(57)【要約】【課題】ビート周波数を入力する追尾フィルタと、ペアリング後の観測値を入力とする追尾フィルタを併用して用いることで、アップチャープとダウンチャープ時のビート周波数のピーク数が異なる場合においても目標の追尾精度を向上することができ、誤ペアを除去することができるレーダ装置を得る。【解決手段】ＦＭＣＷ信号を受信して、受信信号と送信信号とからビート信号のピークを検出し、ビート周波数の対応付け及び測角処理を実施して目標情報を生成する信号処理器１と、ビート周波数を入力して目標の位置と速度を更新するビート周波数追尾フィルタ２と、目標の位置と速度の観測値を入力して目標の位置と速度を更新するペア観測値用追尾フィルタ３と、前記両追尾フィルタの追尾航跡同士を統合もしくは選択する統合選択器４と、システム航跡メモリ５と、異常値判定器６とを設けた。【選択図】図１
2010256083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が一定の変調幅で周期的に増減する送信信号が目標で反射された信号を受信信号として受信する受信部と、
前記受信信号と前記送信信号とを混合してビート信号を生成し、前記送信信号の周波数が上昇するアップチャープ時のビート信号から第１のビート周波数分布を求め、前記第１のビート周波数分布の第１の周波数ピークを特定し、前記送信信号の周波数が下降するダウンチャープ時のビート信号から第２のビート周波数分布を求め、前記第２のビート周波数分布の第２の周波数ピークを特定するビート周波数検出部と、
前記第１のビート周波数分布の第１の周波数ピークと前記第２のビート周波数分布の第２の周波数ピークのペア観測値を作成し、目標の距離とドップラ速度を算出するビート周波数ペア選択部と、
前記ペア観測値に基づいて目標の角度を算出する測角処理部と、
既存の追尾航跡を用いて、前記距離、ドップラ速度及び角度から成るペア観測値から追尾航跡の位置及び速度を更新するペア観測値用追尾フィルタと、
既存の追尾航跡を用いて、前記第１の周波数ピークもしくは前記第２の周波数ピークから追尾航跡の位置及び速度を更新するビート周波数追尾フィルタと、
前記ペア観測値用追尾フィルタ及び前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡を統合もしくは一方を選択してシステム航跡とする統合選択器と、
前記システム航跡を記憶するシステム航跡メモリと、
前記測角処理部からのペア観測値が前記システム航跡メモリに記憶されたシステム航跡と同一でない場合には、前記ペア観測値を異常値と判定して、この異常値については追尾を開始させない異常値判定器と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
既存の追尾航跡を用いて、前記第１の周波数ピークもしくは前記第２の周波数ピークから追尾航跡の位置及び速度を更新するビート周波数追尾フィルタの代わりに、
既存の追尾航跡を用いて、前記第１の周波数ピークもしくは前記第２の周波数ピークもしくはペア観測値の角度から追尾航跡の位置及び速度を更新するビート周波数追尾フィルタを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
既存の追尾航跡を用いて、前記第１の周波数ピークもしくは前記第２の周波数ピークから追尾航跡の位置及び速度を更新するビート周波数追尾フィルタの代わりに、
既存の追尾航跡を用いて、前記第１の周波数ピーク及び前記第１の周波数ピークに付与された角度もしくは前記第２の周波数ピーク及び前記第２の周波数ピークに付与された角度から追尾航跡の位置及び速度を更新するビート周波数追尾フィルタを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記異常値判定器は、システム航跡と相関のとれたペア観測値については、優先的にペアリングする候補として前記ビート周波数ペア選択部へ出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記統合選択器は、前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡の選択が続く場合、前記ペア観測値用追尾フィルタと前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡同士の相関がとれなくとも、残差が小さい航跡を選択する
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記統合選択器は、前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡の選択が続き、かつ前記ペア観測値用追尾フィルタで相関がとれる観測値が無い場合、前記ペア観測値用追尾フィルタの追尾航跡を時間予測した航跡と前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡を統合する
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記統合選択器は、前記ペア観測値用追尾フィルタと前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡を統合する際にあらかじめ定めたパラメータで重み付け統合する
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記統合選択器は、前記ペア観測値用追尾フィルタと前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡を統合する際に共分散交差法を用いて重み付け統合する
