(57)【要約】【課題】  ＬＰＩ性を確保しつつ目標の速度及び距離を観測する。【解決手段】  実施形態のレーダ装置は、ＣＷ期間もレンジング期間も符号化と分割単位で周波数を変える周波数ホッピング（ＦＨ：Frequency Hopping）を用いることにより、ドップラ周波数を算出した後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮することで、サンプリングレートを必要以上に上げずにＬＰＩ性を確保しつつ、目標の測速及び測距を可能としている。【選択図】図１
2019035691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を送受信するレーダ装置であって、
観測時間軸をＣＷ期間とレンジング期間に分割し、
前記ＣＷ期間をLcw（Lcw≧2）個に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mcw（Mcw≧1）チップをMcwall回繰り返す信号により変調したパルス列の信号を送信し、目標からの反射を受信して、分割単位毎にパルス間でコヒーレント積分し、分割単位間では中心周波数のずれを補正したレンジ−ドップラ軸間で振幅積分し、その振幅積分結果からドップラ周波数を検出し、
前記レンジング期間をLrng（Lrng≧2）に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mr（Mr≧2）チップをMrall回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信し、前記ＣＷ期間に検出したドップラ周波数により参照信号を補正し、この参照信号を用いて前記受信した信号をレンジ圧縮し、分割単位間では振幅積分し、その振幅積分結果を用いて距離を出力し、必要に応じて距離とドップラ周波数より速度を算出するレーダ装置。
【請求項２】
前記ＣＷ期間において、前記ドップラ周波数を抽出する際に、抽出ドップラセルΣと隣接ドップラセルΣ2を用いて誤差電圧を求め、予め計算した誤差電圧とドップラ周波数との対応関係に基づいて前記ドップラ周波数を算出する請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記レンジング期間において、前記ドップラ周波数を抽出する際に、抽出ドップラセルΣと隣接ドップラセルΣ2を用いて誤差電圧を求め、予め計算した誤差電圧とドップラ周波数との対応関係に基づいて前記ドップラ周波数を算出する請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記ＣＷ期間及び前記レンジング期間の送信パルス列に、チップ長１の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用いる請求項１乃至３のいずれか記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記ＣＷ期間には、チップ長１の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用いて送受信し、前記レンジング期間には、Mr（Mr≧2）の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをN（N≧1）パルス送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によるレンジ圧縮する請求項１乃至３のいずれか記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記ＣＷ期間には、チップ長Mcw（Mcw≧2）の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをMcwall（Mcwall≧2）回繰り返したMcw×Mcwallチップ長のパルスを送受信し、前記レンジング期間には、チップ長Mr（Mr≧2）のパルスを送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によりレンジ圧縮する請求項１乃至３のいずれか記載のレーダ装置。
【請求項７】
符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を送受信するレーダ装置であって、
観測時間軸をＣＷ期間とレンジング期間に分割し、
前記ＣＷ期間をLcw（Lcw≧2）個に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mcw（Mcw≧1）チップをMcwall回繰り返す信号により変調したパルス列の信号を送信し、目標からの反射を受信して、分割単位毎にパルス間でコヒーレント積分し、分割単位間では中心周波数のずれを補正したレンジ−ドップラ軸間で振幅積分し、その振幅積分結果からドップラ周波数を検出し、
