(57)【要約】【課題】  レーダ観測において、一つの目標から複数の目標に分離したときに、各目標位置の推定精度が低いことに起因して、目標の失検出や各目標の追尾移行に時間がかかるという問題があった。【解決手段】  目標に向けて電波を送信する電波送信手段と、上記目標で反射した電波を受信する電波受信手段と、角度方向、距離方向、速度方向にそれぞれ目標数推定処理を施し、その目標数推定結果を基に超分解能測距及び高精度測角処理、超分解能測角及び高精度測距処理、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理のいずれか一つを選択して測角値及び測距値を求めた後、その測角値及び測距値を基に、各目標に関する追尾処理を行う追尾手段を備える。【選択図】      図１
2014185872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標に向けて電波を送信する電波送信手段と、上記目標で反射した電波を受信する電波受信手段と、角度方向、距離方向、速度方向にそれぞれ目標数推定処理を施し目標数を推定できたと判断できる計測量に関して超分解能処理を行い、当該計測値を基に測角値及び測距値を求める超分解能測距及び測角手段と、上記超分解能測距及び測角手段の測角値及び測距値を基に、各目標に関する追尾処理を行う追尾手段を備えたレーダ装置。
【請求項２】
上記電波送信手段は、チャープ変調された信号を生成する送信機と、電波を所定の方向に送信する送信アンテナから構成され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】
上記電波受信手段は、目標で反射した電波を受信する受信アンテナと、上記受信アンテナ受信信号に帯域制限、位相検波を施す受信機と、上記受信機の出力信号をサンプリングしてディジタル信号を生成するA/D変換器と、上記A/D変換信号より受信ビームを形成しビーム方向の受信信号を出力する受信ビーム形成から構成されることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
上記超分解能測距及び測角手段は、目標の存在方向を開口長から定まるビーム幅の精度、目標距離を送受信帯域幅から定まる距離分解能の精度、目標速度を観測時間長から定まる速度分解能の精度で計測する粗計測処理部と、超分解能測距を行うことを想定して生成した相関行列の固有値を基に目標数を推定する測距用目標数推定部と、超分解能測角処理を行うことを想定して生成した相関行列の固有値を基に目標数を推定する測角用目標数推定部と、超分解能測速度処理を行うことを想定して生成した相関行列の固有値を基に目標数を推定する測速度用目標数推定部と、上記測距用目標数推定部の目標数推定結果、上記測角用目標数推定部の目標数推定結果、上記測速度用目標数推定部の目標数推定結果に基いて、超分解能処理を選択する超分解能処理選択部と、上記超分解能処理選択部で選択された超分解能処理に上記目標数と上記A/D変換信号を伝達する切換スイッチと、超分解能測距を行い、測距値を基に再構成した目標信号成分を用いて高精度測角を行う超分解能測距及び高精度測角処理部と、超分解能測角を行い、測角値を基に再構成した目標信号成分を用いて高精度測距を行う超分解能測角及び高精度測距処理部と、超分解能測速度を行い、測速度値を基に再構成した目標信号成分を用いて高精度測角及び測距を行う超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部から構成されることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項５】
上記粗計測処理部は、所定の方向にビームを形成する受信ビーム形成と、目標の存在するレンジビンに目標信号成分を積み上げるパルス圧縮と、目標信号の信号対雑音電力比を改善しドップラー周波数を求めるパルスヒット方向FFTと、雑音を目標信号と誤る誤警報確率を基準に定められたスレッショルドを用いて目標信号を検出しその測角値と測距値を出力する目標検出処理から構成されていることを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
【請求項６】
上記超分解能処理選択部は、上記測距用目標数推定部、上記測角用目標数推定部、上記測速度用目標数推定部でそれぞれ推定された目標数を比較し、多数決により目標数を推定することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
【請求項７】
上記超分解能処理選択部は、上記測距用目標数推定、上記測角用目標数推定、上記測速度用目標数推定でそれぞれ推定された目標数を比較し、最も大きい値を推定した目標数推定処理に対応する超分解能処理部を選択することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
【請求項８】
上記超分解能処理選択部は、上記測距用目標数推定、上記測角用目標数推定、上記測速度用目標数推定でそれぞれ推定された目標数を比較し、中央の値を推定した目標数推定処理に対応する超分解能処理部を選択することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
【請求項９】
上記測距用目標数推定部は、固有ビーム出力信号をパルスヒット方向にコヒーレント積分し信号対雑音電力比を改善した後、上記目標数推定を行うことを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
【請求項１０】
上記測角用目標数推定部は、固有ビーム出力信号をパルスヒット方向にコヒーレント積分し信号対雑音電力比を改善した後、上記目標数推定を行うことを特徴とする請求項４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、目標位置を標定するためのレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１７は従来のレーダ装置の処理構成を表している（例えば、非特許文献１、２参照）。図１７において、符号１はチャープ変調された信号を生成する送信機、符号２は電波を所定の方向に送信する送信アンテナ、符号３は目標で反射した電波を受信する受信アンテナ、符号４は上記受信アンテナ３の受信信号に帯域制限や位相検波を施す受信機、符号５は上記受信機出力信号をサンプリングしてディジタル信号を生成するA/D変換器、符号１６は上記A/D変換信号より受信ビームを形成しビーム方向の受信信号を出力する受信ビーム形成、符号１７は目標の存在するレンジビンに目標信号成分を積み上げるパルス圧縮、符号１８は目標信号のS/N（信号対雑音電力比）を改善しドップラー周波数を求めるパルスヒット方向FFT、符号１９は雑音を目標信号と誤る確率（誤警報確率）を基準に定められたスレッショルドを用いて目標信号を検出しその測角値、測距値を出力する目標検出処理、符号１５は上記測角値と測距値から追尾フィルタ処理を実施し目標の平滑位置と予測位置を出力する追尾処理部である。
【０００３】
次に動作について説明する。送信機１と送信アンテナ２によりチャープ変調の施された電波が、追尾フィルタ処理部１５にて予測された目標の存在方向に向けて送信される。時間TPRI間隔で、Npヒットの送受信を行った後測角値と測距値を算出する。目標で反射した電波がL個の受信アンテナ３（受信アンテナ３−#1〜受信アンテナ３−#L）にて受信される。受信アンテナ３−#lで受信された電波は受信機４−#lに伝達される。受信機４−#lでは入力信号に関して帯域制限、位相検波を施して出力する。受信機出力信号４−#lはA/D変換器５−#lに伝達される。A/D変換器５−#lでは、サンプリング信号が目標信号周波数成分の折り返しを含まない程度の受信帯域幅となるような周期でオーバーサンプリングされている。このA/D変換のサンプリング周期をTsampとする。パルスを送信したときパルス送信時刻を基準としてNrサンプリング行い1〜Nrレンジビンの目標を検出する。np(1≦np≦Np)パルスヒット目におけるnr(1≦nr≦Nr)レンジビンのA/D変換信号をxnp,nr,lとする。A/D変換信号xnp,nr,lは受信ビーム形成１６に伝達される。受信ビーム形成１６では、Nb種類の受信ビームを形成する。nb(1≦nb≦Nb)番目の受信ビームを生成する際の重みをwbnb,lとして次式（１）により受信ビーム形成信号xbnp,nr,nbを生成する。
【０００４】
【数１】
2014185872.tif 000003
【０００５】
