(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からパルス信号を受信し、前記パルス信号を、パルス圧縮係数を生成するサンプリング周波数よりも大きいサンプリング周波数でオーバーサンプリングしながらデジタル変換する無線部と、
前記デジタル変換でのオーバーサンプリングによりサンプル数が増加したデジタルデータに対して、前記パルス圧縮係数を用いてパルス圧縮処理を施し、パルス信号毎のレンジセル信号を生成するパルス圧縮部と、
前記レンジセル信号に対してドップラフィルタ処理を施すことで、前記オーバーサンプリングにより細分化されたレンジセル毎の周波数バンク信号を生成するドップラフィルタ処理部と、
前記周波数バンク信号をレンジセル毎に積分する積分処理部と
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記無線部は、前記デジタル変換後のデジタルデータのうち、隣接するデジタルデータ間で擬似的なサンプル点を生成する補間処理をさらに行い、
前記パルス圧縮部は、前記補間処理でサンプル数がさらに増加したデジタルデータに対して前記パルス圧縮処理を行い、
前記ドップラフィルタ処理部は、前記補間処理によりさらに細分化されたレンジセル毎の周波数バンク信号を生成することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記積分処理部は、
全方位に対する１スキャンにより取得されるレンジセル毎の周波数バンク信号を、レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換する信号処理部と、
前記４次元データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元データを作成する予測部と、
前記信号処理部からの前記４次元データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データとを積分する積分部と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記パルス信号は、互いに無相関となるように変調された複数の送信パルスが反射、散乱又は回折されて到来したものであり、
前記積分処理部は、
前記レンジセル毎の周波数バンク信号を、予め設定される原点及び直交軸を利用したデカルト座標系により特定される６次元セルデータへ変換する信号処理部と、
異なる送信パルスに基づく６次元セルデータを、受信時刻の差に基づく変化を予測して積分する積分部と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーダ装置。
【請求項５】
外部からパルス信号を受信し、前記パルス信号を、パルス圧縮係数を生成するサンプリング周波数よりも大きいサンプリング周波数でオーバーサンプリングしながらデジタル変換する無線部と、
前記デジタル変換でのオーバーサンプリングによりサンプル数が増加したデジタルデータに対して、前記パルス圧縮係数を用いてパルス圧縮処理を施し、パルス信号毎のレンジセル信号を生成するパルス圧縮部と、
前記レンジセル信号に対してドップラフィルタ処理を施すことで、前記オーバーサンプリングにより細分化されたレンジセル毎の周波数バンク信号を生成するドップラフィルタ処理部と、
前記周波数バンク信号に基づいて尤度情報を算出し、前記尤度情報をレンジセル毎に乗算する乗算処理部と
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項６】
前記無線部は、前記デジタル変換後のデジタルデータのうち、隣接するデジタルデータ間で擬似的なサンプル点を生成する補間処理をさらに行い、
前記パルス圧縮部は、前記補間処理でサンプル数がさらに増加したデジタルデータに対して前記パルス圧縮処理を行い、
前記ドップラフィルタ処理部は、前記補間処理によりさらに細分化されたレンジセル毎の周波数バンク信号を生成することを特徴とする請求項５記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記乗算処理部は、
全方位に対する１スキャンにより取得されるレンジセル毎の周波数バンク信号を、レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、周波数ビンに基づく相対速度とにより特定される４次元データへ変換する信号処理部と、
前記４次元データについての尤度情報である４次元尤度データを算出する尤度算出部と、
前記４次元尤度データに基づき、次のスキャンにおける目標の存在位置を予測した予測４次元尤度データを作成する予測部と、
前記信号処理部からの前記４次元尤度データと、前記予測部で前のスキャンに基づいて作成された予測４次元尤度データとを乗算する乗算部と
を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記パルス信号は、互いに無相関となるように変調された複数の送信パルスが反射、散乱又は回折されて到来したものであり、
前記乗算処理部は、
前記レンジセル毎の周波数バンク信号を、予め設定される原点及び直交軸を利用したデカルト座標系により特定される６次元セルデータへ変換する信号処理部と、
前記６次元セルデータについての尤度情報を算出し、異なる送信パルスに基づく６次元セルデータの尤度情報を、受信時刻の差に基づく変化を予測して乗算する尤度情報算出部と
