(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波と同じ偏波の受信波の受信信号に基づいてドップラスペクトルを算出する第一のドップラスペクトル算出部と、
前記送信波と直交する偏波の受信波の受信信号に基づいてドップラスペクトルを算出する第二のドップラスペクトル算出部と、
前記第一のドップラスペクトル算出部によるドップラスペクトルに基づいてスペクトルパラメータを算出する第一のスペクトルパラメータ算出部と、
前記第二のドップラスペクトル算出部によるドップラスペクトルに基づいてスペクトルパラメータを算出する第二のスペクトルパラメータ算出部と、
前記第一のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータの１つとしての散乱強度に対する前記第二のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータの１つとしての散乱強度の比を算出する散乱強度比算出部と、を備え、
前記第一のスペクトルパラメータ算出部および前記第二のスペクトルパラメータ算出部の一方は、その他方によるスペクトルパラメータに基づくドップラスペクトルの所定幅の範囲内においてスペクトルパラメータを算出することを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】
前記第二のスペクトルパラメータ算出部は、前記第一のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータとしてのドップラ速度、ピーク位置またはスペクトル形状に基づいてスペクトルパラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ信号処理装置。
【請求項３】
前記第一のスペクトルパラメータ算出部は、前記第二のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータとしてのドップラ速度に基づいてスペクトルパラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ信号処理装置。
【請求項４】
送信波と同じ偏波の受信波の受信信号に基づいてドップラスペクトルを算出する第一のドップラスペクトル算出部と、
前記送信波と直交する偏波の受信波の受信信号に基づいてドップラスペクトルを算出する第二のドップラスペクトル算出部と、
前記第一のドップラスペクトル算出部によるドップラスペクトルに基づいてスペクトルパラメータを算出する第一のスペクトルパラメータ算出部と、
前記第二のドップラスペクトル算出部によるドップラスペクトルに基づいてスペクトルパラメータを算出する第二のスペクトルパラメータ算出部と、
前記第一のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータと前記第二のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータとを対応付ける対応付け処理部と、
前記対応付け処理部で対応付けられた前記第一のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータの１つとしての散乱強度に対する前記第二のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータの１つとしての散乱強度の比を算出する散乱強度比算出部と、
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項５】
前記第一のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータの要素数を検定する第一のスペクトルパラメータ検定部と、
前記第二のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータの要素数を検定する第二のスペクトルパラメータ検定部と、を備え、
前記対応付け処理部は、前記第一のスペクトルパラメータ検定部で要素数が検定されたスペクトルパラメータと前記第二のスペクトルパラメータ検定部で要素数が検定されたスペクトルパラメータとを対応付けることを特徴とする請求項４に記載のレーダ信号処理装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のレーダ信号処理装置と、
送信波を送信し、この送信波と同じ偏波および直交する偏波の受信波をそれぞれ受信し、この受信した受信信号を前記レーダ信号処理装置に出力する送受信部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項７】
送信波と同じ偏波の受信波の受信信号に基づいてドップラスペクトルを算出する第一のドップラスペクトル算出ステップと、
前記送信波と直交する偏波の受信波の受信信号に基づいてドップラスペクトルを算出する第二のドップラスペクトル算出ステップと、
前記第一のドップラスペクトル算出ステップによるドップラスペクトルに基づいてスペクトルパラメータを算出する第一のスペクトルパラメータ算出ステップと、
前記第二のドップラスペクトル算出ステップによるドップラスペクトルに基づいてスペクトルパラメータを算出する第二のスペクトルパラメータ算出ステップと、
前記第一のスペクトルパラメータ算出ステップによるスペクトルパラメータの１つとしての散乱強度に対する前記第二のスペクトルパラメータ算出ステップによるスペクトルパラメータの１つとしての散乱強度の比を算出する散乱強度比算出ステップと、を備え、