受信ビーム形成信号xbnp,nr,nbはパルス圧縮１７に伝達される。パルス圧縮１７では、受信ビーム形成信号xbnp,nr,nbに送信機から伝達された参照信号xsnrを乗算してビート信号xbnp,nr,nb xs*nr（xs*nrはxsnrの複素共役）を生成し、ビート周波数に対応する距離に目標信号成分を積分するパルス圧縮処理を行う。このパルス圧縮信号をxcnp,nr,nbとする。パルス圧縮信号xcnp,nr,nbはパルスヒット方向FFT１８に伝達される。パルスヒット方向FFT１８では、xc1,nr,nb, …, xcNp,nr,nb にパルスヒット方向FFTを施しパルスヒット方向FFT信号xd1,nr,nb, …, xdNd,nr,nbを算出する。パルスヒット方向FFT信号xd1,nr,nb, …, xdNd,nr,nbは目標検出処理１９に伝達される。目標検出処理１９では、雑音を目標信号と誤る誤警報確率を基準として定められたスレッショルドと信号振幅値｜xdnd,nr,nb｜を比較し目標信号の存在するビーム番号nb、レンジビンnr、ドップラービンndを検出する。検出したビーム番号を〜ｎｂ、レンジビンを〜ｎｒ、ドップラービン〜ｎｄとする。ビーム番号〜ｎｂに対応するビームの方向を測角値、レンジビン〜ｎｒに対応する距離を測距値として追尾処理部１５に伝達する。追尾処理部１５ではNpTPRIを１フレームとして追尾処理が行われる。サンプリング間隔TsampとパルスヒットTPRIとフレームタイムの関係は図１８のようになっている。また、図１９は追尾処理部１５の処理手順について表している。追尾処理部１５は、目標信号を探索する範囲のソフトウェアゲートを設定し、追尾目標の航跡とゲートに含まれる観測位置を組み合わせてカルマンフィルタ処理を実施し目標の平滑位置と次フレームにおける目標予測位置を算出する。ゲート内に観測データが得られなかった際は失検出として追尾終了する。ゲート内に２つ以上の観測データが得られた際は、航跡と観測データの各組み合わせに関してカルマンフィルタ処理を行いその予測値を基に航跡と観測データ組み合わせに関する信頼度を算出し、信頼度の最も高い組み合わせを現フレームの航跡とする。その航跡より平滑位置と予測位置を出力する。予測位置は送信機１に伝達される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】小菅義夫，松崎貴史，“目標追尾におけるゲートサイズ決定法及び最適なゲート形状”，電子情報通信学会論文誌B， Vol.J88-B No.5，pp.987-996，April, 2001
【０００７】
【非特許文献２】小幡康，前川良二，亀田洋志，系正義，小菅義夫，“航跡型MHTを用いた分離目標の追尾”，電子情報通信学会論文誌B，Vol.J91-B No.5，pp.626-635，May 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
追尾中の目標から他の目標が分離したとき、分離したことの検出と所望の目標への追尾移行、即ち各目標の観測データがソフトウェアゲートで分離されゲートごとに単一目標追尾が行える状況への移行を、短時間で行うことが望まれる。そのためには近接する複数目標を分離して高精度な測角及び測距を行うことが必要となる。
【０００９】
しかしながら、図１７に示すような従来のレーダ装置の処理方式では、アンテナ開口長から定まる角度分解能、送受信帯域幅から定まる距離分解能、観測時間長から定まる速度分解能以上の精度では計測することができなかった。このため高精度な測角及び測距が困難となるという課題があった。
【００１０】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、高精度な測角及び測距を行い、近接する複数目標を分離することのできるレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明によるレーダ装置は、目標に向けて電波を送信する電波送信手段と、上記目標で反射した電波を受信する電波受信手段と、角度方向、距離方向、速度方向にそれぞれ目標数推定処理を施し目標数を推定できたと判断できる計測量に関して超分解能処理を行い、当該計測値を基に測角値及び測距値を求める超分解能測距及び測角手段と、上記超分解能測距及び測角手段の測角値及び測距値を基に、各目標に関する追尾処理を行う追尾手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、角度方向、距離方向、速度方向の各計測量のうち、目標数を推定することのできた計測量を選択して超分解能処理を施すことにより、当該計測量の高精度な超分解能推定値を得ることができるので、超分解能推定結果を基に再構成した目標信号成分を用いて高精度な測角値、測距値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係るレーダ装置における粗計測処理部の内部構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るレーダ装置における超分解能測距及び高精度測角処理部の構成を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るレーダ装置における超分解能測角及び高精度測距処理部の構成を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るレーダ装置における超分解能速度及び高精度測角及び測距処理部の構成を示す図である。
【図６】（ａ）測距及び測速度を超分解能推定することで測角及び測距値の推定精度改善が期待できる状況を例示する図である。（ｂ）測角値を超分解能推定することで測角及び測距値の推定精度改善が期待できる状況を例示する図である。
【図７】実施の形態１に係るデシメーション処理の内部構成を示す図である。
【図８】区分DFT処理の信号の分割と積分処理の状況を表す図である。
【図９】実施の形態１に係る測距用MUSIC処理の内部構成を示す図である。
【図１０】実施の形態１に係るレーダ装置における測角用MUSIC処理の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態１に係る測速度用MUSIC処理の内部構成を示す図である。
【図１２】実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図１３】実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図１４】実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図１５】実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図１６】実施の形態６に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図１７】従来のレーダ装置の処理構成を示す図である。
【図１８】サンプリング間隔とパルスヒットとフレームタイムの関係を示す図である。
【図１９】追尾処理部の処理手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置について図を用いて説明する。図１は、実施の形態１によるレーダ装置の構成を示す図である。図１において、実施の形態１によるレーダ装置は、送信機１、送信機１に接続された送信アンテナ２、複数（Ｌ個。Ｌは｛目標数Ｋ＋１｝個以上の整数。Ｋは１以上の整数）の受信アンテナ３、複数の受信アンテナ３にそれぞれ接続された複数（Ｌ個）の受信機４、複数の受信機４にそれぞれ接続された複数（Ｌ個）のA/D変換器５、複数のA/D変換器５に接続された粗計測処理部６、粗計測処理部６に接続された測距用目標数推定部７、粗計測処理部６に接続された測角用目標数推定部８、粗計測処理部６に接続された測速度用目標数推定部９、超分解能処理選択部１０、超分解能処理選択部１０に接続された切換スイッチ１１、切換スイッチ１１に接続された超分解能測距及び高精度測角処理部１２、切換スイッチ１１に接続された超分解能測角及び高精度測距処理部１３、切換スイッチ１１に接続された超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５から構成される。測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９は、超分解能処理選択部１０に接続される。また、切超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４は、追尾処理部１５に接続される。
【００１５】
送信機１はチャープ変調された信号を生成する。送信アンテナ２は電波を所定の方向に送信するものである。送信機１及び送信アンテナ２は、目標に向けて電波を送信する電波送信手段を構成する。各受信アンテナ３は目標で反射した電波を受信する。各受信機４は上記それぞれの受信アンテナ３から得られた受信信号に帯域制限や位相検波を施す。各A/D変換器５は上記それぞれの受信機４の出力信号をサンプリングしてディジタル信号（以下、A／D変換信号）を生成する。送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５は図１７に示した従来のレーダ装置と同じものである。
【００１６】
粗計測処理部６は、送信機１によりチャープ変調された信号が参照信号として入力され、各A/D変換器５の生成した上記それぞれの受信機４の出力信号のA/D変換信号について、目標の存在する角度、距離、速度をそれぞれ受信アンテナ３の開口長から定まるビーム幅の精度、送受信帯域幅から定まる距離分解能の精度、観測時間長から定まる速度分解能の精度にて計測し、目標信号の諸元（ビーム番号、レンジビン、ドップラービン）を出力する。また、粗計測処理部６は、A/D変換器５の生成したA/D変換信号を後段に出力する。
【００１７】