を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のレーダ装置。
【請求項９】
外部からパルス信号を受信し、
前記パルス信号を、パルス圧縮係数を生成するサンプリング周波数よりも大きいサンプリング周波数でオーバーサンプリングしながらデジタル変換し、
前記デジタル変換でのオーバーサンプリングによりサンプル数が増加したデジタルデータに対して、前記パルス圧縮係数を用いてパルス圧縮処理を施し、パルス信号毎のレンジセル信号を生成し、
前記レンジセル信号に対してドップラフィルタ処理を施すことで、前記オーバーサンプリングにより細分化されたレンジセル毎の周波数バンク信号を生成し、
前記周波数バンク信号をレンジセル毎に積分することを特徴とする受信データ処理方法。
【請求項１０】
外部からパルス信号を受信し、
前記パルス信号を、パルス圧縮係数を生成するサンプリング周波数よりも大きいサンプリング周波数でオーバーサンプリングしながらデジタル変換し、
前記デジタル変換でのオーバーサンプリングによりサンプル数が増加したデジタルデータに対して、前記パルス圧縮係数を用いてパルス圧縮処理を施し、パルス信号毎のレンジセル信号を生成し、
前記レンジセル信号に対してドップラフィルタ処理を施すことで、前記オーバーサンプリングにより細分化されたレンジセル毎の周波数バンク信号を生成し、
前記周波数バンク信号に基づいて尤度情報を算出し、前記尤度情報をレンジセル毎に乗算することを特徴とする受信データ処理方法。
【請求項１１】
前記デジタル変換後のデジタルデータのうち、隣接するデジタルデータ間で擬似的なサンプル点を生成する補間処理をさらに行い、
前記補間処理でサンプル数がさらに増加したデジタルデータに対して前記パルス圧縮処理を行い、
前記補間処理によりさらに細分化されたレンジセル毎の周波数バンク信号を生成することを特徴とする請求項９又は１０に記載の受信データ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、送信パルスが反射、散乱又は回折されたパルス信号を受信することで目標を捜索するレーダ装置と、このレーダ装置で用いられる受信データ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スキャン間で目標信号を積分しようとするレーダ装置は、一定のＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）で送信された複数の送信パルスが反射、散乱又は回折されたパルス信号を受信する。レーダ装置は、受信したパルス信号に対してパルス圧縮を行い、パルス圧縮後の信号に対してドップラフィルタ処理を行う。レーダ装置は、ドップラフィルタ処理後の信号をスキャン間で積分し、その強度を測定する。レーダ装置は、測定した強度が所定のスレッショルド値を超えた場合、これを目標信号として検知する。
【０００３】
しかしながら、この種のレーダ装置では、ドップラフィルタ処理後の信号をスキャン間で積分しようとする場合、スキャン間での目標の移動量の推定値に誤差が生じるため、正確に積分できない場合がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】E. Fisher, A. H. Heimovich, "Spatial diversity in radar - models and detection Performance", IEEE Trans. On Signal Processing, vol. 54, no. 3, pp. 823-838
【非特許文献２】E. Fisher, A. H. Heimovich, "Performance of MIMO Radar System: Advantages of Angular Diversity", IEEE Trans. On Signal Processing, 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、上記のレーダ装置では、スキャン間で移動する目標のレンジ推定情報に生じる誤差成分のため、取得したデータを正確に積分できない場合がある。
【０００６】
そこで、目的は、ドップラフィルタ処理後のデータをスキャン間で正確に積分することが可能なレーダ装置及びこのレーダ装置で用いられる受信データ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、レーダ装置は、無線部、パルス圧縮部、ドップラフィルタ処理部及び積分処理部を具備する。無線部は、外部からパルス信号を受信し、前記パルス信号を、パルス圧縮係数を生成するサンプリング周波数よりも大きいサンプリング周波数でオーバーサンプリングしながらデジタル変換する。パルス圧縮部は、前記デジタル変換でのオーバーサンプリングによりサンプル数が増加したデジタルデータに対して、前記パルス圧縮係数を用いてパルス圧縮処理を施し、パルス信号毎のレンジセル信号を生成する。ドップラフィルタ処理部は、前記レンジセル信号に対してドップラフィルタ処理を施すことで、前記オーバーサンプリングにより細分化されたレンジセル毎の周波数バンク信号を生成する。積分処理部は、前記周波数バンク信号をスキャン間でレンジセル毎に積分する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】図１のパルス圧縮部の機能構成を示す図である。
