(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
到来波を復元する装置であって、
レーダ受信機の送信指向性と受信指向性とから決定される総合指向性を、離散的な指示角毎に特徴付けた行列を生成する行列生成手段と、
前記行列生成手段によって生成された行列の逆行列を生成する逆行列生成手段と、
前記逆行列の行列要素である係数のうち、所定の角度に対応する列の係数を変更し、前記係数を変更された逆行列に、前記レーダ受信機によって受信され、離散的な指示角毎に出力された前記到来波の受信結果を乗じて、前記離散的な指示角毎に乗算結果を得る乗算手段と、
前記各指示角において得られた乗算結果に含まれる、前記所定の角度に対応する信号レベルが上昇しなくなるまで、前記乗算手段による前記係数の変更を繰り返し、前記所定の角度に対応する信号レベルが上昇しなくなった場合、前記各指示角において得られた乗算結果の合計値が最小であると判定し、前記最小であると判定された乗算結果から決定される波形を、前記到来波の復元結果であると判定する判定手段と、
を備える到来波復元装置。
【請求項２】
前記合計値を最小にする逆行列を、最適な逆行列であると判定する請求項１に記載の到来波復元装置。
【請求項３】
前記受信指向性は、前記レーダ受信機の方位角において等間隔にヌル点が配置されている指向性を有する、請求項１または２に記載の到来波復元装置。
【請求項４】
前記行列生成手段は、前記送信指向性のうち、予め定められた高い送信指向性を有する方位角範囲に対応する部分的送信指向性と、前記受信指向性とに基づいて前記行列を生成する、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の到来波復元装置。
【請求項５】
前記行列生成手段は、前記受信指向性のうち、予め定められた高い受信指向性を有する方位角範囲に対応する部分的受信指向性と、前記送信指向性とに基づいて前記行列を生成する、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の到来波復元装置。
【請求項６】
前記行列生成手段は、前記送信指向性のうち、予め定められた高い送信指向性を有する方位角範囲に対応する部分的送信指向性と、前記受信指向性のうち、予め定められた高い受信指向性を有する方位角範囲に対応する部分的受信指向性とに基づいて前記行列を生成する、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の到来波復元装置。
【請求項７】
到来波を復元するシステムであって、
レーダ波を目標に向けて送信するレーダ送信機と、
前記レーダ波が前記目標において反射してなる到来波を受信し、その受信結果を、離散的な指示角毎に出力するレーダ受信機と、
前記レーダ受信機の送信指向性と受信指向性とから決定される総合指向性を、離散的な指示角毎に特徴付けた行列を生成する行列生成手段と、
前記行列生成手段によって生成された行列の逆行列を生成する逆行列生成手段と、
前記逆行列の行列要素である係数のうち、所定の角度に対応する列の係数を変更し、前記係数を変更された逆行列に前記受信結果を乗じて、前記離散的な指示角毎に乗算結果を得る乗算手段と、
前記各指示角において得られた乗算結果に含まれる、前記所定の角度に対応する信号レベルが上昇しなくなるまで、前記乗算手段による前記係数の変更を繰り返し、前記所定の角度に対応する信号レベルが上昇しなくなった場合、前記各指示角において得られた乗算結果の合計値が最小であると判定し、前記最小であると判定された乗算結果から決定される波形を、前記到来波の復元結果であると判定する判定手段と、
を備える到来波復元システム。
【請求項８】
到来波を復元する方法であって、
前記到来波をレーダ受信機によって受信し、その受信結果を、離散的な指示角毎に出力し、
前記レーダ受信機の送信指向性と受信指向性とから決定される総合指向性を、離散的な指示角毎に特徴付けた行列を生成し、
前記生成された行列の逆行列を生成し、
前記逆行列の行列要素である係数のうち、所定の角度に対応する列の係数を変更し、前記係数を変更された逆行列に前記受信結果を乗じて、前記離散的な指示角毎に乗算結果を得て、
前記各指示角において得られた乗算結果に含まれる、前記所定の角度に対応する信号レベルが上昇しなくなるまで、前記係数の変更を繰り返し、前記所定の角度に対応する信号レベルが上昇しなくなった場合、前記各指示角において得られた乗算結果の合計値が最小であると判定し、前記最小であると判定された乗算結果から決定される波形を、前記到来波の復元結果であると判定する、
到来波復元方法。
【請求項９】
到来波を復元させるためのレーダ装置であって、
レーダ波を目標に向けて送信するレーダ送信機と、
前記レーダ波が前記目標において反射してなる到来波を受信し、その受信結果を、離散的な指示角毎に出力するレーダ受信機とを備え、
前記レーダ受信機の送信指向性と受信指向性とから決定される総合指向性を、離散的な指示角毎に特徴付けた行列を生成させ、前記生成された行列の逆行列を生成させ、前記逆行列の行列要素である係数のうち、所定の角度に対応する列の係数を変更させ、前記係数を変更された逆行列に前記受信結果を乗じて、前記離散的な指示角毎に乗算結果を得させ、前記各指示角において得られた乗算結果に含まれる、前記所定の角度に対応する信号レベルが上昇しなくなるまで、前記係数の変更を繰り返させ、前記所定の角度に対応する信号レベルが上昇しなくなった場合、前記各指示角において得られた乗算結果の合計値が最小であると判定させ、前記最小であると判定された乗算結果から決定される波形を、前記到来波の復元結果であると判定させる、
レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、到来波を復元するための到来波復元装置、到来波復元システム、および到来波復元方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーダを用いて到来波を受信する際、所望の方向と異なる方向（例えば地面方向）から到来する反射波が所望の到来波に混入することがある。このような反射波は、所望の到来波に対する妨害波となる。そのため、例えば、所望の到来波の受信信号の精度を低下させることがある。
【０００３】
そこで、例えば、レーダの受信指向性パターンを変更することによって、妨害波が到来する方向の受信感度を低下させ、妨害波の影響を低減させる手法が知られている（ＭＭＳＥ法）。
【０００４】
また、例えば、レーダの受信指向性のメインビーム方向と異なる方向の感度を下げることによって、妨害波が到来する方向の感度を低下させる手法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２４３８３５号公報
【特許文献２】特開２００７−２２５５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば上述したような受信指向性パターンを変更する手法を用いた場合、負荷が重い演算処理を行う必要があるという問題がある。そのため、例えば、雷雲のように時間的に移動する妨害波源に対して、リアルタイムに低感度域を追従させて、妨害波が到来する方向の受信感度を低下させることは困難である。
【０００７】
また、メインビーム方向と異なる方向の感度を下げる手法を用いた場合、メインビームの幅が太くなることがある。そのため、例えば、受信信号の解像度が低下するという問題もある。
【０００８】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、第１の目的は、演算負荷を軽減しつつ、妨害波信号を除去することであり、第２の目的は、受信信号の解像度の低下を防止する、到来波復元装置、到来波復元システム、および到来波復元方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の装置は、到来波を復元する到来波復元装置であって、レーダ受信機の送信指向性と受信指向性とから決定される総合指向性を、離散的な指示角毎に特徴付けた行列を生成する行列生成手段と、行列生成手段によって生成された行列の逆行列を生成する逆行列生成手段と、逆行列の行列要素である係数のうち、所定の角度に対応する列の係数を変更し、係数を変更された逆行列に、レーダ受信機によって受信され、離散的な指示角毎に出力された到来波の受信結果を乗じて、離散的な指示角毎に乗算結果を得る乗算手段と、各指示角において得られた乗算結果に含まれる、所定の角度に対応する信号レベルが上昇しなくなるまで、乗算手段による係数の変更を繰り返し、所定の角度に対応する信号レベルが上昇しなくなった場合、各指示角において得られた乗算結果の合計値が最小であると判定し、最小であると判定された乗算結果から決定される波形を、到来波の復元結果であると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の到来波復元方法の概念を説明するための図。
【図２】同実施形態の到来波復元装置の構成例を示すブロック図。
【図３】同実施形態の到来波復元装置によってなされる到来波復元処理手順の一例を示すフローチャート。
【図４】到来波の一例を示す図。
【図５】到来波の受信結果の一例を示す図。
【図６】同実施形態の到来波復元装置による到来波復元処理の結果の一例を示す図。
【図７】同実施形態の到来波復元装置による受信結果の別の例を示す図。
【図８】同実施形態の到来波復元装置による到来波復元処理の結果の一例を示す図（乗算結果の合計値が最小ではない場合）。
【図９】同実施形態の到来波復元装置による到来波復元処理の結果の別の例を示す図（乗算結果の合計値が最小である場合）。
【図１０】受信指向性として一様分布指向性を用いた場合の受信信号レベルのシミュレーション結果の一例を示す図。
【図１１】同実施形態の到来波復元装置によってなされる到来波復元処理において用いられる受信指向性の一例を示す図。
【図１２】同実施形態の到来波復元装置の行列乗算部によってなされる部分行列を用いた乗算処理の結果の一例を示す図。
【図１３】同実施形態の到来波復元装置による到来波復元処理において用いられる受信指向性の別の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照してこの発明に係る実施形態を説明する。  
まず、図１を参照して、本実施形態の概要を説明する。図１は、本実施形態の到来波復元処理方法の概念を説明するための図である。
【００１２】
本実施形態では、フェーズドアレーアンテナ等のアンテナを有するレーダによって受信された受信信号に漏れ込むクラッタエコー等を低減するために、アンテナの受信指向性の特徴を利用した演算負荷が軽い逆行列処理を行うことによって、アンテナに到来する到来波Ｔを復元するための処理を行う。
【００１３】
具体的に、図１に示すように、アンテナを介して、アンテナに対する各方位を示す方位角毎に信号レベルの成分が異なる到来波Ｔを受信する場合を想定して説明する。
【００１４】
アンテナは、例えば５つの異なる受信指向性a１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５を有している。また、受信指向性a１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５の各々は、指示角θ１，θ２，θ３，θ４，θ５の各々に対応している。なお、指示角は、アンテナを向ける方位に対応する角度であり、他の角度よりも相対的に受信感度が高い角度である。また、例えば、受信指向性a１に対応する指示角θ１の受信感度は、受信レベルａ１１で示される。
【００１５】
