ウィンドウ内の一部のレンジビンで目標信号として検出されない場合には、クラッタＣからの信号であると判定する。
最後に、出力格納部４は、目標信号判定処理部３からの出力結果を格納する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−２８０５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１に記載の従来のレーダ装置は、観測信号から目標信号を抽出する際に、観測信号の最大値から所定電力（または、所定振幅）だけ低下した閾値に基づく信号処理により目標信号を抽出しているので、クラッタからの反射信号レベルが比較的高い環境下で観測信号を取得した場合には、クラッタを目標として誤抽出してしまい、目標の抽出精度が低下するという課題があった。
【００１１】
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、異なる角度で観測したパワーレンジプロフィール（または、偏波情報）と、抽出対象となる目標情報とを利用することにより、クラッタの比較的強い環境下で観測信号を取得した場合でも、高精度に目標信号を抽出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】
【００１２】
この発明に係るレーダ装置は、電波を送受信して観測信号を取得するレーダ信号取得部と、観測信号に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部と、移動平均処理部で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部と、目標信号切出し処理部からの出力結果を格納する出力格納部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、クラッタからの反射信号レベルが比較的高い環境下で観測信号を取得した場合でも、高精度に目標信号を抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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機能ブロック図である。
【図２】図１内のレーダ信号取得部の具体的構成を示すブロック図である。
【図３】図１内の目標検出処理部によるパワーレンジプロフィールを示す説明図である。
【図４】図１内の目標検出処理部の動作を概念的に示す説明図である。
【図５】図１内の探索範囲設定処理部による探索範囲を示す説明図である。
【図６】図１内の移動平均処理部による探索範囲内のウィンドウを示す説明図である。
【図７】この発明における実施の形態２に係るレーダ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図８】図７内の多偏波観測信号取得部の具体的構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態２による目標信号切出範囲の決定処理を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による目標信号切出範囲の決定処理を示す説明図である。
【図１１】この発明における実施の形態３に係るレーダ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】図１１内の複数レーダ信号取得部の具体的構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態３におけるレーダ装置と目標との関係を図式的に示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態３における反射信号のビームパターンを示す説明図である。
【図１５】従来のレーダ装置と目標との関係を図式的に示す説明図である。
【図１６】従来のレーダ装置による目標信号抽出手順を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の概略構成を示す機能ブロック図である。なお、この発明の実施の形態１においても、レーダ装置１００と目標Ｔとの関係は、図１５に示した通りである。
【００１６】
図１において、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置は、レーダ信号取得部１０と、目標検出処理部２０と、探索範囲設定処理部３０と、移動平均処理部４０と、目標信号切出し処理部５０と、出力格納部６０とを備えている。
【００１７】
レーダ信号取得部１０は、航空機に搭載したレーダによる観測を行い、レンジプロフィール（観測信号）を取得する。
目標検出処理部２０は、レーダ信号取得部１０内の受信信号記憶部１５（図２とともに後述する）に格納されているレンジプロフィールにおいて目標Ｔを検出する。
【００１８】
探索範囲設定処理部３０は、目標検出処理部２０の検出結果を用いて、レンジプロフィールにおける目標抽出の探索範囲（図５とともに後述する）を設定する。
移動平均処理部４０は、ウィンドウ決定処理部を含み、抽出対象となる目標サイズなどの情報をもとに、目標信号の抽出のためのウィンドウサイズを決定する。
【００１９】
移動平均処理部４０は、探索範囲設定処理部３０で設定した探索範囲において、ウィンドウ決定処理部で設定したウィンドウによる移動平均処理を行う。
【００２０】
目標信号切出し処理部５０は、移動平均処理部４０で算出した各位置における観測信号の平均値を指標として、観測信号（パワーレンジプロフィール）において目標が含まれる領域を抽出する。
出力格納部６０は、目標信号切出し処理部５０の出力結果を格納する。
【００２１】
図２は図１内のレーダ信号取得部１０の構成を示すブロック図である。
図２において、レーダ信号取得部１０は、パルス信号を生成する送信機１１と、送信機１１からのパルス信号の送受方向を切換える送受切換器１２と、送受信アンテナ１３と、受信機１４と、受信機１４からのデジタル受信信号（観測信号）を記憶する受信信号記憶部１５を有する。
【００２２】
送受信アンテナ１３は、送信機１１から送受切換器１２を介して入力されるパルス信号を、空間に放射するとともに、観測対象によって散乱された反射信号を受信する。
【００２３】
受信機１４は、送受信アンテナ１３から送受切換器１２を介して受信された散乱波（反射信号）を、デジタル受信信号として受信信号記憶部１５に格納する。
受信信号記憶部１５は、受信機１４で受信処理されたデジタル受信信号（観測信号）を一時的に保存する。
【００２４】
次に、図２および図１５とともに、図３〜図６を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１による処理動作について説明する。
まず、図２に示したレーダ信号取得部１０の動作について説明する。
図２において、送信機１１で生成されたパルス信号は、送受切換器１２を介して、送受信アンテナ１３に送出される。送受信アンテナ１３は、送信機１１で生成したパルス信号を空間に放射させる。
【００２５】
空間に放射されたパルス信号は、観測対象（目標Ｔ、クラッタＣ）によって散乱され、観測対象で散乱された反射信号（Ｗｔ、Ｗｃ）は、送受信アンテナ１３によって受信される。また、送受信アンテナ１３で受信された観測対象からの散乱波（受信信号）は、送受切換器１２を介して、受信機１４に入力される。
【００２６】
受信機１４は、受信信号に対して、位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を行い、各受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を生成し、観測信号として受信信号記憶部１５に一時保存させる。
【００２７】
受信信号記憶部１５に記憶される受信信号（観測信号）は、レンジビンｎに対応したＳ（ｎ）で表すことができる。ここで、ｎ（＝１、２、・・・、Ｎ）は、レンジ方向の観測ビン番号であり、Ｎはレンジビン数である。
受信信号Ｓ（ｎ）には、各レンジビンｎにおける振幅および位相が格納されている。
【００２８】
次に、図１に示すように、レーダ信号取得部１０によって取得された観測信号（観測対象からの受信信号）は、目標検出処理部２０に送出される。
目標検出処理部２０は、受信信号Ｓ（ｎ）（レンジプロフィール）を用いて、各レンジビンｎにおける受信電力を計算し、受信電力のレンジ方向の分布（パワーレンジプロフィール）を求める。なお、ここでは、電力値を用いたが、振幅を用いてもよい。
【００２９】
図３はパワーレンジプロフィールを示す説明図であり、図３において、横軸はレンジ、縦軸は電力（パワー）Ｐを示している。
各レンジビンｎにおける電力Ｐ（ｎ）は、以下の式（１）のように表される。
【００３０】
【数１】
【００３１】
次に、目標検出処理部２０は、式（１）のように算出した電力Ｐ（ｎ）から、電力最大値Ｐｍａｘを示すレンジビンｎｔｇｔｍａｘを、以下の式（２）のように探索する。
【００３２】
【数２】
【００３３】
式（１）において、
【数３】
は、ある関数ｆ（ｎ）を最大にする「ｎ」を求める演算子である。
図４は目標検出処理部２０の動作を概念的に示す説明図であり、電力最大値Ｐｍａｘを示すレンジビンｎｔｇｔｍａｘを示している。
【００３４】
ここでは、レンジプロフィールで観測された目標は、単一の目標とし、「目標の受信信号の最大値は、観測されたレンジプロフィールにおいても最大である」という仮定に基づき、パワーレンジプロフィールにおける最大値を探索し、これを目標からの信号として説明する。
【００３５】
なお、ここでの詳細説明は割愛するが、パワーレンジプロフィール内に複数の目標が存在するような場合には、想定される目標の個数の点を抽出したうえで、以下の目標信号の抽出手順を繰り返し実行すればよい。
【００３６】
図１に戻り、続いて、探索範囲設定処理部３０は、受信信号Ｓ（ｎ）から目標信号の抽出するための概略的な探索範囲Ｚを、あらかじめ切出す。
図５は探索範囲Ｚを示す説明図であり、前述（図３、図４参照）と同様のものについては、前述と同一符号が付されている。
【００３７】
図５において、探索範囲設定処理部３０により切出される探索範囲Ｚは、検出した目標の最大輝点（レンジビンｎｔｇｔｍａｘ）を中心とした領域である。
探索範囲Ｚは、観測対象となる目標の大きさＲｔｇｔに応じて、以下の式（３）のように抽出される。
【００３８】
【数４】
【００３９】
なお、レーダ装置がメモリや演算機能を十分に有している場合には、取得したパワーレンジプロフィールに対して、直ちに、以下の移動平均処理部４０および目標信号切出し処理部５０の目標信号抽出処理を適用することが可能なので、上記の目標検出処理部２０および探索範囲設定処理部３０の処理は、必ずしも必要ではなく、省略することもできる。
しかし、航空機などに搭載されたレーダ装置１００（図１５）の環境下では、メモリや演算装置の容量に制約があることが予想されるので、上記処理を行うことにより、メモリや演算装置の容量を節減可能にしている。
【００４０】
図１に戻り、次に、移動平均処理部４０は、探索範囲設定処理部３０で切出された探索範囲Ｚ内のパワーレンジプロフィールに対して、あらかじめ設定した任意の大きさのウィンドウを用いて、各レンジビンｎにおいてウィンドウに含まれるパワーレンジプロフィールの平均値を算出する。
【００４１】
このとき設定されるウィンドウの大きさは、どのような大きさのものを用いても構わないが、ここでは、観測対象となる目標の大きさＲｔｇｔとする。
なお、観測対象となる目標が複数種類存在する場合には、各目標における最大の大きさのウィンドウや、各目標の大きさのウィンドウをそれぞれ用意し、移動平均処理を行うことなどが可能である。複数のウィンドウを用いた場合についても、各ウィンドウの大きさについて以下の処理を実行すればよく、拡張は容易である。
