観測信号処理装置
【課題】観測装置と物標の間に相対速度がある場合にも、良好なコヒーレント積分を行うことのできる観測信号処理装置を提供する。
【解決手段】パルス信号を探査信号として送出し、物標で反射された反射信号と、パルス信号を遅延させた遅延変調パルス信号に基づいて、観測値を得、観測値をコヒーレント積分して積分値を出力する装置であって、観測領域に応じた積分出力の要求プロセスゲインを格納するメモリ、物標の概算相対速度を格納するメモリ、相対速度不確かさを格納するメモリ、要求プロセスゲイン、コヒーレント積分回数を演算決定する手段、コヒーレント積分回数分のパルス信号を送信アンテナから送出する手段、パルス信号の反射波を観測値として蓄積する手段、位相補正量を演算する手段、観測値について位相重み付きコヒーレント積分をコヒーレント積分回数分行って、要求プロセスゲインを満足させた積分出力を出力する手段から構成される。
【解決手段】パルス信号を探査信号として送出し、物標で反射された反射信号と、パルス信号を遅延させた遅延変調パルス信号に基づいて、観測値を得、観測値をコヒーレント積分して積分値を出力する装置であって、観測領域に応じた積分出力の要求プロセスゲインを格納するメモリ、物標の概算相対速度を格納するメモリ、相対速度不確かさを格納するメモリ、要求プロセスゲイン、コヒーレント積分回数を演算決定する手段、コヒーレント積分回数分のパルス信号を送信アンテナから送出する手段、パルス信号の反射波を観測値として蓄積する手段、位相補正量を演算する手段、観測値について位相重み付きコヒーレント積分をコヒーレント積分回数分行って、要求プロセスゲインを満足させた積分出力を出力する手段から構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶、車両、航空機などに搭載される、ソナー、レーダなど、パルス信号を送出して物標からの当該パルス信号の反射信号を補足することで物標を検出することの出来る物標観測装置に適用するに好適な、観測信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の物標観測装置においては、例えば、非特許文献１に示すように、物標からの反射信号から得られる観測値を加算平均することで、信号雑音比（ＳＮＲ）を改善する、コヒーレント積分と言われる手法がよく知られている。
【０００３】
即ち、観測値が独立同一分布の場合、観測値をNUMCI回加算平均すると、中心極限定理から、加算平均後の出力値のＳＮＲはNUMCI倍になるという、統計的性質を利用した信号処理である。この場合、入力信号と出力信号のSNR比である、プロセスゲインは、
プロセスゲイン
=(出力SNR)／(入力SNR)
で、NUMCI倍となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Rader Systems Analysis andDesign Using MATLAB® SecondEdition 4.4.1〜4.4.2: Bassem R. Mahafza 2005刊 Chapman & Hall/CRC Taylor& Francis Group ISBN-10: 1-58448-532-7 ISBN-13: 978-1-58488-532-0
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この手法は、観測装置と物標の間の相対速度が０の場合には、良好な結果をもたらすが、観測装置と物標の間に相対速度がある場合には、物標からの反射波に対して、コヒーレント積分を行うと、相対速度の影響により、信号成分の劣化が生じ、プロセスゲインが静止物標の場合に比べ劣化する不都合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、反射波に対してコヒーレント積分を行う際に、観測装置と物標の間に相対速度が有る場合でも、良好なコヒーレント積分を行うことの出来る観測信号処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点は、観測すべき領域に対して、１探査当たり複数回の搬送波（ＣＷ）で変調されたパルス信号を探査信号（ＴＸ）として送信アンテナ（１６）から、前記領域に対して順次送出し、前記探査信号の一部が前記物標でそれぞれ反射され受信アンテナ（２２）で複数の反射信号（ＲＸ）として補足され、該補足された反射信号と前記搬送波で変調されたパルス信号を遅延させた遅延変調パルス信号（ＬＯＩ、ＬＯＱ）に基づいて相関検波することで、前記１探査当たり複数の観測値（ｘ）を得、前記観測値は、前記物標との相対距離の情報を位相に含み、物標との相対距離と物標の反射断面積の情報を振幅に含むものであり、該得られた観測値をコヒーレント積分することで、前記１探査当たり、所定のコヒーレント積分値を積分出力として外部に対して出力することの出来る観測信号処理装置（１）であって、該観測信号処理装置は、
前記観測すべき領域に存在する前記物標を探査するために必要な前記領域に応じた前記積分出力のプロセスゲインを要求プロセスゲイン（ＰＧｒｅｑ）として格納する第１のメモリ（１２）、
前記探査すべき物標についての概算相対速度（Ｖ０）を格納する第２のメモリ（１２）、
前記概算相対速度（Ｖ０）に対する誤差マージンである相対速度不確かさ（ΔＶ０）を格納する第３のメモリ（１２）、
前記観測すべき領域に応じた前記要求プロセスゲイン、前記探査すべき物標についての概算相対速度（Ｖ０）及び該相対速度に対する前記相対速度不確かさ（ΔＶ０）を前記第１乃至弟３のメモリから読み出し、それらの値から前記要求プロセスゲイン（ＰＧｒｅｑ）を満足する、前記コヒーレント積分する際のコヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）を演算決定するコヒーレント積分回数決定手段（１８）、
前記決定されたコヒーレント積分回数分の前記パルス信号を前記探査信号として前記送信アンテナ（１６）から送出する探査信号送出手段（７，１４，１５）、
前記送出された前記コヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）分の前記パルス信号の反射波を前記反射信号として前記受信アンテナ（２２）で補足し、前記観測値（Ｘ（０）〜Ｘ（ＮＵＭＣＩ−１））として蓄積する観測データメモリ手段（５，６）、
前記物標の前記概算相対速度（Ｖ０）を前記第２のメモリ手段（１２）から読み出して、該読み出された概算相対速度（Ｖ０）に基づいて位相補正量（φ０）を演算する位相補正量演算手段（１０）、
前記演算された位相補正量（φ０）に基づいて、前記コヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）分の観測値について位相重み付きコヒーレント積分を前記コヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）分行って、前記要求プロセスゲイン（ＰＧｒｅｑ）を満足させた前記積分出力（ｙ）を外部に出力する、位相重み付きコヒーレント積分手段（１１）、
から構成される。
【０００８】
本発明の第２の観点は、前記観測すべき領域は、前記観測信号処理装置と前記観測すべき領域までの距離に応じて複数、設定されていること、
を特徴として構成される。
【０００９】
本発明の第３の観点は、前記コヒーレント積分回数決定手段は、（１）式
【数１】
（ただし、ＰＧｒｅｑ：要求プロセスゲイン、Ｖ０：概算相対速度、ΔＶ０：相対速度不確かさ、ＰＲＩ：パルス送信間隔、ＶＣ：光速度、ω０：搬送波の角周波数）に基づいて前記コヒーレント積分回数を決定すること、
を特徴として構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、要求プロセスゲイン、探査すべき物標についての概算相対速度（Ｖ０）及び該相対速度に対する誤差マージンである相対速度不確かさ（ΔＶ０）から要求プロセスゲイン（ＰＧｒｅｑ）を満足するコヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）を演算決定すると共に、物標の概算相対速度（Ｖ０）に基づいて位相補正量（φ０）を演算し、演算された位相補正量（φ０）に基づいて、観測値についてコヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）分の位相重み付きコヒーレント積分を行って、要求プロセスゲイン（ＰＧｒｅｑ）を満足させた積分出力（ｙ）を外部に出力するので、観測装置と物標の間に相対速度が有る場合でも、物標との間の相対速度を考慮した形で、要求されたプロセスゲインを持ったコヒーレント積分を行うことが出来る。
【００１１】
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による観測信号処理装置の一例を示すブロック図。
【図２】観測装置の一例を示すブロック図。
【図３】本発明と従来手法における、コヒーレント積分回数とプロセスゲインの関係の一例を示す図。
【図４】本発明による要求プロセスゲインを考慮したコヒーレント積分回数に基づく積分手法と従来のコヒーレント積分手法のプロセスゲインの比較を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づき、本発明の実施例を説明する。
