(57)【要約】【課題】  ドップラ分解能やレンジ分解能以下の高分解能で、目標を速度軸とレンジ軸で分離して検出する。【解決手段】  実施形態によれば、パルス圧縮レーダ装置において、和信号及び差信号から抽出された信号より作成する相関行列の固有値を求め、別シーケンスで観測した雑音平均値との比較により反射信号に由来する固有値の数を推定する。また和信号と差信号の位相情報から単一目標か複数目標かを判定し、複数目標と判定した際にＭＵＳＩＣを適用する。【選択図】図１
2019168255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ開口を２分割して和ビームと差ビームにより複数のパルスを繰り返し送受信するパルス圧縮レーダ装置において、
前記複数のパルスの受信信号から和信号及び差信号を抽出してそれぞれＰＲＩ（Pulse repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してドップラ周波数軸の信号に変換するＰＲＩ−ＦＦＴ処理手段と、
前記ＰＲＩ−ＦＦＴ処理手段で得られた和信号及び差信号をパルス圧縮するパルス圧縮手段と、
前記パルス圧縮された後の和信号によるドップラ周波数−レンジ軸の信号を用いて、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により複数の極値を持つドップラ−レンジセルを目標が存在すると想定されるドップラ−レンジセルとして検出するＣＦＡＲ検出手段と、
前記ＣＦＡＲ検出手段で検出されたドップラ−レンジセルにおける和信号と差信号に基づいて、検出目標が単一か複数かを判定する単複判定手段と、
前記単複判定手段で検出目標が複数であると判定された場合に、前記ＣＦＡＲ検出手段で検出したドップラ−レンジセルを中心に前後任意個数のセルに対応する和信号及び差信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段で抽出された和信号及び差信号について、ドップラ周波数軸は逆ＦＦＴしてＰＲＩ軸に変換し、レンジ軸はＦＦＴして周波数軸に変換して行列を算出し、当該行列を一定セルずつスライディングさせて行列を選定し、選定された行列を一定方向に並べて１次元ベクトルに変換し、変換された信号Ｘを用いて相関行列を算出し、和信号については固有値展開することで固有値電力を算出する算出手段と、
前記算出手段で算出された和信号の固有値電力と別シーケンスで観測したレーダ雑音平均値とを比較し、反射信号に由来する固有値の数を目標数として推定する目標数推定手段と、
前記目標数推定手段で推定された目標数について和信号と差信号の相関行列からＭＵＳＩＣスペクトルを算出するＭＵＳＩＣスペクトル算出手段と、
前記目標毎のＭＵＳＩＣスペクトルについてＣＦＡＲ処理を行ってスレショルドを超える信号のドップラ周波数とレンジ周波数を表す極大値のＭＵＳＩＣセルを目標数分抽出する極大値抽出手段と、
前記単複判定手段で検出目標が単一であると判定された場合には、前記和信号及び前記差信号のドップラ−レンジセルに対してそれぞれ速度・距離を算出し、モノパルス測角処理により角度を算出して、１目標の速度・距離・角度を出力し、前記検出目標が複数であると判定された場合に、前記極大値抽出手段で抽出された各目標の極大値のドップラ周波数とレンジ周波数から目標毎の速度及びレンジを算出し、前記和信号で検出したＭＵＳＩＣセルと前記差信号で検出したＭＵＳＩＣセルに対してモノパルス測角処理により角度を算出する出力手段と
を具備するパルス圧縮レーダ装置。
【請求項２】
アンテナ開口を２分割して和ビームと差ビームにより複数のパルスを繰り返し送受信するパルス圧縮レーダ装置のレーダ信号処理方法において、
前記和ビームの信号と前記差ビームの信号より左右または上下の開口信号を生成し、前記開口信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて一対の和ビームを形成し、
前記一対の和ビームの受信信号それぞれの信号から目標を検出する場合に、
前記目標の検出は、
前記複数のパルスの受信信号から和信号及び差信号を抽出してそれぞれＰＲＩ（Pulse repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してドップラ周波数軸の信号に変換し、
前記ＦＦＴ処理で得られた和信号及び差信号をパルス圧縮し、
