(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を備えるアレーアンテナを用いてレーダパルスを放射してその目標反射信号を受信し、各アンテナ素子の受信信号を適応ウェイトにより重み付けして合成することで、前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零となるように受信合成ビームを形成するパルスレーダ装置に用いられ、
前記複数のアンテナ素子それぞれによって受信される目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さで区分した複数の処理レンジセルに対してセル単位でデータ化し、前記複数のアンテナ素子それぞれのセル単位の受信データを受信タイミングに沿った対応セル位置に蓄積するステップと、
前記複数のアンテナ素子それぞれの位置情報と前記対応セル位置で蓄積された値を用いて、目標信号を含むと想定される処理適用レンジセルを除いた、不要波のみから形成されると想定されるトレーニングサンプル数分のレンジセルのデータから共分散行列を演算するステップと、
前記共分散行列に基づいて前記複数のアンテナ素子それぞれの受信データにウェイト制御を施すための位相及び振幅に対するウェイトをスライディングウィンドウ方式によって計算するステップとを備え、
前記共分散行列を演算するステップは、前記複数の処理レンジセル全てにおける前記複数のアンテナ素子それぞれの受信データの共分散行列を計算してメモリに記憶し、
前記ウェイトを計算するステップは、前記メモリに記憶された共分散行列を用いて、目標信号を含むと想定される処理適用レンジセルを除いた、不要波のみから形成されると想定されるトレーニングサンプル数分のレンジセルのデータから共分散行列を演算する際に、第ｉ番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列を、第ｉ番目の処理適用レンジセルを除いたトレーニングサンプル数分の個数の共分散行列により導出する第１の処理と、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列を、前に計算された第ｉ番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列から第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルの共分散行列を差し引き、スライディングによりトレーニングサンプルの対象外となる共分散行列を差し引き、第ｉ番目の処理適用レンジセルの共分散行列を足し込み、スライディングによりトレーニングサンプルの対象内となる共分散行列を足し込んで導出する第２の処理とを備え、前記第１及び第２の処理を全レンジの処理適用レンジセルに適用することを特徴とするウェイト算出方法。
【請求項２】
複数のアンテナ素子を備えるアレーアンテナを用いてレーダパルスを放射してその目標反射信号を受信し、各アンテナ素子の受信信号を適応ウェイトにより重み付けして合成することで、前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零となるように受信合成ビームを形成するパルスレーダ装置に用いられ、
前記複数のアンテナ素子それぞれによって受信される目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さで区分した複数の処理レンジセルに対してセル単位でデータ化し、前記複数のアンテナ素子それぞれのセル単位の受信データを受信タイミングに沿った対応セル位置に蓄積するステップと、
前記複数のアンテナ素子それぞれの位置情報と前記対応セル位置で蓄積された値を用いて、目標信号を含むと想定される処理適用レンジセルを除いた、不要波のみから形成されると想定されるトレーニングサンプル数分のレンジセルのデータから共分散行列を演算するステップと、
前記共分散行列に基づいて前記複数のアンテナ素子それぞれの受信データにウェイト制御を施すための位相及び振幅に対するウェイトをスライディングウィンドウ方式によって計算するステップとを備え、
前記共分散行列を演算するステップは、前記複数のレンジセル全てにおける前記複数のアンテナ素子それぞれの受信データの共分散行列を計算し、そのうちの複数個のレンジセルをまとめてレンジセルグループとし、グループ単位で前記共分散行列を計算してメモリに記憶し、
前記ウェイトを計算するステップは、前記メモリに記憶された各レンジセルグループの共分散行列を用いて、目標信号を含むと想定される処理適用レンジセルを除いた、不要波のみから形成されると想定されるトレーニングサンプル数分のレンジセルのデータから共分散行列を演算する際に、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列を、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループを除いたトレーニングサンプル数分の個数の共分散行列により導出する第１の処理と、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列を、前に計算された第ｉ番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列から、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルグループの共分散行列を差し引き、スライディングによりトレーニングサンプルの対象外となる共分散行列を差し引き、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループの共分散行列を足し込み、スライディングによりトレーニングサンプルの対象内となる共分散行列を足し込むことで導出する第２の処理とを備え、前記第１及び第２の処理を全レンジの処理適用レンジセルグループに適用することを特徴とするウェイト算出方法。