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記統合選択器は、前記ペア観測値用追尾フィルタと前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡を統合する際に最小二乗統合法を用いて重み付け統合する
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記統合選択器は、前記ペア観測値用追尾フィルタと前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡を統合する際に各航跡の平滑誤差共分散行列のトレースを用いて重み付け統合する
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記統合選択器は、前記ペア観測値用追尾フィルタと前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡を統合する際に各航跡の追尾更新回数を用いて重み付け統合する
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の移動体の衝突防止や一定距離追従走行等に使用され、レーダ波の送受信により移動体の外部に存在する目標との相対速度や距離を検出するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ装置などのレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置は、図１２に示すように、三角波状の変調信号により周波数変調され、周波数が一定の周期で増減を繰り返す送信信号Ｓ１を、レーダ波として送信する。次に、目標により反射されたレーダ波を受信すると共に、受信信号Ｓ２を送信信号Ｓ１とミキシングすることによりビート信号Ｓ３を発生させている。そして、このビート信号Ｓ３の周波数（ビート周波数）を、送信信号Ｓ１の周波数が増加するアップチャープ時及び周波数が減少するダウンチャープ時の各掃引区間毎に特定する。この特定されたアップチャープ時のビート周波数ｆｕ及びダウンチャープ時のビート周波数ｆｄに基づき、次の式（９１）、式（９２）を用いて、目標との距離Ｒや相対速度Ｖを算出する。
【０００３】
【数１】
2010256083.tif 000003
【０００４】
ここで、Ｂは送信信号Ｓ１の周波数変位幅、ｆ０は送信信号Ｓ１の中心周波数、Ｔは１周期の変調に要する時間、Ｃは光速を表す。
【０００５】
以上のように、従来のレーダ装置は、アップチャープ時及びダウンチャープ時のビート周波数の対応付け（以下、ペアリングと言う）により、目標の距離及び距離変化率を検出可能である。但し、アップチャープ、ダウンチャープ、それぞれで得られたビート周波数は同一目標のビート周波数だとしてもオフセットを生じている。特に、複数目標すなわち、ビート周波数が複数存在する環境においては、アップチャープ時のどのビート周波数がダウンチャープ時のビート周波数に対応するかの判定が必要となり、極めて困難である。
【０００６】
この対策として、次のようなＦＭＣＷレーダ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来のＦＭＣＷレーダ装置は、アップチャープ時及びダウンチャープ時に得られたビート周波数のペアリングにおいて、各掃引周期別に得られたビート周波数を昇順に並べ、並びが保存されるようにアップチャープ、ダウンチャープで得られたビート周波数のペアリングを実施することで複数目標環境に対応することができる。
【０００７】
しかし、上記の従来技術は、いずれも外部目標の距離と速度を得るために、アップチャープ時及びダウンチャープ時に得られたビート周波数のペアリングを必要とした。そのため、もし一方の周波数が得られない場合には、実際には存在するにも関わらず、周波数対を選択できないために検知することができない目標（不検知目標）や、本来存在しないはずの目標（偽目標）が発生し、計測結果の信頼性を低下させる原因となっていた。
【０００８】
このような欠点を解消するために、ある目標を初めて観測した場合には、アップチャープ時及びダウンチャープ時に得られたビート周波数のペアリングを行って、目標の距離、距離変化率を求めるものとし、２回目以降の観測においては、初回に求めた距離、距離変化率、及びアップチャープまたはダウンチャープのビート周波数を直接利用して、目標の距離、距離変化率を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２７７８８６４号公報
【特許文献２】特許第４１８６７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。特許文献２に記載された従来のレーダ装置は、ビート周波数のペアリングは必要としないものの、角度の入力は考慮されておらず、距離、距離変化率を更新することから、目標の角度が変化した場合に目標位置の追尾精度が劣化する可能性が高い。また、一般のレーダ装置に用いられているビート周波数のペアリングについて誤ったペアを除去する方法はとられていない。
【００１１】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、ビート周波数を入力する追尾フィルタと、ペアリング後の観測値を入力とする追尾フィルタを併用して用いることで、アップチャープとダウンチャープ時のビート周波数のピーク数が異なる場合においても目標の追尾精度を向上することができ、誤ペアを除去することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
