(57)【要約】【課題】目標の加速度が大きい場合や低ＳＮＲ環境下の場合でも、低い計算負荷で目標の検出性能を高めることができるようにする。【解決手段】予め複数のスペクトル幅を用意し、信号積分部６により算出されたスペクトルの循環畳み込みを各スペクトル幅で実施するとともに、循環畳み込み後のスペクトルの電力の中で最大の電力をスペクトル幅毎に特定する畳み込み部９と、畳み込み部９により特定された各スペクトル幅での最大の電力から各スペクトル幅での雑音尤度を算出し、各スペクトル幅での雑音尤度の中で最小の雑音尤度を特定する最小雑音尤度特定部１０とを設ける。【選択図】図１
2015117969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスを繰り返し空間に放射するパルス送信手段と、
前記パルス送信手段から放射された後、目標に反射されて戻ってきた前記パルスを受信し、前記パルスの受信信号を出力するパルス受信手段と、
前記パルス受信手段から出力された受信信号に対するコヒーレント積分を実施して、前記受信信号のスペクトルを算出するスペクトル算出手段と、
予め複数のスペクトル幅を用意し、前記スペクトル算出手段により算出されたスペクトルの循環畳み込みを前記各スペクトル幅で実施するとともに、循環畳み込み後のスペクトルの電力の中で最大の電力を前記スペクトル幅毎に特定する畳み込み手段と、
前記畳み込み手段により特定された前記各スペクトル幅での最大の電力から前記各スペクトル幅での雑音尤度を算出し、前記各スペクトル幅での雑音尤度の中で最小の雑音尤度を特定する最小雑音尤度特定手段と、
前記最小雑音尤度特定手段により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅でのスペクトルの最大の電力が目標検出用閾値より大きければ、前記目標の存在を認定する目標検出手段と
を備えた目標検出装置。
【請求項２】
前記最小雑音尤度特定手段により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅に基づいて前記目標の高次運動量の仮説を設定する仮説設定手段と、
前記仮説設定手段により設定された仮説である高次運動量にしたがって前記受信信号の位相を補償する位相補償手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の目標検出装置。
【請求項３】
前記畳み込み手段は、前記複数のスペクトル幅として、べき乗で表現されるスペクトル幅を用意していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の目標検出装置。
【請求項４】
前記畳み込み手段は、前記目標の想定される最大高次運動量からスペクトル幅の存在範囲を決定し、前記複数のスペクトル幅として、その存在範囲内のスペクトル幅を用意してい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項記載の目標検出装置。
【請求項５】
前記最小雑音尤度特定手段は、前記畳み込み手段により特定された前記各スペクトル幅での最大の電力を、前記スペクトル幅毎の雑音確率分布を示す関数に代入して、前記各スペクトル幅での雑音尤度を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の目標検出装置。
【請求項６】
前記最小雑音尤度特定手段は、前記畳み込み手段により特定された前記各スペクトル幅での最大の電力を、前記スペクトル幅毎の雑音確率分布と信号確率分布の比を示す関数に代入して、前記各スペクトル幅での雑音対信号尤度を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の目標検出装置。
【請求項７】
事前に雑音環境下で計測された前記スペクトル幅毎の雑音確率分布を示す関数が雑音分布データベースに格納されており、
前記最小雑音尤度特定手段は、前記各スペクトル幅での雑音尤度を算出する際、前記雑音分布データベースから前記雑音確率分布を示す関数を取得することを特徴とする請求項５または請求項６記載の目標検出装置。
【請求項８】
前記最小雑音尤度特定手段が雑音対信号尤度の算出に用いる前記スペクトル幅毎の雑音確率分布を示す関数は、全標本数を全周波数セル数とした最大順序統計量の分布として計算する関数であることを特徴とする請求項５記載の目標検出装置。
【請求項９】
前記目標検出手段は、前記最小雑音尤度特定手段により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅の雑音確率分布と予め設定された誤警報確率から前記目標検出用閾値を算出することを特徴とする請求項５から請求項８のうちのいずれか１項記載の目標検出装置。
【請求項１０】
前記目標検出手段は、前記目標検出用閾値より小さい仮説用閾値を設定し、前記最小雑音尤度特定手段により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅でのスペクトルの最大の電力が前記仮説用閾値より大きければ、前記最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅を前記仮説設定手段に与えることを特徴とする請求項２記載の目標検出装置。
【請求項１１】
前記目標検出手段は、前記最小雑音尤度特定手段により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅でのスペクトルの最大の電力が前記仮説用閾値より小さい場合、前記仮説が不適正である旨を示す仮説生成失敗信号を出力し、
前記仮説設定手段は、前記目標検出手段から仮説生成失敗信号を受けると、前記最小雑音尤度特定手段により算出された雑音尤度に基づいて前記仮説を再標本化することを特徴とする請求項１０記載の目標検出装置。
【請求項１２】
前記目標検出手段は、前記最小雑音尤度特定手段により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅でのスペクトルの最大の電力が前記仮説用閾値より小さい場合、前記仮説が不適正である旨を示す仮説生成失敗信号を出力し、
