レーダ装置
【課題】超分解能ドップラー周波数の推定精度を改善したレーダ装置を得る。
【解決手段】複数の送信パルスを時系列的に繰り返し出射する送信機１、送信アンテナ２と、複数の送信パルスが目標３で反射された反射パルスを複数の受信パルスとして受信する受信アンテナ４、受信機５と、複数の受信パルスに基づいて、目標３の移動にともなうドップラー周波数を推定する超分解能ドップラー周波数推定手段８とを備えている。超分解能ドップラー周波数推定手段８は、複数の受信パルスの位相変化に基づいて、ドップラー周波数を超分解能推定する。
【解決手段】複数の送信パルスを時系列的に繰り返し出射する送信機１、送信アンテナ２と、複数の送信パルスが目標３で反射された反射パルスを複数の受信パルスとして受信する受信アンテナ４、受信機５と、複数の受信パルスに基づいて、目標３の移動にともなうドップラー周波数を推定する超分解能ドップラー周波数推定手段８とを備えている。超分解能ドップラー周波数推定手段８は、複数の受信パルスの位相変化に基づいて、ドップラー周波数を超分解能推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、移動する目標を検出するためのレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、移動する目標（目標の位置、方向、相対距離、相対速度など）を検出するレーダ装置として、ドップラー周波数推定処理を適用した技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
図２１は特許文献１に記載された従来のレーダ装置を概略的に示すブロック図であり、ドップラー周波数推定処理を適用した際の構成例を示している。
【０００３】
図２１において、従来のレーダ装置は、送信機１と、送信アンテナ２と、目標３からの電波を受信する受信アンテナ４と、受信機５と、Ａ／Ｄ変換器６と、パルス検出手段７と、パルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５と、パルスヒット方向平均手段２６とを備えている。
【０００４】
パルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５は、目標３の移動によるパルスの位相変化に基づきドップラー周波数を超分解能推定する。
パルスヒット方向平均手段２６は、パルスごとに推定されたドップラー周波数を平均化処理する。
【０００５】
図２２は図２１に示したレーダ装置の動作を示すタイミングチャートであり、図２３は図２１内のパルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５の内部構成を示すブロック図である。
図２３において、パルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５は、相関行列生成手段２７と、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）用固有ベクトル算出手段１１と、ＭＵＳＩＣ処理手段１２とを備えている。
【０００６】
次に、図２１〜図２３を参照しながら、従来のレーダ装置の動作について説明する。
まず、送信機１はパルスを送信し、図２２のように、パルス繰り返し周期ＴＰＲＩとしてＮｐヒットの送受信を行う。
【０００７】
送信パルスは、目標数Ｋの目標３で反射して、時間遅延τで受信される。
Ａ／Ｄ変換器６は、レンジビンを単位として時間間隔Ｔでサンプリングを行い、Ａ／Ｄ変換した信号（ｎｐヒット目におけるｎｒレンジビンの出力信号ｓｎｒ，ｎｐ）を出力する。
【０００８】
Ａ／Ｄ変換器６の出力信号ｓｎｒ，ｎｐは、パルス検出手段７に伝達される。
パルス検出手段７は、Ａ／Ｄ変換器６の出力信号の振幅値｜ｓｎｒ，ｎｐ｜とスレッショルドとを比較して、パルスが含まれる範囲を検出する。
【０００９】
たとえば、ｎｒ０サンプリング目からｎｒ０＋Ｎｇサンプリング目までの範囲にパルスが検出された場合、パルス検出手段７は、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐを出力する。
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、パルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５に伝達される。
【００１０】
パルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５において、まず、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、相関行列生成手段２７に伝達される。
相関行列生成手段２７は、以下の式（１）により、相関行列Ｒを生成する。
【００１１】
【数１】
【００１２】
式（１）においては、目標信号成分間の相関を表す行列成分のランクを回復するため行列Ｒｎｐ，ｍを平均化するためのスムージング処理が行われる。
また、式（１）において、Ｍは相関行列Ｒの次元数、ｑＨｎｐ，ｍはベクトルｑｎｐ，ｍの共役転置を表している。
【００１３】
相関行列Ｒは、ＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１に伝達される。
ＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１は、相関行列Ｒの固有値ｇ（１），ｇ（２），・・・，ｇ（Ｍ）（ｇ（１）＞ｇ（２）＞・・・＞ｇ（Ｍ））と、固有値ｇ（ｍ）（１≦ｍ≦Ｍ）に対応する固有ベクトルｅ（ｍ）とを求め、固有値ｇ（ｍ）の大きさなどから目標数Ｋを推定して、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１），ｅ（Ｋ＋２），・・・，ｅ（Ｍ）を出力する。
【００１４】
固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）は、ＭＵＳＩＣ処理手段１２に伝達される。
ＭＵＳＩＣ処理手段１２は、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）を雑音空間として、ＭＵＳＩＣ処理を行う。
具体的には、ドップラー周波数ｆに対応するステアリングベクトルａ（ｆ）を、以下の式（２）により生成する。
【００１５】
【数２】
【００１６】
また、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）のすべてに直交するＫ種類のステアリングａ（ｆ）を求める。このときのステアリングベクトルパラメータは、以下のように表されるものとする。
【００１７】
【数３】
【００１８】
そして、このステアリングベクトルパラメータ
【数４】
を、ｎｐパルスヒットにおけるドップラー周波数推定値
【数５】
とし、この推定値をパルスヒット方向平均手段２６に伝達する。
パルスヒット方向平均手段２６は、各パルスヒットにおけるドップラー周波数推定値を平均化処理して、以下の式（３）により、平均化後のドップラー周波数推定値を算出する。
【００１９】
【数６】
【００２０】
このとき、ドップラー周波数推定値の互いに近い値のもの同士を選択することなどにより、各パルスヒットにおける目標番号ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は対応できているものとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００３−１２１５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
従来のレーダ装置は、特許文献１のように構成されていることから、ドップラー周波数推定用の観測時間がパルス幅に相当する長さとなり、観測時間が短いので、超分解能ドップラー周波数推定処理において十分な精度が得られないという課題があった。
【００２３】
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、超分解能ドップラー周波数推定精度を改善し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】
【００２４】
この発明に係るレーダ装置は、移動する目標を検出するレーダ装置であって、複数の送信パルスを時系列的に繰り返し出射する送信系と、複数の送信パルスが目標で反射された反射パルスを複数の受信パルスとして受信する受信系と、複数の受信パルスに基づいて、目標の移動にともなうドップラー周波数を推定するドップラー周波数検出系とを備え、ドップラー周波数検出系は、複数の受信パルスの位相変化に基づいて、ドップラー周波数を超分解能推定するものである。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、超分解能ドップラー周波数推定を行うための観測時間を長く設定することにより、超分解能ドップラー周波数の推定精度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図２】図１内の超分解能ドップラー周波数推定手段の内部構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図４】図３内のレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段の内部構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図６】図５内の高速型超分解能ドップラー周波数推定手段の内部構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図８】図７内の高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段の内部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５に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１０】図９内のレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段の内部構成を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態６に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１２】図１１内のレンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段の内部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７に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１４】この発明の実施の形態７による送受信動作を示すタイミングチャートである。
【図１５】図１３内の相関信号生成手段による参照パルス生成動作を示すタイミングチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態８に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１７】この発明の実施の形態９に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１８】この発明の実施の形態１０に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１９】この発明の実施の形態１１に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図２０】この発明の実施の形態１２に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図２１】従来のレーダ装置を概略的に示すブロック図である。
【図２２】従来のレーダ装置の送受信動作を示すタイミングチャートである。
【図２３】図２１内のパルス内超分解能ドップラー周波数推定手段の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置を示すブロック図である。
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、送信パルスを生成する送信機１と、送信パルスを目標３に向けて出射する送信アンテナ２と、目標３からの反射電波を受信する受信アンテナ４と、受信信号の帯域制限および位相検波を行う受信機５と、アナログ信号をサンプリングしてディジタル信号を生成するＡ／Ｄ変換器６と、目標３で反射したパルスを検出するパルス検出手段７と、超分解能ドップラー周波数推定手段８と、ドップラー周波数推定値を出力するレンジ方向平均手段９とを備えている。
【００２８】
なお、煩雑さを避けるために図示を省略するが、レーダ装置は、図１内の回路要素１、５〜９の動作タイミングを制御するためのコントローラを備えている。
送信機１および送信アンテナ２は、送信系を構成しており、複数の送信パルスを時系列的に繰り返し出射する。
【００２９】
受信アンテナ４および受信機５は、受信系を構成しており、複数の送信パルスが目標３で反射された反射パルスを複数の受信パルスとして受信する。
また、Ａ／Ｄ変換器６、パルス検出手段７、超分解能ドップラー周波数推定手段８およびレンジ方向平均手段９は、ドップラー周波数検出系を構成しており、複数の受信パルスに基づいて、目標３の移動にともなうドップラー周波数を推定する。
【００３０】
パルス検出手段７は、複数の受信パルスが存在するレンジ範囲を検出する。
ドップラー周波数検出系の主要部を構成する超分解能ドップラー周波数推定手段８は、後述するように、複数の受信パルスの位相変化に基づいて、ドップラー周波数を超分解能推定する。
【００３１】
具体的には、超分解能ドップラー周波数推定手段８は、パルスヒット方向に対する目標信号の位相変化に基づきドップラー周波数を超分解能推定する。
また、レンジ方向平均手段９は、複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数の平均値をドップラー周波数推定値として算出する。
【００３２】
図２は図１内の超分解能ドップラー周波数推定手段８の内部構成を示すブロック図である。
図２において、超分解能ドップラー周波数推定手段８は、パルス検出手段７からの検出パルス（受信パルス）ｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐを入力情報とするパルスヒット方向相関行列生成手段１０と、パルスヒット方向相関行列生成手段１０から生成される相関行列Ｒを入力情報とするＭＵＳＩＣ処理手段１２とを備えている。
【００３３】
図２の構成により、超分解能ドップラー周波数推定手段８は、ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＭＵＳＩＣを用いて複数のレンジビンごとに行う。
ＭＵＳＩＣ処理手段１２からのドップラー周波数推定値（後述する）は、レンジ方向平均手段９に伝達され、レンジ方向平均手段９は、複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理する。
【００３４】
次に、前述の図２２とともに、図１および図２を参照しながら、この発明の実施の形態１による動作について説明する。
まず、送信機１により、送信アンテナ２から送信パルスが出射され、パルス繰り返し周期ＴＰＲＩ（図２２参照）としてＮｐヒットの送受信が行われる。
【００３５】
送信パルスは、目標数Ｋの目標３で反射して、時間遅延τで受信される。
Ａ／Ｄ変換器６は、レンジビンを単位として時間間隔Ｔでサンプリングを行い、Ａ／Ｄ変換した信号（ｎｐヒット目におけるｎｒレンジビンの出力信号ｓｎｒ，ｎｐ）を出力する。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換器６の出力信号ｓｎｒ，ｎｐは、パルス検出手段７に伝達される。
パルス検出手段７は、Ａ／Ｄ変換器６の出力信号の振幅値｜ｓｎｒ，ｎｐ｜とスレッショルドとを比較して、パルスが含まれる範囲を検出する。
【００３７】
たとえば、ｎｒ０サンプリング目からｎｒ０＋Ｎｇサンプリング目までの範囲にパルスが検出された場合、パルス検出手段７は、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐを出力する。
目標３で反射したパルスは、受信アンテナ４で受信され、受信機５、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐとなり、この検出パルスは、超分解能ドップラー周波数推定手段８に伝達される。
