(57)【要約】  周波数領域変換部（２３１−１）は、異なる送信周波数毎にドップラ速度ビンが同じになるように周波数領域に変換する。相関部（２３２−１）は、送信周波数毎に分離された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する。積分部（２３３−１）は、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する。目標候補検出部（２４１）は、積分部（２３３−１）の出力信号に対して、信号強度に基づき目標候補を検出する。目標相対速度・相対距離・到来角算出部（２４２）は、目標候補の相対速度、相対距離及び到来角を算出する。
2017149596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号と当該パルス信号を周波数変調するパルス内変調信号とを用いて生成したそれぞれ異なる周波数の送信信号を放射する複数の送信レーダと、
目標で反射して戻った前記送信信号の受信信号を受信ビデオ信号に変換する受信部と、
前記受信ビデオ信号を、前記送信信号の周波数の変化とは無関係に目標のドップラ周波数が同一の速度ビン番号に属するように、速度と距離に基づく信号に変換する周波数領域変換部と、
前記周波数領域変換部の出力信号に対して、前記複数の送信レーダの送信周波数と速度ビン番号に対応する速度に対応した参照信号を用いて相関処理を行い、前記複数の送信レーダの送信周波数毎に分離された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する相関部と、
前記相関部の出力信号を目標到来角候補で積分し、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する積分部と、
前記積分部の出力信号に対して、信号強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出部と、
前記目標候補の相対速度、相対距離及び到来角を算出する目標相対速度・相対距離・到来角算出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号を目標到来角候補で積分し、当該積分された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する第２の積分部を備え、前記目標候補検出部は、前記積分部に代えて当該第２の積分部の出力信号に対して目標候補の検出を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記複数の送信レーダは、パルス内を昇順または降順に周波数変調させた送信周波数に基づく異なる周波数の送信信号を、設定された周波数間隔で放射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４】
前記複数の送信レーダは、隣り合う周波数帯域の周波数変調が複素共役になるようにパルス内を昇順と降順に周波数変調させた送信周波数に基づく異なる周波数の送信信号を設定された周波数間隔で放射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５】
前記複数の送信レーダは、対象的な周波数帯域の周波数変調が複素共役になるようにパルス内を昇順と降順に周波数変調させた送信周波数に基づく異なる周波数の送信信号を設定された周波数間隔で放射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６】
前記周波数領域変換部は、前記受信ビデオ信号に対して窓関数処理を加えて変換処理を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記周波数領域変換部は、周波数領域変換後の受信ビデオ信号を中心送信周波数に基づき設定された周波数間隔でサンプリングするのに離散フーリエ変換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８】
前記周波数領域変換部は、周波数領域変換後の受信ビデオ信号を中心送信周波数に基づき設定された間隔でサンプリングするのにチャープｚ変換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９】
前記相関部は、観測時間中の目標移動距離に基づく位相を加えた参照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１０】
前記帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号に対して、目標候補の相対速度、相対距離及び到来角に基づく２次元参照信号を用いて相関処理を行い、第２の相関処理後の信号を生成する第２の相関部と、
前記第２の相関部の出力信号に対して、信号強度に基づき目標候補を検出する第２の目標候補検出部とを備えた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】
本発明は、所定の間隔で変化させた送信周波数の信号を送信する複数の送信レーダと、目標で反射した信号を受信する受信レーダを備え、受信信号を信号処理することで目標検出と測距と測速度と測角等を行うレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置では、例えば非特許文献１に開示されているように、異なる中心周波数で、パルス内を昇順に周波数変調させた送信周波数の送信信号を異なる送信レーダが送信し、目標で反射した送信信号を受信信号として受信レーダが受信する。そして、目標ドップラ周波数の影響がないことを前提にして、異なる中心周波数の受信信号、すなわち、帯域が異なる受信信号を分離した後、帯域の異なる受信信号の相互相関により発生するサイドローブを抑圧するために窓関数を乗算し、積分（合成）する。【０００３】
このような従来のレーダ装置は、目標ドップラ周波数の影響がないことを前提にしているため、異なる中心周波数の受信信号をコヒーレントに積分でき、距離高分解能で、かつ、窓関数を乗算することで相互相関により発生するサイドローブを抑圧することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】XiZeng Dai,Jia Xu,Chunmao Ye,Ying-Ning Peng,”Low-sidelobe HRR profiling based on the FDLFM-MIMO radar,”APSAR 2007. 1st Asian and Pacific Conference
【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、従来のレーダ装置は、目標ドップラ周波数の影響がある場合、帯域の異なる受信信号の相互相関により発生するサイドローブが増大する問題があった。また、目標ドップラ周波数の影響がある場合は、例えば、文献：Merrill I. Skolnik，“Radar Handbook, Third Edition，” ，MacGraw-Hill companies.，2008.に記載されているように、パルス圧縮後の信号の位置、すなわち受信信号が積分される距離が目標相対距離からずれるため、正しく距離計測ができないという問題があった。また、送信レーダ毎に送信周波数が異なるため、送信周波数に応じてパルス圧縮後の信号の位相が異なり、コヒーレントに積分できず、検出性能が劣化する問題があった。【０００６】
この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、目標ドップラ周波数の影響がある場合でも、目標検出性能を向上させることのできるレーダ装置を提供することを目的とする。