移動平均処理部４０における平均化処理は、以下の式（４）のように表される。
【００４２】
【数５】
【００４３】
ここで、図６を参照しながら、移動平均処理部４０で算出される平均値について説明する。
図６は探索範囲Ｚ内のウィンドウを示す説明図であり、各ウィンドウに対応した第１平均算出位置Ｚ１、第２平均算出位置Ｚ２および第３平均算出位置Ｚ３を示している。
図６において、第１〜第３平均算出位置Ｚ１〜Ｚ３は、互いに異なる位置におけるパワーレンジプロフィールの平均値を算出する領域である。
【００４４】
また、目標信号Ｚｏは、パワーレンジプロフィールにおいて観測対象となる目標信号が位置している領域である。
したがって、図６内の第２平均算出位置Ｚ２における平均値は、目標信号Ｚｏの平均値を算出した結果となる。
【００４５】
各平均算出位置Ｚ１〜Ｚ３で算出された平均値のうち、第１平均算出位置Ｚ１の信号がクラッタ信号であることから、第１平均算出位置Ｚ１で算出される平均値は、クラッタの平均値であることが期待される。
同様に、第３平均算出位置Ｚ３で算出される平均値も、クラッタの平均値であることが期待される。
【００４６】
一方、第２平均算出位置Ｚ２で算出される平均値は、目標信号の平均値であることが期待される。
つまり、「目標からの信号電力が、クラッタからの信号電力よりも、わずかでも高い値を示しているのであれば」、各位置Ｚ１〜Ｚ３における平均値を比較した場合に、第２平均算出位置Ｚ２で算出される平均値が最も高い値を示すことになる。
【００４７】
図１に戻り、次に、目標信号切出し処理部５０は、移動平均処理部４０で算出した各位置Ｚ１〜Ｚ３の平均値を指標として、観測対象となる目標の信号の位置する範囲を特定し、その領域に含まれる目標信号を抽出する。
各ウィンドウに対応した位置Ｚ１〜Ｚ３（たとえば、幅７ｍ）は、レンジビン（たとえば、幅１ｍ）よりも大きく、それぞれ複数のレンジビンを含む。また、ウィンドウ数は３個に限らず、任意数に設定され得る。
【００４８】
このときの目標信号の抽出は、各ウィンドウ（各位置Ｚ１〜Ｚ３）で算出された平均値を比較して、平均値が最大となるウィンドウ位置に含まれる信号を抽出することにより行われる。
したがって、目標信号Ｓｔｇｔ（ｎ）は、以下の式（５）のように抽出される。
【００４９】
【数６】
【００５０】
式（５）内のｎｔｇｔは、平均値が最大を示すレンジビンを表し、以下の式（６）で与えられる。
【００５１】
【数７】
【００５２】
最後に、出力格納部６０は、目標信号切出し処理部５０が抽出した目標信号Ｓｔｇｔ（ｎ）を格納する。
【００５３】
以上の通り、この発明の実施の形態１（図１、図２）に係るレーダ装置は、電波を送受信して観測信号（レンジプロフィール）を取得するレーダ信号取得部１０と、観測信号に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部４０と、移動平均処理部４０で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部５０と、目標信号切出し処理部５０からの出力結果を格納する出力格納部６０とを備えている。
【００５４】
また、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置は、レーダ信号取得部１０からの観測信号に基づき目標信号を検出する目標検出処理部２０と、目標検出処理部２０により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、目標信号の探索範囲Ｚを設定する探索範囲設定処理部３０とを備えている。
移動平均処理部４０は、探索範囲設定処理部３０からの探索範囲Ｚに基づき、各レンジビンにおける平均値を算出する。
【００５５】
これにより、観測信号（パワーレンジプロフィール）を用いて目標を検出した後に、観測対象となる目標の情報（大きさ）に基づき、あらかじめ設定したウィンドウを用いて、パワーレンジプロフィールを移動平均処理し、算出された各位置における平均値を比較して、最大となる平均値を示す位置におけるウィンドウに含まれる信号を目標信号として抽出することが可能となる。
したがって、目標信号の受信電力のすべてがクラッタよりも高い値を示していない場合でも、目標信号を高精度に抽出することが可能となる。
【００５６】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１〜図６）では、単一の送受信アンテナ１３を用いて単偏波のパルス信号を送受信したが、図７、図８に示すように、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂを用いて、複数の偏波チャネルごとにパルス信号を送受信してもよい。なお、この発明の実施の形態２においても、レーダ装置１００と目標Ｔとの関係は、図１５に示した通りである。
【００５７】
図７はこの発明における実施の形態２の概略構成を示す機能ブロック図であり、前述（図１）と同様の部分については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
また、図８は図７内の多偏波観測信号取得部１０Ａの具体的構成を示すブロック図であり、前述（図２）と同様の部分については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００５８】
図７において、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置は、前述（図１）の各処理部２０〜５０および出力格納部６０に加えて、多偏波観測信号取得部１０Ａと、偏波信号処理部２０Ａと、パワーレンジプロフィール選択部５０Ａとを備えている。
【００５９】
多偏波観測信号取得部１０Ａは、複数の偏波チャネルで送受信を行い、得られた偏波チャネルごとのレンジプロフィールを格納する。
また、偏波信号処理部２０Ａは、多偏波観測により得られた複数の偏波チャネルにおけるレンジプロフィールに対して偏波信号処理を適用する。
さらに、パワーレンジプロフィール選択部５０Ａは、複数のパワーレンジプロフィールの結果から、目標信号を抽出するために用いるパワーレンジプロフィールを選択する。
【００６０】
図８において、多偏波観測信号取得部１０Ａは、前述（図２）の送信機１１、送受切換器１２および受信機１４に加えて、第１偏波送受信アンテナ１３ａと、第２偏波送受信アンテナ１３ｂと、受信偏波信号記憶部１５Ａと、偏波切換器１６とを備えている。
【００６１】
以下、図８とともに、図９および図１０を参照しながら、図７に示したこの発明の実施の形態２による処理動作について説明する。
まず、図８に示した多偏波観測信号取得部１０Ａの動作について説明する。
【００６２】
図８において、偏波切換器１６は、送信機１１から送受切換器１２を介してパルス信号が入力された際に、第１偏波送受信アンテナ１３ａのみを駆動させて、第１偏波のパルス信号を第１偏波送受信アンテナ１３ａより空間に放射する。
また、偏波切換器１６は、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂの双方を駆動して、観測対象からの散乱波を、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂでそれぞれ受信する。
【００６３】
ここで、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂの各偏波特性は、互いに直交する関係を有する。
なお、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂにおける各偏波特性が互いに直交する組み合わせとしては、垂直偏波と水平偏波との組み合わせや、右旋円偏波と左旋円偏波との組み合わせなどが考えられる。
【００６４】
続いて、偏波切換器１６は、送信機１１から送受切換器１２を介して再び入力されたパルス信号を、第２偏波送受信アンテナ１３ｂから観測対象に照射し、観測対象により散乱された散乱波を、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂの双方で受信する。
【００６５】
なお、第１偏波チャネルの受信信号は、第１偏波送受信アンテナ１３ａで送信して、第１偏波送受信アンテナ１３ａで受信した信号として定義する。
また、第２偏波チャネルの受信信号は、第１偏波送受信アンテナ１３ａで送信して、第２偏波送受信アンテナ１３ｂで受信した信号とし、第３偏波チャネルの受信信号は、第２偏波送受信アンテナ１３ｂで送信して、第２偏波送受信アンテナ１３ｂで受信した信号として定義する。
さらに、第４偏波チャネルの受信信号は、第２偏波送受信アンテナ１３ｂで送信して、第１偏波送受信アンテナ１３ａで受信した信号として定義する。
【００６６】
ここで、レーダ装置がモノスタティック構成であって、各偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂの位置が等しい場合には、第２偏波チャネルおよび第４偏波チャネルの各信号は等しい。
このことは、公知文献（たとえば、山口著「レーダポーラリメトリの基礎と応用−偏波を用いたリモートセンシング−」社団法人 電子情報通信学会、２００７）に示されており、周知である。
【００６７】
したがって、以下の説明では、第４偏波チャネルの信号は用いず、第１〜第３偏波チャネルの受信信号を用いることとする。なお、偏波チャネルの数が３つ以上の場合の拡張は容易である。
以上のように取得された３つの偏波チャネルの受信信号は、送受切換器１２および受信機１４を介して、受信偏波信号記憶部１５Ａに一時保存される。
【００６８】
受信偏波信号記憶部１５Ａには、各レンジビンｎにおける散乱ベクトルｋ（ｎ）が記憶され、散乱ベクトルｋ（ｎ）は、以下の式（７）により表される。
【００６９】
【数８】
【００７０】
式（７）において、Ｓｐ（ｐ＝１、２、３）は、第ｐ偏波チャネルの信号を表す複素数である。
式（７）のように、各レンジビンｎにおける信号は、３次元の複素ベクトル量で表現される。この複素ベクトルは、各レンジビンｎにおける散乱の偏波特性を表現しており、その向きが偏波特性、長さが散乱強度を表す量である。
【００７１】
次に、図７において、偏波信号処理部２０Ａは、多偏波観測信号取得部１０Ａによって取得された各偏波チャネルのレンジプロフィールに対して、偏波信号処理を適用する。
なお、偏波信号処理としては、全偏波の電力の総和である全電力の算出処理、または、クラッタ抑圧処理などが考えられる。
クラッタ抑圧処理については、公知文献（たとえば、諏訪、山本、野中、今村、桐本、他「ポラリメトリックノッチフィルタを用いた目標検出方式」信学（Ｂ）Ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｂ、ｎｏ．１、ｐｐ６０−６９、Ｊａｎ．２００４）に記載されている。
【００７２】
上記偏波信号処理技術は、いずれも周知であり、これらの処理のうち、どれか１つ以上の偏波信号処理技術を、偏波信号処理部２０Ａとして適用すればよく、その種類や適用数はここでは問わない。
たとえば、前者の全電力Ｐａｌｌ（ｎ）の算出処理は、以下の式（８）で表される。
【００７３】
【数９】
【００７４】
式（８）に示す通り、全電力Ｐａｌｌ（ｎ）は、散乱ベクトルｋ（ｎ）の長さの２乗で定義される値であり、散乱強度を表す指標として利用される値である。
式（８）で得られたＰａｌｌ（ｎ）は、レンジビンｎごとに全電力の値をもつパワーレンジプロフィールである。
【００７５】
以下、パワーレンジプロフィール選択部５０Ａは、多偏波観測信号取得部１０Ａで得られた各偏波チャネルにおけるパワーレンジプロフィールや、偏波信号処理部２０Ａで算出された偏波信号処理後のパワーレンジプロフィールなどの、複数個のパワーレンジプロフィールに基づき、目標信号切出し処理部５０によって得られる各目標位置抽出結果から、最終的に出力するものを選択する。