そして、受信指向性a１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５の各々に関して到来波Ｔが受信され、受信結果Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５が得られる。なお、受信結果Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５は、指示角θ１，θ２，θ３，θ４，θ５に対応する成分が強く反映されており、指示角θ１，θ２，θ３，θ４，θ５と異なる他の角度の成分も混入している。そのため、各受信結果には、クラッタエコー等の除去すべき成分が含まれている。
【００１６】
そこで、受信結果Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５に対して逆行列処理を行うことによって、クラッタエコー等の成分が除去された到来波Ｔの復元を試みる。
【００１７】
ここで、到来波Ｔの成分は、角度に関して連続的に変化する連続値であるが、受信結果Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５は、この連続的に変化する到来波Ｔの成分を、例えば角度に関して所定区間ごとに積分することによって得られるような離散値である。
【００１８】
そして、逆行列処理は、この離散値である受信結果Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５に対して、各受信指向性a１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５の各角度に対する各受信レベルを行列要素とするような行列の逆行列を用いて、演算処理を行う処理である。各受信指向性a１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５の各角度に対する各受信レベルは、例えば、受信レベルａ１１，ａ２２，ａ３３，ａ４４，ａ５５である。
【００１９】
このように、受信結果Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５に対して、さらに、逆行列処理を行うことによって到来波Ｔの各成分を分離し、到来波Ｔを復元する。
【００２０】
なお、図１では、受信指向性ａについて述べたが、受信指向性ａの代わりに、受信指向性ａと送信指向性（図示せず）とから決定される送受信総合指向性を用いてもよい。この場合、送受信総合指向性を離散的な指示角毎に特徴付けた行列の逆行列を用いて逆行列処理を行う。
【００２１】
次に、図２を参照して、本実施形態の到来波復元装置１０の構成例について説明する。  
到来波復元装置１０は、データ蓄積部１２、送信特性取得部１４、受信特性取得部１６、行列・逆行列生成部１８、行列乗算部２０、判定部２２、および係数調整部２４を備えてなる。
【００２２】
また、到来波復元装置１０は、到来波Ｔを復元するための装置であり、レーダシステム３０と接続されており、上述したような逆行列処理を行うことによって、到来波Ｔを復元するための信号処理を行う。なお、到来波復元装置１０は、レーダシステム３０に含まれていてもよい。また、到来波復元装置１０は、到来波復元装置１０とレーダシステム３０とを備える信号処理システムとして実現してもよい。
【００２３】
レーダシステム３０は、例えばアンテナ３２を備えたデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）構成を有するレーダシステムであり、到来波Ｔを受信するレーダ受信機およびビームを送信するレーダ送信機を備える。
【００２４】
レーダシステム３０は、アンテナ３２を介して、到来波Ｔの信号を受信する。そして、受信された到来波Ｔの信号を受信結果Ｄとしてデータ蓄積部１２に送る。具体的には、受信結果Ｄを離散的な指示角毎にデータ蓄積部１２に出力する。なお、図１では、レーダシステム３０が５個の指示角成分（ｎ＝５）を有する場合を想定したが、図２では、ｎ個の指示角成分を有する場合を想定しており、受信結果ＤはＤ１〜Ｄｎを含む。
【００２５】
データ蓄積部１２は、レーダシステム３０から送られてきた受信結果Ｄをデータとして蓄積する。蓄積されたデータは、例えば、レーダシステム３０による走査の１走査分のデータである。データ蓄積部１２は、蓄積したデータを、受信結果ｄとして行列乗算部２０に出力する。なお、受信結果ｄは、受信結果Ｄに含まれる１走査分のデータであってもよいし、受信結果Ｄと同様のデータであってもよい。また、レーダシステム３０から出力される受信結果Ｄは、データ蓄積部１２を介さずに、受信結果ｄとして行列乗算部２０に出力されてもよい。
【００２６】
送信特性取得部１４は、レーダ送信機の送信特性を示す送信指向性に関する情報ｂ１をレーダシステム３０等から取得する。そして、取得された情報ｂ１を行列・逆行列生成部１８に送る。
【００２７】
受信特性取得部１６は、レーダ受信機の受信特性を示す受信指向性ａに関する情報ｂ２をレーダシステム３０等から取得する。そして、取得された情報ｂ２を行列・逆行列生成部１８に送る。
【００２８】
行列・逆行列生成部１８は、レーダシステム３０の受信指向性ａをレーダシステム３０の離散的な指示角（１〜ｎ）毎に特徴付けた行列を生成する。そして、生成された行列の逆行列（ｋ１〜kｎ）を生成する。すなわち、少なくとも受信指向性ａに基づき、行列およびその行列の逆行列を生成する。なお、受信指向性ａの代わりに上述したような送受信総合指向性を離散的な指示角毎に特徴付けた行列を生成してもよい。すなわち、受信指向性ａおよび送信指向性の両方に基づき、行列およびその行列の逆行列を生成してもよい。
【００２９】
例えば、行列・逆行列生成部１８は、送信特性取得部１４から送られてきた送信指向性に関する情報ｂ１、および、受信特性取得部１６から送られてきた受信指向性ａに関する情報ｂ２に基づき、行列およびその行列の逆行列を生成する。
【００３０】