【００１４】
ソナーやレーダを構成する観測信号処理装置１は、図1に示すように、主制御部２を有しており、主制御部２にはバス線３を介して観測装置５、観測データメモリ６，観測制御装置７，観測プログラムメモリ９、位相補正量演算部１０，図示しない物標検出部などに接続された位相補正重み付きコヒーレント積分部１１、パラメータメモリ１２及び、積分回数決定部１８などが接続している。観測信号処理装置１は、図１に示す以外にも、多くの構成要素が接続しているが、図１では、本発明に関連する部分のみを図示し、それ以外の部分の図示を省略している。
【００１５】
また、観測装置５は、図２に示すように、遅延器１３を有しており、遅延器１３にはパルス列発生器１４及びミキサ１７が接続している。パルス列発生器１４には、発信アンテナ１６に接続されたミキサ１５が接続され、更に、ミキサ１５には、ミキサ１７に接続された搬送波発信器１９が接続している。ミキサ１７には、９０゜位相遅延器２０及び、受信アンテナ２２に接続されたミキサ２１が接続しており、ミキサ２１には、ローパスフィルタ２３を介してＡ／Ｄ変換器２５が接続している。
【００１６】
図１に示す観測信号処理装置１は、実際にはコンピュータが、図示しないメモリに格納された所定の制御プログラムなどを読み出して、実行することで、図示しないＣＰＵやメモリが、マルチタスクにより時分割的に動作し、図１に示す各ブロックに示された機能を実行してゆくこととなる。しかし、観測信号処理装置１を、各ブロックに対応したハードウエアで構成することも可能であり、また各ブロックを各ブロックに分散的に設けられたＣＰＵ又はＭＰＵにより制御するように構成することも可能である。
【００１７】
観測信号処理装置１は以上のような構成を有するので、主制御部２は、物標の観測に際しては、観測プログラムメモリ９に格納された観測プログラムＯＰＲを読み出して、この読み出された観測プログラムＯＰＲに基づいて、物標の観測作業を実行するように、観測制御装置７に対して指令する。
【００１８】
これを受けて観測制御装置７は、観測プログラムＯＰＲに基づいて、これから観測すべき物標が存在するであろう領域、即ち物標を探査すべき領域を指定する領域信号ＤＳを観測装置５の遅延器１３及びＡ／Ｄ変換器２５に対して出力する。この領域は、例えば、送信アンテナ１６（及び受信アンテナ２２）から探査すべき物標までの距離を指定することで指定する。同時に、観測制御装置７は、観測装置５のパルス列発生器１４に対して、測定用パルス信号を発生させるトリガーとなるトリガー信号ＴＲを適宜なタイミングで出力する。
【００１９】
観測装置５では、搬送波発信器１９が所定周波数の搬送波ＣＷを発生させてミキサ１５，１７に出力する。ミキサ１５では、搬送波発信器１９から出力された搬送波ＣＷと、パルス列発生器１４から、トリガー信号ＴＲによって発生させられたパルス信号ＰＬをミキシングして、搬送波ＣＷで変調されたパルス信号ＰＬが含まれた探査信号ＴＸを生成し、送信アンテナ１６から射出する。送信アンテナ１６から射出された探査信号ＴＸは、物標で反射され、その一部が反射信号ＲＸとして受信アンテナ２２に補足され、ミキサ２１に入力される。
【００２０】
一方、遅延器１３では、観測制御装置７から入力された領域信号ＤＳに示された、物標を探査すべき距離に応じた時間だけ、パルス列発生器１４から出力されるパルス信号ＰＬに対して対して遅延をかけ、遅延パルス信号ＤＰＬを生成してミキサ１７に出力する。ミキサ１７では、搬送波発信器１９から出力された搬送波ＣＷと遅延パルス信号ＤＰＬをミキシングして、搬送波ＣＷで変調された領域遅延信号ＬＯＩとして、ミキサ２１及び位相変換器２０に出力する。
【００２１】
位相変換器２０は、入力された領域遅延信号ＬＯＩの位相を９０°ずらせた直交領域遅延信号ＬＯＱを生成して、ミキサ２１に出力する。ここで、便宜上、位相の９０°異なる、信号ＬＯＩとＬＯＱを区別するために、信号ＬＯＩを「Ｉ相」、信号ＬＯＱを「Ｑ相」と称する。ミキサ２１では、受信アンテナ２２に補足された反射信号ＲＸに対して、物標を探査すべき領域、即ち距離に応じた時間だけ遅延された遅延変調パルス信号である領域遅延信号ＬＯＩ及び直交領域遅延信号ＬＯＱをそれぞれミキシングして相関検波することで、Ｉ相混合信号ＭＸＩ及びＱ相混合信号ＭＸＱを生成して、ローパスフィルタ２３を介してＡ／Ｄ変換器２５に出力する。Ａ／Ｄ変換器２５では、それぞれＩ相混合信号ＭＸＩ及びＱ相混合信号ＭＸＱを、領域信号ＤＳ、即ち物標を探査すべき距離に応じて遅延させたタイミングでデジタル変換して、Ｉ相のサンプル出力Ｉｓｐｌ及びＱ相のサンプル出力Ｑｓｐｌを得る。
【００２２】
こうして得られたＩ相のサンプル出力Ｉｓｐｌ及びＱ相のサンプル出力Ｑｓｐｌは、観測制御装置７により観測データメモリ６内に、観測された反射信号ＲＸ毎に、ｘ＝Ｉｓｐｌ＋ｊ・Ｑｓｐｌとして格納される。なお、物標の探査に際して、所定の領域に対する１回の探査で観測制御装置７からのトリガー信号ＴＲによりパルス列発生器１４を介して該領域（物標）に向けて射出されるべきパルス信号ＰＬの数、従って受信すべき、当該領域に存在する物標からの反射信号ＲＸの数は、当該領域で求められる処理信号のプロセスゲインにより決定され、これは、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１から出力されるコヒーレント積分値のプロセスゲインに対応する。通常、この値は、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１が処理するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩと対応している。
【００２３】
なお、ある領域に関して、該領域に存在する物標を探査するために必要な受信信号のプロセスゲイン、即ち観測信号処理装置１が後段の信号処理のために位相補正重み付きコヒーレント積分部１１より出力する積分出力ｙのプロセスゲインは、信号処理装置１（又は、該信号処理装置１が搭載された移動体）と探査（観測）すべき領域までの距離に応じて設定された複数の領域について、実験的に定められた値がパラメータメモリ１２内に、探査すべき領域に対応する形で、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑとして距離別に格納されている。従って、観測制御装置７は、探査すべき領域が観測プログラムＯＰＲにより主制御部２を介して指定されると、直ちに指定された領域の探査に求められる観測信号処理装置１の積分出力ｙにおいて要求される要求プロセスゲインＰＧｒｅｑをパラメータメモリ１２から読み出すことが出来る。
【００２４】
要求プロセスゲインＰＧｒｅｑが観測制御装置７により読み出されると、観測制御装置７は、積分回数決定部１８に対して、該読み出された要求プロセスゲインＰＧｒｅｑから、位相重み付きコヒーレント積分部１１で行うべきコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ、従って、１回の探査で観測制御装置７からのトリガー信号ＴＲによりパルス列発生器１４を介して該領域（物標）に向けて射出されるべきパルス信号ＰＬの数を演算するように指令する。
【００２５】
積分回数決定部１８は、これを受けて、パラメータメモリ１２から検出（探査）すべき物標について予め設定された概算相対速度Ｖ０及び概算相対速度Ｖ０に対応する相対速度不確かさΔＶ０を読み出す。
【００２６】
概算相対速度Ｖ０は、観測信号処理装置１と探査すべき物標との間の想定される相対速度であり、その値は、
１）探査の際に想定される物標との相対速度の領域の中心値、
２）観測信号処理装置１が搭載される車両などの動作モード（動作状態）、例えば、オートクルージングモード、プリクラッシュセーフティ、フロントコリジョンウオーニング、レーンチェンジオウオーニング等の動作モードに応じた適切な値、
３）探査すべき物標との間の距離に対応した値、
４）負の相対速度値（即ち、観測信号処理装置１が搭載された車両などの移動体に向かって進行してくる物標の持つ相対速度値）、
など、各種の決定要素に基づいて、パラメータメモリ１２内に１）〜４）の各要素別にデフォルト値として格納されている。従って、積分回数決定部１８は、観測プログラムＯＰＲに基づいて、それら各種の決定要素１）〜４）のうち、現在の車両の状態など、現在の観測信号処理装置１の探査状態に対応した概算相対速度をパラメータメモリ１２から読み出し、位相重み付きコヒーレント積分部１１で行うべきコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを決定するために使用する概算相対速度Ｖ０を決定する。なお、こうして決定された概算相対速度Ｖ０は、位相補正量演算部１０にも出力され、後述する位相補正量φ０を演算決定するために使用される。
【００２７】