前記レンジング期間をLrng（Lrng≧2）に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mr（Mr≧2）チップをMrall回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信し、前記ＣＷ期間に検出したドップラ周波数により参照信号を補正し、この参照信号を用いて前記受信した信号をレンジ圧縮し、分割単位間では振幅積分し、その振幅積分結果を用いて距離を出力し、必要に応じて距離とドップラ周波数より速度を算出するレーダ装置の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置には、被探知性を低下させるＬＰＩ（Low Probability of Intercept）技術として、符号化（ランダム信号（ノイズ）を含む）による変調パルスを用い、パルス毎に参照信号を用いてレンジ圧縮する方式がある（特許文献１、非特許文献１参照）。但し、この方式では、目標速度によるドップラ成分を補正しないと、正しくレンジ圧縮することができず、圧縮ロスが発生する。このため、速度の探索法による参照信号の補正が必要であり、処理規模が増える。これに対して、符号化を用いない単パルス列により目標速度を観測し、その観測結果を用いて符号化コ−ドによる送受信信号の参照信号を補正する手法も考えられるが、単パルス列ではＬＰＩ性が低いため、改善策に値しない。また、符号化によるＬＰＩ性を向上させるためにはチップ数を多くする必要があるが、サンプリングレートが高くなるため、処理規模が増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2014-182010号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】符号化レーダ、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.278-280(1996)
【非特許文献２】符号コード（Ｍ系列）発生方式、‘M.I.Skolnik, Introduction to radar systems’, pp.429-430, McGRAW-HILL(1980)
【非特許文献３】ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、西村、‘ディジタル信号処理による通信システム設計’、ＣＱ出版社、pp.222-226(2006)
【非特許文献４】ＳＳ（Spread Spectrum）変調、丸林、‘スペクトル拡散通信とその応用’、電子情報通信学会編、pp.1-18(1998）
【非特許文献５】周波数ホッピング、谷萩、‘情報通信とディジタル信号処理’、コロナ社、pp.63-65(1996)
【非特許文献６】ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)
【非特許文献７】振幅モノパルス（振幅比較モノパルス）方式、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.260-262(1996)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上述べたように、ＬＰＩ性を得るために送信信号の周波数をスイープし、符号化を用いたレーダ装置では、レンジ圧縮の際に、目標の速度によるドップラ周波数成分により圧縮ロスが生じる問題があった。また、符号化のチップ数を多くすると、サンプリングレートが高くなり、処理規模が増える課題があった。
【０００６】
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、ＬＰＩ性を確保しつつ、目標の距離と速度を観測することのできるレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法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】
上記の課題を解決するために、本実施形態によれば、符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を送受信するレーダ装置において、観測時間軸をＣＷ期間とレンジング期間に分割する。ＣＷ期間は、Lcw（Lcw≧2）個に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mcw（Mcw≧1）チップをMcwall回繰り返す信号により変調したパルス列の信号を送信し、目標からの反射を受信して、分割単位毎にパルス間でコヒーレント積分し、分割単位間では中心周波数のずれを補正したレンジ−ドップラ軸間で振幅積分し、その振幅積分結果からドップラ周波数を検出する。レンジング期間は、Lrng（Lrng≧2）に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mr（Mr≧2）チップをMrall回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信し、前記ＣＷ期間に検出したドップラ周波数により参照信号を補正し、この参照信号を用いて前記受信した信号をレンジ圧縮し、分割単位間では振幅積分し、その振幅積分結果を用いて距離を出力し、必要に応じて距離とドップラ周波数より速度を算出する。すなわち、本実施形態に係るレーダ装置では、ＣＷ期間もレンジング期間も符号化と分割単位で周波数を変える周波数ホッピング（ＦＨ：Frequency Hopping）を用いることにより、ドップラ周波数を算出した後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮することで、サンプリングレートを必要以上に上げずにＬＰＩ性を確保しつつ、目標の測速及び測距を可能としている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態において、送信パルスのタイミングと変調符号例を示すタイミング図。