より詳細には、行列・逆行列生成部１８は、送信指向性に関する情報ｂ１に含まれる送信指向性の送信指向性レベルと、受信指向性ａに関する情報ｂ２に含まれる受信指向性の受信指向性レベルと、を乗算することによって得られる送受信総合指向性に基づいて、行列およびその行列の逆行列を生成する。
【００３１】
この場合、行列・逆行列生成部１８は、例えば、受信指向性a１〜ａｎの各々の受信指向性レベルと送信指向性レベルとを乗算し、その結果として得られるｎ個の送受信総合指向性の各角度に対する感度を示す送受信レベルを行列要素とするような行列の逆行列を用いて、行列およびその行列の逆行列を生成する。
【００３２】
そして、行列・逆行列生成部１８は、生成された逆行列を、逆行列を示す情報ｃとして、行列乗算部２０に送る。
【００３３】
また、行列・逆行列生成部１８は、後述するように、係数調整部２４によって調整された係数を有する行列または逆行列に関する情報ｇに基づいて、行列または逆行列を生成する。
【００３４】
また、行列・逆行列生成部１８は、図１１等を参照して後述するように、部分的受信指向性に基づいて、行列Ａを生成し、生成された行列Ａの部分行列を生成する。また、部分的送信指向性に基づいて、行列Ａを生成し、生成された行列Ａの部分行列を生成する。
【００３５】
また、行列・逆行列生成部１８は、部分的受信指向性と送信指向性、図１２等を参照して後述するような受信指向性と部分的送信指向性、または、部分的受信指向性と部分的送信指向性、との何れかに基づいて生成される送受信総合指向性に基づいて、行列Ａを生成し、生成された行列Ａの部分行列を生成する。これらの部分行列は、後述するように、行列Ａの代わりに用いられるものである。
【００３６】
行列乗算部２０は、行列・逆行列生成部１８から送られてきた逆行列を示す情報ｃおよびデータ蓄積部１２から送られてきた受信結果ｄに基づき、受信結果ｄと行列・逆行列生成部１８によって生成された逆行列とを乗算する。そして、受信結果ｄと逆行列との乗算結果ｅを判定部２２に送る。なお、乗算結果ｅは、離散的な指示角毎に得られた乗算結果を含む。
【００３７】
また、行列乗算部２０は、図１２等を参照して後述するように、例えば、行列・逆行列生成部１８によって生成された行列Ａの部分行列と、受信結果ｄの一部とを乗算することによって乗算結果ｅを得る。
【００３８】
ここで、具体的に、行列・逆行列生成部１８および行列乗算部２０による行列および逆行列の生成処理について、数式を用いて説明する。
【００３９】
測定結果である受信結果Ｄは、数式（１）に示すように、真値である到来波Ｔを変数として、受信指向性ａに対応する行列（以下、「行列Ａ」と称す。）を係数とする線形方程式の解であると見なされる。換言すると、受信結果Ｄは、到来波Ｔと、サイドローブ成分を含む受信指向性ａとの積の和と考えられる。
【００４０】
【数１】
0006615529.tif 000002
【００４１】
ここで、例えば、ａ1,1〜ａ1,nは、受信指向性ａ１の各角度１〜ｎに対応する行列要素であり、ａｎ,1〜ａｎ,nは、受信指向性ａｎの各角度１〜ｎに対応する行列要素である。また、例えば、ａ１,１〜ａ１,nが、１番目のビーム番号に相当する。ここで、ビーム番号について説明する。複数の受信指向性ａ１〜ａｎの各々が、例えば、レーダシステム３０によって各受信指向性ａ１〜ａｎに対応する指示角の方向に送信されるビームのビーム番号に相当する。例えば、受信指向性ａ１は、１番目のビームの番号に対応する。
【００４２】
また、Ｔ１〜Ｔｎは、各角度１〜ｎの各々に対応する到来波Ｔの成分である。Ｄ１〜Ｄｎは、受信指向性ａ１〜ａｎの各々に対応する受信結果Ｄである。すなわち、また、Ｔ１〜Ｔｎは、測定値としてのＤ１〜Ｄｎに対する真の値に相当する。
【００４３】
次に、行列・逆行列生成部１８は、行列Ａを生成し、生成された行列Ａの逆行列（以下、「逆行列Ｋ」と称す。）、すなわち受信指向性ａ１〜ａｎの各々に対応する行列の逆行列、を数式（２）に示すように算出する。
【００４４】
【数２】
0006615529.tif 000003
【００４５】
そして、行列・逆行列生成部１８は、数式（３）のように、逆行列Ｋと受信結果Ｄを乗算することによって、到来波Ｔを算出する。
【００４６】
【数３】
0006615529.tif 000004
【００４７】
このように、行列・逆行列生成部１８は、受信結果Ｄに逆行列Ｋを乗じることによって真値である到来波Ｔの成分を得て、到来波Ｔを復元する。
【００４８】
なお、行列・逆行列生成部１８は、受信指向性ａの代わりに送受信総合指向性を用いる場合、行列Ａの代わりに行列Ｃを生成し、行列Ｃの逆行列を逆行列Ｋとして生成する。
【００４９】
行列Ｃは、例えば、数式（４）に示すように、受信指向性ａを示す行列Ａと送信指向性を示す行列Ｂとの積として求められる。
【００５０】
【数４】
0006615529.tif 000005
【００５１】
再び、図２を参照して、到来波復元装置１０について説明する。  
判定部２２は、行列乗算部２０から送られてきた乗算結果ｅに基づき、各指示角において得られた乗算結果ｅの合計値が最小であるか否かを判定する。
【００５２】
判定部２２は、乗算結果ｅの合計値が最小であると判定された場合、各指示角における乗算結果ｅから決定される波形を到来波Ｔの復元結果ｈであると判定し、復元された到来波Ｔを示す情報（復元結果）ｈとして出力する。一方、乗算結果ｅの合計値が最小でないと判定された場合、その乗算結果ｅを調整前乗算結果ｆとして係数調整部２４に送る。判定部２２は、このような判定を行うために、以下のような処理を行う。
【００５３】
まず、判定部２２は、行列乗算部２０から送られてきた乗算結果ｅが１回目の乗算結果ｅであるか否かを判定する。そして、１回目の乗算結果ｅであると判定された場合、１回目の乗算結果ｅに対しては、例えば、乗算結果ｅの合計値が最小であるか否かを判定することなく、調整前乗算結果ｆを係数調整部２４に送る。
【００５４】