また、相対速度不確かさΔＶ０とは、概算相対速度Ｖ０に対する誤差マージンであり（ΔＶ０≧０とする）、パラメータメモリ１２内にデフォルト値として予め格納されている。相対速度不確かさΔＶ０は、一定値をとる概算相対速度Ｖ０に対して、想定される物標の実際の相対速度に対するずれを補正するために設定された補正値であり、概算相対速度Ｖ０に対する変動幅として与えられる。これは例えば、想定される物標の相対速度Ｖが、−１００〜−１０ｋｍｈの場合、概算相対速度Ｖ０がある領域に対して−５５ｋｍｈとしてパラメータメモリ１２に設定されていた場合、積分回数決定部１８は、相対速度不確かさΔＶ０をパラメータメモリ１２から読み出して、±５０ｋｍｈと演算設定し、コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを演算する際に、Ｖ０＋ΔＶ０により概算相対速度Ｖ０を補正して使用し、−１０５〜−５ｋｍｈの相対速度Ｖの物標に対応出来るように構成する。この際、検出すべき物標の相対速度Ｖが、Ｖ０±ΔＶ０の相対速度範囲に入るように概算相対速度Ｖ０及び相対速度不確かさΔＶ０を設定すると良い。なお、概算相対速度Ｖ０及び相対速度不確かさΔＶ０は、探査すべき物標及び観測すべき領域（距離）に応じてそれぞれ複数個、設定するように構成することも可能である。
【００２８】
積分回数決定部１８は、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑ、及び相対速度不確かさΔＶ０から、式（１）を用いて、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを求める。
【００２９】
【数１】
ただし、ω０は搬送波ＣＷの角周波数、ＰＲＩ：パルス送信間隔、ＶＣ：光速。
【００３０】
積分回数決定部１８により、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩが、概算相対速度Ｖ０及び相対速度不確かさΔＶ０に基づいて求められたところで、当該求められたコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを、１回の探査で観測制御装置７からのトリガー信号ＴＲによりパルス列発生器１４を介して該領域（物標）に向けて射出されるべきパルス信号ＰＬの数として、観測制御装置７に出力する。
【００３１】
観測制御装置７は、上述したように、積分回数決定部１８から出力されたコヒーレント積分回数に基づいて、１回の探査で送信アンテナ１６から射出すべきパルス信号ＰＬの数（＝コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ）を決定し、観測装置５のパルス列発生器１４、送信アンテナ１６などを介して、当該コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ分のパルス信号ＰＬを物標を探査すべき領域に、探査信号ＴＸとして送出する。
【００３２】
探査すべき領域に物標が存在した場合には、該物標で探査信号ＴＸの一部が反射され、反射信号ＲＸとして受信アンテナ２２に受信される。受信アンテナ２２では、探査信号を構成する、パルス信号ＰＬの数と等しい、コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ分の反射信号ＲＸが補足される。
【００３３】
観測データメモリ６内に、１回の探査分の反射信号ＲＸの観測値、即ち、少なくとも積分回数決定部１８で演算決定されたコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ分の反射信号ＲＸの観測値Ｘ（０）〜Ｘ（ＮＵＭＣＩ−１）が蓄積された時点で、主制御部２は、観測プログラムＯＰＲに基づいて位相補正重み付きコヒーレント積分部１１に対して、当該観測値Ｘ（０）〜Ｘ（ＮＵＭＣＩ−１）をコヒーレント積分するように指令する。
【００３４】
観測データメモリ６に格納される、１回の探査分の観測値が、前述した要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩに対応するＮＵＭＣＩ回であるとすると、ＮＵＭＣＩ個のサンプルが観測値として得ることが出来る。即ち、
ｉ＝０回目のサンプルのモデルを、（２）、（３）式で表す。
【００３５】
【数２】
【数３】
また、ｉ＝１回目のサンプルのモデルを、（４）、（５）式で表す。
【００３６】
【数４】
【数５】
同様に、ｉ＝ｋ回目のサンプルのモデルを、（６）、（７）式で表す。
【００３７】
【数６】
【数７】
即ち、各観測値（サンプル）は、物標との相対距離の情報を位相に含み、物標の相対距離と物標の反射断面積の情報を振幅に含むこととなる。
【００３８】
次に、得られたＮＵＭＣＩ回分のサンプル（観測値）を、積分回数決定部１８で決定されたコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩだけコヒーレント積分するのであるが、その際、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１は、位相補正量演算部１０に対して、観測値をコヒーレント積分する際の位相補正量を決定するように要求する。これを受けて、位相補正量演算部１０は、式（８）に基づいて位相補正量φ０を演算決定する。
【００３９】
【数８】
概算相対速度Ｖ０から位相補正量演算部１０により式（８）で位相補正量φ０が決定されたところで、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１は、１回の探査分として得られたＮＵＭＣＩ個の観測値を式（９）に示すようにコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ分だけコヒーレント積分する。
【００４０】
【数９】
これにより、コヒーレント積分出力ｙは、位相補正量φ０により重み付けられ、しかも要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩで積分される。
【００４１】
このとき、（２）〜（７）式のサンプル値のモデルに基づけば、ｙの信号成分ｙｓは式（１０）のように、ｙのノイズ成分は式（１１）のようになる。
【００４２】
【数１０】
【数１１】
信号成分ｙｓは、式（１２）に示すように、整理される。
【００４３】
【数１２】
従って、│ｙｓ│は、式（１３）に示すものとなる。
【００４４】
【数１３】
ｎ（ｋ）を、式（１４）のような複素白色ガウス性雑音と仮定する。
【００４５】
【数１４】
このとき、ｙのノイズ成分は中心極限定理より、式（１５）に示すものとなる。
【００４６】
【数１５】
以上の式を変形すると、ｙのＳＮＲは式（１６）に示すものとなる。
【００４７】
【数１６】
従って、上式より、コヒーレント積分出力ｙのプロセスゲインＰＧｙは、式（１７）で示すものとなる。
【００４８】
【数１７】
こうして得られたコヒーレント積分出力ｙは、図１示すように、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１より、外部に出力され、図示しない公知の物標検出手段などで、解析演算され、物標の速度、位置などが求められる。また、そのプロセスゲインも、積分回数決定部１８で決定された、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ分だけのコヒーレント積分が観測値に対して行われているので、積分出力ｙは要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足した形で外部に出力される。これにより、後段の信号処理を精度良く行うことが出来る。
【００４９】
以下に、観測値に対して概算相対速度Ｖ０に基づいて求められた位相補正量φ０による重み付けを行って所定回数のコヒーレント積分を行った場合と、単純に観測値をコヒーレント積分した場合について、比較した例を、図３に示す。ここでは、ω０＝２π×２４×１０９[rad/s]、ＰＲＩ＝５００[ns]とした。なお、図３に示す例は、（８）式で示す概算相対速度Ｖ０に基づいて求められた位相補正量φ０による重み付けを行ってコヒーレント積分をした場合の、有用性を示すものであるので、コヒーレント積分回数は可変値として計算しており、要求プロセスゲインを満足する所定のコヒーレント積分回数としては扱っていない。
【００５０】
図３の場合、相対速度が−１００ｋｍ／ｈで移動してくる（観測信号処理装置１に向かって１００ｋｍ／ｈで移動してくる）物標について、観測値を単純にコヒーレント積分した場合、「単純ＣＩ：−１００ｋｍｈの物標」に示すように、コヒーレント積分回数が２００回程度以上になると、急速にプロセスゲインが低下してくる。しかし、図３に示すように、例えば概算相対速度Ｖ０を−５５ｋｍｈに設定して、同様に、相対速度が−１００ｋｍ／ｈで移動してくる（観測信号処理装置１に向かって１００ｋｍ／ｈで移動してくる）物標について、位相補正量φ０による重み付けを行ってコヒーレント積分を行った場合、「提案手法：−１００ｋｍｈ物標、Ｖ＿０＝−５５ｋｍｈ」で示すように、コヒーレント積分回数が２００回以上となっても、プロセスゲインの低下は観測されず、全回数範囲に渡り上昇傾向のみを示した。
【００５１】
ここで、重要な点は、図３の例に示すように、概算相対速度Ｖ０が、実際の観測すべき物標の相対速度とかなり相違した形で設定されていたとしても、得られるコヒーレント積分結果は、概算相対速度Ｖ０による位相補正量φ０によって重み付けを行ってコヒーレント積分を行った方が、明らかに高いプロセスゲインを得られるといることである。
【００５２】
