(57)【要約】  本発明は、適応処理を自動位相較正と結合して受信信号の信号対雑音比を向上させる時空間適応処理（ＳＴＡＰ）システムおよび方法を述べる。適応処理を、データ行列の部分的特異値分解を介して共分散行列の因数分解の縮小ランク近似を計算することにより達成する。本発明によれば、白色雑音利得制約の計算には、雑音フロアの知識または推定は不要である。信号データを較正源として使用する自動位相較正を本発明による適応処理と結合することにより、信号対雑音比とクラッタ抑制とが提供され向上する。
2005512435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナアレイによって受信されデータ行列に編成される信号を適応的に処理する、信号の信号対雑音比を向上させる信号処理システムであって、
アンテナアレイと、
信号プロセッサであって、前記アンテナアレイに接続され、前記受信信号の位相誤差を、前記受信信号を較正源として使用して補正する位相較正要素と、前記データ行列の部分的特異値分解から計算される共分散行列の因数分解の縮小ランク近似から適応重みを計算する適応処理要素と、を備えた信号プロセッサと、
を具備する信号処理システム。
【請求項２】
前記信号プロセッサは、前記受信信号をベースバンドにダウンコンバートし前記受信信号をマッチフィルタリングする前処理要素をさらに備える、請求項１に記載の信号処理システム。
【請求項３】
前記信号プロセッサは、前記アレイアンテナによって受信される前記信号を変換する１つまたは複数のアナログ・デジタル変換器をさらに備える、請求項１に記載の信号処理システム。
【請求項４】
前記信号プロセッサは、前記信号に前記適応重みを適用する乗算器をさらに備える、請求項１に記載の信号処理システム。
【請求項５】
前記信号プロセッサは、前記適応的に重み付けされた信号を結合して前記受信信号を表す単一信号にする合計要素をさらに備える、請求項５に記載の信号処理システム。
【請求項６】
アンテナアレイによって受信される信号を処理する、前記受信信号の信号対雑音比を向上させる方法であって、
前記受信信号の位相を自動的に較正することにより前記アンテナアレイにおける位相誤差を補正するステップと、
前記信号を適応的に処理するステップと、
を含む信号を処理する方法。
【請求項７】
前記受信信号の位相を自動的に較正する前記ステップは、
ダイレクトブラストの遅延ビンを特定するステップと、
前記受信信号を時間的に整合するステップと、
をさらに含む、請求項６に記載の信号を処理する方法。
【請求項８】
前記受信信号の位相を自動的に較正する前記ステップは、
各パルスに対し前記アレイに渡って差分位相を計算するステップと、
異常信号を除去するために前記パルスに渡ってメディアンフィルタリングするステップと、
をさらに含む、請求項７に記載の信号を処理する方法。
【請求項９】
前記受信信号の位相を自動的に較正する前記ステップは、
前記受信信号に対し平均差分位相を計算するステップと、
前記受信信号に渡って前記平均差分位相を減算することにより位相誤差を表す結果としての位相を生成するステップと、
前記受信信号に渡って前記結果としての位相を統合することにより位相補正された信号を生成するステップと、
をさらに含む、請求項８に記載の信号を処理する方法。
【請求項１０】
前記受信信号の位相を自動的に較正する前記ステップは、前記受信信号を較正源として使用するステップをさらに含む、請求項６に記載の信号を処理する方法。
【請求項１１】
前記受信信号を適応的に処理する前記ステップは、前記受信信号をビームスペースに変換するステップをさらに含む、請求項６に記載の信号を処理する方法。
【請求項１２】
前記受信信号を適応的に処理する前記ステップは、前記受信信号をドップラスペースに変換するステップをさらに含む、請求項１１に記載の信号を処理する方法。
【請求項１３】
前記受信信号を適応的に処理する前記ステップは、前記アレイに渡り指定された数のパルスに対してステアリングベクトルを計算するステップをさらに含む、請求項６に記載の信号を処理する方法。
【請求項１４】
