(57)【要約】  信号切り出し部（３１）は、目標物からの反射信号を設定長分重複させながら特定の長さ分切り出す。パワースペクトル算出部（３２）は、信号切り出し部（３１）の出力信号から複数のパワースペクトルを算出する。パワースペクトル再構成部（３３）は、複数のパワースペクトルを用いて、設定領域におけるパワースペクトル成分の割合または寄与率を変更してパワースペクトルの再構成を行う。スペクトルモーメント算出部（３４）は、パワースペクトル再構成部（３３）で再構成されたパワースペクトルからスペクトルモーメントを算出する。
2019180821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中に電磁波または音波からなる送信信号を放射し、大気中の目標物で前記送信信号が反射された信号である反射信号を受信する信号送受信部と、
前記信号送受信部で受信された前記反射信号を、レンジ方向とクロスレンジ方向のうち少なくともいずれか一方の方向に設定長分重複させながら特定の長さ分切り出す信号切り出し部と、
前記信号切り出し部で切り出された信号から複数のパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部と、
前記複数のパワースペクトルを用いて、設定領域におけるパワースペクトル成分の割合または寄与率を変更してパワースペクトルの再構成を行うパワースペクトル再構成部と、
前記パワースペクトル再構成部で再構成されたパワースペクトルからスペクトルモーメントを算出するスペクトルモーメント算出部とを備えたレーダ信号処理装置。
【請求項２】
前記パワースペクトル再構成部は、前記複数のパワースペクトルの重み付け加算を行って前記パワースペクトルの再構成を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項３】
前記パワースペクトル再構成部は、前記複数のパワースペクトルの共通部分として最小値を抽出して前記パワースペクトルの再構成を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項４】
前記パワースペクトル再構成部は、複数通りのパワースペクトル再構成処理を行い、得られた複数のパワースペクトルの中から、基準となるスペクトル形状に近いパワースペクトルを選択することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ信号処理装置。
【請求項５】
前記パワースペクトル再構成部は、複数通りのパワースペクトル再構成処理を行い、得られた複数のパワースペクトルを平均した結果を出力することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ信号処理装置。
【請求項６】
前記パワースペクトル再構成部は、複数通りのパワースペクトル再構成処理を行い、前記スペクトルモーメント算出部は、前記複数通りのパワースペクトル再構成処理で得られた複数のパワースペクトルから複数のスペクトルモーメントを算出し、それらを平均した結果を出力することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の雨量強度または風速分布などを得るパルスドップラレーダまたはドップラライダ（レーザレーダ）に用いられるレーダ信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気中の降水粒子（雨粒）またはエアロゾルなどの離散分布型標的を観測し、雨量強度または風速分布を得る装置として、パルスドップラレーダ、ドップラライダ、ドップラソーダ、ウィンドプロファイラなどが使用されている。これらの装置は、空間にパルス状の電磁波または音波を送信信号として放射し、降水粒子または大気乱流またはエアロゾルなどによる送信信号の反射波を受信する。そして、受信信号の信号強度から雨量強度などを算出し、また、ドップラ周波数から風速などを算出するものであり、一般にそれらの算出は時間領域の信号を周波数領域の信号に変換したスペクトルのモーメント（信号強度：０次、ドップラ速度：１次、ドップラ速度幅：２次）として導出される。【０００３】
以降、ドップラライダを例に説明するが、他の装置においても同様である。
ドップラライダは、所定の時間長を有するパルス状のレーザ光を大気中の所定の方向に放射し、大気中の風と同じ速度で移動するエアロゾルからの反射波を受信するが、その反射波の中には所定のパルス幅とビーム幅で決まる散乱体積内のエアロゾルの総体的な情報が含まれる。すなわち、０次スペクトルモーメントである信号強度は散乱体積内のエアロゾルの総体的な信号強度であり、１次スペクトルモーメントであるドップラ速度は散乱体積内のエアロゾルの総体的なドップラ速度であり、２次スペクトルモーメントであるドップラ速度幅は散乱体積内のエアロゾルの総体的なドップラ速度幅となる。【０００４】