測距用目標数推定部７は、粗計測処理部６から目標信号の諸元及びA/D変換信号が入力され、各A/D変換器５から出力されるA/D変換信号の集合について、超分解能測距処理を想定して目標数を推定する。測角用目標数推定部８は、粗計測処理部６から目標信号の諸元及びA/D変換信号が入力され、各A/D変換器５から出力されるA/D変換信号の集合について、超分解能測角処理を想定して目標数を推定する。測速度用目標数推定部９は、粗計測処理部６から目標信号の諸元及びA/D変換信号が入力され、各A/D変換器５から出力されるA/D変換信号の集合について、超分解能測速度処理を想定して目標数を推定する。超分解能処理選択部１０は、上記測距用目標数推定部７と上記測角用目標数推定部８と上記測速度用目標数推定部９においてそれぞれ推定された目標数及びその評価値を基に、超分解能処理を選択する。
【００１８】
切換スイッチ１１は、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９のうち、上記超分解能処理選択部１０にて選択された処理部に対して、上記A/D変換信号を伝達する。超分解能測距及び高精度測角処理部１２は、超分解能測距を行い、その測距値を基に再構成した目標信号成分を用いてモノパルスによる高精度測角を行って、測角値及び測距値を出力する。超分解能測角及び高精度測距処理部１３は、超分解能測角を行い、その測角値を基に再構成した目標信号成分を用いて高精度測距を行って、測角値及び測距値を出力する。超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４は、超分解能測速度を行い、その測速度値を基に再構成した目標信号成分を用いて高精度測角及び測距を行って、測角値及び測距値を出力する。
【００１９】
追尾処理部１５は、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４の何れか１つの推定部から出力されるもしくはその組み合わせによる測角値と測距値を用いて、追尾フィルタ処理を実施し、目標の平滑位置と予測位置を出力する。追尾処理部１５は、上述した図１７と同様、NpTPRIを１フレームとして追尾処理を行う。サンプリング間隔TsampとパルスヒットTPRIとフレームタイムの関係は上述した図１８のようになっている。追尾処理部１５は、図１９の処理手順により追尾処理を行う。即ち、目標信号を探索する範囲のソフトウェアゲートを設定し、追尾目標の航跡とゲートに含まれる観測位置を組み合わせてカルマンフィルタ処理を実施し目標の平滑位置と次フレームにおける目標予測位置を算出する。ゲート内に観測データが得られなかった際は失検出として追尾終了する。ゲート内に２つ以上の観測データが得られた際は、航跡と観測データの各組み合わせに関してカルマンフィルタ処理を行いその予測値を基に航跡と観測データ組み合わせに関する信頼度を算出し、信頼度の最も高い組み合わせを現フレームの航跡とする。その航跡より平滑位置と予測位置を出力する。予測位置は追尾処理部１５から送信機１に伝達される。
【００２０】
図２は粗計測処理部６の内部構成を表している。受信ビーム形成１６、パルス圧縮１７、パルスヒット方向FFT１８、目標検出処理１９の各処理は、図１７で説明したものと同じである。受信ビーム形成１６は上記A/D変換信号より受信ビームを形成しビーム方向の受信信号を出力する。パルス圧縮１７は目標の存在するレンジビンに目標信号成分を積み上げる。パルスヒット方向FFT１８は目標信号のS/Nを改善しドップラー周波数を求める。目標検出処理１９は雑音を目標信号と誤る誤警報確率を基準に定められたスレッショルドを用いて目標信号を検出し、その測角値、測距値を目標信号の諸元（ビーム番号、レンジビン、ドップラービン）として出力する。
【００２１】
図３は超分解能測距及び高精度測角部１２の内部構成を表している。超分解能測距及び高精度測角部１２は、モノパルス用受信ビーム形成２０、モノパルス用受信ビーム形成２０に接続される２つの超分解能測距処理２３、各超分解能測距処理２３にそれぞれ接続される２つの高精度測角用シグナルコピー２４、測距値算出２５、モノパルス測角２６から構成される。超分解能測距処理２３は、パルスヒット方向FFT１８、デシメーション処理２１、測距用ＭＵＳＩＣ処理２２を有している。パルスヒット方向FFT１８は図１７で説明したものと同じである。超分解能測距及び高精度測角部１２は、送信機１によりチャープ変調された信号が参照信号として入力されるとともに、目標信号の諸元（ビーム番号、レンジビン、ドップラービン）が入力される。
【００２２】
モノパルス用受信ビーム形成２０は、切換スイッチ１１から伝達された各受信機４の出力信号のディジタル信号（A/D変換信号の集合）を用いて、モノパルス処理するための２つのビーム受信信号を形成するモノパルス用受信ビーム形成処理を行い、ビーム受信信号（ビーム＃１）及びビーム受信信号（ビーム＃２）を超分解能測距処理２３のパルスヒット方向FFT１８にそれぞれ入力する。パルスヒット方向FFT１８は、入力されるビーム＃１、ビーム＃２について目標信号のS/Nを改善しドップラー周波数を求める。
【００２３】
超分解能測距処理２３のデシメーション処理２１は、送信機１によりチャープ変調された参照信号に基づいて、上記粗計測処理部６で検出された目標距離範囲のレンジビン（レンジ分解能の精度で計測される目標存在領域）近辺の受信信号成分に制限する処理であって、デシメーション出力信号を出力する。測距用MUSIC処理２２は、MUSIC（MUltiple SIgnal Classification）を用いてデシメーション処理２１からのデシメーション出力信号を用いて超分解能測距を行い、暫定測距値を出力する。高精度測角用シグナルコピー２４は、測距用MUSIC処理２２からの暫定測距値及びデシメーション処理２１からのデシメーション出力信号を用いて目標信号成分を再構成する。測距値算出２５は、上記モノパルス用受信ビーム形成２０で生成された２つのビーム信号について、２つの測距用MUSIC処理２２でそれぞれ算出した暫定測距値より測距値を算出し、追尾処理部１５に出力する。モノパルス測角２６は、２つの高精度測角用シグナルコピー２４にてそれぞれ再構成された目標信号成分のモノパルス測角を行い、高精度測角値を算出し、追尾処理部１５に出力する。
【００２４】
図４は超分解能測角及び高精度測距処理部１３の内部構成を表している。超分解能測角及び高精度測距処理１３は、各受信機４にそれぞれ対応した複数のパルス圧縮１７と、上段及び下段の複数のパルスヒット方向FFT１８と、測角用MUSIC処理３３と、高精度測距用シグナルコピー３５と、高精度測距用シグナルコピー３５に接続される高精度測距処理３６から構成される。上段の複数のパルスヒット方向FFT１８はそれぞれ切換スイッチ１１に接続され、受信機４に対応して複数個設けられるとともに、後段の高精度測距用シグナルコピー３５に接続される。下段のパルスヒット方向FFT１８は、それぞれパルス圧縮１７に接続されるとともに、後段の測角用MUSIC処理３３に接続される。パルスヒット方向FFT１８は図２、３、１７で説明したものと同じであり、パルスヒット方向FFT信号を出力する。上段の各パルスヒット方向FFT１８は、切換スイッチ１１から伝達された各受信機４の出力信号のディジタル信号（A/D変換信号の集合）を用いて、それぞれパルスヒット方向FFT信号を算出する。パルス圧縮１７は、切換スイッチ１１から伝達された各受信機４の出力信号のディジタル信号（A/D変換信号の集合）を用いて、それぞれ目標の存在するレンジビンに目標信号成分を積み上げる。下段のパルスヒット方向FFT１８は、パルス圧縮１７によりパルス圧縮された各受信機４の出力信号のディジタル信号（A/D変換信号の集合）を用いて、それぞれパルスヒット方向FFT信号を算出する。
【００２５】
測角用MUSIC処理３３は、下段のパルスヒット方向FFT１８からのパルスヒット方向FFT信号について、MUSICを用いて超分解能測角処理を行い、高精度測距用シグナルコピー３５及び追尾処理部１５に測角値を出力する。高精度測距用シグナルコピー３５は、各パルスヒット方向FFT１８からのパルスヒット方向FFT信号と測角用MUSIC処理３３からの測角値を用いて目標信号成分を再構成する。高精度測距処理３６は、高精度測距用シグナルコピー３５により再構成された目標信号成分について零詰め補間し、零詰め補間したビート信号にFFTを施すことにより高精度測距を行い、追尾処理部１５に測距値を出力する。
【００２６】
図５は超分解能速度及び高精度測角及び測距処理部１４の内部構成を表している。超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４は、受信ビーム形成１６と、パルス圧縮１７と、測速度用ＭＵＳＩＣ処理３７と、高精度測角及び測距用シグナルコピー３９と、高精度測角及び測距処理４０から構成される。受信ビーム形成１６、パルス圧縮１７は図２、４、１７と同じである。超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４は、粗計測処理部６から目標信号の諸元（ビーム番号、レンジビン、ドップラービン）が入力される。受信ビーム形成１６は、切換スイッチ１１から伝達された各受信機４の出力信号のディジタル信号（A/D変換信号の集合）を用いて、A/D変換信号より受信ビームを形成しビーム方向の受信信号を出力する。パルス圧縮１７は受信ビーム形成１６の出力について目標の存在するレンジビンに目標信号成分を積み上げる。測速度用MUSIC処理３７は、パルス圧縮１７によりパルス圧縮された各受信機４の出力信号のディジタル信号（A/D変換信号の集合）について、MUSICを用いて超分解能測速度処理を行い、測速値を出力する。
