(57)【要約】【課題】振幅の異なる反射点を含む目標信号に対しても正しい目標距離差を推定可能とする。【解決手段】目標距離差推定手段４は、任意の目標距離差を用いて目標ビデオ信号間の空間スペクトル信号の共分散行列を算出し、当該共分散行列の固有値スペクトルの広がりを自己情報量を指標として評価し、当該評価が最大となる目標距離差を推定値とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標を観測してビデオ信号を得る基準レーダと、
前記基準レーダとは異なる位置に配置され、前記目標を観測してビデオ信号を得る１つ以上の補正レーダと、
前記基準レーダおよび前記補正レーダにより取得されたビデオ信号から目標信号の存在するレンジビンを検出し、当該レンジビン内のビデオ信号を目標ビデオ信号として抽出する目標検出手段と、
前記目標検出手段により抽出された前記基準レーダおよび前記補正レーダの目標ビデオ信号間の目標距離差を推定する目標距離差推定手段と、
前記目標距離差推定手段により推定された目標距離差に基づいて、前記目標検出手段により抽出された前記補正レーダの目標ビデオ信号を補正する目標距離差補正手段と、
前記目標検出手段により抽出された前記基準レーダの目標ビデオ信号および前記目標距離差補正手段により補正された前記補正レーダの目標ビデオ信号を用い、合成帯域処理を行う合成帯域処理手段とを備え、
前記目標距離差推定手段は、任意の目標距離差を用いて前記目標ビデオ信号間の空間スペクトル信号の共分散行列を算出し、当該共分散行列の固有値スペクトルの広がりを自己情報量を指標として評価し、当該評価が最大となる目標距離差を推定値とする
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記目標検出手段により抽出された前記基準レーダの目標ビデオ信号および前記目標距離差補正手段により補正された前記補正レーダの目標ビデオ信号の位相差を推定する位相差推定手段と、
前記位相差推定手段により推定された位相差に基づいて、前記目標距離差補正手段により補正された前記補正レーダの目標ビデオ信号の位相を補正する位相差補正手段とを備え、
前記合成帯域処理手段は、前記目標距離差補正手段に代えて前記位相差補正手段により補正された前記補正レーダの目標ビデオ信号を用いる
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記目標検出手段により抽出された前記基準レーダの目標ビデオ信号および前記目標距離差補正手段により補正された前記補正レーダの目標ビデオ信号の振幅比を推定する振幅比推定手段と、
前記振幅比推定手段により推定された振幅比に基づいて、前記目標距離差補正手段により補正された前記補正レーダの目標ビデオ信号の振幅を補正する振幅比補正手段とを備え、
前記合成帯域処理手段は、前記目標距離差補正手段に代えて前記振幅比補正手段により補正された前記補正レーダの目標ビデオ信号を用いる
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記目標検出手段により抽出された前記基準レーダの目標ビデオ信号および前記目標距離差補正手段により補正された前記補正レーダの目標ビデオ信号の振幅比および位相差を推定する振幅比・位相差推定手段と、
前記振幅比・位相差推定手段により推定された振幅比および位相差に基づいて、前記目標距離差補正手段により補正された前記補正レーダの目標ビデオ信号の振幅および位相を補正する振幅比・位相差補正手段とを備え、
前記合成帯域処理手段は、前記目標距離差補正手段に代えて前記振幅比・位相差補正手段により補正された前記補正レーダの目標ビデオ信号を用いる
ことを特徴とする請求項１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、送信帯域の異なる複数レーダを協調することでレーダの距離分解能を向上するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
距離分解能はレーダの主諸元の１つである。距離分解能は送信信号の帯域幅によって制限され、広帯域化により向上することが可能である。しかし、より低コストで柔軟なシステム構築を目指すために、送信帯域の異なる複数のレーダを用い、これらの信号を合成することで広帯域化を実現する方式も開発されている。この方式の実現には、レーダ間受信信号の高精度な補正技術が必須となる。例えば非特許文献１では、異なる位置に配置された２台のレーダ受信信号スペクトルからレーダ間の目標距離差を推定し、これを補正する手法が提案されている。
【０００３】
具体的には、空間スムージング法により２台のレーダ受信信号の空間スペクトルを表現し、共分散行列を推定する。そして、目標距離差に応じて変動する共分散行列の固有値スペクトルの広がりについて情報エントロピーを用いることで評価し、これが最小となるように受信信号を補正することで信号合成を可能としている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】２０１０年電シ情報通信学Ｅ会ソサイエティ大会講演論文集  ２０１０年通信（１），ｐｐ．２６４，Ｂ−２−２８  送信帯域の異なる複数レーダの信号合成による高分解能化のためのレジストレーション方式， 諏訪他
【非特許文献２】関根  松夫  著，「レーダ信号処理技術」第７刷，電子情報通信学会，ｐ．９６，平成２２年６月１０日発行
【非特許文献３】Ｄｏｎａｌｄ  Ｒ．Ｗｅｈｎｅｒ著，“Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｒａｄａｒ”，Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ，Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｃｈａｐｔｅｒ  ５，１９７頁〜第２３７頁，１９９４年９月発行