【図３】図１のパルス圧縮部によるパルス圧縮処理を示す図である。
【図４】図１のドップラフィルタ処理部によるドップラフィルタ処理を示す図である。
【図５】図１の積分処理部の機能構成の例を示す図である。
【図６】パルス圧縮係数を生成するサンプリング周波数と、デジタル変換時のサンプリング周波数とが同一である場合のパルス圧縮処理後のサンプリングイメージを示す図である。
【図７】デジタル変換時のサンプリング周波数をオーバーサンプリングさせた場合のパルス圧縮処理後のサンプリングイメージを示す図である。
【図８】図１のレーダ装置で受信されるパルス信号に基づく周波数バンク信号の例を示す図である。
【図９】図５の積分部による積分処理を示す図である。
【図１０】図１のレーダ装置についてのシミュレーション諸元を示す図である。
【図１１】図１０のシミュレーション諸元を用いた探知確率推移のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】推定レンジ数と実際の目標の移動量に誤差が生じる場合の積分処理を示す図である。
【図１３】図１の積分処理部の機能構成の例を示す図である。
【図１４】図１３の積分処理部を備えるレーダ装置の配置例を示す図である。
【図１５】図１のレーダ装置の機能構成のその他の例を示す図である。
【図１６】図１５の補間処理部による補間処理の例を示す図である。
【図１７】第２の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１８】図１７の乗算処理部の機能構成の例を示すブロック図である。
【図１９】図１７の乗算処理部の機能構成の例を示すブロック図である。
【図２０】図１７のレーダ装置の機能構成のその他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置は、無線部１０、空間処理部２０、パルス圧縮部３０、ドップラフィルタ処理部４０及び積分処理部５０を具備する。
【００１１】
無線部１０は、アンテナ素子１１、受信モジュール１２、周波数変換部１３及びアナログ−デジタル変換部１４を備える。アンテナ素子１１は、一定のＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）で送信された複数の送信パルスが反射、散乱又は回折されたパルス信号を受信する。アンテナ素子１１は、受信したパルス信号を受信モジュール１２へ出力する。
【００１２】
受信モジュール１２は、アンテナ素子１１からのパルス信号の電力を増幅する。
【００１３】
周波数変換部１３は、受信モジュール１２で増幅されたパルス信号をベースバンド帯に変換する。
【００１４】
アナログ−デジタル変換部１４は、周波数変換部１３からのパルス信号をデジタル変換し、空間処理部２０へ出力する。このとき、デジタル変換時のサンプリング周波数は、パルス圧縮部３０で生成されるパルス圧縮係数のサンプリング周波数よりも大きい。すなわち、アナログ−デジタル変換部１４は、パルス信号をオーバーサンプリングしてデジタル変換する。
【００１５】
空間処理部２０は、無線部１０でデジタル化された信号に対して所定のビームウェイトを重畳することで、受信ビームを形成する。
【００１６】
図２は、第１の実施形態に係るレーダ装置のパルス圧縮部３０の機能構成を示す図である。パルス圧縮部３０は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部３１、ミキサ３２、パルス圧縮係数生成部３３、ＦＦＴ部３４及びＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部３５を備える。
【００１７】
ＦＦＴ部３１は、空間処理部２０からの信号に対してＦＦＴ処理を行う。ＦＦＴ部３１は、ＦＦＴ処理後の信号をミキサ３２へ出力する。パルス圧縮係数生成部３３は、予め設定されたサンプリング周波数でパルス圧縮係数を生成し、生成したパルス圧縮係数をＦＦＴ部３４へ出力する。ＦＦＴ部３４は、生成されたパルス圧縮係数に対してＦＦＴ処理を行い、ＦＦＴ処理後の信号をミキサ３２へ出力する。
【００１８】
ミキサ３２は、ＦＦＴ部３１，３４からの信号を掛け合わせ、掛け合わせた後の信号をＩＦＦＴ部３５へ出力する。ＩＦＦＴ部３５は、ミキサ３２からの信号に対してＩＦＦＴ処理を行い、ＩＦＦＴ処理後の信号をドップラフィルタ処理部４０へ出力する。これにより、デジタル変換でのオーバーサンプリングによりサンプル数が増加したデジタルデータに対して、パルス圧縮部３０でパルス圧縮処理が行われる。このパルス圧縮処理により、パルス信号毎のレンジセル信号が生成される。生成されたレンジセル信号はドップラフィルタ処理部４０へ出力される。図３は、パルス圧縮部３０によるパルス圧縮処理を模式的に示す図である。
【００１９】
ドップラフィルタ処理部４０は、パルス圧縮部３０からのレンジセル信号に対し、レンジセル毎にＦＦＴ処理を行い、レンジセル毎の周波数バンク信号を生成する。このとき、レンジセルは、デジタル変換時のオーバーサンプリングにより、オーバーサンプリングをしない場合と比較して細分化される。図４は、ドップラフィルタ処理部４０によるドップラフィルタ処理を模式的に示す図である。
【００２０】
積分処理部５０は、ドップラフィルタ処理部４０からの周波数バンク信号を積分する。