【００７６】
図９は目標信号切出範囲Ｚｏ１の最終的な決定方法を示す説明図であり、探索範囲Ｚの設定処理後における第１偏波チャネルのパワーレンジプロフィールを示している。
図１０は目標信号切出範囲Ｚｏ２の最終的な決定方法を示す説明図であり、探索範囲Ｚの設定処理後における第２偏波チャネルのパワーレンジプロフィールを示している。
【００７７】
ここでは、第１偏波チャネルの受信信号と第２偏波チャネルの受信信号との２種類のパワーレンジプロフィールの結果の比較から、最終的な結果を選択する方法について説明する。なお、２つ以上のパワーレンジプロフィールの結果が入力された場合でも、その拡張は容易である。
【００７８】
図９において、目標信号切出範囲Ｚｏ１は、第１偏波チャネルで観測したパワーレンジプロフィールから推定した目標信号が位置する領域であり、背景信号範囲Ｚｃ１は、クラッタであると推定された領域である。
【００７９】
図１０において、目標信号切出範囲Ｚｏ２は、第２偏波チャネルで観測したパワーレンジプロフィールから推定した目標信号が位置する領域であり、背景信号範囲Ｚｃ２は、クラッタであると推定された領域である。
【００８０】
この場合、図９に示すように、第１偏波チャネルで観測したパワーレンジプロフィールの信号クラッタ比ＳＣＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｃｌｕｔｔｅｒ Ｒａｔｉｏ）は高く、また、図１０に示すように、第２偏波チャネルで観測したパワーレンジプロフィールの信号クラッタ比ＳＣＲは低いものとしている。
【００８１】
目標信号の抽出精度は、信号クラッタ比ＳＣＲに依存するので、信号クラッタ比ＳＣＲが低いパワーレンジプロフィールから推定された結果は、その精度が低いことが予想される。
そこで、パワーレンジプロフィール選択部５０Ａは、信号クラッタ比ＳＣＲを指標として、図９、図１０に示した２つのパワーレンジプロフィールの結果から、最終的に出力する結果を選択する。
【００８２】
評価の指標として用いられる各パワーレンジプロフィールの信号クラッタ比ＳＣＲは、各パワーレンジプロフィールにおいて、目標信号が位置すると判定された領域（目標信号切出範囲Ｚｏ１、Ｚｏ２）と、クラッタを判定された領域（背景信号範囲Ｚｃ１、Ｚｃ２）との平均値の比から算出される。
【００８３】
したがって、パワーレンジプロフィールの信号クラッタ比ＳＣＲｐは、以下の式（９）のように表される。
【００８４】
【数１０】
【００８５】
式（９）において、
【数１１】
は、各パワーレンジプロフィールにおける目標領域の平均値である。
また、式（９）の分母
【数１２】
は、クラッタと判定された領域の平均値を表す。
【００８６】
パワーレンジプロフィール選択部５０Ａは、式（９）で算出された各パワーレンジプロフィールの信号クラッタ比ＳＣＲｐを比較し、最大となるパワーレンジプロフィールの結果を出力格納部６０に格納させる。
【００８７】
以上のように、この発明の実施の形態２（図７、図８）に係るレーダ装置は、複数の偏波チャネルごとに送受信を行い、多偏波レンジプロフィールを生成する多偏波観測信号取得部１０Ａと、多偏波観測信号取得部１０Ａで観測した多偏波レンジプロフィールを偏波信号処理する偏波信号処理部２０Ａと、偏波信号処理部２０Ａからの処理結果に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部４０と、移動平均処理部４０で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部５０と、目標信号切出し処理部５０からの複数のパワーレンジプロフィールの出力結果から最終的な出力結果を選択するパワーレンジプロフィール選択部５０Ａとを備えている。
【００８８】
また、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置は、偏波信号処理部２０Ａからの処理結果に基づき目標信号を検出する目標検出処理部２０と、目標検出処理部２０により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、目標信号の探索範囲を設定する探索範囲設定処理部３０とを備えている。
移動平均処理部４０は、探索範囲設定処理部３０からの探索範囲に基づき、各レンジビンにおける平均値を算出する
【００８９】
このように、多偏波方式のレーダ装置によって観測した散乱ベクトルｋ（ｎ）を用いることにより、前述の単偏波による散乱強度のみの比較と比べて、目標とクラッタとの偏波特性の相違などを用いることが可能となり、前述の実施の形態１（単偏波）による目標検出では抽出できない環境においても、目標信号を高精度に抽出することが可能となる。
【００９０】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１（図１〜図６）では、レーダ信号取得部１０内の受信信号記憶部１５において、１回の送受信で得られた受信信号を記憶したが、図１１、図１２に示すように、複数レーダ信号取得部１０Ｂ内の複数受信信号記憶部１５Ｂにおいて、複数回の送受信で得られた受信信号を記憶してもよい。
【００９１】
図１１はこの発明における実施の形態３の概略構成を示す機能ブロック図であり、前述（図１）と同様の部分については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
また、図１２は図１１内の複数レーダ信号取得部１０Ｂの具体的構成を示すブロック図であり、前述（図２）と同様の部分については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００９２】
図１１において、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置は、前述（図１）の各処理部２０〜５０および出力格納部６０に加えて、複数レーダ信号取得部１０Ｂと、複数データ処理部２０Ｂと、パワーレンジプロフィール選択部５０Ｂとを備えている。
複数レーダ信号取得部１０Ｂは、複数回の送受信信号を観測し、複数データ処理部２０Ｂは、複数の観測により得られた観測信号を処理する。
【００９３】
図１２において、複数レーダ信号取得部１０Ｂは、前述（図２）の送信機１１、送受切換器１２、送受信アンテナ１３および受信機１４に加えて、複数受信信号記憶部１５Ｂを備えている。
複数受信信号記憶部１５Ｂは、受信機１４から入力される複数回の送受信信号を一時的に記憶する。
【００９４】
ここでは、前述の実施の形態１（図１、図２）の構成に適用して、単偏波のレーダ装置により観測した複数個の信号を用いた場合について説明するが、前述の実施の形態２（図７、図８）の構成に適用して、多偏波観測により得られる散乱行列をさらに複数回観測した結果を用いてもよい。この場合、前述（図８）の多偏波観測信号取得部１０Ａ内の受信偏波信号記憶部１５Ａを、複数受信偏波信号記憶部（図示せず）に変更すればよい。
【００９５】
以下、図１２とともに、図１３および図１４を参照しながら、図１１に示したこの発明の実施の形態３による処理動作について説明する。
まず、図１２に示した複数レーダ信号取得部１０Ｂの動作について説明する。
図１２において、複数レーダ信号取得部１０Ｂは、複数回のパルス信号の送受信による観測を行い、各観測により得られた受信信号を、複数受信信号記憶部１５Ｂに一時的に記憶させる。
【００９６】
図１１において、複数データ処理部２０Ｂは、複数レーダ信号取得部１０Ｂにおいて得られた複数個の受信信号を処理し、処理結果を目標検出処理部２０に入力する。
ここで、目標信号抽出の具体例として、移動するプラットフォームに搭載したレーダ装置１００Ｂによる地上静止目標を観測した場合を用いて説明する。
【００９７】
図１３はこの発明の実施の形態３におけるレーダ装置１００Ｂと目標Ｔとの関係を図式的に示す説明図であり、前述（図１５参照）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。
図１３において、分解能セル１００ａは、レーダ装置１００Ｂのアジマス分解能に関連する。
【００９８】
図１３に示すように、レーダ装置１００Ｂにより遠方の目標Ｔを観測する際には、送受信アンテナ１３のサイズ制限などの影響によって、地表面上での分解能セル１００ａの幅が実質的に広がり、アジマス分解能が小さくなる。
【００９９】
また、クラッタＣ（地面など）の分布ターゲットからの反射信号の強度は、ビームの照射面積によって決定するので、たとえパルス圧縮処理などを適用してレンジ方向の分解能を向上させたとしても、アジマス方向の分解能が十分でない場合には、クラッタＣからの反射強度は大きい値を示すことになる。
【０１００】
一方、図１３のような分布ターゲットからの反射信号は、分解能セル１００ａ内に含まれる散乱点からの各散乱波の重ね合わせとして観測されるので、観測位置が変化した場合には、これらの重ね合わせの様子（スペックルパターン：Ｓｐｅｃｋｌｅ Ｐａｔｔｅｒｎ）が変化する。
【０１０１】
異なる観測位置で分布ターゲットを観測した場合の各観測位置間の信号の相関ρｓｐ、ρｒｏｔは、以下の式（１０）、式（１１）で表されることが知られている。
【０１０２】
【数１３】
【０１０３】
上記式は、公知文献（たとえば、Ｈｏｗａｒｄ Ａ．Ｚｅｂｋｅｒ，ａｎｄ Ｊｏｈｎ Ｖｉｌｌａｓｅｎｏｒ，「Ｄｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｒａｄａｒ Ｅｃｈｏｓ」ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ ＯＮ ＧＥＯＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＲＥＭＯＴＥ ＳＥＮＳＩＮＧ，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．５，ＳＥＰ．１９９２）に記載されており、周知である。
【０１０４】
式（１０）および式（１１）において、θはレーダの入射角、Ｒｙはレンジビン分解能、Ｒｘはアジマス分解能、λは観測波長である。また、｜ｄθ｜は、２回の観測における入射角の変化量であり、｜ｄφ｜はアジマス角の変化量である。
【０１０５】
式（１０）は、２回の観測位置における入射角が異なる場合の相関ρｓｐを表しており、式（１１）は、アジマス角が異なる場合の相関ρｒｏｔを表している。
式（１０）によれば、入射角が異なることによる相関ρｓｐの低下は、レンジビン分解能Ｒｙに依存する。
一方、式（１１）によれば、アジマス角が異なることによる相関ρｒｏｔの低下は、アジマス分解能Ｒｘに依存する。
【０１０６】
図１３において、移動するプラットフォームに搭載されたレーダ装置１００Ｂは、十分なレンジビン分解能Ｒｙを有するものの、アジマス分解能Ｒｘが低いものとし、アジマス方向（分解能セル１００ａの幅方向）に移動しながら複数回の観測を行い、受信信号を得るものとする。
【０１０７】
地表面などの分布ターゲットは、レーダ装置１００Ｂのアジマス分解能Ｒｘが低い場合に、観測するアジマス角がわずかに変化することにより、大きく観測信号間の相関ρｒｏｔが低下することが予想される。
【０１０８】
一方、目標Ｔに関しては、クラッタＣと比較して、異なるアジマス角で観測した場合の相関ρｓｐの低下量が小さいことが予想される。
このことは、図１４に示した反射信号Ｗｔ、Ｗｃのように、目標ＴとクラッタＣとについて、レーダ装置１００Ｂから放射された電波が、目標ＴおよびクラッタＣで再放射される場合のビームパターンとして考えれば分かりやすい。
【０１０９】
図１４において、反射信号Ｗｃは、クラッタＣから再放射される際の仮想的なビームパターンを示し、反射信号Ｗｔは、目標Ｔから再放射される際の仮想的なビームパターンを示している。