【００２７】
高精度測角及び測距用シグナルコピー３９は、切換スイッチ１１から伝達された各受信機４の出力信号のディジタル信号（A/D変換信号の集合）について、測速度用MUSIC処理３７からの測速度値を用いてビート周波数方向の目標信号成分を再構成する。高精度測角及び測距処理４０は、高精度測角及び測距用シグナルコピー３９により再構成されたビート周波数方向の目標信号成分について零詰め補間し、零詰め補間した受信アンテナ方向とレンジ方向の２次元データに２次元FFTを施し、測角値と測距値を高精度に推定し、追尾処理部１５に出力する。
【００２８】
次に動作について説明する。送信機１と送信アンテナ２によりチャープ変調の施された電波が、追尾フィルタ１５により予測された目標の存在方向に向けて送信される。追尾フィルタ１５は、時間TPRI間隔で、Npヒットの送受信を行った後測角値と測距値を算出する。近接する複数の目標で反射した電波は、Ｌ個の受信アンテナ３（受信アンテナ３−#1〜受信アンテナ３−#Ｌ）にて受信される。受信機４、A/D変換器５、追尾処理部１５は、図１７で説明したものと同様に動作する。
【００２９】
図１８において、（ａ）は追尾処理部１５と受信信号処理の時間関係を示し、（ｂ）はパルス送受信の時間関係を示し、（ｃ）はA/D変換のサンプリングを示す。図１８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、１フレーム分のパルス送受信が完了した段階で、粗計測処理部６、及びその後段の測距用目標数推定７、測角用目標数推定８、測速度用目標数推定９、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４の各処理が完了し、測角値及び測距値が追尾処理部１５に入力された後に、追尾処理部１５の処理が行われるようになっている。また、１フレーム分のパルス送受信の間、時間TPRI間隔で１パルスヒット目からNpパルスヒット目までのNpヒットの送受信が行われ、A/D変換器５にてＮｒサンプリングのA/D変換が行われ、１〜Ｎｒレンジビンの目標が検出される。
【００３０】
追尾処理部１５の処理手順は、図１９に示したようになっている。
ステップＳ１で、測角値と測距値から定まる目標の観測位置を算出する。ステップＳ２で、目標信号を探索する範囲のソフトウェアゲートを設定し、追尾目標の航跡とゲートに含まれる観測位置を組み合わせてカルマンフィルタ処理を実施し目標の平滑位置と次フレームにおける目標予測位置を算出する。このとき、ゲート中心は前フレームの予測位置とし、ゲート半径は前フレームの予測誤差として共分散行列を基に設定する。
【００３１】
ステップＳ３で、ゲート内の観測データ数が１以下である場合にステップＳ４でカルマンフィルタ処理を行って平滑位置と予測位置を出力し、またゲート内に観測データが得られなかった際は失検出として追尾終了する。また、ゲート内に２つ以上の観測データが得られた際は、ステップＳ５で信頼度を最大にする航跡と観測位置データ組み合わせを設定し、ステップＳ６で目標航跡と観測データの相関の調査を行う。ステップＳ６では、航跡と観測データの各組み合わせに関してカルマンフィルタ処理を行い、またその予測値を基に航跡と観測データの各組み合わせに関する信頼度を算出する。ステップＳ７では、信頼度を最大にする航跡と観測データの組み合わせを現フレームの航跡として選択する。その航跡より平滑位置と予測位置を出力する。追尾処理部１５によって得られた予測位置（目標存在方向予測値）は送信機１に伝達される。
【００３２】
受信アンテナ３−#lで受信された電波は受信機４−#lに伝達される。受信機４−#lでは入力信号に関して帯域制限、位相検波を施して出力する。受信機出力信号４−#lはA/D変換器５−#lに伝達される。A/D変換器５−#lは、サンプリング信号が目標信号周波数成分の折り返しを含まない程度の受信帯域幅となるような周期でオーバーサンプリングを行う。このA/D変換のサンプリング周期をTsampとする。パルスを送信したときパルス送信時刻を基準としてNrサンプリング行い1〜Nrレンジビンの目標を検出する。np(1≦np≦Np)パルスヒット目におけるnr(1≦nr≦Nr)レンジビンのA/D変換信号をxnp,nr,lとする。A/D変換信号xnp,nr,lは粗計測処理部６の受信ビーム形成１６に伝達される。受信ビーム形成１６では、Nb種類の受信ビームを形成する。nb(1≦nb≦Nb)番目の受信ビームを生成する際の重みをwbnb,lとして上式（１）により受信ビーム形成信号xbnp,nr,nbを生成する。A/D変換器５によるA/D変換信号xnp,nr,lは粗計測処理６に伝達される。
【００３３】
粗計測処理６は、受信ビーム形成１６、パルス圧縮１７、パルスヒット方向FFT１８、目標検出処理１９を行い、目標検出処理１９から目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndが出力される。また、A/D変換信号xnp,nr,lもそのまま出力される。粗計測処理６の出力するA/D変換信号xnp,nr,lは、測距用目標数推定７、測角用目標数推定８、測速度用目標数推定９にそれぞれ伝達される。
【００３４】
超分解能処理性能は目標の状況に依存している。図６（ａ）は測距や測速度に超分解能推定を適用することで測角及び測距値の推定精度改善が期待できる状況例を表している。目標同士の角度差が小さい一方、距離差及び速度差が大きいので超分解能測距及び測速度を行った後、再構成した目標信号成分を用いて測角することで高精度な測角値及び測距値が期待できる。図６（ｂ）は測角を超分解能推定することで測角及び測距値の推定精度改善が期待できる状況例を表している。
【００３５】
図６（ｂ）の状況では、目標同士の距離差及び速度差は小さい一方、角度差は大きいので超分解能測角を行った後、再構成した目標信号成分を用いて測距することで高精度な測角値及び測距値が期待できる。
【００３６】
そこで実施の形態１によるレーダ装置は、測距用目標数推定部７による超分解能測距処理を想定して推定した目標数推定値、測角用目標数推定部８による超分解能測角処理を想定して推定した目標数推定値、測速度用目標数推定部９による超分解能測速度処理を想定して推定した目標数推定値を比較し、測距用目標数推定部７，測角用目標数推定部８，測速度用目標数推定部９の中から、あらかじめ想定される目標数を推定できた超分解能処理及び分離した信号成分を用いて、高精度推定を行う処理を選択するようにしている。
【００３７】
測距用目標数推定部７は、超分解能測距処理を想定した相関行列を用いて、ＡＩＣ（Akaike’s Information Criterion；赤池情報量基準）またはＭＤＬ（Minimum Description Length；最小記述長）に基づいて目標数を推定する。ＡＩＣ，ＭＤＬに基づく目標数推定の方法は、例えば「M.Wax and T. Kailath,"Detection of Signals by Information Theoretic Criteria",IEEE Trans. on Acoustics, Speech, Signal Processing,vol.ASSP-33,no.2,pp.387-392,April 1985.」に開示されている。例えば、測距用目標数推定部７は、粗計測処理部６で検出された目標の存在方向に受信ビームを形成する所定方向の受信ビーム形成と、追尾処理部で予測された目標存在近辺領域からの受信信号成分に制限するデシメーションと、超分解能測距を行うことを想定して相関行列を生成する距離方向の目標数推定用相関行列生成と、当該相関行列の固有値と固有ベクトルを算出する固有値解析と、固有値を基にＡＩＣ、ＭＤＬを評価基準として目標数を推定する目標数推定から構成される。
【００３８】
また、測角用目標数推定部８は、測距用目標数推定部７と同様の超分解能測角処理を想定した相関行列を用いて、ＡＩＣ、ＭＤＬなどに基づいて目標数を推定する。測速度用目標数推定部９は、目標の存在するレンジビンに目標信号成分を積み上げるパルス圧縮と、超分解能測角を行うことを想定して相関行列を生成する角度方向目標数推定用相関行列生成と、上記固有値解析と、上記目標数推定から構成される。
【００３９】
測速度用目標数推定部９は、測距用目標数推定部７と同様の超分解能測速度処理を想定した相関行列を用いて、ＡＩＣ、ＭＤＬなどに基づいて目標数を推定する。測速度用目標数推定部９は、超分解能測速度を行うことを想定して相関行列を生成する速度方向目標数推定用相関行列生成と、上記固有値解析と、上記目標数推定から構成される。
【００４０】
