(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の放射を行う送信部と、
異なる観測点に位置し前記送信部の放射電波の複数の目標での反射電波をそれぞれ受信し、各目標に関する受信時刻とドップラ周波数を観測するための時刻・ドップラ周波数用センサおよび各目標の方位を観測するための測角センサをそれぞれ有する複数の受信部と、
前記各受信部で観測された受信時刻、ドップラ周波数および測角値から目標の位置ベクトルおよび速度ベクトルを推定して前記複数目標の位置と速度を求める第１の手段を含む測位・測速演算部と、
を備え、
測位・測速演算部の第１の手段が、複数の目標が存在する場合に、各受信部で観測された測角値から求めた目標位置ベクトル候補から計算した各受信部での受信時刻計算値と、各受信部で観測された受信時刻観測値を比較することで、各受信部間での受信時刻観測値とドップラ周波数観測値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルと速度ベクトルを推定する、
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
電波の放射を行う送信部と、
異なる観測点に位置し前記送信部の放射電波の複数の目標での反射電波をそれぞれ受信し、各目標に関する受信時刻とドップラ周波数を観測するための時刻・ドップラ周波数用センサおよび各目標の方位を観測するための測角センサをそれぞれ有する複数の受信部と、
前記各受信部で観測された受信時刻、ドップラ周波数および測角値から目標の位置ベクトルおよび速度ベクトルを推定して前記複数目標の位置と速度を求める第１の手段を含む測位・測速演算部と、
を備え、
測位・測速演算部の第１の手段が、複数の目標が存在する場合に、各受信部で観測された測角値から求めた目標位置ベクトル候補と、各受信部で観測された受信時刻観測値から求めた目標位置ベクトル候補を比較することで、各受信部間での受信時刻観測値とドップラ周波数観測値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルと速度ベクトルを推定する、
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
電波の放射を行う送信部と、
異なる観測点に位置し前記送信部の放射電波の複数の目標での反射電波をそれぞれ受信し、各目標に関する受信時刻とドップラ周波数を観測するための時刻・ドップラ周波数用センサおよび各目標の方位を観測するための測角センサをそれぞれ有する複数の受信部と、
前記各受信部で観測された受信時刻、ドップラ周波数および測角値から目標の位置ベクトルおよび速度ベクトルを推定して前記複数目標の位置と速度を求める第１の手段を含む測位・測速演算部と、
を備え、
測位・測速演算部の第１の手段が、複数の目標が存在する場合に、各受信部で観測された測角値と、各受信部で観測された受信時刻観測値から求めた目標位置ベクトル候補から計算された各受信部での測角値の計算値を比較することで、各受信部間での受信時刻観測値とドップラ周波数観測値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルと速度ベクトルを推定する、
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
測位・測速演算部が各受信部の測角値の複数時間サンプルから目標の速度ベクトルを推定する第２の手段を含み、
第１の手段が、目標位置ベクトルまたは受信時刻または測角値の情報の比較のみならず、各受信部の測角値から求めた速度ベクトルから計算した各受信部でのドップラ周波数の計算値と、各受信部で観測されたドップラ周波数の観測値も比較することで、各受信部間での受信時刻観測値とドップラ周波数観測値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルと速度ベクトルを推定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
測位・測速演算部が各受信部の測角値の複数時間サンプルから目標の速度ベクトルを推定する第２の手段を含み、
第１の手段が、目標位置ベクトルまたは受信時刻または測角値の情報の比較のみならず、各受信部の測角値から求めた速度ベクトルと、各受信部で観測されたドップラ周波数から計算した速度ベクトルも比較することで、各受信部間での受信時刻観測値とドップラ周波数観測値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルと速度ベクトルを推定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
測位・測速演算部が、各受信部間での受信時刻観測値とドップラ周波数観測値の組み合わせ決定時に、想定目標数を変化させながら組み合わせの評価を行うことで目標数を決定し複数目標それぞれの位置ベクトルと速度ベクトルを推定することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項７】
電波の放射を行う送信部と、
異なる観測点に位置し前記送信部の放射電波の複数の目標での反射電波をそれぞれ受信し、各目標に関する受信時刻とドップラ周波数を観測するための時刻・ドップラ周波数用センサおよび各目標の方位を観測するための測角センサをそれぞれ有する複数の受信部と、
前記各受信部で観測された受信時刻、ドップラ周波数および測角値から目標の位置ベクトルおよび速度ベクトルを推定して前記複数目標の位置と速度を求める第１の手段を含む測位・測速演算部と、