前記パルス圧縮された後の和信号によるドップラ周波数−レンジ軸の信号を用いて、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により複数の極値を持つドップラ−レンジセルを目標が存在すると想定されるドップラ−レンジセルとして検出し、
前記ＣＦＡＲで検出されたドップラ−レンジセルにおける和信号と差信号に基づいて、検出目標が単一か複数かを判定し、
前記検出目標が単一であると判定された場合に、
前記和信号及び前記差信号のドップラ−レンジセルに対してそれぞれ速度・レンジを算出し、モノパルス測角処理により角度を算出して、１目標の速度・距離・角度を出力し、
前記検出目標が複数であると判定された場合に、
前記ＣＦＡＲで検出したドップラ−レンジセルを中心に前後任意個数のセルに対応する和信号及び差信号を抽出し、
前記抽出された和信号及び差信号について、ドップラ周波数軸は逆ＦＦＴしてＰＲＩ軸に変換し、レンジ軸はＦＦＴして周波数軸に変換して行列を算出し、当該行列を一定セルずつスライディングさせて行列を選定し、選定された行列を一定方向に並べて１次元ベクトルに変換し、変換された信号Ｘを用いて相関行列を算出し、和信号については固有値展開することで固有値電力を算出し、
前記算出された和信号の固有値電力と別シーケンスで観測したレーダ雑音平均値とを比較し、反射信号に由来する固有値の数を目標数として推定し、
前記推定された目標数について和信号と差信号の相関行列からＭＵＳＩＣスペクトルを算出し、
前記目標毎のＭＵＳＩＣスペクトルについてＣＦＡＲ処理を行ってスレショルドを超える信号のドップラ周波数とレンジ周波数を表す極大値のＭＵＳＩＣセルを目標数分抽出し、
前記抽出された各目標の極大値のドップラ周波数とレンジ周波数から目標毎の速度及びレンジを算出し、前記和信号で検出したＭＵＳＩＣセルと前記差信号で検出したＭＵＳＩＣセルに対してモノパルス測角処理により角度を算出する
パルス圧縮レーダ装置のレーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、パルス圧縮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】
従来のドップラフィルタを用いたパルス圧縮レ−ダ装置では、入力信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してドップラバンクの信号に変換した後、各バンクの信号のレンジ軸におけるＦＦＴ処理結果に参照信号のＦＦＴ結果を乗算し、ウェイト乗算後、所定のスレショルドを超える信号を抽出して、その抽出された信号に相当するレンジを出力していた。この場合、検出したドップラバンクやレンジセルにより分解能が決まるため、観測時間で決まるドップラ分解能や、レンジ軸のレンジサンプル（パルス圧縮の周波数帯域で決まるレンジ分解能）以下の分解能では検出できないという問題があった。
【０００３】
分解能を向上する手法として、速度高分解能、レンジ高分解能についてはいずれもＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）処理等を適用する手法等がある。しかしながら、レンジ軸または速度軸（ドップラ周波数軸）のいずれか一方の分解能を高める手法であり、両者の軸を同時に高分解能化する手法については示されていない。
【０００４】
そこで、ドップラ−レンジ軸で検出したセル付近を抽出し、抽出した信号について、ドップラ周波数軸とレンジ軸の両者を１次元に並べた信号による相関行列を用いてＭＵＳＩＣ処理を施すことにより、ドップラ周波数軸とレンジ軸の２次元において、高分解能に目標を分離する手法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、上記提案では、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により検出された信号のドップラ-レンジセルを抽出し、抽出された信号に対し逆操作を行うことでＭＵＳＩＣを適用し、ドップラ分解能やレンジ分解能以下の高分解能で、目標を速度軸とレンジ軸で分離して検出するが、目標数が既知である必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１２１９３５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】パルス圧縮（線形、非線形、符号化）、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.275-280(1996)