以上のように、ドップラライダはある有限の散乱体積毎に観測値を得ることから、散乱体積よりも小さな空間スケールの現象に基づく局所的な特性を把握することは困難である。例えば、ドップラライダのパルス幅を３０ｍとした場合、後方乱気流と呼ばれる航空機後方に発生する渦状の乱気流の最も風速が高い部分（コア）の半径は大型航空機でも数ｍ程度であることから、この渦を３０ｍのパルス幅で観測するとコア部分の風速だけでなくその周辺のコア部分ほど高くない風速領域とが同一散乱体積内に共に含まれる。その結果、観測値として得られる総体的なドップラ速度は元の渦の最大速度よりも小さなものとなり、その危険性を過小評価する可能性がある。また、航空機の翼幅がパルス幅未満である場合には、互いに回転方向が逆の２つの渦が両方とも同一散乱体積内に含まれ、符号が異なるドップラ速度同士が打ち消し合うため渦の検知が困難となることがある。【０００５】
局所的な特性の把握のために観測領域を小さくすること（以降、高分解能化と称する）に関しては、送信するパルス幅を短くすることで散乱体積を小さくする方法が考えられるが、この方法では送信されるパルスのエネルギが小さくなるため、観測できる距離が短くなる問題が生じる。
また、位相変調または周波数変調など広帯域化を施したパルスを送信し、受信信号を復調することで高分解能化を図る方法（パルス圧縮）が考えられるが、装置構成が複雑かつ高コストになる問題が生じる。
そこで、観測距離を短くすることなく、かつ、装置構成の大幅な変更（高コスト化）を回避する方法として、例えば、非特許文献１に示されているように、注目する小領域の利得が高くなるようにオーバラップ（非特許文献１にはオーバサンプルと記載されているが、オーバサンプルした受信信号から所定散乱体積長の信号を部分的に重複、すなわち、オーバラップさせながら抽出するという意味で、オーバラップとオーバサンプルは同義である）させた複数の散乱体積分の複素時系列信号に乗ずる係数を最適化する方法があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Tian-You Yu, et al. Resolution Enhancement Technique Using Range Oversampling,J.Atmos.Oceanic Technol.,Vol.23,pp.228-240,2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記先行技術文献に記載された従来の方法では、注目する小領域の特性は得られるものの、これを得るためには複素信号の逆行列演算または繰り返し演算を多用する最適化手法を採るため、演算量が増大し、広域観測時または高速観測時では実時間処理を行うことは困難になる課題があった。【０００８】
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、低演算量かつ広域観測時または高速観測時でも実時間で設定領域の局所的な特性を把握することのできるレーダ信号処理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】
【０００９】
この発明に係るレーダ信号処理装置は、大気中に電磁波または音波からなる送信信号を放射し、大気中の目標物で送信信号が反射された信号である反射信号を受信する信号送受信部と、信号送受信部で受信された反射信号を、レンジ方向とクロスレンジ方向のうち少なくともいずれか一方の方向に設定長分重複させながら特定の長さ分切り出す信号切り出し部と、信号切り出し部で切り出された信号から複数のパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部と、複数のパワースペクトルを用いて、設定領域におけるパワースペクトル成分の割合または寄与率を変更してパワースペクトルの再構成を行うパワースペクトル再構成部と、パワースペクトル再構成部で再構成されたパワースペクトルからスペクトルモーメントを算出するスペクトルモーメント算出部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のレーダ信号処理装置は、目標物からの反射信号を設定長分重複させながら特定の長さ分切り出して複数のパワースペクトルを算出し、これら複数のパワースペクトルを用いてパワースペクトルを再構成するようにしたものである。これにより、低演算量かつ実時間で設定領域の局所的な特性を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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である。