【図３】第１の実施形態において、送信信号の周波数変更を示すタイミング図。
【図４】第１の実施形態において、送信処理、受信処理、信号処理の様子を示すタイミング図。
【図５】第１の実施形態において、ＰＲＩ間の各セルについてＦＦＴを行った場合のレンジ−ドップラデータを得る様子を示す概念図。
【図６】第１の実施形態において、ＣＷ期間内の分割単位毎の中心周波数の変更、相関処理後のコヒーレント積分、ドップラ周波数補正後の振幅積分の様子を示すタイミング図。
【０００９】
【図７】第１の実施形態において、ＣＷ期間内の分割単位毎に得られたレンジ−ドップラ信号を振幅積分する際にドップラ周波数が補正される様子を示す概念図。
【図８】第１の実施形態において、レンジング期間内の分割単位毎の中心周波数の変更、相関処理後の振幅積分の様子を示すタイミング図。
【図９】第２の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。
【図１０】第２の実施形態において、検出レンジセルΣと隣接する２つのレンジセルの大きい振幅の方のΣ２の振幅比を用いた振幅モノパルスにより目標のドップラ周波数を算出する様子を示す概念図。
【図１１】第３の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。
【図１２】第３の実施形態において、検出レンジセルΣと隣接する２つのレンジセルの大きい振幅の方のΣ２の振幅比を用いた振幅モノパルスにより目標のドップラ周波数を算出する様子を示す概念図。
【図１３】第４の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。
【図１４】第４の実施形態において、送信パルスのタイミングと変調符号例を示すタイミング図。
【図１５】第４の実施形態において、送信処理、受信処理、信号処理の様子を示すタイミング図。
【図１６】第５の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。
【図１７】第５の実施形態において、送信パルスのタイミングと変調符号例を示すタイミング図。
【図１８】第５の実施形態において、送信処理、受信処理、信号処理の様子を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。  
【００１１】
（第１の実施形態）単パルス  
図１乃至図８を参照して、第１の実施形態に係るレーダ装置を説明する。本実施形態に係るレーダ装置では、観測期間をＣＷ期間とレンジング期間に分割し、ＣＷ期間、レンジング期間を、それぞれLcw個、Lrng個に分割し、各々の分割期間で送信信号の周波数を変更するための周波数制御を行う（周波数ホッピング：Frequency Hopping（以下、ＦＨ）、非特許文献５）。さらに、パルス間またはパルス内で符号変調するための符号化制御を行う。ＣＷ期間でドップラ周波数を観測し、レンジング期間で目標ドップラ周波数を用いて圧縮のための参照信号を補正して測距する。速度については、ドップラ周波数から算出する。
【００１２】
図１はその概略構成を示すブロック図、図２は観測時間におけるＣＷ期間、レンジング期間それぞれの送信パルスのタイミングと各送信パルスの変調符号例を示すタイミング図、図３はＣＷ期間、レンジング期間それぞれにおけるＦＨ分割単位での送信信号の周波数変更を示すタイミング図、図４は観測時間におけるＣＷ期間、レンジング期間それぞれのＦＨ分割単位毎の送信処理、受信処理の様子を示すタイミング図、図５はＰＲＩ内のレンジセル毎にＰＲＩ間のＦＦＴを行った場合のレンジ−ドップラデータを得る様子を示す概念図、図６は、ＣＷ期間内の分割単位毎の中心周波数の変更、相関処理後のコヒーレント積分、ドップラ周波数補正後の振幅積分の様子を示すタイミング図、図７は、ＣＷ期間内の分割単位毎に得られたレンジ−ドップラ信号を振幅積分する際にドップラ周波数が補正される様子を示す概念図、図８は、レンジング期間内の分割単位毎の中心周波数の変更、相関処理後の振幅積分の様子を示すタイミング図を示している。
【００１３】
本実施形態に係るレーダ装置は、図１に示すように、複数のアンテナ素子により送受信ビームを形成するアンテナ１と、アンテナ１を通じて送信信号を送出し、目標からの反射信号を受信する送受信器２と、送受信器２で得られた受信信号から目標の距離・速度を観測する信号処理器３とを備える。
【００１４】