あるいは、判定部２２は、１回目の乗算結果ｅの合計値と予め設定された最小値とを比較して、１回目の乗算結果ｅの合計値が最小値よりも低いか否かを判定してもよい。この場合、１回目の乗算結果ｅの合計値が最小値よりも高い場合、調整前乗算結果ｆを係数調整部２４に送る。一方、１回目の乗算結果ｅの合計値が最小値よりも低い場合、乗算結果ｅを復元結果ｈとして出力する。
【００５５】
なお、判定部２２は、１回目の乗算結果ｅであっても、係数を調整する必要がない場合、例えば、到来波Ｔの信号レベルの成分が角度毎に一様に分布していることが予め想定されるような場合、調整前乗算結果ｆを係数調整部２４に送ることなく、乗算結果ｅを復元結果ｈとしてそのまま出力してもよい。
【００５６】
また、判定部２２は、行列乗算部２０から２回目以降の乗算結果ｅが送られてきた場合、送られてきた乗算結果eの合計値を前回の乗算結果ｅの合計値と比較することを繰り返すことによって、最終的に、乗算結果ｅの最小の合計値を判定する。
【００５７】
係数調整部２４は、判定部２２から送られてきた調整前乗算結果ｆに基づき、逆行列Ｋの行列要素のうちの少なくとも１つを調整する。なお、行列要素は、例えば、パラメータとして変更可能な係数である。そして、調整された係数を有する行列Ａまたは逆行列Ｋに関する情報ｇを行列・逆行列生成部１８に送る。
【００５８】
そして、行列・逆行列生成部１８は、調整された係数を有する行列Ａまたは逆行列Ｋに関する情報ｇに基づき、新たに行列Ａまたは逆行列Ｋを生成する。そして、行列乗算部２０は、新たに生成された逆行列Ｋを示す情報ｃに基づき、受信結果ｄと新たに生成された調整された逆行列Ｋとを乗算する。なお、受信結果ｄは、係数が調整される前の受信結果と同じ受信結果を用いる。そして、判定部２２は、その新たな乗算結果ｅに基づき、再び、乗算結果ｅの合計値が最小であるか否かを判定する。
【００５９】
このように、係数調整部２４は、係数の調整を繰り返し行い、判定部２２は、合計値が最小になった場合における乗算結果ｅを、到来波Ｔの復元結果ｈであると判定する。
【００６０】
なお、例えば、到来波Ｔの信号レベルの成分が角度毎に一様に分布していることが予め想定されるような場合、受信結果ｄも一様に分布すること想定されるため、必ずしも、係数調整部２４等による係数の調整を行わなくてもよい。
【００６１】
ここで、具体的に、係数調整部２４等によって行われる係数の調整例について説明する。  
例えば、係数調整部２４は、所定の角度に対応する列の係数を変更する。具体的には、所定の角度がθｋである場合、θｋに対応する行列Ａの係数ａk,1〜ａk,nを変更する。
【００６２】
そして、判定部２２は、調整された逆行列Ｋを用いて算出された乗算結果ｅに含まれるθｋに対応する信号レベルが低下している場合、係数調整部２４によって調整された係数が、乗算結果ｅの合計値を最小にするために、正しい係数であると判定する。
【００６３】
そして、再び、係数調整部２４は、係数ａk,1〜ａk,nを変更する。そして、判定部２２は、θｋに対応する信号レベルが低下しているか否かを判定する。
【００６４】
判定部２２は、この係数調整部２４による調整と判定部２２による判定を繰り返し行い、係数をどのように変更した場合でもθｋに対応する信号レベルが低下しないような場合、すなわち、θｋに対応する信号レベルがさらに上昇しないような場合、乗算結果ｅの合計値が最小であると判定する。
【００６５】
本実施形態では、乗算結果ｅの合計値の最小値を判定するために、係数調整部２４によって行われる係数の調整手法は限定されず、例えば、周知の手法である最急降下法やモンテカルロ法を用いて、係数を最適な値に調整してもよい。
【００６６】
次に、図３を参照して、本実施形態の到来波が復元装置によって実施される到来波復元処理の手順について説明する。  
まず、レーダシステム３０によって、到来波Ｔが受信される（ステップＳ３０）。次に、行列・逆行列生成部１８によって、行列Ａが生成され（ステップＳ３１）、そして、この行列Ａの逆行列Ｋが生成される（ステップＳ３２）。
【００６７】
そして、行列乗算部２０によって、受信結果ｄと、ステップＳ３２において生成された逆行列Ｋが乗算される（ステップＳ３４）。次に、判定部２２によって、ステップＳ３４における乗算結果ｅが１回目の乗算結果ｅであるか否かが判定される（ステップＳ３５）。そして、１回目の乗算結果ｅである場合、後述するステップＳ３８に進み、そうでない場合、ステップＳ３６に進む。ステップＳ３６では、判定部２２によって、乗算結果ｅの合計値が最小であるか否かが判定される（ステップＳ３６）。
【００６８】
そして、乗算結果ｅの合計値が最小であると判定されなかった場合（ステップＳ３６：ＮＯ）もステップＳ３８に進む、ステップＳ３８では、係数調整部２４によって、逆行列Ｋの行列要素である係数が調整される（ステップＳ３８）。そして、例えば、係数調整部２４によって係数を調整して新たな逆行列Ｋが生成される（ステップＳ３２）
一方、乗算結果ｅの合計値が最小であると判定された場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、この乗算結果ｅから決定される波形を到来波Ｔの復元結果ｈとして出力する。
【００６９】
次に、到来波Ｔの復元結果ｈについて説明する。  
図４は、到来波Ｔの一例を示しており、中心角−０．４５°（指示角−０．９°〜０．０°の区間)に約０ｄＢの信号レベルを示す到来波Ｔ１が一様に分布しており、中心角−２．２５°（指示角−２．７°〜−１．８°の区間）に約−４０ｄＢの信号レベルを示す到来波Ｔ２が一様に分布している。
【００７０】
図５は、このような到来波Ｔ１，Ｔ２が、従来技術の受信装置によって受信された受信結果ｄの一例を示している。なお、中心角は、指示角の中心を示す角度である。
【００７１】
図５の縦軸は、受信結果ｄの信号レベル（ｄＢ）を示しており、図５の横軸は、指示角（ｄｅｇ）を示している。
【００７２】
この例では、指示角−１４．４°，−１３．５°，・・・，−２．７°，−１．８°，−０．９°，０．０°，０．９°，・・・のように、０．９°毎に走査され、受信結果ｄが得られる場合を想定している。