【００２１】
以下では、積分処理部５０の構成例を示し、第１の実施形態に係るレーダ装置について詳細に説明する。
【００２２】
（実施例１）  
図５は、第１の実施形態に係る実施例１のレーダ装置の積分処理部５０の機能構成を示すブロック図である。
【００２３】
ここで、図５についての説明では、パルス圧縮係数生成部３３がパルス圧縮係数を生成するサンプリング周波数を２ＭＨｚとし、アナログ−デジタル変換部１４がパルス信号をデジタル変換するサンプリング周波数を１０ＭＨｚとする。なお、一般的には、パルス圧縮係数を生成するサンプリング周波数と、パルス信号をデジタル変換するサンプリング周波数とは同一である。パルス圧縮係数を生成するサンプリング周波数と、パルス信号をデジタル変換するサンプリング周波数とが同一である場合、パルス圧縮処理後のサンプリングイメージは図６のようになる。一方、パルス信号をデジタル変換するサンプリング周波数をオーバーサンプリングさせる場合、パルス圧縮処理後のサンプリングイメージは図７のようになり、同一であるときと比較し、サンプル数が５倍となる。なお、図７において、各サンプルにおける目標信号利得はパルス圧縮のピーク値から約−３ｄＢの範囲である。
【００２４】
また、第１の実施形態に係るレーダ装置についてのパラメータ諸元は、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）：１０００［Ｈｚ］、パルス数：３２、１レンジ分解能７５［ｍ］、アナログ−デジタル変換部１４のサンプリング周波数：１０［ＭＨｚ］である。
【００２５】
図５に示す積分処理部５０は、信号処理部５１、積分部５２、予測部５３及びメモリ５４を備える。信号処理部５１は、ドップラフィルタ処理部４０からの周波数バンク信号の信号強度が、レンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖｍにより特定されるようにする。つまり、信号処理部５１は、所定の捜索領域における全方向への１回のスキャンで得られる全ての周波数バンク信号の信号強度がレンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖｍにより特定されるように４次元データを作成する。あるスキャンｉで取得された４次元データは、Ｒ（ｉ）（ｒ，θ，φ，ｖｍ）と表される。
【００２６】
各周波数ビンの周波数帯域幅Δｆは、Δｆ＝ｆＰＲＦ／Ｍで求められる。ここで、周波数ビンの値は目標の移動によるドップラ周波数に起因してのみ生じると仮定する。なお、Ｍは１ＣＰＩ（Coherent Processing Interval）で送信されるパルス数であり、ｆＰＲＦ＝１／ｆＰＲＩである。このとき、ｍ番目（ｍは１〜Ｍの自然数）の周波数ビンにおける目標の相対的な移動速度ｖｍは、ｖｍ＝ｍ・Δｆ・ｃ／ｆｃで表される。ただし、ｃは光速、ｆｃはキャリア周波数を示す。
【００２７】
例えば、図８に示すように、周波数バンク信号が１９６バンク目（６回の折り返し含む）に生じる場合、信号処理部５１は、目標の相対速度を３０６．２［ｍ／ｓ］と算出する。
【００２８】
信号処理部５１は、４次元データを積分部５２及び予測部５３へ出力する。
【００２９】
予測部５３は、信号処理部５１から４次元データを受け取り、４次元データの全要素に目標が存在すると仮定する。そして、予測部５３は、信号処理部５１からの４次元データに基づいて、次のスキャン時の目標の存在位置を予測する。このときの予測部５３での処理を以下に説明する。
【００３０】
レーダ装置は、所定の捜索領域における全方位に順次照射される送信パルスの反射波を受信する。このため、同一方向からのパルス信号を受信するのは離散的（１スキャン間隔）になる。１スキャン当りの周期をＴＳＣＡＮ秒とすると、図４に示すレンジセル毎の周波数バンク信号は周期ＴＳＣＡＮ毎に得られることになる。
【００３１】
目標の運動モデルを等速直線運動と仮定した場合、周波数ビンｍに存在する目標は、ＴＳＣＡＮ秒後の次スキャン時には目標はｖｍ・ＴＳＣＡＮだけ移動していると予測できる。例えば、スキャン周期ＴＳＣＡＮが８．６４［ｓ］であるとすると、上記の相対速度３０６．２［ｍ／ｓ］、１レンジ分解能７５［ｍ］を用いて、１スキャン間の目標移動量は３５．２５１２レンジと算出される。そのため、目標が移動するレンジ数は、３５レンジと推測される。ただし、上述のオーバーサンプリングにより、サンプル数は５倍であるため、目標が移動するレンジ数は、１７５レンジと推測される。このため、ｉ番目のスキャン時のレンジセルｒ、周波数ビンｍに目標が存在する場合、ＴＳＣＡＮ後のｉ＋１番目のスキャン時にはレンジセルｒ＋１７５、周波数ビンｍに同じ目標が存在すると予測される。
【００３２】
予測部５３は、予測した存在位置に、現在のスキャンにより取得された４次元データの信号強度を割り当てた予測４次元データを作成し、予測４次元データをメモリ５４に記憶させる。
【００３３】
また、予測部５３は、積分部５２から後述する積分４次元データを受けた場合、この積分４次元データに基づいて、次のスキャン時（ＴＳＣＡＮ後）の目標の存在位置を予測する。そして、予測部５３は、予測した存在位置に積分４次元データの信号強度を割り当てた予測４次元データを作成し、予測４次元データをメモリ５４に記憶させる。
【００３４】