前記第一のスペクトルパラメータ算出ステップおよび前記第二のスペクトルパラメータ算出ステップの一方は、その他方によるスペクトルパラメータに基づくドップラスペクトルの所定幅の範囲内においてスペクトルパラメータを算出することを特徴とするレーダ信号処理方法。
【請求項８】
送信波と同じ偏波の受信波の受信信号に基づいてドップラスペクトルを算出する第一のドップラスペクトル算出ステップと、
前記送信波と直交する偏波の受信波の受信信号に基づいてドップラスペクトルを算出する第二のドップラスペクトル算出ステップと、
前記第一のドップラスペクトル算出ステップによるドップラスペクトルに基づいてスペクトルパラメータを算出する第一のスペクトルパラメータ算出ステップと、
前記第二のドップラスペクトル算出ステップによるドップラスペクトルに基づいてスペクトルパラメータを算出する第二のスペクトルパラメータ算出ステップと、
前記第一のスペクトルパラメータ算出ステップによるスペクトルパラメータと前記第二のスペクトルパラメータ算出ステップによるスペクトルパラメータとを対応付ける対応付け処理ステップと、
前記対応付け処理ステップで対応付けられた前記第一のスペクトルパラメータ算出ステップによるスペクトルパラメータの１つとしての散乱強度に対する前記第二のスペクトルパラメータ算出ステップによるスペクトルパラメータの１つとしての散乱強度の比を算出する散乱強度比算出ステップと、
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ技術に関し、特に、例えば遠隔点の風を計測するためのレーダ信号処理装置、レーダ装置およびレーダ信号処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠隔点の風を計測するレーダ装置として、ドップラレーダや、レーザレーダ(光波レーダやライダとも呼ばれる)等が知られている。これらのレーダ装置は、空間に電磁波を放射し、雨滴やエアロゾル等の物体で反射された電磁波を受信して、受信信号のドップラ周波数から得られるドップラ速度に基づいて風速や速度幅や散乱強度等を算出するものである。
【０００３】
さらに、このようなレーダ装置において、風速分布に加え、遠隔の浮遊物質の種類を同時に識別するものも知られている。例えば、特許文献１には、直線偏光の送信光を空間に放射し、受信の際に送信光と同じ偏光面の受信光と、それに直交する偏光面の受信光を別々に受信し、その受信光強度の比である偏光解消度から空間中の物体の存在有無や、物体の形状情報として非球形性を得る光波レーダが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０９５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された光波レーダでは、送信光のビーム幅とパルス幅で決まる観測体積内の平均的な信号強度、ドップラ速度、速度幅を計測する。そのため、この従来の光波レーダでは、観測体積内で風が一様ではない場合や、平均的な風と異なる動きをする複数の物体がある場合には、個々の物体の信号強度、ドップラ速度、速度幅が正しく計測できず、その結果、偏光解消度の精度が劣化すること、もしくは、注目する物体の偏光解消度が得られないことがあるという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、例えば光波レーダにおいて、物体の動きが一様ではない場合でも、観測体積内の物体の偏光解消度を精度良く計測でき、ひいては、観測体積内の物体の種類を正確に識別可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るレーダ信号処理装置は、送信波と同じ偏波の受信波の受信信号に基づいてドップラスペクトルを算出する第一のドップラスペクトル算出部と、前記送信波と直交する偏波の受信波の受信信号に基づいてドップラスペクトルを算出する第二のドップラスペクトル算出部と、前記第一のドップラスペクトル算出部によるドップラスペクトルに基づいてスペクトルパラメータを算出する第一のスペクトルパラメータ算出部と、前記第二のドップラスペクトル算出部によるドップラスペクトルに基づいてスペクトルパラメータを算出する第二のスペクトルパラメータ算出部と、前記第一のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータの１つとしての散乱強度に対する前記第二のスペクトルパラメータ算出部によるスペクトルパラメータの１つとしての散乱強度の比を算出する散乱強度比算出部と、を備え、前記第一のスペクトルパラメータ算出部および前記第二のスペクトルパラメータ算出部の一方は、その他方によるスペクトルパラメータに基づくドップラスペクトルの所定幅の範囲内においてスペクトルパラメータを算出するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、レーダ信号処理装置において、観測体積内の動きが一様ではない場合にも、送信波と同じ偏波の受信波と、それに直交する偏波の受信波との受信電力の比を精度良く計測できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置を示す構成図
【図２】この発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置を説明するための説明図
【図３】この発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置を示す構成図
【図４】この発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置を説明するための説明図