【００７３】
図５では、中心角−０．４５°に対応する指示角−０．９°，０．０°の受信結果信号レベルが０ｄＢであるため、図４に示すような中心角−０．４５°に対応する成分の到来波Ｔ１は、受信結果ｄに示されていることが分かる。
【００７４】
しかし、図５では、中心角−２．２５°に対応する指示角−２．７°，−１．８°の受信結果信号レベルは約−１８ｄＢ，−１３ｄＢである。そのため、図４に示すような中心角−２．２５°に対応する成分の到来波Ｔ２は、受信結果ｄに示されていない。さらに、それ以外の指示角成分の受信波、例えば反射波またはノイズ等も測定されており、図４に示すような到来波Ｔ１，Ｔ２とは程遠いものとなっている。そこで、本実施形態では、従来技術のように受信指向性パターンを変更するのではなく、上述したような係数調整処理を行い、最適な係数からなる逆行列を用いて到来波Ｔの復元を試みる。
【００７５】
反射波またはノイズ等を最小にするためには、乗算結果ｅの合計値を最小にする必要がある。したがって、乗算結果ｅの合計値が最小になるように、係数調整部２４によって逆行列Ｋの係数が繰り返し調整される。
【００７６】
図６は、乗算結果ｅに対して、係数調整部２４による係数の調整によって、判定部２２によって、合計値が最小になると判定された乗算結果ｅを示している。
【００７７】
図６に示すように、係数調整部２４による係数の調整によって、反射波またはノイズ等による成分が除去され、図４のような到来波Ｔが復元されていることが分かる。
【００７８】
次に、係数調整部２４による係数調整の別の例を説明する。  
ここでは、図７のように、中心角−０．４５°に約０ｄＢの信号レベルを示す到来波Ｔ１が一様に分布している場合を想定する。
【００７９】
図８は、係数調整部２４による係数の調整を行う前の乗算結果ｅを示している。  
また、図８の縦軸は、乗算結果eに含まれる中心角毎の調整前信号レベル（ｄＢ）を示しており、図８の横軸は、中心角（ｄｅｇ）を示している。
【００８０】
図８に示すように、例えば逆行列Ｋの係数が最適でない場合、中心角−０．４５°とは異なる中心角、例えば中心角１１．２５°の調整前信号レベルが中心角−０．４５°の調整前信号レベルよりも高い場合がある。そのため、例えば、中心角−０．４５°と中心角１１．２５°との何れの方位から到来波Ｔが到来しているか否かを判定できない。
【００８１】
そこで、判定部２２によって、最適な逆行列Ｋであると判定されるまで、すなわち、乗算結果ｅの合計値が最小になるまで、係数調整部２４によって係数が調整される。なお、到来波Ｔ１が到来している角度が予め分かっているような場合、その角度方向と異なる角度の調整前信号レベルが最小になるように、すなわち、所望ではない信号レベルを最小にするように、係数が調整されてもよい。
【００８２】
図９は、図８の乗算結果ｅに対して、係数調整部２４による係数の調整によって、判定部２２によって、合計値が最小になると判定された乗算結果を示している。
【００８３】
図９に示すように、係数調整部２４による係数の調整によって、反射波またはノイズ等による成分が除去され、図７のような到来波Ｔ１が復元されていることが分かる。
【００８４】
このように、係数が最適化されていない場合、例えば本来存在しない方位に到来波Ｔが存在するような乗算結果ｅが得られるため、係数が最適値になるまで調整し、最適な係数、すなわち最適な逆行列Ｋを用いることによって、到来波Ｔを復元する。
【００８５】
次に、図１０を参照して、乗算結果ｅの他の例について説明する。  
図１０は、受信指向性ａとして一様分布指向性を用いた場合の受信信号レベルのシミュレーション結果の一例を示す図である。一様分布指向性とは、一様分布のアンテナパターンに基づく指向性である。また、指示角が４０．５°である場合における一様分布指向性を示している。
【００８６】
また、図１０の縦軸は、一様分布指向性、受信結果ｄ、および乗算結果ｅの各々の信号レベル（ｄＢ）を示しており、図１０の横軸は、方位角（ｄｅｇ）を示している。
【００８７】
また、図１０では、４０．５°方向に０ｄＢの点波源から到来波Ｔが到来する場合を想定している。
【００８８】
受信結果ｄは、指示角を０．９°毎に変更し、各指示角において受信信号をサンプリングした結果を示している。また、方位角４０．５°の信号レベルが０ｄＢであり、方位角３０．６°の信号レベルが約−３０ｄＢを示している。つまり、２つの方位から到来波Ｔが到来していることを示している。
【００８９】
乗算結果ｅは、受信結果ｄに対して、逆行列処理を行った結果を示している。方位角約７０°から約８５°を除いて、方位角４０．５°と異なる方位角に対応する信号レベルが−７０ｄＢよりも低いことが示されている。つまり、方位角４０．５°と異なる方位からの反射波またはノイズ等の成分が除去されていることが示されている。なお、方位角約７０°から約８５°の信号レベルは、例えば、上述したように係数を調整することによって、最小値になるように調整される。
【００９０】
このように、本実施形態では、点波源からの到来波Ｔに対して、受信指向性ａとして例えば一様分布指向性を用いた場合でも、受信結果ｄより、真の値を示す到来波Ｔを復元する。
【００９１】
次に、図１１を参照して、図１０に示したような一様分布指向性の別の例について説明する。なお、図１１に示す一様分布指向性は、指示角が０．０°である場合における一様分布指向性を示している。
【００９２】
また、図１１の縦軸は、一様分布指向性の信号レベル（ｄＢ）を示しており、図１１の横軸は、方位角（ｄｅｇ）を示している。
【００９３】
図１１に示す一様分布指向性は、予め定められた高い受信指向性を有する指示角範囲に対応する部分的受信指向性を示している。部分的受信指向性は、受信指向性ａのうち、予め定められた高い受信指向性を有する方位角範囲に対応する部分的な受信指向性である。具体的には、図１０に示したような一様分布指向性に対して、指示角を０．０°として、測定範囲（方位角約−３６．０°〜約６０．５°）外の感度を低下させた指向性を有している。なお、従来技術を用いて、測定範囲外の感度を低下させることができる。