【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の信号処理部の動作を示すフローチャートである。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄ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信号切り出し処理を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置の重み付け加算法の説明図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃ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パワースペクトル再構成法を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置のパワースペクトル再構成部を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置の信号処理部の動作を示すフローチャートである。
【図８】の発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置のパワースペクトル再構成部を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置の信号処理部の動作を示すフローチャートである。
【図１０】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である。
【図１１】この発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置の信号処理部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、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に示すレーダ信号処理装置は、制御部１、信号送受信部２、信号処理部３、表示部４を備える。また、信号送受信部２は、信号送受信制御部２０、光源２１、分配部２２、パルス変調部２３、サーキュレータ２４、光アンテナ２５、合成部２６、光受信部２７、Ａ／Ｄ変換部２８を備える。さらに、信号処理部３は、信号処理制御部３０、信号切り出し部３１、パワースペクトル算出部３２、パワースペクトル再構成部３３、スペクトルモーメント算出部３４、速度ベクトル算出部３５を備える。
【００１３】
制御部１は、レーダ信号処理装置における各部の制御を司る制御部であり、信号送受信部２の信号送受信制御部２０に対して、パルス変調諸元、トリガ信号及び観測方位等の制御信号を出力し、また、信号処理部３の信号処理制御部３０に対して、パルス変調諸元、トリガ信号、信号切り出し諸元、パワースペクトル算出諸元、パワースペクトル再構成諸元及びスペクトルモーメント算出諸元等の制御信号を出力し、さらに、表示部４に対して表示諸元に関する制御信号を出力するよう構成されている。
【００１４】
信号送受信部２の信号送受信制御部２０は、制御部１から取得したトリガ信号に基づき、制御部１から取得した制御信号のうち、パルス変調部２３と光アンテナ２５のそれぞれに対応した制御信号を出力する。光源２１は、単一周波数からなる連続波光を出力するものであり、この光源２１によるレーザ光は分配部２２に出力される。分配部２２は、光源２１からのレーザ光に所定の周波数シフトを与え、２分配するものであり、この分配部２２により２分配されたレーザ光は、一方がパルス変調部２３に出力され、もう一方が合成部２６に出力される。パルス変調部２３は、分配部２２から入力されるレーザ光に対してパルス変調を行うものである。このパルス変調部２３によりパルス変調されたレーザ光はサーキュレータ２４に出力される。サーキュレータ２４は、レーザ光の入力元に応じて出力先を切り替えるものである。このサーキュレータ２４は、パルス変調部２３からのレーザ光は光アンテナ２５に出力し、光アンテナ２５からのレーザ光は合成部２６へ出力する。
【００１５】
光アンテナ２５は、サーキュレータ２４からのレーザ光を大気中に照射し、そのレーザ光に対するエアロゾルからの散乱光を集光するものである。この光アンテナ２５により集光された散乱光はサーキュレータ２４を介して合成部２６に出力される。合成部２６は、分配部２２からのレーザ光と、サーキュレータ２４を介した光アンテナ２５からのレーザ光とを合成するものである。この合成部２６により合成されたレーザ光は光受信部２７に出力される。光受信部２７は、合成部２６からのレーザ光に対してヘテロダイン検波を行うことにより、電気信号に変換するものである。この光受信部２７により変換された電気信号はＡ／Ｄ変換部２８に出力される。Ａ／Ｄ変換部２８は、光受信部２７からの電気信号をＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換するものである。このＡ／Ｄ変換部２８により所定サンプリングレートの信号に変換された受信信号は信号処理部３に出力される。