【０１１０】
レーダ装置１００Ｂにおけるビームパターンは、電波が放射される開口面が大きいほど先鋭化することが知られている。
クラッタＣには、アジマス方向に広がった電波がそのまま照射されるので、クラッタＣから再放射される電波（反射信号Ｗｃ）の仮想的な開口面は、アジマス分解能と等価である。
【０１１１】
一方、目標Ｔの照射面は、目標Ｔの大きさによって決定する。一般的に、目標サイズは、アジマス分解能（分解能セル１００ａの幅方向）に比べて十分小さいので、目標Ｔの仮想的な開口面は、クラッタＣの開口面に比べて小さくなる。
したがって、図１４に示すように、クラッタＣで再放射される電波（反射信号Ｗｃ）と目標Ｔで再照射される電波（反射信号Ｗｔ）との各ビームパターンを比べれば、目標Ｔの反射信号ＷｔよりもクラッタＣの反射信号Ｗｃの方が先鋭化されている。
【０１１２】
反射信号Ｗｃのように先鋭化されたビームパターンは、アジマス角が変化すると、観測される信号が大きく変化する。
一方、反射信号Ｗｔのようにビームパターンが先鋭化されていない場合には、わずかなアジマス角の変化による信号の変化は小さい。
【０１１３】
このように、異なるアジマス角で観測した信号間では、目標Ｔの反射信号Ｗｔに比べてクラッタＣの反射信号Ｗｃの相関が低い性質を利用し、異なるアジマス角で観測した複数の観測信号を処理することにより、クラッタＣの反射信号Ｗｃを抑圧することが可能である。
【０１１４】
クラッタＣの抑圧処理は、たとえば、異なる角度で観測した信号をインコヒーレントに平均化する処理や、各レンジビンｎについて相関演算を行い、相関のプロフィールを算出する方式などが考えられる。
たとえば、インコヒーレントに平均化する処理は、以下の式（１２）で表される。
【０１１５】
【数１４】
【０１１６】
式（１２）において、Ｓｋ（ｎ）は、各アジマス角で観測したレンジプロフィールであり、ｋは観測番号、Ｋは観測回数である。
上記処理を行うことにより、クラッタＣの受信強度を低下させることが期待でき、クラッタＣを抑圧することが可能である。
【０１１７】
また、レーダ装置１００Ｂのメモリ容量や演算性能が高い場合や、さらに、ＧＰＳなどにより各観測における観測位置を高精度に取得することが可能であるならば、異なるアジマス角での観測を十分に行うことができる。
【０１１８】
たとえば、合成開口処理やＤＢＳ（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｂｅａｍ Ｓｈａｒｐｅｎｉｎｇ）の適用により、レーダ移動によるドプラ周波数をフィルタで細分化して、実ビームよりも狭いビームに分割して高分解能を得ることができ、アジマス方向にも高い分解能を有するデータ生成が可能となる。
なお、合成開口処理については、公知文献（たとえば、大内和夫著「リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎」など）に記載されており、周知である。
【０１１９】
以上のように、この発明の実施の形態３（図１１、図１２）に係るレーダ装置は、複数回の電波の送受信を行い、複数個の観測信号を受信する複数レーダ信号取得部１０Ｂと、複数の観測信号を組み合わせる複数データ処理部２０Ｂと、複数データ処理部２０Ｂからの処理結果に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部４０と、移動平均処理部４０で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部５０と、目標信号切出し処理部５０からの複数のパワーレンジプロフィールの出力結果から最終的な出力結果を選択するパワーレンジプロフィール選択部５０Ｂとを備えている。
【０１２０】
複数レーダ信号取得部１０Ｂは、異なる角度で行う複数回の観測における各観測位置を高精度に計測する観測位置取得部を有し、複数データ処理部２０Ｂは、複数回の観測信号と観測位置取得部の計測結果とから複数個の観測信号の分解能を向上させる高分解能処理部を有する。
【０１２１】
さらに、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置は、複数データ処理部２０Ｂからの処理結果に基づき目標信号を検出する目標検出処理部２０と、目標検出処理部２０により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、目標信号の探索範囲を設定する探索範囲設定処理部３０とを備えており、移動平均処理部４０は、探索範囲設定処理部３０からの探索範囲に基づき、各レンジビンにおける平均値を算出する。
【０１２２】
このように、複数の観測信号を用いた目標信号の抽出を行うことにより、特に、分解能が低いような場合においては、観測位置の違いによる目標ＴとクラッタＣとの相関の低下量の違いを利用したクラッタの抑圧が可能となるので、前述の実施の形態１と比べて、目標信号の抽出精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０ レーダ信号取得部、１０Ａ 多偏波観測信号取得部、１０Ｂ 複数レーダ信号取得部、１１ 送信機、１２ 送受切換器、１３ 送受信アンテナ、１３ａ 第１偏波送受信アンテナ、１３ｂ 第２偏波送受信アンテナ、１４ 受信機、１５ 受信信号記憶部、１５Ａ 受信偏波信号記憶部、１５Ｂ 複数受信信号記憶部、１６ 偏波切換器、２０ 目標検出処理部、２０Ａ 偏波信号処理部、２０Ｂ 複数データ処理部、３０ 探索範囲設定処理部、４０ 移動平均処理部、５０ 目標信号切出し処理部、５０Ａ、５０Ｂ パワーレンジプロフィール選択部、６０ 出力格納部、１００、１００Ｂ レーダ装置、１００ａ 分解能セル、Ｃ クラッタ、Ｔ 目標、Ｗｃ クラッタからの反射信号、Ｗｔ 目標からの反射信号、Ｚ 探索範囲、Ｚ１ 第１平均算出位置、Ｚ２ 第２平均算出位置、Ｚ３ 第３平均算出位置、Ｚｃ１、Ｚｃ２ 背景信号範囲、Ｚｏ 目標信号、Ｚｏ１、Ｚｏ２ 目標信号切出範囲。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地上または海上の静止目標を検出および抽出する機能を備えたレーダ装置に関し、特に、航空機などのプラットフォームに搭載されて、上空から電波を送受信することにより地表面や海面の付近を観測し、地表面や海面の付近に存在する目標を検出および抽出するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーダ装置において、上空から電波を送受信して地表面や海上面を観測する際には、目標信号（目標からの反射波）の他に、地表面や海面上のグランドクラッタまたはシークラッタ（以下、単に「クラッタ」という）からの不要な反射波が観測される場合がある。
【０００３】
特に、図１５に示すように、航空機に搭載されたレーダ装置１００から地上の目標Ｔを観測する際には、目標Ｔからの反射信号Ｗｔのみならず、クラッタ（地面）Ｃからの強い反射信号Ｗｃが観測されるので、レンジ（距離）方向の受信信号強度を示す観測信号（レンジプロフィール、または、パワーレンジプロフィールと称される）から目標Ｔを検出する際の抽出精度が低下する問題がある。
【０００４】
なお、図１５の環境下であっても、仮に目標Ｔが移動している場合には、クラッタＣからの反射信号Ｗｃと目標Ｔからの反射信号Ｗｔとの各ドップラー周波数が互いに異なることに注目して、クラッタＣと目標Ｔとを分別することができる。
しかし、目標Ｔが静止している場合には、目標ＴとクラッタＣとの各ドップラー周波数が相違しなくなるので、目標Ｔの検出および抽出が困難になる。
【０００５】
そこで、クラッタＣからの反射信号Ｗｃが高い電力値を示した際の目標Ｔの誤検出を防止するために、従来から、ウィンドウおよび閾値を用いて目標信号を抽出する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
図１６は特許文献１に記載された従来のレーダ装置による目標信号抽出手順を示す機能ブロック図である。図１６において、従来のレーダ装置１００は、レーダ信号取得部１と、ウィンドウ処理部２と、目標信号判定処理部３と、出力格納部４とを備えている。
【０００７】
図１５、図１６において、まず、レーダ信号取得部１は、航空機に搭載されたレーダ装置１００を用いて観測を行い、観測信号（レンジプロフィール）を取得する。
続いて、ウィンドウ処理部２は、所定のウィンドウ内に含まれるレンジプロフィールに対して、あらかじめ設定された閾値との比較に基づく信号処理を行う。具体的には、ウィンドウ処理部２は、閾値よりも高い電力（振幅）を示す信号を、目標Ｔからの信号と判定する。
【０００８】
次に、目標信号判定処理部３は、ウィンドウ処理部２からの閾値処理結果を用いて、ウィンドウ内の観測信号が目標Ｔからの信号であるか否かを判定する。
ここでは、ウィンドウ内に含まれるレンジプロフィール（観測信号）が、すべてのレンジビンで目標信号として検出された場合に、「ウィンドウ内に含まれる観測信号は、目標Ｔからの信号である」と判定し、ウィンドウ内の一部のレンジビンで目標信号として検出されない場合には、クラッタＣからの信号であると判定する。
最後に、出力格納部４は、目標信号判定処理部３からの出力結果を格納する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−２８０５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１に記載の従来のレーダ装置は、観測信号から目標信号を抽出する際に、観測信号の最大値から所定電力（または、所定振幅）だけ低下した閾値に基づく信号処理により目標信号を抽出しているので、クラッタからの反射信号レベルが比較的高い環境下で観測信号を取得した場合には、クラッタを目標として誤抽出してしまい、目標の抽出精度が低下するという課題があった。
【００１１】
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、異なる角度で観測したパワーレンジプロフィール（または、偏波情報）と、抽出対象となる目標情報とを利用することにより、クラッタの比較的強い環境下で観測信号を取得した場合でも、高精度に目標信号を抽出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】
【００１２】
この発明に係るレーダ装置は、電波を送受信して観測信号を取得するレーダ信号取得部と、観測信号に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部と、移動平均処理部で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部と、目標信号切出し処理部からの出力結果を格納する出力格納部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、クラッタからの反射信号レベルが比較的高い環境下で観測信号を取得した場合でも、高精度に目標信号を抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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機能ブロック図である。
【図２】図１内のレーダ信号取得部の具体的構成を示すブロック図である。
【図３】図１内の目標検出処理部によるパワーレンジプロフィールを示す説明図である。
【図４】図１内の目標検出処理部の動作を概念的に示す説明図である。
【図５】図１内の探索範囲設定処理部による探索範囲を示す説明図である。
【図６】図１内の移動平均処理部による探索範囲内のウィンドウを示す説明図である。