【請求項３】
複数のアンテナ素子を備えるアレーアンテナを用いてレーダパルスを放射してその目標反射信号を受信し、前記複数のアンテナ素子の受信信号を適応ウェイトにより重み付けして合成することで、前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零となるように受信合成ビームを形成するパルスレーダ装置に用いられ、
前記複数のアンテナ素子それぞれによって受信される目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さで区分した複数の処理レンジセルに対してセル単位でデータ化し、前記複数のアンテナ素子それぞれのセル単位の受信データを受信タイミングに沿った対応セル位置に蓄積する受信データ処理手段と、
前記複数のアンテナ素子それぞれの位置情報と前記対応セル単位で蓄積された値を用いて、目標信号を含むと想定される処理適用レンジセルを除いた、不要波のみから形成されると想定されるトレーニングサンプル数分のレンジセルのデータから共分散行列を演算する演算手段と、
前記共分散行列に基づいて前記複数のアンテナ素子それぞれの受信データにウェイト制御を施すための位相及び振幅に対するウェイトをスライディングウィンドウ方式によって用いて計算する計算機とを具備し、
前記演算手段は、前記複数の処理レンジセル全てにおける前記複数のアンテナ素子それぞれの受信データの共分散行列を計算してメモリに記憶し、
前記計算機は、前記メモリに記憶された共分散行列を用いて、目標信号を含むと想定される処理適用レンジセルを除いた、不要波のみから形成されると想定されるトレーニングサンプル数分のレンジセルのデータから共分散行列を演算する際に、第ｉ番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列を、第ｉ番目の処理適用レンジセルを除いたトレーニングサンプル数分の個数の共分散行列により導出する第１の処理と、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列を、前に計算された第ｉ番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列から第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルの共分散行列を差し引き、スライディングによりトレーニングサンプルの対象外となる共分散行列を差し引き、第ｉ番目の処理適用レンジセルの共分散行列を足し込み、スライディングによりトレーニングサンプルの対象内となる共分散行列を足し込んで導出する第２の処理とを備え、前記第１及び第２の処理を全レンジの処理適用レンジセルに適用することを特徴とするウェイト算出装置。
【請求項４】
複数のアンテナ素子を備えるアレーアンテナを用いてレーダパルスを放射してその目標反射信号を受信し、前記複数のアンテナ素子の受信信号を適応ウェイトにより重み付けして合成することで、前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零となるように受信合成ビームを形成するパルスレーダ装置に用いられ、
前記複数のアンテナ素子それぞれによって受信される目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さで区分した複数の処理レンジセルに対してセル単位でデータ化し、前記複数のアンテナ素子それぞれのセル単位の受信データを受信タイミングに沿った対応セル位置に蓄積する受信データ処理手段と、
前記複数のアンテナ素子それぞれの位置情報と前記対応セル単位で蓄積された値を用いて、目標信号を含むと想定される処理適用レンジセルを除いた、不要波のみから形成されると想定されるトレーニングサンプル数分のレンジセルのデータから共分散行列を演算する演算手段と、
前記共分散行列に基づいて前記複数のアンテナ素子それぞれの受信データにウェイト制御を施すための位相及び振幅に対するウェイトをスライディングウィンドウ方式によって計算する計算機とを具備し、
前記演算手段は、前記複数のレンジセル全てにおける前記複数のアンテナ素子それぞれの受信データの共分散行列を計算し、そのうちの複数個のレンジセルをまとめてレンジセルグループとし、グループ単位で前記共分散行列を計算してメモリに記憶し、
前記計算機は、前記メモリに記憶された各レンジセルグループの共分散行列を用いて、目標信号を含むと想定される処理適用レンジセルを除いた、不要波のみから形成されると想定されるトレーニングサンプル数分のレンジセルのデータから共分散行列を演算する際に、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列を、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループを除いたトレーニングサンプル数分の個数の共分散行列により導出する第１の処理と、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列を、前に計算された第ｉ番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列から、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルグループの共分散行列を差し引き、スライディングによりトレーニングサンプルの対象外となる共分散行列を差し引き、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループの共分散行列を足し込み、スライディングによりトレーニングサンプルの対象内となる共分散行列を足し込むことで導出する第２の処理とを備え、前記第１及び第２の処理を全レンジの処理適用レンジセルグループに適用することを特徴とするウェイト算出装置。