【００３８】
超分解能ドップラー周波数推定手段８において、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、まず、パルスヒット方向相関行列生成手段１０に伝達される。
パルスヒット方向相関行列生成手段１０は、以下の式（４）により、相関行列Ｒを生成する。
【００３９】
【数７】
【００４０】
以下、ＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１は、相関行列Ｒの固有値ｇ（１），ｇ（２），・・・，ｇ（Ｍ）（ｇ（１）＞ｇ（２）＞・・・＞ｇ（Ｍ））と、固有値ｇ（ｍ）（１≦ｍ≦Ｍ）に対応する固有ベクトルｅ（ｍ）とを求め、固有値ｇ（ｍ）の大きさなどから目標数Ｋを推定して、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１），ｅ（Ｋ＋２），・・・，ｅ（Ｍ）を出力する。
【００４１】
固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）は、ＭＵＳＩＣ処理手段１２に伝達される。
ＭＵＳＩＣ処理手段１２は、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）を雑音空間としてＭＵＳＩＣ処理を行い、ステアリングベクトルパラメータを出力する。
具体的には、ドップラー周波数ｆに対応するステアリングベクトルａ（ｆ）は、前述の式（２）内のＴをパルス繰り返し周期ＴＰＲＩに換えることにより生成される。
【００４２】
また、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）のすべてに直交するＫ種類のステアリングａ（ｆ）を求め、ステアリングベクトルパラメータ
【数８】
を、ｎｐパルスヒットにおけるドップラー周波数推定値として出力する。
すなわち、ＭＵＳＩＣ処理手段１２は、以下の式（４）の相関行列Ｒを用いて算出したステアリングベクトルパラメータ
【数９】
を、ｎｒレンジビンにおけるｋ番目目標のドップラー周波数推定値
【数１０】
とし、このドップラー周波数推定値をレンジ方向平均手段９に伝達する。
レンジ方向平均手段９は、ｎｒレンジビンにおけるｋ番目目標のドップラー周波数推定値を平均化処理して、以下の式（５）により、ドップラー周波数推定値を算出する。
【００４３】
【数１１】
【００４４】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１、図２）によれば、パルスヒット間隔Ｔ×パルスヒット数Ｎｐに相当する長い時間で観測して得られた受信信号を使用して、ドップラー周波数を超分解能推定するので、超分解能ドップラー周波数推定手段８およびレンジ方向平均手段９によるドップラー周波数推定値の推定精度を改善することができる。
【００４５】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１、図２）では、ドップラー周波数検出系として、超分解能ドップラー周波数推定手段８およびレンジ方向平均手段９とを用いたが、図３のように、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３を用いてもよい。
図３はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図１参照）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。
【００４６】
図３において、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置は、図１内の超分解能ドップラー周波数推定手段８およびレンジ方向平均手段９に代えて、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３を備えている。
【００４７】
レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３は、レンジ方向平均手段の機能を含み、複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒを、レンジ方向に平均化処理して超分解能ドップラー周波数推定を行い、ドップラー周波数推定値を生成する。
【００４８】
図４は図３内のレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３の内部構成を示すブロック図であり、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
図４において、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３は、図２内のパルスヒット方向相関行列生成手段１０に代えて、レンジ方向平均型相関行列生成手段１４を備えている。
【００４９】
図４の構成により、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３は、ドップラー周波数の超分解能推定処理を行う際に必要となる複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関をレンジビンごとに算出し、レンジビンごとの相関算出値を平均化処理して相関行列Ｒを生成し、相関行列Ｒを用いたＭＵＳＩＣ処理によりドップラー周波数を推定する。
【００５０】
次に、図３および図４を参照しながら、この発明の実施の形態２による動作について説明する。
送信機１および送信アンテナ２から送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐがレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３に伝達される。
【００５１】
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、まず、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３内のレンジ方向平均型相関行列生成手段１４に伝達される。
レンジ方向平均型相関行列生成手段１４は、以下の式（６）により、相関行列Ｒを生成する。
【００５２】
【数１２】
【００５３】
以下、前述と同様に、ＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１およびＭＵＳＩＣ処理手段１２により、ＭＵＳＩＣ処理が行われ、ステアリングベクトルパラメータ
【数１３】
が算出される。そして、このステアリングベクトルパラメータの算出値を、ｋ番目目標のドップラー周波数推定値
【数１４】
とする。
【００５４】
以上のように、この発明の実施の形態２（図３、図４）によれば、行列ＳｎｒＳＨｎｒをレンジ方向に平均化処理することにより、目標信号成分の相互間の相関を表す成分のランクを回復しているので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数の減少が防止される。
【００５５】
実際に、前述の実施の形態１においては、使用した相関行列Ｒの次元数が「Ｍ」であることから、検出可能な目標数が「Ｍ−１」となるのに対し、この発明の実施の形態２においては、使用した相関行列Ｒの次元数が「Ｎｐ（＞Ｍ）」であることから、検出可能な目標数は「Ｎｐ−１（＞Ｍ−１）」となり、前述の実施の形態１と比べて多くなっていることが分かる。
【００５６】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１（図１、図２）では、ドップラー周波数検出系として、超分解能ドップラー周波数推定手段８を用いたが、図５のように、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５を用いてもよい。
図５はこの発明の実施の形態３に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図１参照）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。
【００５７】
図５において、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置は、図１内の超分解能ドップラー周波数推定手段８に代えて、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５を備えている。
高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５は、後述するように、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法を用いて、超分解能ドップラー周波数の推定処理を高速に行う。
【００５８】
図６は図５内の高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５の内部構成を示すブロック図であり、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００５９】
図６において、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５は、図２内のＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１およびＭＵＳＩＣ処理手段１２に代えて、ＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６およびＥＳＰＲＩＴ処理手段１７を備えている。
図６の構成により、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５は、ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＥＳＰＲＩＴを用いて複数のレンジビンごとに行う。
【００６０】
次に、図５および図６を参照しながら、この発明の実施の形態３による動作について説明する。
送信機１および送信アンテナ２から送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐが高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５に伝達される。
【００６１】
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、まず、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５内のパルスヒット方向相関行列生成手段１０に伝達される。
続いて、パルスヒット方向相関行列生成手段１０により生成された相関行列Ｒは、ＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６に伝達される。
【００６２】
ＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６は、まず、相関行列Ｒの固有値ｇ（１），ｇ（２），・・・，ｇ（Ｍ）（ｇ（１）＞ｇ（２）＞・・・＞ｇ（Ｍ））と、固有値ｇ（ｍ）（１≦ｍ≦Ｍ）に対応する固有ベクトルｅ（ｍ）を求める。
また、固有値ｇ（ｍ）の大きさなどから目標数Ｋを推定して、固有ベクトルｅ（１），ｅ（２），・・・，ｅ（Ｋ）を出力する。
【００６３】
固有ベクトルｅ（１）〜ｅ（Ｋ）は、ＥＳＰＲＩＴ処理手段１７に伝達される。
ＥＳＰＲＩＴ処理手段１７は、まず、以下の式（７）により、行列Ｅを算出する。
【００６４】
Ｅ＝［ｅ（１），ｅ（１），・・・，ｅ（Ｋ）］ ・・・（７）
【００６５】
また、以下の式（８）により、行列Ψを算出する。
【００６６】
【数１５】
【００６７】
式（８）において、行列ＥＨは、行列Ｅのエルミート共役を表している。
また、行列Ｊ１、行列Ｊ２は、それぞれＭ−１行Ｍ列の行列である。
さらに、Ｊ１（ｉ，ｋ）は、行列Ｊ１のｉ行ｋ列の成分を表し、Ｊ２（ｉ，ｋ）は、行列Ｊ２のｉ行ｋ列の成分を表している。
続いて、ＥＳＰＲＩＴ処理手段１７は、ｋ番目目標のステアリングベクトルパラメータを、以下の式（９）により求める。
【００６８】
【数１６】
【００６９】
式（９）において、ｇ’（ｋ）は、行列Ψのｋ番目の固有値を表し、ａｒｇ［ｇ’（ｋ）］は、固有値ｇ’（ｋ）の偏角を表している。
次に、ＥＳＰＲＩＴ処理手段１７は、式（９）から求まるステアリングベクトルパラメータを、レンジビンｎｒにおけるドップラー周波数推定値
【数１７】
として、レンジ方向平均手段９に伝達する。
すなわち、前述と同様に、ドップラー周波数推定値
【数１８】
が算出されて、レンジ方向平均手段９に入力される。
【００７０】
以上のように、この発明の実施の形態３（図５、図６）によれば、超分解能ドップラー周波数推定処理においてＥＳＰＲＩＴを用いた効果により、高速にドップラー周波数推定値を算出することができる。
【００７１】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態３（図５、図６）では、ドップラー周波数検出系として、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５を用いたが、図７のように、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８を用いてもよい。
図７はこの発明の実施の形態４に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図５参照）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。
【００７２】
図７において、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置は、図５内の高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５に代えて、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８を備えている。
高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８は、後述するように、最尤推定を用いて、複数のレンジビンごとに高精度の超分解能ドップラー周波数の推定処理を行う。
【００７３】
図８は図７内の高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８の内部構成を示すブロック図であり、前述（図６参照）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。
【００７４】
図８において、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８は、図６内のＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６およびＥＳＰＲＩＴ処理手段１７に代えて、最尤推定処理手段１９を備えている。
図８の構成により、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８は、ドップラー周波数の超分解能推定処理を、最尤推定を用いて複数のレンジビンごとに行う。
【００７５】
次に、図７および図８を参照しながら、この発明の実施の形態４による動作について説明する。
送信機１および送信アンテナ２から送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐが高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８に伝達される。
【００７６】
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、まず、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８内のパルスヒット方向相関行列生成手段１０に伝達され、前述と同様に、相関行列Ｒが生成される。
相関行列Ｒは、最尤推定処理手段１９に伝達される。
最尤推定処理手段１９は、まず、目標信号のドップラー周波数ｆ１，ｆ２，・・・，ｆＫを変数とする評価関数Θ（ｆ１，ｆ２，・・・，ｆＫ）を、以下の式（１０）のように設定する。
【００７７】
【数１９】
【００７８】
続いて、評価関数Θ（ｆ１，ｆ２，・・・，ｆＫ）を最大とするステアリングベクトルパラメータ
【数２０】
を求める。
次に、最尤推定処理手段１９は、求められたステアリングベクトルパラメータ
【数２１】
を、レンジビンｎｒにおけるドップラー周波数推定値
【数２２】
として、レンジ方向平均手段９に伝達する。