従って、仮に、観測信号処理装置１から遠ざかる物標及び観測信号処理装置１に対して近づいてくる物標を想定し、それら物標について、それぞれ正負の異なる（３つ以上の概算相対速度Ｖ０でも可能）概算相対速度Ｖ０（３つ以上の概算相対速度Ｖ０でも可能）をパラメータメモリ１２に設定しておき、位相補正量演算部１０で観測すべき同一の物標に対して、該パラメータメモリ１２から複数の概算相対速度Ｖ０を読み出し、それら読み出された複数の概算相対速度Ｖ０についての位相補正量を当該同一の物標に関してそれぞれ演算する。
【００５３】
そして、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１で、観測データメモリ６に蓄積された１回の探査を構成するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ回の観測値（サンプル）について、それら位相補正量による重み付けをしたコヒーレント積分を、各位相補正量についてそれぞれ行う。位相補正重み付きコヒーレント積分部１１は、得られたコヒーレント積分出力のうち、絶対値の大きな方のコヒーレント積分出力を位相補正重み付きコヒーレント積分部１１の出力ｙとして、外部に出力するようにすると、観測すべき物標に応じた適当な位相補正量でコヒーレント積分を行うことが可能となり、観測信号処理装置１が搭載された車両、艦船などに対して相対速度を持った物標の反射波をコヒーレント積分する際にも、高いＳＮＲのコヒーレント積分値を得ることが可能となる。
【００５４】
更に、コヒーレント積分出力ｙに、所定の要求プロセスゲインＰＧｒｅｑが要求された場合、例えば、図４に示すように、物標の想定される相対速度が−１００ｋｍｈ〜−１０ｋｍｈであって、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑが２３ｄＢであった場合を考えてみる。本発明に基づいて式（１）から、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑの２３ｄＢを満たすコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩが２４３回となったとする。従来の手法では、コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩは観測領域に応じて観測プログラムＯＰＲにより設定された固定値であり、仮にこの場合には、２００回だったとする。
【００５５】
この場合、概算相対速度Ｖ０による位相補正量φ０によって重み付けを行ってコヒーレント積分を、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満たすコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ回だけ、即ち２４３回行った場合は、物標の相対速度が−１００ｋｍｈ〜−１０ｋｍｈの全速度範囲で、コヒーレント積分出力ｙは、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑの２３ｄＢを満たす利得を得られたが、単に所定の回数（２００回）のコヒーレント積分出力を行った場合には、殆どの速度範囲で要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満たすコヒーレント積分出力ｙを得ることは出来なかった。
【００５６】
これにより、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足させるために、概算相対速度Ｖ０及び相対速度不確かさΔＶ０を考慮した形でコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを演算決定し、当該回数だけ位相重み付きコヒーレント積分を行うことの有用性が確かめられた。
【００５７】
次に、前述の要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足させるためのコヒーレント積分回数数ＮＵＭＣＩを求める（１）式について、その根拠を説明する。
【００５８】
即ち、コヒーレント積分出力ｙのプロセスゲインＰＧｙを示す（17）式に基づき、プロセスゲインＰＧｙが｜Ｖ−Ｖ０｜≦ΔＶ０の任意の相対速度Ｖに対して、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満たすコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを求める。
｜Ｖ−Ｖ０｜≦ΔＶ０の仮定から、プロセスゲインＰＧｙは、（１８）式で表される。
【００５９】
【数１８】
簡単のため、Δφ０を（１）式のただし書きに示すように定義すると、プロセスゲインＰＧｙは、（１９）式で表される。
【００６０】
【数１９】
（１９）式の右辺が要求プロセスゲインＰＧｒｅｑ以上であれば良いので、（２０）式を満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを求めればよい。
【００６１】
【数２０】
（２０）式右部より、（２１）式が導出される。
【００６２】
【数２１】
（１）式のΔφ０及び（２１）式より、コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを求め、求められたコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩによりコヒーレント積分を行うと、ＰＧｙ≧ＰＧｒｅｑとなる。なお、Δφ０に関しては、ＶＣ≫｜Ｖ｜であるから、
【００６３】
【数２２】
（２２）式に示す簡略式も考えられる。なお、簡略式の場合、概算相対速度Ｖ０の正負に拘わらず同じ式が使用出来る。（２１）式及び後述する（２５）式でcosを取るため。
【００６４】
以上により、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足させるためのコヒーレント積分回数数ＮＵＭＣＩを求める（１）式について、その根拠が説明された。
【符号の説明】
【００６５】
１……観測信号処理装置
５……観測装置
６……観測データメモリ手段（観測データメモリ）
１０……位相補正量演算手段（位相補正量演算部）
７……探査信号送出手段（観測制御装置）
１１……位相重み付きコヒーレント積分手段（位相重み付きコヒーレント積分部）
１２……第１のメモリ、第２のメモリ、第３のメモリ（パラメータメモリ）
１４……探査信号送出手段（パルス列発生器）
１５……探査信号送出手段（ミキサ）
１６……送信アンテナ
１８……コヒーレント積分回数決定手段（積分回数決定部）
２２……受信アンテナ
ＣＷ……搬送波
ＰＧｒｅｑ……要求プロセスゲイン
ＬＯＩ……遅延変調パルス信号（領域遅延信号）
ＬＯＱ……遅延変調パルス信号（直交領域遅延信号）
ＮＵＭＣＩ……コヒーレント積分回数
ＲＸ……反射信号
ＴＸ……探査信号
Ｖ０……概算相対速度
ΔＶ０……相対速度不確かさ
ｘ……観測値
ｙ……積分出力
φ０……位相補正量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶、車両、航空機などに搭載される、ソナー、レーダなど、パルス信号を送出して物標からの当該パルス信号の反射信号を補足することで物標を検出することの出来る物標観測装置に適用するに好適な、観測信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の物標観測装置においては、例えば、非特許文献１に示すように、物標からの反射信号から得られる観測値を加算平均することで、信号雑音比（ＳＮＲ）を改善する、コヒーレント積分と言われる手法がよく知られている。
【０００３】
即ち、観測値が独立同一分布の場合、観測値をNUMCI回加算平均すると、中心極限定理から、加算平均後の出力値のＳＮＲはNUMCI倍になるという、統計的性質を利用した信号処理である。この場合、入力信号と出力信号のSNR比である、プロセスゲインは、
プロセスゲイン
=(出力SNR)／(入力SNR)
で、NUMCI倍となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Rader Systems Analysis andDesign Using MATLAB® SecondEdition 4.4.1〜4.4.2: Bassem R. Mahafza 2005刊 Chapman & Hall/CRC Taylor& Francis Group ISBN-10: 1-58448-532-7 ISBN-13: 978-1-58488-532-0