【００１６】
信号処理部３内の信号処理制御部３０は、制御部１から取得したトリガ信号に基づき、制御部１から取得した制御信号のうち、信号切り出し部３１〜速度ベクトル算出部３５のそれぞれに対応した制御信号を出力する。信号切り出し部３１は、信号処理制御部３０からの制御信号に基づいて、信号送受信部２のＡ／Ｄ変換部２８からの受信信号に対して、レンジ方向とクロスレンジ方向のうち少なくともいずれか一方の方向に設定長分重複させながら特定の長さ分の信号切り出し処理を行い、パワースペクトル算出部３２へ出力するものである。パワースペクトル算出部３２は、信号切り出し部３１で切り出された信号に対して、信号処理制御部３０からの制御信号に基づき、所定の窓関数を乗じた後、所定の点数にて高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行い、複数のパワースペクトルを算出して図示しない記憶装置上に格納する。パワースペクトル再構成部３３は、信号処理制御部３０からの制御信号に基づいて、図示しない記憶装置上からパワースペクトル算出部３２によって算出された複数のパワースペクトルを取得し、所定のパワースペクトル再構成方法に基づき、設定領域におけるパワースペクトル成分の割合または寄与率を高めることを目的としたパワースペクトル再構成を行い、スペクトルモーメント算出部３４へ再構成後のパワースペクトルを出力する。
【００１７】
スペクトルモーメント算出部３４は、信号処理制御部３０からの制御信号に基づいて、パワースペクトル再構成部３３から入力された再構成後のパワースペクトルから、スペクトルモーメント（０次、１次、２次など）を算出し、図示しない記憶装置へ格納するか表示部４に出力するか、または１次モーメントである視線速度を速度ベクトル算出部３５へ出力する。速度ベクトル算出部３５は、信号処理制御部３０からの制御信号に基づいて、スペクトルモーメント算出部３４で算出された１次モーメントであるドップラ速度（視線速度）を用いて、所定速度ベクトル算出法に基づき、速度ベクトルを算出し、図示しない記憶装置へ格納するか表示部４へ出力する。
【００１８】
表示部４は、制御部１からの制御信号に基づいて、信号処理部３から入力されるスペクトルモーメント情報または速度ベクトル情報を、所定方式に基づき表示するものである。
【００１９】
次に、実施の形態１のレーダ信号処理装置の動作について説明する。先ず、信号送受信部２の動作について説明する。
光源２１のレーザ光は分配部２２によって所定の周波数シフトを行うと共に分配され、一方がパルス変調部２３に出力され、もう一方が合成部２６に出力される。パルス変調部２３は、レーザ光に対してパルス変調を行う。パルス変調部２３から出力されたレーザ光はサーキュレータ２４を介して光アンテナ２５に与えられ、光アンテナ２５から大気中に照射される。照射されたレーザ光はエアロゾル等の目標物で反射され、その反射光を光アンテナ２５で受信する。光アンテナ２５で受信された反射光はサーキュレータ２４を介して合成部２６に与えられる。合成部２６では分配部２２からのレーザ光とサーキュレータ２４からの反射光とを合成し、光受信部２７に出力する。光受信部２７では、合成部２６からの出力光に対してヘテロダイン検波を行うことにより電気信号に変換する。光受信部２７から出力された電気信号はＡ／Ｄ変換部２８によってデジタル信号に変換され、信号処理部３に対して出力される。
【００２０】
次に、信号処理部３の動作について説明する。
図２は実施の形態１のレーダ信号処理装置における信号処理部３の動作を示すフローチャートである。
信号処理部３では、先ず、信号処理制御部３０からの制御信号により信号切り出し部３１において信号切り出し諸元が設定される（ステップＳＴ１０１）。なお、諸元としては方法、係数等を含むものとする。信号切り出し部３１では、設定された信号切り出し方法に基づいて信号送受信部２から与えられた信号を切り出す（ステップＳＴ１０２）。パワースペクトル算出部３２では、信号処理制御部３０からの制御信号によりパワースペクトル算出諸元が設定され（ステップＳＴ１０３）、このパワースペクトル算出諸元に基づいてパワースペクトルを算出する（ステップＳＴ１０４）。また、パワースペクトル再構成部３３では、信号処理制御部３０からの制御信号によりパワースペクトル再構成諸元が設定され（ステップＳＴ１０５）、このパワースペクトル再構成諸元に基づいてパワースペクトルが再構成される（ステップＳＴ１０６）。さらに、スペクトルモーメント算出部３４では信号処理制御部３０からの制御信号によりスペクトルモーメント算出諸元が設定され（ステップＳＴ１０７）、このスペクトルモーメント算出諸元に基づいてスペクトルモーメントを算出する（ステップＳＴ１０８）。次いで、速度ベクトル算出部３５では、信号処理制御部３０からの制御信号で設定された速度ベクトル算出諸元に基づいて速度ベクトルを算出する（ステップＳＴ１０９）。以下、信号切り出し部３１〜速度ベクトル算出部３５の動作についてさらに詳細に説明する。