積分部５２は、信号処理部５１から４次元データを受け取ると、インコヒーレント積分を行う。すなわち、積分部５２は、信号処理部５１から４次元データを受け取ると、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元データをメモリ５４から読み出す。そして、積分部５２は、信号処理部５１からの４次元データと、メモリ５４からの予測４次元データとを合成し、積分４次元データを作成する。図９は、積分部５２による積分処理を模式的に示す図である。
【００３５】
また、図１では記載されていないが、レーダ装置は、積分処理部５０の後段に目標検出部をさらに具備していても構わない。目標検出部は、積分処理部５０からの積分４次元データの信号強度が閾値を超えるか否かを判断する。なお、閾値の値は、積分部５２でのインコヒーレント積分の回数に基づいて変動する。目標検出部は、積分４次元データの信号強度が閾値を超える場合、目標を検出したと判断する。
【００３６】
次に、上記構成のレーダ装置による探知確率推移についてのシミュレーション結果を示す。図１０は、第１の実施形態に係るレーダ装置についてのシミュレーション諸元を示す。図１１は、図１０のシミュレーション諸元を用いた探知確率推移のシミュレーション結果を示す図である。
【００３７】
図１１において、黒丸印、四角印及び丸印は、デジタル変換時のサンプリング周波数がパルス圧縮部３０で生成されるパルス圧縮係数のサンプリング周波数よりもそれぞれ７倍、５倍及び３倍大きい場合の探知確率推移を示す。また、菱形印はデジタル変換時のサンプリング周波数と、パルス圧縮部３０で生成されるパルス圧縮係数のサンプリング周波数とが同一の場合の探知確率推移を示し、ばつ印は積分処理部で予測処理を行わずに４次元データを積分する場合の探知確率推移を示す。図１１に示すように、オーバーサンプリングの値が大きい程、少ないスキャン数で目標を探知することができることがわかる。これは、オーバーサンプリングすることにより、予測部５３で予測される目標の移動推定量に誤差が生じた場合にも、オーバーサンプリングされた目標信号は数レンジにわたって高い値を有するため、先に述べた推定誤差を許容することが可能となり、結果として高い積分利得を得ることができるためである。
【００３８】
以上のように、第１の実施形態に係る実施例１では、アナログ−デジタル変換部１４により、パルス圧縮部３０で生成されるパルス圧縮係数のサンプリング周波数よりも大きいサンプリング周波数で、デジタル変換を行うようにしている。このとき、レンジ分解能はオーバーサンプリングしない場合と同様であるが、分解能内における目標サンプル数は、オーバーサンプリング数分増加する。通常、オーバーサンプリングされた複数のサンプル点は、ピーク損失を補償するため、最も利得の高いサンプル点が抽出される操作を受けることが多い。しかし、本提案方式では、これら複数のサンプル点を全て受信データとして扱う。
【００３９】
目標運動モデルを等速直線運動と仮定した場合、相対速度に基づいて予測部５３で予測されるレンジ推定量は、通常は一定量、かつ、整数値である。一方、実際の目標は、等速直線運動をした場合でも、レーダ装置側もしくは目標側の何らかの非定常な要因によりスキャン毎に一定の移動レンジ数になるとは限らない。また、目標移動量には端数が含まれる。これら原因により、スキャン間で移動するレンジ数は、複数スキャンに亘って±１レンジ程度の変動を生じる可能性が高い。そのため、レーダ側で推定するレンジ数と実際の目標の移動量には誤差が生じる可能性が高い。図１２は、推定レンジ数と実際の目標の移動量に誤差が生じる場合の積分処理部５０による積分処理を示す図である。推定レンジ数と移動量とに誤差があるため、データが正しいレンジで積分されず、目標の検出性能を劣化させる要因となる。
【００４０】
これに対し、実施例１に係るレーダ装置では、サンプル数を増やしているため、図７に示すように、目標信号成分が複数のレンジセルに展開される。このため、推定レンジ数と移動量とに誤差が発生した場合においても、図９に示すように、いずれかのレンジセルでは目標信号成分の積分が達成されることとなる。これにより、推定レンジ数と移動量との誤差が積分処理に与える影響を緩和することが可能となる。
【００４１】
（実施例２）  
図１３は、第１の実施形態に係る実施例２のレーダ装置の積分処理部５０の機能構成を示すブロック図である。実施例２では、図１４に示すように複数のレーダ装置が存在している。各レーダ装置は、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからそれぞれ送信された送信パルスが目標で反射等されたパルス信号を受信する。なお、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからそれぞれ送信される送信パルスは、互いに無相関となるように変調されている。また、複数のレーダ装置において、座標の原点及び直交軸は共有されている。図１３に示す積分処理部５０は、信号処理部５５及び積分部５６を備える。
【００４２】