上記送受信器２は、送受信部２１、周波数変換部２２、ＡＤ（アナログ・ディジタル）変換部２３、パルス変調部２４、符号化制御部２５、周波数制御部２６を備える。送受信部２１は、アンテナ１の複数のアンテナ素子によって形成される送信ビームを通じて、送信パルス列を目標に向けて送出し、アンテナ１の各アンテナ素子で捕捉した目標からの反射信号を合成して受信検波する。周波数変換部２２は、送受信部２１の受信信号をベースバンドに変換する。ＡＤ変換部２３は、ベースバンドの受信信号をディジタル信号に変換して、受信データとして信号処理器３に出力する。パルス変調部２４は、符号化制御部２５で生成される符号化コードで送信パルス列を変調する。周波数制御部２６は、ＣＷ期間、レンジング期間それぞれにおいて、ＦＨ分割単位で送信パルス列の送信周波数を変更する制御を行う。
【００１５】
上記信号処理器３は、ＣＷ期間相関処理部３１、ＣＷ期間ＦＦＴ処理部３２、ＣＷ期間ドップラ補正処理部３３、ＣＷ期間振幅積分処理部３４、ＣＷ期間ドップラ抽出部３５、参照信号生成部３６、レンジ期間相関処理部３７、レンジ期間振幅積分処理部３８、レンジ期間距離抽出部３９を備える。
【００１６】
ＣＷ期間相関処理部３１は、ＣＷ期間内のＦＨ分割期間FHD-1〜FHD-Lcwで受信パルス列の相関処理を行ってMcwチップの信号を抽出する。ＣＷ期間ＦＦＴ処理部３２は、ＣＷ期間内のＦＨ分割単位の相関処理結果について、それぞれＰＲＩ内のレンジセル毎にＰＲＩ間のＦＦＴを行って（レンジ圧縮処理）、ＰＲＩ毎に目標のレンジ−ドップラ信号を求める。ＣＷ期間ドップラ補正処理部３３は、ＦＦＴ処理によって得られた目標のレンジ−ドップラ信号を入力し、中心周波数に応じて周波数軸に変換した後、ゼロ埋めして、再度時間軸に戻すドップラ補正処理をＣＷ期間にて行う。ＣＷ期間振幅積分処理部３４は、ドップラ補正を受けた目標のレンジ−ドップラ信号を振幅積分する。ＣＷ期間ドップラ抽出部３５は、振幅積分後のレンジ−ドップラ信号に対して、ＣＦＡＲ等によるスレショルド検出により、目標ドップラ周波数を抽出する。
【００１７】
参照信号生成部３６は、符号長Mrngの信号をレンジング期間にするためにゼロ埋めしたものを参照信号として生成する。レンジ期間相関処理部３７は、レンジング期間内のＦＨ分割期間FHD-1〜FHD-Lrngで受信パルス列と参照信号との相関処理を行ってMrngチップの信号を抽出する。レンジ期間振幅積分処理部３８は、レンジング期間内の相関処理で抽出されたMrngチップの信号を振幅積分する。レンジ期間距離抽出部３９は、振幅積分結果をＣＦＡＲ等によりスレショルド検出し、検出した時間軸を距離軸に変換し、必要に応じてドップラ周波数から速度を算出する。
【００１８】
上記構成において、以下にその処理動作を説明する。  
【００１９】
本実施形態に係るレーダ装置は、図２に示すように、観測期間ＴをＣＷ期間とレンジング期間に分割し、ＣＷ期間もレンジング期間も、それぞれLcw分割（分割単位期間FHD-1〜FHD-Lcw）、Lrng分割（分割単位期間FHD-1〜FHD-Lrng）して、図３に示すように、各々の分割期間で周波数制御することによって送信周波数を変え（ＦＨ）、パルス間またはパルス内で符号化制御により、符号変調することを特徴とする。ＣＷ期間でドップラ周波数を観測し、レンジング期間で目標ドップラ周波数を用いて圧縮のための参照信号を補正して測距する。速度については、ドップラ周波数から算出する。図２では、一例として単パルス送信の場合を示しているが、他の送信パルスまたは連続波等でもよい。
【００２０】
単パルス列の場合は、ＦＨ分割単位毎の各パルス単位で符号変調を行う。まず、ＣＷ期間では、ドップラ周波数を観測する必要があり、図２に示すように、中心周波数を変更するとともに、Mcw（Mcw≧1）チップの符号を用いてMcw×Mall（Mall＞1）個のパルスをMcwチップずつ同一の符号で変調し、Mcwall回繰り返す。ＨＰＲＦの場合のレンジング期間では、Mrng（Mrng＞1）チップの符号を用いて、Mrng個のパルスを符号変調する。
【００２１】
符号化の方式としては、ＳＳ変調（非特許文献４）が考えられる。具体的には、例えばＭ系列コード（非特許文献２）があり、他のコードでもよい。この符号化の中には、±１内の小数を含むランダム信号（ノイズ）も含まれるものとする。また、ランダム信号としては、位相をランダムにすることである。この信号符号列を用いて、次式に示すように、信号位相を変化させて、送信用信号を生成する。定式化すると次式となる。
【００２２】
【数１】
2019035691.tif 000003
【００２３】
上記はＢＰＳＫ（Binary Phase shift Keying、非特許文献３）の場合であるが、他の位相変調方式でもよい。
【００２４】
送受信器２では、符号化制御（２５）によってパルス列を符号コードによりパルス変調（２４）して送信パルス列を生成し、この送信パルス列をアンテナ１を通じて送受信（２１）し、目標からの反射信号を受信する。この受信信号（受信パルス列）にはドップラ周波数成分が含まれる。送受信器２では、この受信信号をベースバンドに周波数変換（２２）し、ＡＤ変換（２３）によりディジタル信号に変換して、受信パルス列として信号処理器３に出力する。上記送信処理、受信処理、信号処理の様子を図４に示して、信号処理器３の処理内容を説明する。
【００２５】
まず、信号処理器３に入力される受信パルス毎の受信信号はドップラ周波数で表現すると次式で与えられる。