【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、パルス信号とパルス信号を周波数変調するパルス内変調信号とを用いて生成したそれぞれ異なる周波数の送信信号を放射する複数の送信レーダと、目標で反射して戻った送信信号の受信信号を受信ビデオ信号に変換する受信部と、受信ビデオ信号を、送信信号の周波数の変化とは無関係に目標のドップラ周波数が同一の速度ビン番号に属するように、速度と距離に基づく信号に変換する周波数領域変換部と、周波数領域変換部の出力信号に対して、複数の送信レーダの送信周波数と速度ビン番号に対応する速度に対応した参照信号を用いて相関処理を行い、複数の送信レーダの送信周波数毎に分離された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する相関部と、相関部の出力信号を目標到来角候補で積分し、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する積分部と、積分部の出力信号に対して、信号強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出部と、目標候補の相対速度、相対距離及び到来角を算出する目標相対速度・相対距離・到来角算出部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るレーダ装置は、周波数領域変換部で、異なる送信周波数毎にドップラ速度ビンが同じになるように周波数領域に変換し、相関部で、送信周波数毎に分離された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する。積分部は、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号を生成し、目標候補検出部は、積分部の出力信号に対して、信号強度に基づき目標候補を検出する。目標相対速度・相対距離・到来角算出部は、目標候補の相対速度、相対距離及び到来角を算出するようにしたものである。これにより、目標ドップラ周波数の影響がある場合でも目標検出性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係わるレーダ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わるレーダ装置の送信部の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の送信レーダの送信動作例を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係わるレーダ装置の送信レーダの送信周波数と変調帯域幅を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の受信レーダの受信部の受信動作例を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の送信レーダと受信レーダの位置関係と送信信号と受信信号の関係を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の信号処理例を示すフローチャートである。
【図９】図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃ，図９Ｄ，図９Ｅ，図９Ｆは異なる送信周波数の受信信号のパルス圧縮した際のドップラ周波数の影響を示す説明図である。
【図１０】図１０Ａ，図１０Ｂは送信周波数毎の相関後の信号を帯域合成した場合のドップラ周波数の影響を示す説明図である。
【図１１】ＦＦＴにより送信レーダの送信周波数の受信ビデオ信号に対する周波数領域変換結果を示す説明図である。
【図１２】図１２Ａ，図１２Ｂ，図１２Ｃは、ＣＺＴによる送信レーダの送信周波数の受信ビデオ信号に対する周波数領域変換結果を示す説明図である。
【図１３】周波数領域変換処理による入出力の関係を示す説明図である。
【図１４】図１４Ａ，図１４Ｂは、受信ビデオ信号と速度と距離に基づく信号のスペクトルを示す説明図である。
【図１５】相関処理による入出力の関係を示す説明図である。
【図１６】速度と相関後の距離に基づく信号のスペクトルを示す説明図である。
【図１７】送信信号とドップラ周波数の影響がある受信信号を示す説明図である。
【図１８】図１８Ａ，図１８Ｂ，図１８Ｃは、各送信周波数の目標相対距離における速度と相関後の距離に基づく信号のスペクトルを示す説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態２に係わるレーダ装置の構成図である。
【図２０】この発明の実施の形態２に係わるレーダ装置の送信部の構成図である。
【図２１】この発明の実施の形態２に係わるレーダ装置の第１の信号処理器の構成図である。
【図２２】この発明の実施の形態２に係わるレーダ装置の送信レーダの送信周波数と変調帯域幅と周波数変調の関係を示す説明図である。
【図２３】この発明の実施の形態２の送信信号とドップラ周波数の影響がある受信信号を示す説明図である。
【図２４】図２４Ａ，図２４Ｂ，図２４Ｃは、隣り合う周波数帯域の周波数変調が複素共役の場合のパルス圧縮した際のドップラ周波数の影響を示す説明図である。
【図２５】隣り合う周波数帯域の周波数変調が複素共役の場合の送信周波数毎の相関後の信号を帯域合成した際のドップラ周波数の影響を示す説明図である。
【図２６】この発明の実施の形態２に係わるレーダ装置の送信レーダの送信周波数と変調帯域幅と周波数変調の関係の変形例を示す説明図である。
【図２７】この発明の実施の形態３に係わるレーダ装置における第２の信号処理器の構成図である。
【図２８】この発明の実施の形態３に係わる速度あいまいさがある場合の積分された速度と相関後の距離に基づく信号を示す説明図である。
【図２９】この発明の実施の形態３に係わる第２の目標候補の二次元参照信号を示す説明図である。
【図３０】この発明の実施の形態３に係わる目標候補検出の処理内容を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態によるレーダ装置の構成図である。
本実施の形態によるレーダ装置は、図示のように、送信レーダ１００−ｎＴｘ（送信レーダ番号ｎＴｘ、送信レーダ数ＮＴｘの場合、ｎＴｘ＝１，２，…，ＮＴｘ）、受信レーダ２００−１（受信レーダ番号ｎＲｘ、受信レーダ数ＮＲｘの場合、ｎＲｘ＝１，２，…，ＮＲｘ、実施の形態１ではＮＲｘ＝１の構成を説明する）、第２の信号処理器２４０、表示器２５０で構成される。また、送信レーダ１００−ｎＴｘは、空中線１１０−ｎＴｘ、送信部１２０−ｎＴｘで構成される。送信部１２０−ｎＴｘは、図２に示すように送信機１２１−ｎＴｘ、パルス変調器１２２−ｎＴｘ、局部発振器１２３−ｎＴｘ、パルス内変調信号発生器１２４−ｎＴｘで構成される。
【００１１】
受信レーダ２００−１は、空中線２１０−１、受信部２２０−１、第１の信号処理器２３０−１で構成される。受信部２２０−１は、受信機２２１−１、Ａ／Ｄ変換器２２２−１で構成される。第１の信号処理器２３０−１は、周波数領域変換部２３１−１、相関部２３２−１、積分部２３３−１で構成される。第２の信号処理器２４０は、目標候補検出部２４１、目標相対速度・相対距離・到来角算出部２４２で構成される。
【００１２】
送信レーダ１００−ｎＴｘは、パルス信号と、このパルス信号を周波数変調するパルス内変調信号とを用いて生成した各々が異なる周波数の送信信号を放射する送信レーダである。空中線１１０−ｎＴｘは、それぞれ送信部１２０−ｎＴｘから送出された信号を送信ＲＦ信号１３０−ｎＴｘとして放射するアンテナである。送信部１２０−ｎＴｘにおける送信機１２１−ｎＴｘは、パルス変調器１２２−ｎＴｘからのパルス信号とパルス内変調信号発生器１２４−ｎＴｘからのパルス内変調信号に基づいて送信信号を生成する処理部である。パルス変調器１２２−ｎＴｘは、局部発振器１２３−ｎＴｘからの局部発振信号に基づいてパルス信号を生成する処理部である。局部発振器１２３−ｎＴｘは、予め設定した周期とパルス幅に基づいて局部発振信号を生成する処理部である。パルス内変調信号発生器１２４−ｎＴｘは、パルス信号を周波数変調するためのパルス内変調信号を生成する処理部である。
【００１３】
受信レーダ２００−１は、送信レーダ１００−ｎＴｘから放射され、目標で反射して戻った送信信号を受信する処理部である。受信レーダ２００−１の空中線２１０−１は、受信ＲＦ信号２６０−１−１〜２６０−ＮＴｘ−１を受信するためのアンテナである。受信部２２０−１における受信機２２１−１は、空中線２１０−１で受信した受信信号を受信ビデオ信号に変換する処理部であり、Ａ／Ｄ変換器２２２−１は、受信機２２１−１から出力された受信ビデオ信号をＡ／Ｄ変換する処理部である。第１の信号処理器２３０−１における周波数領域変換部２３１−１は、受信部２２０−１からの受信ビデオ信号を、送信信号の周波数の変化とは無関係に目標のドップラ周波数が同一の速度ビン番号に属するように、速度と距離に基づく信号に変換する処理部である。相関部２３２−１は、周波数領域変換部２３１−１の出力信号に対して、送信レーダ１００−ｎＴｘの送信周波数と速度ビン番号に対応する速度に対応した参照信号を用いて相関処理を行い、送信レーダ１００−ｎＴｘの送信周波数毎に分離された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する処理部である。積分部２３３−１は、相関部２３２−１の出力信号を目標到来角候補で積分し、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する処理部である。