信号処理部５５は、座標の原点及び直交軸を記録している。また、信号処理部５５は、自装置の位置座標を把握している。信号処理部５５は、ドップラフィルタ処理部４０からの周波数バンク信号の信号強度が、目標の位置のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標、目標の速度のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標の値により特定されるようにする。つまり、信号処理部５５は、周波数バンク信号の信号強度が目標の位置のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標、目標の速度のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標の値で特定される６次元セルデータＦ（ｘ，ｙ，ｚ，ｖｘ，ｖｙ，ｖｚ）を作成する。信号処理部５５は、６次元セルデータを積分部５６へ出力する。
【００４３】
積分部５６は、信号処理部５５からの６次元セルデータに対してＭＩＳＯ（Multi Input Single Output）積分を行う。ＭＩＳＯ積分とは、複数の送信パルスに基づくパルス信号についての６次元セルデータを積分する処理である。このとき、パルス信号は、送信パルスが同一の目標で反射、散乱又は回折されたものである。以下では、６次元セルデータのＭＩＳＯ積分について説明する。
【００４４】
送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲは、それぞれ異なる時刻に送信ビームを目標へ向ける。そのため、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからの送信パルスに対するパルス信号は、異なる時刻にレーダ装置で受信される。また、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲが目標に対して送信ビームを向ける時刻が異なるため、その間に目標が移動してしまうこともある。そのため、同一の目標からのパルス信号に基づいて得られる６次元セルデータは、送信源毎に異なる。
【００４５】
積分部５６は、送信ビームを向ける間に移動してしまった目標の移動量を予測するために、目標の運動モデルを規定する。例えば、目標の運動モデルを等速直線運動と仮定した場合、ある時刻における６次元セルデータＦ（ｘ，ｙ，ｚ，ｖｘ，ｖｙ，ｖｚ）は、時刻Δｔ秒後においてはＦ（ｘ＋ｖｘΔｔ，ｙ＋ｖｙΔｔ，ｚ＋ｖｚΔｔ，ｖｘ，ｖｙ，ｖｚ）となる。
【００４６】
積分部５６は、想定した運動モデルに基づいて、移動前の６次元セルデータと移動後の６次元セルデータとを結び付ける。そして、積分部５６は、結び付けた６次元セルデータを積分する。このように、運動モデルに基づいて移動後の６次元セルデータを予測することで、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからの送信パルスが同一の目標に反射されるパルス信号の受信時刻はそれぞれ異なるが、これらのパルス信号に基づく６次元セルデータを積分することが可能となる。
【００４７】
積分処理部５０で積分されたデータは、処理サーバ６０へ出力される。
【００４８】
処理サーバ６０は、接続される複数のレーダ装置でそれぞれ取得されたＭＩＳＯ積分の結果に対してＳＩＭＯ（Single Input Multi Output）積分を行う。そして、処理サーバ６０は、ＳＩＭＯ積分の結果のレベルが、ＭＩＳＯ積分の積分結果の積分数に従って設定されるスレッショルド値を超える場合、目標を検知したと判断する。
【００４９】
以上のように、第１の実施形態に係る実施例２では、アナログ−デジタル変換部１４により、パルス圧縮部３０で生成されるパルス圧縮係数のサンプリング周波数よりも大きいサンプリング周波数でデジタル変換を行うようにしている。サンプル数が増加されるため、目標信号成分が複数のセルに展開されることとなる。このため、予測した移動後の６次元セルデータと、実際の６次元セルデータとの間で誤差が発生した場合であっても、いずれかの６次元セルデータでは目標信号成分の積分が達成されることとなる。これにより、予測した移動後の６次元セルデータと、実際の６次元セルデータとの誤差が積分処理に与える影響を緩和することが可能となる。
【００５０】
したがって、第１の実施形態に係るレーダ装置によれば、ドップラフィルタ処理後の信号をスキャン間で正確に積分することができる。
【００５１】
なお、第１の実施形態に係るレーダ装置は、図１の構成に限定される訳ではない。例えば、レーダ装置は、図１５に示す機能構成を有しても構わない。図１５に示すレーダ装置は、無線部７０、空間処理部２０、パルス圧縮部３０、ドップラフィルタ処理部４０及び積分処理部５０を具備する。
【００５２】
無線部７０は、アンテナ素子１１、受信モジュール１２、周波数変換部１３、アナログ−デジタル変換部１５及び補間処理部１６を備える。
【００５３】
アナログ−デジタル変換部１５は、周波数変換部１３からのパルス信号をデジタル変換し、補間処理部１６へ出力する。このとき、デジタル変換時のサンプリング周波数は、パルス圧縮部３０で生成されるパルス圧縮係数のサンプリング周波数よりも大きく、かつ、パルス圧縮係数のサンプリング周波数との間でナイキスト定理を満たすものである。例えば、パルス圧縮係数のサンプリング周波数が２ＭＨｚである場合、デジタル変換時のサンプリング周波数は４ＭＨｚ以上に設定される。
【００５４】
補間処理部１６は、アナログ−デジタル変換部１５でデジタル変換されたデータを補間し、擬似的なサンプル点を生成する。例えば、補間処理部１６は、図１６に示すように、隣接するデータ間の値を予め設定された数の点でプロットすることで、擬似的なサンプル点を生成する。補間処理部１６は、補間処理によりサンプル数を増加させたデータを空間処理部２０へ出力する。