【００２６】
【数２】
2019035691.tif 000004
【００２７】
また、ドップラ周波数は、目標の距離と速度により、次式で与えられる。
【００２８】
【数３】
2019035691.tif 000005
【００２９】
この受信パルス列は、前述したようにMcwチップの信号がMcwall回繰り返したパルス列である。このMcwチップの信号を抽出するために、ＣＷ期間において相関処理（３１）を行う。相関処理のための参照信号は、次式で与えられる。
【００３０】
【数４】
2019035691.tif 000006
【００３１】
参照信号を受信信号長と合わせるために、ゼロ埋めを行う。
【００３２】
【数５】
2019035691.tif 000007
【００３３】
これより、参照信号の周波数軸信号は次式となる。
【００３４】
【数６】
2019035691.tif 000008
【００３５】
一方、受信信号をＦＦＴ（３２）して
【００３６】
【数７】
2019035691.tif 000009
【００３７】
を求める。相関処理は周波数軸の乗算を逆ＦＦＴして、次式となる。
【００３８】
【数８】
2019035691.tif 000010
【００３９】
【数９】
2019035691.tif 000011
【００４０】
この相関処理後の受信信号は、図３に示すようにMcwチップ毎に積分した結果に相当し、McwチップによるＰＲＩ（単パルス単位のパルス繰り返し周期のMcw倍）周期で、Mcwall個のピークが現れる。このMcwall個の信号を、図５（ａ）に示すように、ＰＲＩ内のレンジセル（Ｐセル）毎に、ＰＲＩ間（slow-time軸）のＦＦＴを行い、図５（ｂ）に示すようにレンジ−ドップラデータ（レンジ：fast-time軸、ドップラ：slow-time軸に対応）を得る。
【００４１】
【数１０】
2019035691.tif 000012
【００４２】
以上は、図６に示すようにＦＨ分割単位のコヒーレント積分処理である。次に、ＳＮ（信号対雑音電力比）を高めるために、ＦＨ分割単位間の処理結果を加算する。ＦＨ分割単位間では、中心周波数（キャリア周波数）を変えているため位相関係が異なっており、コヒーレントな積分ができず、振幅積分となる。また、中心周波数が異なると、同じ目標の場合でも、ドップラ周波数が異なるため、図６に示すように、積分前にドップラ補正が必要である。このための処理を次に示す。
【００４３】
まず、ＦＨ分割単位毎の出力は、（９）式より、scw(t,Ln)と表すことができ、中心周波数に応じて、周波数軸に変換した後、ゼロ埋めして、再度時間軸に戻すドップラ補正処理をＣＷ期間にて行う（図７参照）。
【００４４】
【数１１】
2019035691.tif 000013
【００４５】
ＦＨ分割単位の周波数比に応じて、slow-time軸の信号をストレッチすることより、ＦＨ分割単位の信号scwのドップラ補正（３３）を行うことができる。信号scwを用いて、ドップラ周波数を補正するためには、例えばｆ(1)（Ln＝1の中心周波数）を基準にした周波数比に応じて、下記の周波数fselのセルの信号を選定する。
【００４６】
【数１２】
2019035691.tif 000014
【００４７】
Δfselは、ゼロ埋めにより各周波数f(Ln) 毎にストレッチした信号列を元の軸に補正する係数と、ドップラ補正のための周波数の補正係数の乗算の意味である。
【００４８】
なお、（１１）、（１２）式の手法は、中心周波数の異なるＦＨ分割単位のレンジ−ドップラデータのドップラ補正のための一例であり、同じ趣旨であれば他の手法でもよい。
【００４９】
以上により、図７に示すようにＦＨ分割単位毎に補正したレンジ−ドップラ信号が得られるため、振幅積分（３４）すれば、ＳＮの高いレンジ−ドップラ信号を得ることができる。振幅積分後のレンジ−ドップラ信号に対して、ＣＦＡＲ（非特許文献６）等によるスレショルド検出により、目標ドップラ周波数を抽出（３５）することができる。
【００５０】
次に、レンジング期間の信号を用いて相関処理するための基準参照信号を生成（３６）する。基準参照信号としては、ＣＷ期間で出力した目標ドップラ周波数を用いる。
【００５１】
【数１３】
2019035691.tif 000015
【００５２】
設定した基準参照信号長はMrngであり、レンジ圧縮処理（相関処理）（３７）の前に、符号長（Mrng）をレンジング期間にするために、ゼロ埋めしたものを参照信号とする。
【００５３】
【数１４】
2019035691.tif 000016
【００５４】
この参照信号と入力信号との相関を算出するために、参照信号をＦＦＴ処理する。
【００５５】
【数１５】
2019035691.tif 000017
【００５６】
一方、レンジング期間の受信信号は次式で表すことができる。
【００５７】
【数１６】
2019035691.tif 000018
【００５８】
上記受信信号を次式のようにＦＦＴ処理する。
【００５９】
【数１７】
2019035691.tif 000019
【００６０】
レンジ圧縮処理（相関処理）（３７）は周波数軸の乗算を逆ＦＦＴして、次式となる。
【００６１】
【数１８】
2019035691.tif 000020