【請求項５】
複数のアンテナ素子をアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスを放射してその目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナであって、前記各アンテナ素子の受信信号を適応ウェイトにより重み付けして合成することで、前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零となるように受信合成ビームを形成するパルスレーダ装置に用いられるアダプティプアレーアンテナにおいて、
前記請求項１または２に記載の方法により算出した適応ウェイトを取り込み、前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成することを特徴とするアダプティブアレーアンテナ。
【請求項６】
複数のアンテナ素子をアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスを放射してその目標反射信号を受信し、与えられた適応ウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するアダプティブアレーアンテナを備え、前記複数のアンテナ素子の受信信号を適応ウェイトにより重み付けして合成することで、前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零となるように受信合成ビームを形成するレーダ装置において、
前記請求項１または２に記載の方法により算出された適応ウェイトを取り込み、前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成することを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェイト制御により、不要波を抑圧して目標からの反射信号を検出するレーダ装置に用いて好適なウェイト算出方法、そのウェイト算出方法を用いたウェイト算出装置、そのウェイト算出装置を採用したアダプティブアレーアンテナ、及びそのアダプティブアレーアンテナを組み込んだレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パルスレーダ装置では、より目標検出精度を向上させるために、アダプティブアレーアンテナを組み込んで、いわゆるアダプティブヌルステアリングを行うようになってきている。このアダプティブヌルステアリングは、アダプティブアレーアンテナにおいて受信信号の位相及び振幅にウェイト制御を施すことで、不要波が到来する方向の指向性が零（ヌル）になるように受信合成ビームを形成する処理である。このような用途に用いられるアダプティブアレーアンテナには、多数の遅延信号が到来する環境下やクラッタ及び不要波が存在する環境下においても、上記の受信合成ビームの形成が適正に行われるようにウェイト制御を行うことが求められている。
【０００３】
そこで、アダプティブアレーアンテナにおいて、ＳＴＡＰ（Space Time Adaptive Processing：時空間適応信号処理）方式（非特許文献１参照）、またはＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output：多入力-多出力）レーダ方式（非特許文献２参照）を採用したウェイト制御方法が注目されている。ＳＴＡＰ方式は、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）をより改善した方式であり、ＭＩＭＯレーダ方式は、各アンテナが独立の信号を目標に放射し、角度広がりの効果によりＲＣＳ（Radar Cross Section）反射特性を改善した方式である。いずれの方式も不要波の到来方向での指向性が零（ヌル）に近い良好なビーム形成し、ＲＣＳ目標に対する探知性能が向上するという特徴を有する。
【０００４】
上記ＳＴＡＰ方式、ＭＩＭＯレーダ方式では、一般的には以下のようなスライディングウィンドウ方式により目標の検出を行う。まず、複数（Ｎ）本のアンテナ素子をアレー状に配列されたアンテナ（素子アンテナ、すなわちチャンネル）により、目標反射信号を受信し、レンジセル単位でデータ化して記憶する。そして、その記憶されたデータから、目標信号を含むと想定されるレンジセル（処理適用レンジセル）を除いたトレーニングサンプル数分のレンジセル、すなわち不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算する。最終的に、ビーム合成回路において、その共分散行列に基づき算出された適応ウェイトを用いて、アンテナ受信信号にウェイト制御を施す。
【０００５】
ここで、従来のスライディングウィンドウ方式では、全レンジの処理適用レンジセルのウェイト算出において、現処理適用レンジセルを除いたトレーニングサンプル数分の共分散行列を毎回求める必要がある。この共分散行列の算出は多大な計算量となる。このため、ＳＴＡＰ方式やＭＩＭＯレーダ方式のレーダ装置に用いられるアダプティブアレーアンテナのウェイト制御による信号処理方式にあっては、不要波方向を零にするためのウェイト算出にスライディングウィンドウ方式を適用する場合、共分散行列の導出に要する計算量の軽減を図り、より短時間に良好なＳＩＮＲ特性を得られるようにすることが要求されている。
【非特許文献１】J. R. Guerci, Space-Time Adaptive Processing for Radar, Artech House, Norwood, MA, 2003.