【００１４】
第２の信号処理器２４０における目標候補検出部２４１は、積分部２３３−１の出力信号に対して、信号強度に基づき目標候補を検出する処理部である。目標相対速度・相対距離・到来角算出部２４２は、目標候補の相対速度、相対距離及び到来角を算出する処理部である。また、表示器２５０は、信号処理結果を表示するための表示装置である。
【００１５】
次に、上記のように構成されたレーダ装置を実現するためのハードウェア構成の一例を図３を用いて説明する。
レーダ装置は、プロセッサ１、入出力インタフェース２、メモリ３、外部記憶装置４、信号路５からなる。プロセッサ１は、レーダ装置における送信レーダ１００−ｎＴｘ、受信レーダ２００−１及び第２の信号処理器２４０の機能を実現するためのプロセッサである。入出力インタフェース２は、送信レーダ１００−ｎＴｘにおける空中線１１０−ｎＴｘと受信レーダ２００−１における空中線２１０−１からの送受信信号のインタフェースであり、また、表示器２５０への出力信号のインタフェースである。メモリ３は、本実施の形態のレーダ装置を実現するための各種プログラムを記憶するプログラムメモリ、プロセッサ１がデータ処理を行う際に使用するワークメモリ及び信号データを展開するメモリ等として使用するＲＯＭ及びＲＡＭ等の記憶部である。外部記憶装置４は、プロセッサ１の各種設定データや信号データなどの各種データを蓄積するために使用される。外部記憶装置４としては、たとえば、ＳＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、ＨＤＤまたはＳＳＤを使用することが可能である。ＯＳ（オペレーティングシステム）を含むプログラムや、各種設定データ、信号データ等の各種データを蓄積することができる。なお、この外部記憶装置４に、メモリ３内のデータを蓄積しておくこともできる。信号路５は、プロセッサ１、入出力インタフェース２、メモリ３及び外部記憶装置４を相互に接続するためのバスである。
また、プロセッサ１及びメモリ３は複数であってもよく、これら複数のプロセッサ１とメモリ３とが連携して信号処理を行うよう構成してもよい。
さらに、送信レーダ１００−ｎＴｘ、受信レーダ２００−１及び第２の信号処理器２４０の少なくともいずれかを専用のハードウェアで構成してもよい。
【００１６】
次に、実施の形態１のレーダ装置の動作について説明する。
まず、送信レーダ１００−ｎＴｘの送信動作について、図４を参照して説明する。
ここで、送信レーダ１００−ｎＴｘは、空中線１１０−ｎＴｘが分散配置されていれば良く、アンテナ素子を分散配置しても良い。すなわち、ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）レーダ、ＤＢＦ（デジタルビームフォーミング）で実現しても良い。
送信レーダ１００−ｎＴｘの送信動作では、局部発振器１２３−ｎＴｘは、式（１）に示すように、局部発振信号Ｌ０（ｔ）を生成し、パルス変調器１２２−ｎＴｘに出力する（ステップＳＴ１１）。
【００１７】
2017149596.tif 000003
ここで、ＡＬは局部発振信号の振幅、φ０は局部発振信号の初期位相、ｆ０は中心送信周波数、Ｔｏｂｓは観測時間である。
【００１８】
次いで、パルス変調器１２２−ｎＴｘは、予め設定したパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉ及びパルス幅Ｔ０を示す情報に基づいて、式（２）より、局部発振器１２３−ｎＴｘからの局部発振信号Ｌ０（ｔ）に対してパルス変調を行ってパルス信号Ｌｐｌｓ（ｈ，ｔ）を生成し、送信機１２１−ｎＴｘに出力する（ステップＳＴ１２）。
2017149596.tif 000004
ここで、ｈはヒット番号、Ｈはヒット数（式（３）で表され、ｆｌｏｏｒ（Ｘ）は変数Ｘの小数点以下を切り捨てた整数である）である。
2017149596.tif 000005
【００１９】
パルス内変調信号発生器１２４−ｎＴｘは、式（４）に従い、周波数変調量ＢｎＴｘと変調帯域幅ΔＢｎＴｘを用いて、パルス信号を周波数変調するためのパルス内変調信号Ｌｃｈｐ（ｎＴｘ，ｈ，ｔ）を生成し、送信機１２１−ｎＴｘに出力する（ステップＳＴ１３）。図５に各送信レーダの周波数変調量ＢｎＴｘと変調帯域幅ΔＢｎＴｘの関係を示す。実施の形態１では、各送信レーダの変調帯域幅が同一の場合の効果について説明する。周波数変調量Ｂ２は０である。
2017149596.tif 000006
【００２０】
送信機１２１−ｎＴｘは、式（５）に従い、パルス信号Ｌｐｌｓ（ｈ，ｔ）とパルス内変調信号Ｌｃｈｐ（ｎＴｘ，ｈ，ｔ）を用いて送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｎＴｘ，ｈ，ｔ）を生成し、空中線１１０−ｎＴｘに出力する（ステップＳＴ１４）。
2017149596.tif 000007
その後は、空中線１１０−ｎＴｘから送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｎＴｘ，ｈ，ｔ）が空中に放射される（ステップＳＴ１５）。
【００２１】
次に、受信レーダ２００−１の動作について図６のフローチャートを用いて説明する。また、図７に送信レーダ数ＮＴｘ＝３、受信レーダ数ＮＲｘ＝１の場合として送信レーダ１００−ｎＴｘと受信レーダ２００−１の位置関係と送信信号と受信信号の関係を示し、図７を参照しながら説明する。
空中に放射された送信ＲＦ信号は、目標で反射され、反射ＲＦ信号として空中線２１０−１に入射される。そこで、空中線２１０−１は、入射してきた反射ＲＦ信号を受信し、式（６）で表される受信レーダ２００−ｎＲｘの受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｎＲｘ，ｈ，ｔ）として受信機２２１−１に出力する（ステップＳＴ２１）。ここで、Ｒｘ０（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈ，ｔ）は式（７）で表される送信レーダ１００−ｎＴｘの反射ＲＦ信号を受信レーダ２００−ｎＲｘが受信した受信ＲＦ信号、ＡＲは反射ＲＦ信号の振幅、Ｒ０は初期目標相対距離、ｖは目標相対速度、θは目標角度、ｃは光速、ｔ’は１ヒット内の時間である。
【００２２】
2017149596.tif 000008
2017149596.tif 000009
ここで、送信レーダ１００−ｎＴｘの位相差φＴｘ（ｎＴｘ）は式（８）、受信レーダ２００−１の位相差φＲｘ（ｎＴｘ，ｎＲｘ）は式（９）で表される。
【００２３】
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2017149596.tif 000011
【００２４】
受信機２２１−１は、空中線２１０−１から入力された受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈ，ｔ）に対し、式（１）で表される局部発振信号Ｌ０（ｔ）を用いてダウンコンバートし、図示しない帯域フィルタを通過した後、増幅、位相検波を行い、式（１０）で表される受信レーダ２００−ｎＲｘの受信ビデオ信号Ｖ’（ｎＲｘ，ｈ，ｔ）を生成し、Ａ／Ｄ変換器２２２−１に出力する（ステップＳＴ２２）。ここで、Ｖ０’（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈ，ｔ）は式（１１）で表される送信レーダ１００−ｎＴｘの受信ビデオ信号を受信レーダ２００−ｎＲｘが生成した受信ビデオ信号、ＡＶは受信ビデオ信号の振幅である。
【００２５】
2017149596.tif 000012
2017149596.tif 000013
【００２６】
Ａ／Ｄ変換器２２２−１は、受信機２２１−１から入力された受信レーダ２００−ｎＲｘの受信ビデオ信号Ｖ’（ｎＲｘ，ｈ，ｔ）に対して、Ａ／Ｄ変換を行い、式（１２）で表される受信レーダ２００−ｎＲｘの受信ビデオ信号Ｖ（ｎＲｘ，ｈ，ｍ）を生成し、第１の信号処理器２３０−１に出力する（ステップＳＴ２３）。ここで、Ｖ０（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈ，ｍ）は式（１３）で表される送信レーダ１００−ｎＴｘの受信ビデオ信号を受信レーダ２００−ｎＲｘがＡ／Ｄ変換した受信ビデオ信号、ｍはＰＲＩ内サンプリング番号、ＰＲＩ内Ｍはサンプリング数である。
【００２７】
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【００２８】
第１の信号処理器２３０−１の信号処理について、図８のフローチャートを参照して説明する。図８のフローチャートにおいて、ステップＳＴ３１は周波数領域変換部２３１−１の処理を、ステップＳＴ３２は相関部２３２−１の処理を、また、ステップＳＴ３３は積分部２３３−１の処理をそれぞれ示している。
