(57)【要約】【課題】  走査時間の長時間化を招くことなく、観測領域を広げることができるとともに、グレーティングローブの発生を招くことなく、受信アンテナの素子数を削減することができるようにする。【解決手段】  不等間隔に配置されている複数の素子アンテナから構成されている受信アンテナ３を用いて、目標に反射されたパルス信号を繰り返し受信する受信器の他、送信パターンの主ビーム内に受信ビームを形成し、かつ、所定の方向にナルを形成するための荷重を計算する対称方向抑圧用フィルタ生成部９を設け、その受信器により繰り返し受信されたパルス信号と対称方向抑圧用フィルタ生成部９により計算された荷重とを用いて受信ビームを形成する。【選択図】        図１
2006162518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を目標に向けて繰り返し送信する送信手段と、不等間隔に配置されている複数の素子アンテナから構成され、かつ、上記送信手段の送信アンテナより開口長が長い受信アンテナを用いて、上記目標に反射されたパルス信号を繰り返し受信する受信手段と、送信パターンの主ビーム内に受信ビームを形成し、かつ、所定の方向にナルを形成するための荷重を計算する荷重計算手段と、上記受信手段により繰り返し受信されたパルス信号と上記荷重計算手段により計算された荷重とを用いて、受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、上記受信ビーム形成手段により形成された受信ビームに対する合成開口処理を実施する合成開口処理手段とを備えたレーダ装置。
【請求項２】
荷重計算手段は、移動体の進行方向に対して左右対称な方向にナルを形成するための荷重を計算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３】
荷重計算手段は、ドップラーの折り返し方向にナルを形成するための荷重を計算することを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダ装置。
【請求項４】
合成開口処理手段は、受信ビーム形成手段により形成された受信ビームの位相を補償し、位相補償後の受信ビームをコヒーレント積分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項記載のレーダ装置。
【請求項５】
合成開口処理手段は、受信ビーム形成手段により形成された受信ビームに対するレンジマイグレーション補償を実施してから、その受信ビームの位相の二次以上の変化を補償し、位相補償後の受信ビームをフーリエ変換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項記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、距離（レンジ）方向と方位（アジマス）方向に高い分解能を有するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、航空機や自動車などの移動体に搭載され、移動体の進行方向正面のレーダ画像を生成するものである。
レーダ装置から発信されるレーダの波長が光と比べて長いため、霧などの悪視界環境下においても、画像を生成することができる利点がある。
したがって、例えば、航空機にレーダ装置を搭載すれば、進行方向の視界が悪い環境での着陸支援が可能になり、多くの場面で有益である。
【０００３】
従来の画像レーダ技術としては、合成開口レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ）や、ドップラービームシャープニング（ＤＢＳ：Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｂｅａｍ  Ｓｈａｒｐｅｎｉｎｇ）などが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
しかし、これらの技術は、いずれも進行方向に対して横方向、あるいは、斜め前方を画像化することができても、正面を画像化することができない。その理由は、これらの技術は、本質的にプラットフォームの移動を利用して、仮想的にプラットフォームの進行方向に広がる大きなアレイアンテナを構成することによって、進行方向に平行な方向の分解能を稼ぐ手法だからである。また、受信信号のドップラー周波数は、プラットフォームの進行方向に対して対称な方向について等しいため、これらの技術を用いて正面方向付近を画像化すると、得られる画像は、プラットフォームの進行方向について左右折り返した画像になる。
【０００４】
結局、移動体の進行方向の正面を向いているレーダの方位（アジマス）方向の分解能を高めるには、開口の大きなアレーアンテナ等が必要である。
しかしながら、グレーティングローブの発生を防ぐためには、素子アンテナを半波長間隔で配置する必要があるので、アレーアンテナの開口径が大きくなると、そのアレーアンテナを構成する素子アンテナの数が増大することになる。
そのため、従来のレーダ装置は、送信用アレーアンテナと受信用アレーアンテナを個別に備えることにより、素子アンテナの数を削減すると同時に、グレーティングローブの発生を抑圧する方式を採用している（例えば、特許文献１参照）。以下、この方式を第１の方式と称する。