【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、非特許文献１に開示されるような従来技術では、目標反射点間の振幅値が等しいことを前提としており、振幅の異なる反射点を含む目標信号に対しては正しく目標距離差が推定できないという課題があった。
また、受信信号が雑音を含む低Ｓ／Ｎ環境の場合についても同様に、正しい目標距離差を推定できないという課題があった。
さらに、レーダ受信信号間で目標信号の振幅値が異なる場合、目標距離差は推定できるが合成信号のレンジプロファイルの距離分解能が低下するという課題があった。
【０００６】
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、振幅の異なる反射点を含む目標信号に対しても正しい目標距離差を推定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】
【０００７】
この発明に係るレーダ装置は、目標を観測してビデオ信号を得る基準レーダと、基準レーダとは異なる位置に配置され、目標を観測してビデオ信号を得る１つ以上の補正レーダと、基準レーダおよび補正レーダにより取得されたビデオ信号から目標信号の存在するレンジビンを検出し、当該レンジビン内のビデオ信号を目標ビデオ信号として抽出する目標検出手段と、目標検出手段により抽出された基準レーダおよび補正レーダの目標ビデオ信号間の目標距離差を推定する目標距離差推定手段と、目標距離差推定手段により推定された目標距離差に基づいて、目標検出手段により抽出された補正レーダの目標ビデオ信号を補正する目標距離差補正手段と、目標検出手段により抽出された基準レーダの目標ビデオ信号および目標距離差補正手段により補正された補正レーダの目標ビデオ信号を用い、合成帯域処理を行う合成帯域処理手段とを備え、目標距離差推定手段は、任意の目標距離差を用いて目標ビデオ信号間の空間スペクトル信号の共分散行列を算出し、当該共分散行列の固有値スペクトルの広がりを自己情報量を指標として評価し、当該評価が最大となる目標距離差を推定値とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、上記のように構成したので、振幅の異なる反射点を含む目標信号に対しても正しい目標距離差を推定可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の観測ジオメトリを示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるレーダ波送受信手段のパルス送信パターンを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１における両レーダの目標ビデオ信号における空間スペクトル信号の概念を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１における目標距離差推定手段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における観測目標が同一振幅の２反射点を持つ場合での、目標距離差と各固有値の大きさの関係を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１における観測目標が同一振幅の２反射点を持つ場合での、目標距離差と各選択情報量の期待値の総和の関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１における観測目標が振幅の異なる２反射点を持つ場合での、目標距離差と各固有値の大きさの関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１における観測目標が振幅の異なる２反射点を持つ場合での、目標距離差と各選択情報量の期待値の総和の関係を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１における観測目標が振幅の異なる２反射点を持つ場合での、目標距離差と選択情報量の総和の関係を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１における同一振幅の２反射点を持つ目標信号に対し合成帯域処理によるレンジプロファイルを得た結果を説明する図である。
【図１２】この発明の実施の形態１における振幅の異なる２反射点を持つ目標信号に対し合成帯域処理によるレンジプロファイルを得た結果を説明する図である。
【図１３】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図である。
【図１４】この発明の実施の形態２における目標距離差補正手段により目標距離差を一致させた基準レーダの目標ビデオ信号および距離差補正ビデオ信号の合成ビデオ信号を説明する概念図である。
【図１５】この発明の実施の形態２における位相差推定手段の動作を示すフローチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態２における雑音を含む目標信号に対し合成帯域処理によるレンジプロファイルを得た結果を説明する図である。
【図１７】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図である。
【図１８】この発明の実施の形態３における目標距離差補正手段により目標距離差を一致させた基準レーダの目標ビデオ信号および距離差補正ビデオ信号の合成ビデオ信号を説明する概念図である。
