(57)【要約】【課題】不要波が存在する環境下であっても、時系列に取得されたデータを用いて不要波成分を抑圧し、高精度、高分解能および／または高感度で目標を観測できる信号処理装置を提供する。【解決手段】信号を送受信するアンテナ１１、２１と、アンテナから時系列に取得される受信信号に含まれる不要波成分を、各時刻で取得される受信信号毎に抑圧する不要波抑圧処理部１２、１３、２２、２３、３０〜３Ｍ−１、３１と、不要波抑圧処理部から時系列に取得される不要波成分が抑圧された受信信号を用いて信号処理を行う信号処理部３３を備える。【選択図】図３
2008309558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を送受信するアンテナと、
前記アンテナから時系列に取得される受信信号に含まれる不要波成分を、各時刻で取得される受信信号毎に抑圧する不要波抑圧処理部と、
前記不要波抑圧処理部から時系列に取得される不要波成分が抑圧された受信信号を用いて信号処理を行う信号処理部と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記信号処理部で行われる処理は、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）処理であることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記信号処理部で行われる処理は、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）処理であることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記不要波抑圧処理部は、ＭＴＩ（Moving Target Indication）処理、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation）処理、ＳＴＡＰ（Space Time Adaptive Processing）処理、アダプティブ処理またはＳＬＣ（idelobe Canceller）処理の少なくとも１つを行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置または受信装置などに適用され、不要波が存在する環境下において、高精度、高分解能および／または高感度などを実現するための信号処理を行う信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーダ装置または受信装置などには、アンテナを用いて送受信する信号を処理する信号処理装置が搭載されている。図７は、このような従来の信号処理装置を説明するための図である。この信号処理装置は、主アンテナ１１、データ保存部３２および信号処理部３３を備えている。主アンテナ１１は、複数のアンテナ素子を備えており、各アンテナ素子で受信された信号は、受信データとしてデータ保存部３２に送られる。
【０００３】
データ保存部３２は、主アンテナ１１から送られてくるアンテナ素子毎の受信データを保存する。このデータ保存部３２に保存されている受信データは、信号処理部３３によって読み出される。信号処理部３３は、データ保存部３２に保存されている受信データを取り出し、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar；合成開口レーダ）処理やＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）処理などを実行する。
【０００４】
ここで、ＳＡＲ処理は、参照信号と送受信信号との相関をとることにより目標を高分解能で画像化する処理である（非特許文献１参照）。また、ＭＵＳＩＣ処理は、高い分解能で目標を分離する処理である（非特許文献２参照）。
【０００５】
このような信号処理装置として、特許文献１は、複数のアンテナ素子から取得される受信データ毎に不要波を抑圧し、この不要波が抑圧された受信データを用いてアダプティブ処理やＭＵＳＩＣ処理を行うレーダ信号処理装置を開示している。
【０００６】