【非特許文献２】パルス圧縮（レンジ圧縮）、大内、“リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎”、東京電機大学出版局、pp.131-149(2003)
【非特許文献３】ＣＦＡＲ処理、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)
【非特許文献４】空間平均法、菊間、アレーアンテナによる適応信号処理、科学技術出版、pp.163-170,pp.336-337（1999）
【非特許文献５】ＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴ、菊間、‘アダプティブアンテナ技術’、Ohmsha、pp.137-164（2003）
【非特許文献６】測角方式（モノパルス）、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.260-264(1996)
【非特許文献７】テイラー分布、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.134-135(1996)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上述べたように、従来のドップラフィルタを用いたパルス圧縮レーダ装置は、目標数が既知である必要があるという課題があった。
【０００９】
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、目標数が既知でなくても、観測時間で決まるドップラ分解能や周波数帯域で決まるレンジ分解能以下の高分解能で、目標を速度軸とレンジ軸で分離して検出することのできるパルス圧縮レーダ装置と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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本実施形態は、アンテナ開口を２分割して和ビームと差ビームにより複数のパルスを繰り返し送受信するパルス圧縮レーダ装置において、ＰＲＩ−ＦＦＴ処理手段と、パルス圧縮手段と、ＣＦＡＲ検出手段と、単複判定手段と、固有値電力算出手段と、目標数推定手段と、ＭＵＳＩＣスペクトル算出手段と、極大値抽出手段と、出力手段とを具備する。
前記ＰＲＩ−ＦＦＴ処理手段は、前記複数のパルスの受信信号から和信号及び差信号を抽出してそれぞれＰＲＩ（Pulse repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してドップラ周波数軸の信号に変換する。パルス圧縮手段は、前記ＦＦＴ処理手段で得られた和信号及び差信号をパルス圧縮する。前記ＣＦＡＲ検出手段は、前記パルス圧縮された後の和信号によるドップラ周波数−レンジ軸の信号を用いて、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により複数の極値を持つドップラ−レンジセルを目標が存在すると想定されるドップラ−レンジセルとして検出する。前記単複判定手段は、前記ＣＦＡＲ検出手段で検出されたドップラ−レンジセルにおける和信号と差信号に基づいて、検出目標が単一か複数かを判定する。前記抽出手段は、前記単複判定手段で検出目標が複数であると判定された場合に、前記ＣＦＡＲ検出手段で検出したドップラ−レンジセルを中心に前後任意個数のセルに対応する和信号及び差信号を抽出する。
【００１１】