【図１９】この発明の実施の形態３における振幅比推定手段の動作を示すフローチャートである。
【図２０】この発明の実施の形態３におけるレーダ間で受信振幅が異なる目標信号に対し合成帯域処理によるレンジプロファイルを得た結果を説明する図である。
【図２１】この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態４における振幅比・位相差推定手段の動作を示すフローチャートである。
【図２３】この発明の実施の形態４における雑音を含みかつレーダ間で受信振幅が異なる目標信号に対し合成帯域処理によるレンジプロファイルを得た結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置の観測ジオメトリを示す説明図である。
このレーダ装置では、図１に示すように、異なる位置に設置された２つのレーダの送受信アンテナ１ａ，１ｂから目標５０を観測することを想定している。さらに、送受信アンテナ１ａ，１ｂ間の距離に比して、目標５０と２つの送受信アンテナ１ａ，１ｂ間の距離が十分に大きく、各送受信アンテナ１ａ，１ｂから見た目標５０の反射点間距離がほぼ一致することを想定している。なお、図１に示す目標５０上の黒丸は目標反射点を表している。
【００１１】
図２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図である。以下各構成要素の機能について簡単に説明する。
レーダ装置は、図２に示すように、送受信アンテナ１ａ，１ｂ、レーダ波送受信手段２ａ，２ｂ、目標信号検出手段３ａ，３ｂ、目標距離差推定手段４、目標距離差補正手段５および合成帯域処理手段６から構成されている。
【００１２】
レーダ波送受信手段２ａ，２ｂは、送受信アンテナ１ａ，１ｂを用いて異なる周波数帯域で目標を観測する第１，２レーダを構成するものである。レーダ波送受信手段２ａ，２ｂでは、パルス毎に送信周波数をステップ状に変化させて送信し、パルス繰り返し周期ＴＰＲＩ内の受信信号に対して送信信号と同じ周波数でダウンコンバートを行い、ビデオ信号を得る。このレーダ波送受信手段２ａ，２ｂにより取得されたビデオ信号は対応する目標信号検出手段３ａ，３ｂへそれぞれ出力される。なお、本実施の形態において第１レーダを基準レーダ、第２レーダを補正レーダと称する。
【００１３】
目標信号検出手段３ａ，３ｂは、基準レーダ、補正レーダのレーダ波送受信手段２ａ，２ｂから出力されたビデオ信号から目標信号の存在するレンジビンを検出し、検出したレンジビン内のビデオ信号を目標ビデオ信号として抽出するものである。例えばＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｆａｌｓｅ  Ａｌａｒｍ  Ｒａｔｅ）に基づく包絡線検波処理により目標信号を検出し、検出した目標信号が存在するレンジビン内のビデオ信号を抽出する。ＣＦＡＲに関する文献は、例えば非特許文献２があり、その詳細な説明については省略する。この目標信号検出手段３ａ，３ｂにより抽出された基準レーダおよび補正レーダの目標ビデオ信号は目標距離差推定手段４へ出力される。また、基準レーダの目標ビデオ信号は合成帯域処理手段６へも出力され、補正レーダの目標ビデオ信号は目標距離差補正手段５へも出力される。
【００１４】
目標距離差推定手段４は、目標信号検出手段３ａ，３ｂからそれぞれ出力された基準レーダおよび補正レーダの目標ビデオ信号間の目標距離差を推定するものである。この目標距離差推定手段４により推定された目標距離差（推定目標距離差）は目標距離差補正手段５へ出力される。
【００１５】
目標距離差補正手段５は、目標距離差推定手段４から出力された推定目標距離差を基に目標信号検出手段３ｂから出力された補正レーダの目標ビデオ信号を補正するものである。この目標距離差補正手段５により補正された補正レーダの目標ビデオ信号（距離差補正ビデオ信号）は合成帯域処理手段６へ出力される。
【００１６】
合成帯域処理手段６は、目標距離差補正手段５から出力された距離差補正ビデオ信号および目標信号検出手段３ａから出力された基準レーダの目標ビデオ信号を送信帯域順に結合して合成帯域処理を行い、高分解能レンジプロファイルを得るものである。合成帯域処理とは、取得したビデオ信号について、ステップ状に変化させた周波数方向に逆フーリエ変換し、距離高分解能化する方法である。合成帯域処理に関する文献は、例えば非特許文献３があり、その詳細な説明については省略する。
【００１７】
次に、レーダ波送受信手段２ａ，２ｂのパルス送信パターンを図３に示す。なお、図中の横軸は時間ｔ、縦軸は送信周波数ｆを表す。また、時間方向の１マスがパルス繰り返し周期ＴＰＲＩ、送信周波数方向の１マスがステップ周波数Δｆを表している。なお、図において、基準レーダの送信帯域と補正レーダの送信帯域の割り当ては逆でも良い。
【００１８】
そして、目標信号検出手段３ａから出力されるｎパルス目の基準レーダの目標ビデオ信号は、最小送信周波数をｆ０、反射点数をＰ、基準レーダとｐ番目の反射点間距離をｒ１ｐ、ｐ番目の反射点振幅をａ１ｐとすると、次式（１）で表される。なお、ｎ＝０，１，・・・，ＮＳＢＲ／２−１であり、ＮＳＢＲは２台のレーダで送信するパルス総数すなわち合成帯域数、ｃは高速である。
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【００１９】
また、目標信号検出手段３ｂから出力されるｎパルス目の補正レーダの目標ビデオ信号は、補正レーダで受信したｐ番目の反射点振幅をａ２ｐ、補正レーダとｐ番目の反射点間距離をｒ２ｐとすると、次式（２）で表される。ただし、基準レーダと補正レーダの間に生じる目標距離差はΔｒとし、２ｒ２ｐ＝２（ｒ１ｐ＋Δｒ）である。