このレーダ信号処理装置は、主アンテナおよび補助アンテナ毎にアダプティブ処理部を備えており、アンテナ素子毎にクラッタ成分を抑圧する。また、主アンテナのアダプティブ処理部の後段に他のアダプティブ処理部を設け、クラッタを抑圧した受信信号から妨害波成分を抑圧する。このようにしてクラッタおよび妨害波成分を抑圧したアンテナ素子信号からビーム形成部によりビーム形成処理を行い、また、方向抽出部により電波到来方向を抽出する。さらに、ビーム形成部の後段にアダプティブ処理部を設け、ビーム出力に不要波成分が残留する場合には、これを除去する。
【特許文献１】特開２００４−２５７７６１号公報
【非特許文献１】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（２００３）  ｐｐ．１７６−１７８
【非特許文献２】菊間信良、“アレーアンテナによる適応信号処理“、科学技術出版（１９９９）  ｐｐ．１９４−１９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した特許文献１に開示されたレーダ信号処理装置は、複数のアンテナ素子から取得された受信データから不要波成分を抑圧した後にアダプティブ処理やＭＵＳＩＣ処理を行うが、処理対象とする受信データは、同時刻に取得されたデータ（同時刻にサンプルされたデータ）であるので、互いに相関があり、不要波が入力された場合であっても、それを抑圧することができる。
【０００８】
これに対し、時系列に取得された受信データ（以下、「時系列データ」という）、つまり、異なる時刻にサンプルされたデータを用いてＳＡＲ処理やＭＵＳＩＣ処理を行う信号処理装置においては、ノイズ妨害のような不要波が入力されると、時系列データでは互いに相関がないため、不要波成分を抑圧できないという問題がある。
【０００９】
また、時系列データにおいて互いに相関があるクラッタなどが入力された場合であっても、サンプルされたデータのＳ／Ｃ比（信号／クラッタ電力比）が悪いと、信号処理によって得られる結果のＳ／Ｃ比も劣化する場合がある。
【００１０】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、不要波が存在する環境下であっても、時系列に取得されたデータを用いて不要波成分を抑圧し、高精度、高分解能および／または高感度で目標を観測できる信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、信号を送受信するアンテナと、アンテナから時系列に取得される受信信号に含まれる不要波成分を、各時刻で取得される受信信号毎に抑圧する不要波抑圧処理部と、不要波抑圧処理部から時系列に取得される不要波成分が抑圧された受信信号を用いて信号処理を行う信号処理部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、信号処理部で行われる処理は、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）処理であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、信号処理部で行われる処理は、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）処理であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の発明において、不要波抑圧処理部は、ＭＴＩ（Moving Target Indication）処理、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation）処理、ＳＴＡＰ（Space Time Adaptive Processing）処理、アダプティブ処理またはＳＬＣ（idelobe Canceller）処理の少なくとも１つを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、アンテナから時系列に取得される受信信号に含まれる不要波成分を、各時刻で取得される受信信号毎に抑圧し、この不要波成分が抑圧された時系列の受信信号を用いて信号処理を行うので、信号処理の時点では不要波の影響が排除される。その結果、高精度、高分解能および／または高感度で目標を観測することができる。
【００１６】
また、請求項２記載の発明によれば、不要波成分が抑圧された時系列の受信信号を用いてＳＡＲ処理を行うので、ＳＡＲ処理の時点では不要波の影響が排除され、高精度、高分解能および／または高感度で目標を観測することができる。
【００１７】