を備え、
測位・測速演算部の第１の手段が、複数の目標が存在する場合に、各受信部で観測された測角値から求めた目標位置ベクトル候補から計算した各受信部での受信時刻計算値と、各受信部で観測された受信時刻観測値を比較することで、各受信部間での測角値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルを推定する、
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項８】
電波の放射を行う送信部と、
異なる観測点に位置し前記送信部の放射電波の複数の目標での反射電波をそれぞれ受信し、各目標に関する受信時刻とドップラ周波数を観測するための時刻・ドップラ周波数用センサおよび各目標の方位を観測するための測角センサをそれぞれ有する複数の受信部と、
前記各受信部で観測された受信時刻、ドップラ周波数および測角値から目標の位置ベクトルおよび速度ベクトルを推定して前記複数目標の位置と速度を求める第１の手段を含む測位・測速演算部と、
を備え、
測位・測速演算部の第１の手段が、複数の目標が存在する場合に、各受信部で観測された測角値から求めた目標位置ベクトル候補と、各受信部点で観測された受信時刻観測値から求めた目標位置ベクトル候補を比較することで、各受信部間での測角値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルを推定する、
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項９】
電波の放射を行う送信部と、
異なる観測点に位置し前記送信部の放射電波の複数の目標での反射電波をそれぞれ受信し、各目標に関する受信時刻とドップラ周波数を観測するための時刻・ドップラ周波数用センサおよび各目標の方位を観測するための測角センサをそれぞれ有する複数の受信部と、
前記各受信部で観測された受信時刻、ドップラ周波数および測角値から目標の位置ベクトルおよび速度ベクトルを推定して前記複数目標の位置と速度を求める第１の手段を含む測位・測速演算部と、
を備え、
測位・測速演算部の第１の手段が、複数の目標が存在する場合に、各受信部で観測された測角値と、各受信部で観測された受信時刻観測値から求めた目標位置ベクトル候補から計算した測角値を比較することで、各受信部間での測角値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルを推定する、
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１０】
上記各受信部間での測角値の組み合わせ決定時に、想定目標数を変化させながら組み合わせの評価を行うことで目標数を決定し複数目標それぞれの位置ベクトルを推定することを特徴とする請求項７から９までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
送信部がいずれかの受信部に一体に設けられたことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
２個以上の受信部を備え、各目標の２次元の位置と速度を求めることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１３】
３個以上の受信部を備え、各目標の３次元の位置と速度を求めることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項１４】
測角センサとして、ＩＲセンサを用いることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項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、レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば下記非特許文献１には、マルチスタティックレーダにおいて、目標の距離(時刻)およびドップラ周波数を観測することで、目標への測位・測速演算により目標の３次元あるいは２次元位置ベクトルおよび速度ベクトルを推定するものが記載されている。このようなマルチスタティックレーダによる測位、測速処理は、目標の距離(時刻)およびドップラ周波数の情報を複数個用いるため、より高い精度での測位と、瞬間的な速度ベクトルの推定を行うことができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】K. C. HO：  “An Accurate Algebraic Solution for Moving Source Location Using TDOA and FDOA Measurements”、IEEE Trans. On Signal Processing、Vol.52、No.9、Sep. 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような、受信時刻、ドップラ周波数を用いたマルチスタティックレーダでの測位、測速処理においては、目標が複数存在する場合に、各観測点の複数の受信信号から各目標に対応した受信信号の組合せを知ることができないため、正しい測位、測速結果を得られないという問題があった。
【０００５】