前記受信信号を適応的に処理する前記ステップは、データ行列の部分的特異値分解により共分散行列の因数分解の縮小ランク近似を計算するステップをさらに含む、請求項１３に記載の信号を処理する方法。
【請求項１５】
前記受信信号を適応的に処理する前記ステップは、
前記共分散行列から主固有値を分割するステップと、
前記共分散行列の前記主固有値を組み込むステップと、
ビーム依存白色雑音利得制約を計算するステップと、
前記主固有値を使用することにより前記適応重みを計算するステップと、
前記適応重みを前記受信信号に適用するステップと、
前記重み付き信号を合計するステップと、
をさらに含む、請求項１４に記載の信号を処理する方法。
【請求項１６】
前記受信信号を適応的に処理する前記ステップは、
前記データ行列の特異値を分割するステップと、
ビーム依存白色雑音利得制約を計算するステップと、
前記特異値を使用することにより前記適応重みを計算するステップと、
前記適応重みを前記受信信号に適用するステップと、
前記重み付き信号を合計するステップと、
をさらに含む、請求項１４に記載の信号を処理する方法。
【請求項１７】
前記受信信号を前処理するステップをさらに含む請求項６に記載の信号を処理する方法。
【請求項１８】
前記受信信号を前処理する前記ステップは、
前記受信信号をベースバンドにダウンコンバートするステップと、
前記コンバートされた受信信号をマッチフィルタリングするステップと、
を含む、請求項１７に記載の信号を処理する方法。
【請求項１９】
所定期間に亘って前記受信信号のスナップショットからデータ行列を作成するステップをさらに含む請求項６に記載の信号を処理する方法。
【請求項２０】
前記受信信号を適応的に処理する前記ステップは、雑音フロアを計算することなく適応重みを計算するステップをさらに含む、請求項６に記載の信号を処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、アンテナアレイによって受信される電磁信号の信号対クラッタ比を改善するシステムおよび方法に関し、詳細には、アレイ較正誤差およびマルチパス干渉によって劣化する電磁信号の信号対クラッタ比を改善するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、参照により本明細書に援用される、「System and Method for Auto Calibrated Reduced Rank Adaptive Processor」と題され２００１年１２月５日に出願された、米国仮特許出願第６０／３３５，８００号の利益を請求する。
【０００３】
［関連技術の論考］
アンテナアレイを使用して信号リターンを処理するさまざまな信号処理技術が開発されてきた。概して、信号とともに受信される干渉を低減する努力がなされる。干渉は、雑音、クラッタおよびジャミング等、所望の信号に干渉する任意の電磁エネルギーを含む可能性がある。航空機におけるような移動環境において受信機を使用する場合、環境雑音が増大する傾向がある。これらの望ましくない信号を抑制することは、特に困難であることが分かった。
【０００４】
時空間適応処理（space-time adaptive processing（ＳＴＡＰ））は、予測された目標の方向におけるピークを増大させ、雑音または干渉源の方向における放射パターンにヌルを生成するように、アンテナアレイからのリターン信号のセットを重み付けすることにより、目標物体からのリターン信号を抽出するように設計された、特定の信号処理技術である。非適応的技術は一定の重みを使用するが、適応的技術は、リターン信号セットに基づいて重みを計算しようと試みる。
【０００５】
適応重みを計算するために、ＳＴＡＰ技術は、通常、指定された期間に渡りアレイ素子によって受信されたいくつかのパルスサンプルを結合する。概して、適応重みを、関係
【０００６】
【数１】
2005512435.tif 000003
【０００７】
によって計算する。ここで、
【０００８】
【数２】
2005512435.tif 000004
【０００９】
は、ビームステアリングベクトルであり、Ｒは共分散行列であり、