【０００５】
この第１の方式では、送信用アレーアンテナと受信用アレーアンテナの素子間隔を半波長よりも広げることで素子数を削減する。
そして、送信用アレーアンテナの素子間隔と、受信用アレーアンテナの素子間隔とが異なるように、送信用アレーアンテナと受信用アレーアンテナを配置することにより、送信のアンテナパターン（以下、「送信パターン」という）に生じるグレーティングローブと、受信のアンテナパターン（以下、「受信パターン」という）に生じるグレーティングローブの間隔が一致しないようにして、送受信全体としてのパターン（以下、「送受信パターン」という）に生じるグレーティングローブを抑圧する。
さらに、送信パターンと受信パターンを同期させて走査することにより、領域を走査して観測するようにする。
【０００６】
その他にも、素子アンテナを不等間隔に配置することにより、素子アンテナの数を削減すると同時に、グレーティングローブの発生を抑圧する第２の方式が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】米国特許  ３，８２５，９２８  “Ｈｉｇｈ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｂｉｓｔａｔｉｃ  Ｒａｄｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ”
【非特許文献１】Ｄ．Ｒ．Ｗｅｈｎｅｒ，“Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｒａｄａｒ  Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，”Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｉｎｃ，１９９５
【非特許文献２】Ａ．Ｍａｎｉｋａｓ  ａｎｄ  Ｃ．Ｐｒｏｕｋａｋｉｓ，  “Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｍｂｉｇｕｉｔｉｅｓ  ｉｎ  Ｌｉｎｅａｒ  Ａｒｒａｙｓ，”  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ  １９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、第１の方式では、送受信パターンに生じるグレーティングローブを十分に低く抑えるには、素子アンテナの配置に制約が生じる。送信アレーアンテナの素子間隔と受信アレーアンテナの素子間隔が、所定の制約を満たさない場合、例えば、受信パターンに生じるグレーティングローブが、送信パターンのサイドローブの方向と一致して、送受信パターンに比較的高いグレーティングローブが生じてしまうことがある課題があった。
また、第１の方式では、観測範囲が重複しないように、かつ、隙間なく広い領域を観測しようとすると、送受信パターンの角度分解能に相当する角度刻みで走査する必要がある。そのため、走査時間が長くなる問題もあった。
一方、第２の方式では、グレーティングローブを抑圧することができても、サイドローブレベルが全体に上昇してしまう課題があった。
【０００９】
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、走査時間の長時間化を招くことなく、観測領域を広げることができるとともに、グレーティングローブの発生を招くことなく、受信アンテナの素子数を削減することが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】
【００１０】
この発明に係るレーダ装置は、不等間隔に配置されている複数の素子アンテナから構成され、かつ、送信手段の送信アンテナより開口長が長い受信アンテナを用いて、目標に反射されたパルス信号を繰り返し受信する受信手段と、送信パターンの主ビーム内に受信ビームを形成し、かつ、所定の方向にナルを形成するための荷重を計算する荷重計算手段とを設け、その受信手段により繰り返し受信されたパルス信号と荷重計算手段により計算された荷重とを用いて、受信ビームを形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、不等間隔に配置されている複数の素子アンテナから構成され、かつ、送信手段の送信アンテナより開口長が長い受信アンテナを用いて、目標に反射されたパルス信号を繰り返し受信する受信手段と、送信パターンの主ビーム内に受信ビームを形成し、かつ、所定の方向にナルを形成するための荷重を計算する荷重計算手段とを設け、その受信手段により繰り返し受信されたパルス信号と荷重計算手段により計算された荷重とを用いて、受信ビームを形成するように構成したので、パルスを繰り返し送受信して得られた受信信号に対するパルスドップラー処理において生じる左右対称の折り返し方向に、受信ビームのナルのパターンを組み合わせることによって、受信アンテナの素子数を削減すると同時に、この折り返しを抑圧でき、また走査時間の長時間化を招くことなく、観測領域を広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、送信器１は基準となるパルス信号を生成し、そのパルス信号を繰り返し送信アンテナ２に出力する。送信アンテナ２は送信器１から出力されたパルス信号を目標２４に向けて繰り返し送信する。なお、送信器１と送信アンテナ２から送信手段が構成されている。