前記固定値電力算出手段は、前記抽出手段で抽出された和信号及び差信号について、ドップラ周波数軸は逆ＦＦＴしてＰＲＩ軸に変換し、レンジ軸はＦＦＴして周波数軸に変換して行列を算出し、当該行列を一定セルずつスライディングさせて行列を選定し、選定された行列を一定方向に並べて１次元ベクトルに変換し、変換された信号Ｘを用いて相関行列を算出し、和信号については固有値展開することで固有値電力を算出する。前記目標数推定手段は、前記算出手段で算出された和信号の固有値電力と別シーケンスで観測したレーダ雑音平均値とを比較し、反射信号に由来する固有値の数を目標数として推定する。前記ＭＵＳＩＣスペクトル算出手段は、前記目標数推定手段で推定された目標数について和信号と差信号の相関行列から和信号と差信号のＭＵＳＩＣスペクトルを算出する。前記極大値抽出手段は、前記和信号のＭＵＳＩＣスペクトルについてＣＦＡＲ処理を行ってスレショルドを超える信号のドップラ周波数とレンジ周波数を表す極大値のＭＵＳＩＣセルを前記目標数分抽出する。前記出力手段は、前記単複判別手段で検出目標が単一であると判定された場合には、前記和信号及び前記差信号のドップラ−レンジセルに対してそれぞれ速度・レンジを算出し、モノパルス測角処理により角度を算出して、１目標の速度・距離・角度を出力し、前記検出目標が複数であると判定された場合に、前記極大値抽出手段で抽出された各目標の極大値のドップラ周波数とレンジ周波数から目標毎の速度及びレンジを算出し、前記和信号で検出したＭＵＳＩＣセルと前記差信号の同一ＭＵＳＩＣセルに対してモノパルス測角処理により角度を算出して、複数目標の速度・距離・角度を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示すレーダ装置において、信号処理を説明するための図。
【図３】図１に示すレーダ装置において、固有値解析部の解析処理を説明するための図。
【図４】図１に示すレーダ装置の信号処理に用いられる演算を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１において、アンテナ１は複数のアンテナ素子を配列して大開口アレイを形成してなるフェーズドアレイアンテナであり、送受信器２の送受信部２１から繰り返し供給される特定周波数の送信パルス信号（以下、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）信号）を指定方向に送出してその反射波を受信する。送受信器２では、送受信部２１において、アンテナ１の複数のアンテナ素子でそれぞれ受信された信号をビーム制御部２２からの指示に従って位相制御を施し合成することで、任意の方向に所定の受信ビームを形成して和信号と差信号のＰＲＦ受信信号を取得し、ベースバンドに周波数変換する。このようにして得られたＰＲＦ受信信号は信号処理器３に送られる。
【００１５】
上記信号処理器３は、ＡＤ（Analog-Digital）変換部３１、ＰＲＩ軸ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）処理部３２、レンジ軸ＦＦＴ処理部３３、乗算部３４、参照信号生成部３５、参照信号ＦＦＴ処理部３６、レンジ軸ＩＦＦＴ処理部３７、ドップラ−レンジ検波部３８、ＣＦＡＲ検出部３９、単複判定部３Ａ、速度・距離算出部３Ｂ、角度算出部３Ｃ、ドップラ−レンジセル抽出部３Ｄ、ドップラＩＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部３Ｅ、相関行列（Rxx）演算部３Ｆ、固有値解析部３Ｇ、雑音平均値格納部３Ｈ、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）処理部３Ｉ、ＣＦＡＲ検出部３Ｊを備える。
【００１６】
上記信号処理器３において、送受信部２１で周波数変換された和信号と差信号の受信信号は、ＡＤ変換部３１によりディジタル信号に変換される。ＡＤ変換された和信号と差信号は、ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３２によりＰＲＩ軸方向にＦＦＴ処理されてドップラ周波数軸の信号に変換され、さらに、レンジ軸ＦＦＴ処理部３３によりレンジ軸についてＦＦＴ処理されて、乗算部３４に送られる。
【００１７】
一方、参照信号生成部３５では、パルス圧縮用の参照信号が生成されており、この参照信号は参照信号ＦＦＴ処理部３６にてＦＦＴ処理されて上記乗算部３４に送られる。乗算部３４は、受信された和信号と差信号のレンジ軸ＦＦＴ処理によって得られた周波数領域信号と参照信号のＦＦＴ処理によって得られた周波数域信号とを乗算して、周波数領域のパルス圧縮信号を生成する。
【００１８】
このパルス圧縮信号は、レンジ軸ＩＦＦＴ処理部３７にてレンジ軸方向のＩＦＦＴ処理により時間領域のパルス圧縮信号に変換された後、ドップラ−レンジ検波部３８に送られる。このドップラ−レンジ検波部３８は、パルス圧縮信号からドップラ周波数軸におけるＰＲＩ毎のレンジ信号を取得する。このレンジ信号はＣＦＡＲ検出部３９に送られる。ＣＦＡＲ検出部３９は、和信号から得たレンジ信号からＣＦＡＲ処理によりスレショルドを超える信号の極大値を検出し、目標が存在すると想定されるドップラ−レンジセルを特定する。