【００１０】
【数３】
2005512435.tif 000005
【００１１】
は、重みベクトルである。適応重みを識別するために、この関係を単に以下のように操作する。すなわち、
【００１２】
【数４】
2005512435.tif 000006
【００１３】
移動する物体を検出し追跡するために使用されるレーダ環境では、重みを計算し変更するプロセスをリアルタイムで行わなければならない。ＳＴＡＰは、通常、非静止環境において所与の量のデータによって推定することができる場合より、多くの適応パラメータを含む。自由度を低減した処理で得られるものを上回る性能改善を提供するために必要な精度まで、これらのパラメータを正確に推定するためには、単純にデータが不十分である。さらに、完全自由度リアルタイム処理に必要な処理は、極めて困難である。
【００１４】
白色雑音利得制約は、縮小ランク（reduced rank）計算を処理する場合に適応重みを計算するための一般的な方法である。ダイアゴナルローディング（diagonal loading）は、白色雑音利得制約のもっとも単純な形態であり、一般に使用されている。ダイアゴナルローディングは、背景雑音の有効な増大を抑止する二次制約を適用し、非常に非等方性の干渉の深いヌルによる抑制を可能にする。
【００１５】
適応重みに対する基本的な最適化パラメータは、以下の通りである。
【００１６】
【数５】
2005512435.tif 000007
【００１７】
ここで、
ｗ＝適応重みベクトル、
ｄ＝目標物体ステアリングベクトル
である。標準最適化により、結果としての適応重みを、共分散Ｒのダイアゴナルローディングを介して計算することができる。重みは、
ｗ＝｛（Ｒ＋λＩ）−１ｄ｝／｛ｄＨ（Ｒ＋λＩ）−１ｄ｝
によって与えられる。ここで、λは、二次白色雑音利得制約ｗＨｗ≦ｃを満足するために選択される最小の非負数である。ｃの値を、雑音応答対干渉出力の低減をトレードオフするという点で所望のビームフォーマ(beamformer)性能を与えるように調整する。ｃの値を直接設定する代わりに、結果としての最適化は、雑音フロアを推定し雑音フロアを上回るか下回る−１０〜＋１０ｄＢの範囲であるようにλを選択することによって、通常選択されるλの暗示的なｈｅ値を扱う場合が多い。ｃの値が明示的に与えられると、ラグランジュ乗数λに対する解は、ステアリングベクトルｄに内在する方向によって決まる。
【００１８】
二次白色雑音利得制約を計算するために単一の値λを使用することは一般的であるが、最適ではない。さらに、ｃの値を選択して明示的にλを解くことによるかまたはλを明示的に選択することにより最適な白色雑音利得値を特定するために、雑音フロア(noise floor)の推定を実行しなければならない。
【００１９】
さらに信号処理を複雑化することには、アンテナアレイが受信する入力信号が、建設的および破壊的マルチパス干渉を示す非常に変化しやすい出力履歴を示す傾向にある。主ビーム信号と可干渉性であるマルチパスにより、信号キャンセルが発生する。これにより、積分の短い期間において重みが過度に「ハントする(hunt)」ことになる。積分期間が長いほどハンチングは低減するが、変化する干渉環境に対する反応が低速になる。さらに、アレイ較正誤差がサイドローブレベルを上昇させるため、クラッタ抑制が劣化し、それによりアレイステアリングベクトルが環境に適合しなくなる。
【００２０】
さらに、これらの問題点は、モノスタティックシステムを使用するかバイスタティックシステムを使用するかに係らず存在するが、バイスタティックシステムにおける解決の方が、達成が極めて困難である。これらおよび他の理由のために、マルチパス環境において適応処理から改善されたクラッタ抑制を得ることは困難である。
【００２１】
これらおよび他の欠点が、現行の適応処理システムに存在する。したがって、特にアンテナが受信した信号をより正確に計算するように設計された、縮小ランク適応処理システムおよび方法を提供する、これらの問題に対する解決法が必要である。
【００２２】
［発明の要約］