【００２９】
周波数領域変換部２３１−１には、Ａ／Ｄ変換器２２２−１より受信レーダ２００−ｎＲｘの受信ビデオ信号Ｖ（ｎＲｘ，ｈ，ｍ）が入力される。
受信レーダ２００−ｎＲｘの受信ビデオ信号Ｖ（ｎＲｘ，ｈ，ｍ）は、式（１２）で表されるように複数の送信レーダが異なる中心周波数で変調した信号が重畳されている。第１の信号処理器２３０−１は、複数の送信レーダが送信し、目標で反射して、受信した受信信号を送信レーダ毎に分離し、コヒーレントに積分することで、検出性能向上を可能とする。
【００３０】
まず、従来の問題について説明する。
一般的に、送信レーダ毎に受信信号を分離するために、送信レーダ毎の変調成分に基づく参照信号と受信信号を相関する、つまりパルス圧縮が行われている。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、ドップラ周波数の影響が無い場合の、送信レーダ毎の相関後の信号を示す。図９Ａは送信レーダ１００−１、図９Ｂは送信レーダ１００−２、図９Ｃは送信レーダ１００−３の相関後の信号を示している。これら図９Ａ〜図９Ｃに示すように、送信レーダ毎に帯域が異なるため、送信レーダ毎の受信信号を分離することができる。目標相対距離に積分されていることが分かる。また、隣り合う帯域の影響により相互相関が発生し、サイドローブが若干上昇している（図中、区間９０１参照）。
【００３１】
図９Ｄ、図９Ｅ、図９Ｆは、ドップラ周波数の影響がある場合の、送信レーダ毎の相関後の信号を示す。図９Ｄは送信レーダ１００−１、図９Ｅは送信レーダ１００−２、図９Ｆは送信レーダ１００−３の相関後の信号を示している。これら図９Ｄ〜図９Ｆに示すように、送信レーダ毎に帯域が異なるため、送信レーダ毎の受信信号を分離することができる。ただし、ドップラ周波数の影響によって目標相対距離に影響が生じ、式（１４）で表されるだけ目標相対距離と異なる距離ΔＲＰＣ（ｎＴｘ）に圧縮されるため、測距性能が劣化する問題がある。また、区間９０１に示すように、相互相関によりサイドローブが上昇していると共に、図９Ｅ及び図９Ｆの区間９０２に示すように、ドップラ周波数の影響があり、相互相関によりサイドローブがさらに上昇している。
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【００３２】
2017149596.tif 000017
2017149596.tif 000018
【００３３】
図１０に帯域合成した場合のドップラ周波数の影響を示す。図１０Ａに示すように、ドップラ周波数の影響が無い場合、隣り合う帯域の信号がコヒーレントに合成され、電力が増大し検出性能が向上し、距離分解能が向上する（図中、区間１００１参照）。一方、図１０Ｂに示すように、ドップラ周波数の影響がある場合、隣り合う帯域の相関後の信号の位相が異なり、積分損失が発生する問題がある（図中、矢印１００２参照）。また、ドップラ周波数の影響がある場合、圧縮される距離が目標相対距離と異なる問題がある（図中、矢印１００３参照）。隣り合う帯域の相互相関に加え、ドップラ周波数に対応して相互相関による不要ピークの上昇を招き、サイドローブがさらに上昇する問題がある（図中、区間１００４参照）。なお、図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、区間１００５は、相互相関によりサイドローブが上昇している部分を示している。
【００３４】
受信ビデオ信号をヒット方向に周波数領域に変換することでドップラ周波数が得られるが、異なる送信周波数で受信された受信ビデオ信号の場合、周波数領域変換として高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行うと、図１１に示すように、ドップラ周波数が異なり、検出、合成が困難になる。すなわち、ＦＦＴでは、送信周波数に依存せず周波数サンプリング間隔が同じであり、また、送信周波数に依存して速度サンプリング間隔が異なる。
【００３５】
実施の形態１の周波数領域変換部２３１−１は、受信レーダ２００−ｎＲｘの受信ビデオ信号Ｖ（ｎＲｘ，ｈ，ｍ）をコヒーレントに帯域合成することを目的として、異なる送信周波数毎にドップラ速度ビンが同じになるように、異なる送信周波数毎にドップラ周波数間隔を変えながら周波数領域に変換するのにチャープｚ変換（ＣＺＴ：Ｃｈｉｒｐ  Ｚ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いる。図１２にＣＺＴによる送信レーダ１００−ｎＴｘの送信周波数の受信ビデオ信号に対する周波数領域変換結果を示す。ただし、受信ビデオ信号は１ヒットにパルス幅だけサンプリングされているが、図１２は説明のために１サンプルのみ示している。図１２Ａは、送信レーダ１００−１の受信信号が目標相対速度ｖを示す速度ビンになるよう周波数変換させる例であり、図１２Ｂは送信レーダ１００−２の場合、図１２Ｃは送信レーダ１００−３の場合を示している。これら図１２Ａ〜図１２Ｃにおいて、ΔｖＣＺＴは周波数領域の速度サンプル間隔である。周波数領域変換部２３１−１は、送信周波数に基づきＣＺＴの変換関数を変化させることで、周波数領域変換後の信号のドップラ速度ビンを同じになるように動作する。
【００３６】
周波数領域変換部２３１−１は、受信レーダ２００−ｎＲｘの受信ビデオ信号Ｖ（ｎＲｘ，ｈ，ｍ）に対して、式（１６）で表わされるＣＺＴを行うことで周波数領域に変換し、速度と距離に基づく信号ＦＣＺＴ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）を生成する。ここで、ｚｎＴｘ−ｈは各送信周波数（ｆ０＋ＢｎＴｘ）に対応するＣＺＴの変換関数、ＡｎＴｘは各送信周波数（ｆ０＋ＢｎＴｘ）に対応する変換開始位相（式（１７））、ＷｎＴｘ−ｈｃｚｔは各送信周波数（ｆ０＋ＢｎＴｘ）に対応するＣＺＴの変換範囲関数（式（１８））、ｖｓｔは変換開始速度、ｖｅｎは変換終了速度、ＨｃｚｔはＣＺＴ後のサンプリング数、ｆｓａｍｐはサンプリング周波数（式（１９））である。周波数領域に変換後の速度ビン番号ｈｃｚｔの相対速度ｖＣＺＴ（ｈｃｚｔ）は式（２０）で表される。
【００３７】
2017149596.tif 000019
2017149596.tif 000020
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【００３８】
式（１６）〜式（１８）による周波数領域変換部２３１−１の処理により、どの送信周波数（ｆ０＋ＢｎＴｘ）においても、図１２に示すように速度と距離に基づく信号ＦＣＺＴ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）が周波数方向に変換開始速度ｖｓｔから変換終了速度ｖｅｎを同じ速度サンプリング間隔Δｖｃｚｔでサンプリングされ、目標が同じドップラ速度ビンにサンプリングされる。また、ＣＺＴ後のサンプリング数Ｈｃｚｔを任意に設定することができ、所望のサンプリング間隔にすることが可能になる。変換開始速度ｖｓｔ、変換終了速度ｖｅｎは、想定される相対速度を任意に設定することが可能になる。
【００３９】
周波数領域変換部２３１−１は、式（１６）で表わされるＣＺＴを、式（２１）で表わされる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）と高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ  ＦＦＴ）を用いた周波数領域での畳み込み積分で実現することで、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）に比べ、高速に処理することが可能になる。式（２１）中、＊は畳み込みを表わす。
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【００４０】
図１３に周波数領域変換処理による入出力の関係を示す。また、図１４に受信ビデオ信号Ｖ（ｎＲｘ，ｈ，ｍ）と、速度と距離に基づく信号ＦＣＺＴ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）のスペクトルを示す。図１４Ａは受信ビデオ信号、図１４Ｂは速度と距離に基づく信号を表し、両図において、点線で示す距離の値は、あいまいさなく計測可能な距離Ｒａｍｂである。この図１４では、対応した送信周波数の受信ビデオ信号が、目標相対速度ビンに現れることを説明している。
【００４１】