すなわち、前述と同様に、ドップラー周波数推定値
【数２３】
が算出されて、レンジ方向平均手段９に入力される。
【００７９】
以上のように、この発明の実施の形態４（図７、図８）によれば、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８を設け、最尤推定処理を用いてドップラー周波数を推定するように構成したので、高精度のドップラー周波数推定を行うことができる。
【００８０】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態２（図３、図４）では、ドップラー周波数検出系として、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３を用いたが、図９のように、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０を用いてもよい。
図９はこの発明の実施の形態５に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００８１】
図９において、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置は、図２内のレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３に代えて、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０を備えている。
レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０は、後述するように、複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒをレンジ方向に平均化処理し、ＥＳＰＲＩＴ法を用いて超分解能ドップラー周波数推定を高速に行う。
【００８２】
図１０は図９内のレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０の内部構成を示すブロック図であり、前述（図４、図６参照）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。
【００８３】
図１０において、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０は、図４内のＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１およびＭＵＳＩＣ処理手段１２に代えて、図６に示したＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６およびＥＳＰＲＩＴ処理手段１７を備えている。
【００８４】
図１０の構成により、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０は、複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理した後に、ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＥＳＰＲＩＴを用いて複数のレンジビンごとに行う。
【００８５】
次に、図９および図１０を参照しながら、この発明の実施の形態５による動作について説明する。
まず、送信機１および送信アンテナ２からの送信パルスが目標３で反射して、反射パルスが受信アンテナ４および受信機５で受信されると、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐがレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０に伝達される。
【００８６】
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０内のレンジ方向平均型相関行列生成手段１４に伝達される。
以下、レンジ方向平均型相関行列生成手段１４は、前述の実施の形態２（図４）と同様に相関行列Ｒを生成し、ＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６は、前述の実施の形態３（図６）と同様に、相関行列Ｒを用いて、ステアリングベクトルパラメータ
【数２４】
を算出して、ステアリングベクトルパラメータ
【数２５】
を、ｋ番目目標のドップラー周波数推定値
【数２６】
とする。
【００８７】
以上のように、この発明の実施の形態５（図９、図１０）によれば、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０を設け、目標信号成分の相互間の相関を、レンジ方向に平均化処理して相関行列Ｒを求めるように構成したので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数Ｋの減少を防止することができる。
また、超分解能処理においてＥＳＰＲＩＴを用いた効果により、高速にドップラー周波数推定値を算出することができる。
【００８８】
実施の形態６．
なお、上記実施の形態５（図９、図１０）では、ドップラー周波数検出系として、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０を用いたが、図１１のように、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１を用いてもよい。
図１１はこの発明の実施の形態６に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図９参照）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。
【００８９】
図１１において、この発明の実施の形態６に係るレーダ装置は、図９内のレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０に代えて、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１を備えている。
レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１は、目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒをレンジ方向に平均化処理し、最尤推定を用いてドップラー周波数を高精度推定する。
【００９０】
図１２は図１１内のレンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１の内部構成を示すブロック図であり、前述（図８、図１０参照）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１２において、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１は、図１０内のＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６およびＥＳＰＲＩＴ処理手段１７に代えて、図８に示した最尤推定処理手段１９を備えている。
【００９１】
次に、図１１および図１２を参照しながら、この発明の実施の形態６による動作について説明する。
まず、送信機１および送信アンテナ２からの送信パルスが目標３で反射して、反射パルスが受信アンテナ４および受信機５で受信されると、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐがレンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１に伝達される。
【００９２】
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１内のレンジ方向平均型相関行列生成手段１４に伝達される。
以下、レンジ方向平均型相関行列生成手段１４は、前述と同様に相関行列Ｒを生成し、最尤推定処理手段１９は、前述の実施の形態４（図８）と同様に、相関行列Ｒを用いて、ステアリングベクトルパラメータ
【数２７】
を算出して、ステアリングベクトルパラメータを、ｋ番目目標のドップラー周波数推定値
【数２８】
とする。
【００９３】
以上のように、この発明の実施の形態６（図１１、図１２）によれば、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１を設け、目標信号成分の相互間の相関をレンジ方向に平均化処理して相関行列Ｒを求めるように構成したので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数Ｋの減少を防止することができる。
また、最尤推定処理を用いてドップラー周波数を推定する効果により、高精度のドップラー周波数推定を実現することができる。
【００９４】
実施の形態７．
なお、上記実施の形態１〜６（図１〜図１２）では、ドップラー周波数検出系においては、パルス検出手段７を用いたが、図１３のように、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を用いてもよい。
【００９５】
図１３はこの発明の実施の形態７に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図１参照）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。
ここでは、代表的に実施の形態１に適用した場合の構成例を示している。
【００９６】
図１３において、この発明の実施の形態７に係るレーダ装置は、図１内の送信機１に代えて、パルス内変調型送信機２２を備え、また、図１内のパルス検出手段７に代えて、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を備えている。
パルス内変調型送信機２２は、符号変調が施された送信パルスを生成して、送信アンテナ２から出射するとともに、送信パルスの波形をドップラー周波数検出系内の相関信号生成手段２３に入力する。
【００９７】
相関信号生成手段２３は、送信パルスと受信パルスとの相関信号を生成する。
また、目標信号検出手段２４は、相関信号生成手段２３から出力された相関信号に基づき、送信パルスと受信パルスとの相関が高い目標信号を検出して、超分解能ドップラー周波数推定手段８に入力する。
【００９８】
次に、図１３とともに、図１４および図１５のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態７による動作について説明する。
図１４は送信パルスと受信パルスとの関係を示すタイミングチャートであり、上段には、パルス内変調型送信機２２で生成される送信パルスの状況が示され、下段には、受信パルスの状況が示されている。
また、図１５は相関信号生成手段２３により生成される参照パルスを示すタイミングチャートであり、送信パルスを遅延することにより生成される参照パルスの状況を表している。
【００９９】
図１４において、パルス内変調型送信機２２は、あらかじめ生成したランダム符号列の値（「＋１」または「−１」）にしたがって、チップ幅Ｔｃｈｉｐごとに位相が「０°」または「１８０°＝π（ｒａｄ）」だけ回転した送信パルスを出射する。
送信パルスは、目標数Ｋの目標３で反射して、時間遅延τの経過後に受信されて受信パルスとなる。
【０１００】
相関信号生成手段２３は、Ａ／Ｄ変換器６の出力信号（ｎｐヒット目におけるｎｒレンジビンの出力信号ｓｎｒ，ｎｐ）による受信パルス波形と、パルス内変調型送信機２２から入力される送信パルス波形との相関処理を行う。
【０１０１】
このとき、相関信号生成手段２３は、図１５に示すように、送信パルスｓｎｒ，ｎｐを時間ｎｒ１Ｔだけ遅延させた参照パルスｓ’ｎｒ（ｎｒ１）、・・・を生成し、この参照パルスを用いて、時間遅延ｎｒ１Ｔを想定した相関信号ｐｎｒ，ｎｐ（ｎｒ１）を、以下の式（１１）のように生成する。
【０１０２】
【数２９】
【０１０３】
式（１１）から求められた相関信号ｐｎｒ，ｎｐ（ｎｒ１）は、目標信号検出手段２４に伝達される。
まず、目標信号検出手段２４は、相関信号にＦＦＴを施した信号ｐｆｎｒ１，ｎｄ（ｎ’ｄ）を、以下の式（１２）のように算出する。
【０１０４】
【数３０】
【０１０５】
式（１２）において、ｎ’ｄは、パルス長Ｎｇ・Ｔだけ観測して推定したドップラー周波数推定値のドップラービンを表している。
続いて、目標信号検出手段２４は、式（１２）内のレンジビン番号ｎｒ１を変えて、振幅値｜ｐｆｎｒ１，ｎｐ（ｎ’ｄ）｜とスレッショルドとを比較することにより、受信パルスの圧縮信号｜ｐｆｎｒ０，ｎｐ（ｎ’ｄ０）｜を検出する。
この圧縮信号において、ｎ’ｄ０は、受信パルスから生成された相関信号（目標信号のドップラービン）を表している。
【０１０６】
以下、目標信号検出手段２４は、目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）を超分解能ドップラー周波数推定手段８に伝達し、超分解能ドップラー周波数推定手段８は、前述（図２）と同様に、ドップラー周波数推定値
【数３１】
を算出する。
【０１０７】
以上のように、この発明の実施の形態７（図１３〜図１５）による送信系は、符号変調が施されたパルスを複数の送信パルスとして送信するパルス内変調型送信機２２を備えている。
また、ドップラー周波数検出系は、複数の送信パルスと複数の受信パルスとの相関性を用いて目標信号を検出する相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４と、ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＭＵＳＩＣを用いて複数のレンジビンごとに行う超分解能ドップラー周波数推定手段８と、複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理するレンジ方向平均手段９とを備えている。
これにより、ランダム符号で変調したパルスを圧縮する効果によって、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、パルス検出精度を改善することができる。
【０１０８】
実施の形態８．
なお、上記実施の形態７（図１３）では、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を、前述の実施の形態１（図１）の構成に適用したが、図１６のように、実施の形態２（図３）の構成に適用してもよい。
【０１０９】
図１６はこの発明の実施の形態８に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図３、図１３参照）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。
この場合、レーダ装置は、図１３内の超分解能ドップラー周波数推定手段８およびレンジ方向平均手段９に代えて、図３内のレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３を備えている。
【０１１０】
図１６において、パルス内変調型送信機２２および送信アンテナ２からランダム符号で変調した送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４で算出された目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）がレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３に伝達される。
【０１１１】
以下、レンジ方向平均手段の機能を含むレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３は、前述の実施の形態２（図４）と同様に、複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒを、レンジ方向に平均化処理して超分解能ドップラー周波数推定を行い、ドップラー周波数推定値
【数３２】
を算出する。
【０１１２】
以上のように、この発明の実施の形態８（図１６）によれば、ランダム符号で変調した送信パルスを圧縮する効果により、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、パルス検出精度を改善することができる。
また、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３により、目標信号成分の相互間の相関をレンジ方向に平均化処理して相関行列Ｒを求めているので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数Ｋの減少を防止することができる。