【００１３】
受信アンテナ３は不等間隔に配置されている複数の素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎから構成され、受信アンテナ３の開口長（アレー長）が送信アンテナ２の開口長よりも長くなるように構成されている。
受信器５−１，５−２，・・・，５−Ｎは受信アンテナ３の素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎを用いて、目標２４に反射されたパルス信号を受信して増幅する。
Ａ／Ｄ変換器６−１，６−２，・・・，６−Ｎは受信器５−１，５−２，・・・，５−Ｎにより増幅されたアナログのパルス信号をディジタルのパルス信号に変換する。
記憶部７はＡ／Ｄ変換器６−１，６−２，・・・，６−ＮによりＡ／Ｄ変換されたパルス信号を一時的に格納するメモリである。
レンジ圧縮部８は記憶部７に記憶されているパルス信号に対するパルス圧縮処理を実施して、レンジ分解能を高めた信号（以下、「レンジプロフィール」という）を取得する。
なお、受信アンテナ３、受信器５−１，５−２，・・・，５−Ｎ、Ａ／Ｄ変換器６−１，６−２，・・・，６−Ｎ、記憶部７及びレンジ圧縮部８から受信手段が構成されている。
【００１４】
対称方向抑圧用フィルタ生成部９は送信パターンの主ビーム内に受信ビームを形成し、かつ、移動体の進行方向に対して左右対称な方向にナルを形成するための荷重を計算する荷重計算手段を構成している。
ビーム合成部１０はレンジ圧縮部８により取得されたレンジプロフィールと対称方向抑圧用フィルタ生成部９により計算された荷重を合成して、受信ビームを形成する受信ビーム形成手段を構成している。
【００１５】
自機位置情報収集部１１は例えば慣性航法装置やＧＰＳ受信器を搭載し、レーダ装置が搭載されている移動体の現在位置を示す位置情報を収集する。
合成開口処理部１２は自機位置情報収集部１１により収集された位置情報を用いて、ビーム合成部１０により形成された受信ビームに対する合成開口処理を実施する合成開口処理手段を構成している。
合成開口処理部１２の動き補償部１３は自機位置情報収集部１１により収集された位置情報を用いて、ビーム合成部１０により形成された受信ビームの位相を補償する。
合成開口処理部１２のコヒーレント積分部１４は動き補償部１３による位相補償後の受信ビームをコヒーレント積分する。
【００１６】
次に動作について説明する。
まず、送信器１は、基準となるパルス信号を生成し、そのパルス信号を周期Ｔｐｒｉの間隔で繰り返し送信アンテナ２に出力することにより、Ｐ個のパルス信号を目標２４に向けて送信する。
ここで、送信アンテナ２の開口長（アレー長）をＬｔ、パルス信号の波長をλとすると、送信アンテナ２の主ビームのｎｕｌｌ  ｔｏ  ｎｕｌｌの幅Δθｔ［ｒａｄ］は、下記の式（１）で与えられる。
Δθｔ＝２λ／Ｌｔ                                        （１）
ただし、送信アンテナ２は、電子的あるいは機械的に送信パターンの主ビームの中心方向θｃを走査できるものとする。
【００１７】
送信アンテナ２から送信されたＰ個のパルス信号は目標２４に照射されて反射され、受信アンテナ３に到来する。
ここで、受信アンテナ３は、図２に示すように、Ｎ個の素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎが直線状に並んでいるものとする。素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎの配置はパラメータｄｎで表現している。
したがって、図２の例では、素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎの間隔は、ｄ１，ｄ２−ｄ１，・・・，ｄＮ−１−ｄＮ−２の不等間隔になる。
受信アンテナ３の開口長をＬｒとすると、素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎの配置を示すパラメータとの関係で、下記の式（２）が成立する。
Ｌｒ＝ｄＮ−１                                              （２）
受信アンテナ３の主ビーム幅Δθｒ［ｒａｄ］は、下記の式（３）で与えられる。
Δθｒ＝２λ／Ｌｒ                                        （３）
【００１８】
図２では、Ｎ個の素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎが直線状に並んでいるものについて示したが、Ｎ個の素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎが不等間隔に配列されていればよく、例えば、２次元状に配列されていてもよい。
【００１９】
受信器５−１，５−２，・・・，５−Ｎは、受信アンテナ３の素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎを用いて、目標２４に反射されたパルス信号を受信して増幅する。