したがって、本発明は、較正された縮小ランク適応処理を提供するシステムおよび方法に関する。特に、バイスタティックの場合において、本発明は、アンテナアレイによって受信された信号をその信号自体を較正源として使用して較正し、部分的特異値分解を通して共分散行列の縮小ランク近似から適応重みを計算することにより、適応的に信号を処理する。
【００２３】
一実施形態において、本発明は、アンテナアレイによって受信されデータ行列に編成される信号を適応的に処理する、信号の信号対雑音比を向上させる信号処理システムであって、アンテナアレイと、アンテナアレイに接続され、受信信号の位相誤差を、受信信号を較正源として使用して補正する位相較正要素と、データ行列の部分的特異値分解から計算される共分散行列の因数分解の縮小ランク近似から適応重みを計算する適応処理要素と、を備えた信号プロセッサと、を具備する信号処理システムを含む。
【００２４】
本発明のさらなる実施形態は、アンテナアレイによって受信される受信信号を処理する、受信信号の信号対雑音比を改善する方法であって、受信信号の位相を、位相誤差を補正するように自動的に較正するステップと、自由度を低減して信号を適応的に処理するステップと、を含む方法を含む。
【００２５】
本発明のさらなる特徴および利点を、以下の説明において述べ、一部はその説明から明らかとなるであろうし、または発明の実施によって理解され得る。本発明の目的および他の利点は、添付図面とともに、記載された明細書およびその特許請求の範囲において特に示されている構成によって実現され達成されよう。
【００２６】
上述した概略的な説明と以下の詳細な説明とはともに例示的かつ説明的であり、特許請求される発明のさらなる説明を提供するように意図されている。
【００２７】
本発明のさらなる理解を提供するために含まれ本明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、発明の実施形態を例示し、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００２８】
［好ましい実施形態の詳細な説明］
ここで、本発明のさまざまな実施形態を詳細に参照する。それらの実施例を、添付図面に示す。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態による信号を適応的に処理するシステム１００を示す。システム１００は、アンテナアレイ１１０と、信号を適応的に処理する信号プロセッサ１２０と、を有する。アンテナアレイ１１０は、システム１００かまたはシステム１００によって使用される何らかの他の信号発生器によって送信され目標物体によって反射される信号を受信する複数のアレイ素子１１２を有する。すべてのアンテナと同様に、アンテナアレイ１１０はまた、周囲環境によって反射された信号を含む、システム１００に近接して存在する任意の他の信号を、存在する可能性のあるジャミング信号等の他の干渉信号とともに、検出する。
【００３０】
一実施形態では、信号プロセッサ１２０の１つまたは複数のアナログ・デジタル変換器１２１を使用して、アレイ素子１１２によって受信された信号を信号のデジタル表現に変換する。図１に示す本発明の実施形態の信号プロセッサ１２０はまた、前処理要素１２２と、自動位相較正要素１２４と、適応処理要素１２６と、を有する。
【００３１】
本発明の実施形態によれば、アンテナアレイ１１０が受信した信号を、前処理要素１２２によって前処理する。前処理要素１２２は、受信した信号パルスのベースバンドおよびマッチドフィルタリング（パルス圧縮）へのダウンコンバージョンを実行する。
【００３２】
自動位相較正要素１２４は、結果としてのアレイ素子信号のセットを位相較正する。位相較正は、アレイ素子１１２における位相誤差を考慮し、それによって適応処理される信号を補正する。本発明は、位相較正のために受信信号を使用することにより利益を得る。
【００３３】