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、受信信号の組合せの問題を解き、複数目標それぞれについて高精度な測位、測速処理を実現することが可能なレーダ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、電波の放射を行う送信部と、異なる観測点に位置し前記送信部の放射電波の複数の目標での反射電波をそれぞれ受信し、各目標に関する受信時刻とドップラ周波数を観測するための時刻・ドップラ周波数用センサおよび各目標の方位を観測するための測角センサをそれぞれ有する複数の受信部と、前記各受信部で観測された受信時刻、ドップラ周波数および測角値から目標の位置ベクトルおよび速度ベクトルを推定して前記複数目標の位置と速度を求める第１の手段を含む測位・測速演算部と、を備え、測位・測速演算部の第１の手段が、複数の目標が存在する場合に、各受信部で観測された測角値から求めた目標位置ベクトル候補から計算した各受信部での受信時刻計算値と、各受信部で観測された受信時刻観測値を比較することで、各受信部間での受信時刻観測値とドップラ周波数観測値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルと速度ベクトルを推定する、ことを特徴とするレーダ装置等にある。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、受信信号の組合せの問題を解き、複数目標それぞれについて高精度な測位、測速処理を実現することが可能なレーダ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明によるレーダ装置の概略的構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーダ装置の観測システム配置を示す図である。
【図３】図２の構成における目標位置と受信時刻情報の関係を示す図である。
【図４】図２の構成における目標位置と測角値の関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるレーダ装置の測位・測速演算部の一例による処理の流れを機能ブロックで示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるレーダ装置の測位・測速演算部の別の例による処理の流れを機能ブロックで示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるレーダ装置の測位・測速演算部のさらに別の例による処理の流れを機能ブロックで示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２によるレーダ装置の時刻・周波数センサと測角センサの観測タイミングの一例を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるレーダ装置の測位・測速演算部の一例による処理の流れを機能ブロックで示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３によるレーダ装置に係る誤警報時の受信時刻と目標位置の関係を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるレーダ装置に係る誤警報時の測角値と目標位置の関係を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるレーダ装置に係る想定目標数と評価関数の最小値の大きさの関係を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態３によるレーダ装置の測位・測速演算部の一例による処理の流れを機能ブロックで示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態４によるレーダ装置の測位・測速演算部の一例による処理の流れを機能ブロックで示す図である。
【図１５】単一目標の場合の観測システムの送受信形態を示す図である。
【図１６】複数目標の場合の観測システムの送受信形態を示す図である。
【図１７】複数目標の場合の各観測点での受信信号の様子を時間−周波数領域上に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に、目標が複数存在する場合の問題点についてもう少し詳細に説明する。目標が複数の場合には、観測点ごとに複数の時刻およびドップラ周波数が観測される。このため、各目標の位置ベクトル、速度ベクトルを推定する際に用いる観測値の組合せを決定する必要があり、誤った観測値の組み合わせを用いた場合には、目標位置ベクトル、速度ベクトルを正しく推定できない。
【００１０】
以下、図１５〜図１７を参照しながら、単一目標の場合の測位、測速方式について、続いて、複数目標の場合の問題点について説明を行う。
【００１１】
図１５は単一目標の場合の一般的な観測システムの送受信形態であり、２次元の測位、測速処理を行う場合の構成を示している。電波源１から放射された電波が目標４で反射され、その反射波を観測点２および観測点３が受信する。また、電波源１、観測点２および観測点３は、ＧＰＳや電波源１から観測点２および観測点３への直接波の利用などの手段により、時刻同期が行われている。受信波から観測された受信時刻、ドップラ周波数の情報は１箇所すなわち測位・測速演算部(図示省略)に集約され、測位・測速演算処理が行われる。
【００１２】
観測点２および観測点３で観測された受信時刻、ドップラ周波数と、目標の位置ベクトル、速度ベクトルの間には、以下の式(１)〜(４)の関係式が成り立つ。
【００１３】
【数１】