【００２１】
信号切り出し部３１では、信号送受信部２から受け取った所定サンプリングレートでサンプリングされた受信信号を、レンジ方向とクロスレンジ方向のうち、少なくともいずれか一方の方向に、予め設定した長さだけ重複させながら、特定の時間長分切り出す。このとき、重複させる長さは、設定領域の長さによって決定され、時間方向（距離方向）への切り出す長さは送信パルス幅によって決定される。これらの長さは制御部１より信号処理制御部３０を介して信号切り出し部３１に設定される。
【００２２】
図３は、信号切り出し処理の概念図である。図３Ａはパルス幅Ｍとビーム幅で決定される（元の）散乱体積を示し、図３Ｂは設定領域を示している。図３Ｂの例では時間長Ｌはパルス幅Ｍの１／５の場合である。また、図３Ｃはレンジ方向の信号切り出しの概念を示し、図３Ｄはクロスレンジ方向の信号切り出しの概念を示している。
図３Ｃに示すように、レンジ方向（時間方向）に信号を切り出す場合は、設定領域の長さＬだけ重複させながら散乱体積分の受信信号を切り出す。また、クロスレンジ方向に信号を切り出す場合は、予め制御部１により信号送受信部２に対し、ビームを重複させながら走査するように設定し、図３Ｄに示すように隣接するビームで同一レンジとなる散乱体積を設定領域３０１として切り出す。
なお、一つの設定領域に対して切り出す信号の数は、パワースペクトル再構成部３３での再構成法によって決まり、この再構成法は制御部１が信号処理制御部３０を介して設定する。
【００２３】
パワースペクトル算出部３２では、信号切り出し部３１で切り出された受信信号毎にフーリエ変換（具体的手法としては、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理）し、複数のパワースペクトルを算出する。なお、一般に、有限長の信号に対しＦＦＴを行う場合は、時間信号に窓関数（例えば、ハミング窓またはハン（ハニング）窓など）を乗じる。また、１パルス（散乱体積分）の受信信号は微弱で雑音等の揺らぎの影響を受けやすいため、一般に所定回数のインコヒーレント積分（ノンコヒーレント積分）を行って揺らぎを低減させ検出能を向上させる処理を行う。
パワースペクトル算出部３２では、以上のように算出した複数のパワースペクトルを図示しない記憶装置に出力する。
【００２４】
パワースペクトル再構成部３３では、パワースペクトル算出部３２で算出された、設定領域に重畳した各パワースペクトルを用いて設定領域の割合または寄与率が高いパワースペクトルを再構成する。パワースペクトル再構成の方法としては、パワースペクトルの重み付け加算後の設定領域の係数を最大とする方法が考えられる。
図４に、このような重み付け加算法の概念図を示す。
この例では、レンジ方向に設定領域のスケールが元の散乱体積の１／５となり（分割数ｄ＝５）、設定領域に重畳する散乱体積の数（加算する散乱体積数ｎ）は９となる。図４に示す重み係数４０１〜４０５において、重み係数４０１は９個の散乱体積のパワースペクトルを用いる場合、重み係数４０２は７個、重み係数４０３は５個、重み係数４０４は３個、重み係数４０５は２個の例である。重み係数は総和が正となるものであれば任意のものとすることができる。
また、レンジ方向（時間方向）に重み付け加算する場合には、送信パルス形状ｗｔ、パワースペクトル算出処理時に使用した窓関数ｗｆを重み係数４０１〜４０５に乗じたものを重み係数とすることができる。
【００２５】
パワースペクトル再構成の異なる方法として、設定領域を隣接する散乱体積のパワースペクトル間の共通部分と考え、周波数軸上の最小値（共通部分）を採用する方法が考えられる。
図５に、このようなパワースペクトル再構成法の概念図を示す。図５Ａは２個の散乱体積を使用する場合、図５Ｂは３個の散乱体積を使用する場合、図５Ｃは５個の散乱体積を使用する場合を示している。なお、これらの図において、
散乱体積数：ｎ（＝２＊ｄ−１（ｄ：分割数））
散乱体積パワースペクトル：Ｖｉ（ｆ）（ｉ＝１，…，ｎ）
重み係数：ｗｉ（ｉ＝１，…，ｎ）
設定領域のパワースペクトル：ｙ（ｆ）
ｙ（ｆ）＝ｍｉｎ（［ｗｉ・Ｖｉ（ｆ）］），（ｉ＝１，…，ｎ）
である。
【００２６】
図５Ａの例では、重み係数ｗ＝［００１０００１００］であるから三つ目と七個目の散乱体積を用い、二つの散乱体積のパワースペクトル５０１、５０２の共通部分５０３を設定領域のパワースペクトルｙ（ｆ）＝ｍｉｎ（［Ｖ３（ｆ），Ｖ７（ｆ）］）とする。また、図５Ｂの例では、重み係数ｗ＝［００１０１０１００］であるから三つ目と五つ目と七個目の散乱体積を用い、三つの散乱体積のパワースペクトル５１１、５１２、５１３の共通部分５１４を設定領域のパワースペクトルｙ（ｆ）＝ｍｉｎ（［Ｖ３（ｆ），Ｖ５（ｆ），Ｖ７（ｆ）］）とする。さらに、図５Ｃの例では、重み係数ｗ＝［００１１１１１００］であるから三つ目から七個目の五つの散乱体積を用い、五つの散乱体積のパワースペクトル５２１〜５１５の共通部分５１４を設定領域のパワースペクトルｙ（ｆ）＝ｍｉｎ（［Ｖ３（ｆ），Ｖ４（ｆ），Ｖ５（ｆ），Ｖ６（ｆ），Ｖ７（ｆ）］）とする。