一実施形態では、位相較正要素１２４は、各アレイ素子信号のダイレクトブラスト（direct blast）の遅延ビン（delay bin）の位置を特定し、各アレイ素子からの信号をシフトさせることによりダイレクトブラスト発生を時間的に整合する。信号が時間的に整合されると、位相較正要素１２４は、各パルスに対しアレイに渡って差分位相を計算する。パルスに渡るメディアンフィルタリングを使用して、いかなる異常信号も除去する。平面波到来の方向を表す平均差分位相を減算する。結果としての差分位相は、任意のアレイ位相誤差による。そして、結果としての位相をアレイ素子に渡って統合する(integrate)ことにより、入来データの各要素に対し補正された位相を生成する。 
【００３４】
位相較正要素１２４のさらなる実施形態は、目標対象からの二次反射を二次較正源として推定してもよい。また、本発明の実施形態は、アレイ較正要素１２０をバイパスすることにより、またはそれをまったく除去することにより、位相較正を排除してもよい、ということも理解することができる。
【００３５】
本発明の実施形態の適応処理要素１２６は、前処理され較正されたアレイ素子信号を適応的に処理して、受信信号のそのセットに対して信号対雑音比を向上させる。１つの別の実施形態は、信号を適応的に処理する前にビームスペースを縮小することができる。信号データを、適応処理要素１２６によって、顕著なエネルギーの局所化領域を識別し適応処理のために縮小ビームセットを展開する従来の処理を介して、ビームスペースに変換してもよい。さらなる別の実施形態は、エレメントスペースの自由度を低減することができる。
【００３６】
このように、自由度の低減を、２つの別個の方法のうちの１つで達成してもよい。すなわち、１）ビームスペースへの縮小および縮小ビームセットを適応処理への入力として割り付けること、または２）データ行列の特異値と特異ベクトルとの一部のみを使用することによるエレメントスペースの自由度の低減である。目標物体のステアリングベクトルが定義された後、適応処理は、エレメントスペースかビームスペースかに係らず同様に続ける。
【００３７】
本発明の適応処理を、Ｋ個のデータスナップショットを結合することによって形成されるデータ行列の部分的特異値分解を介して、サンプル共分散行列
【００３８】
【数６】
2005512435.tif 000008
【００３９】
の因数分解の縮小ランク近似を計算することによって達成する。各スナップショットは、指定された数のパルスに対する事前設定された期間に渡る信号リターンから構成される。
【００４０】
適応処理要素１２６は、共分散行列Ｒとステアリングベクトルｄとの計算に基づいてビーム依存白色雑音利得制約を計算することにより、適応重みを公式化する。本発明によれば、ビーム依存白色雑音利得制約の計算には、雑音フロアの知識は必要でなく、そのため雑音フロアを推定するために必要ないかなる計算もなくす。定数ｃ、すなわち白色雑音利得制約を、ｃ＝β／ｄＨｄ、β＝１０δ／１０として選択する。ここで、δを、通常３〜６の範囲の数から選択する。これにより、ビームフォーマの白色雑音抑制能力の３〜６ｄＢ劣化をもたらす従来のシェーディングされていないビームフォーミングされた出力の白色雑音レベルに対して、３〜６ｄＢの増大が可能になる。本発明は、雑音フロアに対する分析モデルを使用して、問題のある可能性のある、雑音フロアを推定する必要をなくす。ビームセットに対しビーム依存白色雑音利得制約が計算されると、それらを、乗算器１２８によって受信信号に適用し、適応プロセッサ１２０の加算要素１３０は、結果としての信号を合計することにより、結合されたビームセットに対する単一出力信号１４０を作成する。
【００４１】
アレイ較正を適応処理と結合することにより、信号利得を改善し較正誤差およびマルチパス干渉の影響を含む雑音を無効にする本発明の能力が強化される。さらに、前処理により、処理負荷全体が低減し、環境雑音のクラッタ中およびジャミング中において目標物体の信号リターンを特定する際の効率が上昇することが可能になる。本発明は、モノスタティックおよびバイスタティック環境の両方において適用可能であるが、特に、バイスタティック環境における解決法を提供するために有益である。
【００４２】
図２は、本発明による全般的な信号処理の流れを示すフローチャート２００である。特に、プロセスは、ステップ２１０においてアンテナアレイが信号を受信した時に開始する。ステップ２２０において、受信信号をデジタルからアナログに変換する。デジタル信号処理２３０は、デジタル信号を処理して、信号対雑音比が向上した単一信号をもたらす。