0005606151.tif 000002
【００１４】
但し、
ｐ：位置ベクトル
ｖ：速度ベクトル
(添字の２、３、S、Ｔ：観測点２、観測点３、電波源、目標をそれぞれ示す)
τｎ：観測点ｎで観測された受信時刻
ｆｎ：観測点ｎで観測されたドップラ周波数
ｃ：電波の伝搬速度
ｆ0：送信周波数
を示す。
【００１５】
測位・測速演算処理はこれらの式(１)〜(４)を、目標位置ベクトルおよび目標速度ベクトルについて解くことで、目標の２次元位置および速度ベクトルを推定する。なお、この連立方程式は非線形方程式であるが、線形近似を用いた反復改良法(Gauss-Newton法)などにより解くことができる。
【００１６】
また、図１５の場合は２次元の目標位置ベクトル、速度ベクトルの推定を考えた構成となっているが、観測点を増加させることで３次元の目標位置ベクトル、速度ベクトルの推定を行うこともできる。このとき式(１)〜(４)の測位、測速方程式に、増加させた観測点での受信時刻およびドップラ周波数の方程式を追加し、３次元目標位置ベクトルおよび３次元目標速度ベクトルについて連立方程式を解く。
【００１７】
しかし、目標が複数の場合には図１６に示すような観測システムの送受信形態となる。図１６では図１５と同様に、電波源１から電波が放射されるが、目標４Ａと目標４Ｂの２つの目標が存在するため、観測点２および観測点３では目標４Ａと目標４Ｂ両方からの反射波を受信する。
【００１８】
このときの観測点２および観測点３での、受信信号の様子を時間−周波数領域上に示したものを図１７に示す。図１７では右側の観測点２、左側の観測点３ともに、時間−周波数領域上に２つの受信信号が存在している。測位・測速演算処理は、観測点２、観測点３の受信信号のそれぞれ２つの受信信号の内、目標４Ａに対応した受信信号の組合せ、目標４Ｂに対応した組合せそれぞれについて、式(１)〜(４)を解くことで行われる。しかし、受信信号の組合せを誤った場合には、正しい測位、測速結果を得ることはできない。そのため測位、測速対象の目標に対応した受信信号の組合せ問題を解くことが課題となる。
【００１９】
この発明では、観測点間での受信信号の組合せ問題を解き、複数目標それぞれについて測位、測速処理を行うこと、また、各観測点の受信信号に目標反射波が存在していないにも関わらず存在すると誤認する誤警報が発生する場合に、複数目標の測位、測速処理を行うことを可能にする。
【００２０】
この発明では、各観測点が受信時刻とドップラ周波数を観測するセンサの他に、目標の方位を観測する測角センサを有し、この測角センサの測角値による目標位置ベクトルの情報と、受信時刻による目標位置ベクトルの情報を比較することで、受信信号の組合せ問題を解消し、複数目標それぞれについて高精度な測位、測速処理を実現する。
【００２１】
以下、この発明によるレーダ装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００２２】
実施の形態１．
図１はこの発明によるレーダ装置の概略的構成を示す図である。測位・測速演算部Ｃには電波源１である送信アンテナＡＮを設けた送信部１００と、観測点２Ａ，３Ａに位置するそれぞれに時刻・ドップラ周波数用センサＴＤＳと測角センサＡＳを設けた例えば２つの受信部２００，３００が有線または無線により通信可能に接続されている。送信部１００、受信部２００，３００は、ＧＰＳや送信部１００から受信部２００，３００への直接波の利用などの手段により、時刻同期が行われている。なお、観測点すなわ受信部の数は、目標の２次元の位置と速度を求める場合には２個以上、目標の３次元の位置と速度を求める場合には３個以上で構成する。また、送信部１００、受信部２００，３００の位置は、これらが位置固定の場合には予め測位・測速演算部Ｃの記憶部(図示省略)に格納され、また移動可能な場合には、例えば各観測情報等に付される等して逐次、位置情報が送られてくるものとする。以下の説明では発明の理解を容易にするために、送信部１００、受信部２００，３００の位置情報に関する説明は省略する(例えば既知の位置に固定として考える)。
【００２３】
図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の観測システム配置を示す図である。図２の観測システムも図１６と同様に２次元の測位、測速処理を行うことを想定している。図２では図１６と同様に目標４Ａと目標４Ｂの２目標に対して送信アンテナＡＮを設けた送信部１００に相当する電波源１から電波が放射されている。それぞれ受信部２００，３００に相当する観測点２Ａおよび観測点３Ａではそれらの目標からの反射波を受信し、受信時刻とドップラ周波数を観測する。ただし、この発明における観測点２Ａと観測点３Ａには、図１のそれぞれ受信部２００，３００に示すように、受信時刻とドップラ周波数を取得するＲＦ(Radio Frequency)センサからなる時刻・ドップラ周波数用センサ(以下時刻・周波数センサ)ＴＤＳとは別に、目標の方位を観測する測角センサＡＳが設けられている。測角センサＡＳとしては、例えばＲＦの測角センサやＩＲ(Infrared:赤外線)センサなどが挙げられる。このとき、複数の受信時刻の観測値と、複数の測角値は、センサが別のものであるため、どの受信時刻とどの測角値が同じ目標に対応しているかはわからない。このような状況において、受信時刻と測角値について、誤った組合せも含めた目標位置ベクトルの推定結果候補を比較することで、観測点間の受信信号の組合せ問題を解くのがこの発明の考え方となる。
【００２４】