【００１２】
特に、これまでの従来技術では、アップチャープとダウンチャープのビート周波数を直接入力して距離、距離変化率を更新する方法を提案しているが、本発明では、目標位置を正確に推定して、誤ペアを除去する方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るレーダ装置は、周波数が一定の変調幅で周期的に増減する送信信号が目標で反射された信号を受信信号として受信する受信部と、前記受信信号と前記送信信号とを混合してビート信号を生成し、前記送信信号の周波数が上昇するアップチャープ時のビート信号から第１のビート周波数分布を求め、前記第１のビート周波数分布の第１の周波数ピークを特定し、前記送信信号の周波数が下降するダウンチャープ時のビート信号から第２のビート周波数分布を求め、前記第２のビート周波数分布の第２の周波数ピークを特定するビート周波数検出部と、前記第１のビート周波数分布の第１の周波数ピークと前記第２のビート周波数分布の第２の周波数ピークのペア観測値を作成し、目標の距離とドップラ速度を算出するビート周波数ペア選択部と、前記ペア観測値に基づいて目標の角度を算出する測角処理部と、既存の追尾航跡を用いて、前記距離、ドップラ速度及び角度から成るペア観測値から追尾航跡の位置及び速度を更新するペア観測値用追尾フィルタと、既存の追尾航跡を用いて、前記第１の周波数ピークもしくは前記第２の周波数ピークから追尾航跡の位置及び速度を更新するビート周波数追尾フィルタと、前記ペア観測値用追尾フィルタ及び前記ビート周波数追尾フィルタの追尾航跡を統合もしくは一方を選択してシステム航跡とする統合選択器と、前記システム航跡を記憶するシステム航跡メモリと、前記測角処理部からのペア観測値が前記システム航跡メモリに記憶されたシステム航跡と同一でない場合には、前記ペア観測値を異常値と判定して、この異常値については追尾を開始させない異常値判定器とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るレーダ装置によれば、ビート周波数を入力する追尾フィルタと、ペアリング後の観測値を入力とする追尾フィルタを併用して用いることで、アップチャープとダウンチャープ時のビート周波数のピーク数が異なる場合においても目標の追尾精度を向上することができ、誤ペアを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の観測スケジュールを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のビート周波数追尾フィルタ内のアップチャープ用追尾フィルタの構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のペア観測値用追尾フィルタの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１に係るレーダ装置の統合選択器の動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の統合選択器の動作を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の統合選択器の動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の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に係るレーダ装置の角度用追尾フィルタの構成を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の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３に係るレーダ装置のアップチャープ角度用追尾フィルタの構成を示すブロック図である。
【図１２】従来のレーダ装置の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１７】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置について図１から図７までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１８】
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、信号処理器１と、ビート周波数追尾フィルタ２と、ペア観測値用追尾フィルタ３と、統合選択器４と、システム航跡メモリ５と、異常値判定器６とが設けられている。
【００１９】
また、信号処理器１は、受信部１１と、ＡＤ変換部１２と、ビート周波数検出部１３と、ビート周波数ペア選択部１４と、測角処理部１５とが設けられている。
【００２０】
さらに、ビート周波数追尾フィルタ２は、観測値出力判定部２１と、追尾航跡入力判定部２２と、アップチャープ用追尾フィルタ２３と、ダウンチャープ用追尾フィルタ２４と、サブ航跡メモリ２５とが設けられている。
【００２１】
図３は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のビート周波数追尾フィルタ内のアップチャープ用追尾フィルタの構成を示すブロック図である。
【００２２】