【０１１３】
実施の形態９．
なお、上記実施の形態８（図１６）では、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を、前述の実施の形態２（図３）の構成に適用したが、図１７のように、実施の形態３（図５）の構成に適用してもよい。
【０１１４】
図１７はこの発明の実施の形態９に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図５、図１３参照）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。
この場合、レーダ装置は、図１３内の超分解能ドップラー周波数推定手段８に代えて、図５内の高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５を備えている。
【０１１５】
図１７において、パルス内変調型送信機２２および送信アンテナ２からランダム符号で変調した送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４で算出された目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）が、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５に伝達される。
以下、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５は、前述の実施の形態３（図６）と同様に、ＥＳＰＲＩＴを用いて、ドップラー周波数推定値
【数３３】
を算出し、レンジ方向平均手段９に入力する。
【０１１６】
以上のように、この発明の実施の形態９（図１７）によれば、ランダム符号で変調したパルスを圧縮する効果により、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、パルス検出精度を改善することができる。
また、超分解能処理にＥＳＰＲＩＴを用いる効果により、高速にドップラー周波数推定値を算出することができる。
【０１１７】
実施の形態１０．
なお、上記実施の形態９（図１７）では、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を、前述の実施の形態３（図５）の構成に適用したが、図１８のように、実施の形態４（図７）の構成に適用してもよい。
【０１１８】
図１８はこの発明の実施の形態１０に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図７、図１７参照）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。
この場合、レーダ装置は、図１７内の高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５に代えて、図７内の高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８を備えている。
【０１１９】
図１８において、パルス内変調型送信機２２および送信アンテナ２からランダム符号で変調した送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４で算出された目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）が、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８に伝達される。
以下、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８は、前述の実施の形態４（図８）と同様に、最尤推定処理を用いて、ドップラー周波数推定値
【数３４】
を算出し、レンジ方向平均手段９に入力する。
【０１２０】
以上のように、この発明の実施の形態１０（図１８）によれば、ランダム符号で変調したパルスを圧縮する効果により、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、パルス検出精度を改善することができる。
また、最尤推定処理を用いてドップラー周波数を推定しているので、高精度のドップラー周波数推定を実現することができる。
【０１２１】
実施の形態１１．
なお、上記実施の形態１０（図１８）では、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を、前述の実施の形態４（図７）の構成に適用したが、図１９のように、実施の形態５（図９）の構成に適用してもよい。
【０１２２】
図１９はこの発明の実施の形態１１に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図９、図１６参照）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。
この場合、レーダ装置は、図１６内のレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３に代えて、図９内のレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０を備えている。
【０１２３】
図１９において、パルス内変調型送信機２２および送信アンテナ２からランダム符号で変調した送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４で算出された目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）が、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０に伝達される。
【０１２４】
以下、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０は、前述の実施の形態５（図１０）と同様に、複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒをレンジ方向に平均化処理するとともに、ＥＳＰＲＩＴ法を用いて、ドップラー周波数推定値
【数３５】
を算出する。
【０１２５】
以上のように、この発明の実施の形態１１（図１９）によれば、ランダム符号で変調したパルスを圧縮する効果により、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、パルス検出精度を改善することができる。
また、目標信号成分の相互間の相関を、レンジ方向に平均化処理して相関行列Ｒを求めているので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数Ｋの減少を防止することができる。
【０１２６】
実施の形態１２．
なお、上記実施の形態１１（図１９）では、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を、前述の実施の形態５（図９）の構成に適用したが、図２０のように、実施の形態６（図１１）の構成に適用してもよい。
【０１２７】
図２０はこの発明の実施の形態１２に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図１１、図１９参照）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。
この場合、レーダ装置は、図１９内のレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０に代えて、図１１内のレンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１を備えている。
【０１２８】
図２０において、パルス内変調型送信機２２および送信アンテナ２からランダム符号で変調した送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４で算出された目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）が、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１に伝達される。
【０１２９】
以下、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１は、前述の実施の形態６（図１２）と同様に、複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒをレンジ方向に平均化処理するとともに、最尤推定処理を用いて、ドップラー周波数推定値
【数３６】
を算出する。
【０１３０】
以上のように、この発明の実施の形態１２（図２０）によれば、ランダム符号で変調したパルスを圧縮する効果により、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、目標検出精度を改善することができる。
また、目標信号成分の相互間の相関をレンジ方向に平均化処理して相関行列Ｒを求めているので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数Ｋの減少を防止することができる。
さらに、最尤推定処理を用いてドップラー周波数を推定しているので、高精度のドップラー周波数推定を実現することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１ 送信機、２ 送信アンテナ、３ 目標、４ 受信アンテナ、５ 受信機、６ Ａ／Ｄ変換器、７ パルス検出手段、８ 超分解能ドップラー周波数推定手段、９ レンジ方向平均手段、１０ パルスヒット方向相関行列生成手段、１１ ＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段、１２ ＭＵＳＩＣ処理手段、１３ レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段、１４ レンジ方向平均型相関行列生成手段、１５ 高速型超分解能ドップラー周波数推定手段、１６ ＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段、１７ ＥＳＰＲＩＴ処理手段、１８ 高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段、１９ 最尤推定処理手段、２０ レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段、２１ レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段、２２ パルス内変調型送信機、２３ 相関信号生成手段、２４ 目標信号検出手段、Ｋ 目標数、Ｒ 相関行列、Ｔ 時間間隔、Ｔｃｈｉｐ チップ幅、τ 時間遅延。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、移動する目標を検出するためのレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、移動する目標（目標の位置、方向、相対距離、相対速度など）を検出するレーダ装置として、ドップラー周波数推定処理を適用した技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
図２１は特許文献１に記載された従来のレーダ装置を概略的に示すブロック図であり、ドップラー周波数推定処理を適用した際の構成例を示している。
【０００３】
図２１において、従来のレーダ装置は、送信機１と、送信アンテナ２と、目標３からの電波を受信する受信アンテナ４と、受信機５と、Ａ／Ｄ変換器６と、パルス検出手段７と、パルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５と、パルスヒット方向平均手段２６とを備えている。
【０００４】
パルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５は、目標３の移動によるパルスの位相変化に基づきドップラー周波数を超分解能推定する。
パルスヒット方向平均手段２６は、パルスごとに推定されたドップラー周波数を平均化処理する。
【０００５】
図２２は図２１に示したレーダ装置の動作を示すタイミングチャートであり、図２３は図２１内のパルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５の内部構成を示すブロック図である。
図２３において、パルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５は、相関行列生成手段２７と、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）用固有ベクトル算出手段１１と、ＭＵＳＩＣ処理手段１２とを備えている。
【０００６】
次に、図２１〜図２３を参照しながら、従来のレーダ装置の動作について説明する。
まず、送信機１はパルスを送信し、図２２のように、パルス繰り返し周期ＴＰＲＩとしてＮｐヒットの送受信を行う。
【０００７】
送信パルスは、目標数Ｋの目標３で反射して、時間遅延τで受信される。
Ａ／Ｄ変換器６は、レンジビンを単位として時間間隔Ｔでサンプリングを行い、Ａ／Ｄ変換した信号（ｎｐヒット目におけるｎｒレンジビンの出力信号ｓｎｒ，ｎｐ）を出力する。
【０００８】
Ａ／Ｄ変換器６の出力信号ｓｎｒ，ｎｐは、パルス検出手段７に伝達される。
パルス検出手段７は、Ａ／Ｄ変換器６の出力信号の振幅値｜ｓｎｒ，ｎｐ｜とスレッショルドとを比較して、パルスが含まれる範囲を検出する。
【０００９】
たとえば、ｎｒ０サンプリング目からｎｒ０＋Ｎｇサンプリング目までの範囲にパルスが検出された場合、パルス検出手段７は、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐを出力する。
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、パルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５に伝達される。
【００１０】
パルス内超分解能ドップラー周波数推定手段２５において、まず、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、相関行列生成手段２７に伝達される。
相関行列生成手段２７は、以下の式（１）により、相関行列Ｒを生成する。
【００１１】
【数１】
【００１２】
式（１）においては、目標信号成分間の相関を表す行列成分のランクを回復するため行列Ｒｎｐ，ｍを平均化するためのスムージング処理が行われる。
また、式（１）において、Ｍは相関行列Ｒの次元数、ｑＨｎｐ，ｍはベクトルｑｎｐ，ｍの共役転置を表している。
【００１３】
相関行列Ｒは、ＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１に伝達される。
ＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１は、相関行列Ｒの固有値ｇ（１），ｇ（２），・・・，ｇ（Ｍ）（ｇ（１）＞ｇ（２）＞・・・＞ｇ（Ｍ））と、固有値ｇ（ｍ）（１≦ｍ≦Ｍ）に対応する固有ベクトルｅ（ｍ）とを求め、固有値ｇ（ｍ）の大きさなどから目標数Ｋを推定して、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１），ｅ（Ｋ＋２），・・・，ｅ（Ｍ）を出力する。
【００１４】
固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）は、ＭＵＳＩＣ処理手段１２に伝達される。
ＭＵＳＩＣ処理手段１２は、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）を雑音空間として、ＭＵＳＩＣ処理を行う。
具体的には、ドップラー周波数ｆに対応するステアリングベクトルａ（ｆ）を、以下の式（２）により生成する。
【００１５】
【数２】
【００１６】
また、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）のすべてに直交するＫ種類のステアリングａ（ｆ）を求める。このときのステアリングベクトルパラメータは、以下のように表されるものとする。
【００１７】
【数３】
【００１８】
そして、このステアリングベクトルパラメータ
【数４】
を、ｎｐパルスヒットにおけるドップラー周波数推定値
【数５】
とし、この推定値をパルスヒット方向平均手段２６に伝達する。