測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９でそれぞれ推定された目標数は、粗計測処理部６からのA/D変換信号xnp,nr,lと目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndとともに、超分解能処理選択部１０に伝達される。超分解能処理選択部１０は、測距用目標数推定部７，測角用目標数推定部８，測速度用目標数推定部９の中から、あらかじめ想定される目標数を推定できた相関行列を用いる超分解能処理及び高精度推定処理を選択する。具体的には、測距用目標数推定部７にて想定される目標数を推定できた場合、超分解能測距及び高精度測角処理部１２を選択する。また、測角用目標数推定部８で想定される目標数を推定できた場合は、超分解能測角及び高精度測距処理部１３を選択する。また、測速度用目標数推定部９で想定される目標数を推定できた場合は、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４を選択する。想定される目標数を推定できた処理が複数存在する場合は、測距用目標数推定部７，測角用目標数推定部８，測速度用目標数推定部９の中から、ＡＩＣ評価値やＭＤＬ評価値の高い処理を選択する。
【００４１】
超分解能処理選択部１０で超分解能測距及び高精度測角処理部１２が選択された場合、切換スイッチ１１は、超分解能測距及び高精度測角処理部１２にA/D変換信号xnp,nr,lと目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndを伝達する。また、送信機１からはビート信号を生成するための参照信号xs1,…, xsNrが伝達される。A/D変換信号xnp,nr,lはモノパルス用受信ビーム形成２０に伝達される。モノパルス用受信ビーム形成２０ではビーム番号〜nbに対応する方向に隣接する２つのビーム（ビーム１とビーム２）を生成する。ビーム１を生成するための重みをwb1lとしてビーム１信号xb1np,nrを次式２により生成する。
【００４２】
【数２】
2014185872.tif 000004
【００４３】
ビーム１信号xb1np,nrは超分解能測距処理２３のパルスヒット方向FFT１８に伝達される。パルスヒット方向FFT１８では、ビーム１信号xb11,nr,…, xb1Np,nrにFFTを施して生成したパルスヒット方向FFT信号xd1,nr,…xdNd,nrをデシメーション処理２１に伝達する。また、参照信号xsnrもデシメーション処理２１に伝達される。図７はデシメーション処理２１の内部構成を表している。パルスヒット方向FFT信号xd〜ｎd,nrと参照信号xsnrにはそれぞれFFT２７が施され、それぞれ変調帯域幅の成分に限定したFFT信号xdf〜ｎd,nｆ、xsfnｆ（1≦nf≦Nf）が生成される。FFT信号xdf〜ｎd,nｆ、xsfnｆは除算処理２８に伝達され、次式（３）により除算信号xj〜ｎd,nfが生成される。
【００４４】
【数３】
2014185872.tif 000005
【００４５】
除算信号xj〜ｎd,nfは区分DFT２９に伝達される。区分DFT２９では次式により複数の目標信号成分が混信している〜nrレンジビンに対応するビート周波数近辺の周波数成分が通過するフィルタ処理を行う。具体的には次式（４）で表される処理を行う。次式（４）でM’は領域の分割数、τ〜nrはレンジビン〜nｙの目標に対する時間遅延、Δｆは隣接する周波数の差を表している。図８は区分DFT２９の信号の分割と積分処理の状況を表している。
【００４６】
【数４】
2014185872.tif 000006
【００４７】
デシメーション信号yd〜ｎd,mは測距用MUSIC処理２２に伝達される。図９は測距用MUSIC処理２２の内部構成を表している。デシメーション信号yd〜ｎd,mは相関行列生成３０に伝達される。相関行列生成３０では次式（５）により相関行列R’を生成する。
【００４８】
【数５】
2014185872.tif 000007
【００４９】
次に、相関行列生成３０は空間スムージング処理を行う。まず次式（６）で表される相関行列R’の部分行列R’nを（1≦n≦M’-M+1）生成する。Mは空間スムージング処理後の相関行列の次元を表している。また、M’-M+1は目標数K以上とする。
【００５０】
【数６】
2014185872.tif 000008
【００５１】
次に、相関行列生成３０は次式（７）により空間スムージングした相関行列Rを算出する。
【００５２】
【数７】
2014185872.tif 000009
【００５３】
相関行列Rは固有値解析３１に伝達される。固有値解析３１では相関行列Rの固有値とその固有値に対応する固有ベクトルを算出する。算出された固有値をev1, ev2, …, evM（ev1 > ev2 > … > evM）とし、固有値evm(1 ≦ m ≦ M)に対応する固有ベクトルをemとする。固有ベクトルemは測距用ピーク検出３２に伝達される。測距用ピーク検出３２では、次式（８）により距離rに関する評価関数I(r)を算出する。次式（８）でcは光速、Bfは送受信帯域幅、rは目標距離を表している。
【００５４】
【数８】
2014185872.tif 000010
【００５５】
次に、測距用ピーク検出３２は、各目標に対応する評価関数I(r)のピークを探索する。k番目目標に対応するピークを発生するパラメータrを暫定測距値〜ｒ1、kとする。暫定測距値〜ｒ1、kは高精度測角用シグナルコピー２４と測距値算出２５に伝達される。高精度測角用シグナルコピー２４では、次式（９）により目標信号成分を再構成する。
【００５６】
【数９】
2014185872.tif 000011
【００５７】
ベクトル〜s1の成分〜s1,1,…,〜s1,Kは各目標の再構成信号となっている。高精度測角用シグナルコピー２４は目標信号成分推定値〜s1,1,…,〜s1,Kをモノパルス測角２６に伝達する。
【００５８】
上記ビーム１信号と同様にして、ビーム２の出力信号（ビーム♯２受信信号）であるビーム２信号が超分解能測距処理２３に伝達され、超分解能測距処理２３から暫定測距値〜ｒ2,Kが出力される。暫定測距値〜ｒ2,Kは測距値算出２５と高精度測角用シグナルコピー２４に伝達される。高精度測角用シグナルコピー２４からは目標信号成分推定値〜s2,1,…,〜s2,Kを算出しモノパルス測角２６に伝達する。測距値算出２５では、暫定測距値〜ｒ1,k、〜ｒ2,kの平均値（〜ｒ1,k＋〜ｒ2,k）/２を測距値〜ｒkとして出力する。測距値〜ｒkは追尾処理部１５に伝達される。モノパルス測角２６では、目標信号成分推定値〜s1,kと〜s2,kを用いてモノパルス測角する。具体的にはk番目の目標信号成分に関する次式（１０）のΔ/Σkを算出する。
【００５９】
【数１０】
2014185872.tif 000012
【００６０】
Δ/Σkと目標反射波入射角度の対応関係によりk番目目標の測角値を算出する。k番目目標の測角値を〜θｋとする。測角値〜θｋと測距値〜ｒkは追尾処理部１５に伝達される。追尾処理部１５では、測角値〜θｋと測距値〜ｒkを用いて図１９で説明したように追尾処理を行う。
【００６１】
次に、超分解能処理選択部１０により超分解能測角及び高精度測距処理部１３が選択された場合、切換スイッチ１１は超分解能測角及び高精度測距処理部１３にA/D変換信号xnp,nr,lとビーム番号〜ｎb、レンジビン〜ｎr、ドップラービン〜ｎdを伝達する。また、送信機１からは参照信号xs1,…, xsNrが伝達される。
図４の超分解能測角及び高精度測距処理部１３において、パルス圧縮１７では切換スイッチ１１から伝達されるA/D変換信号xnp,1,l, … , xnp,Nr,lについてそれぞれパルス圧縮処理が施され、そのパルス圧縮信号xcnp,1,l, … , xcnp,Nr,lがそれぞれパルスヒット方向FFT１８に伝達される。パルスヒット方向FFT１８でパルス圧縮信号xc1,nr,l, … , xcNp,nr,lにパルスヒット方向FFT処理が施されパルスヒット方向FFT信号xd1,nr,l, … , xdNd,nr,lが求まる。パルスヒット方向FFT信号xdnd,nr,l, … , xdNd,nr,lは測角用MUSIC処理３３に伝達される。測角用MUSIC処理３３では、パルスヒット方向FFT信号xdnd,nr,l, … , xdNd,nr,lのドップラービン〜ｎｄ、レンジビン〜ｎrの信号xd〜nd,〜nr,l, … , xd〜nd,〜nr,Lに関してMUSIC処理を施す。
【００６２】
測角用MUSIC処理３３でも測距用MUSIC処理２２と同様にして相関行列生成３０、固有値解析３１が行われ、測角用ピーク検出３４に固有ベクトルが伝達される。測角用ピーク検出３４では、次式（１１）で表されるステアリングベクトルを使用してピークを探索する。次式（１１）でθは目標反射波の入射角度、dは素子間隔、λは送信波長、Mは空間スムージング後の相関行列の次元をそれぞれ表しており、入射角度θを変化させてピークを探索する。
【００６３】
【数１１】
2014185872.tif 000013
【００６４】
測角用MUSIC処理３３でk番目目標の測角値〜θｋが求まり高精度測距用シグナルコピー３５に伝達される。また、A/D変換信号x1,nr,l, …, xNp,nr,l に関してパルスヒット方向FFTを施したパルスヒット方向FFT信号xd’1,nr,l, …, xd’Nd,nr,lも伝達される。高精度測距用シグナルコピー３５では、xd’〜nd,nr,l, …, xd’〜nd,nr,Lを用いて次式（１２）により再構成信号をレンジビンnrごとに生成する。