【図７】この発明における実施の形態２に係るレーダ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図８】図７内の多偏波観測信号取得部の具体的構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態２による目標信号切出範囲の決定処理を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による目標信号切出範囲の決定処理を示す説明図である。
【図１１】この発明における実施の形態３に係るレーダ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】図１１内の複数レーダ信号取得部の具体的構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態３におけるレーダ装置と目標との関係を図式的に示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態３における反射信号のビームパターンを示す説明図である。
【図１５】従来のレーダ装置と目標との関係を図式的に示す説明図である。
【図１６】従来のレーダ装置による目標信号抽出手順を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の概略構成を示す機能ブロック図である。なお、この発明の実施の形態１においても、レーダ装置１００と目標Ｔとの関係は、図１５に示した通りである。
【００１６】
図１において、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置は、レーダ信号取得部１０と、目標検出処理部２０と、探索範囲設定処理部３０と、移動平均処理部４０と、目標信号切出し処理部５０と、出力格納部６０とを備えている。
【００１７】
レーダ信号取得部１０は、航空機に搭載したレーダによる観測を行い、レンジプロフィール（観測信号）を取得する。
目標検出処理部２０は、レーダ信号取得部１０内の受信信号記憶部１５（図２とともに後述する）に格納されているレンジプロフィールにおいて目標Ｔを検出する。
【００１８】
探索範囲設定処理部３０は、目標検出処理部２０の検出結果を用いて、レンジプロフィールにおける目標抽出の探索範囲（図５とともに後述する）を設定する。
移動平均処理部４０は、ウィンドウ決定処理部を含み、抽出対象となる目標サイズなどの情報をもとに、目標信号の抽出のためのウィンドウサイズを決定する。
【００１９】
移動平均処理部４０は、探索範囲設定処理部３０で設定した探索範囲において、ウィンドウ決定処理部で設定したウィンドウによる移動平均処理を行う。
【００２０】
目標信号切出し処理部５０は、移動平均処理部４０で算出した各位置における観測信号の平均値を指標として、観測信号（パワーレンジプロフィール）において目標が含まれる領域を抽出する。
出力格納部６０は、目標信号切出し処理部５０の出力結果を格納する。
【００２１】
図２は図１内のレーダ信号取得部１０の構成を示すブロック図である。
図２において、レーダ信号取得部１０は、パルス信号を生成する送信機１１と、送信機１１からのパルス信号の送受方向を切換える送受切換器１２と、送受信アンテナ１３と、受信機１４と、受信機１４からのデジタル受信信号（観測信号）を記憶する受信信号記憶部１５を有する。
【００２２】
送受信アンテナ１３は、送信機１１から送受切換器１２を介して入力されるパルス信号を、空間に放射するとともに、観測対象によって散乱された反射信号を受信する。
【００２３】
受信機１４は、送受信アンテナ１３から送受切換器１２を介して受信された散乱波（反射信号）を、デジタル受信信号として受信信号記憶部１５に格納する。
受信信号記憶部１５は、受信機１４で受信処理されたデジタル受信信号（観測信号）を一時的に保存する。
【００２４】
次に、図２および図１５とともに、図３〜図６を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１による処理動作について説明する。
まず、図２に示したレーダ信号取得部１０の動作について説明する。
図２において、送信機１１で生成されたパルス信号は、送受切換器１２を介して、送受信アンテナ１３に送出される。送受信アンテナ１３は、送信機１１で生成したパルス信号を空間に放射させる。
【００２５】
空間に放射されたパルス信号は、観測対象（目標Ｔ、クラッタＣ）によって散乱され、観測対象で散乱された反射信号（Ｗｔ、Ｗｃ）は、送受信アンテナ１３によって受信される。また、送受信アンテナ１３で受信された観測対象からの散乱波（受信信号）は、送受切換器１２を介して、受信機１４に入力される。
【００２６】
受信機１４は、受信信号に対して、位相検波処理およびＡ／Ｄ変換処理を行い、各受信信号の振幅および位相を示すデジタル受信信号を生成し、観測信号として受信信号記憶部１５に一時保存させる。
【００２７】
受信信号記憶部１５に記憶される受信信号（観測信号）は、レンジビンｎに対応したＳ（ｎ）で表すことができる。ここで、ｎ（＝１、２、・・・、Ｎ）は、レンジ方向の観測ビン番号であり、Ｎはレンジビン数である。
受信信号Ｓ（ｎ）には、各レンジビンｎにおける振幅および位相が格納されている。
【００２８】
次に、図１に示すように、レーダ信号取得部１０によって取得された観測信号（観測対象からの受信信号）は、目標検出処理部２０に送出される。
目標検出処理部２０は、受信信号Ｓ（ｎ）（レンジプロフィール）を用いて、各レンジビンｎにおける受信電力を計算し、受信電力のレンジ方向の分布（パワーレンジプロフィール）を求める。なお、ここでは、電力値を用いたが、振幅を用いてもよい。
【００２９】
図３はパワーレンジプロフィールを示す説明図であり、図３において、横軸はレンジ、縦軸は電力（パワー）Ｐを示している。
各レンジビンｎにおける電力Ｐ（ｎ）は、以下の式（１）のように表される。
【００３０】
【数１】
【００３１】
次に、目標検出処理部２０は、式（１）のように算出した電力Ｐ（ｎ）から、電力最大値Ｐｍａｘを示すレンジビンｎｔｇｔｍａｘを、以下の式（２）のように探索する。
【００３２】
【数２】
【００３３】
式（１）において、
【数３】
は、ある関数ｆ（ｎ）を最大にする「ｎ」を求める演算子である。
図４は目標検出処理部２０の動作を概念的に示す説明図であり、電力最大値Ｐｍａｘを示すレンジビンｎｔｇｔｍａｘを示している。
【００３４】
ここでは、レンジプロフィールで観測された目標は、単一の目標とし、「目標の受信信号の最大値は、観測されたレンジプロフィールにおいても最大である」という仮定に基づき、パワーレンジプロフィールにおける最大値を探索し、これを目標からの信号として説明する。
【００３５】
なお、ここでの詳細説明は割愛するが、パワーレンジプロフィール内に複数の目標が存在するような場合には、想定される目標の個数の点を抽出したうえで、以下の目標信号の抽出手順を繰り返し実行すればよい。
【００３６】
図１に戻り、続いて、探索範囲設定処理部３０は、受信信号Ｓ（ｎ）から目標信号の抽出するための概略的な探索範囲Ｚを、あらかじめ切出す。
図５は探索範囲Ｚを示す説明図であり、前述（図３、図４参照）と同様のものについては、前述と同一符号が付されている。
【００３７】
図５において、探索範囲設定処理部３０により切出される探索範囲Ｚは、検出した目標の最大輝点（レンジビンｎｔｇｔｍａｘ）を中心とした領域である。
探索範囲Ｚは、観測対象となる目標の大きさＲｔｇｔに応じて、以下の式（３）のように抽出される。
【００３８】
【数４】
【００３９】
なお、レーダ装置がメモリや演算機能を十分に有している場合には、取得したパワーレンジプロフィールに対して、直ちに、以下の移動平均処理部４０および目標信号切出し処理部５０の目標信号抽出処理を適用することが可能なので、上記の目標検出処理部２０および探索範囲設定処理部３０の処理は、必ずしも必要ではなく、省略することもできる。
しかし、航空機などに搭載されたレーダ装置１００（図１５）の環境下では、メモリや演算装置の容量に制約があることが予想されるので、上記処理を行うことにより、メモリや演算装置の容量を節減可能にしている。
【００４０】
図１に戻り、次に、移動平均処理部４０は、探索範囲設定処理部３０で切出された探索範囲Ｚ内のパワーレンジプロフィールに対して、あらかじめ設定した任意の大きさのウィンドウを用いて、各レンジビンｎにおいてウィンドウに含まれるパワーレンジプロフィールの平均値を算出する。
【００４１】
このとき設定されるウィンドウの大きさは、どのような大きさのものを用いても構わないが、ここでは、観測対象となる目標の大きさＲｔｇｔとする。
なお、観測対象となる目標が複数種類存在する場合には、各目標における最大の大きさのウィンドウや、各目標の大きさのウィンドウをそれぞれ用意し、移動平均処理を行うことなどが可能である。複数のウィンドウを用いた場合についても、各ウィンドウの大きさについて以下の処理を実行すればよく、拡張は容易である。
移動平均処理部４０における平均化処理は、以下の式（４）のように表される。
【００４２】
【数５】
【００４３】
ここで、図６を参照しながら、移動平均処理部４０で算出される平均値について説明する。
図６は探索範囲Ｚ内のウィンドウを示す説明図であり、各ウィンドウに対応した第１平均算出位置Ｚ１、第２平均算出位置Ｚ２および第３平均算出位置Ｚ３を示している。
図６において、第１〜第３平均算出位置Ｚ１〜Ｚ３は、互いに異なる位置におけるパワーレンジプロフィールの平均値を算出する領域である。
【００４４】
また、目標信号Ｚｏは、パワーレンジプロフィールにおいて観測対象となる目標信号が位置している領域である。
したがって、図６内の第２平均算出位置Ｚ２における平均値は、目標信号Ｚｏの平均値を算出した結果となる。
【００４５】
各平均算出位置Ｚ１〜Ｚ３で算出された平均値のうち、第１平均算出位置Ｚ１の信号がクラッタ信号であることから、第１平均算出位置Ｚ１で算出される平均値は、クラッタの平均値であることが期待される。
同様に、第３平均算出位置Ｚ３で算出される平均値も、クラッタの平均値であることが期待される。
【００４６】
一方、第２平均算出位置Ｚ２で算出される平均値は、目標信号の平均値であることが期待される。
つまり、「目標からの信号電力が、クラッタからの信号電力よりも、わずかでも高い値を示しているのであれば」、各位置Ｚ１〜Ｚ３における平均値を比較した場合に、第２平均算出位置Ｚ２で算出される平均値が最も高い値を示すことになる。
【００４７】
図１に戻り、次に、目標信号切出し処理部５０は、移動平均処理部４０で算出した各位置Ｚ１〜Ｚ３の平均値を指標として、観測対象となる目標の信号の位置する範囲を特定し、その領域に含まれる目標信号を抽出する。
各ウィンドウに対応した位置Ｚ１〜Ｚ３（たとえば、幅７ｍ）は、レンジビン（たとえば、幅１ｍ）よりも大きく、それぞれ複数のレンジビンを含む。また、ウィンドウ数は３個に限らず、任意数に設定され得る。
【００４８】
このときの目標信号の抽出は、各ウィンドウ（各位置Ｚ１〜Ｚ３）で算出された平均値を比較して、平均値が最大となるウィンドウ位置に含まれる信号を抽出することにより行われる。
したがって、目標信号Ｓｔｇｔ（ｎ）は、以下の式（５）のように抽出される。
【００４９】
【数６】
【００５０】
式（５）内のｎｔｇｔは、平均値が最大を示すレンジビンを表し、以下の式（６）で与えられる。
【００５１】
【数７】
【００５２】
最後に、出力格納部６０は、目標信号切出し処理部５０が抽出した目標信号Ｓｔｇｔ（ｎ）を格納する。
【００５３】
以上の通り、この発明の実施の形態１（図１、図２）に係るレーダ装置は、電波を送受信して観測信号（レンジプロフィール）を取得するレーダ信号取得部１０と、観測信号に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部４０と、移動平均処理部４０で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部５０と、目標信号切出し処理部５０からの出力結果を格納する出力格納部６０とを備えている。