Ａ／Ｄ変換器６−１，６−２，・・・，６−Ｎは、受信器５−１，５−２，・・・，５−Ｎにより増幅されたアナログのパルス信号を受けると、そのアナログのパルス信号をディジタルのパルス信号に変換する。
記憶部７は、Ａ／Ｄ変換器６−１，６−２，・・・，６−ＮによりＡ／Ｄ変換されたパルス信号を一時的に格納する。
レンジ圧縮部８は、記憶部７に記憶されているＰ個のパルス信号に対するパルス圧縮処理を実施することにより、レンジ分解能を高めた信号、即ち、レンジプロフィールを取得する。
ここで、レンジビン数をＭ、ｎをＮ以下の自然数、ｍをＭ以下の自然数として、レンジ圧縮部８から出力されるレンジプロフィールをＸｎ，ｍ（ｐ）（ｐ＝１，２，・・・，Ｐ）とする。
【００２０】
対称方向抑圧用フィルタ生成部９は、送信パターンの主ビーム内に受信ビームを形成し、かつ、移動体の進行方向に対して左右対称な方向にナルを形成するための荷重を計算する。
具体的には、次のようにして荷重を計算する。
【００２１】
まず、ビームを向けたい所望の方向（送信パターンの主ビーム内の方向）θｆに対応するステアリングベクトルをａ（θｆ）とし、ナルを形成したいアジマス方向（例えば、移動体の進行方向に対して左右対称な方向）θｓｇに対応するステアリングベクトルをａ（θｓｇ）（ｇ＝１，２，・・・，Ｇ）とする。
ここでは一般化のため、Ｇ個の異なる方向にナルを形成することを考える。これらのステアリングベクトルは次式で表される。以下、ビームを向けたい所望の方向のことをステアリング角と呼ぶことにする。
ａ（θｆ）＝［１  ｅｘｐ（（２πｊ・ｄ１・ｓｉｎθｆ））／λ）
・・・ｅｘｐ（（２πｊ・ｄＭ−１・ｓｉｎθｆ）／λ）］Ｔ  （４）
ａ（θｓｇ）＝［１  ｅｘｐ（（２πｊ・ｄ１・ｓｉｎθｓｇ）／λ）
・・・ｅｘｐ（（２πｊ・ｄＭ−１・ｓｉｎθｓｇ）／λ）］Ｔ  （５）
ｇ＝１，２，・・・，Ｇ
ただし、式（４）（５）における上付きのＴは行列の転置を表している。
【００２２】
次に、Ｎ個の素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎに対する荷重ｗｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）をまとめた荷重ベクトルｗを次式のように定義する。
ｗ＝［ｗ１  ｗ２  ・・・  ｗＮ］Ｔ                      （６）
対称方向抑圧用フィルタ生成部９は、ステアリング角方向のゲインを１として、抑圧したいアジマス方向にナルを生成するために、次式で定義される二乗誤差σを最小化するように荷重ｗを決定する。
σ＝‖ｙ−Ａ・ｗ‖２                                      （７）
【００２３】
ただし、Ａはステアリング角度とナルを形成するアジマス方向に対応するステアリングベクトルをまとめた（Ｇ＋１）×Ｎの行列であり、下記の式（８）で表される。
ｙは所望のゲインパターンを表す（Ｇ＋１）次元のベクトルである。
ステアリング角θｆの方向にピークを持ち、θｓｇの方向にナルを持つパターンを生成するためには、ベクトルｙは下記の式（９）のように設定される。
Ａ＝［ａ（θｆ）  ａ（θｓ１）  ・・・  ａ（θｓＧ）］＊Ｔ  （８）
ｙ＝［１  ε  ・・・  ε］Ｔ        （ε≪１）          （９）
ただし、上付きの＊は複素共役を表している。
【００２４】
これにより、荷重ｗは、下記の式（１０）に示すように、最小二乗法によって求めることができる。
ｗ＝Ａ＋ｙ                                              （１０）
ただし、式（１０）における上付きの＋は疑似逆行列を表している。
【００２５】
対称方向抑圧用フィルタ生成部９は、マルチビームを形成するために、全てのステアリング角θｆ，ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）と、そのときに抑圧したい方向θｓｇ，ｋの組み合わせについて、上記の計算を反復することにより、必要な数だけ荷重ｗｋを計算する。
ここで、Ｋは形成するビームの数である。
ｗｋ＝Ａｋ＋ｙ  （ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）                （１１）
Ａｋ＝［ａ（θｆ，ｋ）  ａ（θｓ１，ｋ）  ・・・  ａ（θｓＧ，ｋ）］＊Ｔ
（１２）
【００２６】
対称方向抑圧用フィルタ生成部９は、方向θｓｇ，ｋの組みが、−θｆ，ｋを含むように設定し、式（１１）にしたがって、所望のＫ通りのビームパターンを形成するための荷重を計算する。
対称方向抑圧用フィルタ生成部９により計算された荷重ｗを用いて形成される受信ビームパターンは、所望方向θｆ，ｋにピークをもち、これと進行方向について対称な方向−θｆ，ｋにナルを向けるパターンとなる。
【００２７】
ビーム合成部１０は、上記のようにして、対称方向抑圧用フィルタ生成部９が荷重ｗｋを計算すると、下記の式（１３）に示すように、レンジ圧縮部８により取得されたレンジプロフィールＸｎ，ｍ（ｐ）と荷重ｗｋを合成して、受信ビームを形成する。
Ｙｍ＝Ｗ＊ＴＸｍ（ｐ）                                        （１３）