前記仮説設定手段は、前記目標検出手段から仮説生成失敗信号を受けると、乱数を用いて前記目標の高次運動量の仮説を再設定することを特徴とする請求項１０記載の目標検出装置。
【請求項１３】
前記仮説設定手段は、前記目標の想定される最大高次運動量から仮説の存在範囲を決定し、その存在範囲内の仮説を設定することを特徴とする請求項２記載の目標検出装置。
【請求項１４】
前記仮説設定手段は、仮説の設定処理回数が増えるにしたがって、前記存在範囲内の仮説の設定数を増やすことを特徴とする請求項１３記載の目標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パルスを送受信することで、目標である移動体を検出する目標検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、加速度を持つような高機動な目標の探知や追尾を可能とするアルゴリズムの開発が求められている。
しかし、加速度を持つような高機動な目標については、パルスの受信信号を示すデジタル信号の信号積分（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行って信号スペクトルを求めても、その信号スペクトルがドップラー周波数の変化の影響を受けて周波数軸上に広がるため、信号利得が得られないという問題がある。
【０００３】
以下の特許文献１では、上記の問題の対策として、パルスの受信信号を示すデジタル信号を目標が等速直線運動をしていると見なせる区間（ＣＰＩ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ）毎に分割して、ＣＰＩ内のデジタル信号の信号積分（ＦＦＴ）を実施し、ＣＰＩ毎の目標が存在する周波数セル（スペクトル）の電力を足し合わせることで（ＰＤＩ：Ｐｏｓｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、目標の検出率の向上を図っている。
ただし、このＰＤＩには、以下の２つの課題がある。
【０００４】
ＰＤＩの１つ目の課題は、目標が等速直線運動をしていると見なせる区間（ＣＰＩ）は目標の運動によって異なるため、事前にＣＰＩを設定する必要があり、ＰＤＩの方式では、このＣＰＩを間違える可能性がある。
ここで、図６はパルスの受信信号のデジタル信号をＣＰＩに区切ってＦＦＴを実施した後、時系列の順番にスペクトルを縦方向に並べている説明図である。
理想的な分割幅でＣＰＩ分割が行われてＦＦＴが実施された場合、例えば、図６（ａ）に示す経路候補（２）では、ＦＦＴ後のスペクトルの電力をインコヒーレントに加算することで、大きな信号電力を得ることができる。
これに対して、理想的な分割幅より広い分割幅でＣＰＩ分割が行われてＦＦＴが実施された場合、図６（ｂ）に示すように、加速度によるドップラーシフトの影響で信号がドップラー周波数上に積み上がらないため、信号電力が小さくなり（図中、信号スペクトルの右半分の８と９の電力は積み上げられているが、左半分の６と８の電力は積み上げられていない）、検出性能が劣化している。
【０００５】
ＰＤＩの２つ目の課題は、ＣＰＩ分割後にＦＦＴを実施した結果、目標の加速度が大きいために、目標が存在している周波数セルが分からないような場合や、低ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）環境下の場合には、目標の初期速度と初期加速度の候補を複数仮定してＰＤＩの計算を行う必要があるため、計算時間が膨大になる。
図６（ａ）では、理想的な分割幅でＣＰＩ分割が行われたＦＦＴ後のスペクトルにおいて、複数の経路候補（１）〜（３）の中から、経路上の電力が最大になるような候補経路（２）を選択する様子を示している。各経路候補の傾きは加速度を表しており、経路候補（１）と経路候補（２）は、仮定した初期速度が異なり、経路候補（２）と経路候補（３）は、仮定した加速度が異なっている。
このように、速度や加速度の値が不明な場合、仮定する経路が多くなるため計算量が多くなる。
【０００６】
以下の特許文献１では、目標の初期速度は既知であるとして計算量の増大を防いでいるが、この前提は他のセンサ等を用いるなどして、目標の速度が分かっているような特別な状況でしか適用することができない。
以下の特許文献２、３についても、特許文献１と同様に、ＣＰＩ分割後にＦＦＴを実施して、一旦、目標候補を検出した上で、目標信号の補正を行っているので、目標の加速度が大きい場合や低ＳＮＲ環境下の場合、目標候補を検出する上で、特許文献１と同様の課題がある。
また、以下の非特許文献１では、加速度の影響を軽減するために、目標の加速度の候補を複数用意し、それぞれ仮定した加速度で決まるドップラー周波数の変化を補償した上で信号積分を行うようにしている。
ただし、積分時間が長い場合、補償する加速度の分解能が高くなるため、補償加速度の候補が多くなり、計算時間が膨大となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９４９２９号公報
【特許文献２】特開２００６−２５８７８６号公報
【特許文献３】特開２００９−２７０８２７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Krikorian K. V., Rosen R. A., “Acceleration Compensation by Matched Filtering”, IEEE Radar Conf., pp.415-418, Apr. 2002.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の目標検出装置は以上のように構成されているので、加速度を持つような高機動な目標であっても、信号スペクトルがドップラー周波数の変化の影響を受けることで信号利得が得られない状況を回避することができるが、目標の加速度が大きい場合や低ＳＮＲ環境下の場合には、目標の初期速度と初期加速度の候補を複数仮定してＰＤＩの計算を行う必要があるため、計算時間が膨大になってしまう課題があった。