【００１９】
ここで、単複判定部３Ａにおいて、特定されたドップラ−レンジセルにおける和信号と差信号に単複判定を実施する。単複判定において、差信号を和信号で除算したときの実部が０に等しいときは単一目標と判定し、速度・距離算出部３Ｂで和信号及び差信号のドップラ−レンジセルに対して速度・距離を算出し、角度算出部３Ｃでモノパルス測角処理（非特許文献６）等により角度を算出することで１目標の速度・距離・角度を出力する。
【００２０】
単複判定において実部が０でないとき、ドップラ−レンジセル抽出部３ＤはＰＲＩ毎に極大値が検出された時間とドップラ周波数を中心にしたレンジセルを抽出してドップラ逆ＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部３Ｅに送る。
【００２１】
上記ドップラ逆ＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部３Ｅは、抽出されたセルのドップラ周波数軸を逆ＦＦＴ処理してＰＲＩ軸に変換し、レンジ軸をＦＦＴ処理してレンジ周波数軸に変換した和信号と差信号を生成し、これを１次元に並べ替えて相関行列算出部３Ｆに送る。この相関行列算出部３Ｆは、ＰＲＩ−レンジ周波数で表現される信号の共分散行列を相関行列として算出して固有値展開を行い、和信号の固有値電力を算出する。この相関行列算出部３Ｆで算出された和信号の固有値電力は、固有値解析部３Ｇに送られる。この固有値解析部３Ｇは、和信号において算出した固有値電力と、雑音平均値格納部３Ｈに格納されている、別シーケンスで観測したレーダの雑音平均値とを比較することで、反射信号に由来する固有値の数を推定する。この推定結果は目標数としてＭＵＳＩＣ処理部３Ｉに送られる。
【００２２】
上記ＭＵＳＩＣ処理部３Ｉは、解析された目標数について和信号と差信号の相関行列からＭＵＳＩＣスペクトルを算出してＣＦＡＲ検出部３Ｊに出力する。ＣＦＡＲ検出部３Ｊは和信号のＭＵＳＩＣスペクトルについてＣＦＡＲ処理を行ってスレショルドを超える信号のドップラ周波数とレンジ周波数を表す極大値のＭＵＳＩＣセルを目標数分抽出する。各目標の抽出結果は速度・距離出力部３Ｂに送られ、各目標の極大値のドップラ周波数とレンジ周波数から目標毎の速度及び距離を算出して出力する。また、角度算出部３Ｃにおいて、和信号で検出したＭＵＳＩＣセルと同一の差信号のＭＵＳＩＣセルに対してモノパルス測角処理等により角度を算出する。これにより、複数目標の速度・距離・角度を出力する。
【００２３】
本実施形態に係るレーダ装置は、アンテナ開口を２分割して和ビームと差ビームにより複数のパルスを繰り返し送受信し、和ビームの信号と差ビームの信号より左右または上下の開口信号を生成して、開口信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて一対の和ビームを形成し、一対の和ビームの受信信号それぞれの信号から目標を検出する。以下、図２及び図４を参照して信号処理器の処理内容を具体的に説明する。
【００２４】
まず、送受信器２では、アンテナ１に目標方向にビームを指向させてＰＲＦ信号を送受信し、和信号と差信号を受信する。信号処理器３は、受信された和信号、差信号のＰＲＦ信号をそれぞれＡＤ変換部３１によりディジタル信号に変換した後、ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３２でＦＦＴ処理してＰＲＩ軸の周波数領域信号に変換し、さらに、レンジ軸ＦＦＴ処理部３３でＦＦＴ処理してレンジ軸の周波数領域信号に変換する。また、参照信号生成部３５でパルス圧縮用の参照信号を生成し、参照信号ＦＦＴ処理部３６でＦＦＴ処理し周波数領域の参照信号を生成して乗算部３４に送る。乗算部３４は、和信号及び差信号のＰＲＦ受信信号の周波数領域信号と参照信号の周波数領域信号を乗算する。以上の処理を数式にて示す。
【００２５】
まず、ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３２において、入力したＰＲＦ信号sig(n,t)（ＰＲＩ番号、時間）をＰＲＩ軸でＦＦＴ処理する(図２（ａ））。  
【００２６】