Ｗ＝[ｗ１  ｗ２  ・・・  ｗＫ]                                （１４）
Ｘｍ（ｐ）＝［Ｘ１，ｍ（ｐ）  Ｘ２，ｍ（ｐ）  ・・・  ＸＮ，ｍ（ｐ）］Ｔ
（１５）
Ｙｍ（ｐ）＝［Ｙ１，ｍ（ｐ）  Ｙ２，ｍ（ｐ）  ・・・  ＹＫ，ｍ（ｐ）］Ｔ
（１６）
式（１６）におけるＹｋ，ｍ（ｐ）は、ｐ個目のパルス信号を送受信したときの、ｋ番目のビームにおけるレンジプロフィールのｍ番目のレンジセルの信号である。
ビーム合成部１０は、このレンジプロフィールＹｋ，ｍ（ｐ）を合成開口処理部１２に出力する。
なお、各レンジセルについて、Ｋ個のビームの信号をまとめたベクトルをＹｍ（ｐ）と定義している。
【００２８】
自機位置情報収集部１１は、例えば慣性航法装置やＧＰＳ受信器を搭載し、レーダ装置が搭載されている移動体の現在位置を示す位置情報を収集する。
合成開口処理部１２は、自機位置情報収集部１１により収集された位置情報を用いて、ビーム合成部１０から出力されたレンジプロフィールＹｋ，ｍ（ｐ）に対する合成開口処理を実施する。
具体的には、次のようにして合成開口処理を実施する。
【００２９】
合成開口処理部１２の動き補償部１３は、自機位置情報収集部１１により収集された位置情報を用いて、目標２４に反射されたパルス信号の時刻ｔにおける位相を求める。
図３はパルス信号の位相を算出する方法を説明する説明図である。
図において、符号２１〜２３が指し示すのは、移動体に搭載された送信アンテナ２及び受信アンテナ３が各時刻において存在している地点である。図３の例では、送信アンテナ２及び受信アンテナ３は速度ｖで直線運動しているものとする。
また、地点２１から地点２３に移動する間に時間Ｔが経過するものとする。この場合、地点２１と地点２３の距離はｖ×Ｔとなる。
また、地点２２は地点２１と地点２３の中間点であるものとし、ここでは、地点２２をｘ−ｙ座標系の原点Ｏにとり、送信アンテナ２及び受信アンテナ３の移動する方向をｙ軸の正方向とする。
さらに、ｙ軸の正方向とアジマス方向に角度θをなす位置に目標２４が存在しており、原点Ｏと目標２４の距離をＲ0とする。以後の説明では、角度θをスクイント角と呼ぶことにする。
【００３０】
図３から明らかなように、移動体から目標２４までの時刻ｔにおける距離Ｒ（θ，ｔ）は、余弦定理より、下記の式（１７）で算出される。
Ｒ（θ，ｔ）＝（Ｒ0２＋（ｖ・ｔ）２−２Ｒ0・ｖ・ｔ・ｃｏｓθ）１／２  （１７）
式（１７）において、移動体の移動距離ｖｔが距離Ｒ0と比べて短い場合、式（１７）の右辺を式（１８）のように近似することができる。
Ｒ（θ，ｔ）≒Ｒ0−ｖ・ｔ・ｃｏｓθ                        （１８）
【００３１】
式（１８）を用いれば、波長λで送受信されたパルス信号は、Ｒ（θ，ｔ）の距離を往復するので、位相φ（θ，ｔ）は下記の式（１９）で与えられる。
したがって、動き補償部１３は、下記の式（１９）を計算することにより、目標に反射されたパルス信号の時刻ｔにおける位相φ（θ，ｔ）を求める。
φ（θ，ｔ）＝４π・Ｒ（θ，ｔ）／λ
≒４π（Ｒ0−ｖ・ｔ・ｃｏｓθ）／λ            （１９）
【００３２】
次に、動き補償部１３は、受信したＰ個のパルス信号、即ち、ビーム合成部１０から出力されたレンジプロフィールＹｋ，ｍ（ｐ）を必要なだけシフトして、目標２４を含むレンジビンが同じレンジビン番号ｍとなるように調整する。
ここでのシフト量は、ビームのステアリング角θｆ，ｋに依存する。繰り返し周期Ｔｐｒｉで、ｐ個のパルス信号を送信する間に移動体が移動する距離はｖ×ｐ×Ｔｐｒｉであるから、ステアリング角θｆ，ｋ方向におけるレンジプロフィールのシフト量ｓｋ（ｐ）を下記の式（２０）によって計算することができる。
ｓｋ（ｐ）＝ｖ・ｐ・Ｔｐｒｉ・ｃｏｓθｆ，ｋ                （２０）
【００３３】
ビーム毎に式（２０）によって計算されるシフト量ｓｋ（ｐ）だけレンジプロフィールＹｋ，ｍ（ｐ）をシフトして、レンジビンを揃えたレンジプロフィールをＹ’ｋ，ｍ（ｐ）とする。
動き補償部１３は、式（１９）によって計算される位相φ（θ，ｔ）を下記の式（２１）にしたがって補償する。
Ｚｑ，ｍ（ｐ）＝Ｙ’ｋ，ｍ（ｐ）ｅｘｐ｛−ｊφ（θｑ，ｐＴｐｒｉ）｝  （２１）
ｐ＝１，２，・・・，Ｐ
ｑ＝１，２，・・・，Ｑ
ｋ＝１，２，・・・，Ｋ
ｍ＝１，２，・・・，Ｍ
ここで、Ｑはコヒーレント積分後のアジマス方向のサンプル数である。ただし、θｑ方向に十分な受信ゲインが取れるようにするため、θｑとθｆ，ｋは、下記の式（２２）を満たすことが望ましい。
｜θｑ−θｆ，ｋ｜≦Δθｒ／２                                （２２）
【００３４】
合成開口処理部１２のコヒーレント積分部１４は、上記のようにして、動き補償部１３が位相φ（θ，ｔ）を補償すると、下記の式（２３）に示すように、動き補償部１３から出力される位相補償後の信号Ｚｑ，ｍ（ｐ）をコヒーレント積分する。
＜Ｚｑ，ｍ＞＝ΣＺｑ，ｍ（ｐ）                                （２３）
ｑ＝１，２，・・・，Ｑ
ｍ＝１，２，・・・，Ｍ
ただし、式（２３）におけるΣは和記号であり、ｐ＝１からＰまでのＺｑ，ｍ（ｐ）の和を計算する。
【００３５】