【００１０】
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、目標の加速度が大きい場合や低ＳＮＲ環境下の場合でも、低い計算負荷で目標の検出性能を高めることができる目標検出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】
【００１１】
この発明に係る目標検出装置は、パルスを繰り返し空間に放射するパルス送信手段と、パルス送信手段から放射された後、目標に反射されて戻ってきたパルスを受信し、そのパルスの受信信号を出力するパルス受信手段と、パルス受信手段から出力された受信信号に対するコヒーレント積分を実施して、その受信信号のスペクトルを算出するスペクトル算出手段と、予め複数のスペクトル幅を用意し、スペクトル算出手段により算出されたスペクトルの循環畳み込みを各スペクトル幅で実施するとともに、循環畳み込み後のスペクトルの電力の中で最大の電力をスペクトル幅毎に特定する畳み込み手段と、畳み込み手段により特定された各スペクトル幅での最大の電力から各スペクトル幅での雑音尤度を算出し、各スペクトル幅での雑音尤度の中で最小の雑音尤度を特定する最小雑音尤度特定手段とを設け、目標検出手段が、最小雑音尤度特定手段により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅でのスペクトルの最大の電力が目標検出用閾値より大きければ、目標の存在を認定するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、予め複数のスペクトル幅を用意し、スペクトル算出手段により算出されたスペクトルの循環畳み込みを各スペクトル幅で実施するとともに、循環畳み込み後のスペクトルの電力の中で最大の電力をスペクトル幅毎に特定する畳み込み手段と、畳み込み手段により特定された各スペクトル幅での最大の電力から各スペクトル幅での雑音尤度を算出し、各スペクトル幅での雑音尤度の中で最小の雑音尤度を特定する最小雑音尤度特定手段とを設け、目標検出手段が、最小雑音尤度特定手段により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅でのスペクトルの最大の電力が目標検出用閾値より大きければ、目標の存在を認定するように構成したので、目標の加速度が大きい場合や低ＳＮＲ環境下の場合でも、低い計算負荷で目標の検出性能を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１による目標検出装置を示す構成図である。
【図２】循環畳み込み前のスペクトルｆ（ｗ）と循環畳み込み後のスペクトルｆm（ｗ）を示す説明図である。
【図３】ｍ＝３の場合の畳み込みの計算例を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２による目標検出装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２による目標検出装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図６】デジタル信号をＣＰＩに区切ってＦＦＴを実施した後、時系列の順番にスペクトルを縦方向に並べている説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による目標検出装置を示す構成図である。
図１において、送信器１は送信信号をパルス変調して、パルスを送信アンテナ２に繰り返し出力する処理を実施する。
送信アンテナ２は送信器１から出力されたパルスを空間に放射する構成要素である。なお、送信器１及び送信アンテナ２からパルス送信手段が構成されている。
【００１５】
受信アンテナ３は送信アンテナ２から放射された後、目標に反射されて戻ってきたパルスを受信する構成要素である。
受信器４は受信アンテナ３により受信されたパルスを検波し、そのパルスの受信信号であるアナログ信号をＡ／Ｄ変換器５に出力する処理を実施する。
Ａ／Ｄ変換器５は受信器４から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を信号積分部６に出力する処理を実施する。
なお、受信アンテナ３、受信器４及びＡ／Ｄ変換器５からパルス受信手段が構成されている。
【００１６】
信号積分部６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、Ａ／Ｄ変換器５から出力されたデジタル信号に対するＦＦＴ等のコヒーレント積分を実施して、その受信信号のスペクトルを算出する処理を実施する。なお、信号積分部６はスペクトル算出手段を構成している。
雑音分布データベース７は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、事前に雑音環境下で計測されたスペクトル幅毎の雑音確率分布を示す関数等を記憶している。
【００１７】
最小雑音尤度検出部８は畳み込み部９及び最小雑音尤度特定部１０から構成されている。
畳み込み部９は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、予め複数のスペクトル幅を用意し、信号積分部６により算出されたスペクトルの循環畳み込みを各スペクトル幅で実施するとともに、循環畳み込み後のスペクトルの電力の中で最大の電力をスペクトル幅毎に特定する処理を実施する。
なお、畳み込み部９は畳み込み手段を構成している。
【００１８】
最小雑音尤度特定部１０は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、畳み込み部９により特定された各スペクトル幅での最大の電力から各スペクトル幅での雑音尤度を算出し、各スペクトル幅での雑音尤度の中で最小の雑音尤度を特定する処理を実施する。