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【００２０】
そして、目標距離差推定手段４では、まず、目標信号検出手段３ａ，３ｂから出力された目標ビデオ信号間の空間スペクトル信号について、空間スムージング法を用いて、信号空間を表現する共分散行列Ｒを算出する。
【００２１】
図４に両レーダの目標ビデオ信号における空間スペクトル信号の概念図を示し、未知であるレーダ間目標距離差Δｒを任意の距離で補正したときの共分散行列Ｒ（Δｒ）を次式（３）で表す。ここで、Ｄ（Δｒ）は任意の距離に設定したΔｒを用いて補正レーダの目標ビデオ信号スペクトルを補償するための項であり、ｅｘｐ（ｊ２πｎΔｆ２Δｒ／ｃ）（ｍ＝０，１，…，Ｍ−１）を対角成分とする対角行列である。また、ｖ１，ｋおよびｖ２，ｋは図４中で示した受信信号を要素に持つＭ次元ベクトルであり、Ｈは複素転置を表す。
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【００２２】
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【００２３】
そして、目標距離差推定手段４は、目標距離差の探索範囲を目標距離差Δｒ＝０〜Δｒｍａｘ（レンジビン内最大距離）までの範囲として、自己情報量Ｉ（Δｒ）をそれぞれ算出する。このときのΔｒの変化単位はビデオ信号の位相変化単位でπ／２以内とする。例えばｆ０が３．５ＧＨｚ、Δｆが１ＭＨｚの場合、Δｒの変化単位を０．０１ｍに設定することで位相変化単位をπ／２以内にすることができる。その後、算出した自己情報量が最大となる目標距離差を推定目標距離差として目標距離差補正手段５へ出力する。
【００２４】
次に、目標距離差推定手段４の動作を表すフローチャートを図５に示す。
目標距離差推定手段４の動作では、図５に示すように、まず、式（３）を用いて共分散行列Ｒ（Δｒ）を算出する（ステップＳＴ５１）。次いで、式（４）を用いて、共分散行列Ｒ（Δｒ）の固有値λ（Δｒ）から自己情報量Ｉ（Δｒ）を算出する（ステップＳＴ５２）。以上のステップＳＴ５１，５２の処理を、Δｒを探索範囲内で変動させて繰り返す。
最後に、算出した自己情報量Ｉ（Δｒ）が最大となる目標距離差Δｒｐを求め、推定目標距離差として出力する（ステップＳＴ５３）。
【００２５】
そして、目標距離差補正手段５では、目標距離差推定手段４から出力された推定目標距離差を基に式（２）に示した補正レーダの目標ビデオ信号を下式（５）のように補正し、合成帯域手段６へ出力する。ここで、２ｒ２ｐ＝２（ｒ１ｐ＋Δｒｐ）であるため、補正レーダの目標ビデオ信号が基準レーダの目標ビデオ信号の目標距離に補正される。
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【００２６】
次に、従来技術と本発明の差異を明確にするため、従来技術において固有値スペクトルの広がりの指標として用いる情報エントロピーと、本発明で用いる自己情報量の性質の違いについて説明する。
【００２７】
従来技術においては、固有値スペクトルの広がりが最小となるときに次式（６）で表す情報エントロピーＨ（Δｒ）が最小となることを利用し、Ｈ（Δｒ）が最小となるΔｒｐを探索することで目標距離差を推定している。
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【００２８】
ここで、式（４），（６）中の−ｌｏｇＭＰｍ（Δｒ）は、第ｍ固有値の選択情報量と呼ばれ、固有値スペクトルの自己情報量は式（４）より各固有値の選択情報量の総和で定義される。これに対し、情報エントロピーは式（６）より各固有値の選択情報量の期待値の総和で定義されることがわかる。
【００２９】
まず、図６に、観測目標が同一振幅の２反射点を持つ場合での、目標距離差Δｒと各固有値の大きさの関係を示す。なお、図中の横軸は目標距離差Δｒ、縦軸は固有値の大きさを表している。
この図６に示すように、Δｒが真の目標距離差のとき、各固有値が極値をとり固有値スペクトルの広がりが最も小さくなる。なお、値の降順に第１固有値、第２固有値、・・・、第Ｍ固有値とする。
【００３０】
また、図７に、観測目標が同一振幅の２反射点を持つ場合での、目標距離差Δｒと各選択情報量の期待値の総和の関係を示す。なお、図中の横軸は目標距離差Δｒ、縦軸は選択情報量の期待値を表している。
前記の通り選択情報量期待値の総和は情報エントロピーであるため、図７に示す破線が情報エントロピーの値を表している。そして、目標距離差の真値で補正レーダの目標ビデオ信号を補正した場合に情報エントロピーが最小となることを示している。
【００３１】
一方、図８に、観測目標が振幅の異なる２反射点を持つ場合での、目標距離差Δｒと各固有値の大きさの関係を示す。
この場合、値の大きい第１固有値から順に目標諸元の持つ反射点数分の固有値の極値が目標距離差の真値からずれを生じることがわかっている。
【００３２】
また、図９に、観測目標が振幅の異なる２反射点を持つ場合での、目標距離差Δｒと各選択情報量の期待値の総和の関係を示す。
この図９では、図８で示したように一部の固有値の極値が目標距離差の真値からずれているため、情報エントロピーが最小となるΔｒｐが真の目標距離差と一致しない。
【００３３】
それに対して、図１０に、観測目標が振幅の異なる２反射点を持つ場合での、目標距離差Δｒと選択情報量の総和の関係を示す。
前記の通り選択情報量の総和は、固有値スペクトルの自己情報量である。そして、図１０に示す自己情報量では、図９に示す情報エントロピーとは異なり、選択情報量の総和のうち値の小さい固有値の比率が大きくなる。これは０＜Ｐｍ（Δｒ）＜１であり、式（４）からも明らかなように値の小さい固有値ほど選択情報量が大きくなるためである。このため、反射点間振幅差の影響を受けやすい値の大きい固有値の影響を低減でき、自己情報量が最大となるΔｒｐを探索することで目標距離差の真値を推定できる。