パルスヒット方向平均手段２６は、各パルスヒットにおけるドップラー周波数推定値を平均化処理して、以下の式（３）により、平均化後のドップラー周波数推定値を算出する。
【００１９】
【数６】
【００２０】
このとき、ドップラー周波数推定値の互いに近い値のもの同士を選択することなどにより、各パルスヒットにおける目標番号ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は対応できているものとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００３−１２１５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
従来のレーダ装置は、特許文献１のように構成されていることから、ドップラー周波数推定用の観測時間がパルス幅に相当する長さとなり、観測時間が短いので、超分解能ドップラー周波数推定処理において十分な精度が得られないという課題があった。
【００２３】
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、超分解能ドップラー周波数推定精度を改善し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】
【００２４】
この発明に係るレーダ装置は、移動する目標を検出するレーダ装置であって、複数の送信パルスを時系列的に繰り返し出射する送信系と、複数の送信パルスが目標で反射された反射パルスを複数の受信パルスとして受信する受信系と、複数の受信パルスに基づいて、目標の移動にともなうドップラー周波数を推定するドップラー周波数検出系とを備え、ドップラー周波数検出系は、複数の受信パルスの位相変化に基づいて、ドップラー周波数を超分解能推定するものである。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、超分解能ドップラー周波数推定を行うための観測時間を長く設定することにより、超分解能ドップラー周波数の推定精度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図２】図１内の超分解能ドップラー周波数推定手段の内部構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図４】図３内のレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段の内部構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図６】図５内の高速型超分解能ドップラー周波数推定手段の内部構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図８】図７内の高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段の内部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５に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１０】図９内のレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段の内部構成を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態６に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１２】図１１内のレンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段の内部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７に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１４】この発明の実施の形態７による送受信動作を示すタイミングチャートである。
【図１５】図１３内の相関信号生成手段による参照パルス生成動作を示すタイミングチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態８に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１７】この発明の実施の形態９に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１８】この発明の実施の形態１０に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図１９】この発明の実施の形態１１に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図２０】この発明の実施の形態１２に係るレーダ装置を示すブロック図である。
【図２１】従来のレーダ装置を概略的に示すブロック図である。
【図２２】従来のレーダ装置の送受信動作を示すタイミングチャートである。
【図２３】図２１内のパルス内超分解能ドップラー周波数推定手段の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置を示すブロック図である。
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、送信パルスを生成する送信機１と、送信パルスを目標３に向けて出射する送信アンテナ２と、目標３からの反射電波を受信する受信アンテナ４と、受信信号の帯域制限および位相検波を行う受信機５と、アナログ信号をサンプリングしてディジタル信号を生成するＡ／Ｄ変換器６と、目標３で反射したパルスを検出するパルス検出手段７と、超分解能ドップラー周波数推定手段８と、ドップラー周波数推定値を出力するレンジ方向平均手段９とを備えている。
【００２８】
なお、煩雑さを避けるために図示を省略するが、レーダ装置は、図１内の回路要素１、５〜９の動作タイミングを制御するためのコントローラを備えている。
送信機１および送信アンテナ２は、送信系を構成しており、複数の送信パルスを時系列的に繰り返し出射する。
【００２９】
受信アンテナ４および受信機５は、受信系を構成しており、複数の送信パルスが目標３で反射された反射パルスを複数の受信パルスとして受信する。
また、Ａ／Ｄ変換器６、パルス検出手段７、超分解能ドップラー周波数推定手段８およびレンジ方向平均手段９は、ドップラー周波数検出系を構成しており、複数の受信パルスに基づいて、目標３の移動にともなうドップラー周波数を推定する。
【００３０】
パルス検出手段７は、複数の受信パルスが存在するレンジ範囲を検出する。
ドップラー周波数検出系の主要部を構成する超分解能ドップラー周波数推定手段８は、後述するように、複数の受信パルスの位相変化に基づいて、ドップラー周波数を超分解能推定する。
【００３１】
具体的には、超分解能ドップラー周波数推定手段８は、パルスヒット方向に対する目標信号の位相変化に基づきドップラー周波数を超分解能推定する。
また、レンジ方向平均手段９は、複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数の平均値をドップラー周波数推定値として算出する。
【００３２】
図２は図１内の超分解能ドップラー周波数推定手段８の内部構成を示すブロック図である。
図２において、超分解能ドップラー周波数推定手段８は、パルス検出手段７からの検出パルス（受信パルス）ｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐを入力情報とするパルスヒット方向相関行列生成手段１０と、パルスヒット方向相関行列生成手段１０から生成される相関行列Ｒを入力情報とするＭＵＳＩＣ処理手段１２とを備えている。
【００３３】
図２の構成により、超分解能ドップラー周波数推定手段８は、ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＭＵＳＩＣを用いて複数のレンジビンごとに行う。
ＭＵＳＩＣ処理手段１２からのドップラー周波数推定値（後述する）は、レンジ方向平均手段９に伝達され、レンジ方向平均手段９は、複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理する。
【００３４】
次に、前述の図２２とともに、図１および図２を参照しながら、この発明の実施の形態１による動作について説明する。
まず、送信機１により、送信アンテナ２から送信パルスが出射され、パルス繰り返し周期ＴＰＲＩ（図２２参照）としてＮｐヒットの送受信が行われる。
【００３５】
送信パルスは、目標数Ｋの目標３で反射して、時間遅延τで受信される。
Ａ／Ｄ変換器６は、レンジビンを単位として時間間隔Ｔでサンプリングを行い、Ａ／Ｄ変換した信号（ｎｐヒット目におけるｎｒレンジビンの出力信号ｓｎｒ，ｎｐ）を出力する。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換器６の出力信号ｓｎｒ，ｎｐは、パルス検出手段７に伝達される。
パルス検出手段７は、Ａ／Ｄ変換器６の出力信号の振幅値｜ｓｎｒ，ｎｐ｜とスレッショルドとを比較して、パルスが含まれる範囲を検出する。
【００３７】
たとえば、ｎｒ０サンプリング目からｎｒ０＋Ｎｇサンプリング目までの範囲にパルスが検出された場合、パルス検出手段７は、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐを出力する。
目標３で反射したパルスは、受信アンテナ４で受信され、受信機５、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐとなり、この検出パルスは、超分解能ドップラー周波数推定手段８に伝達される。
【００３８】
超分解能ドップラー周波数推定手段８において、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、まず、パルスヒット方向相関行列生成手段１０に伝達される。
パルスヒット方向相関行列生成手段１０は、以下の式（４）により、相関行列Ｒを生成する。
【００３９】
【数７】
【００４０】
以下、ＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１は、相関行列Ｒの固有値ｇ（１），ｇ（２），・・・，ｇ（Ｍ）（ｇ（１）＞ｇ（２）＞・・・＞ｇ（Ｍ））と、固有値ｇ（ｍ）（１≦ｍ≦Ｍ）に対応する固有ベクトルｅ（ｍ）とを求め、固有値ｇ（ｍ）の大きさなどから目標数Ｋを推定して、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１），ｅ（Ｋ＋２），・・・，ｅ（Ｍ）を出力する。
【００４１】
固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）は、ＭＵＳＩＣ処理手段１２に伝達される。
ＭＵＳＩＣ処理手段１２は、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）を雑音空間としてＭＵＳＩＣ処理を行い、ステアリングベクトルパラメータを出力する。
具体的には、ドップラー周波数ｆに対応するステアリングベクトルａ（ｆ）は、前述の式（２）内のＴをパルス繰り返し周期ＴＰＲＩに換えることにより生成される。
【００４２】
また、固有ベクトルｅ（Ｋ＋１）〜ｅ（Ｍ）のすべてに直交するＫ種類のステアリングａ（ｆ）を求め、ステアリングベクトルパラメータ
【数８】
を、ｎｐパルスヒットにおけるドップラー周波数推定値として出力する。
すなわち、ＭＵＳＩＣ処理手段１２は、以下の式（４）の相関行列Ｒを用いて算出したステアリングベクトルパラメータ
【数９】
を、ｎｒレンジビンにおけるｋ番目目標のドップラー周波数推定値
【数１０】
とし、このドップラー周波数推定値をレンジ方向平均手段９に伝達する。
レンジ方向平均手段９は、ｎｒレンジビンにおけるｋ番目目標のドップラー周波数推定値を平均化処理して、以下の式（５）により、ドップラー周波数推定値を算出する。
【００４３】
【数１１】
【００４４】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１、図２）によれば、パルスヒット間隔Ｔ×パルスヒット数Ｎｐに相当する長い時間で観測して得られた受信信号を使用して、ドップラー周波数を超分解能推定するので、超分解能ドップラー周波数推定手段８およびレンジ方向平均手段９によるドップラー周波数推定値の推定精度を改善することができる。
【００４５】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１、図２）では、ドップラー周波数検出系として、超分解能ドップラー周波数推定手段８およびレンジ方向平均手段９とを用いたが、図３のように、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３を用いてもよい。
図３はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図１参照）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。
【００４６】
図３において、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置は、図１内の超分解能ドップラー周波数推定手段８およびレンジ方向平均手段９に代えて、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３を備えている。
【００４７】
レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３は、レンジ方向平均手段の機能を含み、複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒを、レンジ方向に平均化処理して超分解能ドップラー周波数推定を行い、ドップラー周波数推定値を生成する。
【００４８】
図４は図３内のレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３の内部構成を示すブロック図であり、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
図４において、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３は、図２内のパルスヒット方向相関行列生成手段１０に代えて、レンジ方向平均型相関行列生成手段１４を備えている。
【００４９】
図４の構成により、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３は、ドップラー周波数の超分解能推定処理を行う際に必要となる複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関をレンジビンごとに算出し、レンジビンごとの相関算出値を平均化処理して相関行列Ｒを生成し、相関行列Ｒを用いたＭＵＳＩＣ処理によりドップラー周波数を推定する。
【００５０】
次に、図３および図４を参照しながら、この発明の実施の形態２による動作について説明する。
送信機１および送信アンテナ２から送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐがレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３に伝達される。
【００５１】
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、まず、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３内のレンジ方向平均型相関行列生成手段１４に伝達される。
レンジ方向平均型相関行列生成手段１４は、以下の式（６）により、相関行列Ｒを生成する。
【００５２】
【数１２】
【００５３】
以下、前述と同様に、ＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１およびＭＵＳＩＣ処理手段１２により、ＭＵＳＩＣ処理が行われ、ステアリングベクトルパラメータ
【数１３】
が算出される。そして、このステアリングベクトルパラメータの算出値を、ｋ番目目標のドップラー周波数推定値
【数１４】
とする。
【００５４】
以上のように、この発明の実施の形態２（図３、図４）によれば、行列ＳｎｒＳＨｎｒをレンジ方向に平均化処理することにより、目標信号成分の相互間の相関を表す成分のランクを回復しているので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数の減少が防止される。
【００５５】