【００６５】
【数１２】
2014185872.tif 000014
【００６６】
k番目目標に関する再構成信号〜s1,k,…, 〜sNr,kと参照信号xs1,…, xsNrの相関をとりビート信号〜s1,kxs1＊,…, 〜sNr,kxsNr＊を生成する。零詰め補間したビート信号にFFTを施すことにより高精度な測距値〜ｒkを求める。各目標の測角値〜θkと測距値〜ｒkは追尾処理部１５に伝達される。
【００６７】
次に、超分解能処理選択部１０で超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４が選択された場合、切換スイッチ１１は超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４にA/D変換信号xnp,nr,lとビーム番号〜nb、レンジビン〜nｒ、ドップラービン〜nｄを伝達する。また、送信機１からはビート信号を生成するための参照信号xs1,…, xsNrが伝達される。図５は超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４の内部構成を表している。A/D変換信号xnp,nr,1, … , xnp,nr,Lが受信ビーム形成１６と高精度測角及び測距用シグナルコピー３９に伝達される。受信ビーム形成１６はビーム番号〜nbの受信ビームxbnp,1,〜nb,…, xbnp,Nr,〜nbが出力される。受信ビーム信号xbnp,1,〜nb,…, xbnp,Nr,〜nbはパルス圧縮１７と高精度測角及び測距用シグナルコピー３９に伝達される。また、パルス圧縮１７からはパルス圧縮信号xcnp,1,〜nb,…, xcnp,Nr,〜nbが伝達される。
【００６８】
図１１は測速度用MUSIC処理３７の内部構成を表している。測速度用MUSIC処理３７は測距用MUSIC処理２２と同様に、相関行列生成３０、固有値解析３１の各処理が行われ、測速度用ピーク検出３８に固有ベクトルが伝達される。測速度用ピーク検出３５では、次式（１３）で表されるステアリングベクトルa（v）を使用してピークを探索する。次式（１３）でvは速度、cは光速、fsは送信周波数をそれぞれ表しており、速度vを変化させることによりピークを探索する。
【００６９】
【数１３】
2014185872.tif 000015
【００７０】
測速度用MUSIC処理３７では、k番目目標の測速度値〜ｖｋが算出され、高精度測角及び測距用シグナルコピー３９に伝達される。また、A/D変換信号xnp,nr,l, … , xnp,nr,Lも伝達される。高精度測角及び測距用シグナルコピー３９では、x1,nr,l, … , xNd,nr,ｌを用いて次式（１４）により再構成信号を生成する。
【００７１】
【数１４】
2014185872.tif 000016
【００７２】
再構成信号ベクトル〜snr,lは高精度測角及び測距処理４０に伝達される。高精度測角及び測距処理４０では、まずk番目目標に関する再構成信号〜s1,ｌ,k, … , 〜sNr,ｌ,kと参照信号の相関をとりビート信号〜sb1,ｌ,k, … , 〜sbNr,ｌ,kを生成する。このときビート信号〜sbnr,ｌ,kはk番目目標信号成分の素子アンテナ番号lとレンジビン番号nrに関する２次元データとなっている。そこでビート信号〜sbnr,ｌ,kに零詰め補間を用いた２次元FFTを施し高精度な測角値〜θkと測距値〜rkを算出する。測角値〜θkと測距値〜rkは追尾処理部１５に伝達される。
【００７３】
以上説明したとおり、実施の形態１によるレーダ装置は、目標に向けて電波を送信する電波送信手段と、上記目標で反射した電波を受信する電波受信手段と、角度方向、距離方向、速度方向にそれぞれ目標数推定処理を施し目標数を推定できたと判断できる計測量に関して超分解能処理を行い、当該計測値を基に測角値及び測距値を求めて近接目標を分離する超分解能測距及び測角手段と、上記超分解能測距及び測角手段の測角値及び測距値を基に、各目標に関する追尾処理を行う追尾処理部１５からなる追尾手段を備える。上記電波送信手段は、チャープ変調された信号を生成する送信機１と、電波を所定の方向に送信する送信アンテナ２から構成される。また、上記電波受信手段は、目標で反射した電波を受信する受信アンテナ３と、上記受信アンテナ３の受信信号に帯域制限、位相検波を施す受信機４と、上記受信機４の出力信号をサンプリングしてディジタル信号を生成するA/D変換器５と、上記A/D変換器５のA/D変換信号より受信ビームを形成しビーム方向の受信信号を出力する受信ビーム形成１６から構成される。
【００７４】
また、上記超分解能測距及び測角手段は、目標の存在方向を開口長から定まるビーム幅の精度、目標距離を送受信帯域幅から定まる距離分解能の精度、目標速度を観測時間長から定まる速度分解能の精度で計測する粗計測処理部６と、超分解能測距を行うことを想定して生成した相関行列の固有値を基に目標数を推定する測距用目標数推定部７と、超分解能測角処理を行うことを想定して生成した相関行列の固有値を基に目標数を推定する測角用目標数推定部８と、超分解能測速度処理を行うことを想定して生成した相関行列の固有値を基に目標数を推定する測速度用目標数推定部９と、上記測距用目標数推定部７の目標数推定結果、上記測角用目標数推定部８の目標数推定結果、上記測速度用目標数推定部９の目標数推定結果に基いて、超分解能処理を選択する超分解能処理選択部１０と、上記超分解能処理選択部１０で選択された超分解能処理に上記目標数と上記A/D変換信号を伝達する切換スイッチ１１と、超分解能測距を行い、測距値を基に再構成した目標信号成分を用いて高精度測角を行う超分解能測距及び高精度測角処理部１２と、超分解能測角を行い、測角値を基に再構成した目標信号成分を用いて高精度測距を行う超分解能測角及び高精度測距処理部１３と、超分解能測速度を行い、測速度値を基に再構成した目標信号成分を用いて高精度測角及び測距を行う超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４から構成される。上記粗計測処理部６は、所定の方向にビームを形成する受信ビーム形成１６の信号を用いて、目標の存在するレンジビンに目標信号成分を積み上げるパルス圧縮１７と、目標信号の信号対雑音電力比を改善しドップラー周波数を求めるパルスヒット方向FFT１８と、雑音を目標信号と誤る誤警報確率を基準に定められたスレッショルドを用いて目標信号を検出しその測角値と測距値を出力する目標検出処理１９から構成される。
【００７５】
これにより、目標数を推定できた超分解能処理を選択することで、高精度な超分解能推定ができ、さらに超分解能推定結果を基に再構成した目標信号成分を用いて高精度推定することによって、より高精度な測角値及び測距値が得られる。また、超分解能測距、超分解能測角、超分解能測速度の中から最も高い超分解能計測精度が期待できる処理を、それぞれの超分解能処理の過程で行われる目標数推定処理の結果を鑑みて選択することができる。さらに、再構成した目標信号成分による高精度計測も併用して、測角値・測距値の高精度化を図ることができる。
【００７６】
なお、上記説明では、超分解能測距及び高精度測角処理１２、超分解能測角及び高精度測距処理１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４にＭＵＳＩＣを用いた例について説明したが、超分解能測速度処理にＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance. Techniques）を用いても良く、これにより処理の高速化が図れる。
【００７７】
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、図を用いて説明する。図１２は実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示す図である。図１２において、実施の形態２に係るレーダ装置は、送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９、多数決型超分解能処理選択部４１、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５から構成される。送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５は、図１で説明した実施の形態１のレーダ装置と同じである。
【００７８】
実施の形態２によるレーダ装置は、実施の形態１の超分解能処理選択部１０の代わりに、多数決型超分解能処理選択部４１を備えたことを特徴とする。実施の形態２の多数決型超分解能処理選択部４１は、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９でそれぞれ推定された目標数を比較し、多数決により目標数を推定する。
【００７９】