速度と距離に基づく信号ＦＣＺＴ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）が、クラッタ等のサイドローブに埋もれることが懸念される場合、周波数領域変換部２３１−１は、式（２２）に従い窓関数処理を行い、窓関数処理後の受信ビデオ信号Ｖ’（ｎＲｘ，ｈ，ｍ）を生成する。ここでは、式（２３）で表わされるハミング窓ｗｈａｍ（ｍ）で説明している。ハミング窓以外の窓関数を用いても良い。窓関数処理を行うことで、周波数領域変換後の信号の速度方向のサイドローブが低減され、目標がサイドローブに埋もれることを回避することができる。
窓関数処理を行った場合、周波数領域変換部２３１−１は、受信ビデオ信号Ｖ（ｎ，ｈ，ｍ）に代えて、窓関数処理後の受信ビデオ信号Ｖ’（ｎＲｘ，ｈ，ｍ）を代入し、式（１６）あるいは式（２１）に従い周波数領域に変換し、速度と距離に基づく信号ＦＣＺＴ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）を生成する。
【００４２】
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周波数領域変換部２３１−１は、速度と距離に基づく信号ＦＣＺＴ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）を相関部２３２−１に出力する。
【００４３】
相関部２３２−１は、各送信周波数と各速度ビンに対応した速度に基づく参照信号と、速度と距離に基づく信号ＦＣＺＴ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）の相関、つまりパルス圧縮を行い、送信周波数毎に分離した速度と相関後の距離に基づく信号ＲＰＣ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）を生成する。
図１５及び図１６を参照して、相関部２３２−１の速度と距離に基づく信号ＦＣＺＴ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）と各速度ビンに対応した速度に基づく参照信号Ｅｘ（ｎＴｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）との周波数領域での相関処理、つまりパルス圧縮について説明する。図１５において、処理ブロック１５０１−１は、送信レーダ１００−１、受信レーダ２００−ｎＲｘの速度と距離に基づく信号Ｆｃｚｔ（１，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）に対するパルス圧縮、処理ブロック１５０１−ＮＴｘは、送信レーダ１００−ＮＴｘ、受信レーダ２００−ｎＲｘの速度と距離に基づく信号Ｆｃｚｔ（ＮＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）に対するパルス圧縮を示している。また、図１６は速度と相関後の距離に基づく信号を示し、点線で示す距離の値は、あいまいさなく計測可能な距離Ｒａｍｂである。
【００４４】
図１７に示すように、目標がドップラ周波数を有している場合、パルス圧縮する際に参照信号にドップラ周波数が含まれていないと、相関が低くなる。なお、図１７において、実線は送信レーダ１００−１〜１００−３の送信信号を、破線はドップラ周波数の影響がある受信信号を示している。また、隣り合う帯域との相互相関が高くなり、図１０Ｂの曲線１００４に示すように不要ピークが高くなる問題や、矢印１００３に示すように距離がずれる問題がある。
この問題を解決するために、相関部２３２−１は、パルス内変調信号Ｌｃｈｐ（ｎＴｘ，ｔ）と同じ各送信レーダ１００−ｎＴｘの周波数変調量ＢｎＴｘと変調帯域幅ΔＢｎＴｘに加え、各速度ビンの速度に対応するドップラ周波数を含む参照信号Ｅｘ（ｎＴｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）を式（２４）に従い生成する。式（２４）中の第２項が各速度ビンの速度に対応するドップラ周波数を表しており、パルス圧縮の前に周波数領域変換部２３１−１によりヒット方向に周波数領域に変換されており、目標相対速度ビンに積分された信号がドップラ周波数の影響が無くパルス圧縮が可能になる。また、式（２４）で示すように、送信周波数毎、速度ビンに対応した速度毎の参照信号を生成しているため、各送信周波数で速度毎の目標からの受信ビデオ信号をドップラ周波数の影響が無くパルス圧縮を行えることが可能になる。
【００４５】
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【００４６】
また、実施の形態１では、パルス圧縮の前に周波数領域変換部２３１−１によりヒット方向に周波数領域に変換している。つまり、パルス圧縮する信号は１ヒット分の信号ではなく、観測時間中の信号であり、Ｈヒット分の信号になる。観測時間中のＨヒットの目標移動距離に基づく位相が送信周波数毎に異なる影響を抑えるために、式（２５）に従い、Ｈヒットの目標移動距離に基づく位相（式（２５）中の第３項）も加えた参照信号Ｅｘ（ｎＴｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）を生成しても良い。
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【００４７】
相関部２３２−１は、速度と距離に基づく信号ＦＣＺＴ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）と参照信号Ｅｘ（ｎＴｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）を式（２６）と式（２７）によりそれぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）した後、乗算する（式（２８））。ここで，＊は複素共役、ｋｒはＰＲＩ内サンプリング番号、Ｍｆｆｔは相関処理のＦＦＴ点数を表す。
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【００４８】
最後に、相関部２３２−１は、乗算結果ＦＶ・Ｅｘ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｋｒ）に対して、式（２９）により高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行い、相関処理の結果、送信周波数毎に分離した速度と相関後の距離に基づく信号ＲＰＣ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）を生成する。図１８に示すように、送信レーダ１００−ｎＴｘに対応した参照信号に対応した受信信号がパルス圧縮され、送信レーダ１００−ｎＴｘと帯域が異なる、他の送信レーダの受信信号は相関が小さく、抑圧され、送信周波数毎に分離することが可能になる。ここで、図１８Ａは送信レーダ１００−ｎＴｘのｎＴｘ＝１の場合、図１８ＢはｎＴｘ＝２の場合、図１８ＣはｎＴｘ＝３の場合のパルス圧縮後の信号を示している。これらの図において、信号１８０１，１８０２，１８０３に示すように、異なる帯域の信号は圧縮され、送信レーダ１００−ｎＴｘの受信信号のみ分離され、パルス圧縮されている。
相関部２３２−１は、送信周波数毎に分離した速度と相関後の距離に基づく信号ＲＰＣ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）を積分部２３３−１に出力する。
【００４９】
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【００５０】
積分部２３３−１は、相関部２３２−１から取得した送信周波数毎に分離した速度と相関後の距離に基づく信号ＲＰＣ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）に対して、式（３０）に従って積分を行い、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ（ｎθ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）を生成する。ここで、θ’（ｎθ）は到来角候補、ｎθは到来角候補番号、Ｎθは到来角候補数である。θ＝θ’（ｎθ）の場合、送信周波数毎に分離した速度と相関後の距離に基づく信号ＲＰＣ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）がコヒーレントに積分され、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ（ｎθ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）が最大値を示す。
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【００５１】