図３において、アップチャープ用追尾フィルタ２３は、予測部２３１と、ビート周波数変換部２３２と、相関部２３３と、平滑部２３４とが設けられている。なお、ダウンチャープ用追尾フィルタ２４の構成及び動作は、アップチャープ用追尾フィルタ２３と同様である。
【００２３】
図４は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のペア観測値用追尾フィルタの構成を示すブロック図である。
【００２４】
図４において、ペア観測値用追尾フィルタ３は、予測部３１と、相関部３２と、平滑部３３とが設けられている。
【００２５】
つぎに、この実施の形態１に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の観測スケジュールを示す図である。
【００２６】
信号処理器１内の受信部１１は、周波数が一定の変調幅で周期的に増減する送信信号が目標で反射された信号を受信信号として受信する。ＡＤ変換部１２は、受信部１１から出力される中間周波のビート信号をディジタル信号に変換する。
【００２７】
ビート周波数検出部１３は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）などで周波数分析を行う。すなわち、受信信号と送信信号とを混合してビート信号を生成し、送信信号の周波数が上昇するアップチャープ時のビート信号から第１のビート周波数分布を求め、第１のビート周波数分布の第１の周波数ピークを特定し、送信信号の周波数が下降するダウンチャープ時のビート信号から第２のビート周波数分布を求め、第２のビート周波数分布の第２の周波数ピークを特定する。
【００２８】
アップチャープにおけるビート信号の周波数Ｕ（ｔ）ｉと、ダウンチャープにおけるビート信号の周波数Ｄ（ｔ）ｊが抽出される。ここで、ｉ又はｊはビート周波数検出部１３によって得られたピーク数を表す。また、ビート周波数にはそれらが得られた時刻（以下、ビート周波数観測時刻）が付与されていることを前提とする。さらに、図２に示すように、ビート周波数と、測角処理部１５で算出される角度と、ペア観測値用追尾フィルタ３に入力される目標情報とに付与されている時刻は、異なっている。ただし、出力される順番はあらかじめ既知とする。ここでは、ペア観測値用追尾フィルタ３へペア観測値が入力される周期（システム航跡が出力される周期も同じ）を追尾周期（追尾間隔）と呼ぶ。
【００２９】
ビート周波数ペア選択部１４は、第１のビート周波数分布の第１の周波数ピークと第２のビート周波数分布の第２の周波数ピークのペア観測値を作成し、目標の距離とドップラ速度を算出する。
【００３０】
測角処理部１５は、ビート周波数ペア選択部１４からのペア観測値に基づいて目標の角度を算出する。
【００３１】
ビート周波数検出部１３によって得られたビート周波数は、ビート周波数追尾フィルタ２へ出力される。このビート周波数追尾フィルタ２は、既存の追尾航跡を用いて、第１のビート周波数分布の第１の周波数ピークもしくは第２のビート周波数分布の第２の周波数ピークから追尾航跡の位置及び速度を更新する。
【００３２】
ビート周波数追尾フィルタ２内の観測値出力判定部２１は、入力されたビート周波数がアップチャープ、ダウンチャープのいずれで得られたものであるかを判断し、アップビート周波数をアップチャープ用追尾フィルタ２３に出力し、ダウンビート周波数をダウンチャープ用追尾フィルタ２４に出力する。
【００３３】
アップチャープ用追尾フィルタ２３は、図３に示すように、アップチャープ時のビート周波数を入力し、このビート周波数に対して追尾処理を実施し、目標の位置と速度を更新する。追尾処理としては、入力されるビート周波数と位置と速度の関係式が非線形な式であるため、拡張カルマンフィルタなどを用いる。
【００３４】
まず、予測部２３１は、システム航跡メモリ５（もしくはサブ航跡メモリ２５）より出力される既存の追尾航跡（システム航跡もしくはサブ航跡）の次の式（１）に示す平滑ベクトルｘｋ−１｜ｋ−１を用いて、次の式（２）、式（３）に示す予測ベクトルｘｋ｜ｋ−１を計算する。平滑誤差共分散行列Ｐｋ−１｜ｋ−１と駆動雑音共分散行列Ｑｋ−１を用いて、次の式（４）に示す予測誤差共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１を計算する。なお、計算で用いる状態推移行列Φｋ−１は、次の式（６）に示す、新たに観測値出力判定部２１によって供給されたビート周波数に付与された時刻ｔ（ｋ）との差Δｔｋ−１（＝ｔ（ｋ）−ｔ（ｋ−１））を用いて、次の式（５）で計算する。
【００３５】
【数２】
2010256083.tif 000004
【００３６】
ビート周波数変換部２３２は、次の式（７）〜式（１１）に示すように、追尾航跡をビート周波数予測値ｆｕｋ｜ｋ−１と予測誤差分散Ｐｕｋ｜ｋ−１へ変換する。
【００３７】
【数３】
2010256083.tif 000005
【００３８】
相関部２３３は、上記のビート周波数予測値とビート周波数の相関処理を実施する。まず、観測値出力判定部２１が出力した時刻ｔｋでのアップチャープ時のビート周数の観測値ｆｕｏが次の式（１２）の不等式を満足するか判定する。式（１２）でｄｕは判定閾値、Ｓｕは次の式（１３）で定義する目標の残差分散である。ここで、Ａｋは観測誤差分散である。
【００３９】
【数４】
2010256083.tif 000006
【００４０】
相関部２３３は、式（１２）を満たすビート周波数観測値が全くない場合は、平滑部２３４にビート周波数を出力せず、平滑部２３４は、次の式（１４）及び式（１５）で示すように、平滑値を予測値で置き換える処理（以下、メモリトラック処理と呼ぶ）を行う。
【００４１】
【数５】