次に動作について説明する。送信機１と送信アンテナ２から電波が送信され、目標に反射した電波が受信アンテナ３で受信される。以降の受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９は実施の形態１と同様に動作する。実施の形態２による測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９でそれぞれ推定された目標数は、多数決型超分解能処理選択部４１に伝達される。多数決型超分解能処理選択部４１は、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９でそれぞれ推定された目標数の多数決を取ることにより目標数を推定する。この多数決により推定した目標数と、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９でそれぞれ推定された目標数とを比較し、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９のうち、最も値が近いもしくは最も相関性が高い等の何らかの高い評価値を与える目標数推定処理に対応した超分解能処理を選択し、切換スイッチ１１が選択する超分解能処理を設定する。
【００８０】
例えば、測距用目標数推定部７の評価値が最も高ければ、切換スイッチ１１にて超分解能測距及び高精度測角処理部１２を選択して、A/D変換信号xnp,nr,l及び目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndを超分解能測距及び高精度測角処理部１２に出力する。測角用目標数推定部８の評価値が最も高ければ、切換スイッチ１１にて超分解能測角及び高精度測距処理部１３を選択して、A/D変換信号xnp,nr,l及び目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndを超分解能測角及び高精度測距処理部１３に出力する。測速度用目標数推定部９の評価値が最も高ければ、切換スイッチ１１にて超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４を選択して、A/D変換信号xnp,nr,l及び目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndを超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４に出力する。切換スイッチ１１は、超分解能測距及び高精度測角処理１２にA/D変換信号xnp,nr,lと目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndを伝達する。以降の超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５は、実施の形態１と同様に動作し、追尾処理部１５により各目標の測距値及び測角値が求まる。
【００８１】
以上説明した通り、実施の形態２によるレーダ装置は、多数決型超分解能処理選択部４１を用いて多数決により目標数を推定するので、高い目標数推定精度が得られて測距及び測角精度が改善する。
【００８２】
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、図を用いて説明する。図１３は実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示す図である。図１３において、実施の形態３に係るレーダ装置は、送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９、最大値選択型超分解能処理選択部４２、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５から構成される。送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５は、図１、図１２で説明した実施の形態１、２のレーダ装置と同じである。
【００８３】
実施の形態３によるレーダ装置は、実施の形態１の超分解能処理選択部１０の代わりに、最大値選択型超分解能処理選択部４２を備えたことを特徴とする。実施の形態３の最大値選択型超分解能処理選択部４２は、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９でそれぞれ推定された目標数を比較し、最も大きい値を推定した目標数推定処理に対応する超分解能処理を、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４の中から選択する。
【００８４】
次に動作について説明する。送信機１と送信アンテナ２から電波が送信され、目標に反射した電波が受信アンテナ３で受信される。以降の受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９は実施の形態１、２と同様に動作する。実施の形態３による測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９でそれぞれ推定された目標数は、最大値選択型超分解能処理選択部４２に伝達される。最大値選択型超分解能処理選択部４２は、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９でそれぞれ推定された目標数の中で、最も多い値を取る目標数を推定した目標数推定処理に対応する超分解能処理を、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４の中から選択し、選択した超分解能処理を切換スイッチ１１に出力する。
【００８５】
切換スイッチ１１は、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４の中から、最大値選択型超分解能処理選択部４２により選択された超分解能処理に対して、A/D変換信号xnp,nr,lと目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndを伝達する。以降の超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５は、実施の形態１と同様に動作し、追尾処理部１５により各目標の測距値及び測角値が求まる。
【００８６】
以上説明した通り、実施の形態３によるレーダ装置は、最大値選択型超分解能処理選択部４２により最も大きい目標数を目標数推定値とするので、目標信号の混信に起因する測距及び測角精度の劣化を防止できる。
【００８７】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るレーダ装置について、図を用いて説明する。図１４は実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示す図である。図１４において、実施の形態４に係るレーダ装置は、送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９、中央値選択型超分解能処理選択部４３、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５から構成される。送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５は、図１、図１２、図１３で説明した実施の形態１、２、３のレーダ装置と同じである。
【００８８】
実施の形態４によるレーダ装置は、実施の形態１の超分解能処理選択部１０の代わりに、中央値選択型超分解能処理選択部４３を備えたことを特徴とする。実施の形態４の中央値選択型超分解能処理選択部４３は、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９でそれぞれ推定された目標数を比較し、中央の値を取る目標数を推定した目標数推定処理に対応する超分解能処理を、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４の中から選択する。
【００８９】
次に動作について説明する。送信機１と送信アンテナ２から電波が送信され、目標に反射した電波が受信アンテナ３で受信される。以降の受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９は実施の形態１、２、３と同様に動作する。実施の形態４による測距用目標数推定部７、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９でそれぞれ推定された目標数は、中央値選択型超分解能処理選択部４３に伝達される。中央値選択型超分解能処理選択部４３は、中央の値を取る目標数を推定した目標数推定処理に対応する超分解能処理を、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４の中から選択し、選択した超分解能処理を切換スイッチ１１に出力する。
【００９０】
切換スイッチ１１は、超分解能測距及び高精度測角処理１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４の中から、中央値選択型超分解能処理選択部４３により選択された超分解能処理に対して、A/D変換信号xnp,nr,lと目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndを伝達する。以降の超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５は、実施の形態１と同様に動作し、追尾処理部１５により各目標の測距値及び測角値が求まる。