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この手法は、観測装置と物標の間の相対速度が０の場合には、良好な結果をもたらすが、観測装置と物標の間に相対速度がある場合には、物標からの反射波に対して、コヒーレント積分を行うと、相対速度の影響により、信号成分の劣化が生じ、プロセスゲインが静止物標の場合に比べ劣化する不都合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、反射波に対してコヒーレント積分を行う際に、観測装置と物標の間に相対速度が有る場合でも、良好なコヒーレント積分を行うことの出来る観測信号処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点は、観測すべき領域に対して、１探査当たり複数回の搬送波（ＣＷ）で変調されたパルス信号を探査信号（ＴＸ）として送信アンテナ（１６）から、前記領域に対して順次送出し、前記探査信号の一部が前記物標でそれぞれ反射され受信アンテナ（２２）で複数の反射信号（ＲＸ）として補足され、該補足された反射信号と前記搬送波で変調されたパルス信号を遅延させた遅延変調パルス信号（ＬＯＩ、ＬＯＱ）に基づいて相関検波することで、前記１探査当たり複数の観測値（ｘ）を得、前記観測値は、前記物標との相対距離の情報を位相に含み、物標との相対距離と物標の反射断面積の情報を振幅に含むものであり、該得られた観測値をコヒーレント積分することで、前記１探査当たり、所定のコヒーレント積分値を積分出力として外部に対して出力することの出来る観測信号処理装置（１）であって、該観測信号処理装置は、
前記観測すべき領域に存在する前記物標を探査するために必要な前記領域に応じた前記積分出力のプロセスゲインを要求プロセスゲイン（ＰＧｒｅｑ）として格納する第１のメモリ（１２）、
前記探査すべき物標についての概算相対速度（Ｖ０）を格納する第２のメモリ（１２）、
前記概算相対速度（Ｖ０）に対する誤差マージンである相対速度不確かさ（ΔＶ０）を格納する第３のメモリ（１２）、
前記観測すべき領域に応じた前記要求プロセスゲイン、前記探査すべき物標についての概算相対速度（Ｖ０）及び該相対速度に対する前記相対速度不確かさ（ΔＶ０）を前記第１乃至弟３のメモリから読み出し、それらの値から前記要求プロセスゲイン（ＰＧｒｅｑ）を満足する、前記コヒーレント積分する際のコヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）を演算決定するコヒーレント積分回数決定手段（１８）、
前記決定されたコヒーレント積分回数分の前記パルス信号を前記探査信号として前記送信アンテナ（１６）から送出する探査信号送出手段（７，１４，１５）、
前記送出された前記コヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）分の前記パルス信号の反射波を前記反射信号として前記受信アンテナ（２２）で補足し、前記観測値（Ｘ（０）〜Ｘ（ＮＵＭＣＩ−１））として蓄積する観測データメモリ手段（５，６）、
前記物標の前記概算相対速度（Ｖ０）を前記第２のメモリ手段（１２）から読み出して、該読み出された概算相対速度（Ｖ０）に基づいて位相補正量（φ０）を演算する位相補正量演算手段（１０）、
前記演算された位相補正量（φ０）に基づいて、前記コヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）分の観測値について位相重み付きコヒーレント積分を前記コヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）分行って、前記要求プロセスゲイン（ＰＧｒｅｑ）を満足させた前記積分出力（ｙ）を外部に出力する、位相重み付きコヒーレント積分手段（１１）、
から構成される。
【０００８】
本発明の第２の観点は、前記観測すべき領域は、前記観測信号処理装置と前記観測すべき領域までの距離に応じて複数、設定されていること、
を特徴として構成される。
【０００９】
本発明の第３の観点は、前記コヒーレント積分回数決定手段は、（１）式
【数１】
（ただし、ＰＧｒｅｑ：要求プロセスゲイン、Ｖ０：概算相対速度、ΔＶ０：相対速度不確かさ、ＰＲＩ：パルス送信間隔、ＶＣ：光速度、ω０：搬送波の角周波数）に基づいて前記コヒーレント積分回数を決定すること、
を特徴として構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、要求プロセスゲイン、探査すべき物標についての概算相対速度（Ｖ０）及び該相対速度に対する誤差マージンである相対速度不確かさ（ΔＶ０）から要求プロセスゲイン（ＰＧｒｅｑ）を満足するコヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）を演算決定すると共に、物標の概算相対速度（Ｖ０）に基づいて位相補正量（φ０）を演算し、演算された位相補正量（φ０）に基づいて、観測値についてコヒーレント積分回数（ＮＵＭＣＩ）分の位相重み付きコヒーレント積分を行って、要求プロセスゲイン（ＰＧｒｅｑ）を満足させた積分出力（ｙ）を外部に出力するので、観測装置と物標の間に相対速度が有る場合でも、物標との間の相対速度を考慮した形で、要求されたプロセスゲインを持ったコヒーレント積分を行うことが出来る。
【００１１】
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による観測信号処理装置の一例を示すブロック図。
【図２】観測装置の一例を示すブロック図。
【図３】本発明と従来手法における、コヒーレント積分回数とプロセスゲインの関係の一例を示す図。
【図４】本発明による要求プロセスゲインを考慮したコヒーレント積分回数に基づく積分手法と従来のコヒーレント積分手法のプロセスゲインの比較を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づき、本発明の実施例を説明する。
【００１４】
ソナーやレーダを構成する観測信号処理装置１は、図1に示すように、主制御部２を有しており、主制御部２にはバス線３を介して観測装置５、観測データメモリ６，観測制御装置７，観測プログラムメモリ９、位相補正量演算部１０，図示しない物標検出部などに接続された位相補正重み付きコヒーレント積分部１１、パラメータメモリ１２及び、積分回数決定部１８などが接続している。観測信号処理装置１は、図１に示す以外にも、多くの構成要素が接続しているが、図１では、本発明に関連する部分のみを図示し、それ以外の部分の図示を省略している。
【００１５】
また、観測装置５は、図２に示すように、遅延器１３を有しており、遅延器１３にはパルス列発生器１４及びミキサ１７が接続している。パルス列発生器１４には、発信アンテナ１６に接続されたミキサ１５が接続され、更に、ミキサ１５には、ミキサ１７に接続された搬送波発信器１９が接続している。ミキサ１７には、９０゜位相遅延器２０及び、受信アンテナ２２に接続されたミキサ２１が接続しており、ミキサ２１には、ローパスフィルタ２３を介してＡ／Ｄ変換器２５が接続している。
【００１６】
図１に示す観測信号処理装置１は、実際にはコンピュータが、図示しないメモリに格納された所定の制御プログラムなどを読み出して、実行することで、図示しないＣＰＵやメモリが、マルチタスクにより時分割的に動作し、図１に示す各ブロックに示された機能を実行してゆくこととなる。しかし、観測信号処理装置１を、各ブロックに対応したハードウエアで構成することも可能であり、また各ブロックを各ブロックに分散的に設けられたＣＰＵ又はＭＰＵにより制御するように構成することも可能である。
【００１７】
観測信号処理装置１は以上のような構成を有するので、主制御部２は、物標の観測に際しては、観測プログラムメモリ９に格納された観測プログラムＯＰＲを読み出して、この読み出された観測プログラムＯＰＲに基づいて、物標の観測作業を実行するように、観測制御装置７に対して指令する。
【００１８】
これを受けて観測制御装置７は、観測プログラムＯＰＲに基づいて、これから観測すべき物標が存在するであろう領域、即ち物標を探査すべき領域を指定する領域信号ＤＳを観測装置５の遅延器１３及びＡ／Ｄ変換器２５に対して出力する。この領域は、例えば、送信アンテナ１６（及び受信アンテナ２２）から探査すべき物標までの距離を指定することで指定する。同時に、観測制御装置７は、観測装置５のパルス列発生器１４に対して、測定用パルス信号を発生させるトリガーとなるトリガー信号ＴＲを適宜なタイミングで出力する。
【００１９】
観測装置５では、搬送波発信器１９が所定周波数の搬送波ＣＷを発生させてミキサ１５，１７に出力する。ミキサ１５では、搬送波発信器１９から出力された搬送波ＣＷと、パルス列発生器１４から、トリガー信号ＴＲによって発生させられたパルス信号ＰＬをミキシングして、搬送波ＣＷで変調されたパルス信号ＰＬが含まれた探査信号ＴＸを生成し、送信アンテナ１６から射出する。送信アンテナ１６から射出された探査信号ＴＸは、物標で反射され、その一部が反射信号ＲＸとして受信アンテナ２２に補足され、ミキサ２１に入力される。
【００２０】
一方、遅延器１３では、観測制御装置７から入力された領域信号ＤＳに示された、物標を探査すべき距離に応じた時間だけ、パルス列発生器１４から出力されるパルス信号ＰＬに対して対して遅延をかけ、遅延パルス信号ＤＰＬを生成してミキサ１７に出力する。ミキサ１７では、搬送波発信器１９から出力された搬送波ＣＷと遅延パルス信号ＤＰＬをミキシングして、搬送波ＣＷで変調された領域遅延信号ＬＯＩとして、ミキサ２１及び位相変換器２０に出力する。
【００２１】