【００２７】
スペクトルモーメント算出部３４では、パワースペクトル再構成部３３で再構成したパワースペクトルからスペクトルモーメントを算出する。スペクトルモーメント算出法としては、例えば０次モーメント（受信強度）、１次モーメント（ドップラ速度）、２次モーメント（ドップラ速度幅）などを算出する。スペクトルモーメント算出部３４では、算出したスペクトルモーメントを速度ベクトル算出部３５に出力する。
【００２８】
速度ベクトル算出部３５では、取得したスペクトルモーメントから速度ベクトルを算出する。なお、速度ベクトルの算出方法としては、一般的な速度ベクトル算出法（例えば、ＶＡＤ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ａｚｉｍｕｔｈ  Ｄｉｓｐｌａｙ）法、３ビーム法、４ビーム法、５ビーム法など）を用いることができる。
【００２９】
以上説明したように、実施の形態１のレーダ信号処理装置によれば、大気中に電磁波または音波からなる送信信号を放射し、大気中の目標物で前記送信信号が反射された信号である反射信号を受信する信号送受信部と、信号送受信部で受信された反射信号を、レンジ方向とクロスレンジ方向のうち少なくともいずれか一方の方向に設定長分重複させながら特定の長さ分切り出す信号切り出し部と、信号切り出し部で切り出された信号から複数のパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部と、複数のパワースペクトルを用いて、設定領域におけるパワースペクトル成分の割合または寄与率を変更してパワースペクトルの再構成を行うパワースペクトル再構成部と、パワースペクトル再構成部で再構成されたパワースペクトルからスペクトルモーメントを算出するスペクトルモーメント算出部とを備えたので、低演算量かつ実時間で設定領域の局所的な特性を把握することができる。
【００３０】
また、実施の形態１のレーダ信号処理装置によれば、パワースペクトル再構成部は、複数のパワースペクトルの重み付け加算を行ってパワースペクトルの再構成を行うようにしたので、精度の高い再構成後のパワースペクトルを得ることができる。
【００３１】
また、実施の形態１のレーダ信号処理装置によれば、パワースペクトル再構成部は、複数のパワースペクトルの共通部分として最小値を抽出してパワースペクトルの再構成を行うようにしたので、精度の高い再構成後のパワースペクトルを得ることができる。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態１では、いくつかのレンジ方向、クロスレンジ方向のパワースペクトル再構成法を示したが、再構成後のパワースペクトルの精度（構成法による優劣）については実際の大気の状態に依存するため、パワースペクトルの有効性を評価する手段を備えることが望ましい。そこで、実施の形態２では、複数のパワースペクトル再構成を実施した後、再構成後のパワースペクトルの有効性を評価するようにした例である。
【００３３】
図６は、実施の形態２のレーダ信号処理装置におけるパワースペクトル再構成部３３ａの構成図である。実施の形態２のパワースペクトル再構成部３３ａは、第１のパワースペクトル再構成部３３１−１、第２のパワースペクトル再構成部３３２−２、…、第Ｎのパワースペクトル再構成部３３１−Ｎ、パワースペクトル形状判定部３３２を備える。第１のパワースペクトル再構成部３３１−１〜第Ｎのパワースペクトル再構成部３３１−Ｎは、それぞれが異なる再構成法によりパワースペクトルの再構成を行う機能部である。パワースペクトル形状判定部３３２は、第１のパワースペクトル再構成部３３１−１〜第Ｎのパワースペクトル再構成部３３１−Ｎで再構成された再構成処理の評価を行い、最も評価の高い再構成方法を選択するための機能部である。パワースペクトルの再構成処理の評価方法としては、例えば、ドップラライダの受信信号の典型的なパワースペクトル形状はガウス分布型であることを利用し、再構成後のパワースペクトルと、理想とする（ガウス分布型）パワースペクトルの形状を基準となるスペクトル形状としてこれらを比較することが考えられる。具体的には、再構成後のパワースペクトルと基準となるパワースペクトルの各周波数ビンの差分を算出し、それが最小となるものを選択する方法が考えられる。その他の判定法としては、単峰性であること、スペクトル形状が対称性を持つことなどを指標としてパワースペクトルを判定することができる。
【００３４】
次に、実施の形態２のレーダ信号処理装置の動作について説明する。