ただし、送信パターンがアジマス方向に走査している場合、あるアジマス方向θｋについて積分できるパルス数は、送信パターンのメインビームの照射範囲が、そのアジマス方向θｋを含んでいる間に送受信されたパルスの数で決まる。
また、送信パターンが角速度ωで走査している場合、そのアジマス方向θｋについて積分できるパルス数Ｐ０は、下記の式（２４）から算出することができる。
Ｐ０＝［θｍａｘ／（ω・Ｔｐｒｉ）］                          （２４）
Ｐ０≦Ｐ
【００３６】
ここで、θｍａｘは送信パターンにおいて、ピークのゲインに対して十分に高いゲインを持っているとみなせる角度幅である。したがって、θｍａｘとしては、例えば、ビームの半値幅などを用いることができる。
なお、式（２４）の［］は、その中身の式、即ち、θｍａｘ／ω・Ｔｐｒｉの値を超えない最大の整数である。
コヒーレント積分部１４は、同一の方向について、式（１３）に基づいて得られた回数分のレンジプロフィールを式（２３）に基づいて積分して＜Ｙｋ，ｍ＞を求める。
【００３７】
ところで、式（２１）と式（２３）は、スクイント方向のＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄｅｒ、合成開口レーダ）の処理を表すものである。
式（２３）によるコヒーレント積分後のアジマス分解能Δθｄは、下記の式（２５）で算出されることが知られている。
Δθｄ＝λ／（２ｖ・Ｔ・ｓｉｎθ）                      （２５）
【００３８】
ただし、式（２５）において、分解能を４ｄＢ幅で定義している。
一般に知られているように、ＳＡＲの処理によって進行方向正面付近の方位方向の分解能は向上しない。このことは、式（２５）において、θ＝０とすると、右辺が発散することからも確かめられる。
つまり、観測領域全体にわたって式（２５）の分解能が達成されるわけではない。結局、全体としての方位方向の分解能は、受信アンテナ３の開口長Ｌｒによって決まる分解能Δθｒと、式（２５）の分解能Δθｄのうち、高い方の分解能によって求められる。
即ち、ｍｉｎ｛Ａ，Ｂ｝が、ＡとＢのうち、小さい方を選択する式とすれば、分解能Δθは、下記の式（２６）で与えられる。
Δθ＝ｍｉｎ｛Δθｒ／２，Δθｄ｝
＝ｍｉｎ｛λ／Ｌｒ，λ／（２ｖ・Ｔ・ｓｉｎθ）｝      （２６）
【００３９】
一方、スクイント角θが大きい領域では、式（２３）のコヒーレント積分の結果得られる方位方向の角度分解能は、受信パターンの主ビームの太さで決まる角度分解能よりも高くなる場合がある。
このことから、式（２２）を満たすようにθｑを決定する場合には、θｑをθｋよりも細かく刻んで決定することが望ましいことが分かる。
【００４０】
また、式（１９）に示すように、移動体から目標２４までの距離Ｒ（θ，ｔ）によって決まるパルス信号の位相φ（θ，ｔ）は、スクイント角θに関して遇関数である。
したがって、式（２３）のコヒーレント積分の結果は、スクイント角がθｑ方向の信号について値が増大するのと同時に、移動体の進行方向について対称な−θｑ方向の信号も増大する。
そのため、従来のスクイントモードＳＡＲの処理だけでは、進行方向を軸に左右折り返した画像が得られる。
ところが、この実施の形態１では、対称方向抑圧用フィルタ生成部９により計算された荷重を用いて受信ビームを形成するため、ビーム形成後の各ビームのレンジプロフィールＹｋ，ｍ（ｐ）においては、左右対称な方向からの信号がすでに抑圧されている。
【００４１】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、不等間隔に配置されている素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎから構成され、かつ、送信アンテナ２より開口長が長い受信アンテナ３を用いて、目標２４に反射されたパルス信号を繰り返し受信する受信器５−１，５−２，・・・，５−Ｎのほか、送信パターンの主ビーム内に受信ビームを形成し、かつ、所定の方向にナルを形成するための荷重を計算する対称方向抑圧用フィルタ生成部９などを設け、その受信器により繰り返し受信されたパルス信号と対称方向抑圧用フィルタ生成部９により計算された荷重とを用いて、受信ビームを形成するように構成したので、走査時間の長時間化を招くことなく、観測領域を広げることができるとともに、グレーティングローブの発生を招くことなく、受信アンテナの素子数を削減することができる効果を奏する。
【００４２】
即ち、素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎを不等間隔に配置し、移動によって生じるレンジのシフトと位相の変化を補償してコヒーレント積分するので、進行方向の正面については、受信アンテナ３の開口長で決まる角度分解能を得ることができ、進行方向の斜め前方については、スクイントモードＳＡＲ相当の分解能を得ることができる。同時に、不等間隔に配置している素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎを用いて、ステアリング角度と進行方向について左右対称な方向にナルをもつビームパターンを形成するので、従来のスクイントモードＳＡＲで発生していた左右対称方向の信号の折り返しを抑圧することができる。
【００４３】