【００６２】
【数１９】
2019035691.tif 000021
【００６３】
（１５）式により、各目標（m＝1〜M）の時間軸の信号を得ることができる。
【００６４】
以上は、図８に示すようにレンジング期間におけるＦＨ分割単位の相関検出処理（３７）である。次に、ＳＮ（信号対雑音電力比）を高めるために、ＦＨ分単位間の処理結果を振幅積分（３８）する。レンジング期間の場合は、ドップラにより参照信号を補正（３６）した信号を用いた相関結果であり、ＣＷ期間のように、振幅積分前にドップラ補正する必要はなく、そのまま加算することができる。
【００６５】
ＦＨ分割単位の信号（FHD-1〜FHD-Lrng）を、振幅積分（３８）し、ＣＦＡＲ等によりスレショルド検出して、距離抽出（３９）において検出した時間軸を距離軸に変換すれば目標の距離を算出することができる。速度については、ドップラ周波数から算出することができる。
【００６６】
【数２０】
2019035691.tif 000022
【００６７】
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、符号化またはランダム信号（ノイズ）による変調パルスを用いた場合に、観測時間軸をＣＷ期間及びレンジング期間に分割し、ＣＷ期間は、更にLcw個に分割して各々の分割期間毎に送信パルス列の信号を異なる中心周波数に変更し、更に、Mcw（Mcw≧1）チップをMcwall繰り返す信号により変調した送信パルス列の信号を送信し、目標からの反射信号を受信して、分割単位毎にパルス間でコヒーレント積分して、分割単位間では中心周波数のずれを補正したレンジ−ドップラ軸間で振幅積分した結果からドップラ周波数を検出する。レンジング期間は、更にLrng個に分割して各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mr（Mr≧2）チップをMrall繰り返す信号により変調した送信パルス列の信号を送信し、目標からの反射信号を受信して、ドップラ周波数により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮し、分割単位間では振幅積分した結果を用いて距離を出力し、必要に応じて距離とドップラ周波数より速度を算出する。すなわち、ＣＷ期間もレンジング期間も符号化と分割単位で周波数を変える周波数ホッピングを用いることにより、ドップラ周波数を算出後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮するため、サンプリングレートを必要以上に上げずにLPI性を確保しつつ、測速及び測距ができる。
【００６８】
また、本実施形態では、ＣＷ期間及びレンジング期間の送信パルス列に対して、チップ長１の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用いる。すなわち、符号化した単パルスの信号を用いて、ＣＷ期間もレンジング期間も符号化を用いることにより、ドップラ周波数を算出した後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮するため、サンプリングレートを必要以上に上げずにLPI性を確保しつつ、測速及び測距することができる。
【００６９】
（第２の実施形態）振幅モノパルス（ＣＷ期間）
第１の実施形態では、ＣＷ期間において、ＦＨ分割して、各々の分割単位毎にコヒーレント積分し、更に分割単位間で振幅積分する手法について述べた。この場合、ＦＨ分割しているため、各々の分割単位の観測時間が短くなり、観測時間の逆数に比例するドップラ分解能が低下し、ドップラ観測精度も低くなる。この対策について、図９と図１０を用いて述べる。
【００７０】
図９は第２の実施形態に係るレーダ装置を構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置は、第１の実施形態とほぼ同様の構成であるが、ＣＷ期間ドップラ抽出（３５ａ）の処理が異なる。第１の実施形態では、ドップラ補正後のＦＨ分割間の振幅積分の信号より、そのままスレショルド検出して（１２）式のドップラ周波数を抽出した。本実施形態では、図１０（ａ）に示す検出ドップラセルΣと隣接する２つのドップラセルの大きい振幅の方のΣ２の振幅比を用いて、振幅モノパルス（非特許文献７）により、ドップラ周波数を算出する。
【００７１】
【数２１】
2019035691.tif 000023
【００７２】
ドップラ周波数と誤差電圧については、予め図１０（ｂ）に示す両者の関係をテーブル化することができる。したがって、誤差電圧εを観測すれば、テーブルを引用することで、ドップラ周波数を算出できる。ドップラ周波数を算出すれば、以降の処理は第１の実施形態と同様である。
【００７３】
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、ＣＷ期間において、ドップラを抽出する際に、抽出ドップラセルΣと隣接ドップラセルΣ2を用いて、誤差電圧と、あらかじめ計算した誤差電圧とドップラの対応表のテーブルを用いて、ドップラを算出する。すなわち、周波数ホッピングによりＣＷ期間を分割した場合でも、ドップラ精度の劣化を、ドップラ軸の振幅モノパルス処理によって防ぐことができる。