【図５】この発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置を示す構成図
【図６】この発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置を説明するための説明図
【図７】この発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置を示す構成図
【図８】この発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置を説明するための説明図
【図９】この発明の実施の形態５によるレーダ信号処理装置を示す構成図
【図１０】この発明の実施の形態５によるレーダ信号処理装置を説明するための説明図
【図１１】この発明の実施の形態６によるレーダ信号処理装置を示す構成図
【図１２】この発明の実施の形態６によるレーダ信号処理装置を説明するための説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明に係るレーダ信号処理装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一または相当部分については、同一符号を付して説明する。なお、以下では、この発明を光波レーダに適用した実施の形態として説明するが、これに限られるものではなく、この発明は、電波等といった電磁波を用いて観測体積内のスペクトル情報を得ることができるようなレーダ信号処理装置に対しても適用できる。このとき、送信光と同じ偏光面の受信光と、それに直交する偏光面の受信光との受信光強度の比である偏光解消度は、電磁波としての送信波と同じ偏波の受信波と、それに直交する偏波の受信波との受信電力の比と読み替えるようにすれば良い。
【００１１】
また、以下の説明において、送信光の直線偏光面と同じ偏光面の受信光を非偏光解消成分、送信光の直線偏光面と直交する偏光面の受信光を変更解消成分と呼ぶ。また、以下の説明において示すブロック構成図は、例えば特許文献１に記載された従来の光波レーダの送受信光分離部と同様の構成により、偏光解消成分と非偏光解消成分とが分離された後の処理を行う信号処理装置であり、偏光解消度を出力するものであるが、上記従来の光波レーダと同様の処理による散乱強度、ドップラ速度、ドップラ速度幅も同時に出力される。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。図１において、第一のドップラスペクトル算出部１ａは、光波レーダの送信光と同じ偏光面の受信信号である非偏光解消成分受信信号を入力としてドップラスペクトルを算出する処理部であり、第二のドップラスペクトル算出部１ｂは、送信光の偏光面と直交する偏光面の受信信号である偏光解消成分受信信号を入力としてドップラスペクトルを算出する処理部であり、第一のスペクトルパラメータ算出部２ａは、非偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして後方散乱強度を示す信号強度（以下、非偏光解消成分散乱光強度p_pという）、ドップラ速度（以下、非偏光解消成分ドップラ速度v_pという）、ドップラ速度幅等を算出する処理部であり、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｂは、非偏光解消成分ドップラ速度v_pに基づいて偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして後方散乱強度を示す信号強度（以下、偏光解消成分散乱光強度p_sという）、ドップラ速度、ドップラ速度幅等を算出する処理部であり、散乱強度比算出部としての偏光解消度算出部３は、非偏光解消成分散乱光強度p_pと偏光解消成分散乱光強度p_sとから偏光解消度を算出する処理部である。なお、これらの各処理部はディジタル信号処理回路として構成されている。
【００１３】
次に、動作について説明する。まず、第一のドップラスペクトル算出部１ａは、入力された非偏光解消成分受信信号を、例えばＦＦＴ(Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ)を用いて時間領域の信号から周波数領域の信号に変換することにより、非偏光解消成分のドップラスペクトルを算出し、第一のスペクトルパラメータ算出部２ａに出力する。
【００１４】
また、第二のドップラスペクトル算出部１ｂは、入力された偏光解消成分受信信号を、第一のドップラスペクトル算出部と同様に、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換することにより、偏光解消成分のドップラスペクトルを算出し、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｂに出力する。
【００１５】
次に、第一のスペクトルパラメータ算出部２ａは、入力された非偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータを算出する。この算出されるスペクトルパラメータは、ドップラスペクトルの０次モーメントとして算出される非偏光解消成分散乱光強度p_p、１次モーメントとして算出される非偏光解消成分ドップラ速度v_p、２次モーメントとして算出されるドップラ速度幅である。
【００１６】
ここで、スペクトルパラメータを算出する方法としては、例えば、ピーク検出に基づく方法がある。まず、第一のスペクトルパラメータ算出部２ａは、非偏光解消成分のドップラスペクトルに対してピーク検出を行う。このとき、第一のスペクトルパラメータ算出部２ａは、所定値以上である非偏光解消成分のドップラスペクトルのピーク（極大点）をすべて検出することで、複数のピーク位置を抽出する。