2010256083.tif 000007
【００４２】
一方、相関部２３３は、式（１２）を満たす（相関あり）ビート周波数観測値がある場合は、平滑部２３４にビート周波数観測値を出力し、目標の平滑値を更新する。また、複数のビート周波数観測値が式（１２）を満たした場合は、ＮＮ（Nearest Neighbor）などの一般的な相関アルゴリズムを用いて目標の平滑値を更新する。例えば、平滑値の更新式は、次の式（１６）のようになる。ここで、ゲイン行列Ｋｕｋは一般的に知られている拡張カルマンフィルタなどの理論式を用いて算出する。ＦｌａｇＥＫＦは、初期値を０として、次の式（１７）に示すように、相関ありの場合のみ１を加える。
【００４３】
【数６】
2010256083.tif 000008
【００４４】
そして、平滑部２３４は、平滑ベクトル、平滑誤差分散、時刻をサブ航跡メモリ２５へ出力し、その平滑ベクトル、平滑誤差分散をサブ航跡とする。サブ航跡メモリ２５は、追尾航跡入力判定部２２へサブ航跡を出力する。
【００４５】
次に、追尾航跡入力判定部２２は、ダウンチャープ用追尾フィルタ２４へサブ航跡を出力する。ダウンチャープ用追尾フィルタ２４の構成及び動作については、上述したように、アップチャープ用追尾フィルタ２３と同じである。式（７）〜式（１１）における状態ベクトルの上付きｕをｄに変更することで、ダウンチャープ用追尾フィルタ２４は同様に動作する。従って、詳細な説明は省略する。
【００４６】
ここで、ダウンチャープ用追尾フィルタ２４は、図２のように、信号処理の時刻が異なることを想定して、通常、信号処理の時刻差Δｔｋ（式（６））を用いて予測部２４１の処理を実施しているが、例えばシステム航跡の追尾周期でアップビート周波数とダウンビート周波数が同時に観測されたものとして、Δｔｋ＝０で予測部２４１の処理を実施したとしても問題は無い。
【００４７】
ビート周波数追尾フィルタ２は、次の追尾周期までに得られるビート周波数を用いてサブ航跡を更新する。ただし、信号処理器１においてアップチャープ、ダウンチャープの順序が入れ替わっても、入力されるビート周波数の順番に応じて追尾処理をすることが可能である。ここまでがビート周波数追尾フィルタ２の処理である。
【００４８】
続いて、ペア観測値用追尾フィルタ３の処理を説明する。このペア観測値用追尾フィルタ３は、図４に示すように、測角処理部１５から出力される距離、速度、角度情報を持ったペア観測値を入力し、追尾処理を実施する。すなわち、既存の追尾航跡を用いて、距離、ドップラ速度及び角度から成るペア観測値から追尾航跡の位置及び速度を更新する。追尾処理としては、入力される距離、速度、角度は座標変換することで位置と速度の観測値となるため、線形カルマンフィルタなどを用いる。ここで、ペア観測値には組となったアップビート周波数とダウンビート周波数の情報も付与する。
【００４９】
予測部３１の動作は、アップチャープ用追尾フィルタ２３の予測部２３１と同じであるため省略する。相関部３２は、予測部３１から出力される予測値と測角処理部１５から出力されるペア観測値の相関処理を実施する。まず、時刻ｔｋでのペア観測値ｚｋが次の式（１８）の不等式を満足するか判定する。式（１８）でｄＬＫＦは判定閾値、Ｓは次の式（１９）で定義する目標の残差共分散である。ここで、Ａｋは観測誤差共分散である。
【００５０】
【数７】
2010256083.tif 000009
【００５１】
相関部３２は、相関なしとみなした場合は、平滑部３３にペア観測値を出力せず、平滑部３３は、式（１４）及び式（１５）に示す、メモリトラック処理を行う。一方、相関ありとみなした場合は、平滑部３３にペア観測値を出力し、目標の平滑値を更新する。平滑式は次の式（２２）のようになる。また、ゲイン行列Ｋｋは一般的に知られているカルマンフィルタなどの理論式を用いて算出する。ＦｌａｇＬＫＦは、初期値を０として、次の式（２３）に示すように、相関ありの場合のみ１を加える。
【００５２】
【数８】
2010256083.tif 000010
【００５３】
ペア観測値用追尾フィルタ３は、上記の平滑ベクトル、平滑誤差共分散行列、航跡と相関したペア観測値に付与されている１組のアップビート周波数とダウンビート周波数の情報を統合選択器４へ出力する。
【００５４】
続いて、統合選択器４の動作について図５、図６及び図７を用いて説明する。図５、図６及び図７は、統合選択器の動作を示すフローチャートである。ここで、航跡を区別するため、ビート周波数追尾フィルタ２の出力航跡（以下、ＥＫＦ航跡）には上付き添え字のＥＫＦ、ペア観測値用追尾フィルタ３の出力航跡（以下、ＬＫＦ航跡）には上付き添え字のＬＫＦ、最終的に登録するシステム航跡には上付き添え字のＳＹＳをつける。統合選択器４は、ペア観測値用追尾フィルタ３及びビート周波数追尾フィルタ２の追尾航跡を統合もしくは一方を選択してシステム航跡とする。システム航跡メモリ５は、このシステム航跡を記憶する。
【００５５】
統合選択器４は、まず、ＥＫＦ航跡とＬＫＦ航跡との照合を実施する（ステップ４０１〜４０３）。この時、両航跡ともにメモリトラックである場合は、システム航跡はメモリトラックとみなして、ＥＫＦ航跡をシステム航跡としてシステム航跡メモリ５に登録する（ステップ４１１）。
【００５６】
【数９】
2010256083.tif 000011
【００５７】
ＬＫＦ航跡が存在し、ＥＫＦ航跡がメモリトラックである場合、ＬＫＦ航跡は誤ペアの観測値で更新されたものとみなし、ＬＫＦ航跡を削除する（ステップ４０８）。さらに、ＥＫＦ航跡をシステム航跡としてシステム航跡メモリ５に登録する（ステップ４０９）。ＬＫＦ航跡がメモリトラックであり、ＥＫＦ航跡が存在する場合は、ＥＫＦ航跡をシステム航跡としてシステム航跡メモリ５に登録する（ステップ４１０）。