【００３４】
次に、本実施の形態１の効果を示すため、従来技術および本発明を用いた場合の違いについて、図１１，１２を用いて説明する。
図１１は同一振幅の２反射点を持つ目標信号に対し合成帯域処理によるレンジプロファイルを得た結果の説明図である。ここで、図１１（ａ）は基準レーダ単体でのレンジプロファイルを示し、図１１（ｂ）は補正レーダ単体でのレンジプロファイルを示し、図１１（ｃ）は目標距離差補正処理なしでレーダ合成後のレンジプロファイルを示し、図１１（ｄ）は従来技術によるレーダ合成後のレンジプロファイルを示し、図１１（ｅ）は目標距離差の真値を用いて補正したレーダ合成後のレンジプロファイルを示している。なお、レンジプロファイルの横軸は距離、縦軸は信号強度を表す。また、各図中において矢印で示す距離は、基準レーダから見た真の目標反射点位置である。
【００３５】
図１１（ａ），（ｂ）に示すように、各レーダ単体では使用帯域が狭いため、目標反射点を分離できる十分な距離分解能が得られない。また、図１１（ａ），（ｂ）における信号ピーク位置の差からわかるように、各レーダから見た目標距離が異なるため、目標距離差補正処理を行わずに目標ビデオ信号の合成を行っても、図１１（ｃ）に示すように真の目標反射点位置に信号が積みあがらない。
これに対し、図１１（ｄ）に示すように、従来技術を用いて目標距離差補正を行うと、真の目標反射点位置に信号が積み上がり、さらに帯域が拡張されたことにより距離分解能が向上し、２反射点が分離できている。また、図１１（ｅ）に示す目標距離差の真値を用いて補正レーダの目標ビデオ信号を補正したレンジプロファイルと同等のレンジプロファイルが得られていることがわかる。
【００３６】
一方、図１２は振幅の異なる２反射点を持つ目標信号に対し合成帯域処理によるレンジプロファイルを得た結果の説明図である。ここで、図１２（ａ）は従来技術によるレーダ合成後のレンジプロファイルを示し、図１２（ｂ）は本発明によるレーダ合成後のレンジプロファイルを示し、図１２（ｃ）は目標距離差の真値を用いて補正したレーダ合成後のレンジプロファイルを示している。なお、レンジプロファイルの横軸は距離、縦軸は信号強度を表す。また、各図中において矢印で示す距離は、基準レーダから見た真の目標反射点位置である。
【００３７】
受信信号の反射点振幅が異なる場合、図１２（ａ）に示すように従来技術を用いて合成帯域処理を行っても、真の目標反射点位置に信号が積みあがっていない。
これに対し、図１２（ｂ）に示す本発明によるレンジプロファイルでは、図１２（ｃ）に示す目標距離差の真値を用いて補正レーダの目標ビデオ信号を補正したレンジプロファイルと比較しても同等のレンジプロファイルが得られ、振幅の異なる２反射点が分離できていることがわかる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態１によれば、目標距離差推定手段４において、任意の目標距離差を用いて目標ビデオ信号間の空間スペクトル信号の共分散行列を算出し、当該共分散行列の固有値スペクトルの広がりを自己情報量を指標として評価し、当該評価が最大となる目標距離差を推定値（推定目標距離差）とするように構成したので、振幅の異なる反射点を含む目標信号に対しても正しい目標距離差を推定可能である。
【００３９】
実施の形態２．
通常、各レーダで受信した信号には雑音が含まれており、従来技術ではこの雑音成分により正確に目標距離差を補正できず、目標信号間に位相ずれが発生する。この状態で基準レーダの目標ビデオ信号と距離差補正ビデオ信号を用いて合成帯域処理を行っても距離高分解能化は実現しない。そこで、実施の形態２では、この問題を解決するための手段について説明する。
図１３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図である。図１３に示す実施の形態２に係るレーダ装置は、図２に示す実施の形態１に係るレーダ装置に位相差推定手段７および位相差補正手段８を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
位相差推定手段７は、目標距離差補正手段５から出力された距離差補正ビデオ信号および目標信号検出手段３ａから出力された基準レーダの目標ビデオ信号の位相差を推定するものである。この位相差推定手段７により推定された位相差はビデオ信号位相補正値として位相差補正手段８へ出力される。
【００４１】
位相差補正手段８は、位相差推定手段７から出力されたビデオ信号位相補正値を用いて、目標距離差補正手段５から出力された距離差補正ビデオ信号の位相補正処理を行うものである。この位相差補正手段８により補正された距離差補正ビデオ信号（距離位相差補正ビデオ信号）は合成帯域処理手段６へ出力される。
なお、合成帯域処理手段６は、目標距離差補正手段５から出力された距離差補正ビデオ信号に代えて、位相差補正手段８から出力された距離位相差補正ビデオ信号を用いる。
【００４２】
図１４は、目標距離差補正手段５により目標距離差を一致させた基準レーダの目標ビデオ信号および距離差補正ビデオ信号の合成ビデオ信号を説明する概念図である。ここで、図１４（ａ）は、およその目標距離差は補正されているため目標距離に依存して決定する目標ビデオ信号のパルス間位相変動量（以後距離周波数と称する）は一致しているが、位相ずれが生じている場合の第１合成ビデオ信号を示している。図１４（ｂ）は、距離周波数・位相共に一致している場合の第２合成ビデオ信号を示している。そして、それぞれ逆フーリエ変換して得たレンジプロファイルを図中右側に示している。