【００１７】
次に、第一のスペクトルパラメータ算出部２ａは、抽出されたピーク位置毎に、モーメント法によりスペクトルパラメータを算出する。モーメントを計算する範囲は、例えば、送信光のスペクトル形状と同等となるように決定することができる。０次モーメントは当該範囲の非偏光解消成分のドップラスペクトルの面積であり、１次モーメントは当該範囲の非偏光解消成分のドップラスペクトルの重心点であり、２次モーメントは当該範囲の非偏光解消成分のドップラスペクトルの幅である。
【００１８】
なお、スペクトルパラメータを算出する異なる方法としては、送信光のパルス形状をガウス関数で近似し、そのガウス関数でフィッティングを行う方法がある。
【００１９】
次に、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｂは、第一のスペクトルパラメータ算出部２ａから入力された非偏光解消成分ドップラ速度v_pと、第二のドップラスペクトル算出部１ｂから入力された偏光解消成分のドップラスペクトルとを用いて、偏光解消成分のスペクトルパラメータとして、偏光解消成分散乱光強度p_s、ドップラ速度、ドップラ速度幅を算出する。
【００２０】
図２は、この発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置の動作を説明するための説明図であり、非偏光解消成分のドップラスペクトルと偏光解消成分のドップラスペクトルを示す模式図であり、縦軸は信号強度、横軸は周波数である。図２において、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｂは、偏光解消成分のスペクトルパラメータを算出する際には、同一の散乱体では非偏光解消成分ドップラ速度v_pと、偏光解消成分のドップラ速度は等しいと仮定し、残りの偏光解消成分のスペクトルパラメータを算出する。すなわち、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｂは、図２に示す偏光解消成分のドップラスペクトルにおいて、非偏光解消成分ドップラ速度値v_pを中心として所定の範囲内、例えば、送信光パルスのパルス幅の範囲内でピーク位置を検出し、その後、０次モーメントを算出することで偏光解消成分散乱光強度p_sを得る。同様に、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｂは、１次モーメントからドップラ速度を算出し、２次モーメントからドップラ速度幅を算出する。
【００２１】
次に、偏光解消度算出部３は、非偏光解消成分散乱光強度p_pと偏光解消成分散乱光強度p_sとを入力として、比（p_s ／ p_p）を計算することで偏光解消度を算出して出力する。
【００２２】
以上のように、この発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置は、一般に信号対雑音比が高い非偏光解消成分のドップラスペクトルから得られたドップラ速度を基に偏光解消成分のスペクトルパラメータを算出するようにしたものである。これにより、信号対雑音比が相対的に低い偏光解消成分単独でスペクトルパラメータを算出した場合に比べて、雑音の影響による計算精度の劣化を回避することができ、偏光解消度が精度良く計測できるという作用効果を奏する。
【００２３】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、非偏光解消成分のドップラ速度を基に偏光解消成分のスペクトルパラメータを求めていたが、実施の形態２に示すように、非偏光解消成分のドップラスペクトルのピーク位置を使用することもできる。
【００２４】
図３は、この発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。図３において、第一のドップラスペクトル算出部１ａ、第二のドップラスペクトル算出部１ｂおよび偏光解消度算出部３は、実施の形態１と同じ構成である。以下、他の実施の形態と同一の構成と、その構成による同一の動作については説明を省略する場合がある。
【００２５】
図３において、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｃは、非偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして非偏光解消成分散乱光強度p_p、ドップラ速度、ドップラ速度幅、非偏光解消成分のドップラスペクトルのピーク位置（以下、非偏光解消成分ドップラスペクトルピーク位置peakp_pという）等を算出する処理部であり、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｄは、非偏光解消成分ドップラスペクトルピーク位置peakp_pに基づいて偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして偏光解消成分散乱光強度p_s、ドップラ速度、ドップラ速度幅等を算出する処理部である。
【００２６】