【００５５】
このように、アナログ−デジタル変換部１５でオーバーサンプリングし、補間処理部１６で擬似的なサンプル点を生成することにより、分解能内における目標サンプル数は、オーバーサンプリング数分及びサンプル点数分増加することとなる。サンプル数を増やしているため、目標信号成分が複数のレンジセルに展開される。このため、推定レンジ数と移動量とに誤差が発生した場合においても、いずれかのレンジセルでは目標信号成分の積分が達成されることとなる。これにより、推定レンジ数と移動量との誤差が積分処理に与える影響を緩和することが可能となる。
【００５６】
（第２の実施形態）  
図１７は、第２の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１７に示すレーダ装置は、無線部１０、空間処理部２０、パルス圧縮部３０、ドップラフィルタ処理部４０及び乗算処理部８０を具備する。
【００５７】
無線部１０は、アンテナ素子１１、受信モジュール１２、周波数変換部１３及びアナログ−デジタル変換部１４を備える。アナログ−デジタル変換部１４は、周波数変換部１３からのパルス信号をデジタル変換し、空間処理部２０へ出力する。このとき、デジタル変換時のサンプリング周波数は、パルス圧縮部３０で生成されるパルス圧縮係数のサンプリング周波数よりも大きい。すなわち、アナログ−デジタル変換部１４は、パルス信号をオーバーサンプリングしてデジタル変換する。
【００５８】
乗算処理部８０は、ドップラフィルタ処理部４０からの周波数バンク信号に基づいて後述する尤度情報を算出し、算出した尤度情報を掛け合わせる。
【００５９】
以下では、積分処理部８０の構成例を示し、第２の実施形態に係るレーダ装置について詳細に説明する。
【００６０】
（実施例１）  
図１８は、第２の実施形態に係る実施例１のレーダ装置の乗算処理部８０の機能構成を示すブロック図である。図１８に示す乗算処理部８０は、信号処理部５１、尤度算出部８１、乗算部８２、予測部８３及びメモリ５４を備える。
【００６１】
尤度算出部８１は、信号処理部５１からの４次元データと、予め記憶しているレーダ装置の雑音の確率密度分布とを比較し、４次元データがレーダ装置の雑音信号である確率を尤度情報として算出する。尤度算出部８１は、４次元データを尤度情報に変換した４次元尤度データを作成する。４次元尤度データは、４次元データの各成分に格納される信号が雑音信号であるという確率（尤もらしさ）を表す。尤度算出部８１は、作成した４次元尤度データを乗算部８２及び予測部８３へ出力する。
【００６２】
予測部８３は、尤度算出部８１からの４次元尤度データに基づいて、次のスキャン時の目標の存在位置を予測する。つまり、予測部８３は、ｉ番目のスキャン時のレンジセルｒ、周波数ビンｍに目標が存在する場合、ＴＳＣＡＮ後のｉ＋１番目のスキャン時のレンジセルｒ＋Δｎ、周波数ビンｍに同じ目標が存在すると予測する。予測部８３は、予測した存在位置に、現在のスキャンにより取得された４次元尤度データを割り当てた予測４次元尤度データを作成し、予測４次元尤度データをメモリ５４に記憶させる。
【００６３】
また、予測部８３は、乗算部８２から後述する結合４次元尤度データを受けた場合、この結合４次元尤度データに基づいて、次のスキャン時（ＴＳＣＡＮ後）の目標の存在位置を予測する。そして、予測部８３は、予測した存在位置に結合４次元尤度データの尤度情報を割り当てた予測４次元尤度データを作成し、予測４次元尤度データをメモリ５４に記憶させる。
【００６４】
乗算部８２は、尤度算出部８１から４次元尤度データを受け取ると、前のスキャンに基づいて作成された予測４次元尤度データの尤度情報をメモリ５４から読み出す。そして、乗算部８２は、尤度算出部８１からの４次元尤度データの尤度情報と、メモリ５４からの予測４次元尤度データの尤度情報とを掛け合わせる。
【００６５】
また、図１では記載されていないが、レーダ装置は、乗算処理部８０の後段に目標検出部をさらに具備していても構わない。目標検出部は、乗算部８２からの結合４次元尤度データの尤度情報が予め設定された誤警報確率を下回るか否かを判断する。目標検出部は、結合４次元尤度データの尤度情報が誤警報確率を下回る場合、目標を検出したとする。
【００６６】
以上のように、第２の実施形態に係る実施例１では、４次元データの信号強度に基づいて尤度情報を算出し、尤度情報を用いて目標を検出するようにしている。第１の実施形態に係るレーダ装置では、スキャン毎に電力（又は振幅値）を加算するため、その合成値は線形に増加していく。そのため、ダイナミックレンジを広くとる必要がある。第２の実施形態では、尤度情報を用い、目標を確率統計的に検出することにより、ダイナミックレンジの増大を防ぐことが可能となる。
【００６７】
また、第２の実施形態の実施例１に係るレーダ装置では、アナログ−デジタル変換部１４により、パルス圧縮部３０で生成されるパルス圧縮係数のサンプリング周波数よりも大きいサンプリング周波数で、デジタル変換を行うようにしている。サンプル数が増加されるため、目標信号成分が複数のレンジセルに展開されることとなる。このため、推定レンジ数と移動量とに誤差が発生した場合においても、いずれかのレンジセルでは尤度情報の乗算が有効に実施されることとなる。これにより、推定レンジ数と移動量との誤差が乗算処理に与える影響を緩和することが可能となる。
【００６８】
（実施例２）  