この場合、位相が一致している第２合成ビデオ信号のレンジプロファイルの方が真の目標距離に正しく信号が積み上がり、ピークが急峻となることがわかっている。すなわち、合成ビデオ信号のレンジプロファイルにおいて、目標信号のピークが急峻となる位相補正値を探索することでビデオ信号の位相補正を行うことができる。
【００４３】
ここで、位相差推定手段７では、前記のレンジプロファイルにおけるピーク信号の積み上がりを、電圧絶対値によるレンジプロファイル積分値を指標として用いることで、位相補正値を探索する。
【００４４】
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【００４５】
式（７）のような条件下では、特定の項ａｋ近傍に値が集中したときに最も絶対値和が小さくなることが知られている。よって、レンジプロファイルのピーク信号が最も急峻に積み上がるときに電圧絶対値によるレンジプロファイル積分値が最小となるといえるため、そのような位相補正値を探索することで目標ビデオ信号の位相補正が行える。
【００４６】
具体的には、次式（８）のように距離差補正ビデオ信号の位相を０≦φ≦３５９°の範囲で補正したビデオ信号ｖ２’’ （ｎ）を得て、位相補正値φにおける合成ビデオ信号のレンジプロファイル積分値（電圧絶対値）をそれぞれ算出し、レンジプロファイル積分値が最小となる位相補正値φ０を探索する。
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【００４７】
次に、位相差推定手段７の動作を表すフローチャートを図１５に示す。
位相差推定手段７の動作では、図１５に示すように、まず、式（８）を用いて距離差補正ビデオ信号の位相補正を行う（ステップＳＴ１５１）。次いで、基準レーダの目標ビデオ信号およびステップＳＴ１５１で得たビデオ信号を合成し、合成帯域処理を行うことで電圧絶対値によるレンジプロファイルを得る（ステップＳＴ１５２）。次いで、レンジプロファイル積分値（電圧絶対値）を取得する（ステップＳＴ１５３）。以上のステップＳＴ１５１〜１５３の処理を、位相補正値φを０°〜３５９°の範囲で変動させて繰り返す。
最後に、算出したレンジプロファイル積分値（電圧絶対値）の最小値を求め、そのときの位相補正値φ０をビデオ信号位相補正値として位相差補正手段８へ出力する（ステップＳＴ１５４）。
【００４８】
次に、本実施の形態２の効果を示すため、従来技術および本発明を用いた場合の違いについて、図１６を用いて説明する。
図１６は雑音を含む目標信号に対し合成帯域処理によるレンジプロファイルを得た結果の説明図である。ここで、図１６（ａ）は従来技術によるレーダ合成後のレンジプロファイルを示し、図１６（ｂ）は本発明によるレーダ合成後のレンジプロファイルを示し、図１６（ｃ）は目標距離差の真値を用いて補正したレーダ合成後のレンジプロファイルを示している。なお、レンジプロファイルの横軸は距離、縦軸は信号強度を表す。また、各図中において矢印で示す距離は、基準レーダから見た真の目標反射点位置である。
【００４９】
受信信号が雑音を含む場合、図１６（ａ）に示すように従来技術を用いて合成帯域処理を行っても、真の目標反射点位置に信号が積みあがっていない。
これに対し、図１６（ｂ）に示す本発明によるレンジプロファイルでは、図１６（ｃ）に示す目標距離差の真値を用いて補正レーダの目標ビデオ信号を補正したレンジプロファイルと同様に、真の目標反射点位置に信号が積み上がると同時に距離分解能の向上が実現できていることがわかる。
【００５０】
以上のように、この実施の形態２によれば、位相差推定手段７において、目標信号検出手段３ａにより抽出された基準レーダの目標ビデオ信号および目標距離差補正手段５により補正された補正レーダの目標ビデオ信号の位相差を推定し、位相差補正手段８において、当該位相差を基に、目標距離差補正手段５により補正された補正レーダの目標ビデオ信号の位相を補正するように構成したので、各レーダで受信した信号に雑音が含まれている場合でも、正確に目標距離差を補正でき、目標信号間に位相ずれの発生を防ぐことができる。
【００５１】
実施の形態３．
実際の目標信号は、各レーダからの見込み角が異なることによる目標ＲＣＳ（Ｒａｄａｒ  Ｃｒｏｓｓ  Ｓｅｃｔｉｏｎ）の違いおよび目標距離差により、各レーダ間で受信振幅が異なる場合がある。この場合、従来技術を用いて合成帯域処理を行っても受信信号の振幅が等しい場合に比べレンジプロファイルの距離分解能が低下する。そこで、実施の形態３では、この距離分解能低下を防ぐための手段について説明する。
図１７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図である。図１７に示す実施の形態３に係るレーダ装置は、図２に示す実施の形態１に係るレーダ装置に、振幅比推定手段９および振幅比補正手段１０を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
振幅比推定手段９は、目標距離差補正手段５から出力された距離差補正ビデオ信号および目標信号検出手段３ａから出力された基準レーダの目標ビデオ信号の振幅比を推定するものである。この振幅比推定手段９により推定された振幅比はビデオ信号振幅補正値として振幅比補正手段１０へ出力される。
【００５３】
振幅比補正手段１０は、振幅比推定手段９から出力されたビデオ信号振幅補正値を用いて、目標距離差補正手段５から出力された距離差補正ビデオ信号の振幅補正処理を行うものである。この振幅比補正手段１０により補正された距離差補正ビデオ信号（距離振幅比補正ビデオ信号）は合成帯域処理手段６へ出力される。
なお、合成帯域処理手段６は、目標距離差補正手段５から出力された距離差補正ビデオ信号に代えて、振幅比補正手段１０から出力された距離振幅比補正ビデオ信号を用いる。
【００５４】