【数１】
2019168255.tif 000003
【００２７】
次に、レンジ軸ＦＦＴ処理部３３において、レンジ（時間）軸でＦＦＴ処理する(図２（ｂ））。
【００２８】
【数２】
2019168255.tif 000004
【００２９】
一方、参照信号生成部３５でされる参照信号（線形チャープ信号の場合）Sref(t)を表現すると、次式となる。
【００３０】
【数３】
2019168255.tif 000005
【００３１】
この参照信号Sref(t)としては、非線形チャープ信号、符号変調等、他の変調方式でもよいのは言うまでもない（例えば非特許文献１、２参照）。
【００３２】
参照信号ＦＦＴ処理部３６では、上記参照信号Sref(t)のサンプル長を入力信号に合わせて０埋めした信号に置き換える。
【００３３】
【数４】
2019168255.tif 000006
【００３４】
これをＦＦＴして、参照信号Sref(t)の周波数軸の信号を得る。
【００３５】
【数５】
2019168255.tif 000007
【００３６】
これにより、乗算部３４における周波数領域の乗算後の信号S(n,ω)は、次式となる。
【００３７】
【数６】
2019168255.tif 000008
【００３８】
次に、レンジ軸ＩＦＦＴ処理部３７において、次式に示すレンジ軸方向のＩＦＦＴ処理により時間領域のパルス圧縮信号S(n,t)に変換する。
【００３９】
【数７】
2019168255.tif 000009
【００４０】
次に、ドップラ−レンジ検波部３８において、次式に示す複素信号S(n,t)から実数値に換算出力する。  
【００４１】
【数８】
2019168255.tif 000010
【００４２】
次に、ＣＦＡＲ処理部３９において、時間軸の和信号A(n,t)（周波数バンク番号、時間で表記）に対して、ＣＦＡＲ処理（例えば非特許文献４参照）により極大値の検出を行い、目標が存在すると想定されるドップラ−レンジセルを特定する。
【００４３】
ここで、単複判定部３Ａでは、ＣＦＡＲ処理部３９で特定されたドップラ−レンジセルにおける和信号と差信号のS(n,t)に単複判定を実施する。単複判定において、差信号を和信号で除算したときの実部が０に等しいときは単一目標と判定し、速度・距離算出部３Ｂで和信号及び差信号のドップラ−レンジセルに対して次式に示す速度Ｖ・距離Ｒを算出し、角度算出部３Ｃでモノパルス測角処理等により角度を算出することで、１目標の速度・距離・角度を出力する。
【００４４】
【数９】
2019168255.tif 000011
【００４５】
【数１０】
2019168255.tif 000012
【００４６】
単複判定において実部が０でないとき、ドップラ−レンジセル抽出部３Ａにおいて、極大値の検出があった時間ｔsel(p)と周波数バンク番号に対するドップラ周波数ｆsel(p)（ｐは目標番号）を中心にした（Ｎ，Ｍ）セルを和信号及び差信号のドップラ−レンジセルより抽出する(図２（ｃ））。
【００４７】
次に、ドップラＩＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部３Ｅにおいて、抽出したセルのドップラ周波数軸を逆ＦＦＴ処理してｐｒｉ軸に変換し、時間（レンジ）軸をＦＦＴ処理してレンジ周波数軸に変換する（図２（ｄ）)。相関行列算出部３Ｆは、上記のようにして得られた信号をS (pri,ω)とし、これを１次元に並べ替えする(図２（ｅ））。その並べ替えした信号Xをもとに、共分散行列Rxxを算出する。以下に定式化する。
【００４８】
【数１１】
2019168255.tif 000013
【００４９】
この相関行列Rxxの際に、空間平均法（非特許文献４）の適用が可能であることは言うまでもない。
【００５０】
この相関行列Rxxを用いて固有値展開を行う。固有値解析部３Ｇでは、和信号において算出した固有値電力と別シーケンスで観測したレーダの雑音平均値とを比較し、反射信号に由来する固有値の数を推定する。この固有値推定の様子を図３に示す。ここで得られた固有値推定結果は、目標数としてＭＵＳＩＣ処理部３Ｉに送られ、ＭＵＳＩＣ処理部３Ｉにおいて目標数を用いて和信号と差信号において算出した固有ベクトルに対してＭＵＳＩＣ処理し、次式によりＭＵＳＩＣスペクトルを算出する（非特許文献３参照）。
【００５１】
【数１２】
2019168255.tif 000014
【００５２】