積分部２３３−１は、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ（ｎθ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）を第２の信号処理器２４０における目標候補検出部２４１に出力する。目標候補検出部２４１は、積分部２３３−１から取得した帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ（ｎθ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）に対して、信号強度に基づき、目標候補を検出する。より具体的には、例えば、ＣＡ−ＣＦＡＲ（Ｃｅｌｌ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｆａｌｓｅ  Ａｌａｒｍ  Ｒａｔｅ）処理が考えられる。目標候補検出部２４１は、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ（ｎθ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）と、検出した目標候補の到来角候補番号ｎθ’、速度ビン番号ｈｃｚｔ’と距離方向のサンプリング番号ｌ’を目標相対速度・相対距離・到来角算出部２４２に出力する。
【００５２】
目標相対速度・相対距離・到来角算出部２４２は、取得した目標候補の到来角候補番号ｎθ’、速度ビン番号ｈｃｚｔ’と距離方向のサンプリング番号ｌ’に基づき、式（３１）に従って目標候補相対速度ｖ’ｔｇｔを、式（３２）に従って目標候補相対距離Ｒ’ｔｇｔを算出する。ここで、ΔｒＩＦＦＴは相関後の距離方向のサンプリング間隔である。目標相対速度・相対距離・到来角算出部２４２は、到来角候補番号ｎθ’に対応する目標候補到来角θ’（ｎθ’）、目標候補相対速度ｖ’ｔｇｔ、目標候補相対距離Ｒ’ｔｇｔを表示器２５０に出力する。
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表示器２５０は、信号処理結果として、目標情報として目標候補到来角θ’（ｎθ’）、目標候補相対速度ｖ’ｔｇｔ、目標候補相対距離Ｒ’ｔｇｔを画面上に表示する。
【００５３】
このように、実施の形態１のレーダ装置では、複数の送信レーダが異なる送信周波数を送信し、目標で反射して受信する受信レーダにおいて、異なる送信周波数の受信ビデオ信号をドップラ周波数の影響がなくコヒーレントに積分するために、周波数領域変換部２３１−１は、異なる送信周波数毎にドップラ速度ビンが同じになるように、異なる送信周波数毎にドップラ周波数間隔を変えながらチャープｚ変換により周波数領域に変換する。この周波数領域への変換処理は、演算量が大きくなるが、離散フーリエ変換でも良い。周波数領域変換部２３１−１が、異なる送信周波数毎にドップラ速度ビンが同じになるように周波数領域に変換するため、目標相対速度を検出及び算出する必要がなく、低ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）の目標検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。
【００５４】
相関部２３２−１は、各送信周波数と各速度ビンに対応した速度に基づく参照信号Ｅｘ（ｎＴｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）と、速度と距離に基づく信号ＦＣＺＴ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）との相関、つまりパルス圧縮を行い、送信周波数毎に分離した速度と相関後の距離に基づく信号ＲＰＣ（ｎ，ｎ，ｈ，ｍ）を生成する。相関部２３２−１が各送信周波数と各速度ビンに対応した速度に基づく参照信号Ｅｘ（ｎＴｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）を用いてパルス圧縮するため、ドップラ周波数の影響がなくパルス圧縮が可能になる。その結果、目標相対距離にパルス圧縮されて距離計測性能が向上し、また、ドップラ周波数のある受信信号に対しても不要ピークの増大を抑えることが可能なレーダ装置を得ることが可能になる。
【００５５】
積分部２３３−１は、相関部２３２−１から入力された送信周波数毎に分離した速度と相関後の距離に基づく信号ＲＰＣ（ｎＴｘ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）に対して積分を行い、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ（ｎθ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）を生成する。つまり、異なる送信周波数の受信ビデオ信号を積分するが、送信周波数が異なる場合、ドップラ周波数も異なり、その結果、異なる送信周波数の受信ビデオ信号は位相が異なってコヒーレントではなく、積分損失が発生する問題がある。この問題に対して、相関部２３２−１が各送信周波数と各速度ビンに対応した速度に基づく参照信号Ｅｘ（ｎＴｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）を用いるため、コヒーレントとなり、損失なく積分することが可能になる。従って、積分後、電力が増大し検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。
【００５６】
以上説明したように、実施の形態１のレーダ装置によれば、パルス信号とパルス信号を周波数変調するパルス内変調信号とを用いて生成したそれぞれ異なる周波数の送信信号を放射する複数の送信レーダと、目標で反射して戻った送信信号の受信信号を受信ビデオ信号に変換する受信部と、受信ビデオ信号を、送信信号の周波数の変化とは無関係に目標のドップラ周波数が同一の速度ビン番号に属するように、速度と距離に基づく信号に変換する周波数領域変換部と、周波数領域変換部の出力信号に対して、複数の送信レーダの送信周波数と速度ビン番号に対応する速度に対応した参照信号を用いて相関処理を行い、複数の送信レーダの送信周波数毎に分離された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する相関部と、相関部の出力信号を目標到来角候補で積分し、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する積分部と、積分部の出力信号に対して、信号強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出部と、目標候補の相対速度、相対距離及び到来角を算出する目標相対速度・相対距離・到来角算出部とを備えたので、目標ドップラ周波数の影響がある場合でも目標検出性能を向上させることができる。
【００５７】
また、実施の形態１のレーダ装置によれば、複数の送信レーダは、パルス内を昇順または降順に周波数変調させた送信周波数に基づく異なる周波数の送信信号を、設定された周波数間隔で放射するようにしたので、簡素な構成で異なる送信周波数の信号送出を行うことができる。
【００５８】
また、実施の形態１のレーダ装置によれば、周波数領域変換部は、受信ビデオ信号に対して窓関数処理を加えて変換処理を行うようにしたので、周波数領域変換後の信号の速度方向のサイドローブが低減され、目標がサイドローブに埋もれるのを回避することができる。
【００５９】
また、実施の形態１のレーダ装置によれば、周波数領域変換部は、周波数領域変換後の受信ビデオ信号を中心送信周波数に基づき設定された周波数間隔でサンプリングするのに離散フーリエ変換を用いるようにしたので、目標検出性能が向上したレーダ装置を得ることができる。
【００６０】
また、実施の形態１のレーダ装置によれば、周波数領域変換部は、周波数領域変換後の受信ビデオ信号を中心送信周波数に基づき設定された間隔でサンプリングするのにチャープｚ変換を用いるようにしたので、目標検出性能が向上したレーダ装置を得ることができると共に、少ない演算量で処理を行うことができる。
【００６１】
また、実施の形態１のレーダ装置によれば、相関部は、観測時間中の目標移動距離に基づく位相を加えた参照信号を用いるようにしたので、ドップラ周波数の影響なくパルス圧縮を行うことができる。
【００６２】
実施の形態２．
実施の形態２に係わるレーダ装置は、図１９に示すように、送信レーダ１００ａ−ｎＴｘ（送信レーダ番号ｎＴｘ、送信レーダ数ＮＴｘの場合、ｎＴｘ＝１，２，…，ＮＴｘ）、受信レーダ２００ａ−ｎＲｘ（受信レーダ番号ｎＲｘ、受信レーダ数ＮＲｘの場合、ｎＲｘ＝１，２，…，ＮＲｘであり、実施の形態２ではＮＲｘが複数の構成を説明する）、第２の信号処理器２４０ａ、表示器２５０で構成される。