図１８は、目標距離差補正手段５により目標距離差を一致させた基準レーダの目標ビデオ信号および距離差補正ビデオ信号の合成ビデオ信号を説明する概念図である。ここで、図１８（ａ）は、受信信号間で距離周波数・位相は一致しているが振幅が異なる場合の第１合成ビデオ信号を示している。図１８（ｂ）は、距離周波数・位相・振幅全てが一致している場合の第２合成ビデオ信号を示している。そして、それぞれ逆フーリエ変換して得たレンジプロファイルを図中右側に示している。ただし、縦軸は電力比で、それぞれメインローブピーク値が０ｄＢとなるようオフセットしている。
この場合、いずれの場合も距離周波数および位相が一致しているため、真の目標反射点位置に信号が積み上がり、損失は無い。ただし、第１合成ビデオ信号の場合、第２合成ビデオ信号に比して積み上がる信号強度が相対的に小さくなるため、距離分解能が劣化する。レンジプロファイルの距離分解能は目標受信振幅の絶対量によらず、目標信号間の受信振幅比が１：１で最も良く１：０で最も悪くなる。すなわち、合成ビデオ信号間の振幅比を１：１に補正することにより、レンジプロファイルの距離分解能低下を防ぐことができる。
【００５５】
ここで、振幅比推定手段９では、前記のレンジプロファイルにおいて最も高距離分解能となる振幅補正値について、電力比によるレンジプロファイル積分値を指標として用いることで探索する。これは、図１８に示すように、距離分解能が高いレンジプロファイルの方が、積分面積が小さいことを利用している。
【００５６】
具体的には、次式（９）のように距離差補正ビデオ信号の振幅を、想定する目標振幅の増減幅に相当する範囲で補正する。例えば振幅の増減幅が２０ｄＢであった場合、−２０≦Ａ≦２０ｄＢの範囲で補正したビデオ信号ｖ２’’’ （ｎ）を得て、補正値Ａにおける合成ビデオ信号のレンジプロファイル積分値（電力比）をそれぞれ算出し、これが最小となる振幅補正値Ａを探索する。
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【００５７】
次に、振幅比推定手段９の動作を表すフローチャートを図１９に示す。
振幅比推定手段９の動作では、図１９に示すように、まず、式（９）を用いて距離差補正ビデオ信号の振幅補正を行う（ステップＳＴ１９１）。次いで、基準レーダの目標ビデオ信号およびステップＳＴ１９１で得たビデオ信号を合成し、合成帯域処理を行うことでレンジプロファイル（電力比）を得る（ステップＳＴ１９２）。次いで、レンジプロファイル積分値（電力比）を取得する（ステップＳＴ１９３）。以上のステップＳＴ１９１〜１９３の処理を、振幅補正値Ａを例えば−２０〜２０ｄＢの範囲で変動させて繰り返す。
最後に、算出したレンジプロファイル積分値（電力比）の最小値を求め、そのときの振幅補正値Ａ０をビデオ信号振幅補正値として振幅比補正手段１０へ出力する（ステップＳＴ１９４）。
【００５８】
次に、本実施の形態３の効果を示すため、従来技術および本発明を用いた場合の違いについて、図２０を用いて説明する。
図２０はレーダ間で受信振幅が異なる目標信号に対し合成帯域処理によるレンジプロファイルを得た結果の説明図である。ここで、図２０（ａ）は従来技術によるレーダ合成後のレンジプロファイルを示し、図２０（ｂ）は本発明によるレーダ合成後のレンジプロファイルを示し、図２０（ｃ）は目標距離差、振幅差の真値を用いて補正したレーダ合成後のレンジプロファイルを示している。なお、レンジプロファイルの横軸は距離、縦軸は信号強度を表す。また、各図中において矢印で示す距離は、基準レーダから見た真の目標反射点位置である。
【００５９】
レーダ間で目標信号受信振幅が異なる場合、図２０（ａ）に示すように従来技術を用いて合成帯域処理を行っても、所望の距離分解能が得られず目標が分離できていない。
これに対し、図２０（ｂ）に示す本発明によるレンジプロファイルでは、図２０（ｃ）に示す目標信号受信振幅比および距離差の真値を用いて補正レーダの目標ビデオ信号を補正したレンジプロファイルと同様に、真の目標反射点位置に信号が積み上がると同時に距離分解能の向上が実現できていることがわかる。
【００６０】
以上のように、この実施の形態３によれば、振幅比推定手段９において、目標信号検出手段３ａにより抽出された基準レーダの目標ビデオ信号および目標距離差補正手段５により補正された補正レーダの目標ビデオ信号の振幅比を推定し、振幅比補正手段１０において、当該振幅比を基に、目標距離差補正手段５により補正された補正レーダの目標ビデオ信号の振幅を補正するように構成したので、各レーダ間で受信振幅が異なる場合でも、レンジプロファイルの距離分解能の低下を防ぐことができる。
【００６１】
実施の形態４．
実施の形態４では、目標信号が雑音を含み、かつレーダ間で受信振幅が異なるような場合に、実施の形態２，３で説明したような問題を同時に解決するための手段について説明する。
図２１はこの発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示す図である。図２１に示す実施の形態４に係るレーダ装置は、図２に示す実施の形態１に係るレーダ装置に、振幅比・位相差推定手段１１および振幅比・位相差補正手段１２を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
振幅比・位相差推定手段１１は、目標距離差補正手段５から出力された距離差補正ビデオ信号および目標信号検出手段３ａから出力された基準レーダの目標ビデオ信号の振幅比および位相差を推定するものである。この振幅比・位相差推定手段１１により推定された振幅比および位相差はビデオ信号振幅補正値およびビデオ信号位相補正値として振幅比・位相差補正手段１２へ出力される。
【００６３】