【００９１】
以上説明した通り、実施の形態４によるレーダ装置は、中央値選択型超分解能処理選択部４３により中央値を取る目標数を推定した目標数推定処理に対応する超分解能処理を選択することによって、過渡に多くの目標数推定が推定される状況が発生してもその影響を小さく抑えることができ、測距及び測角精度の劣化を防止することができる。
【００９２】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るレーダ装置について、図を用いて説明する。図１５は実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示す図である。図１５において、実施の形態５に係るレーダ装置は、送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、SIGNED型測角用目標数推定部４４、測速度用目標数推定部９、超分解能処理選択１０、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５から構成される。送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測速度用目標数推定部９、超分解能処理選択１０、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５は、図１で説明した実施の形態１のレーダ装置と同じである。
【００９３】
実施の形態５によるレーダ装置は、実施の形態１の測角用目標数推定部８の代わりに、SIGNED型測角用目標数推定部４４を備えたことを特徴とする。実施の形態５のSIGNED型測角用目標数推定部４４は、デシメーション出力信号の信号間の相関を表す相関行列の目標信号成分に対応する固有ベクトルとデシメーション出力信号を成分とするベクトルの内積値をパルスヒット方向にコヒーレント積分した後、ＡＩＣまたはＭＤＬを評価基準として目標数を推定する。このSIGNED型測角用目標数推定部は、例えば「高橋，平田，真庭，”固有ビームとパルスドップラーフィルタによるレーダ目標数推定方式”，電子情報通信学会論文誌，Vol. J94-B, No.4, pp.629-636 April 2011」に開示された方法に従い、目標数の推定を行う。
【００９４】
次に動作について説明する。送信機１と送信アンテナ２から電波が送信され、目標に反射した電波が受信アンテナ３で受信される。以降の受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測距用目標数推定部７、測速度用目標数推定部９、超分解能処理選択１０、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５は実施の形態１と同様に動作する。実施の形態５によるSIGNED型測距用目標数推定部４４は、粗計測処理部６からA/D変換信号xnp,nr,lと目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndが入力する。SIGNED型測距用目標数推定部４４は、各A/D変換信号xnp,nr,lに対応した固有ビーム出力信号をパルスヒット方向にコヒーレント積分することで生成した信号を用いて、実施の形態１と同様に目標数を推定する。
【００９５】
以上説明した通り、実施の形態５によるレーダ装置は、SIGNED型測距用目標数推定部４４を備えることで、固有ビーム出力信号をパルスヒット方向にコヒーレント積分する効果でＳ／Ｎが改善され、測角値と測距値の精度向上が期待できる。
【００９６】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係るレーダ装置について、図を用いて説明する。図１６は実施の形態６に係るレーダ装置の構成を示す図である。図１６において、実施の形態６に係るレーダ装置は、送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、SIGNED型測距用目標数推定部４５、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９、超分解能処理選択１０、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５から構成される。送信機１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９、超分解能処理選択１０、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５は、図１で説明した実施の形態１のレーダ装置と同じである。
【００９７】
実施の形態６によるレーダ装置は、実施の形態１の測距用目標数推定部７の代わりに、SIGNED型測距用目標数推定部４５を備えたことを特徴とする。実施の形態６のSIGNED型測距用目標数推定部４５は、SIGNED型測角用目標数推定処理と同じ原理を超分解能測距処理の場合に適用して目標数を指定する。
【００９８】
次に動作について説明する。送信機１と送信アンテナ２から電波が送信され、目標に反射した電波が受信アンテナ３で受信される。以降の受信機４、A/D変換器５、粗計測処理部６、測角用目標数推定部８、測速度用目標数推定部９、超分解能処理選択１０、切換スイッチ１１、超分解能測距及び高精度測角処理部１２、超分解能測角及び高精度測距処理部１３、超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部１４、追尾処理部１５は実施の形態１と同様に動作する。実施の形態５によるSIGNED型測距用目標数推定部４５は、粗計測処理部６からA/D変換信号xnp,nr,lと目標信号の検出されたビーム番号〜nb、レンジビン〜nr、ドップラービン〜ndが入力する。SIGNED型測距用目標数推定部４５は、各A/D変換信号xnp,nr,lに対応した固有ビーム出力信号をパルスヒット方向にコヒーレント積分することで生成した信号を用いて、実施の形態１と同様に目標数を推定する。
【００９９】
以上説明した通り、実施の形態６によるレーダ装置は、SIGNED型測距用目標数推定部４５を備えることで、固有ビーム出力信号をパルスヒット方向にコヒーレント積分する効果でＳ／Ｎが改善され、測角値と測距値の精度向上が期待できる。
【符号の説明】
【０１００】
１  送信機、２  送信アンテナ、３  受信アンテナ、４  受信機、５  A/D変換器、６  粗計測処理部、７  測距用目標数推定部、８  測角用目標数推定部、９  測速度用目標数推定部、１０  超分解能処理選択部、１１  切換スイッチ、１２  超分解能測距及び高精度測角処理部、１３  超分解能測角及び高精度測距処理部、１４  超分解能測速度及び高精度測角及び測距処理部、１５  追尾処理部、１６  受信ビーム形成、１７  パルス圧縮、１８  パルスヒット方向FFT、１９  目標検出処理、２０  モノパルス用受信ビーム形成、２１  デシメーション、２２  測距用MUSIC処理、２３  超分解能測距処理、２４  高精度測角用シグナルコピー、２５  測距値算出、２６  モノパルス測角、２７  FFT、２８  除算処理、２９  区分DFT、３０  相関行列生成、３１  固有値解析、３２  測距用ピーク検出、３３  測角用MUSIC処理、３４  測角用ピーク検出、３５  高精度測距用シグナルコピー、３６  高精度測距処理、３７  測速度用MUSIC処理、３８  測速度用ピーク検出、３９  高精度測角及び測距用シグナルコピー、４０  高精度測角及び測距処理、４１  多数決型超分解能測距処理部、４２  最大値選択型超分解能測距処理部、４３  中央値選択型超分解能測距処理部、４４  SIGNED型測角用目標数推定部、４５  SIGNED型測距用目標数推定部。
【図１】
2014185872.tif 000017
【図２】
2014185872.tif 000018
【図３】
2014185872.tif 000019
【図４】
2014185872.tif 000020
【図５】
2014185872.tif 000021
【図６】
2014185872.tif 000022
【図７】
2014185872.tif 000023
【図８】
2014185872.tif 000024
【図９】
2014185872.tif 000025
【図１０】
2014185872.tif 000026
【図１１】
2014185872.tif 000027
【図１２】
2014185872.tif 000028
【図１３】
2014185872.tif 000029
【図１４】
2014185872.tif 000030
【図１５】
2014185872.tif 000031
【図１６】
2014185872.tif 000032
【図１７】
2014185872.tif 000033
【図１８】
2014185872.tif 000034
【図１９】
2014185872.tif 000035