(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に送信信号を送信し、前記空間内の目標物から反射された受信信号を受信する送受信部と、前記受信信号に基づき前記目標物の高度を計測する位置計測部と、を備えるセンサ部を複数個備え、
前記複数個の全部又は一部のセンサ部を含む組み合わせ毎に、前記計測された高度の分散を算出する分散算出部と、
前記算出した分散が最小となるセンサ部の組み合わせを選択し、選択した組み合わせに含まれるセンサ部が計測した高度の平均値を前記目標物の高度として決定するデータ選択部とを備えること
を特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記送受信部は、複数の周波数成分を含む送信信号を送信し、
前記位置計測部は、前記目標物の高度を周波数成分毎に計測し、
前記分散算出部は、前記センサ部及び前記周波数成分の組み合わせ毎に前記分散を算出し、
前記データ選択部は、前記算出した分散が最小となるセンサ部及び周波数成分の組み合わせを選択し、選択したセンサ部が計測した高度のうち選択した周波数成分の高度の平均値を前記目標物の高度として決定すること
を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記センサ部が備える位置計測部は、前記送信信号の時刻と前記受信信号の時刻との差から前記目標物の距離及び方位を計測し、計測した前記距離と前記方位のうち仰角とから当該目標物の距離を計測し、
前記データ選択部は、前記選択したセンサ部が計測した高度、距離及び方位の平均値を前記目標物の高度、距離及び方位として決定すること
を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
空間に送信信号を送信し、目標物から反射された受信信号を受信する送受信部と、前記受信信号に基づき目標物の高度を計測する位置計測部と、を備えるセンサ部を複数個備えるレーダ装置におけるデータ処理方法であって、
前記レーダ装置が、前記複数個の全部又は一部のセンサ部を含む組み合わせ毎に、前記計測された高度の分散を算出する第１の過程と、
前記レーダ装置が、前記算出した高度情報の分散が最小となるセンサ部の組み合わせを選択し、選択した組み合わせに含まれるセンサ部が計測した高度の平均値を前記目標物の高度として決定する第２の過程とを有すること
を特徴とするデータ処理方法。
【請求項５】
前記センサ部が備える前記位置計測部は、前記送信信号の時刻と前記受信信号の時刻との差から前記目標物の距離及び方位を計測し、計測した前記距離と前記方位のうち仰角とから当該目標物の距離を計測し、
前記第２の過程は、前記選択したセンサ部が計測した高度、距離及び方位の平均値を前記目標物の高度、距離及び方位として決定すること
を特徴とする請求項４記載のデータ処理方法。
【請求項６】
空間に送信信号を送信し、目標物から反射された受信信号を受信する送受信部と、前記受信信号に基づき目標物の高度を計測する位置計測部と、を備えるセンサ部を複数個備えるレーダ装置が備えるコンピュータに、
前記複数個の全部又は一部のセンサ部を含む組み合わせ毎に、前記計測された高度の分散を算出する第１の手順、
前記算出した分散が最小となるセンサ部の組み合わせを選択し、選択した組み合わせに含まれるセンサ部が計測した高度の平均値を前記目標物の高度として決定する第２の手順
を実行させるためのデータ処理プログラム。
【請求項７】
前記センサ部が備える前記位置計測部は、前記送信信号の時刻と前記受信信号の時刻との差から前記目標物の距離及び方位を計測し、計測した前記距離と前記方位のうち仰角とから当該目標物の距離を計測し、
前記第２の手順は、前記選択したセンサ部が計測した高度、距離及び方位の平均値を前記目標物の高度、距離及び方位として決定すること
を特徴とする請求項６記載のデータ処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置、データ処理方法、及びデータ処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、空間に電波を送信し、目標物からの反射波を受信することで、その目標物の存在を検知し、受信された反射波に基づいて目標物の位置等を観測する装置である。レーダ装置から送信される電波は直接目標物に到達する他、地面、建造物及び海面等の障害物で反射又は回折して目標物に到達する。目標物で反射する電波は、直接レーダ装置で受信される他、障害物で反射又は回折してレーダ装置で受信される。
レーダ装置から直接目標物に到達する電波や、目標物からレーダ装置に到達する電波を直接波と呼ぶ。他方、レーダ装置から障害物を経て目標物に到達するまでの電波や、目標物から障害物を経てレーダ装置で受信される電波を間接波と呼ぶ。この間接波は、目標物の位置、例えば高度を推定する際に誤差を生じさせる。
【０００３】
この間接波がレーダ装置から送信され受信されるまでの複数の経路をマルチパスといい、マルチパスは、レーダ装置と目標物との位置関係や、送信する電波の周波数、電波が伝搬する空間における気象等によって変化する。そのため、マルチパスの影響を除去して、目標物の高度を推定する技術が提案されている。