【００７４】
（第３の実施形態）振幅モノパルス（レンジング期間）
第１の実施形態では、レンジング期間において、ＦＨ分割して、各々の分割単位毎に相関処理し、更に分割単位間で振幅積分する手法について述べた。この場合、ＦＨ分割しているため、各々の分割単位の相関処理のための積分数が短くなり、ＳＮが低くなることでレンジ観測精度も低くなる。この対策について、図１１と図１２を用いて述べる。図１１は第３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置は、第１の実施形態とほぼ同様の構成であるが、レンジング期間のレンジ出力の処理が異なる。第１の実施形態では、レンジング期間のＦＨ分割間の振幅積分の信号より、そのままスレショルド検出して、レンジを抽出した。本実施形態では、図１２（ａ）に示すように、検出レンジセルΣと隣接する２つのレンジセルの大きい振幅の方のΣ２の振幅比を用いた振幅モノパルス（非特許文献７）により、レンジを算出する。
【００７５】
【数２２】
2019035691.tif 000024
【００７６】
レンジと誤差電圧については、予め図１２（ｂ）に示す両者の関係をテーブル化することができる。したがって、誤差電圧εを観測すれば、テーブルを引用することで、レンジを算出することができる。
【００７７】
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、レンジング期間において、距離を抽出する際に、抽出レンジセルΣと隣接レンジセルΣ2を用いて、誤差電圧と、予め計算した誤差電圧とドップラの対応関係を示すテーブルを用いて、レンジを算出する。すなわち、周波数ホッピングによりレンジング期間を分割した場合でも、レンジ精度の劣化を、レンジ軸の振幅モノパルス処理によって防ぐことができる。
【００７８】
（第４の実施形態）混合パルス
第１の実施形態では、観測時間をＣＷ期間とレンジング期間に分けて、ＣＷ期間で目標のドップラ周波数を算出し、レンジング期間において、目標のドップラ周波数により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して目標距離を出力する手法について述べた。また、その実施例としては、単パルスを用いる場合について説明した。この場合、レンジング期間も比較的繰り返し周期（ＰＲＦ）の高い送信信号になるため、遠距離においても送信ブラインドによる目標非検知が発生する場合がある。この対策のため、本実施形態では、単パルスと長パルスの混合パルスを用いる場合について述べる。図１３は第４の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。送信信号を図１４に、また受信信号と信号処理の概要を図１５に示す。
【００７９】
本実施形態において、ＣＷ期間は、第１の実施形態と同様である。レンジング期間では、所定のパルス幅のパルスを複数送信する。この場合の分割したパルスのチップ長をMrngとすると、パルス列全体のMrngのＭ系列の信号を生成し、それをパルス長で分割して、順に変調する。このため、各パルスでは符号が異なることになる。
【００８０】
図１５に示すように、ＣＷ期間のドップラ周波数により補正した参照信号を用いて、パルス列全体に渡る相関処理を行う。この手法は、第１の実施形態の単パルス列の処理を、長パルス列に置き換えるのみであるので、第１の実施形態と同様の手法を適用することができる。相関処理した結果は、図１５の下部に示すように、ＣＦＡＲで目標を検出した後、時間を距離に換算することで、目標距離を出力することができる。速度については、第１の実施形態と同様に、ドップラ周波数より算出できる。
【００８１】
なお、本実施形態において、レンジング期間のＰＲＩ（パルス繰り返し周期）を長くすることにより、遠距離の送信ブラインドによる目標非検知を抑えることができる。
【００８２】
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、ＣＷ期間において、チップ長１の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用い、レンジング期間において、Mr（Mr≧2）の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをN（N≧1）パルス送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によるレンジ圧縮する。すなわち、ＣＷ期間において符号化した単パルスを用い、またレンジング期間は符号化した長パルスを用いることにより、ドップラ周波数を算出後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮する。このため、サンプリングレートを必要以上に上げずにＬＰＩ性を確保しつつ、測速及び測距ができる。
【００８３】
（第５の実施形態）長パルス