ここでは、最小雑音尤度特定部１０が、畳み込み部９により特定された各スペクトル幅での最大の電力から各スペクトル幅での雑音尤度を算出するものを示しているが、事前に信号電力の大きさの確率分布が分かっている場合、雑音対信号の尤度比に基づいて畳み込み部９により特定された各スペクトル幅での最大の電力から各スペクトル幅での雑音対信号の尤度比を算出（畳み込み部９により特定された各スペクトル幅での最大の電力を、スペクトル幅毎の雑音確率分布と信号確率分布の比を示す関数に代入して、各スペクトル幅での雑音対信号尤度を算出）し、各スペクトル幅での雑音対信号の尤度比の中で最小の尤度比を特定する処理を実施するようにしてもよい。
なお、最小雑音尤度特定部１０は最小雑音尤度特定手段を構成している。
【００１９】
目標検出部１１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、最小雑音尤度特定部１０により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅の雑音確率分布と予め設定された誤警報確率から目標検出用閾値を算出する処理を実施する。
また、目標検出部１１は最小雑音尤度特定部１０により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅でのスペクトルの最大の電力が目標検出用閾値より大きければ、目標の存在を認定する処理を実施する。なお、目標検出部１１は目標検出手段を構成している。
【００２０】
図１の例では、目標検出装置の構成要素である送信器１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信器４、Ａ／Ｄ変換器５、信号積分部６、雑音分布データベース７、最小雑音尤度検出部８及び目標検出部１１のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、目標検出装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、目標検出装置の一部（例えば、信号積分部６、雑音分布データベース７、最小雑音尤度検出部８及び目標検出部１１）をコンピュータで構成する場合、雑音分布データベース７をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成するとともに、信号積分部６、最小雑音尤度検出部８及び目標検出部１１の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
【００２１】
次に動作について説明する。
送信器１は、送信信号をパルス変調して、パルスを送信アンテナ２に繰り返し出力する。
これにより、送信アンテナ２からパルスが繰り返し空間に放射され、そのパルスの一部が移動物等の目標に反射されて目標検出装置に戻ってくる。
受信器４は、受信アンテナ３が目標に反射されて戻ってきたパルスを受信すると、そのパルスに対する受信処理（例えば、帯域制限処理、位相検波処理、増幅処理など）を実施して、そのパルスの受信信号であるアナログ信号をＡ／Ｄ変換器５に出力する。
Ａ／Ｄ変換器５は、受信器４からアナログ信号を受けると、そのアナログ信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を信号積分部６に出力する。
【００２２】
信号積分部６は、Ａ／Ｄ変換器５からデジタル信号を受けると、そのデジタル信号に対するＦＦＴ等のコヒーレント積分を実施して、その受信信号の周波数情報であるスペクトルｆ（ｗ）を算出する。
ここで、ｗは周波数セルの番号を表しており、周波数セルはＦＦＴによって識別することが可能なドップラー周波数の最小単位である。
また、ｆ（ｗ）は振幅二乗検波が行われているものを想定しているが、振幅検波が行われているものでもよい。
【００２３】
畳み込み部９は、予めスペクトル幅の候補として、Ｍ個のスペクトル幅Ｃm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）を用意している。
予め用意されるスペクトル幅Ｃmは、目標の想定される最大高次運動量（例えば、加速度）の絶対値の最大値ａmax、ＦＦＴに係る周波数分解能Δｆ及び送信電波（パルス）の波長λによって決まる範囲内のスペクトル幅である。
即ち、下記の式（１）（２）を満足するようなスペクトル幅Ｃmが用意される。
2015117969.tif 000003
2015117969.tif 000004
2015117969.tif 000005
【００２４】
畳み込み部９は、信号積分部６がスペクトルｆ（ｗ）を算出すると、そのスペクトルｆ（ｗ）の循環畳み込みを各スペクトル幅Ｃm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）で実施する。
即ち、畳み込み部９は、下記の式（３）で表されるスペクトル幅Ｃm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）で重み“１”を持つ矩形窓関数ｇm（ｗ）と、下記の式（４）を満足する信号積分後の周期性を持つスペクトルｆ（ｗ）の循環畳み込みを実施する。
下記の式（５）は、矩形窓関数ｇm（ｗ）とスペクトルｆ（ｗ）の循環畳み込みを表している。
【００２５】
2015117969.tif 000006
2015117969.tif 000007
2015117969.tif 000008
【００２６】
図２は循環畳み込み前のスペクトルｆ（ｗ）と循環畳み込み後のスペクトルｆm（ｗ）を示す説明図である。
図２では、真の信号スペクトルの広がりの大きさ（４個の周波数セル分の大きさ）に相当する幅を持つ矩形窓関数との畳み込みの様子を示している。
矩形窓関数との畳み込みは、図２に示すように、矩形窓が持つ幅（矩形窓の範囲）で畳み込み前のスペクトルの電力を加算することに相当する。このため、加速度等によって広がった信号スペクトルの電力は加算されて大きくなるのに対して、雑音スペクトルの電力は平滑されるので、信号電力が雑音電力と比較して大きくなり、目標信号の検出性能が向上する。
【００２７】