【００５８】
ＥＫＦ航跡及びＬＫＦ航跡が共に存在する場合、航跡の妥当性を検定する。まず、以下の式（２６）を用いて航跡同士の相関判定を実施する（ステップ４０４）。ここで、各々の航跡から出力されるｘとＰはそれぞれｘｋ｜ｋ、Ｐｋ｜ｋに相当する。式（２６）でｄＴＲＫは判定閾値を表す。
【００５９】
【数１０】
2010256083.tif 000012
【００６０】
上記の相関判定で式（２６）を満たさない場合は、相関なしとみなして、ＥＫＦ航跡をシステム航跡としてシステム航跡メモリ５に登録する（ステップ４０６）。そして、ＬＫＦ航跡を削除する（ステップ４０７）。
【００６１】
式（２６）を満たす場合は、相関ありとみなして、航跡同士を統合する（ステップ４０５）。航跡を統合する方法としては、例えば、次の式（２７）及び式（２８）に示すように、有色性に考慮して共分散交差法を用いて統合をする。統合航跡をシステム航跡としてシステム航跡メモリ５に登録する。この時のシステム航跡の状態ベクトルｘｓｙｓｋ｜ｋと平滑誤差共分散行列Ｐｓｙｓｋ｜ｋは以下の式（２７）及び式（２８）で与えられる。ωはパラメータとする。また、ペア観測値用追尾フィルタ３の航跡と相関したペア観測値に付与されている一組のアップビート周波数とダウンビート周波数の情報もシステム航跡メモリ５に登録する。
【００６２】
【数１１】
2010256083.tif 000013
【００６３】
また、有色性は考慮していないが、次の式（２９）及び式（３０）に示すように、最小二乗統合法を使うこともある。この方法は、パラメータωを設定する必要がなくなる。
【００６４】
【数１２】
2010256083.tif 000014
【００６５】
演算負荷を抑えるために、次の式（３１）に示すように、追尾航跡の平滑誤差共分散行列のトレースを用いて重み付け統合する方法もある（行列Ａのトレースをｔｒ（Ａ）とする）。システム航跡の平滑誤差共分散行列は計算できないものの、逆行列を計算する必要がなくなる。
【００６６】
【数１３】
2010256083.tif 000015
【００６７】
さらに、演算負荷を抑えるために、次の式（３２）に示すように、あらかじめ定めたパラメータａ（０≦ａ≦１）で重み付け統合したり、次の式（３３）に示すように、航跡の更新状況に応じて重み付け統合したりする方法もある。ここで、式（３３）のｎＬＫＦは、ＬＫＦ航跡が現在から過去Ｎサンプル中でメモリトラックとならずに、統合選択器４へ航跡が入力された回数を意味する。ＥＫＦ航跡の場合はｎＥＫＦとする。特に、追尾フィルタとしてα−βフィルタなどの簡易的な追尾フィルタを用いる場合は、平滑誤差共分散を更新する必要がなく、有効である。
【００６８】
【数１４】
2010256083.tif 000016
【００６９】
統合選択器４は、図５のステップ４０４で航跡同士の相関がなく、ＥＫＦ航跡を連続して選択している場合は、角度観測値を用いていないため追尾精度が劣化する可能性がある。そのため、図６に示すように、ＥＫＦ航跡を連続して選択している回数が閾値を超えた場合は、上記の式（２７）〜式（３３）で示す、航跡統合方法で航跡を統合する方法（ステップ４１２、ステップ４０５）もある。
【００７０】
また、図５のステップ４０３でＬＫＦ航跡がメモリトラックであり、ＥＫＦ航跡を連続して選択している場合は角度観測値を用いていないため追尾精度が劣化する可能性がある。そのため、図７のように、ＥＫＦ航跡を連続して選択している回数が閾値を超えた場合は、上記の式（２７）〜式（３３）で示す、航跡統合方法で航跡を統合する方法（ステップ４１３、ステップ４１４）もある。さらに、図６と図７の処理は、組み合わせて用いることも可能である。以上が統合選択器４の動作説明である。
【００７１】
異常値判定器６は、測角処理部１５から入力されるペア観測値に対して、システム航跡メモリ５から入力されるアップビート周波数とダウンビート周波数の情報と同一でないペアを異常値とみなして、追尾を開始させない。つまり、測角処理部１５からのペア観測値がシステム航跡と同一でない場合には、そのペア観測値を異常値と判定して、この異常値については追尾を開始させない。それに加えて、システム航跡に用いられたペア観測値に付与されているアップとダウンの周波数ペアを優先的にペアリングするように信号処理器１内のビート周波数ペア選択部１４に出力してもよい。
【００７２】
以上のように、実施の形態１によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、アップチャープ、ダウンチャープで得たビート周波数を直接入力して目標の位置と速度を更新するビート周波数追尾フィルタ２と、アップとダウンチャープのペアより得られる目標の距離、ドップラ速度、角度を入力して目標の位置と速度を更新するペア観測値用追尾フィルタ３を併用して、追尾航跡同士を統合もしくは選択する統合選択器４と、追尾航跡と相関のあったペアに基づき誤ったペアを判定する異常値判定器６とにより、従来のＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置に比べて追尾精度を向上させ、誤航跡発生を抑制することができる。
【００７３】
また、実施の形態１によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、異常値判定器６が、追尾航跡と相関のあったペアを優先的にペアリングする候補として信号処理器１へ出力することにより、誤ペアの発生を抑えることができる。
【００７４】