【００６３】
実施の形態２のレーダ装置が実施の形態１のレーダ装置と異なるのは、送信レーダ１００ａ−ｎＴｘの送信部１２０ａ−ｎＴｘと、受信レーダ２００ａ−ｎＲｘの第１の信号処理器２３０ａ−ｎＲｘと、第２の信号処理器２４０ａの構成である。これ以外の構成は実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
図２０は、送信部１２０ａ−ｎＴｘの構成図である。図示のように、送信部１２０ａ−ｎＴｘは、送信機１２１−ｎＴｘと、パルス変調器１２２−ｎＴｘと、局部発振器１２３−ｎＴｘと、パルス内変調信号発生器１２４ａ−ｎＴｘとを備え、パルス内変調信号発生器１２４ａ−ｎＴｘ以外は実施の形態１と同様である。
【００６４】
図２１は、第１の信号処理器２３０ａ−ｎＲｘの構成図である。図示のように、第１の信号処理器２３０ａ−ｎＲｘは、周波数領域変換部２３１−ｎＲｘと、相関部２３２ａ−ｎＲｘと、積分部２３３−ｎＲｘとを備え、相関部２３２ａ−ｎＲｘ以外は実施の形態１と同様である。
第２の信号処理器２４０ａでは、第２の積分部２４３を備える点が実施の形態１とは異なる。
【００６５】
送信部１２０ａ−ｎＴｘのパルス内変調信号発生器１２４ａ−ｎＴｘは、式（３３）に従い、周波数変調量ＢｎＴｘと変調帯域幅ΔＢｎＴｘを用い、かつ、隣り合う周波数帯域の周波数変調が複素共役になるように、パルス信号を周波数変調するパルス内変調信号Ｌｃｈｐ（ｎＴｘ，ｔ）を生成し、送信機１２１−ｎＴｘに出力する。ここで、±はｎＴｘが奇数の場合は−の符号（つまり、ダウンチャープの周波数変調になる）、偶数の場合は＋の符号（つまり、アップチャープの周波数変調になる）を用いる。
図２２に各送信レーダの周波数変調量ＢｎＴｘと変調帯域幅ΔＢｎＴｘと周波数変調の関係を示す。周波数変調量Ｂ２は０である。
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【００６６】
相関部２３２ａ−ｎＲｘは、パルス内変調信号Ｌｃｈｐ（ｎＴｘ，ｔ）と同じ各送信レーダ１００ａ−ｎＴｘの周波数変調量ＢｎＴｘと変調帯域幅ΔＢｎＴｘに加え、各速度ビンの速度に対応するドップラ周波数を含む参照信号Ｅｘ（ｎＴｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）を式（３４）に従い生成する。また、観測時間中のＨヒットの目標移動距離に基づく位相が送信周波数毎に異なる影響を抑えるために、式（３５）に従い、Ｈヒットの目標移動距離に基づく位相（式（３５）中の第３項）も加えた参照信号Ｅｘ（ｎＴｘ，ｈｃｚｔ，ｍ）を生成しても良い。式（３４）及び式（３５）中の±はｎＴｘが奇数の場合は−の符号（つまり、ダウンチャープの周波数変調になる）、偶数の場合は＋の符号（つまり、アップチャープの周波数変調になる）を用いる。以降のパルス圧縮処理内容は、実施の形態１の相関部２３２−１と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６７】
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【００６８】
送信レーダ１００ａ−ｎＴｘが図２２に示すように隣り合う帯域の周波数変調を複素共役にした送信信号を送信し、相関部２３２ａ−ｎＲｘでパルス圧縮した場合の効果について説明する。図２３にドップラ周波数がある場合の受信信号を示す。図２３中、送信レーダ１００ａ−ｎＴｘの送信信号を実線で示し、ドップラ周波数の影響がある受信信号を破線で示す。送信レーダ１００ａ−ｎＴｘの送信信号を隣り合う帯域の周波数変調が複素共役になるようにしたため、パルス圧縮の際に相互相関が打ち消しあい（矢印２３０１参照）、図２４に示すように、不要ピークが発生せず、サイドローブが上昇しない効果がある（区間２４０１参照）。なお、図２４Ａは送信レーダ１００ａ−１の相関後の信号、図２４Ｂは送信レーダ１００ａ−２の相関後の信号、図２４Ｃは送信レーダ１００ａ−３の相関後の信号である。また、図２５に示すように積分部２３３−ｎＲｘで帯域合成した場合も相互相関の影響がなく、サイドローブが上昇せず、低サイドローブの積分結果を得られる（区間２５０１参照）。さらに、帯域を合成したため電力が増大し、距離分解能が向上するという効果が得られる（区間２５０２参照）。すなわち、検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。
また、図２６に示すように、対象的な周波数帯域の周波数変調が複素共役になるようにしても良い。図示例では送信レーダ１００ａ−１の送信信号と送信レーダ１００ａ−４の送信信号、送信レーダ１００ａ−２の送信信号と送信レーダ１００ａ−３の送信信号が複素共役となっている。このような構成でも、隣り合う帯域の周波数変調を複素共役にした送信信号を送信した場合と同様な効果を得られる。
【００６９】
第２の積分部２４３は、第１の信号処理器２３０−１〜ＮＲｘから帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ（ｎθ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）が入力される。第２の積分部２４３は、受信レーダ２００ａ−ｎＲｘ毎の帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ（ｎθ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）に対して、式（３６）に従って積分を行い、積分された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ，Ｒｘ（ｎθ，ｈｃｚｔ，ｌ）を生成する。θ＝θ’（ｎθ）の場合、受信レーダ２００ａ−ｎＲｘ毎の帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ（ｎθ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）がコヒーレントに積分され、積分された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ（ｎθ，ｎＲｘ，ｈｃｚｔ，ｌ）が最大値を示す。受信レーダ２００ａ−ｎＲｘ毎の信号を積分することで、電力が増大し検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。受信レーダ２００ａ−ｎＲｘ毎の信号を積分することで、アンテナ開口長が仮想的に大きくなるため、角度分解能が向上する効果がある。
【００７０】
2017149596.tif 000039
【００７１】
第２の積分部２４３は、積分された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ，Ｒｘ（ｎθ，ｈｃｚｔ，ｌ）を目標候補検出部２４１に出力する。目標候補検出部２４１以降の動作は実施の形態１と同様である。
【００７２】
このように、実施の形態２のレーダ装置では、送信レーダ１００ａ−ｎＴｘからの送信信号を隣り合う帯域の周波数変調が複素共役になるようにしたため、パルス圧縮の際に相互相関が打ち消しあい、不要ピークが発生せず、サイドローブが上昇しない効果がある。また、積分部２３３−１ｎＲｘで帯域合成した場合も相互相関の影響がなく、サイドローブが上昇せず、低サイドローブの積分結果を得られる。すなわち、検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。
【００７３】
また、第２の積分部２４３が受信レーダ２００ａ−ｎＲｘ毎の信号を積分することで、電力が増大し検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。さらに、受信レーダ２００ａ−ｎＲｘ毎の信号を積分することで、アンテナ開口長が仮想的に大きくなるため、角度分解能が向上する効果がある。
【００７４】
以上説明したように実施の形態２のレーダ装置によれば、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号を目標到来角候補で積分し、積分された速度と相関後の距離に基づく信号を生成する第２の積分部を備え、目標候補検出部は、積分部に代えて第２の積分部の出力信号に対して目標候補の検出を行うようにしたので、電力が増大し検出性能を向上させることができると共に、角度分解能を向上させることができる。
【００７５】