実際に、前述の実施の形態１においては、使用した相関行列Ｒの次元数が「Ｍ」であることから、検出可能な目標数が「Ｍ−１」となるのに対し、この発明の実施の形態２においては、使用した相関行列Ｒの次元数が「Ｎｐ（＞Ｍ）」であることから、検出可能な目標数は「Ｎｐ−１（＞Ｍ−１）」となり、前述の実施の形態１と比べて多くなっていることが分かる。
【００５６】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１（図１、図２）では、ドップラー周波数検出系として、超分解能ドップラー周波数推定手段８を用いたが、図５のように、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５を用いてもよい。
図５はこの発明の実施の形態３に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図１参照）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。
【００５７】
図５において、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置は、図１内の超分解能ドップラー周波数推定手段８に代えて、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５を備えている。
高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５は、後述するように、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法を用いて、超分解能ドップラー周波数の推定処理を高速に行う。
【００５８】
図６は図５内の高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５の内部構成を示すブロック図であり、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００５９】
図６において、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５は、図２内のＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１およびＭＵＳＩＣ処理手段１２に代えて、ＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６およびＥＳＰＲＩＴ処理手段１７を備えている。
図６の構成により、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５は、ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＥＳＰＲＩＴを用いて複数のレンジビンごとに行う。
【００６０】
次に、図５および図６を参照しながら、この発明の実施の形態３による動作について説明する。
送信機１および送信アンテナ２から送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐが高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５に伝達される。
【００６１】
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、まず、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５内のパルスヒット方向相関行列生成手段１０に伝達される。
続いて、パルスヒット方向相関行列生成手段１０により生成された相関行列Ｒは、ＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６に伝達される。
【００６２】
ＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６は、まず、相関行列Ｒの固有値ｇ（１），ｇ（２），・・・，ｇ（Ｍ）（ｇ（１）＞ｇ（２）＞・・・＞ｇ（Ｍ））と、固有値ｇ（ｍ）（１≦ｍ≦Ｍ）に対応する固有ベクトルｅ（ｍ）を求める。
また、固有値ｇ（ｍ）の大きさなどから目標数Ｋを推定して、固有ベクトルｅ（１），ｅ（２），・・・，ｅ（Ｋ）を出力する。
【００６３】
固有ベクトルｅ（１）〜ｅ（Ｋ）は、ＥＳＰＲＩＴ処理手段１７に伝達される。
ＥＳＰＲＩＴ処理手段１７は、まず、以下の式（７）により、行列Ｅを算出する。
【００６４】
Ｅ＝［ｅ（１），ｅ（１），・・・，ｅ（Ｋ）］ ・・・（７）
【００６５】
また、以下の式（８）により、行列Ψを算出する。
【００６６】
【数１５】
【００６７】
式（８）において、行列ＥＨは、行列Ｅのエルミート共役を表している。
また、行列Ｊ１、行列Ｊ２は、それぞれＭ−１行Ｍ列の行列である。
さらに、Ｊ１（ｉ，ｋ）は、行列Ｊ１のｉ行ｋ列の成分を表し、Ｊ２（ｉ，ｋ）は、行列Ｊ２のｉ行ｋ列の成分を表している。
続いて、ＥＳＰＲＩＴ処理手段１７は、ｋ番目目標のステアリングベクトルパラメータを、以下の式（９）により求める。
【００６８】
【数１６】
【００６９】
式（９）において、ｇ’（ｋ）は、行列Ψのｋ番目の固有値を表し、ａｒｇ［ｇ’（ｋ）］は、固有値ｇ’（ｋ）の偏角を表している。
次に、ＥＳＰＲＩＴ処理手段１７は、式（９）から求まるステアリングベクトルパラメータを、レンジビンｎｒにおけるドップラー周波数推定値
【数１７】
として、レンジ方向平均手段９に伝達する。
すなわち、前述と同様に、ドップラー周波数推定値
【数１８】
が算出されて、レンジ方向平均手段９に入力される。
【００７０】
以上のように、この発明の実施の形態３（図５、図６）によれば、超分解能ドップラー周波数推定処理においてＥＳＰＲＩＴを用いた効果により、高速にドップラー周波数推定値を算出することができる。
【００７１】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態３（図５、図６）では、ドップラー周波数検出系として、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５を用いたが、図７のように、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８を用いてもよい。
図７はこの発明の実施の形態４に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図５参照）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。
【００７２】
図７において、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置は、図５内の高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５に代えて、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８を備えている。
高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８は、後述するように、最尤推定を用いて、複数のレンジビンごとに高精度の超分解能ドップラー周波数の推定処理を行う。
【００７３】
図８は図７内の高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８の内部構成を示すブロック図であり、前述（図６参照）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。
【００７４】
図８において、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８は、図６内のＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６およびＥＳＰＲＩＴ処理手段１７に代えて、最尤推定処理手段１９を備えている。
図８の構成により、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８は、ドップラー周波数の超分解能推定処理を、最尤推定を用いて複数のレンジビンごとに行う。
【００７５】
次に、図７および図８を参照しながら、この発明の実施の形態４による動作について説明する。
送信機１および送信アンテナ２から送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐが高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８に伝達される。
【００７６】
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、まず、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８内のパルスヒット方向相関行列生成手段１０に伝達され、前述と同様に、相関行列Ｒが生成される。
相関行列Ｒは、最尤推定処理手段１９に伝達される。
最尤推定処理手段１９は、まず、目標信号のドップラー周波数ｆ１，ｆ２，・・・，ｆＫを変数とする評価関数Θ（ｆ１，ｆ２，・・・，ｆＫ）を、以下の式（１０）のように設定する。
【００７７】
【数１９】
【００７８】
続いて、評価関数Θ（ｆ１，ｆ２，・・・，ｆＫ）を最大とするステアリングベクトルパラメータ
【数２０】
を求める。
次に、最尤推定処理手段１９は、求められたステアリングベクトルパラメータ
【数２１】
を、レンジビンｎｒにおけるドップラー周波数推定値
【数２２】
として、レンジ方向平均手段９に伝達する。
すなわち、前述と同様に、ドップラー周波数推定値
【数２３】
が算出されて、レンジ方向平均手段９に入力される。
【００７９】
以上のように、この発明の実施の形態４（図７、図８）によれば、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８を設け、最尤推定処理を用いてドップラー周波数を推定するように構成したので、高精度のドップラー周波数推定を行うことができる。
【００８０】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態２（図３、図４）では、ドップラー周波数検出系として、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３を用いたが、図９のように、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０を用いてもよい。
図９はこの発明の実施の形態５に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００８１】
図９において、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置は、図２内のレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３に代えて、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０を備えている。
レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０は、後述するように、複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒをレンジ方向に平均化処理し、ＥＳＰＲＩＴ法を用いて超分解能ドップラー周波数推定を高速に行う。
【００８２】
図１０は図９内のレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０の内部構成を示すブロック図であり、前述（図４、図６参照）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。
【００８３】
図１０において、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０は、図４内のＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段１１およびＭＵＳＩＣ処理手段１２に代えて、図６に示したＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６およびＥＳＰＲＩＴ処理手段１７を備えている。
【００８４】
図１０の構成により、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０は、複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理した後に、ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＥＳＰＲＩＴを用いて複数のレンジビンごとに行う。
【００８５】
次に、図９および図１０を参照しながら、この発明の実施の形態５による動作について説明する。
まず、送信機１および送信アンテナ２からの送信パルスが目標３で反射して、反射パルスが受信アンテナ４および受信機５で受信されると、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐがレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０に伝達される。
【００８６】
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０内のレンジ方向平均型相関行列生成手段１４に伝達される。
以下、レンジ方向平均型相関行列生成手段１４は、前述の実施の形態２（図４）と同様に相関行列Ｒを生成し、ＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６は、前述の実施の形態３（図６）と同様に、相関行列Ｒを用いて、ステアリングベクトルパラメータ
【数２４】
を算出して、ステアリングベクトルパラメータ
【数２５】
を、ｋ番目目標のドップラー周波数推定値
【数２６】
とする。
【００８７】
以上のように、この発明の実施の形態５（図９、図１０）によれば、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０を設け、目標信号成分の相互間の相関を、レンジ方向に平均化処理して相関行列Ｒを求めるように構成したので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数Ｋの減少を防止することができる。
また、超分解能処理においてＥＳＰＲＩＴを用いた効果により、高速にドップラー周波数推定値を算出することができる。
【００８８】
実施の形態６．
なお、上記実施の形態５（図９、図１０）では、ドップラー周波数検出系として、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０を用いたが、図１１のように、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１を用いてもよい。
図１１はこの発明の実施の形態６に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図９参照）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。
【００８９】
図１１において、この発明の実施の形態６に係るレーダ装置は、図９内のレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０に代えて、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１を備えている。
レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１は、目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒをレンジ方向に平均化処理し、最尤推定を用いてドップラー周波数を高精度推定する。
【００９０】
図１２は図１１内のレンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１の内部構成を示すブロック図であり、前述（図８、図１０参照）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１２において、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１は、図１０内のＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段１６およびＥＳＰＲＩＴ処理手段１７に代えて、図８に示した最尤推定処理手段１９を備えている。