位相変換器２０は、入力された領域遅延信号ＬＯＩの位相を９０°ずらせた直交領域遅延信号ＬＯＱを生成して、ミキサ２１に出力する。ここで、便宜上、位相の９０°異なる、信号ＬＯＩとＬＯＱを区別するために、信号ＬＯＩを「Ｉ相」、信号ＬＯＱを「Ｑ相」と称する。ミキサ２１では、受信アンテナ２２に補足された反射信号ＲＸに対して、物標を探査すべき領域、即ち距離に応じた時間だけ遅延された遅延変調パルス信号である領域遅延信号ＬＯＩ及び直交領域遅延信号ＬＯＱをそれぞれミキシングして相関検波することで、Ｉ相混合信号ＭＸＩ及びＱ相混合信号ＭＸＱを生成して、ローパスフィルタ２３を介してＡ／Ｄ変換器２５に出力する。Ａ／Ｄ変換器２５では、それぞれＩ相混合信号ＭＸＩ及びＱ相混合信号ＭＸＱを、領域信号ＤＳ、即ち物標を探査すべき距離に応じて遅延させたタイミングでデジタル変換して、Ｉ相のサンプル出力Ｉｓｐｌ及びＱ相のサンプル出力Ｑｓｐｌを得る。
【００２２】
こうして得られたＩ相のサンプル出力Ｉｓｐｌ及びＱ相のサンプル出力Ｑｓｐｌは、観測制御装置７により観測データメモリ６内に、観測された反射信号ＲＸ毎に、ｘ＝Ｉｓｐｌ＋ｊ・Ｑｓｐｌとして格納される。なお、物標の探査に際して、所定の領域に対する１回の探査で観測制御装置７からのトリガー信号ＴＲによりパルス列発生器１４を介して該領域（物標）に向けて射出されるべきパルス信号ＰＬの数、従って受信すべき、当該領域に存在する物標からの反射信号ＲＸの数は、当該領域で求められる処理信号のプロセスゲインにより決定され、これは、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１から出力されるコヒーレント積分値のプロセスゲインに対応する。通常、この値は、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１が処理するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩと対応している。
【００２３】
なお、ある領域に関して、該領域に存在する物標を探査するために必要な受信信号のプロセスゲイン、即ち観測信号処理装置１が後段の信号処理のために位相補正重み付きコヒーレント積分部１１より出力する積分出力ｙのプロセスゲインは、信号処理装置１（又は、該信号処理装置１が搭載された移動体）と探査（観測）すべき領域までの距離に応じて設定された複数の領域について、実験的に定められた値がパラメータメモリ１２内に、探査すべき領域に対応する形で、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑとして距離別に格納されている。従って、観測制御装置７は、探査すべき領域が観測プログラムＯＰＲにより主制御部２を介して指定されると、直ちに指定された領域の探査に求められる観測信号処理装置１の積分出力ｙにおいて要求される要求プロセスゲインＰＧｒｅｑをパラメータメモリ１２から読み出すことが出来る。
【００２４】
要求プロセスゲインＰＧｒｅｑが観測制御装置７により読み出されると、観測制御装置７は、積分回数決定部１８に対して、該読み出された要求プロセスゲインＰＧｒｅｑから、位相重み付きコヒーレント積分部１１で行うべきコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ、従って、１回の探査で観測制御装置７からのトリガー信号ＴＲによりパルス列発生器１４を介して該領域（物標）に向けて射出されるべきパルス信号ＰＬの数を演算するように指令する。
【００２５】
積分回数決定部１８は、これを受けて、パラメータメモリ１２から検出（探査）すべき物標について予め設定された概算相対速度Ｖ０及び概算相対速度Ｖ０に対応する相対速度不確かさΔＶ０を読み出す。
【００２６】
概算相対速度Ｖ０は、観測信号処理装置１と探査すべき物標との間の想定される相対速度であり、その値は、
１）探査の際に想定される物標との相対速度の領域の中心値、
２）観測信号処理装置１が搭載される車両などの動作モード（動作状態）、例えば、オートクルージングモード、プリクラッシュセーフティ、フロントコリジョンウオーニング、レーンチェンジオウオーニング等の動作モードに応じた適切な値、
３）探査すべき物標との間の距離に対応した値、
４）負の相対速度値（即ち、観測信号処理装置１が搭載された車両などの移動体に向かって進行してくる物標の持つ相対速度値）、
など、各種の決定要素に基づいて、パラメータメモリ１２内に１）〜４）の各要素別にデフォルト値として格納されている。従って、積分回数決定部１８は、観測プログラムＯＰＲに基づいて、それら各種の決定要素１）〜４）のうち、現在の車両の状態など、現在の観測信号処理装置１の探査状態に対応した概算相対速度をパラメータメモリ１２から読み出し、位相重み付きコヒーレント積分部１１で行うべきコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを決定するために使用する概算相対速度Ｖ０を決定する。なお、こうして決定された概算相対速度Ｖ０は、位相補正量演算部１０にも出力され、後述する位相補正量φ０を演算決定するために使用される。
【００２７】
また、相対速度不確かさΔＶ０とは、概算相対速度Ｖ０に対する誤差マージンであり（ΔＶ０≧０とする）、パラメータメモリ１２内にデフォルト値として予め格納されている。相対速度不確かさΔＶ０は、一定値をとる概算相対速度Ｖ０に対して、想定される物標の実際の相対速度に対するずれを補正するために設定された補正値であり、概算相対速度Ｖ０に対する変動幅として与えられる。これは例えば、想定される物標の相対速度Ｖが、−１００〜−１０ｋｍｈの場合、概算相対速度Ｖ０がある領域に対して−５５ｋｍｈとしてパラメータメモリ１２に設定されていた場合、積分回数決定部１８は、相対速度不確かさΔＶ０をパラメータメモリ１２から読み出して、±５０ｋｍｈと演算設定し、コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを演算する際に、Ｖ０＋ΔＶ０により概算相対速度Ｖ０を補正して使用し、−１０５〜−５ｋｍｈの相対速度Ｖの物標に対応出来るように構成する。この際、検出すべき物標の相対速度Ｖが、Ｖ０±ΔＶ０の相対速度範囲に入るように概算相対速度Ｖ０及び相対速度不確かさΔＶ０を設定すると良い。なお、概算相対速度Ｖ０及び相対速度不確かさΔＶ０は、探査すべき物標及び観測すべき領域（距離）に応じてそれぞれ複数個、設定するように構成することも可能である。
【００２８】
積分回数決定部１８は、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑ、及び相対速度不確かさΔＶ０から、式（１）を用いて、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを求める。
【００２９】
【数１】
ただし、ω０は搬送波ＣＷの角周波数、ＰＲＩ：パルス送信間隔、ＶＣ：光速。
【００３０】
積分回数決定部１８により、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩが、概算相対速度Ｖ０及び相対速度不確かさΔＶ０に基づいて求められたところで、当該求められたコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを、１回の探査で観測制御装置７からのトリガー信号ＴＲによりパルス列発生器１４を介して該領域（物標）に向けて射出されるべきパルス信号ＰＬの数として、観測制御装置７に出力する。
【００３１】
観測制御装置７は、上述したように、積分回数決定部１８から出力されたコヒーレント積分回数に基づいて、１回の探査で送信アンテナ１６から射出すべきパルス信号ＰＬの数（＝コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ）を決定し、観測装置５のパルス列発生器１４、送信アンテナ１６などを介して、当該コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ分のパルス信号ＰＬを物標を探査すべき領域に、探査信号ＴＸとして送出する。
【００３２】
探査すべき領域に物標が存在した場合には、該物標で探査信号ＴＸの一部が反射され、反射信号ＲＸとして受信アンテナ２２に受信される。受信アンテナ２２では、探査信号を構成する、パルス信号ＰＬの数と等しい、コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ分の反射信号ＲＸが補足される。
【００３３】
観測データメモリ６内に、１回の探査分の反射信号ＲＸの観測値、即ち、少なくとも積分回数決定部１８で演算決定されたコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ分の反射信号ＲＸの観測値Ｘ（０）〜Ｘ（ＮＵＭＣＩ−１）が蓄積された時点で、主制御部２は、観測プログラムＯＰＲに基づいて位相補正重み付きコヒーレント積分部１１に対して、当該観測値Ｘ（０）〜Ｘ（ＮＵＭＣＩ−１）をコヒーレント積分するように指令する。
【００３４】
観測データメモリ６に格納される、１回の探査分の観測値が、前述した要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩに対応するＮＵＭＣＩ回であるとすると、ＮＵＭＣＩ個のサンプルが観測値として得ることが出来る。即ち、
ｉ＝０回目のサンプルのモデルを、（２）、（３）式で表す。
【００３５】
【数２】
【数３】
また、ｉ＝１回目のサンプルのモデルを、（４）、（５）式で表す。
【００３６】
【数４】
【数５】
同様に、ｉ＝ｋ回目のサンプルのモデルを、（６）、（７）式で表す。
【００３７】
【数６】
【数７】