図３に図２の構成における目標位置と受信時刻情報の関係図を示す。図３において破線で描かれた２つの曲線は、観測点２Ａでの時刻・周波数センサＴＤＳにより得られる受信時刻の観測値から描いた等時間曲線を表している。同様に一点鎖線で描かれた２本の曲線は、観測点３Ａでの時刻・周波数センサＴＤＳにより得られる受信時刻の観測値から描いた等時間曲線を表している。複数観測点での受信時刻情報を用いた測位処理は、これらの曲線の交点を探すことを意味している。図３において曲線の交点の位置を見てみると、２つの目標が実際に存在する位置以外に、もう１組交点が存在することがわかる。このもう１組の交点位置が、受信信号の組合せを誤って測位処理を行った場合の測位結果であり、組み合わせ問題によって生じる虚像の位置である。
【００２５】
図４に図３の場合と同様に、図２の構成における目標位置と測角値の関係図を示す。図４において観測点２Ａを始点とした２つの実線は、観測点２Ａの測角センサＡＳの測角値方向を表している。同様に観測点３Ａを始点とした２つの点線は、観測点３Ａの測角センサＡＳの測角値方向を表している。これらの直線の交点は、等時間曲線の交点と同様に、目標位置ベクトルの推定結果を表している。ただし、測角値方向の直線の交点の場合でも、目標が２つ存在することに起因して、真の目標位置以外にもう１組の虚像が存在している。
【００２６】
受信時刻による測位に対応した図３と、測角値による測位に対応した図４を比較してみると、どちらも真の目標位置で同様に交点ができており、また、どちらももう１組の虚像に対応した交点が存在していることがわかる。しかし、虚像の位置に着目すると、図３と図４では虚像の位置が異なっている。この点を利用して、受信時刻での全ての目標位置ベクトル候補と、測角値での全ての目標位置ベクトル候補を比較し、最も近い目標位置ベクトル候補を真の測位結果とすれば、複数目標それぞれの位置がわかる。複数目標の位置がわかれば図３から受信時刻の組合せがわかり、図１７から受信時刻に対応したドップラ周波数は既知であるので、ドップラ周波数の組合せもわかり、目標の速度ベクトルも同様に推定できる。
【００２７】
図５にこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の測位・測速演算部Ｃの一例による処理の流れを機能ブロックで示す。図５では各観測点の測角センサＡＳで観測された測角値が、目標位置ベクトル候補算出部５に送られる。目標位置ベクトル候補算出部５では、測角値の全ての組合せに対応した目標位置ベクトル候補が算出される。それらの目標位置ベクトル候補それぞれについて、上述の式(１)または式(２)を用いて、受信時刻候補算出部６において、受信時刻の計算値が算出される。算出された受信時刻計算値は、受信時刻計算値・観測値比較部７に送られる。受信時刻計算値・観測値比較部７では、受信時刻の計算値と各観測点の時刻・周波数センサＴＤＳにより得られる実際の観測値の比較のために、以下のような評価関数が作成される。
【００２８】
【数２】
0005606151.tif 000003
【００２９】
式(５)〜式(８)は観測点２Ａでの受信信号組合せのための評価式である。ｐＴＫはｋ番目の目標位置ベクトル候補を表しており、奇数番目とその次の偶数番目の目標位置ベクトル候補が組み合わせとなっている。式(５)は目標位置ベクトル候補として、目標位置ベクトルｐＴ１および目標位置ベクトルｐＴ２の組合せを評価する場合の評価関数ｆ(ｐＴ１,ｐＴ２)を表している。(スワングダッシュ)τｎ(ｐＴ１)はｐＴ１から算出した観測点ｎでの受信時刻の計算値であり、τｎ，ｍは観測点ｎでの受信時刻のｍ個目の観測値である。この評価関数ｆ(ｐＴ１,ｐＴ２)は、観測誤差の無い理想的な状況の場合ｐＴ１,ｐＴ２が受信時刻観測値τ２Ａ,１,τ２Ａ,２に対応している場合にその値が０となる。式(６)は目標位置ベクトルｐＴ１および目標位置ベクトルｐＴ２の組合せと、受信時刻観測値τ２Ａ,１,τ２Ａ,２の対応関係を逆転させたものである。また式(７)および式(８)はｐＴ３,ｐＴ４の組み合わせについて、式(５)と式(６)と同様の評価式を作成したものである。
【００３０】
このように、受信時刻計算値・観測値比較部７では、全てのｐＴｋの組合せについて評価関数ｆ(ｐＴｋ,ｐＴ(ｋ＋１))の導出を行う。受信信号組合せ決定部８では、各組合せの評価関数(２目標の場合は式(５)〜式(８))の中から値が最小となる目標位置ベクトルの組合せを探索し、その各目標位置ベクトルに対応した受信時刻の観測値から受信信号の組合せを決定する。測位・測速演算部９では、受信信号組合せ決定部８で決定した各時刻・周波数センサＴＤＳの受信時刻とドップラ周波数の観測値の組合せを用いて、各目標の測位・測速演算を式(１)〜(４)によって行う。これにより複数目標それぞれの位置ベクトル・速度ベクトルが推定される。
【００３１】
図５の処理の流れでは、受信時刻から求めた目標位置ベクトルの候補と測角値から求めた目標位置ベクトルの候補の比較を行うのではなく、測角値から求めた目標位置ベクトル候補から受信時刻を計算し、その計算値と観測値の比較を行うというプロセスをとっている。これは測角値から目標位置ベクトルを導出する場合は線形連立方程式を解くのに対し、受信時刻から目標位置ベクトルを導出する場合は非線形連立方程式を解かねばならない点が理由である。図５の処理の流れを用いることで、非線形連立方程式をなるべく回避し、演算負荷を軽減する狙いがある。
【００３２】