【００５４】
また、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置は、レーダ信号取得部１０からの観測信号に基づき目標信号を検出する目標検出処理部２０と、目標検出処理部２０により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、目標信号の探索範囲Ｚを設定する探索範囲設定処理部３０とを備えている。
移動平均処理部４０は、探索範囲設定処理部３０からの探索範囲Ｚに基づき、各レンジビンにおける平均値を算出する。
【００５５】
これにより、観測信号（パワーレンジプロフィール）を用いて目標を検出した後に、観測対象となる目標の情報（大きさ）に基づき、あらかじめ設定したウィンドウを用いて、パワーレンジプロフィールを移動平均処理し、算出された各位置における平均値を比較して、最大となる平均値を示す位置におけるウィンドウに含まれる信号を目標信号として抽出することが可能となる。
したがって、目標信号の受信電力のすべてがクラッタよりも高い値を示していない場合でも、目標信号を高精度に抽出することが可能となる。
【００５６】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１〜図６）では、単一の送受信アンテナ１３を用いて単偏波のパルス信号を送受信したが、図７、図８に示すように、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂを用いて、複数の偏波チャネルごとにパルス信号を送受信してもよい。なお、この発明の実施の形態２においても、レーダ装置１００と目標Ｔとの関係は、図１５に示した通りである。
【００５７】
図７はこの発明における実施の形態２の概略構成を示す機能ブロック図であり、前述（図１）と同様の部分については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
また、図８は図７内の多偏波観測信号取得部１０Ａの具体的構成を示すブロック図であり、前述（図２）と同様の部分については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００５８】
図７において、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置は、前述（図１）の各処理部２０〜５０および出力格納部６０に加えて、多偏波観測信号取得部１０Ａと、偏波信号処理部２０Ａと、パワーレンジプロフィール選択部５０Ａとを備えている。
【００５９】
多偏波観測信号取得部１０Ａは、複数の偏波チャネルで送受信を行い、得られた偏波チャネルごとのレンジプロフィールを格納する。
また、偏波信号処理部２０Ａは、多偏波観測により得られた複数の偏波チャネルにおけるレンジプロフィールに対して偏波信号処理を適用する。
さらに、パワーレンジプロフィール選択部５０Ａは、複数のパワーレンジプロフィールの結果から、目標信号を抽出するために用いるパワーレンジプロフィールを選択する。
【００６０】
図８において、多偏波観測信号取得部１０Ａは、前述（図２）の送信機１１、送受切換器１２および受信機１４に加えて、第１偏波送受信アンテナ１３ａと、第２偏波送受信アンテナ１３ｂと、受信偏波信号記憶部１５Ａと、偏波切換器１６とを備えている。
【００６１】
以下、図８とともに、図９および図１０を参照しながら、図７に示したこの発明の実施の形態２による処理動作について説明する。
まず、図８に示した多偏波観測信号取得部１０Ａの動作について説明する。
【００６２】
図８において、偏波切換器１６は、送信機１１から送受切換器１２を介してパルス信号が入力された際に、第１偏波送受信アンテナ１３ａのみを駆動させて、第１偏波のパルス信号を第１偏波送受信アンテナ１３ａより空間に放射する。
また、偏波切換器１６は、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂの双方を駆動して、観測対象からの散乱波を、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂでそれぞれ受信する。
【００６３】
ここで、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂの各偏波特性は、互いに直交する関係を有する。
なお、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂにおける各偏波特性が互いに直交する組み合わせとしては、垂直偏波と水平偏波との組み合わせや、右旋円偏波と左旋円偏波との組み合わせなどが考えられる。
【００６４】
続いて、偏波切換器１６は、送信機１１から送受切換器１２を介して再び入力されたパルス信号を、第２偏波送受信アンテナ１３ｂから観測対象に照射し、観測対象により散乱された散乱波を、第１および第２偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂの双方で受信する。
【００６５】
なお、第１偏波チャネルの受信信号は、第１偏波送受信アンテナ１３ａで送信して、第１偏波送受信アンテナ１３ａで受信した信号として定義する。
また、第２偏波チャネルの受信信号は、第１偏波送受信アンテナ１３ａで送信して、第２偏波送受信アンテナ１３ｂで受信した信号とし、第３偏波チャネルの受信信号は、第２偏波送受信アンテナ１３ｂで送信して、第２偏波送受信アンテナ１３ｂで受信した信号として定義する。
さらに、第４偏波チャネルの受信信号は、第２偏波送受信アンテナ１３ｂで送信して、第１偏波送受信アンテナ１３ａで受信した信号として定義する。
【００６６】
ここで、レーダ装置がモノスタティック構成であって、各偏波送受信アンテナ１３ａ、１３ｂの位置が等しい場合には、第２偏波チャネルおよび第４偏波チャネルの各信号は等しい。
このことは、公知文献（たとえば、山口著「レーダポーラリメトリの基礎と応用−偏波を用いたリモートセンシング−」社団法人 電子情報通信学会、２００７）に示されており、周知である。
【００６７】
したがって、以下の説明では、第４偏波チャネルの信号は用いず、第１〜第３偏波チャネルの受信信号を用いることとする。なお、偏波チャネルの数が３つ以上の場合の拡張は容易である。
以上のように取得された３つの偏波チャネルの受信信号は、送受切換器１２および受信機１４を介して、受信偏波信号記憶部１５Ａに一時保存される。
【００６８】
受信偏波信号記憶部１５Ａには、各レンジビンｎにおける散乱ベクトルｋ（ｎ）が記憶され、散乱ベクトルｋ（ｎ）は、以下の式（７）により表される。
【００６９】
【数８】
【００７０】
式（７）において、Ｓｐ（ｐ＝１、２、３）は、第ｐ偏波チャネルの信号を表す複素数である。
式（７）のように、各レンジビンｎにおける信号は、３次元の複素ベクトル量で表現される。この複素ベクトルは、各レンジビンｎにおける散乱の偏波特性を表現しており、その向きが偏波特性、長さが散乱強度を表す量である。
【００７１】
次に、図７において、偏波信号処理部２０Ａは、多偏波観測信号取得部１０Ａによって取得された各偏波チャネルのレンジプロフィールに対して、偏波信号処理を適用する。
なお、偏波信号処理としては、全偏波の電力の総和である全電力の算出処理、または、クラッタ抑圧処理などが考えられる。
クラッタ抑圧処理については、公知文献（たとえば、諏訪、山本、野中、今村、桐本、他「ポラリメトリックノッチフィルタを用いた目標検出方式」信学（Ｂ）Ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｂ、ｎｏ．１、ｐｐ６０−６９、Ｊａｎ．２００４）に記載されている。
【００７２】
上記偏波信号処理技術は、いずれも周知であり、これらの処理のうち、どれか１つ以上の偏波信号処理技術を、偏波信号処理部２０Ａとして適用すればよく、その種類や適用数はここでは問わない。
たとえば、前者の全電力Ｐａｌｌ（ｎ）の算出処理は、以下の式（８）で表される。
【００７３】
【数９】
【００７４】
式（８）に示す通り、全電力Ｐａｌｌ（ｎ）は、散乱ベクトルｋ（ｎ）の長さの２乗で定義される値であり、散乱強度を表す指標として利用される値である。
式（８）で得られたＰａｌｌ（ｎ）は、レンジビンｎごとに全電力の値をもつパワーレンジプロフィールである。
【００７５】
以下、パワーレンジプロフィール選択部５０Ａは、多偏波観測信号取得部１０Ａで得られた各偏波チャネルにおけるパワーレンジプロフィールや、偏波信号処理部２０Ａで算出された偏波信号処理後のパワーレンジプロフィールなどの、複数個のパワーレンジプロフィールに基づき、目標信号切出し処理部５０によって得られる各目標位置抽出結果から、最終的に出力するものを選択する。
【００７６】
図９は目標信号切出範囲Ｚｏ１の最終的な決定方法を示す説明図であり、探索範囲Ｚの設定処理後における第１偏波チャネルのパワーレンジプロフィールを示している。
図１０は目標信号切出範囲Ｚｏ２の最終的な決定方法を示す説明図であり、探索範囲Ｚの設定処理後における第２偏波チャネルのパワーレンジプロフィールを示している。
【００７７】
ここでは、第１偏波チャネルの受信信号と第２偏波チャネルの受信信号との２種類のパワーレンジプロフィールの結果の比較から、最終的な結果を選択する方法について説明する。なお、２つ以上のパワーレンジプロフィールの結果が入力された場合でも、その拡張は容易である。
【００７８】
図９において、目標信号切出範囲Ｚｏ１は、第１偏波チャネルで観測したパワーレンジプロフィールから推定した目標信号が位置する領域であり、背景信号範囲Ｚｃ１は、クラッタであると推定された領域である。
【００７９】
図１０において、目標信号切出範囲Ｚｏ２は、第２偏波チャネルで観測したパワーレンジプロフィールから推定した目標信号が位置する領域であり、背景信号範囲Ｚｃ２は、クラッタであると推定された領域である。
【００８０】
この場合、図９に示すように、第１偏波チャネルで観測したパワーレンジプロフィールの信号クラッタ比ＳＣＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｃｌｕｔｔｅｒ Ｒａｔｉｏ）は高く、また、図１０に示すように、第２偏波チャネルで観測したパワーレンジプロフィールの信号クラッタ比ＳＣＲは低いものとしている。
【００８１】
目標信号の抽出精度は、信号クラッタ比ＳＣＲに依存するので、信号クラッタ比ＳＣＲが低いパワーレンジプロフィールから推定された結果は、その精度が低いことが予想される。
そこで、パワーレンジプロフィール選択部５０Ａは、信号クラッタ比ＳＣＲを指標として、図９、図１０に示した２つのパワーレンジプロフィールの結果から、最終的に出力する結果を選択する。
【００８２】
評価の指標として用いられる各パワーレンジプロフィールの信号クラッタ比ＳＣＲは、各パワーレンジプロフィールにおいて、目標信号が位置すると判定された領域（目標信号切出範囲Ｚｏ１、Ｚｏ２）と、クラッタを判定された領域（背景信号範囲Ｚｃ１、Ｚｃ２）との平均値の比から算出される。
【００８３】
したがって、パワーレンジプロフィールの信号クラッタ比ＳＣＲｐは、以下の式（９）のように表される。
【００８４】
【数１０】
【００８５】
式（９）において、
【数１１】
は、各パワーレンジプロフィールにおける目標領域の平均値である。
また、式（９）の分母
【数１２】
は、クラッタと判定された領域の平均値を表す。
【００８６】
パワーレンジプロフィール選択部５０Ａは、式（９）で算出された各パワーレンジプロフィールの信号クラッタ比ＳＣＲｐを比較し、最大となるパワーレンジプロフィールの結果を出力格納部６０に格納させる。
【００８７】