即ち、各観測値（サンプル）は、物標との相対距離の情報を位相に含み、物標の相対距離と物標の反射断面積の情報を振幅に含むこととなる。
【００３８】
次に、得られたＮＵＭＣＩ回分のサンプル（観測値）を、積分回数決定部１８で決定されたコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩだけコヒーレント積分するのであるが、その際、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１は、位相補正量演算部１０に対して、観測値をコヒーレント積分する際の位相補正量を決定するように要求する。これを受けて、位相補正量演算部１０は、式（８）に基づいて位相補正量φ０を演算決定する。
【００３９】
【数８】
概算相対速度Ｖ０から位相補正量演算部１０により式（８）で位相補正量φ０が決定されたところで、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１は、１回の探査分として得られたＮＵＭＣＩ個の観測値を式（９）に示すようにコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ分だけコヒーレント積分する。
【００４０】
【数９】
これにより、コヒーレント積分出力ｙは、位相補正量φ０により重み付けられ、しかも要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩで積分される。
【００４１】
このとき、（２）〜（７）式のサンプル値のモデルに基づけば、ｙの信号成分ｙｓは式（１０）のように、ｙのノイズ成分は式（１１）のようになる。
【００４２】
【数１０】
【数１１】
信号成分ｙｓは、式（１２）に示すように、整理される。
【００４３】
【数１２】
従って、│ｙｓ│は、式（１３）に示すものとなる。
【００４４】
【数１３】
ｎ（ｋ）を、式（１４）のような複素白色ガウス性雑音と仮定する。
【００４５】
【数１４】
このとき、ｙのノイズ成分は中心極限定理より、式（１５）に示すものとなる。
【００４６】
【数１５】
以上の式を変形すると、ｙのＳＮＲは式（１６）に示すものとなる。
【００４７】
【数１６】
従って、上式より、コヒーレント積分出力ｙのプロセスゲインＰＧｙは、式（１７）で示すものとなる。
【００４８】
【数１７】
こうして得られたコヒーレント積分出力ｙは、図１示すように、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１より、外部に出力され、図示しない公知の物標検出手段などで、解析演算され、物標の速度、位置などが求められる。また、そのプロセスゲインも、積分回数決定部１８で決定された、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ分だけのコヒーレント積分が観測値に対して行われているので、積分出力ｙは要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足した形で外部に出力される。これにより、後段の信号処理を精度良く行うことが出来る。
【００４９】
以下に、観測値に対して概算相対速度Ｖ０に基づいて求められた位相補正量φ０による重み付けを行って所定回数のコヒーレント積分を行った場合と、単純に観測値をコヒーレント積分した場合について、比較した例を、図３に示す。ここでは、ω０＝２π×２４×１０９[rad/s]、ＰＲＩ＝５００[ns]とした。なお、図３に示す例は、（８）式で示す概算相対速度Ｖ０に基づいて求められた位相補正量φ０による重み付けを行ってコヒーレント積分をした場合の、有用性を示すものであるので、コヒーレント積分回数は可変値として計算しており、要求プロセスゲインを満足する所定のコヒーレント積分回数としては扱っていない。
【００５０】
図３の場合、相対速度が−１００ｋｍ／ｈで移動してくる（観測信号処理装置１に向かって１００ｋｍ／ｈで移動してくる）物標について、観測値を単純にコヒーレント積分した場合、「単純ＣＩ：−１００ｋｍｈの物標」に示すように、コヒーレント積分回数が２００回程度以上になると、急速にプロセスゲインが低下してくる。しかし、図３に示すように、例えば概算相対速度Ｖ０を−５５ｋｍｈに設定して、同様に、相対速度が−１００ｋｍ／ｈで移動してくる（観測信号処理装置１に向かって１００ｋｍ／ｈで移動してくる）物標について、位相補正量φ０による重み付けを行ってコヒーレント積分を行った場合、「提案手法：−１００ｋｍｈ物標、Ｖ＿０＝−５５ｋｍｈ」で示すように、コヒーレント積分回数が２００回以上となっても、プロセスゲインの低下は観測されず、全回数範囲に渡り上昇傾向のみを示した。
【００５１】
ここで、重要な点は、図３の例に示すように、概算相対速度Ｖ０が、実際の観測すべき物標の相対速度とかなり相違した形で設定されていたとしても、得られるコヒーレント積分結果は、概算相対速度Ｖ０による位相補正量φ０によって重み付けを行ってコヒーレント積分を行った方が、明らかに高いプロセスゲインを得られるといることである。
【００５２】
従って、仮に、観測信号処理装置１から遠ざかる物標及び観測信号処理装置１に対して近づいてくる物標を想定し、それら物標について、それぞれ正負の異なる（３つ以上の概算相対速度Ｖ０でも可能）概算相対速度Ｖ０（３つ以上の概算相対速度Ｖ０でも可能）をパラメータメモリ１２に設定しておき、位相補正量演算部１０で観測すべき同一の物標に対して、該パラメータメモリ１２から複数の概算相対速度Ｖ０を読み出し、それら読み出された複数の概算相対速度Ｖ０についての位相補正量を当該同一の物標に関してそれぞれ演算する。
【００５３】
そして、位相補正重み付きコヒーレント積分部１１で、観測データメモリ６に蓄積された１回の探査を構成するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ回の観測値（サンプル）について、それら位相補正量による重み付けをしたコヒーレント積分を、各位相補正量についてそれぞれ行う。位相補正重み付きコヒーレント積分部１１は、得られたコヒーレント積分出力のうち、絶対値の大きな方のコヒーレント積分出力を位相補正重み付きコヒーレント積分部１１の出力ｙとして、外部に出力するようにすると、観測すべき物標に応じた適当な位相補正量でコヒーレント積分を行うことが可能となり、観測信号処理装置１が搭載された車両、艦船などに対して相対速度を持った物標の反射波をコヒーレント積分する際にも、高いＳＮＲのコヒーレント積分値を得ることが可能となる。
【００５４】
更に、コヒーレント積分出力ｙに、所定の要求プロセスゲインＰＧｒｅｑが要求された場合、例えば、図４に示すように、物標の想定される相対速度が−１００ｋｍｈ〜−１０ｋｍｈであって、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑが２３ｄＢであった場合を考えてみる。本発明に基づいて式（１）から、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑの２３ｄＢを満たすコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩが２４３回となったとする。従来の手法では、コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩは観測領域に応じて観測プログラムＯＰＲにより設定された固定値であり、仮にこの場合には、２００回だったとする。
【００５５】
この場合、概算相対速度Ｖ０による位相補正量φ０によって重み付けを行ってコヒーレント積分を、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満たすコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩ回だけ、即ち２４３回行った場合は、物標の相対速度が−１００ｋｍｈ〜−１０ｋｍｈの全速度範囲で、コヒーレント積分出力ｙは、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑの２３ｄＢを満たす利得を得られたが、単に所定の回数（２００回）のコヒーレント積分出力を行った場合には、殆どの速度範囲で要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満たすコヒーレント積分出力ｙを得ることは出来なかった。
【００５６】
これにより、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足させるために、概算相対速度Ｖ０及び相対速度不確かさΔＶ０を考慮した形でコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを演算決定し、当該回数だけ位相重み付きコヒーレント積分を行うことの有用性が確かめられた。
【００５７】
次に、前述の要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足させるためのコヒーレント積分回数数ＮＵＭＣＩを求める（１）式について、その根拠を説明する。
【００５８】