図７は、実施の形態２における信号処理部３の動作を示すフローチャートである。ここで、ステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０４までの処理は、図２のフローチャートの処理と同様であるため、その説明は省略する。実施の形態２では、信号処理制御部３０からの制御信号によりパワースペクトル再構成部３３ａにおいて、複数通りのパワースペクトル再構成諸元が設定され（ステップＳＴ１０５ａ）、これらのパワースペクトル再構成諸元により、複数通りのパワースペクトル再構成が、第１のパワースペクトル再構成部３３１−１〜第Ｎのパワースペクトル再構成部３３１−Ｎで行われる（ステップＳＴ１０６ａ）。次に、信号処理制御部３０からの制御信号によりパワースペクトル形状判定部３３２においてパワースペクトル判定諸元が設定され（ステップＳＴ１１０）、パワースペクトル形状判定部３３２は、このパワースペクトル判定諸元に基づいて、最も有効と考えられるパワースペクトルを判定し選択する（ステップＳＴ１１１）。これ以降のスペクトルモーメント算出部３４と速度ベクトル算出部３５の処理（ステップＳＴ１０７〜ステップＳＴ１０９）については、図２のフローチャートの処理と同様である。
【００３５】
このように、実施の形態２では、複数の再構成後のパワースペクトルに対し、最も理想的なスペクトルを判定し選択するように構成しているので、より精度の高い再構成後のパワースペクトルを得ることができる。
【００３６】
以上説明したように、実施の形態２のレーダ信号処理装置によれば、パワースペクトル再構成部は、複数通りのパワースペクトル再構成処理を行い、得られた複数のパワースペクトルの中から、基準となるスペクトル形状に近いパワースペクトルを選択するようにしたので、より精度の高い再構成後のパワースペクトルを得ることができる。
【００３７】
実施の形態３．
実施の形態２では、複数のパワースペクトル再構成を実施した後、もっとも理想的なパワースペクトルに近いか否かを基準としてパワースペクトルを選択していたが、複数のパワースペクトルを平均することで、バイアス成分が低減されたパワースペクトルを得ることができる。そこで、実施の形態３では、パワースペクトルを平均処理するようにした例である。
【００３８】
図８は、実施の形態３のレーダ信号処理装置におけるパワースペクトル再構成部３３ｂの構成図である。実施の形態３のパワースペクトル再構成部３３ｂは、第１のパワースペクトル再構成部３３１−１、第２のパワースペクトル再構成部３３１−２、…、第Ｎのパワースペクトル再構成部３３１−Ｎ、パワースペクトル平均部３３３を備える。第１のパワースペクトル再構成部３３１−１〜第Ｎのパワースペクトル再構成部３３１−Ｎは、図６に示した実施の形態２と同様に、それぞれが異なる再構成法によりパワースペクトルの再構成を行う機能部である。パワースペクトル平均部３３３は、第１のパワースペクトル再構成部３３１−１〜第Ｎのパワースペクトル再構成部３３１−Ｎで再構成されたそれぞれのパワースペクトルを平均処理し、求めた値を出力する機能部である。
【００３９】
図９は、実施の形態３における信号処理部３の動作を示すフローチャートである。ここで、ステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０６ａまでの処理は、図７のフローチャートの処理と同様であるため、その説明は省略する。次に、パワースペクトル平均部３３３は第１のパワースペクトル再構成部３３１−１〜第Ｎのパワースペクトル再構成部３３１−Ｎからのそれぞれのパワースペクトルを入力し、これらパワースペクトルの平均を求める（ステップＳＴ１１２）。これ以降のスペクトルモーメント算出部３４と速度ベクトル算出部３５の処理（ステップＳＴ１０７〜ステップＳＴ１０９）については、図２のフローチャートの処理と同様である。
【００４０】
このように、実施の形態３では、複数の再構成後のパワースペクトル平均するように構成していることから、バイアス成分が低減され、より精度の高い再構成後のパワースペクトルを得ることができる。
【００４１】
以上説明したように、実施の形態３のレーダ信号処理装置によれば、パワースペクトル再構成部は、複数通りのパワースペクトル再構成処理を行い、得られた複数のパワースペクトルを平均した結果を出力するようにしたので、より精度の高い再構成後のパワースペクトルを得ることができる。
【００４２】
実施の形態４．
実施の形態３では、複数のパワースペクトル再構成結果を平均化することでバイアスの小さいパワースペクトルを得ていたが、複数のパワースペクトル毎にスペクトルモーメントを求め、それを平均化することもでき、これを実施の形態４として説明する。
【００４３】