【００９４】
測定範囲は、例えば、到来波Ｔを復元するために必要な所定の角度範囲である。より詳細には、測定範囲は、少なくとも到来波Ｔを復元するために必要な行列Ａの部分行列を生成可能な角度範囲である。また、行列Ａの部分行列は、上述したように、行列・逆行列生成部１８によって、部分的受信指向性に基づいて生成される。
【００９５】
このように、受信指向性ａとして例えば一様分布指向性の測定範囲を限定することによって、例えば、行列Ａを生成する代わりに部分的受信指向性に対応する行列Ａの部分行列を生成するため、行列Ａに対する逆行列処理に関する演算負荷よりも演算負荷が低減されるという利点がある。
【００９６】
なお、本実施形態において、図１１に示すような一様分布指向性とは異なる一般的な受信指向性ａに対して、測定範囲外の感度を低下させた部分的受信指向性を用いてもよい。
【００９７】
次に、図１２を参照して、行列Ａの部分行列を用いた場合における逆行列処理の結果の一例について説明する。  
なお、図１１では、部分的受信指向性について説明したが、図１２では、部分的送信指向性について説明する。  
部分的送信指向性は、送信指向性（図示せず）のうち、予め定められた高い送信指向性を有する方位角範囲に対応する部分的な送信指向性である。具体的には、部分的送信指向性は、例えば、方位角θ６〜θ８を含む角度範囲に対して他の方位角よりも高い送信指向性を有する矩形波のような指向性を有する。また、部分的送信指向性は、高い送信指向性を有する角度範囲が狭い送信指向性、すなわち細い送信指向性を有していてもよい。
【００９８】
また、図１２の縦軸は、受信結果ｄおよび乗算結果ｅの信号レベル（ｄＢ）を示しており、図１２の横軸は、方位角を示している。また、図１２では、方位角θ６および方位角θ８の方向に各々０ｄＢの点波源が存在する場合を想定している。
【００９９】
図１２に示す受信結果ｄは、このような部分的送信指向性を用いて送信されたビームに対して波源から到来波Ｔを受信することによって得られる。また、図１２に示す乗算結果ｅは、行列・逆行列生成部１８によって部分的送信指向性と受信指向性ａとが乗算されることによって得られる送受信総合指向性に対応する行列Ａの部分行列から得られる逆行列Ｋの部分行列と、受信結果ｄの一部とを乗算して得られる。
【０１００】
具体的に、このような逆行列Ｋの部分行列を用いて得られた結果について説明する。  
受信結果ｄは、本来波源のない方位角θ７の方向に対して約５ｄＢの信号レベルを示している。これは、例えば、クラッタエコー等の漏れ込みによる応答によって生じることがある。
【０１０１】
そこで、方位角θ７を中心とした所定の角度範囲の受信結果ｄに対応する逆行列Ｋの部分行列と、その所定の角度範囲の受信結果ｄとを乗算することによって乗算結果ｅを得る。
【０１０２】
そして、図１２に示すように、乗算結果ｅは、方位角θ７の方向に対して信号レベルが−１００ｄＢ以下になったことを示している。
【０１０３】
このように、部分的送信指向性の高い指向性を有する狭い角度範囲に対応した逆行列Ｋの部分行列を用いることによって、逆行列Ｋの大きさを小さくすることができ、逆行列Ｋの部分行列と受信結果ｄの一部分とを用いて、方位角θ７の真の値が得られる。
【０１０４】
なお、部分的送信指向性を用いた送信波は、例えばファンビームとして送信されるため、メインローブ幅が太いような場合であっても受信結果ｄ等の解像度は低下しない。
【０１０５】
次に、図１３を参照して、受信指向性ａの別の例について説明する。  
また、図１３の縦軸は、受信指向性ａの信号レベル（ｄＢ）を示しており、図１３の横軸は、方位角を示している。
【０１０６】
図１３に示す受信指向性ａは、レーダ受信機の方位角において等間隔に、すなわち等角度に、ヌル点が配置されている指向性を有する。ヌル点は、例えば、方位角θ９，θ１０，θ１１等で示されるように受信感度が十分低い点である。図１３では、方位角θ９，θ１０，θ１１で示される各ヌル点に対応する受信指向性レベルは、それぞれ−６０ｄＢである。
【０１０７】
このように、ヌル点が等間隔に配置されている受信指向性ａを用いることによって、行列Ａに対する逆行列処理に関する演算負荷よりも演算負荷が低減されるという利点がある。
【０１０８】
例えば、等角度に受信指向性ａが配置されているため、この受信指向性ａに基づき生成される行列Ａの係数も角度に関して規則性を有しているおり、行列Ａの係数は、乗算結果ｅの合計値を最小にする行列Ａの係数に近い値を示す。そのため、例えば、逆行列Ｋの係数を調整する回数等が減少し、逆行列処理に関する演算負荷が低減される。
【０１０９】
ここで、本実施形態において、行列・逆行列生成部１８によって到来波Ｔの成分を復元することが可能な逆行列Ｋの成分k_(i,j)を有する逆行列Ｋを生成するための条件の一例について説明する。
【０１１０】
まず、数式（３）等の解を得るために、指示角数≧中心角数を満たす必要がある。すなわち、数式（３）等の連立方程式の未知数がその連立方程式の数に等しいまたは少ないことが必要である。また、行列Ａを生成するために、中心角数は有限数である必要がある。
【０１１１】
なお、本実施形態において、行列Ａの係数は、受信指向性ａの所定の角度範囲の信号レベルの積分値を用いてもよい。
【０１１２】
例えば、各指示角によって分割される方位角範囲を示す区間内において、到来波Ｔの成分が一様に分布していると見なせる場合、その区間に対応する行列Ａの係数a_(i,j)は、この区間に相当する受信指向性ａの信号レベルの積分値としてもよい。また、このような場合、効率的に最適な逆行列Ｋを求めることができるという利点がある。
【０１１３】
また、行列演算処理を実時間で行うためには、測定範囲外からの到来波Ｔの信号が少ない方がよい。そのため、例えば、図１１を参照して上述したように、不要領域である測定範囲外（ｒ１よりも小さく、ｒ２よりも大きい範囲）に対する受信感度を低下させた受信指向性ａを用いることによって、容易に行列演算処理を行うことができる。