次に動作について説明する。図４は、この発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置の動作を説明するための説明図であり、非偏光解消成分のドップラスペクトルと偏光解消成分のドップラスペクトルを示す模式図である。図３、４において、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｄは、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｃから入力された非偏光解消成分ドップラスペクトルピーク位置peakp_pを中心として、所定の範囲内で、例えば、送信光パルスのパルス幅の範囲内で偏光解消成分のドップラスペクトルのピーク位置を検出し、以降、実施の形態１と同様にして、０次、１次、２次モーメントを算出する。
【００２７】
以上のように、この発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置は、非偏光解消成分のドップラスペクトルのピーク位置を基に偏光解消成分のスペクトルパラメータを算出するようにしたものである。これにより、実施の形態１と同様の作用効果に加え、例えば、非偏光解消成分のドップラスペクトルから得られるドップラ速度に、複数の散乱体からの反射による誤差等が含まれていた場合でも、その影響を受けずに偏光解消成分のスペクトルパラメータを算出することができるという作用効果を奏する。このように、実施の形態２は、観測体積内に複数の散乱要素が存在し、かつ、注目する物体の散乱光強度が他より強い場合に、実施の形態１よりも精度良く偏光解消成分のスペクトルパラメータを推定することを可能とする。
【００２８】
実施の形態３．
上述の実施の形態１、２では、非偏光解消成分のドップラ速度やドップラスペクトルのピーク位置を基に偏光解消成分のスペクトルパラメータを求めていたが、実施の形態３に示すように、非偏光解消成分と偏光解消成分のスペクトル形状が相似の関係であることを用いることもできる。
【００２９】
図５は、この発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。図５において、第一のドップラスペクトル算出部１ａ、第二のドップラスペクトル算出部１ｂおよび偏光解消度算出部３は、実施の形態１、２と同じ構成である。
【００３０】
図５において、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｅは、非偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして非偏光解消成分散乱光強度p_p、非偏光解消成分ドップラ速度v_p、ドップラ速度幅（以下、非偏光解消成分ドップラ速度幅w_pという）、ピーク強度値（以下、非偏光解消成分ドップラスペクトルピーク強度peaki_pという）等を算出する処理部であり、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｆは、非偏光解消成分ドップラスペクトルピーク強度peaki_p、非偏光解消成分ドップラ速度v_pおよび非偏光解消成分ドップラ速度幅w_pに基づいて偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして偏光解消成分散乱光強度p_s、ドップラ速度（以下、偏光解消成分ドップラ速度v_sという）、ドップラ速度幅（以下、偏光解消成分ドップラ速度幅w_sという）、ピーク強度値（以下、偏光解消成分ドップラスペクトルピーク強度peaki_sという）等を算出する処理部である。
【００３１】
次に動作について説明する。図６は、この発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置の動作を説明するための説明図であり、非偏光解消成分のドップラスペクトルと偏光解消成分のドップラスペクトルを示す模式図である。図５、６において、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｆは、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｅから入力された非偏光解消成分ドップラ速度v_pを中心として、所定の範囲内で、例えば、送信光パルスのパルス幅の範囲内で偏光解消成分のドップラスペクトルのピーク位置を検出し、そのピーク位置において、偏光解消成分ドップラスペクトルピーク強度peaki_sを算出する。
【００３２】
ここで、図６において、非偏光解消成分のスペクトル形状と偏光解消成分のスペクトル形状は、同一散乱体からの散乱であるため等しいと仮定すると、相似と考えることができる。そこで、非偏光解消成分ドップラスペクトルピーク強度peaki_pと偏光解消成分ドップラスペクトルピーク強度peaki_sとの比は、非偏光解消成分ドップラ速度幅w_pと偏光解消成分ドップラ速度幅w_sとの比と等しいと仮定することができ、この関係を式（１）に示す。第二のスペクトルパラメータ算出部２ｆは、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｅから入力された非偏光解消成分ドップラスペクトルピーク強度peaki_pおよび非偏光解消成分ドップラ速度幅w_pと、上述のように算出した偏光解消成分ドップラスペクトルピーク強度peaki_sに基づいて、式（１）から偏光解消成分ドップラ速度幅w_sを算出する。
peaki_p：peaki_s ＝ w_p：w_s                          （１）
【００３３】
次に、図５、６において、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｅは、非偏光解消成分ドップラスペクトルピーク強度peaki_pと非偏光解消成分ドップラ速度幅w_pで決まる領域の面積として非偏光解消成分散乱光強度p_pを算出して光解消度算出部３に出力する。第二のスペクトルパラメータ算出部２ｆは、偏光解消成分ドップラスペクトルピーク強度peaki_sと偏光解消成分ドップラ速度幅w_sで決まる領域の面積として偏光解消成分散乱光強度p_sを算出して光解消度算出部３に出力する。