また、実施の形態１によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、統合選択器４が、ビート周波数追尾フィルタ２の追尾航跡の選択が続く場合、ペア観測値用追尾フィルタ３とビート周波数追尾フィルタ２の追尾航跡同士の相関がとれなくとも、残差が小さい航跡を選択することにより、追尾精度を高めることができる。
【００７５】
また、実施の形態１によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、統合選択器４が、ビート周波数追尾フィルタ２の追尾航跡の選択が続き、かつペア観測値用追尾フィルタ３で相関がとれる観測値が無い場合、ペア観測値用追尾フィルタ３の追尾航跡を予測した航跡とビート周波数追尾フィルタ２の追尾航跡を統合することにより、目標追尾精度を高めることができる。
【００７６】
また、実施の形態１によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、統合選択器４が、追尾航跡同士を統合する際にあらかじめ定めたパラメータで重み付け統合することにより、演算負荷を低減することができる。
【００７７】
また、実施の形態１によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、統合選択器４が、追尾航跡同士を統合する際に有色性を考慮して共分散交差法を用いて重み付け統合することにより、追尾精度を確保することができる。
【００７８】
また、実施の形態１によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、統合選択器４が、追尾航跡同士を統合する際に最小二乗統合法を用いて重み付け統合することにより、パラメータを設定することなく追尾精度を確保することができる。
【００７９】
また、実施の形態１によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、統合選択器４が、追尾航跡同士を統合する際に各航跡の平滑誤差共分散行列のトレースを用いて重み付け統合することにより、演算負荷を低減することができる。
【００８０】
さらに、実施の形態１によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、統合選択器４が、追尾航跡同士を統合する際に各航跡の追尾更新回数を用いて重み付け統合することにより、演算負荷を低減することができる。
【００８１】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置について図８及び図９を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００８２】
図８において、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置は、ビート周波数追尾フィルタ２Ａ内に角度用追尾フィルタ２６を追加したものである。
【００８３】
図９は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の角度用追尾フィルタの構成を示すブロック図である。
【００８４】
図９において、角度用追尾フィルタ２６は、予測部２６１と、角度変換部２６２と、相関部２６３と、平滑部２６４とが設けられている。
【００８５】
つぎに、この実施の形態２に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００８６】
この実施の形態２に係るレーダ装置は、ペア観測値の角度をビート周波数追尾フィルタ２Ａへ入力して追尾処理するものである。
【００８７】
角度用追尾フィルタ２６は、図９に示すように、観測値出力判定部２１から出力される角度を入力として追尾処理を実施する。角度用追尾フィルタ２６の予測部２６１の動作の説明は、アップチャープ用追尾フィルタ２３の予測部２３１と同じであるため省略する。
【００８８】
角度変換部２６２は、次の式（３４）〜式（３６）で示すように、追尾航跡を角度予測値θｋ｜ｋ−１と予測誤差分散Ｐθｋ｜ｋ−１へ変換する。
【００８９】
【数１５】
2010256083.tif 000017
【００９０】
相関部２６３は、角度変換部２６２から出力される予測値と観測値出力判定部２１から出力されるペア観測値の相関処理を実施する。まず、時刻ｔｋでのペア観測値ｚｋが次の式（３７）の不等式を満足するか判定する。式（３７）でｄθは判定閾値、Ｓθは次の式（３８）で定義する目標の残差共分散である。
【００９１】
【数１６】
2010256083.tif 000018
【００９２】
相関部２６３は、相関なしとみなした場合は、平滑部２６４にペア観測値を出力せず、平滑部２６４は、上記の式（１４）及び式（１５）に示す、メモリトラック処理を行う。
【００９３】
一方、相関部２６３は、相関ありとみなした場合は、平滑部２６４に角度観測値を出力し、目標の平滑値を更新する。
【００９４】
【数１７】
2010256083.tif 000019
【００９５】
そして、平滑部２６４は、平滑ベクトル、平滑誤差分散、時刻をサブ航跡メモリ２５へ出力し、その平滑ベクトル、平滑誤差分散をサブ航跡とする。サブ航跡メモリ２５は、追尾航跡入力判定部２２へサブ航跡を出力する。その他の処理は、上記の実施の形態１と同様のため省略する。
【００９６】
以上のように、実施の形態２によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、ビート周波数追尾フィルタ２Ａが、アップチャープ、ダウンチャープに加えペア観測値の角度を直接入力して目標の位置と速度を更新することによって、追尾精度を向上させることができる。