例えば、特許文献１記載の発明は、受信信号の和成分を生成する和信号生成手段と、受信信号の差成分を生成する差信号生成手段と、この和と差の各信号を局部発振信号とミキシングしてコヒーレント発振信号で位相検波して各直交位相成分を得て、得られた複素数の和信号と差信号から複素除算をする複素除算手段と、この複素除算の結果は複素平面上でほぼ円を描くとし、複数の受信信号に対応する複数の上記複素除算の結果がこの円上にあるとして円の中心値を求める円中心演算手段と、円中心演算手段出力の円の中心値から角度を求める角度変換手段を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３５３９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の発明は、上述の複素除算の結果を描く円を高い精度で求めるために観測中に目標物が移動することを前提としている。また、受信信号を観測する回数は３回以上であって、その時間間隔が長くするために観測時間を長くする必要があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、短い観測時間でマルチパス環境下において高度を推定する、レーダ装置、データ処理方法、及びデータ処理プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、空間に送信信号を送信し、前記空間内の目標物から反射された受信信号を受信する送受信部と、前記受信信号に基づき前記目標物の高度を計測する位置計測部と、を備えるセンサ部を複数個備え、前記複数個の全部又は一部のセンサ部を含む組み合わせ毎に、前記計測された高度の分散を算出する分散算出部と、前記算出した分散が最小となるセンサ部の組み合わせを選択し、選択した組み合わせに含まれるセンサ部が計測した高度の平均値を前記目標物の高度として決定するデータ選択部とを備えることを特徴とするレーダ装置である。
【０００８】
（２）本発明のその他の態様は、前記送受信部は、複数の周波数成分を含む送信信号を送信し、前記位置計測部は、前記目標物の高度を周波数成分毎に計測し、前記分散算出部は、前記センサ部及び前記周波数成分の組み合わせ毎に前記分散を算出し、前記データ選択部は、前記算出した分散が最小となるセンサ部及び周波数成分の組み合わせを選択し、選択したセンサ部が計測した高度のうち選択した周波数成分の高度の平均値を前記目標物の高度として決定することを特徴とする（１）のレーダ装置である。
（３）本発明のその他の態様は、前記センサ部が備える位置計測部は、前記送信信号の時刻と前記受信信号の時刻との差から前記目標物の距離及び方位を計測し、計測した前記距離と前記方位のうち仰角とから当該目標物の距離を計測し、前記データ選択部は、前記選択したセンサ部が計測した高度、距離及び方位の平均値を前記目標物の高度、距離及び方位として決定することを特徴とする（１）のレーダ装置である。
【０００９】
（４）本発明のその他の態様は、空間に送信信号を送信し、目標物から反射された受信信号を受信する送受信部と、前記受信信号に基づき目標物の高度を計測する位置計測部と、を備えるセンサ部を複数個備えるレーダ装置におけるデータ処理方法であって、前記レーダ装置が、前記複数個の全部又は一部のセンサ部を含む組み合わせ毎に、前記計測された高度の分散を算出する第１の過程と、前記レーダ装置が、前記算出した高度情報の分散が最小となるセンサ部の組み合わせを選択し、選択した組み合わせに含まれるセンサ部が計測した高度の平均値を前記目標物の高度として決定する第２の過程とを有することを特徴とするデータ処理方法である。
（５）本発明のその他の態様は、前記センサ部が備える前記位置計測部は、前記送信信号の時刻と前記受信信号の時刻との差から前記目標物の距離及び方位を計測し、計測した前記距離と前記方位のうち仰角とから当該目標物の距離を計測し、前記第２の過程は、前記選択したセンサ部が計測した高度、距離及び方位の平均値を前記目標物の高度、距離及び方位として決定することを特徴とする（４）のデータ処理方法である。
【００１０】
（６）本発明のその他の態様は、空間に送信信号を送信し、目標物から反射された受信信号を受信する送受信部と、前記受信信号に基づき目標物の高度を計測する位置計測部と、を備えるセンサ部を複数個備えるレーダ装置が備えるコンピュータに、前記複数個の全部又は一部のセンサ部を含む組み合わせ毎に、前記計測された高度の分散を算出する第１の手順、前記算出した分散が最小となるセンサ部の組み合わせを選択し、選択した組み合わせに含まれるセンサ部が計測した高度の平均値を前記目標物の高度として決定する第２の手順を実行させるためのデータ処理プログラムである。
（７）本発明のその他の態様は、前記センサ部が備える前記位置計測部は、前記送信信号の時刻と前記受信信号の時刻との差から前記目標物の距離及び方位を計測し、計測した前記距離と前記方位のうち仰角とから当該目標物の距離を計測し、前記第２の手順は、前記選択したセンサ部が計測した高度、距離及び方位の平均値を前記目標物の高度、距離及び方位として決定することを特徴とする（６）のデータ処理プログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、短い観測時間でも高度の推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る高度の分散値を算出するレーダセンサの組み合わせの一例    を示す図である。
【図３】本実施形態に係るレーダセンサが送受信する信号フレームの一例を示す図で    ある。
【図４】本実施形態に係る直接波と間接波の一例を示す概念図である。
【図５】本実施形態に係る反射波の経路の一例を示す概念図である。
【図６】本実施形態に係るデータ処理部におけるデータ処理を示すフローチャートで    ある。
【図７】本実施形態に係るレーダ装置の構成を示す概略図である。
【図８】本実施形態に係る高度の分散値を算出するセンサ周波数対の組み合わせの一    例を示す図である。
【図９】本実施形態に係るレーダセンサが送受信する信号フレームの一例を示す図で    ある。
【図１０】本実施形態に係るデータ処理部におけるデータ処理を示すフローチャート    である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るレーダ装置１の構成を示す概略図である。
レーダ装置１は、Ｎ個（Ｎは３以上の整数）のレーダセンサ（センサ部）２０１−１〜２０１−Ｎとデータ処理部３０１とを含んで構成される。ここで、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎは各々、異なる位置に配置されている。
レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎの各々は、空中線１０１、送受信部１０２、信号処理部１０３、目標信号検出部１０４、位置計測部１０５、空中線駆動部１０６、送信制御部１０７及び通信部１０８を含んで構成される。
データ処理部３０１は、相関処理部１０９、平均算出部１１０、分散算出部１１１、データ選択部１１２、追尾処理部１１３、制御信号発生部１１４及び通信部１２８を含んで構成される。
【００１４】
空中線（アンテナ）１０１は、送受信部１０２から入力された送信パルス信号に基づく電波を空間のある方向に送信する。空中線１０１は、目標物からの反射波である電波を受信し、受信した電波に基づく高周波信号を送受信部１０２に出力する。
送受信部１０２は、送信制御部１０７から送信パルス制御信号を入力されたとき、送信周波数ｆの送信パルス信号を生成し、生成したパルス信号を空中線１０１と位置計測部１０５に出力する。送受信部１０２は、空中線１０１から入力された高周波信号を検波してアナログ信号を生成する。送受信部１０２は、生成したアナログ信号に対してＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ、アナログ・ディジタル）変換を行い、ディジタル受信信号を生成する。送受信部１０２は、生成したディジタル受信信号を信号処理部１０３に出力する。
【００１５】
信号処理部１０３は、送受信部１０２から入力されたディジタル受信信号から不要な成分を抑圧する処理を行って処理済受信信号を生成する。不要な成分とは、例えば、レーダセンサ間の干渉成分、地面や海面からの反射・回折成分である。信号処理部１０３は、これらを抑圧する処理として、既存の干渉成分や反射成分を抑圧する方式を利用することができる。生成された処理済受信信号には、送受信部１０２から入力されたディジタル受信信号よりも目標物からの反射波の成分の割合が高い。信号処理部１０３は、処理済受信信号を目標信号検出部１０４に出力する。
目標信号検出部１０４は、信号処理部１０３から入力された処理済受信信号のレベルと予め設定された閾値とを比較し、その閾値と同一又はそれよりも大きいレベルの処理済受信信号を目標信号と判定する。目標信号検出部１０４は、判定された目標信号を位置計測部１０５に出力する。
【００１６】
位置計測部１０５は、送受信部１０２からパルス信号と目標信号検出部１０４から目標信号を入力され、入力されたパルス信号が入力された時刻と、目標信号が入力された時刻を検知する。位置計測部１０５は、通信部１０８から他のレーダセンサが備える位置計測部１０５が検知した目標信号の入力時刻及びパルス信号の入力時刻を入力される。
位置計測部１０５は、検知又は入力されたパルス信号の入力時刻と目標信号の入力時刻との差分に基づきレーダ装置１から目標物までの距離及び方位を推定することによって計測する。位置計測部１０５は、推定した距離と、推定した方位のうち仰角を用いて高度を推定することによって計測する。
【００１７】
目標物までの方位を推定するために、位置計測部１０５は、例えばモノパルス測角方式を用いる。モノパルス測角方式では、後述する空中線駆動部１０６は空中線１０１の向きを駆動させることにより放射方向を変化させて４個以上の空中線１０１からパルス信号を放射させる。そして、位置計測部１０５は、目標信号の入力時刻の差を検知し、検知された差が最小となる角度を目標物までの方位と推定する。
位置計測部１０５は、通信部１０８にパルス信号の入力時刻並びに目標信号の入力時刻（以下、時刻情報）及び推定した距離、高度並びに方位（以下、位置情報）を出力する。
【００１８】
空中線駆動部１０６は、通信部１０８から空中線制御信号を入力され、入力された空中線制御信号に基づき空中線１０１の向きを駆動し、電波の放射方向を制御する。
送信制御部１０７は、通信部１０８から送信制御信号を入力され、入力された送信制御信号が自己を備えるレーダセンサから送信パルスを生成することを示す場合、送信パルス制御信号を生成する。送信制御部１０７は、生成した送信パルス制御信号を送受信部１０２に出力する。
【００１９】
通信部１０８は、位置計測部１０５から入力された時刻情報及び位置情報を通信部１２８に出力する。通信部１０８は、通信部１２８から入力された他のレーダセンサが備える位置計測部１０５が検知した時刻情報を入力され、入力された時刻情報を位置計測部１０５に出力する。
通信部１０８は、通信部１２８から空中線制御信号を入力され、入力された空中線制御信号を空中線駆動部１０６に出力する。
通信部１０８は、通信部１２８から送信制御信号を入力され、入力された送信制御信号を送信制御部１０７に出力する。
【００２０】
通信部１２８は、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎの各々が備える通信部１０８から時刻情報及び位置情報を入力される。
通信部１２８は、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎの各々から入力された位置情報を相関処理部１０９に出力する。
通信部１２８は、入力されたレーダセンサとは異なるレーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎの各々が備える通信部１０８に時刻情報を出力する。
通信部１２８は、制御信号発生部１１４から空中線制御信号と送信制御信号を入力され、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎの各々が備える通信部１０８に入力された空中線制御信号と送信制御信号を出力する。
【００２１】
相関処理部１０９は、通信部１２８から入力された位置情報の時系列について、２以上のレーダセンサを含む組み合わせ各々の間で相関値を算出する。相関処理部１０９は、算出した相関値が予め設定された閾値よりも大きいレーダセンサ間の組み合わせが共通の目標物に対応すると判定し、目標物毎の高度の時系列を含む目標データを抽出する。相関処理部１０９は、抽出した目標データを平均算出部１１０及び分散算出部１１１に出力する。