第１の実施形態及び第４の実施形態では、観測期間をＣＷ期間とレンジング期間に分けて、ＣＷ期間でドップラ周波数を算出し、レンジング期間において、目標のドップラ周波数により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して目標距離を出力し、更に速度を算出する手法について述べた。その説明において、第１の実施形態は単パルスの場合、第２の実施形態では、単パルスと長パルスの場合について述べた。単パルスによる繰り返しの場合は、パルス間で間隙があるため、Mcwチップ間の間隔が広くなり、それによるドップラ周波数の範囲は狭くなる。一方、レンジング期間では、パルス幅の合算値が十分長くない場合は、符号長が短くなってレンジサイドローブを十分低下できない場合がある。この対策のため、本実施形態では、ＣＷ期間もレンジング期間も長パルスにした場合について述べる。図１６は第５の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。送信信号を図１７に、また受信信号と信号処理の概要を図１８に示す。
【００８４】
本実施形態では、ＣＷ期間も長パルスであり、ドップラ周波数を観測するために、長パルスをMcwall個に分割し、各々では共通のMcwチップの拡散符号により変調する。このMcwチップの信号を抽出する手法は、第１の実施形態のＣＷ期間と同様である。すなわち、Mcwall個に分割した単位の参照信号を生成し、その参照信号を用いて、Mcwall個のピーク出力を得て、ＦＦＴにより目標ドップラ周波数を算出することができる。
【００８５】
レンジング期間では、長い１パルスを送信する。パルスの変調は、パルス列全体にわたる符号長MrngのＭ系列の信号を生成して変調する。受信信号は、図１８に示すように、ＣＷ期間のドップラ周波数により補正した参照信号を用いて、レンジング期間において、パルス列全体に渡る相関処理を行い、目標信号を抽出し、距離を出力し、速度はＣＷ期間のドップラ周波数から算出した結果を出力する。
【００８６】
本実施形態によれば、第２の実施形態に比べて、ＣＷ期間の相関出力結果の間隔が、パルス間の間隙のない符号長Mcwになり、単パルスの繰り返しよりも狭くなる。このため、間隔の逆数で決まる観測ドップラ周波数の範囲を広くすることができる。また、レンジング期間のパルスが長いため、高い相関出力が得られ、レンジサイドロ−ブも低下させやすい。一方、パルス送信期間に受信する場合があり、送信と受信の同時処理が必要になる。送信と受信が分離したマルチスタティックシステムの場合には、特に適用しやすい方式となる。
【００８７】
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、ＣＷ期間において、チップ長Mcw（Mcw≧2）の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをMcwall（Mcwall≧2）回繰り返したMcw×Mcwallチップ長のパルスを送受信し、レンジング期間において、チップ長Mr（Mr≧2）のパルスを送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によりレンジ圧縮する。すなわち、ＣＷ期間において符号化した長パルスを用い、またレンジング期間は符号化したパルスを用いることにより、ドップラ周波数を算出後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮するため、サンプリングレートを必要以上に上げずにＬＰＩ性を確保しつつ、測速及び測距ができる。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１…アンテナ、２…送受信器、３…信号処理器、２１…送受信部、２２…周波数変換部、２３…ＡＤ変換部、２４，２４ａ…パルス変調部、２５，２５ａ…符号化制御部、２６…周波数制御部、３１…ＣＷ期間相関処理部、３２…ＣＷ期間ＦＦＴ処理部、３３…ＣＷ期間ドップラ補正処理部、３４…ＣＷ期間振幅積分処理部、３５，３５ａ…ＣＷ期間ドップラ抽出部、３６…参照信号生成部、３７…レンジ期間相関処理部、３８…レンジ期間振幅積分処理部、３９，３９ａ…レンジ期間距離抽出部。
【図１】
2019035691.tif 000025
【図２】
2019035691.tif 000026
【図３】
2019035691.tif 000027
【図４】
2019035691.tif 000028
【図５】
2019035691.tif 000029
【図６】
2019035691.tif 000030
【図７】
2019035691.tif 000031
【図８】
2019035691.tif 000032
【図９】
2019035691.tif 000033
【図１０】
2019035691.tif 000034
【図１１】
2019035691.tif 000035
【図１２】
2019035691.tif 000036
【図１３】
2019035691.tif 000037
【図１４】
2019035691.tif 000038
【図１５】
2019035691.tif 000039
【図１６】
2019035691.tif 000040
【図１７】
2019035691.tif 000041
【図１８】
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