ただし、図６に示すように目標位置ベクトル候補算出部５，１０により測角値と受信時刻の両方から目標位置ベクトル候補を導出し、目標位置ベクトル候補比較部７Ａでそれらの候補を比較することで、組み合わせ問題を解くことも可能である。図６の処理の流れでは、各時刻・周波数センサＴＤＳで観測した受信時刻情報から、目標位置ベクトル候補算出部１０で、目標位置ベクトル候補が算出される。図５の場合と同様に、測角値からも目標位置ベクトル候補算出部５で目標位置ベクトル候補が算出される。受信時刻と測角値それぞれから算出された目標位置ベクトル候補は、目標位置ベクトル候補比較部７Ａに送られ、虚像位置の違いから真の目標位置の組み合わせが選択される。これにより受信信号の組み合わせが決定され、複数目標それぞれの位置ベクトル・速度ベクトルを推定することができる。
【００３３】
また、図５の測角値と受信時刻を入れ替えて、受信時刻から目標位置ベクトル候補を計算し、目標位置ベクトル候補から測角値を計算し、測角値の計算値と観測値を比較することで、組み合わせ問題を解くことも可能である。その場合の処理の流れを図７に示す。図７の処理の流れでは、図６と同様に各センサで観測した受信時刻情報から、目標位置ベクトル候補算出部１０で目標位置ベクトル候補が算出される。図７の場合には、その目標位置ベクトル候補から、測角値候補算出部１１で測角値の計算値が算出され、測角値計算値・観測値比較部７Ｂで測角値の観測値と比較を行うことで、受信信号の組み合わせを決定するものである。図６、図７のどちらの処理の流れも、比較するものは異なっているが、目標位置ベクトル候補の情報を利用して複数目標時の虚像を排除する点は図５に示した処理の流れと同様であり、この発明の範囲内である。
【００３４】
ここまでの説明では目標数が２の場合の例を用いてきた。もちろん目標数が３以上の場合にも同様の処理が可能である。その場合は目標の数に応じて、受信信号の数が増加し、受信信号の組み合わせの数が増加することになる。そのため、評価関数の作成の対象となる計算値と観測値の組み合わせが増えることになるが、各組み合わせの評価関数の中から最小の値を探しだし、受信信号の組み合わせを決定する処理の流れに変わりはない。このことから、目標数が３以上の場合も同様に、各目標の位置ベクトルおよび速度ベクトルを推定することができる。
【００３５】
このように、各観測点に受信時刻とドップラ周波数を観測する時刻・周波数センサＴＤＳの他に、目標の方位を観測する測角センサＡＳを有し、この測角センサＡＳの測角値による目標位置ベクトルの情報と、受信時刻による目標位置ベクトルの情報を比較することで、受信信号の組合せ問題を解き、測位・測速処理を行うことがこの発明の実施の形態１である。
【００３６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２によるレーダ装置の概略的構成および配置は図１，２と同様である。ただし実施の形態２では、各観測点の測角センサＡＳの観測レートが、受信時刻・ドップラ周波数を取得する時刻・周波数センサＴＤＳよりも高い。その一例を図８に示す。図８の(ａ)は時刻・周波数センサＴＤＳの観測タイミング、(ｂ)は測角センサＡＳの観測タイミングを示し、横軸が時間、各インパルスがセンサそれぞれの観測タイミングを表している。図８の例の場合、時刻・周波数センサＴＤＳでの１回の観測に対して、測角センサＡＳは２回の観測を行っている。この発明の実施の形態２ではこの点に着目し、実施の形態１での時刻・周波数センサＴＤＳでの目標位置ベクトル候補と、測角センサＡＳでの目標位置ベクトル候補の比較に加えて、両センサで導出された速度ベクトル候補の比較も行い、受信信号の組み合わせを決定する。
【００３７】
図９にこの発明の実施の形態２によるレーダ装置の測位・測速演算部Ｃにおける一例による処理の流れを機能ブロックで示す。図９は図５の処理を基本としているが，図５と異なり測角値が図８の観測タイミングに基づき複数時間サンプル分存在している。目標位置ベクトル候補算出部５Ａでは、それらの複数時間サンプルについて測位を行い、複数の時間タイミングに対する目標位置ベクトル候補を導出する。ドップラ周波数候補算出部１２では、それらの複数の時間タイミングの目標位置ベクトル候補から、目標位置候補それぞれに対する速度ベクトルを計算する。この計算は等速直線運動を仮定した差分によるものなどが考えられる。さらに計算された各速度ベクトルから、その値に対応した各時刻・周波数センサＴＤＳでのドップラ周波数を計算する。ドップラ周波数候補算出部１２で算出された各目標位置ベクトル候補に対応したドップラ周波数計算値は、計算値・観測値比較部７Ｃに、目標位置ベクトル候補算出部５Ａの複数の時間タイミングの目標位置ベクトル候補により受信時刻候補算出部６で算出された受信時刻計算値とともに送られる。
【００３８】
計算値・観測値比較部７Ｃでも実施の形態１の図５の処理の流れと同じく、測角値により算出された計算値と、時刻・周波数センサＴＤＳからの観測値の比較のための評価関数の作成が行われる。ただし実施の形態２では、受信時刻のみならずドップラ周波数についても計算値と観測値の比較を行うため、２目標時の評価関数は以下の式となる。
【００３９】
【数３】
0005606151.tif 000004
【００４０】
式(９)〜式(１２)は観測点２Ａでの受信信号組合せのための評価式である。(スワングダッシュ)ｆｎ(ｐＴｋ)は目標位置ベクトル候補ｐＴｋに対応した複数時間サンプルの目標位置ベクトル候補から算出した観測点ｎでのドップラ周波数の計算値であり、ｆｎ、ｍは観測点ｎでのドップラ周波数のｍ個目の観測値である。また、ａは受信時刻とドップラ周波数の次元の違いや、観測精度の差による影響を補整するための任意の定数である。計算値・観測値比較部７Ｃでは、全てのｐＴｋの組合せについて評価関数ｆ’(ｐＴｋ,ｐＴ(ｋ＋１))の導出を行う。受信信号組合せ決定部８では、実施の形態１と同様に、評価関数の値が最小となる目標位置ベクトルの組合せを探索し、その各目標位置ベクトルに対応した受信信号の組合せを決定する。その後、測位・測速演算部９で決定された受信信号の組み合わせにより、測位・測速演算が行われ、複数目標それぞれの目標位置ベクトル・速度ベクトルが推定される。