また、実施の形態２のレーダ装置によれば、複数の送信レーダは、隣り合う周波数帯域の周波数変調が複素共役になるようにパルス内を昇順と降順に周波数変調させた送信周波数に基づく異なる周波数の送信信号を設定された周波数間隔で放射するようにしたので、パルス圧縮の際に相互相関が打ち消しあい、不要ピークが発生せず、サイドローブが上昇しない。その結果、検出性能が向上したレーダ装置を得ることができる。
【００７６】
また、実施の形態２のレーダ装置によれば、複数の送信レーダは、対象的な周波数帯域の周波数変調が複素共役になるようにパルス内を昇順と降順に周波数変調させた送信周波数に基づく異なる周波数の送信信号を設定された周波数間隔で放射するようにしたので、パルス圧縮の際に相互相関が打ち消しあい、不要ピークが発生せず、サイドローブが上昇しない。その結果、検出性能が向上したレーダ装置を得ることができる。
【００７７】
実施の形態３．
実施の形態３のレーダ装置は、実施の形態２のレーダ装置における第２の信号処理器２４０ａを第２の信号処理器２４０ｂとしたものであり、この第２の信号処理器２４０ｂの構成を図２７に示す。なお、実施の形態３のレーダ装置における送信レーダ１００ａ−ｎＴｘと受信レーダ２００ａ−ｎＲｘの構成は図１９に示した実施の形態２の構成と同様であるため、これらの構成については図１９を援用して説明する。
【００７８】
図２７に示すように、実施の形態３の第２の信号処理器２４０ｂは、第２の積分部２４３、目標候補検出部２４１、目標相対速度・相対距離・到来角算出部２４２、第２の相関部２４４、第２の目標候補検出部２４５を備える。ここで、第２の積分部２４３、目標候補検出部２４１及び目標相対速度・相対距離・到来角算出部２４２の構成及びその動作は実施の形態２と同様である。
第２の相関部２４４には、積分された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ，Ｒｘ（ｎθ，ｈｃｚｔ，ｌ）と目標候補の相対速度、相対距離及び到来角が入力される。図２８は速度あいまいさがある場合の積分された速度と相関後の距離に基づく信号を示している。なお、点線で示す距離の値は、あいまいさなく計測可能な距離Ｒａｍｂを示している。あいまいさなく計測可能な速度ｖａｍｂと、変換開始速度ｖｓｔと変換終了速度ｖｅｎが式（３７）の関係の場合、図２８に示すように真の目標相対速度ｖを中心にしてあいまいさなく計測可能な速度ｖａｍｂ間隔に虚像が発生する。また、虚像の距離と目標相対距離との差は式（３８）により表される。ここで、ｎａｍｂは速度折り返し数である。
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【００７９】
第２の相関部２４４は、目標候補の相対速度、相対距離、到来角に基づき、積分された速度と相関後の距離に基づく信号を生成し、２次元参照信号Ｅｘ（ｎｔ）とする。例えば、第１の目標候補２８０１が真の目標の場合、２次元参照信号Ｅｘ（ｎｔ）は図２８のように第１の目標候補２８０１の目標相対速度ｖ、相対距離Ｒ０、到来角に基づき生成することができる。また、第２の目標候補２８０２の２次元参照信号Ｅｘ（ｎｔ）は、図２９のように第２の目標候補２８０２の目標相対速度ｖ−ｖａｍｂ、相対距離Ｒ２、到来角に基づき生成することができる。ここで、ｎｔは目標候補番号である。
【００８０】
第２の相関部２４４は、式（３９）に従い積分された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ，Ｒｘ（ｎθ，ｈｃｚｔ，ｌ）と２次元参照信号Ｅｘ（ｎｔ）の第２の相関処理を行い、目標候補との第２の相関後の信号Ｒ２（ｎｔ）を生成する。ここで、ｆｆｔ２（Ｘ）は信号Ｘの二次元ＦＦＴ後の信号、ｉｆｆｔ２（Ｘ）は信号Ｘの二次元ＩＦＦＴ後の信号、Ｙ＊の信号Ｙの複素共役を表す。
第２の相関部２４４は、目標候補との第２の相関後の信号Ｒ２（ｎｔ）を第２の目標候補検出部２４５に出力する。
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【００８１】
第２の目標候補検出部２４５は、第２の相関部２４４から取得した第２の相関後の信号Ｒ２（ｎｔ）に対して、信号強度に基づき、目標候補を検出する。ただし、第２の目標候補検出部２４５は、目標候補の中から、真の目標か虚像かを区別するため、図３０に示すように速度差が±ｖｗ／２、かつ、距離差が±Ｒｗ／２を対象にして、信号強度に基づき目標候補を検出する（検出範囲３００１参照）。すなわち、真の目標の場合は速度差０、距離差０になるため、速度差０、距離差０周辺を検出対象とする。ここで、虚像はあいまいさなく計測可能な速度ｖａｍｂに基づき発生するため、検出対象の範囲をあいまいさなく計測可能な速度ｖａｍｂに基づき、速度差の範囲ｖｗと距離差の範囲Ｒｗは式（４０）に従いそれぞれ算出する。
目標の場合、速度差、距離が小さく、虚像の場合、速度差、距離差が大きくなるため、第２の相関後の信号からの検出範囲を設けることで、目標と虚像との区別が可能になり、誤警報が低減され、検出性能が向上する効果がある。従って、図２８に示す信号状態の場合、真の目標である第１の目標候補２８０１は検出され、虚像である第２の目標候補２８０２は検出されなくなり、検出性能が向上する。
第２の目標候補検出部２４５は、検出した目標候補の目標候補到来角、目標候補相対速度、目標候補相対距離を表示器２５０に出力する。
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【００８２】
このように、実施の形態３のレーダ装置では、第２の相関部２４４が積分された速度と相関後の距離に基づく信号ＲΣＴｘ，Ｒｘ（ｎθ，ｈｃｚｔ，ｌ）と２次元参照信号Ｅｘ（ｎｔ）の第２の相関処理を行い、目標候補との第２の相関後の信号Ｒ２（ｎｔ）を生成し、第２の目標候補検出部２４５が第２の相関後の信号Ｒ２（ｎｔ）に対して、信号強度に基づき、目標候補を検出するようにしたため、目標候補の中から目標と虚像との区別が可能になり、誤警報が低減し、検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。また、目標候補の相対距離、相対速度、到来角をあいまいさなく算出することが可能になり、距離、速度、到来角の算出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。
なお、上記例では実施の形態２の構成に対して第２の相関部２４４と第２の目標候補検出部２４５を付加した構成を説明したが、これら第２の相関部２４４及び第２の目標候補検出部２４５を実施の形態１のレーダ装置に適用しても同様の効果を得ることが可能である。
【００８３】
以上説明したように、実施の形態３のレーダ装置によれば、帯域合成された速度と相関後の距離に基づく信号に対して、目標候補の相対速度、相対距離及び到来角に基づく２次元参照信号を用いて相関処理を行い、第２の相関処理後の信号を生成する第２の相関部と、第２の相関部の出力信号に対して、信号強度に基づき目標候補を検出する第２の目標候補検出部とを備えたので、目標候補の中から目標と虚像との区別が可能になり、誤警報が低減し、検出性能が向上したレーダ装置を得ることができる。
【００８４】
なお、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。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、この発明に係るレーダ装置は、目標ドップラ周波数の影響がある場合でも、目標検出性能を向上させることのできる構成に関するものであり、ＭＩＭＯレーダ等に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００８６】
１００−ｎＴｘ  送信レーダ、１１０−ｎＴｘ  空中線、１２０−ｎＴｘ，１２０ａ−ｎＴｘ  送信部、１２１−ｎＴｘ  送信機、１２２−ｎＴｘ  パルス変調器、１２３−ｎＴｘ  局部発振器、１２４−ｎＴｘ，１２４ａ−ｎＴｘ  パルス内変調信号発生器、２００−ｎＲｘ，２００ａ−ｎＲｘ  受信レーダ、２１０−ｎＲｘ  空中線、２２０−ｎＲｘ  受信部、２２１−ｎＲｘ  受信機、２２２−ｎＲｘ  Ａ／Ｄ変換器、２３０−ｎＲｘ，２３０ａ−ｎＲｘ  第１の信号処理器、２３１−ｎＲｘ  周波数領域変換部、２３２−ｎＲｘ，２３２ａ−ｎＲｘ  相関部、２３３−ｎＲｘ  積分部、２４０，２４０ａ，２４０ｂ  第２の信号処理器、２４１  目標候補検出部、２４２  目標相対速度・相対距離・到来角算出部、２４３  第２の積分部、２４４  第２の相関部、２４５  第２の目標候補検出部、２５０  表示器。
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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