平均算出部１１０は、相関処理部１０９から入力された目標データに含まれる高度の時系列に基づいて、レーダセンサ毎の距離、高度及び方位の平均値を算出する。平均算出部１１０は、算出したレーダセンサ毎の距離、高度及び方位の平均値をデータ選択部１１２に出力する。
分散算出部１１１は、相関処理部１０９から目標データを入力される。分散算出部１１１は、目標データに含まれる目標物に対応する２個以上のレーダセンサを含む組み合わせ各々の間で高度の分散値を算出する。分散算出部１１１は、算出したレーダセンサを含む組み合わせ各々の間における高度の分散値をデータ選択部１１２に出力する。
【００２２】
次に、本実施形態において分散算出部１１１が高度の分散値を算出するレーダセンサの組み合わせについて説明する。図２は、本実施形態に係る高度の分散値を算出するレーダセンサの組み合わせの一例を示す図である。図２において、列はレーダセンサの番号、２０１−１、２０１−２、２０１−３及び２０１−４を示す。行は、レーダセンサの組み合わせ１〜５を示す。○印は、組み合わせに含まれるレーダセンサを示し、−印は組み合わせに含まれないレーダセンサを示す。
即ち、図２は、ある目標物に対応するレーダセンサが２０１−１〜２０１−４（４個）である場合の、レーダセンサが３個以上となる全ての組み合わせ（計５個）の例を示す。
なお、本実施形態では、各組み合わせに含まれるレーダセンサが２個以上あればよい。
【００２３】
図２の最上段から順に、組み合わせ１はレーダセンサ２０１−１、２０１−２、２０１−３及び２０１−４からなり、組み合わせ２はレーダセンサ２０１−１、２０１−２及び２０１−３からなり、組み合わせ３はレーダセンサ２０１−１、２０１−２及び２０１−４からなり、組み合わせ４はレーダセンサ２０１−１、２０１−３及び２０１−４からなり、組み合わせ５はレーダセンサ２０１−２、２０１−３、及び２０１−４からなる。
【００２４】
図１に戻りデータ選択部１１２は、平均算出部１１０からレーダセンサ毎の距離、高度及び方位の平均値と分散算出部１１１からレーダセンサの各組み合わせ間における高度の分散値を入力される。データ選択部１１２は、入力された高度の分散値が最小となるレーダセンサの組み合わせを選択する。データ選択部１１２は、入力されたレーダセンサ毎の距離、高度及び方位の平均値に基づき、選択された組み合わせ間で距離、高度及び方位の平均値を各々目標距離、目標高度及び目標方位（以下、目標位置情報）として算出する。
データ選択部１１２は、算出した目標位置情報を追尾処理部１１３及びレーダ装置１の外部に出力する。
【００２５】
追尾処理部１１３は、データ選択部１１２から入力された目標位置情報に基づき目標物毎の予測位置を算出する。予測位置を算出するために、追尾処理部１１３は、現在又は過去の目標位置情報に基づき既存の予測方式を用いる。追尾処理部１１３は、予測した目標物の予測位置を制御信号発生部１１４に出力する。
制御信号発生部１１４は、追尾処理部１１３から入力された目標物の予測位置に基づき空中線制御信号及び送信制御信号を生成する。空中線制御信号は、目標物の予測位置の方向に電波を放射するように空中線１０１の向きを駆動させることを示す信号である。送信制御信号は、送信制御信号を生成すべき送信制御部１０７を備えるレーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎのいずれかを示す信号である。そのレーダセンサは、目標物の予測位置によって異なる。
制御信号発生部１１４は、生成した空中線制御信号及び送信制御信号を通信部１２８に出力する。
【００２６】
ここで、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎが送受信する信号について説明する。
図３は、本実施形態に係るレーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎが送受信する信号フレームの一例を示す図である。図３において、横軸は時刻を示す。図３において、上段から順にレーダセンサ２０１−１、レーダセンサ２０１−２、レーダセンサ２０１−Ｎが送受信する信号フレームを示す。図３において、実線は、送受信部１０２がパルス信号を送信する時間を示すフレーム又は送受信部１０２が高周波信号を受信する時間を示すフレーム（各々、送信フレーム又は受信フレームと呼ぶ）を示す。破線は、送信が行われないフレームを示す。各フレームに示されるｆは送信周波数（又は受信周波数）を示す。
【００２７】
図３によれば、各レーダセンサともに、時刻Ｔ１２からＴ２１まで、時刻Ｔ２２からＴ３１まで、時刻ＴＮ２からＴＮ＋１１までは、ともに受信フレームが割り当てられる。
また、送信フレームが割り当てられるレーダセンサは、時刻Ｔ１１からＴ１２まではレーダセンサ２０１−１、時刻Ｔ２１からＴ２２まではレーダセンサ２０１−２、時刻ＴＮ１からＴＮ２まではレーダセンサ２０１−Ｎである。即ち、送信制御部１０７が入力される送信制御信号は、時刻Ｔ１１からＴ１２まではレーダセンサ２０１−１から、時刻Ｔ２１からＴ２２まではレーダセンサ２０１−２から、時刻ＴＮ１からＴＮ２まではレーダセンサ２０１−Ｎから送信パルスを生成することを示す。
【００２８】
図４は、直接波と間接波の一例を示す概念図である。
図４において、右上の○印は目標物、左上の○印は空中線１０１を示す。下部の曲線は地面を示す。目標物から空中線１０１に向かう実線は、直接波を示す。目標物から地面に向かい、地面から空中線１０１に向かう一点破線は、反射波を示す。
目標物から地面に向かい、地面から空中線１０１に向かう破線は、回折波を示す。間接波は、反射波及び回折波の総称であり、一般に多様な経路（マルチパス）を伝搬する。そのため、直接波と間接波との干渉及び間接波同士の干渉、即ちマルチパスは、目標物の位置の推定精度を低下させる原因となる。例えば、図４に示す例では、空中線１０１は、目標物からθだけ下方の方向から反射波を受信する。この反射波のため、レーダ装置１が受信信号に基づいて目標物の位置を正しく推定できなくなる。