以上のように、この発明の実施の形態２（図７、図８）に係るレーダ装置は、複数の偏波チャネルごとに送受信を行い、多偏波レンジプロフィールを生成する多偏波観測信号取得部１０Ａと、多偏波観測信号取得部１０Ａで観測した多偏波レンジプロフィールを偏波信号処理する偏波信号処理部２０Ａと、偏波信号処理部２０Ａからの処理結果に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部４０と、移動平均処理部４０で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部５０と、目標信号切出し処理部５０からの複数のパワーレンジプロフィールの出力結果から最終的な出力結果を選択するパワーレンジプロフィール選択部５０Ａとを備えている。
【００８８】
また、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置は、偏波信号処理部２０Ａからの処理結果に基づき目標信号を検出する目標検出処理部２０と、目標検出処理部２０により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、目標信号の探索範囲を設定する探索範囲設定処理部３０とを備えている。
移動平均処理部４０は、探索範囲設定処理部３０からの探索範囲に基づき、各レンジビンにおける平均値を算出する
【００８９】
このように、多偏波方式のレーダ装置によって観測した散乱ベクトルｋ（ｎ）を用いることにより、前述の単偏波による散乱強度のみの比較と比べて、目標とクラッタとの偏波特性の相違などを用いることが可能となり、前述の実施の形態１（単偏波）による目標検出では抽出できない環境においても、目標信号を高精度に抽出することが可能となる。
【００９０】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１（図１〜図６）では、レーダ信号取得部１０内の受信信号記憶部１５において、１回の送受信で得られた受信信号を記憶したが、図１１、図１２に示すように、複数レーダ信号取得部１０Ｂ内の複数受信信号記憶部１５Ｂにおいて、複数回の送受信で得られた受信信号を記憶してもよい。
【００９１】
図１１はこの発明における実施の形態３の概略構成を示す機能ブロック図であり、前述（図１）と同様の部分については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
また、図１２は図１１内の複数レーダ信号取得部１０Ｂの具体的構成を示すブロック図であり、前述（図２）と同様の部分については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００９２】
図１１において、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置は、前述（図１）の各処理部２０〜５０および出力格納部６０に加えて、複数レーダ信号取得部１０Ｂと、複数データ処理部２０Ｂと、パワーレンジプロフィール選択部５０Ｂとを備えている。
複数レーダ信号取得部１０Ｂは、複数回の送受信信号を観測し、複数データ処理部２０Ｂは、複数の観測により得られた観測信号を処理する。
【００９３】
図１２において、複数レーダ信号取得部１０Ｂは、前述（図２）の送信機１１、送受切換器１２、送受信アンテナ１３および受信機１４に加えて、複数受信信号記憶部１５Ｂを備えている。
複数受信信号記憶部１５Ｂは、受信機１４から入力される複数回の送受信信号を一時的に記憶する。
【００９４】
ここでは、前述の実施の形態１（図１、図２）の構成に適用して、単偏波のレーダ装置により観測した複数個の信号を用いた場合について説明するが、前述の実施の形態２（図７、図８）の構成に適用して、多偏波観測により得られる散乱行列をさらに複数回観測した結果を用いてもよい。この場合、前述（図８）の多偏波観測信号取得部１０Ａ内の受信偏波信号記憶部１５Ａを、複数受信偏波信号記憶部（図示せず）に変更すればよい。
【００９５】
以下、図１２とともに、図１３および図１４を参照しながら、図１１に示したこの発明の実施の形態３による処理動作について説明する。
まず、図１２に示した複数レーダ信号取得部１０Ｂの動作について説明する。
図１２において、複数レーダ信号取得部１０Ｂは、複数回のパルス信号の送受信による観測を行い、各観測により得られた受信信号を、複数受信信号記憶部１５Ｂに一時的に記憶させる。
【００９６】
図１１において、複数データ処理部２０Ｂは、複数レーダ信号取得部１０Ｂにおいて得られた複数個の受信信号を処理し、処理結果を目標検出処理部２０に入力する。
ここで、目標信号抽出の具体例として、移動するプラットフォームに搭載したレーダ装置１００Ｂによる地上静止目標を観測した場合を用いて説明する。
【００９７】
図１３はこの発明の実施の形態３におけるレーダ装置１００Ｂと目標Ｔとの関係を図式的に示す説明図であり、前述（図１５参照）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。
図１３において、分解能セル１００ａは、レーダ装置１００Ｂのアジマス分解能に関連する。
【００９８】
図１３に示すように、レーダ装置１００Ｂにより遠方の目標Ｔを観測する際には、送受信アンテナ１３のサイズ制限などの影響によって、地表面上での分解能セル１００ａの幅が実質的に広がり、アジマス分解能が小さくなる。
【００９９】
また、クラッタＣ（地面など）の分布ターゲットからの反射信号の強度は、ビームの照射面積によって決定するので、たとえパルス圧縮処理などを適用してレンジ方向の分解能を向上させたとしても、アジマス方向の分解能が十分でない場合には、クラッタＣからの反射強度は大きい値を示すことになる。
【０１００】
一方、図１３のような分布ターゲットからの反射信号は、分解能セル１００ａ内に含まれる散乱点からの各散乱波の重ね合わせとして観測されるので、観測位置が変化した場合には、これらの重ね合わせの様子（スペックルパターン：Ｓｐｅｃｋｌｅ Ｐａｔｔｅｒｎ）が変化する。
【０１０１】
異なる観測位置で分布ターゲットを観測した場合の各観測位置間の信号の相関ρｓｐ、ρｒｏｔは、以下の式（１０）、式（１１）で表されることが知られている。
【０１０２】
【数１３】
【０１０３】
上記式は、公知文献（たとえば、Ｈｏｗａｒｄ Ａ．Ｚｅｂｋｅｒ，ａｎｄ Ｊｏｈｎ Ｖｉｌｌａｓｅｎｏｒ，「Ｄｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｒａｄａｒ Ｅｃｈｏｓ」ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ ＯＮ ＧＥＯＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＲＥＭＯＴＥ ＳＥＮＳＩＮＧ，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．５，ＳＥＰ．１９９２）に記載されており、周知である。
【０１０４】
式（１０）および式（１１）において、θはレーダの入射角、Ｒｙはレンジビン分解能、Ｒｘはアジマス分解能、λは観測波長である。また、｜ｄθ｜は、２回の観測における入射角の変化量であり、｜ｄφ｜はアジマス角の変化量である。
【０１０５】
式（１０）は、２回の観測位置における入射角が異なる場合の相関ρｓｐを表しており、式（１１）は、アジマス角が異なる場合の相関ρｒｏｔを表している。
式（１０）によれば、入射角が異なることによる相関ρｓｐの低下は、レンジビン分解能Ｒｙに依存する。
一方、式（１１）によれば、アジマス角が異なることによる相関ρｒｏｔの低下は、アジマス分解能Ｒｘに依存する。
【０１０６】
図１３において、移動するプラットフォームに搭載されたレーダ装置１００Ｂは、十分なレンジビン分解能Ｒｙを有するものの、アジマス分解能Ｒｘが低いものとし、アジマス方向（分解能セル１００ａの幅方向）に移動しながら複数回の観測を行い、受信信号を得るものとする。
【０１０７】
地表面などの分布ターゲットは、レーダ装置１００Ｂのアジマス分解能Ｒｘが低い場合に、観測するアジマス角がわずかに変化することにより、大きく観測信号間の相関ρｒｏｔが低下することが予想される。
【０１０８】
一方、目標Ｔに関しては、クラッタＣと比較して、異なるアジマス角で観測した場合の相関ρｓｐの低下量が小さいことが予想される。
このことは、図１４に示した反射信号Ｗｔ、Ｗｃのように、目標ＴとクラッタＣとについて、レーダ装置１００Ｂから放射された電波が、目標ＴおよびクラッタＣで再放射される場合のビームパターンとして考えれば分かりやすい。
【０１０９】
図１４において、反射信号Ｗｃは、クラッタＣから再放射される際の仮想的なビームパターンを示し、反射信号Ｗｔは、目標Ｔから再放射される際の仮想的なビームパターンを示している。
【０１１０】
レーダ装置１００Ｂにおけるビームパターンは、電波が放射される開口面が大きいほど先鋭化することが知られている。
クラッタＣには、アジマス方向に広がった電波がそのまま照射されるので、クラッタＣから再放射される電波（反射信号Ｗｃ）の仮想的な開口面は、アジマス分解能と等価である。
【０１１１】
一方、目標Ｔの照射面は、目標Ｔの大きさによって決定する。一般的に、目標サイズは、アジマス分解能（分解能セル１００ａの幅方向）に比べて十分小さいので、目標Ｔの仮想的な開口面は、クラッタＣの開口面に比べて小さくなる。
したがって、図１４に示すように、クラッタＣで再放射される電波（反射信号Ｗｃ）と目標Ｔで再照射される電波（反射信号Ｗｔ）との各ビームパターンを比べれば、目標Ｔの反射信号ＷｔよりもクラッタＣの反射信号Ｗｃの方が先鋭化されている。
【０１１２】
反射信号Ｗｃのように先鋭化されたビームパターンは、アジマス角が変化すると、観測される信号が大きく変化する。
一方、反射信号Ｗｔのようにビームパターンが先鋭化されていない場合には、わずかなアジマス角の変化による信号の変化は小さい。
【０１１３】
このように、異なるアジマス角で観測した信号間では、目標Ｔの反射信号Ｗｔに比べてクラッタＣの反射信号Ｗｃの相関が低い性質を利用し、異なるアジマス角で観測した複数の観測信号を処理することにより、クラッタＣの反射信号Ｗｃを抑圧することが可能である。
【０１１４】
クラッタＣの抑圧処理は、たとえば、異なる角度で観測した信号をインコヒーレントに平均化する処理や、各レンジビンｎについて相関演算を行い、相関のプロフィールを算出する方式などが考えられる。
たとえば、インコヒーレントに平均化する処理は、以下の式（１２）で表される。
【０１１５】
【数１４】
【０１１６】
式（１２）において、Ｓｋ（ｎ）は、各アジマス角で観測したレンジプロフィールであり、ｋは観測番号、Ｋは観測回数である。
上記処理を行うことにより、クラッタＣの受信強度を低下させることが期待でき、クラッタＣを抑圧することが可能である。
【０１１７】
また、レーダ装置１００Ｂのメモリ容量や演算性能が高い場合や、さらに、ＧＰＳなどにより各観測における観測位置を高精度に取得することが可能であるならば、異なるアジマス角での観測を十分に行うことができる。
【０１１８】
たとえば、合成開口処理やＤＢＳ（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｂｅａｍ Ｓｈａｒｐｅｎｉｎｇ）の適用により、レーダ移動によるドプラ周波数をフィルタで細分化して、実ビームよりも狭いビームに分割して高分解能を得ることができ、アジマス方向にも高い分解能を有するデータ生成が可能となる。
なお、合成開口処理については、公知文献（たとえば、大内和夫著「リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎」など）に記載されており、周知である。
【０１１９】