また、請求項３記載の発明によれば、不要波成分が抑圧された時系列の受信信号を用いてＭＵＳＩＣ処理を行うので、ＭＵＳＩＣ処理の時点では不要波の影響が排除され、高精度、高分解能および／または高感度で目標を観測することができる。
【００１８】
また、請求項３記載の発明によれば、ＭＴＩ処理、ＤＦＴ処理、ＳＴＡＰ処理、アダプティブ処理またはＳＬＣ処理の少なくとも１つを行って不要波を抑圧するので、不要波を高い精度で抑圧することができる。その結果、高精度、高分解能および／または高感度で目標を観測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例１に係る信号処理装置は、時系列データを用いてＳＡＲ処理を行うようにしたものである。
【００２１】
まず、ＳＡＲの原理について説明する。図１は、ＳＡＲのモデルを示す。このモデルは、一般的なモデルとして、側方監視の場合の例を示しており、移動体に搭載されたＳＡＲ装置でマイクロ波を送受信してＳＡＲ処理を行うことにより目標を探知する状態を示している。
【００２２】
送受信信号をｅ（ｔ）とし、ＡＺ圧縮用の参照信号をｒ（ｔ）とすると、ＡＺ圧縮処理後の信号ｓ（ｔ）は、次式で算出できる（非特許文献１参照）。
【数１】
2008309558.tif 000003
【００２３】
ここで、
ｅ（ｔ）      ；送受信信号
Ｅ（ｆ）      ；ｅ（ｔ）のフーリエ変換
ｒ（ｔ）      ；参照信号
Ｒ（ｆ）      ；ｒ（ｔ）のフーリエ変換
ｓ（ｔ）      ；ＳＡＲ画像
Ｓ（ｆ）      ；ｓ（ｔ）のフーリエ変換
ＦＦＴ［  ］  ；フーリエ変換
ＦＦＴ-1［  ］；逆フーリエ変換
＊            ；複素共役
ＳＡＲ処理に用いられる送受信信号（サンプルデータ）ｅ（ｔ）に、妨害やクラッタといった不要波成分が含まれていると、図７に示した従来の信号処理装置では、所望信号を検出できない場合がある。この対策として、本発明の実施例１に係る信号処理装置では、サンプルデータの段階で、周波数フィルタや空間フィルタをかけて、クラッタや妨害を抑圧するように構成している。
【００２４】
図２は、本発明の実施例１に係る信号処理装置によって実現される機能の概念を示す図である。各サンプル時のビームは、妨害やクラッタといった不要波を含んでいるが、サンプルデータに対して周波数軸／角度軸のフィルタ（周波数フィルタ／空間フィルタ）を用いて不要波を抑圧後、高分解能処理（ＳＡＲ）が行われることにより、シャープなビームが形成される。
【００２５】
図３は、本発明の実施例１に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。この信号処理装置は、主アンテナ１１、第１ＭＴＩ処理部１２、第１ＤＦＴ処理部１３、補助アンテナ２１、第２ＭＴＩ処理部２２、第２ＤＦＴ処理部２３、ＳＬＣ処理部３０〜３Ｍ−１、所望信号抽出部３１、データ保存部３２および信号処理部３３を備えている。
【００２６】
主アンテナ１１は、複数のアンテナ素子を備えており、各アンテナ素子で受信された受信信号は、信号Ｘｂとして第１ＭＴＩ処理部１２に送られる。
【００２７】
第１ＭＴＩ処理部１２は、周波数フィルタ（周波数軸フィルタ）として機能し、主アンテナ１１から送られてくる信号Ｘｂを入力信号とし、図４（ａ）に示すように、入力信号に含まれるグランドクラッタやウェザクラッタといったクラッタを、図４（ｂ）に示すように、周波数軸上で除去して出力信号を生成する。
【００２８】
なお、ＭＴＩ処理については、例えば『吉田他著、“改訂レーダ技術”、電子情報通信学会、ｐｐ．６７−７０（１９９６）』に説明されている。この第１ＭＴＩ処理部１２で生成された出力信号は、信号Ｘｂｍｔｉとして第１ＤＦＴ処理部１３に送られる。
【００２９】
第１ＤＦＴ処理部１３は、周波数フィルタ（周波数軸フィルタ）として機能し、第１ＭＴＩ処理部１２から送られてくる信号Ｘｂｍｔｉを離散フーリエ変換することによりクラッタを抑圧し、フィルタバンク信号Ｘｂｆ０〜ＸｂｆＭ−１としてＳＬＣ処理部３０〜３Ｍ−１にそれぞれ送る。
【００３０】
補助アンテナ２１は、複数のアンテナ素子を備えており、各アンテナ素子で受信された樹脂信号は、信号Ｘａとして第２ＭＴＩ処理部２２に送られる。
【００３１】