【００２９】
図５は、本実施形態に係る反射波の経路の一例を示す概念図である。
図５において、右上の○印は目標物、左上の３個の○印はレーダセンサ２０１−１、２０１−２〜２０１−Ｎを示す。下部の曲線は地面を示す。目標物から各レーダセンサ２０１−１、２０１−２〜２０１−Ｎに向かう実線は、直接波を示す。目標物から地面に向かい、地面から各レーダセンサ２０１−１、２０１−２〜２０１−Ｎに向かう一点破線は、反射波を示す。図５は、それぞれ異なる位置のレーダセンサ毎に反射波の経路が異なることを示す。従って、図５は、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎ毎に、目標物の位置の推定精度に与えるマルチパスの影響が異なることを示唆する。
【００３０】
次に、本実施形態に係るデータ処理部３０１におけるデータ処理について説明する。
図６は、本実施形態に係るデータ処理部３０１におけるデータ処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）通信部１２８は、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎの各々が備える通信部１０８から位置情報、即ち位置計測部１０５が計測した距離、高度並びに方位を示す情報を入力される。通信部１２８は、入力された位置情報を相関処理部１０９に出力する。その後、ステップＳ１０２に進む。
（ステップＳ１０２）相関処理部１０９は、通信部１２８から入力された位置情報の時系列について、２以上のレーダセンサを含む組み合わせ各々の間で相関値を算出する。その後、その後、ステップＳ１０３に進む。
（ステップＳ１０３）相関処理部１０９は、算出した相関値が予め設定された閾値よりも大きいレーダセンサ間の組み合わせが共通の目標物に対応する組み合わせと判定し、目標物毎の高度の時系列を含む目標データを抽出する。相関処理部１０９は、抽出した目標データを平均算出部１１０及び分散算出部１１１に出力する。その後、ステップＳ１０４に進む。
【００３１】
（ステップＳ１０４）平均算出部１１０は、相関処理部１０９から入力された目標データに含まれる高度の時系列に基づいて、レーダセンサ毎の距離、高度及び方位の平均値を算出する。平均算出部１１０は、算出したレーダセンサ毎の距離、高度及び方位の平均値をデータ選択部１１２に出力する。その後、ステップＳ１０５に進む。
（ステップＳ１０５）分散算出部１１１は、相関処理部１０９から入力された目標データに含まれる目標物に対応する２以上のレーダセンサを含む組み合わせ各々の間で高度の分散値を算出する。分散算出部１１１は、算出したレーダセンサを含む組み合わせ各々の間における高度の分散値をデータ選択部１１２に出力する。その後、ステップＳ１０６に進む。
【００３２】
（ステップＳ１０６）データ選択部１１２は、平均算出部１１０からレーダセンサ毎の距離、高度及び方位の平均値と分散算出部１１１からレーダセンサの各組み合わせ間における高度の分散値を入力される。データ選択部１１２は、入力された高度の分散値が最小となるレーダセンサの組み合わせを選択する。その後、ステップＳ１０７に進む。
（ステップＳ１０７）データ選択部１１２は、入力されたレーダセンサ毎の距離、高度及び方位の平均値に基づき、選択された組み合わせ間で距離、高度及び方位の平均値を目標位置情報として算出する。データ選択部１１２は、算出した目標位置情報を追尾処理部１１３及びレーダ装置１の外部に出力する。その後、ステップＳ１０８に進む。
【００３３】
（ステップＳ１０８）追尾処理部１１３は、データ選択部１１２から入力された目標位置情報に基づき目標物毎の予測位置を算出する。追尾処理部１１３は、予測した目標物の予測位置を制御信号発生部１１４に出力する。その後、ステップＳ１０９に進む。
（ステップＳ１０９）制御信号発生部１１４は、追尾処理部１１３から入力された目標物の予測位置に基づき空中線制御信号及び送信制御信号を生成する。制御信号発生部１１４は、生成した空中線制御信号及び送信制御信号を通信部１２８に出力する。その後、ステップＳ１１０に進む。
（ステップＳ１１０）通信部１２８は、制御信号発生部１１４から空中線制御信号と送信制御信号を入力され、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎの各々が備える通信部１０８に入力された空中線制御信号と送信制御信号を出力する。その後、処理を終了する。
【００３４】
上述のように、本実施形態に係るレーダ装置１は、位置が異なるレーダセンサ毎にマルチパスの影響、即ち位置毎に異なる受信特性（空間ダイバーシティ）を利用している。マルチパスの影響が著しいほど、分散算出部１１１が算出した高度の分散値が大きいため、データ選択部１１２が、分散値が最小となるレーダセンサの組み合わせを選択することにより、マルチパスの影響が最少となるレーダセンサの組み合わせが選択される。データ選択部１１２は、この選択された組み合わせに含まれるレーダセンサの高度に基づき目標高度を定めることで、目標物の高度の推定精度を向上させることができる。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、空間に送信信号を送信し、空間内の目標物から反射された受信信号を受信する送受信部１０２と受信信号に基づき目標物の位置情報（高度）を算出する位置計測部１０５とを備えるレーダセンサ（センサ部）２０１−１〜２０１−Ｎを複数個備え、複数個のうち全部又は一部のセンサ部を含む組み合わせ毎に、計測されたい位置情報（高度）の分散を算出する分散算出部１１１と、算出した分散が最小となるセンサ部の組み合わせを選択し、選択した組み合わせに含まれるセンサ部の位置情報（高度）に基づき目標位置情報（高度）を決定するデータ選択部１０２を備える。そのため、本実施形態により、短い観測時間でも、目標物の位置情報（高度）の推定精度を向上させることができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