図１９は、第２の実施形態に係る実施例２のレーダ装置の乗算処理部８０の機能構成を示すブロック図である。実施例２では、第１の実施形態の図１４に示すように複数のレーダ装置が存在している。各レーダ装置は、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからそれぞれ送信された送信パルスが目標で反射等されたパルス信号を受信する。なお、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからそれぞれ送信される送信パルスは、互いに無相関となるように変調されている。また、複数のレーダ装置において、座標の原点及び直交軸は共有されている。図１９に示す乗算処理部８０は、信号処理部５５及び尤度情報算出部８４を備える。
【００６９】
尤度情報算出部８４は、信号処理部５５からの６次元セルデータに基づいて尤度情報を算出する。ここで、尤度情報とは、６次元セルデータの強度に基づいて、６次元セルデータが雑音である確率を示すものである。
【００７０】
送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲは、送信ビームをそれぞれ異なる時刻に目標へ向けるため、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからの送信信号に対するパルス信号は、異なる時刻にそれぞれのレーダ装置で受信される。そこで、尤度情報算出部８４は、送信ビームを向ける間に移動してしまった目標の移動量を推定するために、目標の運動モデルを規定する。尤度情報算出部８４は、規定した運動モデルに基づいて、目標の移動に伴う６次元セルデータの変化量を予測する。尤度情報算出部８４は、６次元セルデータの変化量に基づいて、移動前の６次元セルデータと移動後の６次元セルデータとを互いに結び付ける。そして、尤度情報算出部８４は、結び付けた６次元セルデータから算出された尤度情報を掛け合わせる。このように、運動モデルに基づいて移動後の尤度情報を予測することで、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからの送信パルスが同一の目標に反射されるパルス信号の受信時刻はそれぞれ異なるが、これらのパルス信号に基づく尤度情報を掛け合わせることが可能となる。尤度情報算出部８４は、掛け合わせた尤度情報を処理サーバ６０へ出力する。
【００７１】
処理サーバ６０は、接続される複数のレーダ装置でそれぞれ取得された尤度情報を掛け合わせる。処理サーバ６０は、算出された結合確率が誤警報確率として予め設定されたスレッショルド値以下となる場合、目標が存在すると判断する。
【００７２】
以上のように、第２の実施形態に係る実施例２では、アナログ−デジタル変換部１４により、パルス圧縮部３０で生成されるパルス圧縮係数のサンプリング周波数よりも大きいサンプリング周波数で、デジタル変換を行うようにしている。サンプル数が増加されるため、目標信号成分が複数のセルに展開されることとなる。このため、予測した移動後の６次元セルデータと、実際の６次元セルデータとの間で誤差が発生した場合であっても、いずれかの６次元セルデータでは尤度情報の乗算が有効に実施されることとなる。これにより、予測した移動後の６次元セルデータと、実際の６次元セルデータとの誤差が乗算処理に与える影響を緩和することが可能となる。
【００７３】
したがって、第２の実施形態に係るレーダ装置によれば、ドップラフィルタ処理後の信号に基づいて算出した尤度情報をスキャン間で有効に乗算することができる。
【００７４】
なお、第２の実施形態に係るレーダ装置は、図１７の構成に限定される訳ではない。例えば、レーダ装置は、図２０に示す機能構成をとっても構わない。図２０に示すレーダ装置は、無線部７０、空間処理部２０、パルス圧縮部３０、ドップラフィルタ処理部４０及び乗算処理部８０を具備する。無線部７０は、アンテナ素子１１、受信モジュール１２、周波数変換部１３、アナログ−デジタル変換部１５及び補間処理部１６を備える。
【００７５】
アナログ−デジタル変換部１５でオーバーサンプリングし、補間処理部１６で擬似的なサンプル点を生成することにより、分解能内における目標サンプル数は、オーバーサンプリング数分及びサンプル点数分増加する。このため、推定レンジ数と移動量とに誤差が発生した場合においても、いずれかのレンジセルでは尤度情報の乗算が有効に実施されることとなる。これにより、推定レンジ数と移動量との誤差が乗算処理に与える影響を緩和することが可能となる。
【００７６】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７７】
１０，７０…無線部
１１…アンテナ素子
１２…受信モジュール
１３…周波数変換部
１４，１５…アナログ−デジタル変換部
１６…補間処理部
２０…空間処理部
３０…パルス圧縮部
３１，３４…ＦＦＴ部
３２…ミキサ
３３…パルス圧縮係数生成部
３５…ＩＦＦＴ部
４０…ドップラフィルタ処理部
５０…積分処理部
５１，５５…信号処理部
５２，５６…積分部
５３…予測部
５４…メモリ
６０…処理サーバ
８０…乗算処理部
８１…尤度算出部
８２…乗算部
８３…予測部
８４…尤度情報算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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