【００９１】
次に、図１１および図１２を参照しながら、この発明の実施の形態６による動作について説明する。
まず、送信機１および送信アンテナ２からの送信パルスが目標３で反射して、反射パルスが受信アンテナ４および受信機５で受信されると、Ａ／Ｄ変換器６およびパルス検出手段７を介して、検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐがレンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１に伝達される。
【００９２】
検出パルスｓｎｒ０，ｎｐ〜ｓｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐは、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１内のレンジ方向平均型相関行列生成手段１４に伝達される。
以下、レンジ方向平均型相関行列生成手段１４は、前述と同様に相関行列Ｒを生成し、最尤推定処理手段１９は、前述の実施の形態４（図８）と同様に、相関行列Ｒを用いて、ステアリングベクトルパラメータ
【数２７】
を算出して、ステアリングベクトルパラメータを、ｋ番目目標のドップラー周波数推定値
【数２８】
とする。
【００９３】
以上のように、この発明の実施の形態６（図１１、図１２）によれば、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１を設け、目標信号成分の相互間の相関をレンジ方向に平均化処理して相関行列Ｒを求めるように構成したので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数Ｋの減少を防止することができる。
また、最尤推定処理を用いてドップラー周波数を推定する効果により、高精度のドップラー周波数推定を実現することができる。
【００９４】
実施の形態７．
なお、上記実施の形態１〜６（図１〜図１２）では、ドップラー周波数検出系においては、パルス検出手段７を用いたが、図１３のように、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を用いてもよい。
【００９５】
図１３はこの発明の実施の形態７に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図１参照）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。
ここでは、代表的に実施の形態１に適用した場合の構成例を示している。
【００９６】
図１３において、この発明の実施の形態７に係るレーダ装置は、図１内の送信機１に代えて、パルス内変調型送信機２２を備え、また、図１内のパルス検出手段７に代えて、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を備えている。
パルス内変調型送信機２２は、符号変調が施された送信パルスを生成して、送信アンテナ２から出射するとともに、送信パルスの波形をドップラー周波数検出系内の相関信号生成手段２３に入力する。
【００９７】
相関信号生成手段２３は、送信パルスと受信パルスとの相関信号を生成する。
また、目標信号検出手段２４は、相関信号生成手段２３から出力された相関信号に基づき、送信パルスと受信パルスとの相関が高い目標信号を検出して、超分解能ドップラー周波数推定手段８に入力する。
【００９８】
次に、図１３とともに、図１４および図１５のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態７による動作について説明する。
図１４は送信パルスと受信パルスとの関係を示すタイミングチャートであり、上段には、パルス内変調型送信機２２で生成される送信パルスの状況が示され、下段には、受信パルスの状況が示されている。
また、図１５は相関信号生成手段２３により生成される参照パルスを示すタイミングチャートであり、送信パルスを遅延することにより生成される参照パルスの状況を表している。
【００９９】
図１４において、パルス内変調型送信機２２は、あらかじめ生成したランダム符号列の値（「＋１」または「−１」）にしたがって、チップ幅Ｔｃｈｉｐごとに位相が「０°」または「１８０°＝π（ｒａｄ）」だけ回転した送信パルスを出射する。
送信パルスは、目標数Ｋの目標３で反射して、時間遅延τの経過後に受信されて受信パルスとなる。
【０１００】
相関信号生成手段２３は、Ａ／Ｄ変換器６の出力信号（ｎｐヒット目におけるｎｒレンジビンの出力信号ｓｎｒ，ｎｐ）による受信パルス波形と、パルス内変調型送信機２２から入力される送信パルス波形との相関処理を行う。
【０１０１】
このとき、相関信号生成手段２３は、図１５に示すように、送信パルスｓｎｒ，ｎｐを時間ｎｒ１Ｔだけ遅延させた参照パルスｓ’ｎｒ（ｎｒ１）、・・・を生成し、この参照パルスを用いて、時間遅延ｎｒ１Ｔを想定した相関信号ｐｎｒ，ｎｐ（ｎｒ１）を、以下の式（１１）のように生成する。
【０１０２】
【数２９】
【０１０３】
式（１１）から求められた相関信号ｐｎｒ，ｎｐ（ｎｒ１）は、目標信号検出手段２４に伝達される。
まず、目標信号検出手段２４は、相関信号にＦＦＴを施した信号ｐｆｎｒ１，ｎｄ（ｎ’ｄ）を、以下の式（１２）のように算出する。
【０１０４】
【数３０】
【０１０５】
式（１２）において、ｎ’ｄは、パルス長Ｎｇ・Ｔだけ観測して推定したドップラー周波数推定値のドップラービンを表している。
続いて、目標信号検出手段２４は、式（１２）内のレンジビン番号ｎｒ１を変えて、振幅値｜ｐｆｎｒ１，ｎｐ（ｎ’ｄ）｜とスレッショルドとを比較することにより、受信パルスの圧縮信号｜ｐｆｎｒ０，ｎｐ（ｎ’ｄ０）｜を検出する。
この圧縮信号において、ｎ’ｄ０は、受信パルスから生成された相関信号（目標信号のドップラービン）を表している。
【０１０６】
以下、目標信号検出手段２４は、目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）を超分解能ドップラー周波数推定手段８に伝達し、超分解能ドップラー周波数推定手段８は、前述（図２）と同様に、ドップラー周波数推定値
【数３１】
を算出する。
【０１０７】
以上のように、この発明の実施の形態７（図１３〜図１５）による送信系は、符号変調が施されたパルスを複数の送信パルスとして送信するパルス内変調型送信機２２を備えている。
また、ドップラー周波数検出系は、複数の送信パルスと複数の受信パルスとの相関性を用いて目標信号を検出する相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４と、ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＭＵＳＩＣを用いて複数のレンジビンごとに行う超分解能ドップラー周波数推定手段８と、複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理するレンジ方向平均手段９とを備えている。
これにより、ランダム符号で変調したパルスを圧縮する効果によって、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、パルス検出精度を改善することができる。
【０１０８】
実施の形態８．
なお、上記実施の形態７（図１３）では、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を、前述の実施の形態１（図１）の構成に適用したが、図１６のように、実施の形態２（図３）の構成に適用してもよい。
【０１０９】
図１６はこの発明の実施の形態８に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図３、図１３参照）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。
この場合、レーダ装置は、図１３内の超分解能ドップラー周波数推定手段８およびレンジ方向平均手段９に代えて、図３内のレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３を備えている。
【０１１０】
図１６において、パルス内変調型送信機２２および送信アンテナ２からランダム符号で変調した送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４で算出された目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）がレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３に伝達される。
【０１１１】
以下、レンジ方向平均手段の機能を含むレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３は、前述の実施の形態２（図４）と同様に、複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒを、レンジ方向に平均化処理して超分解能ドップラー周波数推定を行い、ドップラー周波数推定値
【数３２】
を算出する。
【０１１２】
以上のように、この発明の実施の形態８（図１６）によれば、ランダム符号で変調した送信パルスを圧縮する効果により、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、パルス検出精度を改善することができる。
また、レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３により、目標信号成分の相互間の相関をレンジ方向に平均化処理して相関行列Ｒを求めているので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数Ｋの減少を防止することができる。
【０１１３】
実施の形態９．
なお、上記実施の形態８（図１６）では、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を、前述の実施の形態２（図３）の構成に適用したが、図１７のように、実施の形態３（図５）の構成に適用してもよい。
【０１１４】
図１７はこの発明の実施の形態９に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図５、図１３参照）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。
この場合、レーダ装置は、図１３内の超分解能ドップラー周波数推定手段８に代えて、図５内の高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５を備えている。
【０１１５】
図１７において、パルス内変調型送信機２２および送信アンテナ２からランダム符号で変調した送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４で算出された目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）が、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５に伝達される。
以下、高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５は、前述の実施の形態３（図６）と同様に、ＥＳＰＲＩＴを用いて、ドップラー周波数推定値
【数３３】
を算出し、レンジ方向平均手段９に入力する。
【０１１６】
以上のように、この発明の実施の形態９（図１７）によれば、ランダム符号で変調したパルスを圧縮する効果により、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、パルス検出精度を改善することができる。
また、超分解能処理にＥＳＰＲＩＴを用いる効果により、高速にドップラー周波数推定値を算出することができる。
【０１１７】
実施の形態１０．
なお、上記実施の形態９（図１７）では、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を、前述の実施の形態３（図５）の構成に適用したが、図１８のように、実施の形態４（図７）の構成に適用してもよい。
【０１１８】
図１８はこの発明の実施の形態１０に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図７、図１７参照）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。
この場合、レーダ装置は、図１７内の高速型超分解能ドップラー周波数推定手段１５に代えて、図７内の高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８を備えている。
【０１１９】
図１８において、パルス内変調型送信機２２および送信アンテナ２からランダム符号で変調した送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４で算出された目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）が、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８に伝達される。
以下、高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段１８は、前述の実施の形態４（図８）と同様に、最尤推定処理を用いて、ドップラー周波数推定値
【数３４】
を算出し、レンジ方向平均手段９に入力する。
【０１２０】
以上のように、この発明の実施の形態１０（図１８）によれば、ランダム符号で変調したパルスを圧縮する効果により、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、パルス検出精度を改善することができる。
また、最尤推定処理を用いてドップラー周波数を推定しているので、高精度のドップラー周波数推定を実現することができる。
【０１２１】
実施の形態１１．
なお、上記実施の形態１０（図１８）では、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を、前述の実施の形態４（図７）の構成に適用したが、図１９のように、実施の形態５（図９）の構成に適用してもよい。
【０１２２】
図１９はこの発明の実施の形態１１に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図９、図１６参照）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。
この場合、レーダ装置は、図１６内のレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段１３に代えて、図９内のレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０を備えている。
【０１２３】
図１９において、パルス内変調型送信機２２および送信アンテナ２からランダム符号で変調した送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４で算出された目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）が、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０に伝達される。
【０１２４】
以下、レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０は、前述の実施の形態５（図１０）と同様に、複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒをレンジ方向に平均化処理するとともに、ＥＳＰＲＩＴ法を用いて、ドップラー周波数推定値
【数３５】
を算出する。
【０１２５】
以上のように、この発明の実施の形態１１（図１９）によれば、ランダム符号で変調したパルスを圧縮する効果により、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、パルス検出精度を改善することができる。
また、目標信号成分の相互間の相関を、レンジ方向に平均化処理して相関行列Ｒを求めているので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数Ｋの減少を防止することができる。
【０１２６】
実施の形態１２．