ここでは、畳み込み部９が、信号積分部６により算出されたスペクトルｆ（ｗ）の循環畳み込みを各スペクトル幅Ｃmで実施するものを示しているが、畳み込み部９が、下記の式（６）に示すように、べき乗で表現されるスペクトル幅Ｃmを用意している場合、畳み込みの計算を高速化することができる。
2015117969.tif 000009
即ち、べき乗で表現されるスペクトル幅Ｃmを用意している場合、ｍ＝１では、下記の式（７）に示すように、循環畳み込み後のスペクトルｆ1（ｗ）は循環畳み込み前のスペクトルｆ（ｗ）と一致し、ｍ≧２では、下記の式（８）に示すように、スペクトル幅番号ｍ−１の畳み込み後のスペクトルｆm-1（ｗ）を利用して、スペクトル幅番号ｍの畳み込み後のスペクトルｆm（ｗ）を計算することができるため、畳み込みの計算を高速化することができる。
2015117969.tif 000010
2015117969.tif 000011
【００２８】
図３はｍ＝３の場合の畳み込みの計算例を示す説明図である。
ｍ＝３の場合、循環畳み込み後のスペクトルｆ3（１）は、畳み込み前のスペクトルｆ（ｗ）における４つの周波数セルの電力の合計で表されるが、この電力の合計は、循環畳み込み後のスペクトルｆ2（１）とｆ2（３）を加算することで計算することができる。
同様の処理を全ての周波数セルの番号ｗに対して行うことで、循環畳み込み後のスペクトルｆm（ｗ）を高速に計算することが可能になる。
【００２９】
畳み込み部９は、スペクトルｆ（ｗ）の循環畳み込みを各スペクトル幅Ｃm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）で実施すると、下記の式（９）に示すように、スペクトル幅Ｃm毎に、循環畳み込み後のスペクトルｆm（ｗ）の電力の中で、最大の電力ｈm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）を特定し、その最大電力ｈm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）を雑音分布データベース７に格納するとともに、その最大電力ｈmを最小雑音尤度特定部１０に出力する。
2015117969.tif 000012
【００３０】
最小雑音尤度特定部１０は、畳み込み部９からスペクトル幅Ｃmの循環畳み込み後のスペクトルｆm（ｗ）の最大電力ｈm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）を受けると、雑音分布データベース７からスペクトル幅Ｃm毎の雑音確率分布ｐm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）を示す関数ｐm（ｈm）を取得し、下記の式（１０）に示すように、循環畳み込み後のスペクトルｆm（ｗ）の最大電力ｈmを、雑音確率分布ｐmを示す関数ｐm（ｈm）に代入することで、各スペクトル幅Ｃmでの雑音尤度Ｌm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）を算出する。
2015117969.tif 000013
【００３１】
最小雑音尤度特定部１０は、各スペクトル幅Ｃmでの雑音尤度Ｌm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）を算出すると、それらの雑音尤度Ｌmの中で最小の雑音尤度Ｌnを特定する。
下記の式（１１）は、最小の雑音尤度Ｌnに対応するスペクトル幅の番号ｎを表している。
2015117969.tif 000014
最小雑音尤度特定部１０は、最小の雑音尤度Ｌnと、最小の雑音尤度Ｌnに対応するスペクトル幅の番号ｎと、スペクトル幅の番号ｎに対応する循環畳み込み後のスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnとを目標検出部１１に出力する。
また、最小雑音尤度特定部１０は、スペクトル幅の番号ｎに対応する循環畳み込み後のスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnを雑音分布データベース７に格納する。
【００３２】
目標検出部１１は、最小雑音尤度特定部１０から最小の雑音尤度Ｌnと、最小の雑音尤度Ｌnに対応するスペクトル幅の番号ｎと、スペクトル幅の番号ｎに対応する循環畳み込み後のスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnとを受けると、雑音分布データベース７からスペクトル幅Ｃm毎の雑音確率分布ｐm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）を示す関数ｐm（ｈm）を取得する。
スペクトル幅Ｃm毎の雑音確率分布ｐmを示す関数ｐm（ｈm）についての詳細は後述するが、関数ｐm（ｈm）は、パラメータとして平均μmと分散σmを有している。
2015117969.tif 000015
【００３３】
目標検出部１１は、雑音分布データベース７から関数ｐm（ｈm）を取得すると、スペクトル幅の番号ｎに対応する循環畳み込み後のスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnを式（１２）に代入して、スペクトル幅の番号ｎ（最小の雑音尤度Ｌn）に対応する雑音確率分布ｐnを算出し、その雑音確率分布ｐnと予め設定されている誤警報確率Ｐｆａが、下記の式（１３）を満足するように、目標検出用閾値Ｔｈを算出する。
2015117969.tif 000016
【００３４】
ここでは、スペクトル幅の番号ｎに対応する雑音確率分布ｐnと予め設定されている誤警報確率Ｐｆａが、式（１３）を満足するように、目標検出用閾値Ｔｈを算出する例を示したが、雑音分布データベース７から雑音スペクトルの電力の確率分布である雑音分布ｑを取得し、その雑音分布ｑと誤警報確率Ｐｆａが、下記の式（１４）を満足するように、目標検出用閾値Ｔｈを算出するようにしてもよい。
2015117969.tif 000017
この場合、雑音信号を本装置に入力した場合の誤警報確率をより正確に算出できるため、目標検出性能が向上することが期待される。
【００３５】