次に、図面を参照しながら本発明の第２の実施形態について説明する。
図７は、本実施形態に係るレーダ装置２の構成を示す概略図である。
レーダ装置２は、データ処理部３０１を備える点でレーダ装置１と共通し、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎの代わりに、レーダセンサ４０１−１〜４０１−Ｎを備える。
レーダセンサ４０１−１〜４０１−Ｎの各々は、空中線１０１、送受信部１０２、信号処理部１０３、目標信号検出部１０４、位置計測部１０５、空中線駆動部１０６、送信制御部１０７、通信部１０８を備える点で、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎと共通する。しかし、レーダセンサ４０１−１〜４０１−Ｎの各々は、更に分配部１１５、受信部１１６、信号処理部１２３、目標信号検出部１２４及び位置計測部１２５を備える。
【００３７】
以下、レーダ装置１と異なる部分について主に説明し、レーダ装置１と共通する部分の構成及び処理について説明を省略する。
空中線１０１は、受信した電波に基づく高周波信号を送受信部１０２及び分配部１１５に出力する。
送受信部１０２は、送信周波数ｆ１及びｆ２の２つの成分のいずれか又は両方を有する送信パルス信号を生成し、生成したパルス信号を空中線１０１に出力する。送受信部１０２は、生成したパルス信号のうち送信周波数ｆ１の成分を位置計測部１０５に出力し、送信周波数ｆ２の成分を位置計測部１２５に出力する。
分配部１１５は、空中線１０１から入力された高周波信号から受信周波数ｆ１の高周波信号及び受信周波数ｆ２の高周波信号を抽出する。分配部１１５は、抽出した受信周波数ｆ１の高周波信号を送受信部１０２に出力し、抽出した受信周波数ｆ２の高周波信号を受信部１１６に出力する。
受信部１１６は、分配部１１５から入力された受信周波数ｆ２の高周波信号を検波してアナログ信号を生成し、生成したアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を行い、ディジタル受信信号を生成する。受信部１１６は、生成したディジタル受信信号を信号処理部１２３に出力する。
【００３８】
信号処理部１２３、目標信号検出部１２４及び位置計測部１２５の構成及び処理は、信号処理部１０３、目標信号検出部１０４及び位置計測部１０５とそれぞれ同様である。従って、位置計測部１２５は、受信周波数ｆ２の高周波信号の入力時刻並びにその信号に基づく目標信号の入力時刻（以下、ｆ２時刻情報）及び、それらの信号に基づき推定した距離、高度並びに方位（以下、ｆ２位置情報）を通信部１０８に出力する。
なお、位置計測部１０５が出力する時刻情報及び位置情報をそれぞれ、ｆ１時刻情報、ｆ１位置情報と呼ぶ。
通信部１０８は、位置計測部１０５から入力されたｆ１時刻情報及びｆ１位置情報を通信部１２８に出力し、位置計測部１２５から入力されたｆ２時刻情報及びｆ２位置情報を通信部１２８に出力する。
通信部１０８は、通信部１２８から入力された他のレーダセンサが備える位置計測部１０５が検知したｆ１時刻情報を入力され、入力されたｆ１時刻情報を位置計測部１０５に出力する。
通信部１０８は、通信部１２８から入力された他のレーダセンサが備える位置計測部１２５が検知したｆ２時刻情報を入力され、入力されたｆ２時刻情報を位置計測部１２５に出力する。
【００３９】
通信部１２８は、レーダセンサ４０１−１〜４０１−Ｎの各々が備える通信部１０８からｆ１時刻情報並びにｆ１位置情報及び、ｆ２時刻情報並びにｆ２位置情報を入力される。
通信部１２８は、レーダセンサ４０１−１〜４０１−Ｎの各々から入力されたｆ１位置情報及びｆ２位置情報を相関処理部１０９に出力する。
通信部１２８は、入力されたレーダセンサとは異なるレーダセンサ４０１−１〜４０１−Ｎの各々が備える通信部１０８にｆ１時刻情報及びｆ２時刻情報を出力する。
【００４０】
相関処理部１０９は、通信部１２８から入力されたｆ１位置情報の時系列及びｆ２位置情報の時系列について、２以上のレーダセンサ並びに受信周波数の対（以下、センサ周波数対と呼ぶ）を含む組み合わせ各々の間で相関値を算出する。相関処理部１０９は、算出した相関値が予め設定された閾値よりも大きいセンサ周波数対の組み合わせが共通の目標物に対応すると判定し、目標物毎の高度の時系列を含む目標データを抽出する。相関処理部１０９は、抽出した目標データを平均算出部１１０及び分散算出部１１１に出力する。
平均算出部１１０は、相関処理部１０９から入力された目標データに含まれる高度の時系列に基づいて、センサ周波数対毎の距離、高度及び方位の平均値を算出し、算出したセンサ周波数対毎の距離、高度及び方位の平均値をデータ選択部１１２に出力する。
【００４１】
分散算出部１１１は、目標データに含まれる目標物に対応する３以上のセンサ周波数対を含む組み合わせ各々の間で高度の分散値を算出する。分散算出部１１１は、算出したセンサ周波数対を含む組み合わせ各々の間における高度の分散値をデータ選択部１１２に出力する。
【００４２】
次に、本実施形態において分散算出部１１１が高度の分散値を算出するセンサ周波数対の組み合わせについて説明する。図８は、本実施形態に係る高度の分散値を算出するセンサ周波数対の組み合わせの一例を示す図である。図８において、列は送信周波数ｆ１、ｆ２及びレーダセンサの番号４０１−１、４０１−２、４０１−３及び４０１−４を示す。行は、センサ周波数対の組み合わせ１〜９を示す。○印は、組み合わせに含まれるセンサ周波数対を示し、−印は組み合わせに含まれないセンサ周波数対を示す。
即ち、図８に示す例は、ある目標物に対応するセンサ周波数が４０１−１〜４０１−４（４個）、受信周波数がｆ１、ｆ２（２個）である場合、センサ周波数対の総数は８個となるが、そのうち７個以上となる全ての組み合わせの例である。なお、本実施形態では、各組み合わせに含まれるレーダセンサが２個以上あればよい。