以上のように、この発明の実施の形態３（図１１、図１２）に係るレーダ装置は、複数回の電波の送受信を行い、複数個の観測信号を受信する複数レーダ信号取得部１０Ｂと、複数の観測信号を組み合わせる複数データ処理部２０Ｂと、複数データ処理部２０Ｂからの処理結果に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部４０と、移動平均処理部４０で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部５０と、目標信号切出し処理部５０からの複数のパワーレンジプロフィールの出力結果から最終的な出力結果を選択するパワーレンジプロフィール選択部５０Ｂとを備えている。
【０１２０】
複数レーダ信号取得部１０Ｂは、異なる角度で行う複数回の観測における各観測位置を高精度に計測する観測位置取得部を有し、複数データ処理部２０Ｂは、複数回の観測信号と観測位置取得部の計測結果とから複数個の観測信号の分解能を向上させる高分解能処理部を有する。
【０１２１】
さらに、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置は、複数データ処理部２０Ｂからの処理結果に基づき目標信号を検出する目標検出処理部２０と、目標検出処理部２０により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、目標信号の探索範囲を設定する探索範囲設定処理部３０とを備えており、移動平均処理部４０は、探索範囲設定処理部３０からの探索範囲に基づき、各レンジビンにおける平均値を算出する。
【０１２２】
このように、複数の観測信号を用いた目標信号の抽出を行うことにより、特に、分解能が低いような場合においては、観測位置の違いによる目標ＴとクラッタＣとの相関の低下量の違いを利用したクラッタの抑圧が可能となるので、前述の実施の形態１と比べて、目標信号の抽出精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０ レーダ信号取得部、１０Ａ 多偏波観測信号取得部、１０Ｂ 複数レーダ信号取得部、１１ 送信機、１２ 送受切換器、１３ 送受信アンテナ、１３ａ 第１偏波送受信アンテナ、１３ｂ 第２偏波送受信アンテナ、１４ 受信機、１５ 受信信号記憶部、１５Ａ 受信偏波信号記憶部、１５Ｂ 複数受信信号記憶部、１６ 偏波切換器、２０ 目標検出処理部、２０Ａ 偏波信号処理部、２０Ｂ 複数データ処理部、３０ 探索範囲設定処理部、４０ 移動平均処理部、５０ 目標信号切出し処理部、５０Ａ、５０Ｂ パワーレンジプロフィール選択部、６０ 出力格納部、１００、１００Ｂ レーダ装置、１００ａ 分解能セル、Ｃ クラッタ、Ｔ 目標、Ｗｃ クラッタからの反射信号、Ｗｔ 目標からの反射信号、Ｚ 探索範囲、Ｚ１ 第１平均算出位置、Ｚ２ 第２平均算出位置、Ｚ３ 第３平均算出位置、Ｚｃ１、Ｚｃ２ 背景信号範囲、Ｚｏ 目標信号、Ｚｏ１、Ｚｏ２ 目標信号切出範囲。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を送受信して観測信号を取得するレーダ信号取得部と、
前記観測信号に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部と、
前記移動平均処理部で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部と、
前記目標信号切出し処理部からの出力結果を格納する出力格納部と
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
前記レーダ信号取得部からの観測信号に基づき目標信号を検出する目標検出処理部と、
前記目標検出処理部により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、前記目標信号の探索範囲を設定する探索範囲設定処理部とを備え、
前記移動平均処理部は、前記探索範囲設定処理部からの探索範囲に基づき、前記各レンジビンにおける平均値を算出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】
複数の偏波チャネルごとに送受信を行い、多偏波レンジプロフィールを生成する多偏波観測信号取得部と、
前記多偏波観測信号取得部において観測した多偏波レンジプロフィールを偏波信号処理する偏波信号処理部と、
前記偏波信号処理部からの処理結果に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部と、
前記移動平均処理部で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部と、
前記目標信号切出し処理部からの複数のパワーレンジプロフィールの出力結果から最終的な出力結果を選択するパワーレンジプロフィール選択部と
を備えたレーダ装置。
【請求項４】
前記偏波信号処理部からの処理結果に基づき目標信号を検出する目標検出処理部と、
前記目標検出処理部により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、前記目標信号の探索範囲を設定する探索範囲設定処理部とを備え、
前記移動平均処理部は、前記探索範囲設定処理部からの探索範囲に基づき、前記各レンジビンにおける平均値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５】
複数回の電波の送受信を行い、複数個の観測信号を受信する複数レーダ信号取得部と、
前記複数の観測信号を組み合わせる複数データ処理部と、
前記複数データ処理部からの処理結果に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部と、
前記移動平均処理部で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部と、
前記目標信号切出し処理部からの複数のパワーレンジプロフィールの出力結果から最終的な出力結果を選択するパワーレンジプロフィール選択部と
を備えたレーダ装置。
【請求項６】
前記複数レーダ信号取得部は、異なる角度で行う複数回の観測における各観測位置を高精度に計測する観測位置取得部を含み、
前記複数データ処理部は、複数回の観測信号と前記観測位置取得部の計測結果とから前記複数個の観測信号の分解能を向上させる高分解能処理部を含む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】
前記複数データ処理部からの処理結果に基づき目標信号を検出する目標検出処理部と、
前記目標検出処理部により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、前記目標信号の探索範囲を設定する探索範囲設定処理部とを備え、
前記移動平均処理部は、前記探索範囲設定処理部からの探索範囲に基づき、前記各レンジビンにおける平均値を算出することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーダ装置。
【請求項１】
電波を送受信して観測信号を取得するレーダ信号取得部と、
前記観測信号に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部と、
前記移動平均処理部で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部と、
前記目標信号切出し処理部からの出力結果を格納する出力格納部と
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
前記レーダ信号取得部からの観測信号に基づき目標信号を検出する目標検出処理部と、
前記目標検出処理部により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、前記目標信号の探索範囲を設定する探索範囲設定処理部とを備え、
前記移動平均処理部は、前記探索範囲設定処理部からの探索範囲に基づき、前記各レンジビンにおける平均値を算出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】
複数の偏波チャネルごとに送受信を行い、多偏波レンジプロフィールを生成する多偏波観測信号取得部と、
前記多偏波観測信号取得部において観測した多偏波レンジプロフィールを偏波信号処理する偏波信号処理部と、
前記偏波信号処理部からの処理結果に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部と、
前記移動平均処理部で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部と、
前記目標信号切出し処理部からの複数のパワーレンジプロフィールの出力結果から最終的な出力結果を選択するパワーレンジプロフィール選択部と
を備えたレーダ装置。
【請求項４】
前記偏波信号処理部からの処理結果に基づき目標信号を検出する目標検出処理部と、
前記目標検出処理部により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、前記目標信号の探索範囲を設定する探索範囲設定処理部とを備え、
前記移動平均処理部は、前記探索範囲設定処理部からの探索範囲に基づき、前記各レンジビンにおける平均値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５】
複数回の電波の送受信を行い、複数個の観測信号を受信する複数レーダ信号取得部と、
前記複数の観測信号を組み合わせる複数データ処理部と、
前記複数データ処理部からの処理結果に基づき、抽出対象となる目標の大きさのウィンドウを用いた移動平均処理により各レンジビンにおける平均値を算出する移動平均処理部と、
前記移動平均処理部で算出した各レンジビンの平均値を比較し、目標信号が位置する領域を抽出する目標信号切出し処理部と、
前記目標信号切出し処理部からの複数のパワーレンジプロフィールの出力結果から最終的な出力結果を選択するパワーレンジプロフィール選択部と
を備えたレーダ装置。
【請求項６】
前記複数レーダ信号取得部は、異なる角度で行う複数回の観測における各観測位置を高精度に計測する観測位置取得部を含み、
前記複数データ処理部は、複数回の観測信号と前記観測位置取得部の計測結果とから前記複数個の観測信号の分解能を向上させる高分解能処理部を含む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】
前記複数データ処理部からの処理結果に基づき目標信号を検出する目標検出処理部と、
前記目標検出処理部により検出された目標信号から目標位置の周辺を切出し、前記目標信号の探索範囲を設定する探索範囲設定処理部とを備え、
前記移動平均処理部は、前記探索範囲設定処理部からの探索範囲に基づき、前記各レンジビンにおける平均値を算出することを特徴とする請求項５または請求項６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】
【公開番号】特開２０１１−２２０８２４（Ｐ２０１１−２２０８２４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０１９０（Ｐ２０１０−９０１９０）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【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１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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