目標検出部１１は、目標検出用閾値Ｔｈを算出すると、スペクトル幅の番号ｎに対応する循環畳み込み後のスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnと目標検出用閾値Ｔｈを比較し、そのスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnが目標検出用閾値Ｔｈより大きければ、目標の存在を認定し、目標を検出した旨を後段の処理部に通知する。
【００３６】
以下、スペクトル幅Ｃm毎の雑音確率分布ｐmを示す関数ｐm（ｈm）について説明する。
雑音は、目標検出装置固有である（例えば、雑音は、受信器４等に由来する）ことを利用して、目標が存在しない状況下で事前に雑音の大きさを計算する。
即ち、受信アンテナ３が目標が存在しない状況下での信号（雑音信号）を入力し、信号積分部６及び最小雑音尤度検出部８が、目標を検出する際の処理と同じ処理を実施する。
このとき、畳み込み部９により特定されたスペクトル幅Ｃm毎の循環畳み込み後のスペクトルｆm（ｗ）の最大電力ｈm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）をＳm（ｒ１）とし、このＳm（ｒ１）と畳み込み部９の雑音出力の計測施行回数ｒ１を雑音分布データベース７に記録する。
また、過去の全施行に亘る最大電力Ｓm（ｒ１）と計測施行回数ｒ１からスペクトル幅Ｃm毎の畳み込み後の雑音分布を、下記の式（１５）に示す平均μmと下記の式（１６）に示す分散σmを有する式（１７）の正規分布ｐmとして、雑音分布データベース７に記録する。
【００３７】
2015117969.tif 000018
2015117969.tif 000019
2015117969.tif 000020
【００３８】
また、上記の雑音計測による正規分布ｐmの算出の後に、雑音信号を入力として、信号積分部６及び最小雑音尤度検出部８が、目標を検出する際の処理と同じ処理を実施する。
最小雑音尤度特定部１０では、その正規分布ｐmを利用して、各スペクトル幅Ｃmでの雑音尤度Ｌmの中で最小の雑音尤度Ｌnを特定し、最小の雑音尤度Ｌnに対応するスペクトル幅でのスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnをＳ’（ｒ２）とし、このＳ’（ｒ２）と畳み込み部９の雑音出力の計測施行回数ｒ２を雑音分布データベース７に記録する。
また、過去の全施行に亘る最大電力Ｓ’（ｒ２）と計測施行回数ｒ２からスペクトル幅Ｃm毎の畳み込み後の雑音分布を、下記の式（１８）に示す平均μ’と下記の式（１９）に示す分散σ’を有する式（２０）の正規分布ｑとして、雑音分布データベース７に記録する。
【００３９】
2015117969.tif 000021
2015117969.tif 000022
2015117969.tif 000023
【００４０】
雑音の計測を行わずに、スペクトル幅Ｃm毎の循環畳み込み後の雑音確率分布Pmを自由度Cmのカイ二乗部分布の全標本数を全周波数セル数とした最大順序統計量の分布と近似して、雑音確率分布Pmを計算してもよい。
即ち、最小雑音尤度検出部８が雑音対信号尤度の算出に用いるスペクトル幅毎の雑音確率分布を示す関数が、自由度Cmのカイ二乗部分布の全標本数を全周波数セル数とした最大順序統計量の分布として計算する関数であってもよい。
【００４１】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、予め複数のスペクトル幅を用意し、信号積分部６により算出されたスペクトルの循環畳み込みを各スペクトル幅で実施するとともに、循環畳み込み後のスペクトルの電力の中で最大の電力をスペクトル幅毎に特定する畳み込み部９と、畳み込み部９により特定された各スペクトル幅での最大の電力から各スペクトル幅での雑音尤度を算出し、各スペクトル幅での雑音尤度の中で最小の雑音尤度を特定する最小雑音尤度特定部１０とを設け、目標検出部１１が、最小雑音尤度特定部１０により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅でのスペクトルの最大の電力が目標検出用閾値より大きければ、目標の存在を認定するように構成したので、高機動目標に対して、信号スペクトルの広がりの影響による検出性能の劣化を抑制することができるようになり、その結果、目標の加速度が大きい場合や低ＳＮＲ環境下の場合でも、目標の検出性能を高めることができる効果を奏する。
また、従来例では、ＣＰＩ単位にＦＦＴして、複数の加速度等の候補についてＰＤＩを計算しているが、この実施の形態１では、デジタル信号をＣＰＩ毎に区切って、ＣＰＩ単位の処理を実施する必要がないため、低い計算負荷で目標を検出することができる効果を奏する。
【００４２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による目標検出装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
目標検出部２１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、図１の目標検出部１１と同様に、目標検出用閾値Ｔｈを算出する処理を実施するとともに、目標の存在を認定する処理を実施する。
また、目標検出部２１は目標検出用閾値Ｔｈより小さい仮説用閾値Ｔｈhyを設定し、最小雑音尤度検出部８の最小雑音尤度特定部１０により特定された最小の雑音尤度Ｌnに対応するスペクトル幅Ｃnでのスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnが仮説用閾値Ｔｈhyより大きければ、そのスペクトル幅Ｃnを仮説設定部２２に出力し、そのスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnが仮説用閾値Ｔｈhyより小さければ、仮説が不適正である旨を示す仮説生成失敗信号を仮説設定部２２に出力する処理を実施する。なお、目標検出部２１は目標検出手段を構成している。
【００４３】