【００４３】
図８の最上段から順に、組み合わせ１は、送信周波数ｆ１、ｆ２についてレーダセンサ４０１−１〜４０１−４を含む。組み合わせ２は、送信周波数ｆ１についてレーダセンサ４０１−１〜４０１−４を含み、送信周波数ｆ２についてレーダセンサ４０１−１〜４０１−３を含む。組み合わせ３は、送信周波数ｆ１についてレーダセンサ４０１−１〜４０１−４を含み、送信周波数ｆ２についてレーダセンサ４０１−１、４０１−２及び４０１−４を含む。組み合わせ４は、送信周波数ｆ１についてレーダセンサ４０１−１〜４０１−４を含み、送信周波数ｆ２についてレーダセンサ４０１−１、４０１−３及び４０１−４を含む。組み合わせ５は、送信周波数ｆ１についてレーダセンサ４０１−１〜４０１−４を含み、送信周波数ｆ２についてレーダセンサ４０１−２〜４０１−４を含む。
組み合わせ６は、送信周波数ｆ１についてレーダセンサ４０１−２〜４０１−４を含み、送信周波数ｆ２についてレーダセンサ４０１−１〜４０１−４を含む。組み合わせ７は、送信周波数ｆ１についてレーダセンサ４０１−１、４０１−２及び４０１−４を含み、送信周波数ｆ２についてレーダセンサ４０１−１〜４０１−４を含む。組み合わせ８は、送信周波数ｆ１についてレーダセンサ４０１−１、４０１−３及び４０１−４を含み、送信周波数ｆ２についてレーダセンサ４０１−１〜４０１−４を含む。組み合わせ９は、送信周波数ｆ１についてレーダセンサ４０１−２〜４０１−４を含み、送信周波数ｆ２についてレーダセンサ４０１−１〜４０１−４を含む。
【００４４】
図７に戻り、データ選択部１１２は、平均算出部１１０からセンサ周波数対毎の距離、高度及び方位の平均値と分散算出部１１１からセンサ周波数対を含む組み合わせ各々の間における高度の分散値を入力される。データ選択部１１２は、入力された高度の分散値が最小となるセンサ周波数対の組み合わせを選択する。データ選択部１１２は、入力されたセンサ周波数毎の距離、高度及び方位の平均値に基づき、選択された組み合わせ間で距離、高度及び方位の平均値を各々目標距離、目標高度及び目標方位（目標位置情報）として算出する。
データ選択部１１２は、算出した目標位置情報を追尾処理部１１３及びレーダ装置１の外部に出力する。
【００４５】
また、制御信号発生部１１４が生成し、送信制御部１０７に入力される送信制御信号は、送信制御信号を生成すべき送信制御部１０７を備えるレーダセンサ４０１−１〜４０１−Ｎのいずれか及び送信周波数（この例ではｆ１、ｆ２の何れか）を示す信号である。
図９は、本実施形態に係るレーダセンサ４０１−１〜４０１−Ｎが送受信する信号フレームの一例を示す図である。図９において、横軸は時刻を示す。図９において、上段から順にレーダセンサ４０１−１、レーダセンサ４０１−２、レーダセンサ４０１−Ｎが送受信する信号フレームを示す。図９において、実線は、送信フレーム又は受信フレームを示す。破線は、送信が行われないフレームを示す。ｆ１、ｆ２ともに、送信周波数又は受信周波数を示す。
【００４６】
図９によれば、各レーダセンサ及び各受信周波数ともに、時刻Ｔ１２からＴ２１まで、時刻Ｔ２２からＴ３１まで、時刻ＴＮ２からＴＮ＋１１まで受信フレームが割り当てられる。
また、送信周波数ｆ１の送信フレームが割り当てられるレーダセンサは、時刻Ｔ１１からＴ１２まではレーダセンサ４０１−１、時刻Ｔ２１からＴ２２まではレーダセンサ４０１−２である。送信周波数ｆ２の送信フレームが割り当てられるレーダセンサは、時刻Ｔ１１からＴ１２まではレーダセンサ４０１−２、時刻Ｔ２１からＴ２２まではレーダセンサ４０１−１、時刻ＴＮ１からＴＮ２まではレーダセンサ４０１−Ｎである。即ち、送信制御部１０７が入力される送信制御信号は、時刻Ｔ１１からＴ１２まではレーダセンサ４０１−１から送信周波数ｆ１、レーダセンサ４０１−２から送信周波数ｆ２で送信パルスを生成することを示す。また、送信制御信号は、時刻Ｔ２１からＴ２２まではレーダセンサ４０１−１から送信周波数ｆ２で、レーダセンサ４０１−２から送信周波数ｆ１で送信パルスを生成することを示す。また、送信制御信号は、時刻ＴＮ１からＴＮ２まではレーダセンサ４０１−Ｎから送信周波数ｆ２で送信パルスを生成することを示す。
【００４７】
次に、本実施形態に係るデータ処理部３０１におけるデータ処理について説明する。
図１０は、本実施形態に係るデータ処理部３０１におけるデータ処理を示すフローチャートである。図１０に示すデータ処理は、図１０に示すデータ処理におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０７の代わりに、ステップＳ２０１〜Ｓ２０７を備える点が異なる。以下、ステップＳ２０１〜Ｓ２０７について説明する。
【００４８】
（ステップＳ２０１）通信部１２８は、レーダセンサ２０１−１〜２０１−Ｎの各々が備える通信部１０８からｆ１位置情報及びｆ２位置情報、即ち位置計測部１０５が周波数ｆ１及びｆ２各々について計測した距離、高度並びに方位を示す情報を入力される。通信部１２８は、入力されたｆ１位置情報及びｆ２位置情報を相関処理部１０９に出力する。その後、ステップＳ２０２に進む。
（ステップＳ２０２）相関処理部１０９は、通信部１２８から入力されたｆ１位置情報の時系列及びｆ２位置情報の時系列について、２以上のセンサ周波数対を含む組み合わせ各々の間で相関値を算出する。その後、ステップＳ２０３に進む。
（ステップＳ２０３）相関処理部１０９は、算出した相関値が予め設定された閾値よりも大きいセンサ周波数対を含む組み合わせが共通の目標物に対応する組み合わせと判定し、目標物毎の高度の時系列を含む目標データを抽出する。相関処理部１０９は、抽出した目標データを平均算出部１１０及び分散算出部１１１に出力する。その後、ステップＳ２０４に進む。
【００４９】
（ステップＳ２０４）平均算出部１１０は、相関処理部１０９から入力された目標データに含まれる高度の時系列に基づいて、センサ周波数対毎の距離、高度及び方位の平均値を算出する。平均算出部１１０は、算出したセンサ周波数対毎の距離、高度及び方位の平均値をデータ選択部１１２に出力する。その後、ステップＳ２０５に進む。