なお、上記実施の形態１１（図１９）では、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４を、前述の実施の形態５（図９）の構成に適用したが、図２０のように、実施の形態６（図１１）の構成に適用してもよい。
【０１２７】
図２０はこの発明の実施の形態１２に係るレーダ装置を示すブロック図であり、前述（図１１、図１９参照）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。
この場合、レーダ装置は、図１９内のレンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段２０に代えて、図１１内のレンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１を備えている。
【０１２８】
図２０において、パルス内変調型送信機２２および送信アンテナ２からランダム符号で変調した送信パルスが出射され、目標３からの反射パルスが受信アンテナ４で受信されると、相関信号生成手段２３および目標信号検出手段２４で算出された目標信号ｐｎｒ０，ｎｐ（ｎｒ０）〜ｐｎｒ０＋Ｎｇ，ｎｐ（ｎｒ０）が、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１に伝達される。
【０１２９】
以下、レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段２１は、前述の実施の形態６（図１２）と同様に、複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を表す相関行列Ｒをレンジ方向に平均化処理するとともに、最尤推定処理を用いて、ドップラー周波数推定値
【数３６】
を算出する。
【０１３０】
以上のように、この発明の実施の形態１２（図２０）によれば、ランダム符号で変調したパルスを圧縮する効果により、Ｓ／Ｎ比が高くなるので、目標検出精度を改善することができる。
また、目標信号成分の相互間の相関をレンジ方向に平均化処理して相関行列Ｒを求めているので、スムージング処理で発生する検出可能な目標数Ｋの減少を防止することができる。
さらに、最尤推定処理を用いてドップラー周波数を推定しているので、高精度のドップラー周波数推定を実現することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１ 送信機、２ 送信アンテナ、３ 目標、４ 受信アンテナ、５ 受信機、６ Ａ／Ｄ変換器、７ パルス検出手段、８ 超分解能ドップラー周波数推定手段、９ レンジ方向平均手段、１０ パルスヒット方向相関行列生成手段、１１ ＭＵＳＩＣ用固有ベクトル算出手段、１２ ＭＵＳＩＣ処理手段、１３ レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段、１４ レンジ方向平均型相関行列生成手段、１５ 高速型超分解能ドップラー周波数推定手段、１６ ＥＳＰＲＩＴ用固有ベクトル算出手段、１７ ＥＳＰＲＩＴ処理手段、１８ 高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段、１９ 最尤推定処理手段、２０ レンジ方向平均型高速型超分解能ドップラー周波数推定手段、２１ レンジ方向平均型高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段、２２ パルス内変調型送信機、２３ 相関信号生成手段、２４ 目標信号検出手段、Ｋ 目標数、Ｒ 相関行列、Ｔ 時間間隔、Ｔｃｈｉｐ チップ幅、τ 時間遅延。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する目標を検出するレーダ装置であって、
複数の送信パルスを時系列的に繰り返し出射する送信系と、
前記複数の送信パルスが前記目標で反射された反射パルスを複数の受信パルスとして受信する受信系と、
前記複数の受信パルスに基づいて、前記目標の移動にともなうドップラー周波数を推定するドップラー周波数検出系とを備え、
前記ドップラー周波数検出系は、前記複数の受信パルスの位相変化に基づいて、前記ドップラー周波数を超分解能推定することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記送信系は、
前記複数の送信パルスを生成する送信機と、
前記複数の送信パルスを出射する送信アンテナとを備え、
前記受信系は、
前記反射パルスを受信する受信アンテナと、
前記複数の受信パルスの帯域制限および位相検波を行う受信機とを備え、
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数の受信パルスをアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え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】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数の受信パルスが存在するレンジ範囲を検出するパルス検出手段と、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＭＵＳＩＣを用いて複数のレンジビンごとに行う超分解能ドップラー周波数推定手段と、
前記複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理するレンジ方向平均手段と
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数の受信パルスが存在するレンジ範囲を検出するパルス検出手段と、
前記ドップラー周波数の推定値を生成するレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段とを備え、
前記レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段は、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を行う際に必要となる、前記複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を、レンジビンごとに算出し、
前記レンジビンごとの相関算出値を平均化処理して相関行列を生成し、
前記相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理により前記ドップラー周波数を推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記送信系は、符号変調が施されたパルスを前記複数の送信パルスとして出射し、
前記ドップラー周波数検出系は、目標信号検出手段を備え、
前記目標信号検出手段は、前記複数の送信パルスと前記複数の受信パルスとの相関性を用いて目標信号を検出すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＭＵＳＩＣを用いて複数のレンジビンごとに行う超分解能ドップラー周波数推定手段と、
前記複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理するレンジ方向平均手段と
を備えた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】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記ドップラー周波数の推定値を生成するレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段を備え、
前記レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段は、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を行う際に必要となる、前記複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を、レンジビンごとに算出し、
前記レンジビンごとの相関算出値を平均化処理して相関行列を生成し、
前記相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理により前記ドップラー周波数を推定することを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＥＳＰＲＩＴを用いて複数のレンジビンごとに行う高速型超分解能ドップラー周波数推定手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、最尤推定を用いて複数のレンジビンごとに行う高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数の受信パルスが存在するレンジ範囲を検出するパルス検出手段と、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＥＳＰＲＩＴを用いて複数のレンジビンごとに行う高速型超分解能ドップラー周波数推定手段と
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数の受信パルスが存在するレンジ範囲を検出するパルス検出手段と、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、最尤推定を用いて複数のレンジビンごとに行う高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段と
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理するレンジ方向平均手段を備えたことを特徴とする請求項８から請求項１１までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１】
移動する目標を検出するレーダ装置であって、
複数の送信パルスを時系列的に繰り返し出射する送信系と、
前記複数の送信パルスが前記目標で反射された反射パルスを複数の受信パルスとして受信する受信系と、
前記複数の受信パルスに基づいて、前記目標の移動にともなうドップラー周波数を推定するドップラー周波数検出系とを備え、
前記ドップラー周波数検出系は、前記複数の受信パルスの位相変化に基づいて、前記ドップラー周波数を超分解能推定することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記送信系は、
前記複数の送信パルスを生成する送信機と、
前記複数の送信パルスを出射する送信アンテナとを備え、
前記受信系は、
前記反射パルスを受信する受信アンテナと、
前記複数の受信パルスの帯域制限および位相検波を行う受信機とを備え、
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数の受信パルスをアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え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】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数の受信パルスが存在するレンジ範囲を検出するパルス検出手段と、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＭＵＳＩＣを用いて複数のレンジビンごとに行う超分解能ドップラー周波数推定手段と、
前記複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理するレンジ方向平均手段と
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数の受信パルスが存在するレンジ範囲を検出するパルス検出手段と、
前記ドップラー周波数の推定値を生成するレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段とを備え、
前記レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段は、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を行う際に必要となる、前記複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を、レンジビンごとに算出し、
前記レンジビンごとの相関算出値を平均化処理して相関行列を生成し、
前記相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理により前記ドップラー周波数を推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記送信系は、符号変調が施されたパルスを前記複数の送信パルスとして出射し、
前記ドップラー周波数検出系は、目標信号検出手段を備え、
前記目標信号検出手段は、前記複数の送信パルスと前記複数の受信パルスとの相関性を用いて目標信号を検出すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＭＵＳＩＣを用いて複数のレンジビンごとに行う超分解能ドップラー周波数推定手段と、
前記複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理するレンジ方向平均手段と
を備えた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】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記ドップラー周波数の推定値を生成するレンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段を備え、
前記レンジ方向平均型超分解能ドップラー周波数推定手段は、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を行う際に必要となる、前記複数の受信パルスに基づく目標信号成分の相互間の相関を、レンジビンごとに算出し、
前記レンジビンごとの相関算出値を平均化処理して相関行列を生成し、
前記相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理により前記ドップラー周波数を推定することを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＥＳＰＲＩＴを用いて複数のレンジビンごとに行う高速型超分解能ドップラー周波数推定手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、最尤推定を用いて複数のレンジビンごとに行う高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数の受信パルスが存在するレンジ範囲を検出するパルス検出手段と、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、ＥＳＰＲＩＴを用いて複数のレンジビンごとに行う高速型超分解能ドップラー周波数推定手段と
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数の受信パルスが存在するレンジ範囲を検出するパルス検出手段と、
前記ドップラー周波数の超分解能推定処理を、最尤推定を用いて複数のレンジビンごとに行う高精度型超分解能ドップラー周波数推定手段と
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
前記ドップラー周波数検出系は、
前記複数のレンジビンごとに推定されたドップラー周波数推定値を平均化処理するレンジ方向平均手段を備えたことを特徴とする請求項８から請求項１１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２０１１−６９７７９（Ｐ２０１１−６９７７９Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２２８１７（Ｐ２００９−２２２８１７）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【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４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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