【００４３】
本発明の一実施形態では、デジタル信号処理ステップ２３０は、前処理ステップ３００と、その後の自動位相較正ステップ４００と、適応処理ステップ５００と、を含む。非適応前処理ステップ３００は、受信パルスのマッチドフィルタリング(matched filtering)またはパルス圧縮を実行することにより、信号対雑音比を増大させ分解能を範囲内で向上させる。自動較正ステップ４００は、アンテナアレイ素子に関連する位相誤差を補正する。適応処理ステップ５００は、信号を適応的に処理する。それは、次元を縮小するステップを含んでもよい。一実施形態では、適応処理ステップ５００は、エレメントスペースデータを利用し、その後、信号に適用される白色雑音利得制約を生成する。別の実施形態では、適応処理ステップ５００は、データをエレメントスペースからビームスペースに変換することにより、エネルギーを縮小ビームセットにおいて局所化し、その後、信号に適用される白色雑音利得制約を生成する。ビームスペースであるかエレメントスペースであるかに係らず、白色雑音利得制約を同様に生成する。本発明の自動位相較正と適応処理との組合せにより、信号利得の向上と信号干渉の高性能ヌル化を達成する改善された信号対雑音比が提供される。
【００４４】
図３は、非適応処理ステップ３００をより詳細に説明する。前処理中、ステップ３１０において、受信信号をベースバンドにダウンコンバートまたはダウンモジュレートし、ステップ３２０において、送信パルスのベースバンドバージョンの複製を用いて、各ベースバンドパルスをマッチドフィルタリングするかまたはパルス圧縮する。このような前処理により、信号対雑音比が増大し、そのレンジの範囲において分解能を大幅に向上させることができる。
【００４５】
図４は、ステップ４００の自動位相較正をより詳細に説明する。図２に示すステップ５００の適応処理と結合した自動位相較正により、可干渉マルチパスおよび位相誤差の影響をヌル化する能力を向上させることによって白色雑音利得制約の効率が向上する。さらに、位相較正により、アレイ素子がおおよそ同じ出力および一定の差分位相を有することが保証され、信号データが間違っているか否かを判断するために信号を検査する方法が提供される。
【００４６】
図４を参照すると、自動位相較正ステップ４００において、プロセスはステップ４１０で開始し、局所化エネルギーのダイレクトブラストを含むレンジビン(range bin)を特定しそれを較正源として使用する。ステップ４１５においてアレイ素子の信号をシフトさせることにより、ダイレクトブラスト発生を時間的に整合する。ダイレクトブラストは、特定の方向から到来する平面波を表す。これは、アレイ素子に渡る一定の差分位相を意味する。この一定の差分位相からの偏差は、アンテナアレイにおける位相誤差を示す。
【００４７】
次に、ステップ４２０において、アレイに渡り各パルスに対して差分位相を計算する。そして、ステップ４３０において、パルスに渡るメディアンフィルタリングを使用することにより、いかなる異常信号も除去する。ステップ４４０において、平面波到来の方向を表す平均差分位相を計算し、ステップ４５０において減算することにより、アレイ位相誤差による差分位相をもたらす。そして、ステップ４６０において、アレイ素子に渡ってこの位相を統合することにより、入来データの各素子に対する補正位相を生成する。
【００４８】
図５は、ステップ５００の適応処理をより詳細に説明する。本発明の適応処理ステップ５００は、共分散行列の因数分解の縮小ランク近似を利用することによりおよび推定雑音フロアの使用を不要にすることにより、暗示される共分散推定とそこから計算される適応重みおよびサイドローブレベルとの安定性を向上させる。さらに、図２に示す自動位相較正ステップ４００を適応処理ステップ５００と結合することにより、マルチパス信号と位相誤差との影響をヌル化する効力を向上させることによって、本発明によって達成されるクラッタ抑制が強化される。
【００４９】