即ち、コヒーレント積分出力ｙのプロセスゲインＰＧｙを示す（17）式に基づき、プロセスゲインＰＧｙが｜Ｖ−Ｖ０｜≦ΔＶ０の任意の相対速度Ｖに対して、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満たすコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを求める。
｜Ｖ−Ｖ０｜≦ΔＶ０の仮定から、プロセスゲインＰＧｙは、（１８）式で表される。
【００５９】
【数１８】
簡単のため、Δφ０を（１）式のただし書きに示すように定義すると、プロセスゲインＰＧｙは、（１９）式で表される。
【００６０】
【数１９】
（１９）式の右辺が要求プロセスゲインＰＧｒｅｑ以上であれば良いので、（２０）式を満足するコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを求めればよい。
【００６１】
【数２０】
（２０）式右部より、（２１）式が導出される。
【００６２】
【数２１】
（１）式のΔφ０及び（２１）式より、コヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩを求め、求められたコヒーレント積分回数ＮＵＭＣＩによりコヒーレント積分を行うと、ＰＧｙ≧ＰＧｒｅｑとなる。なお、Δφ０に関しては、ＶＣ≫｜Ｖ｜であるから、
【００６３】
【数２２】
（２２）式に示す簡略式も考えられる。なお、簡略式の場合、概算相対速度Ｖ０の正負に拘わらず同じ式が使用出来る。（２１）式及び後述する（２５）式でcosを取るため。
【００６４】
以上により、要求プロセスゲインＰＧｒｅｑを満足させるためのコヒーレント積分回数数ＮＵＭＣＩを求める（１）式について、その根拠が説明された。
【符号の説明】
【００６５】
１……観測信号処理装置
５……観測装置
６……観測データメモリ手段（観測データメモリ）
１０……位相補正量演算手段（位相補正量演算部）
７……探査信号送出手段（観測制御装置）
１１……位相重み付きコヒーレント積分手段（位相重み付きコヒーレント積分部）
１２……第１のメモリ、第２のメモリ、第３のメモリ（パラメータメモリ）
１４……探査信号送出手段（パルス列発生器）
１５……探査信号送出手段（ミキサ）
１６……送信アンテナ
１８……コヒーレント積分回数決定手段（積分回数決定部）
２２……受信アンテナ
ＣＷ……搬送波
ＰＧｒｅｑ……要求プロセスゲイン
ＬＯＩ……遅延変調パルス信号（領域遅延信号）
ＬＯＱ……遅延変調パルス信号（直交領域遅延信号）
ＮＵＭＣＩ……コヒーレント積分回数
ＲＸ……反射信号
ＴＸ……探査信号
Ｖ０……概算相対速度
ΔＶ０……相対速度不確かさ
ｘ……観測値
ｙ……積分出力
φ０……位相補正量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測すべき領域に対して、１探査当たり複数回の搬送波で変調されたパルス信号を探査信号として送信アンテナから、前記領域に対して順次送出し、前記探査信号の一部が前記物標でそれぞれ反射され受信アンテナで複数の反射信号として補足され、該補足された反射信号と前記搬送波で変調されたパルス信号を遅延させた遅延変調パルス信号に基づいて相関検波することで、前記１探査当たり複数の観測値を得、前記観測値は、前記物標との相対距離の情報を位相に含み、物標との相対距離と物標の反射断面積の情報を振幅に含むものであり、該得られた観測値をコヒーレント積分することで、前記１探査当たり、所定のコヒーレント積分値を積分出力として外部に対して出力することの出来る観測信号処理装置であって、該観測信号処理装置は、
前記観測すべき領域に存在する前記物標を探査するために必要な前記領域に応じた前記積分出力のプロセスゲインを要求プロセスゲインとして格納する第１のメモリ、
前記探査すべき物標についての概算相対速度を格納する第２のメモリ、
前記概算相対速度に対する誤差マージンを、相対速度不確かさとして格納する第３のメモリ、
前記観測すべき領域に応じた前記要求プロセスゲイン、前記探査すべき物標についての概算相対速度及び該相対速度に対する前記相対速度不確かさを前記第１乃至弟３のメモリから読み出し、それらの値から前記要求プロセスゲインを満足する、前記コヒーレント積分する際のコヒーレント積分回数を演算決定するコヒーレント積分回数決定手段、
前記決定されたコヒーレント積分回数分の前記パルス信号を前記探査信号として前記送信アンテナから送出する探査信号送出手段、
前記送出された前記コヒーレント積分回数分の前記パルス信号の反射波を前記反射信号として前記受信アンテナで補足し、前記観測値として蓄積する観測データメモリ手段、
前記物標の前記概算相対速度を前記第２のメモリ手段から読み出して、該読み出された概算相対速度に基づいて位相補正量を演算する位相補正量演算手段、
前記演算された位相補正量に基づいて、前記コヒーレント積分回数分の観測値について位相重み付きコヒーレント積分を前記コヒーレント積分回数分行って、前記要求プロセスゲインを満足させた前記積分出力を外部に出力する、位相重み付きコヒーレント積分手段、
から構成されることを特徴とする、観測信号処理装置。
【請求項２】
前記観測すべき領域は、前記観測信号処理装置と前記観測すべき領域までの距離に応じて複数、設定されていること、
を特徴として構成される、請求項１記載の観測信号処理装置。
【請求項３】
前記コヒーレント積分回数決定手段は、（１）式
【数１】
（ただし、ＰＧｒｅｑ：要求プロセスゲイン、Ｖ０：概算相対速度、ΔＶ０：相対速度不確かさ、ＰＲＩ：パルス送信間隔、ＶＣ：光速度、ω０：搬送波の角周波数）に基づいて前記コヒーレント積分回数を決定すること、
を特徴として構成される、請求項１記載の観測信号処理装置。
【請求項１】
観測すべき領域に対して、１探査当たり複数回の搬送波で変調されたパルス信号を探査信号として送信アンテナから、前記領域に対して順次送出し、前記探査信号の一部が前記物標でそれぞれ反射され受信アンテナで複数の反射信号として補足され、該補足された反射信号と前記搬送波で変調されたパルス信号を遅延させた遅延変調パルス信号に基づいて相関検波することで、前記１探査当たり複数の観測値を得、前記観測値は、前記物標との相対距離の情報を位相に含み、物標との相対距離と物標の反射断面積の情報を振幅に含むものであり、該得られた観測値をコヒーレント積分することで、前記１探査当たり、所定のコヒーレント積分値を積分出力として外部に対して出力することの出来る観測信号処理装置であって、該観測信号処理装置は、
前記観測すべき領域に存在する前記物標を探査するために必要な前記領域に応じた前記積分出力のプロセスゲインを要求プロセスゲインとして格納する第１のメモリ、
前記探査すべき物標についての概算相対速度を格納する第２のメモリ、
前記概算相対速度に対する誤差マージンを、相対速度不確かさとして格納する第３のメモリ、
前記観測すべき領域に応じた前記要求プロセスゲイン、前記探査すべき物標についての概算相対速度及び該相対速度に対する前記相対速度不確かさを前記第１乃至弟３のメモリから読み出し、それらの値から前記要求プロセスゲインを満足する、前記コヒーレント積分する際のコヒーレント積分回数を演算決定するコヒーレント積分回数決定手段、
前記決定されたコヒーレント積分回数分の前記パルス信号を前記探査信号として前記送信アンテナから送出する探査信号送出手段、
前記送出された前記コヒーレント積分回数分の前記パルス信号の反射波を前記反射信号として前記受信アンテナで補足し、前記観測値として蓄積する観測データメモリ手段、
前記物標の前記概算相対速度を前記第２のメモリ手段から読み出して、該読み出された概算相対速度に基づいて位相補正量を演算する位相補正量演算手段、
前記演算された位相補正量に基づいて、前記コヒーレント積分回数分の観測値について位相重み付きコヒーレント積分を前記コヒーレント積分回数分行って、前記要求プロセスゲインを満足させた前記積分出力を外部に出力する、位相重み付きコヒーレント積分手段、
から構成されることを特徴とする、観測信号処理装置。
【請求項２】
前記観測すべき領域は、前記観測信号処理装置と前記観測すべき領域までの距離に応じて複数、設定されていること、
を特徴として構成される、請求項１記載の観測信号処理装置。
【請求項３】
前記コヒーレント積分回数決定手段は、（１）式
【数１】
（ただし、ＰＧｒｅｑ：要求プロセスゲイン、Ｖ０：概算相対速度、ΔＶ０：相対速度不確かさ、ＰＲＩ：パルス送信間隔、ＶＣ：光速度、ω０：搬送波の角周波数）に基づいて前記コヒーレント積分回数を決定すること、
を特徴として構成される、請求項１記載の観測信号処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１３３４０４（Ｐ２０１１−１３３４０４Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９４２８５（Ｐ２００９−２９４２８５）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（５０２３２４０６６）株式会社デンソーアイティーラボラトリ (332)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（５０２３２４０６６）株式会社デンソーアイティーラボラトリ (332)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]