【００３４】
以上のように、この発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置は、非偏光解消成分と偏光解消成分のスペクトル形状を基にスペクトルパラメータを推定するようにしたものである。これにより、実施の形態１と同様の作用効果に加え、一般に信号対雑音比が低いため精度が劣化する可能性がある偏光解消成分のスペクトルパラメータの推定値を精度良く算出することが可能となるという作用効果を奏する。
【００３５】
実施の形態４．
上述の実施の形態１〜３では、非偏光解消成分のスペクトルパラメータを基に偏光解消成分のスペクトルパラメータを推定していたが、観測体積内に偏光解消する物体と偏光解消しない物体が混在する状況では、偏光解消度を精度良く推定できない可能性がある。このような場合には、実施の形態４に示すように、偏光解消成分のスペクトルパラメータを基に非偏光解消成分のスペクトルパラメータを推定した方が正しい偏光解消度が得られる可能性がある。
【００３６】
図７は、この発明の実施の形態７によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。図７において、第一のドップラスペクトル算出部１ａ、第二のドップラスペクトル算出部１ｂおよび偏光解消度算出部３は、実施の形態１〜３と同じ構成である。
【００３７】
図７において、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｇは、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｈから入力された偏光解消成分ドップラ速度v_sに基づいて非偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして非偏光解消成分散乱光強度p_p、非偏光解消成分ドップラ速度v_p、非偏光解消成分ドップラ速度幅w_p等を算出する処理部であり、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｈは、偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして偏光解消成分散乱光強度p_s、偏光解消成分ドップラ速度v_s、偏光解消成分ドップラ速度幅w_s等を算出する処理部である。
【００３８】
次に動作について説明する。図８は、この発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置の動作を説明するための説明図であり、非偏光解消成分のドップラスペクトルと偏光解消成分のドップラスペクトルを示す模式図である。図７、８において、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｈは、実施の形態１に示した第一のスペクトルパラメータ算出部２ａと同様にして、スペクトルパラメータを算出する。
【００３９】
次に、図７、８において、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｇは、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｈから入力された偏光解消成分ドップラ速度v_sを中心として、所定の範囲内で、例えば、送信光パルスのパルス幅の範囲内で非偏光解消成分のドップラスペクトルのピーク位置を検出し、以降、実施の形態１と同様にして、０次、１次、２次モーメントを算出する。
【００４０】
以上のように、この発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置は、偏光解消成分のスペクトルパラメータを算出後にそれを基に非偏光解消成分のスペクトルパラメータを算出するようにしたものである。これにより、例えば、観測体積内に偏光解消する物体と偏光解消しない物体が混在する場合にも、確実に偏光解消している物体の偏光解消度を精度良く算出することが可能になるという作用効果を奏する。
【００４１】
実施の形態５．
上述の実施の形態１〜４は、観測体積内の要素が比較的少なく、非偏光解消成分もしくは偏光解消成分の要素が１つの場合に有効であったが、実施の形態５に示すように、観測体積内に複数の明瞭な要素がある場合にはそれぞれスペクトルパラメータを対応付けることが望ましい。
【００４２】
図９は、この発明の実施の形態５によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。図９において、第一のドップラスペクトル算出部１ａおよび第二のドップラスペクトル算出部１ｂは、実施の形態１〜４と同じ構成である。
【００４３】
図９において、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｉおよび第二のスペクトルパラメータ算出部２ｊは、実施の形態１〜４のように他方の出力を用いることなく、スペクトルパラメータを算出する処理部である。
【００４４】