上述したように、適応重みは、式ｗ＝｛（Ｒ＋λＩ）−１ｄ｝／｛ｄＨ（Ｒ＋λＩ）−１ｄ｝に基づく。ここで、λはβとδとを使用して計算する。複素数ベースバンドのマッチドフィルタリングされたデータに対する目標モデルを、
【００５０】
【数７】
2005512435.tif 000009
【００５１】
として表すことができる。ここで、
ｘｎ（ｔ）＝第ｎ素子信号、
ｓ（ｔ）＝圧縮パルス、
Ａ＝その複素数振幅、
τｎ＝第ｎ素子の時間遅延、
ω０＝パルスの中心周波数、および
ωｄ＝目標ドップラ周波数
である。
【００５２】
時間遅延τｎを、複素数スカラＡに吸収させることにより
【００５３】
【数８】
2005512435.tif 000010
【００５４】
を生成することができるすべての素子に共通するバルク遅延τ０と、基準素子に対する差分時間遅延δτｎと、に分割することができる。
【００５５】
【数９】
2005512435.tif 000011
【００５６】
は、ｔ＋τ０近くのみサポートするため、この遅延は、目標レンジを表し、それにより、ｘｎ（ｔ）は、１パルスに関連する期間ｔ∈［０，Ｔ］内のすべての目標およびクラッタからの反射を表す。単一レンジτ０＝τｉ＋ｍＴに対応する複数パルスの場合があり、ここでτｉは、第１パルスの目標に対する時間遅延である。このため、目標に対するモデルは、次のようになる。
【００５７】
【数１０】
2005512435.tif 000012
【００５８】
素子間の間隔△を有するリニアアレイに対する差分空間時間遅延δτｎは、ω０δτｎ＝−［｛２π△（ｎ−１）｝／λ］ｓｉｎ（θ）＝（ｎ−１）ｖ△によって与えられる。ここで、θは、アレイブロードサイドからの角度（すなわち、円錐角の余角）である。これにより、スナップショットｘｔは、
【００５９】
【数１１】
2005512435.tif 000013
【００６０】
となる。ここで、ｘは時刻ｔに関連する。時刻ｔは、レンジまたはバイスタティックレンジと相関し、Ｎ個の素子の場合ｎ＝１，２，…，Ｎであり、Ｍ個のパルスの場合ｍ＝１，２，…，Ｍである。
【００６１】
図５を参照すると、本発明の一実施形態において、ステップ５０４は、任意選択で、顕著なエネルギーの局所化領域を識別し縮小ビームセットを展開する従来の処理により、信号データをビームスペースに変換してもよい。本発明のさらなる実施形態では、ステップ５０６は、任意選択で、信号データをドップラスペース(Doppler space)に変換してもよい。
【００６２】
ステップ５１０において、目標物体に関連するステアリングベクトルを、次のように計算する。
【００６３】
【数１２】
2005512435.tif 000014
【００６４】
ここで、
【００６５】
【数１３】
2005512435.tif 000015
【００６６】
である。
【００６７】
本発明のドップラ後適応ビームフォーマ(post Doppler adaptive beamformer)実施形態では、ステップ５０６におけるドップラスペースへの非適応変換を、複数のパルスに渡って高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって行い、計算を節約して次元の大幅な縮小を達成する。これにより、ステアリングベクトルをｄ＝ａ（ｖ）＝ａ（ωｓｉｎθ／ｃ）まで縮小する。ここで、新たなステアリングベクトルセットを、すべての角度に対し、新たなドップラ周波数ωの各々に対して計算し、ＳＴＡＰ問題を、次元ＮのＭドップラ後適応ビームフォーミング問題にまで縮小する。
【００６８】
そして、以下により、ステップ５２０において与えられたデータ行列Ｘの部分的特異値分解により、Ｒの縮小ランク近似を達成する。すなわち、
Ｋ＜ｄｉｍ（ｄ）
である場合、
【００６９】
【数１４】
2005512435.tif 000016
【００７０】
であり、ここで、
【００７１】
【数１５】
2005512435.tif 000017
【００７２】
である。この分解により、次のようにＲの固有分解の推定値が得られる。
【００７３】
【数１６】
2005512435.tif 000018
【００７４】