図１０は、実施の形態４のレーダ信号処理装置におけるパワースペクトル再構成部３３ｃとスペクトルモーメント算出部３４ａを示す構成図である。パワースペクトル再構成部３３ｃは、第１のパワースペクトル再構成部３３１−１〜第Ｎのパワースペクトル再構成部３３１−Ｎからなり、これらの構成は、図６及び図８と同様である。スペクトルモーメント算出部３４ａは、第１のスペクトルモーメント算出部３４１−１、第２のスペクトルモーメント算出部３４１−２、第Ｎのスペクトルモーメント算出部３４１−Ｎ、スペクトルモーメント平均部３４２を備える。第１のスペクトルモーメント算出部３４１−１、第２のスペクトルモーメント算出部３４１−２及び第Ｎのスペクトルモーメント算出部３４１−Ｎは、それぞれ第１のパワースペクトル再構成部３３１−１、第２のパワースペクトル再構成部３３１−２及び第Ｎのパワースペクトル再構成部３３１−Ｎで再構成されたパワースペクトルを取得して、それぞれのスペクトルモーメントを算出する機能部である。また、スペクトルモーメント平均部３４２は、第１のスペクトルモーメント算出部３４１−１〜第Ｎのスペクトルモーメント算出部３４１−Ｎで算出されたスペクトルモーメントの平均値を算出する機能部である。
【００４４】
図１１は、実施の形態４における信号処理部３の動作を示すフローチャートである。ここで、ステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０６ａまでの処理は、図７及び図９のフローチャートの処理と同様であるため、その説明は省略する。次に、スペクトルモーメント算出部３４ａでは信号処理制御部３０からの制御信号により複数通りのスペクトルモーメント算出諸元が設定され（ステップＳＴ１０７ａ）、これらのスペクトルモーメント算出諸元に基づいて第１のスペクトルモーメント算出部３４１−１〜第Ｎのスペクトルモーメント算出部３４１−Ｎで複数通りのスペクトルモーメントを算出する（ステップＳＴ１０８ａ）。次に、スペクトルモーメント平均部３４２は、第１のスペクトルモーメント算出部３４１−１〜第Ｎのスペクトルモーメント算出部３４１−Ｎで算出されたそれぞれのスペクトルモーメントを取得し、これらの平均を求める（ステップＳＴ１１３）。速度ベクトル算出部３５の処理（ステップＳＴ１０９）については、図２のフローチャートの処理と同様である。
【００４５】
このように、実施の形態４では、複数のスペクトルモーメントを平均するように構成していることから、バイアス成分が低減される効果と演算量低減の効果を得ることができる。
【００４６】
以上説明したように、実施の形態４のレーダ信号処理装置によれば、パワースペクトル再構成部は、複数通りのパワースペクトル再構成処理を行い、スペクトルモーメント算出部は、複数通りのパワースペクトル再構成処理で得られた複数のパワースペクトルから複数のスペクトルモーメントを算出し、それらを平均した結果を出力するようにしたので、より精度の高い再構成後のパワースペクトルを得ることができる。
【００４７】
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】
【００４８】
以上のように、この発明に係るレーダ信号処理装置は、目標物からの反射信号を設定長分重複させながら特定の長さ分切り出して複数のパワースペクトルを算出し、これら複数のパワースペクトルを用いてパワースペクトルを再構成する構成に関するものであり、パルスドップラレーダまたはドップラライダに用いるのに適している。
【符号の説明】
【００４９】
１  制御部、２  信号送受信部、３  信号処理部、４  表示部、２０  信号送受信制御部、２１  光源、２２  分配部、２３  パルス変調部、２４  サーキュレータ、２５  光アンテナ、２６  合成部、２７  光受信部、２８  Ａ／Ｄ変換部、３０  信号処理制御部、３１  信号切り出し部、３２  パワースペクトル算出部、３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ  パワースペクトル再構成部、３４，３４ａ  スペクトルモーメント算出部、３５  速度ベクトル算出部、３３１−１  第１のパワースペクトル再構成部、３３１−２  第２のパワースペクトル再構成部、３３１−Ｎ  第Ｎのパワースペクトル再構成部、３３２  パワースペクトル形状判定部、３３３  パワースペクトル平均部、３４１−１  第１のスペクトルモーメント算出部、３４１−２  第２のスペクトルモーメント算出部、３４１−Ｎ  第Ｎのスペクトルモーメント算出部、３４２  スペクトルモーメント平均部。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月16日(2020.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【国際調査報告】
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2019180821.tif 000016
2019180821.tif 000017
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