なお、この実施の形態１では、素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎが直線状に並んでいる受信アンテナ３を用いるものについて示したが、素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎが不等間隔に配置されていればよく、例えば、素子アンテナ４−１，４−２，・・・，４−Ｎが２次元に配置されている受信アンテナ３を用いてもよい。
また、送信アンテナ２のアンテナ方式は、特に制限がなく、フェーズドアレーアンテナや開口面アンテナなど、いずれのアンテナ方式であっても構わない。
また、この実施の形態１では、受信アンテナ３の開口面が移動体の進行方向を向いているものについて示したが、他の方向を向いている場合についても容易に拡張できることは言うまでもない。
【００４４】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ドップラー折り返し方向抑圧用フィルタ生成部１５は図１の対称方向抑圧用フィルタ生成部９と同様にして、送信パターンの主ビーム内に受信ビームを形成し、かつ、移動体の進行方向に対して左右対称な方向にナルを形成するための荷重を計算するほか、ドップラーの折り返し方向にナルを形成するための荷重を計算する。なお、ドップラー折り返し方向抑圧用フィルタ生成部１５は荷重計算手段を構成している。
【００４５】
次に動作について説明する。
ドップラー折り返し方向抑圧用フィルタ生成部１５以外の構成部分は、上記実施の形態１と同様であるため、ドップラー折り返し方向抑圧用フィルタ生成部１５の動作についてのみ説明する。
【００４６】
ここでは、ステアリング角度をθｆ，ｋ、ドップラーの折り返しが生じる方向をθｄｈ，ｋと表すものとする。
パルス繰り返し周期Ｔｐｒｉで送受信を行っている場合、ドップラー周波数の折り返しは１／Ｔｐｒｉの幅で繰り返し発生する。アジマス方向の角度とドップラー周波数の関係から、ステアリング角度がθｆ，ｋのときの、ドップラーの折り返しが生じる方向θｄｈ，ｋは、下記の式（２７）の関係を満足する。ただし、ｈは自然数である。
（２ｖ・ｃｏｓθｆ，ｋ／λ）−（２ｖ・ｃｏｓθｄｈ，ｋ／λ）＝ｈ／Ｔｐｒｉ
（２７）
【００４７】
式（２７）を変形すると、ドップラーの折り返しが生じる方向θｄｈ，ｋは下記の式（２８）のように表される。
θｄｈ，ｋ＝ｃｏｓ−１（ｃｏｓθｆ，ｋ−ｈ・λ／（２ｖ・Ｔｐｒｉ））  （２８）
【００４８】
まず、ドップラー折り返し方向抑圧用フィルタ生成部１５は、波長λと、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉと、自機位置情報収集部１１から出力される移動体の速度ｖの値を式（２８）に代入して、ドップラー折り返し方向θｄｈ，ｋを計算する。
次に、ドップラー折り返し方向抑圧用フィルタ生成部１５は、ドップラー折り返し方向θｄｈ，ｋにナルを形成する荷重ｗｋを計算する。
荷重ｗｋの計算方法は、上記実施の形態１における対称方向抑圧用フィルタ生成部９と同様である。
【００４９】
即ち、ドップラー折り返し方向抑圧用フィルタ生成部１５は、ステアリング方向θｆ，ｋに対応するステアリングベクトルをａ（θｆ，ｋ）として、ナルを形成する対称方向の近傍θｓｇ，ｋに対応するステアリングベクトルをａ（θｓｇ，ｋ）（ｇ＝１，２，・・・，Ｇ）、ナルを形成するドップラー折り返し方向θｄｈ，ｋに対応するステアリングベクトルをａ（θｄｈ，ｋ）（ｈ＝１，２，・・・，Ｈ）とする。
ａ（θｆ）＝［１  ｅｘｐ（（２πｊ・ｄ１・ｓｉｎθｆ）／λ）
・・・ｅｘｐ（（２πｊ・ｄＭ−１・ｓｉｎθｆ）／λ）］Ｔ  （２９）
ａ（θｓｇ）＝［１  ｅｘｐ（（２πｊ・ｄ１・ｓｉｎθｓｇ）／λ）
・・・ｅｘｐ（（２πｊ・ｄＭ−１・ｓｉｎθｓｇ）／λ）］Ｔ（３０）
ｇ＝１，２，・・・，Ｇ
ａ（θｄｈ，ｋ）＝［１  ｅｘｐ（（２πｊ・ｄ１・ｓｉｎθｄｈ，ｋ）／λ）
・・・ｅｘｐ（（２πｊ・ｄＭ−１・ｓｉｎθｄｈ，ｋ）／λ）］Ｔ
（３１）
ｈ＝１，２，・・・，Ｈ
【００５０】
ここで、Ｈはナルを形成して抑圧するドップラー折り返し方向の数であり、観測領域の幅、パルス繰返し周期Ｔｐｒｉ、移動体の速度ｖなどによって決定される。
ドップラー折り返し方向抑圧用フィルタ生成部１５は、ステアリング角方向のゲインを１として、抑圧したいアジマス方向にナルを生成する荷重ｗｋを下記の式（３２）によって計算する。
ｗｋ＝Ａｋ＋ｙ                                            （３２）
ｋ＝１，２，・・・，Ｋ
Ａｋ＝［ａ（θｆ，ｋ）  ａ（θｓ１，ｋ）  ・・・  ａ（θｓＧ，ｋ）
ａ（θｄ１，ｋ）  ・・・  ａ（θｄＨ，ｋ）］＊Ｔ        （３３）
ｙ＝［１  ε  ・・・  ε］Ｔ        （ε≪１）            （３４）
【００５１】
ただし、Ａはステアリング角度と、ナルを形成するアジマス方向に対応するステアリングベクトルをまとめた（Ｇ＋Ｈ＋１）×Ｎの行列であり、ｙは所望のゲインパターンを表す（Ｇ＋Ｈ＋１）次元のベクトルである。
また、ステアリング角θｆ，ｋの方向にピークを持ち、θｓｇ，ｋ、θｄｈ，ｋの方向にナルを持つパターンを生成するため、ベクトルｙは式（３４）のように設定される。
ドップラー折り返し方向抑圧用フィルタ生成部１５により計算された荷重ｗｋは、ビーム合成部１０に出力される。その他の動作は、上記実施の形態１と同様である。