【００４１】
図９の処理の流れでは、複数時間サンプルの測角値から求めた、目標速度ベクトル候補からドップラ周波数を計算し、それらの計算値と時刻・周波数センサＴＤＳの観測値を比較していた。しかし計算値・観測値比較部７Ｃにおいて、複数時間サンプルの測角値から求めた目標速度ベクトルと、時刻・周波数センサＴＤＳで観測したドップラ周波数から求めた目標速度ベクトルを比較することで、受信信号の組み合わせを決定してもよい。その場合の評価関数は、測角値による目標速度ベクトル候補と、ドップラ周波数による目標速度ベクトル候補の２乗差を計算する形となる。
【００４２】
このように、測角値による目標位置ベクトルの情報と、受信時刻による目標位置ベクトルの情報の比較のみならず、速度ベクトルの情報の比較も行うことで、受信信号の組合せ問題を解き、複数目標それぞれに対して測位・測速処理を行うのがこの発明の実施の形態２である。
【００４３】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３は、各センサの観測値に誤警報が発生する場合に、誤警報に対処しながら、実施の形態１、２と同様に複数目標に対して測位・測速処理を行うものである。誤警報とは目標反射波による受信信号が存在していないにも関わらず、目標反射波の強度が低いあるいは雑音の強度が高いといった場合に、雑音を目標反射波と誤認してしまう現象である。このため時刻・周波数ＴＤＳでは目標反射波に対応したものとは別に、受信時刻・ドップラ周波数を観測してしまうし、測角センサＡＳであれば目標に対応したものとは別に測角値を観測してしまう。この発明の実施の形態３によるレーダ装置の概略的構成および配置は図１，２と同様である。
【００４４】
図１０に誤警報時の受信時刻と目標位置の関係図を、図１１に誤警報時の測角値と目標位置の関係図をそれぞれ示す。図１０は図３の観測点２Ａと観測点３Ａの受信信号に、誤警報が１つずつ発生している場合を、図１１は図４の観測点２Ａと観測点３Ａの測角値に、誤警報が１つずつ発生している場合をそれぞれ表している。
【００４５】
この図１０および図１１の状態において、実施の形態１および２と同様に、受信時刻による目標位置ベクトル候補と測角値による目標速度ベクトルの比較、あるいはドップラ周波数による目標速度ベクトルと測角値による目標速度ベクトルの比較により、受信信号の組み合わせを決定することを考える。このとき、誤警報が存在しない場合と異なり、実際の目標数がわからないという問題が発生する。図１０および図１１の状態では、実際の目標数は２であるが、図中で×印で示した誤警報同士の交点を目標位置ベクトルとみなして、目標数を３と考え問題を解くことも可能である。もちろん、目標数を２と考えて解くことも、１と考えて解くことも可能である。そこでこの発明の実施の形態３では、これまでのように受信信号の組み合わせを解くと同時に、目標数の推定も同時に行い、最終的に各目標に対して測位・測速処理を行う。
【００４６】
図１０と図１１の場合に、これまでの実施の形態１および実施の形態２での処理を考えると、目標数を３と想定した場合には真の目標位置ベクトル×２＋誤警報による目標位置ベクトルの組み合わせを、測位結果として推定する。目標数を２と想定した場合には真の目標位置ベクトル×２を、目標数を１と想定した場合には真の目標位置ベクトルのどちらかを測位結果として推定する。前述の観測値と計算値や目標位置ベクトル候補同士の２乗差による評価関数を考える。目標数を２および１と想定した場合には、評価関数の値は無雑音の環境では０となる。しかし、目標数の想定を真の目標数より多い３とした場合、図１０と図１１に×印で示した誤警報による目標位置ベクトルの差異から、評価関数の誤警報に対応した項は、大きな値を持つことになってしまう。つまり想定目標数が実際の目標数より大きくなると、評価関数の値が０でなくなってしまう。実際には観測誤差が存在するため、図１２のようになる。図１２は横軸が想定目標数、縦軸が各想定目標数での評価関数の最小値の大きさを表している。
【００４７】
このように、想定目標数が実際より多くなると、評価関数の値が急に大きくなる。この点を利用し、観測誤差等を考慮した任意の閾値を設定し、評価関数がその値を下回る想定目標数の中で、目標数が最大となるものを探索することで、誤警報環境下でも目標数を決定できる。これが実施の形態３の考え方である。
【００４８】
図１３にこの発明の実施の形態３によるレーダ装置の測位・測速演算部Ｃの一例による処理の流れを機能ブロックで示す。この図１３は実施の形態１の処理の流れの図５に対応したものである。図１３では誤警報も含めた全ての測角値を用いて、目標位置ベクトル候補算出部５で目標位置ベクトル候補が算出される。それらの目標位置ベクトル候補から、受信時刻候補算出部６で受信時刻候補が算出され、受信時刻計算値・観測値比較部７Ｄに送られる。受信時刻計算値・観測値比較部７Ｄでは、受信時刻の組み合わせだけではなく、任意の範囲内で想定目標数も変化させた全ての組み合わせについて評価関数が計算される。目標数・受信信号組合せ決定部８Ａでは、目標数が最大で閾値以下の評価関数の最小値を探索することで目標数および受信信号の組み合わせを決定する。その後、測位・測速演算部９で各目標の目標位置ベクトル、および速度ベクトルが推定される。
【００４９】