【００９７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るレーダ装置について図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００９８】
図１０において、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置は、信号処理器１Ｂ内に測角処理部１５と同じ測角処理部１６を追加するとともに、ビート周波数追尾フィルタ２Ｂ内に、アップチャープ用追尾フィルタ２３とダウンチャープ用追尾フィルタ２４の代わりに、アップチャープ角度用追尾フィルタ２３Ｂとダウンチャープ角度用追尾フィルタ２４Ｂを追加したものである。
【００９９】
図１１は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置のアップチャープ角度用追尾フィルタの構成を示すブロック図である。
【０１００】
図１１において、アップチャープ角度用追尾フィルタ２３Ｂは、予測部２３１と、ビート周波数角度変換部２３２Ｂと、相関部２３３と、平滑部２３４とが設けられている。
【０１０１】
つぎに、この実施の形態３に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０１０２】
この実施の形態３に係るレーダ装置は、ビート周波数毎に測角処理をして角度が得られる場合、この角度をビート周波数追尾フィルタ２Ｂへ入力して追尾処理するものである。
【０１０３】
アップチャープ角度用追尾フィルタ２３Ｂは、図１１に示すように、観測値出力判定部２１から出力されるアップチャープのビート周波数とそれに付与される角度を入力として追尾処理を実施する。図１１のアップチャープ角度用追尾フィルタ２３Ｂの予測部２３１の動作は、アップチャープ用追尾フィルタ２３の予測部２３１と同じであるため省略する。
【０１０４】
ビート周波数角度変換部２３２Ｂでは、追尾航跡からビート周波数予測値ｆｕｋ｜ｋ−１とその予測誤差分散Ｐｕｋ｜ｋ−１、角度予測値θｋ｜ｋ−１とその予測誤差分散Ｐθｋ｜ｋ−１を算出する。算出式については、省略する。
【０１０５】
相関部２３３は、ビート周波数角度変換部２３２Ｂから出力される予測値とビート周波数、角度観測値の相関処理を実施する。まず、時刻ｔｋでのビート周波数観測値ｆｕｏと角度観測値θｏが次の式（４１）の不等式を満足するか判定する。式（４１）でｄは判定閾値、Ｓｕは上記の式（１３）、Ｓθは上記の式（３８）で定義する残差共分散である。
【０１０６】
【数１８】
2010256083.tif 000020
【０１０７】
相関部２３３は、相関なしとみなした場合は、平滑部２３４にビート周波数、角度観測値を出力せず、平滑部２３４は、上記の式（１４）及び式（１５）で示す、メモリトラック処理を行う。
【０１０８】
一方、相関部２３３は、相関ありとみなした場合は、平滑部２３４にビート周波数、角度観測値を出力し、目標の平滑値を更新する。
【０１０９】
【数１９】
2010256083.tif 000021
【０１１０】
次に、平滑部２３４は、平滑ベクトル、平滑誤差分散、時刻をサブ航跡メモリ２５へ出力し、その平滑ベクトル、平滑誤差分散をサブ航跡とする。サブ航跡メモリ２５は、追尾航跡入力判定部２２へサブ航跡を出力する。その他の処理は、上記の実施の形態１と同様のため省略する。
【０１１１】
以上のように、実施の形態３によれば、ＦＭＣＷレーダを用いたレーダ装置において、ビート周波数追尾フィルタ２Ｂが、アップチャープ、ダウンチャープに加え、それに付与される角度を直接入力して目標の位置と速度を更新することによって、追尾精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１、１Ｂ  信号処理器、２、２Ａ、２Ｂ  ビート周波数追尾フィルタ、３  ペア観測値用追尾フィルタ、４  統合選択器、５  システム航跡メモリ、６  異常値判定器、１１  受信部、１２  ＡＤ変換部、１３  ビート周波数検出部、１４  ビート周波数ペア選択部、１５  測角処理部、１６  測角処理部、２１  観測値出力判定部、２２  追尾航跡入力判定部、２３  アップチャープ用追尾フィルタ、２３Ｂ  アップチャープ角度用追尾フィルタ、２４  ダウンチャープ用追尾フィルタ、２４Ｂ  ダウンチャープ角度用追尾フィルタ、２５  サブ航跡メモリ、２６  角度用追尾フィルタ、３１  予測部、３２  相関部、３３  平滑部、２３１  予測部、２３２  ビート周波数変換部、２３２Ｂ  ビート周波数角度変換部、２３３  相関部、２３４  平滑部、２６１  予測部、２６２  角度変換部、２６３  相関部、２６４  平滑部。
【図１】
2010256083.tif 000022
【図２】
2010256083.tif 000023
【図３】
2010256083.tif 000024
【図４】
2010256083.tif 000025
【図５】
2010256083.tif 000026
【図６】
2010256083.tif 000027
【図７】
2010256083.tif 000028
【図８】
2010256083.tif 000029
【図９】
2010256083.tif 000030
【図１０】
2010256083.tif 000031
【図１１】
2010256083.tif 000032
【図１２】
2010256083.tif 000033