（ステップＳ２０５）分散算出部１１１は、相関処理部１０９から入力された目標データに含まれる目標物に対応する２以上のセンサ周波数対を含む組み合わせ各々の間で高度の分散値を算出する。分散算出部１１１は、算出したセンサ周波数対を含む組み合わせ各々の間における高度の分散値をデータ選択部１１２に出力する。その後、ステップＳ２０６に進む。
【００５０】
（ステップＳ２０６）データ選択部１１２は、平均算出部１１０からセンサ周波数対毎の距離、高度及び方位の平均値と分散算出部１１１からセンサ周波数対の各組み合わせ間における高度の分散値を入力される。データ選択部１１２は、入力された高度の分散値が最小となるセンサ周波数対の組み合わせを選択する。その後、ステップＳ２０７に進む。
（ステップＳ２０７）データ選択部１１２は、入力されたセンサ周波数対毎の距離、高度及び方位の平均値に基づき、選択された組み合わせ間で距離、高度及び方位の平均値を目標位置情報として算出する。その後、ステップＳ１０８に進む。
【００５１】
このように、本実施形態に係るレーダ装置２は、空間ダイバーシティの機能を利用していたレーダ装置１に周波数ダイバーシティの機能を併用している。周波数ダイバーシティとは、周波数成分毎に異なる受信特性の差異を利用して推定精度を改善することをいう。このようにレーダ装置２は、複数の周波数の成分を含む送信信号及び受信信号を使用することで、分散を算出する組み合わせの数を増加させ、より分散の小さい組み合わせが選択される。従って、本実施形態によれば、目標物の高度の推定精度をより向上させることができる。
【００５２】
本実施形態では、送受信周波数ｆ１及びｆ２と２個の周波数成分を用いているが、これには限られず、３個以上の周波数成分を用いてもよい。
本実施形態では、複数の周波数成分を含む信号を送受信する空中線を備えるが、これには限られず、周波数成分毎に信号を送受信する空中線１０１を備えても、信号を送信する空中線１０１の他に信号を受信する空中線１０１を備えてもよい。
【００５３】
このように、本実施形態に係るレーダ装置２は、送受信部１０２は、複数の周波数成分を含む送信信号を送信し、位置計測部１０５は、目標物の位置情報（高度）を周波数成分毎に算出し、分散算出部１１１は、センサ部及び周波数成分の組み合わせ毎に分散を算出し、データ選択部１１２は、算出した分散が最小となるセンサ部及び周波数成分の組み合わせを選択し、選択した組み合わせに含まれるセンサ部及び周波数成分の位置情報（高度）に基づき目標位置情報（高度）と決定することを特徴とする。そのため、本実施形態によれば、分散を算出する組み合わせの数を増加させ、より分散の小さい組み合わせが選択され、目標物の位置情報（高度）の推定精度をより向上させることができる。
【００５４】
上述の説明では、空中線駆動部１０６は空中線制御信号に基づき空中線１０１の向きを機械的に駆動し電波の放射方向を制御する例に言及したが、上述の実施形態では、これには限られない。レーダ装置１又は２は、空中線駆動部１０６及び追尾処理部１１３を備えずに、空中線１０１はレーダセンサ毎に異なる指向特性を有し、各レーダセンサが備える位置計測部１０５から予め設定された時間毎に推定された距離、高度並びに方位を走査するようにしてもよい。空中線１０１の指向特性において、受信信号を検知することができる方位が、少なくとも２以上のレーダセンサについて重複するようにしてもよい。
【００５５】
上述の説明では、レーダセンサ２０１−１−２０１−Ｎ又は４０１−１−４０１−Ｎとデータ処理部３０１が各々異なる位置に配置され、それらの間のデータの送受信を通信部１０８及び通信部１２８を介して行う例に言及したが、上述の実施形態では、これには限られない。レーダ装置１、２は、データ処理部３０１と少なくとも１個のレーダセンサを１個の筐体に格納し、通信部１０８及び通信部１２８を省略して格納されたレーダセンサとデータ処理部３０１の間で直接データの送受信を行うようにしてもよい。
【００５６】
なお、上述した実施形態におけるレーダ装置１、２の一部、例えば、信号処理部１０３、１２３、目標信号検出部１０４、１２４、位置計測部１０５、１２５、送信制御部１０７、相関処理部１０９、平均算出部１０９、分散算出部１１１、データ選択部１１２、追尾処理部１１３、制御信号発生部１１４、をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、レーダ装置１、２に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、上述した実施形態におけるレーダ装置１、２の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現しても良い。レーダ装置１、２の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。
【００５７】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１、２…レーダ装置、１０１…空中線、１０２…送受信部、１０３、１２３…信号処理部、
１０４、１２４…目標信号検出部、１０５、１２５…位置計測部、１０６…空中線駆動部、
１０７…送信制御部、１０８…通信部、
１０９…相関処理部、１１０…平均算出部、１１１…分散算出部、１１２…データ選択部、
１１３…追尾処理部、１１４…制御信号発生部、
１１５…分配部、１１６…受信部、１２８…通信部、
２０１−１〜２０１−N、４０１−１〜４０１−N…レーダセンサ、
３０１…データ処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005696534.tif 000009
【図９】
0005696534.tif 000010
【図１０】
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