すなわち、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｉは、実施の形態１に示した第一のスペクトルパラメータ算出部２ａと同様にして、非偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして複数の非偏光解消成分散乱光強度p_p、複数の非偏光解消成分ドップラ速度v_p、複数の非偏光解消成分ドップラ速度幅w_p等を算出し、対応付け処理部４に複数の非偏光解消成分ドップラ速度v_pを出力し、偏光解消度算出部３ａに複数の非偏光解消成分散乱光強度p_pを出力する処理部であり、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｊは、実施の形態１に示した第一のスペクトルパラメータ算出部２ａと同様にして、偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして複数の偏光解消成分散乱光強度p_s、複数の偏光解消成分ドップラ速度v_s、複数の偏光解消成分ドップラ速度幅w_s等を算出し、対応付け処理部４に複数の偏光解消成分ドップラ速度v_sを出力し、偏光解消度算出部３ａに複数の偏光解消成分散乱光強度p_sを出力する処理部である。
【００４５】
また、図９において、対応付け処理部４は、非偏光解消成分のスペクトルパラメータと偏光解消成分のスペクトルパラメータとを対応付ける処理部であり、偏光解消度算出部３ａは、非偏光解消成分のスペクトルパラメータと偏光解消成分のスペクトルパラメータとの対応情報に基づいて偏光解消度を算出する処理部である。
【００４６】
次に動作について説明する。図１０は、この発明の実施の形態５によるレーダ信号処理装置の動作を説明するための説明図であり、非偏光解消成分のドップラスペクトルと偏光解消成分のドップラスペクトルを示す模式図である。図９、１０において、対応付け処理部４は、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｉからの複数の非偏光解消成分ドップラ速度v_pと、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｊからの複数の偏光解消成分ドップラ速度v_sとを入力として、同じ値のドップラ速度同士で組を作り、その組に対応するタグを付し、そのタグの情報を示すドップラ速度のタグ情報を偏光解消度算出部３ａに出力する。
【００４７】
次に、図９、１０において、偏光解消度算出部３ａは、対応付け処理部４からのドップラ速度のタグ情報と、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｉからの複数の非偏光解消成分散乱光強度p_pと、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｊからの複数の偏光解消成分散乱光強度p_sとを入力として、ドップラ速度が対応する散乱光強度同士でそれぞれ偏光解消度を算出して出力する。
【００４８】
以上のように、この発明の実施の形態５によるレーダ信号処理装置は、複数存在する非偏光解消成分の要素を、ドップラ速度値を基に対応づけるようにしたものである。これにより、観測体積内の複数の要素に対して偏光解消度をそれぞれ精度良く算出することができるという作用効果を奏する。
【００４９】
実施の形態６．
上述の実施の形態１〜５では、非偏光解消成分および偏光解消成分のスペクトルパラメータの算出は、ドップラスペクトルの形状が比較的明瞭な場合に効果的であるが、実施の形態６は、ドップラスペクトル中の要素数が不明瞭な場合にも対応可能なようにするものである。
【００５０】
図１１は、この発明の実施の形態６によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。図１１において、第一のドップラスペクトル算出部１ａおよび第二のドップラスペクトル算出部１ｂは、実施の形態１〜５と同じ構成である。また、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｋ、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｌ、対応付け処理部４ａおよび偏光解消度算出部３ｂは、実施の形態５と同様の構成である。
【００５１】
すなわち、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｋは、実施の形態１に示した第一のスペクトルパラメータ算出部２ａと同様にして、非偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして非偏光解消成分散乱光強度p_p、非偏光解消成分ドップラ速度v_p、非偏光解消成分ドップラ速度幅w_p等を算出し、第一のスペクトルパラメータ検定部５ａに出力する処理部であり、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｌは、実施の形態１に示した第一のスペクトルパラメータ算出部２ａと同様にして、偏光解消成分のドップラスペクトルからスペクトルパラメータとして偏光解消成分散乱光強度p_s、偏光解消成分ドップラ速度v_s、偏光解消成分ドップラ速度幅w_s等を算出し、第二のスペクトルパラメータ検定部５ｂに出力する処理部である。
【００５２】
図１１において、第一のスペクトルパラメータ検定部５ａは、非偏光解消成分のスペクトルパラメータが妥当なものかどうか検定する処理部であり、第二のスペクトルパラメータ検定部５ｂは、偏光解消成分のスペクトルパラメータが妥当なものかどうか検定する処理部である。
【００５３】
また、図１１において、対応付け処理部４ａは、第一のスペクトルパラメータ検定部５ａで妥当と検定された非偏光解消成分のスペクトルパラメータと第二のスペクトルパラメータ検定部５ｂで妥当と検定された偏光解消成分のスペクトルパラメータとを対応付ける処理部であり、偏光解消度算出部３ｂは、対応付け処理部４ａの対応情報に基づいて偏光解消度を算出する処理部である。
【００５４】