そして、プロセスはステップ５３０に進み、そこで
【００７５】
【数１７】
2005512435.tif 000019
【００７６】
の主固有値(dominant eigenvalue)を分割することにより、
【００７７】
【数１８】
2005512435.tif 000020
【００７８】
がもたらされる。次に、ステップ５４０において、適応重みを、これらの主固有値を用いて公式化することにより、
ｗ＝｛Ｕ（Λ＋λＩ）−１ＵＨｄ｝／｛ｄＨＵ（Λ＋λＩ）−１ＵＨｄ｝＝｛Ｕ（Λ＋λＩ）−１ｚ｝／ｚＨＵ（Λ＋λＩ）−１ｚ；  ｚ＝ＵＨｄ
がもたらされる。
【００７９】
ステップ５６０において、Ｕの単一特性(unitary properties)を使用しておよびＵの第ｉ列に対する表記ｕｉを使用して、Ｘの非ゼロ特異値に関連する最初のｐ列により、次のように重みωに対する解が得られる。
【００８０】
【数１９】
2005512435.tif 000021
【００８１】
ここで、
ｚｉ＝ｚの第ｉ成分、および
λｓｉ＝Λｓの第ｉ対角成分
である。この形式には、効率のためにデータ行列の部分的特異値分解があればよい。スナップショットが制限される場合、この種の規則化により、重み推定の安定性が得られる。
【００８２】
ステップ５５０におけるλ、すなわち白色雑音利得制約で使用される最適化のラグランジュ乗数の計算を、ニュートン（Newton）タイプの漸化式として定式化することができる。永年方程式により、
ｆ（λ）＝ｗＨ（λ）ｗ（λ）−ｃ＝０；  ｃ＝１０β／１０／ｄＨｄ
が得られる。ｆ（λ）は単調関数であるため、解は、
λｋ＝１＝λｋ−ｆ（λｋ）／ｆ’（λｋ）
として与えられる。
【００８３】
【数２０】
2005512435.tif 000022
【００８４】
とし、これを微分することにより、
【００８５】
【数２１】
2005512435.tif 000023
【００８６】
をもたらすことができる。
【００８７】
識別
【００８８】
【数２２】
2005512435.tif 000024
【００８９】
を使用することにより、およびｉ≧ｐにおいてλｉ＝λであると留意することにより、合計を１からｐまでの和に変換することができる。また、この特定の場合では、ｄＨｄ＝Ｌ＝ｄｉｍ（ｄ）であるが、ｄＨｄ≠Ｌである場合であっても適応重みに対する公式は有効である。ｐの値は、概して約３からＬ／２までの範囲であり、クラッタ抑制に対して最良の値を提供するように選択されるが、スナップショットの数Ｋを厳密に下回る。
【００９０】
そして、ステップ５７０において、ステップ５８０において信号の合計に使用される各信号に対し適応重みを適用する。合計された信号は、信号対クラッタ比が改善された目標物体からのリターンを表す単一信号を提供する。このため、本発明は、信号対クラッタ比を向上させ信号利得を維持することにより目標物体の位置を特定する精度を向上させる。
【００９１】
当業者には、本発明の精神または範囲から逸脱することなく本発明においてさまざまな変更および変形を行うことができる、ということが明らかとなろう。そのため、本発明は、任意の特許請求項とそれらの等価物との範囲内にあるこの発明の変更および変形を包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施形態による信号を適応的に処理するシステムの図である。
【図２】本発明の実施形態による適応信号処理のプロセスフローを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態による非適応前処理のプロセスを示す図である。
【図４】本発明の実施形態による自動位相較正のプロセスを示す図である。
【図５】本発明の実施形態による適応処理のプロセスを示す図である。
【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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【国際調査報告】
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