以上の処理の説明を図４に示す。図４において、（ａ）はPnRmで示されるＰＲＩ−レンジ周波数データのＰＲＩ軸とレンジ周波数軸における配列を示しており、（ｂ）は（ａ）に示す配列データを１次元ベクトルＸに変換し、Ｘより相関行列Rxxを演算する様子を示している。
【００５３】
このＭＵＳＩＣスペクトルSmusicにおいて、例えばＣＦＡＲ処理（非特許文献４参照）によりスレショルドを超える信号の極大値Ω(ft,ωt)のＭＵＳＩＣセルを目標数分抽出する。
【００５４】
最後に、速度・距離出力部３Ｂにおいて、目標毎にドップラ周波数ftとレンジ周波数ωtより、次式の換算により目標の速度Vtと距離Rｔを算出する(図２（ｆ））。
【００５５】
【数１３】
2019168255.tif 000015
【００５６】
【数１４】
2019168255.tif 000016
【００５７】
さらに、角度算出部３Ｃでモノパルス測角処理等により角度を算出することで、複数目標の速度・距離・角度を出力する。
【００５８】
以上のように、実施形態に係るレーダ装置は、Ｎ（Ｎ≧１）パルスをＰＲＩ軸方向に送受信する場合に、ＮパルスのＰＲＦ受信信号をＦＦＴ処理し、さらにパルス圧縮した後のドップラ−レンジ軸の信号を用いてＣＦＡＲ処理することによりP個の極値を検出し、検出した極値を持つドップラ−レンジセルを中心に、（±Pr1,±Pr2）個のセルに対応する信号を抽出する。ドップラfd軸は逆ＦＦＴ処理してｐｒｉ軸に変換し、時間（レンジｒ）軸はＦＦＴ処理して周波数軸に変換し、ｐｒｉ軸及び周波数軸に変換した信号より行列Ｒxxm(pri,ω)を算出し、この行列Rxxmを縦列（横列）方向に並べた１次元ベクトルに変換した信号Ｘを用いて相関行列Rxx(pri,ω)を算出し、ＭＵＳＩＣ処理等の高分解能処理により、速度軸とレンジ軸で目標を分離して検出する。ここで、和信号と差信号の位相情報から単一目標か複数目標かを判定し、複数目標と判定した際にＭＵＳＩＣを適用する。また、抽出された信号より作成する相関行列の固有値を求め、別シーケンスで観測した雑音平均値との比較により反射信号に由来する固有値の数を目標数として推定する。
【００５９】
上記構成によるレーダ装置によれば、距離・速度差がレーダの分解能以下で移動する目標に対し、早期に目標数を推定することが可能となり、目標群に対するレーダリソースの配分、対応準備等を効率的に実現することができる。
【００６０】
尚、３次元レーダの場合は、ＡＺ面及びＥＬ面に対して、それぞれ、上述の方式を用いればよいのは言うまでもない。また、本実施形態は、相関行列Rxxを算出してＭＵＳＩＣ手法について述べたが、処理規模削減のために、既知の手法であるＲＯＯＴ−ＭＵＳＩＣや、ＥＳＰＲＩＴ（非特許文献５参照）法等を用いてもよいのは言うまでもない。また、本実施形態は、ＦＦＴを実施する際に固有値空間の劣化を嫌いサイドローブ低減のためのウェイト（例えば非特許文献７）を使用していないが、ウェイトを使用する場合はドップラ-レンジ検波までの処理をウェイトの有無で２度行い、ドップラ−レンジセルの特定をウェイトを使用した和信号で、相関行列の作成をウェイトを使用していない和信号で行えばよいことはいうまでもない。
【００６１】
その他、本実施形態は上記実施形態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。更に、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】
【００６２】
１…アンテナ、１１…送信アンテナ素子、２…送受信器、２１…送受信器、２２…ビーム制御器、３…信号処理器、３１…ＡＤ変換部、３２…ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部、３３…レンジ軸ＦＦＴ処理部、３４…乗算部、３５…参照信号生成部、３６…参照信号ＦＦＴ処理部、３７…レンジ軸ＩＦＦＴ処理部、３８…ドップラ−レンジ出力部、３９…ＣＦＡＲ検出部、３Ａ…単複判定部、３Ｂ…速度・レンジ算出部、３Ｃ…角度算出部、３Ｄ…ドップラ−レンジセル抽出部、３Ｅ…ドップラ逆ＦＦＴ／レンジＦＦＴ処理部、３Ｆ…相関行列生成部、３Ｉ…ＭＵＳＩＣ処理部、３Ｊ…ＣＦＡＲ検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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