第２ＭＴＩ処理部２２は、周波数フィルタ（周波数軸フィルタ）として機能し、補助アンテナ２１から送られてくる信号Ｘａを入力信号とし、第１ＭＴＩ処理部１２と同様に、入力信号に含まれるグランドクラッタやウェザクラッタといったクラッタを周波数軸上で除去して出力信号を生成する。この第２ＭＴＩ処理部２２で生成された出力信号は、信号Ｘａｍｔｉとして第２ＤＦＴ処理部２３に送られる。
【００３２】
第２ＤＦＴ処理部２３は、周波数フィルタ（周波数軸フィルタ）として機能し、第２ＭＴＩ処理部２２から送られてくる信号Ｘａｍｔｉを離散フーリエ変換することによりクラッタを抑圧し、フィルタバンク信号Ｘａｆ０〜ＸａｆＭ−１としてＳＬＣ処理部３０〜３Ｍ−１にそれぞれ送る。
【００３３】
ＳＬＣ処理部３０〜３Ｍ−１は、空間フィルタ（角度軸フィルタ）として機能し、第１ＤＦＴ処理部１３から送られてくるフィルタバンク信号Ｘｂｆ０〜ＸｂｆＭ−１と、第２ＤＦＴ処理部２３から送られてくるフィルタバンク信号Ｘａｆ０〜ＸｂａＭ−１とをそれぞれ用いてＳＬＣ処理を実行することにより妨害を抑圧する。すなわち、ＳＬＣ処理部３０〜３Ｍ−１は、図５に示すように、主アンテナ１１からの信号と補助アンテナ２１からの信号とを処理することにより妨害波の到来方向のアンテナ利得を小さくして妨害波を抑圧する。
【００３４】
具体的には、ＳＬＣ処理部３０〜３Ｍ−１は、図３に示すように、ＳＬＣ処理のフィードバックループにより、主アンテナ１１のサイドローブと補助アンテナ２１のレベルを一致させるようにウェイトＷを変化させて主アンテナパターンにヌル点を形成し、妨害波の到来方向に対する感度を低下させて妨害波を抑圧する。このＳＬＣ処理部３０〜３Ｍ−１の出力は、所望信号抽出部３１に送られる。なお、ＳＬＣ処理については、例えば『電子情報通信学会、“改訂レーダ技術”、ｐｐ２９５−２９６』に説明されている。
【００３５】
所望信号抽出部３１は、ＳＬＣ処理部３０〜３Ｍ−１から送られてくる信号から所望信号が存在するバンクを抽出し、データ保存部３２に送る。
【００３６】
以上説明した第１ＭＴＩ処理部１２、第１ＤＦＴ処理部１３、補助アンテナ２１、第２ＭＴＩ処理部２２、第２ＤＦＴ処理部２３、ＳＬＣ処理部３０〜３Ｍ−１および所望信号抽出部３１は、本発明の不要波抑圧処理部に対応し、データポジション毎に、つまり時系列に取得される受信信号において、各時刻の受信信号が取得される毎に動作する。
【００３７】
データ保存部３２は、所望信号抽出部３１から送られてくる信号を順次に蓄積して保存する。したがって、データ保存部３２には、時系列データが保存されることになる。このデータ保存部３２に保存されているデータは、信号処理部３３によって読み出される。
【００３８】
信号処理部３３は、データ保存部３２に保存されているクラッタおよび妨害が抑圧された時系列データに基づき、ＳＡＲ処理を実行する。ＳＡＲ処理の詳細は、冒頭で説明した通りである。
【００３９】
図６は、本発明の実施例１に係る信号処理装置の動作を説明するための図であり、不要波を抑圧する場合の、送受信パルスと処理の関係を示している。各サンプル時点のデータ、例えばデータｐｏｓ１のデータに対して、周波数フィルタとしてのＭＴＩ処理によりクラッタを抑圧した後に、ＤＦＴ処理によりクラッタをさらに抑圧し、引き続いて、空間フィルタとしてのＳＬＣ処理により妨害を抑圧する。そして、これらの処理によってクラッタおよび妨害といった不要波が抑圧されたポジション毎のデータを用いてＳＡＲ処理を実行する。
【００４０】
以上説明したように、本発明の実施例１に係る信号処理装置によれば、不要波を抑圧した後のデータを用いて、ＳＡＲ処理を行うので、不要波の影響のない高精度かつ高分解能の出力を得ることができる。
【００４１】
なお、この実施例１に係る信号処理装置では、ＭＴＩ処理を行った後に、ＤＦＴ処理を行ってバンクを抽出し、その後、ＳＬＣ処理を行うように構成したが、ＭＴＩ処理のみ、または、ＳＬＣ処理のみを行うように構成することもできる。
【実施例２】
【００４２】
本発明の実施例２に係る信号処理装置は、実施例１に係る信号処理装置の信号処理部３３でＳＡＲ処理を行うのに対し、ＭＵＳＩＣ処理を行うように構成したものである。ＭＵＳＩＣ処理のスペクトラムは、次式で表すことができる。なお、ＭＵＳＩＣ処理の詳細については、必要に応じて非特許文献２に記載されている。
【数２】
2008309558.tif 000004
【００４３】
ここで、
Ｅｎ  ；サンプルデータの相関行列Ｒｘｘの熱雑音の固有ベクトル
ａ    ；方向ベクトル
【数３】