【００５２】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、ドップラーの折り返し方向θｄｈ，ｋにナルを形成するための荷重ｗｋを計算するように構成したので、上記実施の形態１のレーダ装置で得られる効果のほか、ドップラーの折り返し方向に生じるピークを抑圧することができる効果を奏する。
【００５３】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、図４と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図５の合成開口処理部１６は図１及び図４の合成開口処理部１２と同様に、自機位置情報収集部１１により収集された位置情報を用いて、ビーム合成部１０により形成された受信ビームに対する合成開口処理を実施する合成開口処理手段を構成している。
合成開口処理部１６のレンジマイグレーション補償部１７はビーム合成部１０から出力されたレンジプロフィールに対するレンジマイグレーション補償（移動体の移動によるレンジプロフィールのシフト分の補償）を実施する。
合成開口処理部１６の位相補償部１８は注目するシーン中心の位相を補償する。
合成開口処理部１６の高速フーリエ変換部１９は位相補償部１８による位相補償後の信号をヒット方向に高速フーリエ変換する。
【００５４】
次に動作について説明する。
合成開口処理部１６以外の構成部分は、上記実施の形態１，２と同様であるため、合成開口処理部１６の動作についてのみ説明する。
【００５５】
合成開口処理部１６のレンジマイグレーション補償部１７の処理内容は、上記実施の形態１における動き補償部１３におけるレンジプロフィールのシフト処理と同様であり、受信したＰ個のパルス信号のレンジプロフィールＹｋ，ｍ（ｐ）を必要なだけシフトして、目標２４を含むレンジビンが同じレンジビン番号ｍとなるように調整する。
ここでのシフト量は、ビームのステアリング角θｆ，ｋに依存する。
繰り返し周期Ｔｐｒｉで、ｐ個のパルス信号を送信する間に移動体が移動する距離は、ｖ×ｐ×Ｔｐｒｉであるから、ステアリング角θｆ，ｋ方向におけるレンジプロフィールのシフト量ｓｋ（ｐ）を上記の式（２０）によって計算することができる。
【００５６】
レンジマイグレーション補償部１７は、ビーム毎に式（２０）にしたがって計算されるシフト量ｓｋ（ｐ）だけレンジプロフィールＹｋ，ｍ（ｐ）をシフトして、レンジビンを揃えたレンジプロフィールＹ’ｋ，ｍ（ｐ）を位相補償部１８に出力する。
【００５７】
合成開口処理部１６の位相補償部１８は、受信ビームの位相の二次以上の変化を補償する。即ち、ビームの中心方向の位相分を下記の式（３５）にしたがって補償する。
Ｚｆ，ｋ，ｍ（ｐ）＝Ｙ’ｋ，ｍ（ｐ）ｅｘｐ｛−ｊφ（θｆ，ｋ，ｐＴｐｒｉ）｝
（３５）
ｐ＝１，２，・・・，Ｐ
ｋ＝１，２，・・・，Ｋ
ｍ＝１，２，・・・，Ｍ
【００５８】
上記のようにして、位相補償部１８が式（３５）にしたがってビームの中心θｆ，ｋ方向の位相を補償すると、θｆ，ｋに隣接する角度からの信号成分の位相変化が概ねリニアになるため、パルスヒット方向にフーリエ変換することにより、アジマス方向の分解能を高めることができる。
合成開口処理部１６の高速フーリエ変換部１９は、レンジビンを揃えて、式（３５）の位相補償処理を行って得られるレンジプロフィールＺｆ，ｋ，ｍ（ｐ）に対して、レンジビン毎に高速フーリエ変換を実施する。
【００５９】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、高速フーリエ変換を実施して合成開口処理を行うように構成したので、演算量を削減することができるようになり、処理時間を短縮することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
【図２】受信アンテナの開口長と、受信アンテナを構成する素子アンテナの配置を示す説明図である。
【図３】パルス信号の位相を算出する方法を説明する説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  送信器（送信手段）、２  送信アンテナ（送信手段）、３  受信アンテナ（受信手段）、４−１，４−２，・・・，４−Ｎ  素子アンテナ、５−１，５−２，・・・，５−Ｎ  受信器（受信手段）、６−１，６−２，・・・，６−Ｎ  Ａ／Ｄ変換器（受信手段）、７  記憶部（受信手段）、８  レンジ圧縮部（受信手段）、９  対称方向抑圧用フィルタ生成部（荷重計算手段）、１０  ビーム合成部（受信ビーム形成手段）、１１  自機位置情報収集部、１２  合成開口処理部（合成開口処理手段）、１３  動き補償部、１４  コヒーレント積分部、１５  ドップラー折り返し方向抑圧用フィルタ生成部（荷重計算手段）、１６  合成開口処理部（合成開口処理手段）、１７  レンジマイグレーション補償部、１８  位相補償部、１９  高速フーリエ変換部、２１  地点、２２  地点、２３  地点、２４  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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