図１３は実施の形態１の図５の処理の流れに対応していたが、実施の形態１の図６や図７のように、目標位置ベクトル同士の比較や、測角値の計算値と観測値の比較によって、同様に誤警報に対処しながら測位・測速処理を行うことも可能である。
【００５０】
このように、想定目標数を変化させながら、任意の閾値以下の値をとる評価関数の最小値を探索することで、誤警報環境下でも目標数を決定しながら、複数目標それぞれに対して測位・測速処理を行うのがこの発明の実施の形態３である。
【００５１】
実施の形態４．
これまでの実施の形態１〜３では、時刻・周波数センサＴＤＳの受信時刻とドップラ周波数を用いた測位・測速結果を、最終的な推定結果としていた。すなわち時刻・周波数センサＴＤＳでの測位・測速処理において、複数目標に対処するために測角センサＡＳの情報を用いていた。この発明の実施の形態４では実施の形態１〜３とは逆に、複数の測角センサＡＳでの測角値による測位処理において、複数目標に対処するために時刻・周波数センサＴＤＳの受信時刻情報を用いることを考える。実施の形態１〜３との１番の差異は、最終的な測位結果が、受信時刻情報によるのではなく、測角値によるということである。
【００５２】
図１４にこの発明の実施の形態４によるレーダ装置の測位・測速演算部Ｃにおける処理の流れを機能ブロックで示す。図１４ではこれまでと同様に、測角センサの測角値を連携させ虚像も含めた目標位置ベクトル候補の算出を、目標位置ベクトル候補算出部５で行っている。それらの目標位置ベクトル候補から受信時刻候補算出部６で、受信時刻の計算値が算出され、受信時刻計算値・観測値比較部７で受信時刻の観測値と比較するための評価関数が算出される。その評価関数から、目標位置ベクトル虚像除去部１３で目標位置ベクトル候補の中から、真の目標位置ベクトルが抽出される。
【００５３】
図１４は受信時刻の計算値と観測値の比較を行っていたが、実施の形態４においても目標位置ベクトル同士の比較や、測角値の計算値と観測値の比較によって、同様に誤警報に対処しながら測位・測速処理を行ってもよい。
【００５４】
すなわち、複数の目標が存在する場合に、各受信部で観測された測角値から求めた目標位置ベクトル候補から計算した各受信部での受信時刻計算値と、各受信部で観測された受信時刻観測値を比較することで、各受信部間での測角値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルを推定する。
【００５５】
あるいは、複数の目標が存在する場合に、各受信部で観測された測角値から求めた目標位置ベクトル候補と、各受信部点で観測された受信時刻観測値から求めた目標位置ベクトル候補を比較することで、各受信部間での測角値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルを推定する。
【００５６】
あるいは、複数の目標が存在する場合に、各受信部で観測された測角値と、各受信部で観測された受信時刻観測値から求めた目標位置ベクトル候補から計算した測角値を比較することで、各受信部間での測角値の組み合わせを決定し、複数目標それぞれの位置ベクトルを推定する。
【００５７】
このように、実施の形態１〜３と同様の考え方で、複数測角センサの測角値から複数目標の測位を行う際に、時刻・周波数センサＴＤＳの受信時刻の情報を用いて目標位置ベクトルの虚像の除去を行うのが、この発明の実施の形態４である。
【００５８】
なお、上記各実施の形態において、送信部は複数の受信部のいずれかに一体に構成されていてもよい。
【００５９】
また、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせ全て含むことは云うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
５，５Ａ  目標位置ベクトル候補算出部、６  受信時刻候補算出部、７  受信時刻計算値・観測値比較部、７Ａ  目標位置ベクトル候補比較部、７Ｂ  測角値計算値・観測値比較部、７Ｃ  計算値・観測値比較部、７Ｄ  受信時刻計算値・観測値比較部、８  受信信号組合せ決定部、８Ａ  目標数・受信信号組合せ決定部、９  測位・測速演算部、１０  目標位置ベクトル候補算出部、１１  測角値候補算出部、１２  ドップラ周波数候補算出部、１３  目標位置ベクトル虚像除去部、１００  送信部、２００，３００  受信部、ＡＮ  送信アンテナ、ＡＳ  測角センサ、Ｃ  測位・測速演算部、ＴＤＳ  時刻・ドップラ周波数用センサ(時刻・周波数センサ)。
【図１】
0005606151.tif 000005
【図２】
0005606151.tif 000006
【図３】
0005606151.tif 000007
【図４】
0005606151.tif 000008
【図５】
0005606151.tif 000009
【図６】
0005606151.tif 000010
【図７】
0005606151.tif 000011
【図８】
0005606151.tif 000012
【図９】
0005606151.tif 000013
【図１０】
0005606151.tif 000014
【図１１】
0005606151.tif 000015
【図１２】
0005606151.tif 000016
【図１３】
0005606151.tif 000017
【図１４】
0005606151.tif 000018
【図１５】
0005606151.tif 000019
【図１６】
0005606151.tif 000020
【図１７】
0005606151.tif 000021