2008309558.tif 000005
【００４４】
上記はリニアアレイの場合である。
【００４５】
θ    ；到来波の方向
ｊ    ；虚数単位
ｄｎ  ；サンプル位置（ｎ＝１〜Ｎ）
λ    ；波長
この実施例２に係る信号処理装置によれば、不要波を抑圧した後のデータを用いて、ＭＵＳＩＣ処理を行うように構成したので、ＭＵＳＩＣ処理の時点では不要波の影響が排除され、目標を高い分解能で分離できる。
【００４６】
なお、上述した実施例１および実施例２に係る信号処理装置は、エレメントスペース型の場合について説明したが、ビームスペース型の場合にも適用できる。ビームスペース型については、「菊間信良、“アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版（１９９９）  ｐｐ．３３−３４９」に説明されている。
【００４７】
また、不要波抑圧処理としては、ＭＴＩ処理、ＤＦＴ処理およびＳＬＣ処理の他に、アダプティブ処理（周波数フィルタ、空間フィルタ）やＳＴＡＰ処理などを用いることもできる。
【００４８】
なお、アダプティブ処理については、「菊間信良、“アレーアンテナによる適応信号処理“、科学技術出版（1999）  ｐｐ．３５−３７、９８−９９、６７−８６、１７−２１」に説明されている。ＳＴＡＰ処理については、「Richard Klemm,”SPACE-TIME ADAPTIVE PROCESSING”,IEE RADAR,SONAR,NAVIGATION AND AVIONICS 9,pp.110-118(1998)」に説明されている。
【００４９】
また、上述した実施例１および実施例２においては、サンプルデータに含まれるクラッタおよび妨害を抑圧する場合について説明したが、クラッタのみ、または、妨害のみを抑圧するように構成することができる。
【００５０】
また、クラッタと妨害が存在する複合環境下の場合であっても、各サンプルデータではＳＬＣ処理などにより、妨害のみを抑圧し、クラッタについては、ＳＡＲ処理やＭＵＳＩＣ処理による高分解能処理によって抑圧するように構成することもできる。
【００５１】
また、上述した実施例１および実施例２に係る信号処理装置は、一箇所に固定されている地上レーダの場合や回転などにより位置が移動する場合であっても適用できる。
【００５２】
さらに、上述した実施例１および実施例２に係る信号処理装置は、レーダ装置に限らず、所望信号を受信できる受信装置に適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、時系列データを用いてＳＡＲ処理やＭＵＳＩＣ処理を行うレーダ装置または受信装置などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１に係る信号処理装置で行われるＳＡＲの原理を説明するためのモデルを示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る信号処理装置によって実現される機能の概念を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例１に係る信号処理装置で行われるクラッタの抑圧を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係る信号処理装置で行われる妨害の抑圧を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例１に係る信号処理装置の動作を説明するための図である。
【図７】従来の信号処理装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  主アンテナ
１２  第１ＭＴＩ処理部
１３  第１ＤＦＴ処理部
２１  補助アンテナ
２２  第２ＭＴＩ処理部
２３  第２ＤＦＴ処理部
３０  ＳＬＣ処理部
３１  所望信号抽出部
３２  データ保存部
３３  信号処理部
【図１】
2008309558.tif 000006
【図２】
2008309558.tif 000007
【図３】
2008309558.tif 000008
【図４】
2008309558.tif 000009
【図５】
2008309558.tif 000010
【図６】
2008309558.tif 000011
【図７】
2008309558.tif 000012