次に動作について説明する。図１２は、この発明の実施の形態６によるレーダ信号処理装置の動作を説明するための説明図であり、非偏光解消成分のドップラスペクトルと偏光解消成分のドップラスペクトルを示す模式図である。図１１、１２において、第一のスペクトルパラメータ検定部５ａは、非偏光解消成分のスペクトルパラメータである散乱光強度、ドップラ速度、ドップラ速度幅等を入力として、得られた要素数および各値が妥当なものかどうか検定する。
【００５５】
例えば、ドップラ速度幅が送信光のスペクトル形状と比較して広い場合は、図１２に示すように、スペクトルは更に複数の要素に分離可能と判定し、再度第一のスペクトルパラメータ算出部２ｋに要素数を増やす条件とともに算出を指示する。この指示に基づいて、第二のスペクトルパラメータ算出部２ｋは、非偏光解消成分のスペクトルパラメータの算出処理を再度行う。そして、第一のスペクトルパラメータ検定部５ａは、対応付け処理部４ａに妥当と検定した２つの非偏光解消成分ドップラ速度v_pを出力し、偏光解消度算出部３ｂに妥当と検定した２つの非偏光解消成分散乱光強度p_pを出力する。
【００５６】
なお、第一のスペクトルパラメータ検定部５ａにおいて、比較判定法としては、他に、観測体積を示す隣接レンジにおける値との差が所定の範囲以内かどうか、また、観測レートが十分に短ければ前時刻における値との差が所定の範囲内かどうかを指標とすることができる。また、第一のスペクトルパラメータ算出部２ｋへの要素数条件としては、例えば、図１２に示すようにドップラスペクトルの速度幅が所定の値よりも広い場合は、既に得られているドップラ速度値よりも所定の値だけ増減した値を初期値としてスペクトルパラメータを推定する方法が考えられる。
【００５７】
一方、第二のスペクトルパラメータ検定部５ｂも、偏光解消成分のスペクトルパラメータに対して同様の処理を行う。図１２に示す例では、第二のスペクトルパラメータ検定部５ｂは、要素数は１と判定し、対応付け処理部４ａに妥当と検定した１つの偏光解消成分ドップラ速度v_sを出力し、偏光解消度算出部３ｂに妥当と検定した１つの非偏光解消成分散乱光強度p_sを出力する。
【００５８】
次に、図１１、１２において、対応付け処理部４ａは、第一のスペクトルパラメータ検定部５ａからの２つの非偏光解消成分ドップラ速度v_pと、第二のスペクトルパラメータ検定部５ｂからの１つの偏光解消成分ドップラ速度v_sとを入力として、同じ値のドップラ速度同士で１つの組を作り、その１つの組に対応するタグを付し、そのタグの情報を示すドップラ速度のタグ情報を偏光解消度算出部３ｂに出力する。
【００５９】
そして、偏光解消度算出部３ｂは、対応付け処理部４ａからのドップラ速度のタグ情報と、第一のスペクトルパラメータ検定部５ａからの２つの非偏光解消成分散乱光強度p_pと、第二のスペクトルパラメータ検定部５ｂからの１つの偏光解消成分散乱光強度p_sとを入力として、ドップラ速度が同じ値の１つの組の散乱光強度同士で偏光解消度を算出して出力する。
【００６０】
以上のように、この発明の実施の形態６によるレーダ信号処理装置は、非偏光解消成分および偏光解消成分のスペクトルパラメータが妥当なものかどうか検定するようにしたものである。これにより、ドップラスペクトル中の要素数が不明瞭な場合にも、観測体積内に複数存在する要素を分離し、観測体積内の要素に対して偏光解消度をそれぞれ精度良く算出することができるという作用効果を奏する。
【００６１】
なお、上述のように、この発明の実施の形態５，６によるレーダ信号処理装置においては、ドップラスペクトル中の要素数が１または２の場合を示したが、要素数がこれに限られるものでなく、要素数が３以上の場合にも、同様にして、観測体積内の要素に対して偏光解消度をそれぞれ精度良く算出することができる。
【００６２】
また、上述のように、この発明の実施の形態１〜６によるレーダ信号処理装置においては、各処理部はディジタル信号処理回路として説明したが、これに限られるものでなく、例えばマイクロコンピュータ等に実行させるコンピュータプログラムを用いてソフトウエア処理により各処理ステップの少なくとも一部を実現するようにしても良い。
【００６３】
また、上述の実施の形態１〜６によるレーダ信号処理装置は、例えば特許文献１に記載された従来の光波レーダにおける光送受信部や、電波の送受信を行うアンテナ部といった公知のセンサ部と同様の構成に接続することにより、遠隔点の風を精度良く計測するとともに遠隔の浮遊物質の種類を同時に正しく識別するようなレーダ装置として構成することができる。なお、このレーダ装置の計測対象は、これに限られるものでなく、要するに電磁波を後方散乱波として反射するものであれば、どのようなものでも適用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ  第一のドップラスペクトル算出部
１ｂ  第二のドップラスペクトル算出部
２ａ、２ｃ、２ｅ、２ｇ、２ｉ、２ｋ  第一のスペクトルパラメータ算出部
２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈ、２ｊ、２ｌ  第二のスペクトルパラメータ算出部
３、３ａ、３ｂ  偏光解消度算出部
４、４ａ  対応付け処理部
５ａ  第一のスペクトルパラメータ検定部
５ｂ  第二のスペクトルパラメータ検定部
【図１】
0005636974.tif 000002
【図２】
0005636974.tif 000003
【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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