振幅比・位相差補正手段１２は、振幅比・位相差推定手段１１から出力されたビデオ信号振幅補正値およびビデオ信号位相補正値を用いて、目標距離差補正手段５から出力された距離差補正ビデオ信号の振幅・位相補正処理を行うものである。この振幅比・位相差補正手段１２により補正された距離差補正ビデオ信号（距離振幅比・位相差補正ビデオ信号）は合成帯域処理手段６へ出力される。
なお、合成帯域処理手段６は、目標距離差補正手段５から出力された距離差補正ビデオ信号に代えて、振幅比・位相差補正手段１２から出力された距離振幅比・位相差補正ビデオ信号を用いる。
【００６４】
ここで、振幅比・位相差推定手段１１では、前記のレンジプロファイルにおいて最も高距離分解能となる振幅補正値については電力比によるレンジプロファイル積分値を指標とし、最適な位相補正値については電圧絶対値によるレンジプロファイル積分値を指標として用いることで探索する。
【００６５】
具体的には、式（９）のように距離差補正ビデオ信号の振幅を例えば−２０≦Ａ≦２０ｄＢの範囲で補正し、振幅補正値Ａにおけるレンジプロファイル積分値（電圧絶対値）が最小となる位相補正値φ０を得て、このときの合成ビデオ信号のレンジプロファイル積分値（電力比）を算出する。そして、各振幅補正値Ａにおいて、レンジプロファイル積分値（電圧絶対値）が最小となるときのレンジプロファイル積分値（電力比）を算出し、その中でレンジプロファイル積分値（電力比）が最小となるときの各補正値Ａ０，φ０を探索する。
【００６６】
次に、振幅比・位相差推定手段１１の動作を表すフローチャートを図２２に示す。
振幅比・位相差推定手段１１の動作では、図２２に示すように、まず、式（９）を用いて距離差補正ビデオ信号の振幅補正を行う（ステップＳＴ２２１）。次いで、位相差推定手段７による処理と同様にして、振幅補正値Ａにおける位相差補正値φ０を得る（ステップＳＴ２２２）。次いで、位相差補正値φ０を用いて距離振幅比補正ビデオ信号の位相差を補正したときの合成ビデオ信号のレンジプロファイル積分値（電力比）を取得する（ステップＳＴ２２３）。以上のステップＳＴ２２１〜２２３の処理を、振幅補正値Ａを例えば−２０〜２０ｄＢの範囲で変動させて繰り返す。
最後に、算出したレンジプロファイル積分値（電力比）の最小値を求め、そのときの振幅補正値Ａおよび位相差補正値φ０をそれぞれビデオ信号振幅補正値Ａ０およびビデオ信号位相補正値φ０として振幅比・位相差補正手段１２へ出力する（ステップＳＴ２２４）。
【００６７】
次に、本実施の形態４の効果を示すため、従来技術および本発明を用いた場合の違いについて、図２３を用いて説明する。
図２３は、レーダ間で受信振幅が異なり、２反射点間の振幅が異なる雑音を含む目標信号に対し合成帯域処理によるレンジプロファイルを得た結果の説明図である。ここで、図２３（ａ）は従来技術によるレーダ合成後のレンジプロファイルを示し、図２３（ｂ）は本発明によるレーダ合成後のレンジプロファイルを示し、図２３（ｃ）は目標距離差、振幅差の真値を用いて補正したレーダ合成後のレンジプロファイルを示している。なお、レンジプロファイルの横軸は距離、縦軸は信号強度を表す。また、各図中において矢印で示す距離は、基準レーダから見た真の目標反射点位置である。
【００６８】
レーダ間で目標信号受信振幅が異なり、受信信号が雑音を含む場合、図２３（ａ）に示すように従来技術を用いて合成帯域処理を行っても、真の目標反射点位置に信号が積みあがらず、かつ距離分解能の低下により目標が分離できていない。
これに対し、図２３（ｂ）に示す本発明によるレンジプロファイルでは、図２３（ｃ）に示す目標受信振幅比および距離差の真値を用いて補正レーダの目標ビデオ信号を補正したレンジプロファイルと同様に、真の目標反射点位置に信号が積み上がると同時に距離分解能の向上が実現できていることがわかる。
【００６９】
以上のように、この実施の形態４によれば、振幅比・位相差推定手段１１において、目標信号検出手段３ａにより抽出された基準レーダの目標ビデオ信号および目標距離差補正手段５により補正された補正レーダの目標ビデオ信号の振幅比および位相差を推定し、振幅比・位相差補正手段１２において、当該振幅比および位相差を基に、目標距離差補正手段５により補正された補正レーダの目標ビデオ信号の振幅および位相を補正するように構成したので、目標信号が雑音を含み、かつレーダ間で受信振幅が異なるような場合でも、正確に目標距離差を補正でき、目標信号間に位相ずれの発生を防ぐことができ、かつレンジプロファイルの距離分解能の低下を防ぐことができる。
【００７０】
なお、実施の形態２〜４における発明の効果である、雑音を含むビデオ信号間の位相差補正あるいはレーダ間で受信振幅が異なるビデオ信号間の振幅補正において、目標距離差推定手段４を、従来技術である情報エントロピーを指標とした目標距離差推定法、あるいは基準レーダおよび補正レーダの目標ビデオ信号間で相関処理を行い、相互相関値が最大となる目標距離差補正値を推定目標距離差として出力する手段に替えても実現可能である。
【００７１】
また、実施の形態１〜４では、レーダを２つ用いた構成について説明したが、第２レーダに加え複数の補正レーダが存在する場合への拡張は自明である。
【００７２】
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１ａ，１ｂ  送受信アンテナ、２ａ，２ｂ  レーダ波送受信手段、３ａ，３ｂ  目標信号検出手段、４  目標距離差推定手段、５  目標距離差補正手段、６  合成帯域処理手段、７  位相差推定手段、８  位相差補正手段、９  振幅比推定手段、１０  振幅比補正手段、１１  振幅比・位相差推定手段、１２  振幅比・位相差補正手段、５０  目標。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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