仮説設定部２２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、目標検出部２１からスペクトル幅Ｃnを受けると、そのスペクトル幅Ｃnから目標の高次運動量（例えば、加速度、ジャークなど）の仮説を設定し、目標検出部２１から仮説生成失敗信号を受けると、最小雑音尤度特定部１０により算出された雑音尤度Ｌm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）に基づいて、前回の処理時に設定した仮説を再標本化する処理を実施する。なお、仮説設定部２２は仮説設定手段を構成している。
【００４４】
位相補償部２３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、仮説設定部２２により設定された仮説である高次運動量にしたがってデジタル信号の位相を補償する処理を実施する。なお、位相補償部２３は位相補償手段を構成している。
スペクトル情報データベース２４は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、Ａ／Ｄ変換器５により変換されたデジタル信号や、位相補償部２３による位相補償後のデジタル信号を格納する。
【００４５】
図４の例では、目標検出装置の構成要素である送信器１、送信アンテナ２、受信アンテナ３、受信器４、Ａ／Ｄ変換器５、信号積分部６、雑音分布データベース７、最小雑音尤度検出部８、目標検出部２１、仮説設定部２２、位相補償部２３及びスペクトル情報データベース２４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、目標検出装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、目標検出装置の一部（例えば、信号積分部６、雑音分布データベース７、最小雑音尤度検出部８、目標検出部２１、仮説設定部２２、位相補償部２３及びスペクトル情報データベース２４）をコンピュータで構成する場合、雑音分布データベース７及びスペクトル情報データベース２４をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成するとともに、信号積分部６、最小雑音尤度検出部８、目標検出部２１、仮説設定部２２及び位相補償部２３の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図５はこの発明の実施の形態２による目標検出装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００４６】
次に動作について説明する。
この実施の形態２では、コヒーレント積分とインコヒーレント積分の繰り返し処理を実施する。
図１の目標検出装置に対して、仮説設定部２２、位相補償部２３及びスペクトル情報データベース２４を追加するとともに、目標検出部１１の処理内容に変更が加えられている目標検出部２１を設けている。
この実施の形態２では、信号積分部６及び最小雑音尤度検出部８は、上記実施の形態１で説明している処理内容を複数回実施する。
なお、信号積分部６は、ループ処理の追加に伴って、ループ処理の開始時には位相補償部２３の出力信号に対して信号積分を行う。
また、Ａ／Ｄ変換器５は、アナログ信号をデジタル信号に変換すると、そのデジタル信号をスペクトル情報データベース２４に格納する。
【００４７】
以下、目標検出部２１、仮説設定部２２及び位相補償部２３の処理内容を具体的に説明する。
目標検出部２１は、初めて処理を実施する際には（１回目のループ処理）、図１の目標検出部１１と同様に、目標検出用閾値Ｔｈを算出するとともに、最小雑音尤度特定部１０により特定された最小の雑音尤度Ｌnに対応するスペクトル幅Ｃnでのスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnと目標検出用閾値Ｔｈを比較して、目標の存在を認定する処理を実施する。
また、目標検出部２１は、事前に目標検出用閾値Ｔｈより小さい仮説用閾値Ｔｈhyを設定し、スペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnが目標検出用閾値Ｔｈより小さく、目標が存在しない状況下では、そのスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnと仮説用閾値Ｔｈhyを比較する。
目標検出部２１は、そのスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnが仮説用閾値Ｔｈhyより大きければ、そのスペクトル幅Ｃnを仮説設定部２２に出力する。
一方、そのスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnが仮説用閾値Ｔｈhyより小さければ、仮説が不適正である旨を示す仮説生成失敗信号を仮説設定部２２に出力する。
【００４８】
２回目以降の処理では、後述する位相補償部２３によって位相が補償されたデジタル信号が、信号積分部６によって仮説毎に信号積分（ＦＦＴ）が行われた後（ステップＳＴ１）、最小雑音尤度検出部８から最小の雑音尤度Ｌnに対応するスペクトル幅Ｃnでのスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnが目標検出部２１に与えられる（ステップＳＴ２）。
目標検出部２１は、最小雑音尤度検出部８から仮説毎のスペクトルｆn（ｗ）の最大電力ｈnであるｈp（例えば、仮説の個数がＰ個であれば、ｐ＝１，２，・・・，Ｐ）を受けると、各仮説の最大電力ｈp毎に、図１の目標検出部１１と同様の処理を実施する。あるいは、全仮説中で雑音尤度Ｌnが最小となる仮説の最大電力ｈpに対して、図１の目標検出部１１と同様の処理を実施する。
２回目以降の処理では、仮説の数やループ処理の数に応じて、目標検出用閾値Ｔｈを変更するようにしてもよい。
【００４９】