【０１１４】
また、受信指向性ａは、例えば、電波暗室における、レーダシステム３０による受信に関する実測値に基づいて得られるような指向性でもよい。同様に、送信指向性は、例えば、電波暗室における、レーダシステム３０による送信に関する実測値に基づいて得られるような指向性でもよい。
【０１１５】
また、一様に分布した到来波Ｔは、例えば、レーダシステム３０が気象レーダ等である場合、この気象レーダによって測定される一様な雨粒を有する雨雲を波源とする到来波である。また、図１０等を参照して説明した点波源は、例えば飛行機等である。
【０１１６】
なお、図２等を参照して説明した行列・逆行列生成部１８は、行列Ａを生成する行列生成部と、逆行列Ｋを生成する逆行列生成部とからなる構成要素に適宜分けてもよい。
【０１１７】
上述したように本実施形態の到来波復元方法を適用した到来波復元装置によれば、上記のような作用により、次のような効果を得ることができる。  
すなわち、測定結果である受信結果ｄを、真値である到来波Ｔと、クラッタエコー等の漏れこみに相当する係数を有する行列との線形和と見なし、連立方程式を解くことによって真値を復元するような手法を用いることによって、演算負荷を低減して、受信結果ｄから、測定範囲外からのクラッタエコー等の反射波またはノイズ等の影響を除去することが可能となる。
【０１１８】
具体的には、受信結果（Ｄ１〜Ｄｎ）に対して、逆行列Ｋを乗算することによって、クラッタエコー等の妨害波の影響を受ける前の到来波（Ｔ１〜Ｔｎ）を復元することが可能となる。このように、演算負荷が低減された逆行列Ｋの演算処理を用いることによって、到来波Ｔを復元することが可能となる。
【０１１９】
また、フェーズドアレーアンテナにおける、クラッタエコー等の漏れこみを回避することも可能となる。
【０１２０】
また、送信指向性または受信指向性の範囲を限定することによって、すなわち受信結果ｄの一部を用いることによって、行列の大きさが小さい部分行列から得られる逆行列Ｋを用いることによって、逆行列Ｋの係数調整のための演算処理を容易に行うことが可能となる。よって、クラッタエコー等の除去に要する演算量を低減することが可能となる。
【０１２１】
また、妨害波の影響を除去することができるため、到来波Ｔが到来している方向とは異なる方向から到来波Ｔが到来しているように見える虚像のような現象を除去することも可能となる。
【０１２２】
また、従来技術のような低い解像度の受信結果ｄに対して解像度を向上させることも可能となる。
【０１２３】
また、例えば到来波Ｔが中心角近傍で一様に分布しているとみなすことができるような場合、行列・逆行列生成部１８によって生成される行列Ａおよび逆行列Ｋは、送受信総合指向性等の特性によって決定される。そのため、行列・逆行列生成部１８によって生成される行列Ａおよび逆行列Ｋは、例えば、妨害波源の位置や強度等に影響されることなく、一度生成されれば、再び生成する必要がないため、演算負荷を低減することが可能となる。
【０１２４】
また、離散化された状態で、すなわち角度毎に分離されて、受信結果ｄおよび復元結果ｈを得ることが可能となるため、連続的な無限の分解能で測定するよりも演算処理が容易になる。さらに、複数の到来波Ｔが混合しているような場合でも、離散化された状態で演算処理を行うため、複数の到来波Ｔを分離して復元することが可能となる。
【０１２５】
また、指示角と異なる角度範囲の信号を低減することによって、例えば、到来波Ｔに含まれる所望の方向以外からの信号を抑制することが可能となる。
【０１２６】
また、一様に分布した到来波Ｔに対して、気象レーダ等の特性を生かした演算処理を容易に行うことが可能となる。
【０１２７】
以上のように、本発明によれば、演算負荷を低減しつつ、妨害波信号を除去することを可能とし、また、受信信号の解像度の低下を防止することを可能とする到来波復元装置、到来波復元システム、および到来波復元方法が提供される。
【０１２８】
要するにこの発明は、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、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【０１２９】
１０…到来波復元装置、１２…データ蓄積部、１４…送信特性取得部、１６…受信特性取得部、１８…行列・逆行列生成部、２０…行列乗算部、２２…判定部、２４…係数調整部、３０…レーダシステム、３２…アンテナ、ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５…受信指向性、ａ１１，ａ２２，ａ３３，ａ４４，ａ５５…受信レベル、ｂ１…送信指向性に関する情報、ｂ２…受信指向性に関する情報、ｃ…逆行列を示す情報、ｄ…受信結果、ｅ…乗算結果、ｆ…調整前乗算結果、ｇ…行列Ａまたは逆行列Ｋに関する情報、ｈ…復元結果、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５…受信結果、Ｔ…到来波、θ１，θ２，θ３，θ４，θ５…指示角、θ６，θ７，θ８，θ９，θ１０，θ１１…方位角。
【図１】
0006615529.tif 000006
【図２】
0006615529.tif 000007
【図３】
0006615529.tif 000008
【図４】
0006615529.tif 000009
【図５】
0006615529.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0006615529.tif 000014
【図１０】
0006615529.tif 000015
【図１１】
0006615529.tif 000016
【図１２】
0006615529.tif 000017
【図１３】
0006615529.tif 000018