目標検出部２１は、全ての仮説ｐについて、最大電力ｈp（ｐ＝１，２，・・・，Ｐ）が目標検出用閾値Ｔｈより小さく、目標が存在しない状況下では（ステップＳＴ３）、各仮説での最小の雑音尤度Ｌnの中で、最も小さい雑音尤度を特定し、最も小さい雑音尤度に対応する最大電力ｈpと仮説用閾値Ｔｈhyを比較する（ステップＳＴ４）。
目標検出部２１は、最も小さい雑音尤度に対応する最大電力ｈpが仮説用閾値Ｔｈhyより大きければ、最も小さい雑音尤度に対応するスペクトル幅Ｃnを仮説設定部２２に出力する。
一方、最も小さい雑音尤度に対応する最大電力ｈpが仮説用閾値Ｔｈhyより小さければ、仮説が不適正である旨を示す仮説生成失敗信号を仮説設定部２２に出力する。
【００５０】
仮説設定部２２は、目標検出部２１からスペクトル幅Ｃnを受けると、下記の式（２１）に示すように、そのスペクトル幅Ｃnから速度変化の推定量ｄＶを算出する。
2015117969.tif 000024
仮説設定部２２は、速度変化の推定量ｄＶを算出すると、下記の式（２２）で表される速度変化の推定量ｄＶによる拘束条件と、目標の想定される最大高次運動量から決定される下記の式（２３）が示す仮説の存在範囲条件とを満足するように、複数の仮説ａ（ｔ）を算出する（ステップＳＴ５）。
2015117969.tif 000025
2015117969.tif 000026
【００５１】
例えば、目標が極座標のレンジ方向に等加速度運動を行う場合、下記の式（２４）（２５）にしたがって目標検出部２１より出力されたスペクトル幅Ｃnから複数の仮説ａ（ｔ）を算出する。
2015117969.tif 000027
2015117969.tif 000028
仮説設定部２２は、複数の仮説ａ（ｔ）を算出すると、複数の仮説ａ（ｔ）を位相補償部２３に出力する。
【００５２】
仮説設定部２２は、目標検出部２１から仮説生成失敗信号を受けると、最小雑音尤度特定部１０により算出された仮説毎の雑音尤度Ｌm（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）の逆数を仮説全体で正規化し、正規化した重み（正規化した重みは、雑音尤度Ｌmが小さいほど大きくなり、０〜１の範囲の値となる）で、前回のループ処理で算出した複数の仮説ａ（ｔ）をリサンプリング（再標本化）することで、仮説ａ（ｔ）の値を変更する（ステップＳＴ６）。
具体的には、上記の式（２３）が示す仮説の存在範囲条件を満足するように、例えば、一様乱数や正規乱数等を使って、新たな仮説ａ（ｔ）を算出する。
あるいは、式（２３）が示す仮説の存在範囲を等間隔に区切るような複数の仮説ａ（ｔ）を設定するようにしてもよい。この場合、ループ処理の回数（仮説の設定処理回数）が増えるにしたがって、その存在範囲を区切る区間が細かくなるように、仮説の設定数を増やすようにしてもよい。
【００５３】
位相補償部２３は、仮説設定部２２が複数の仮説ａ（ｔ）を算出（あるいは、リサンプリング）すると、仮説ａ（ｔ）である高次運動量にしたがってデジタル信号の位相を補償する（ステップＳＴ７）。
以下、位相補償部２３によるデジタル信号の位相補償処理を具体的に説明する。
【００５４】
位相補償部２３は、初めて処理を実施する際には（１回目のループ処理）、スペクトル情報データベース２４からＡ／Ｄ変換器５により変換されたデジタル信号を入力し、２回目以降のループ処理では、前回のループ処理で位相補償しているデジタル信号を入力する。
位相補償部２３は、スペクトル情報データベース２４からデジタル信号を入力すると、仮説ａ（ｔ）毎に、当該仮説ａ（ｔ）が示す高次運動量にしたがって当該デジタル信号の位相を補償する。
【００５５】
例えば、仮説が、目標が極座標のレンジ方向に等加速度運動を行うことを想定している場合、当該仮説に基づく位相補償後のデジタル信号は、下記の式（２６）で計算される。
2015117969.tif 000029
式（２６）において、Ｕr（ｌ）をｒ回目のループ処理の入力信号（デジタル信号）、Ｕr+1（ｌ）は位相補償後のデジタル信号、ａ'は仮説（加速度）、ｆ0は送信キャリア周波数、ｃは光速、ｌは位相補償後のデジタル信号のサンプル番号、Δｔはサンプリング周期である。
位相補償部２３は、位相補償後のデジタル信号Ｕr+1（ｌ）を信号積分部６に出力するとともに、位相補償後のデジタル信号Ｕr+1（ｌ）をスペクトル情報データベース２４に格納する。
【００５６】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、最小雑音尤度検出部８の最小雑音尤度特定部１０により特定された最小の雑音尤度に対応するスペクトル幅に基づいて目標の高次運動量の仮説を設定する仮説設定部２２と、仮説設定部２２により設定された仮説である高次運動量にしたがってデジタル信号の位相を補償する位相補償部２３とを備えるように構成したので、上記実施の形態１よりも更に高い目標検出性能を得ることができる効果を奏する。
【００５７】
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。
【符号の説明】
【００５８】
１  送信器（パルス送信手段）、２  送信アンテナ（パルス送信手段）、３  受信アンテナ（パルス受信手段）、４  受信器（パルス受信手段）、５  Ａ／Ｄ変換器（パルス受信手段）、６  信号積分部（スペクトル算出手段）、７  雑音分布データベース、８  最小雑音尤度検出部、９  畳み込み部（畳み込み手段）、１０  最小雑音尤度特定部（最小雑音尤度特定手段）、１１  目標検出部（目標検出手段）、２１  目標検出部（目標検出手段）、２２  仮説設定部（仮説設定手段）、２３  位相補償部（位相補償手段）、２４  スペクトル情報データベース。
【図１】
2015117969.tif 000030
【図２】
2015117969.tif 000031
【図３】
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【図４】
2015117969.tif 000033
【図５】
2015117969.tif 000034
【図６】
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