【非特許文献２】E. Fishler, A. Haimowich, R. Blum, L. Cimini, D. Chizhik, and R. Valenzuela, “MIMO radar: An idea whose time has come,” in Proc. IEEE Int. Radar Conf. Apr. 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上述べたように、ＳＴＡＰ方式、ＭＩＭＯレーダ方式のレーダ装置に用いられるアダプティブアレーアンテナのウェイト制御による信号処理方式において、不要波方向を零にするためのウェイト算出にスライディングウィンドウ方式を適用する場合、全レンジの処理適用レンジセルのウェイト算出において、現処理適用レンジセルを除いたトレーニングサンプル数分の共分散行列を毎回求める必要がある。この共分散行列の算出は多大な計算量が必要となるため、その計算量の軽減が要望されている。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、各処理適用レンジセルに対するウェイト算出において導出される共分散行列の情報を記憶し、次処理適用レンジセルに対するウェイト算出に逐次的に用いることで、共分散行列の導出に要する計算量の軽減を図ると共に、短時間に良好なＳＩＮＲ特性を得ることができるウェイト算出方法、ウェイト算出装置、アダプティブアレーアンテナ、レーダ装置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】
【０００８】
上記問題を解決するために、本発明に係るウェイト算出方法は、以下の（１），（２）の構成とする。
【０００９】
（１）アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するパルスレーダ装置に用いられ、前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトをスライディングウィンドウ方式によって計算する方法であって、前記複数の処理レンジセル全てにおける受信データの共分散行列を計算するステップと、前記共分散行列をメモリに記憶するステップと、前記メモリに記憶された共分散行列を用いて、前記複数の処理レンジセル全てに対するウェイトを算出するステップとを具備し、前記共分散行列の計算ステップは、第ｉ番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列を、第ｉ番目の処理適用レンジセルを除いたトレーニングサンプル数分の個数の共分散行列により導出する第１の処理と、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列を、前に計算された第ｉ番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列から第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルの共分散行列を差し引き、スライディングによりトレーニングサンプルの対象外となる共分散行列を差し引き、第ｉ番目の処理適用レンジセルの共分散行列を足し込み、スライディングによりトレーニングサンプルの対象内となる共分散行列を足し込んで導出する第２の処理とを備え、前記第１及び第２の処理を全レンジの処理適用レンジセルに適用することを特徴とする。
【００１０】
（２）アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するパルスレーダ装置に用いられ、前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを、スライディングウィンドウ方式を用いて計算する方法であって、前記複数のレンジセル全てにおける受信データの共分散行列を計算し、そのうちの複数個のレンジセルをまとめてレンジセルグループとし、グループ単位で前記共分散行列をメモリに記憶するステップと、前記メモリに記憶された各レンジセルグループの共分散行列を用いて、前記複数の処理レンジセル全てに対するウェイトを算出するステップとを具備し、前記共分散行列の計算ステップは、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列を、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループを除いたトレーニングサンプル数分の個数の共分散行列により導出する第１の処理と、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列を、前に計算された第ｉ番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列から、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルグループの共分散行列を差し引き、スライディングによりトレーニングサンプルの対象外となる共分散行列を差し引き、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループの共分散行列を足し込み、スライディングによりトレーニングサンプルの対象内となる共分散行列を足し込むことで導出する第２の処理とを備え、前記第１及び第２の処理を全レンジの処理適用レンジセルグループに適用することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るウェイト算出装置は、アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを、前記（１）または（２）のウェイト算出方法により算出する算出手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るアダプティブアレーアンテナは、複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信するアンテナであって、前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを、前記（１）または（２）に記載のウェイト算出方法により算出した適応ウェイトを取り込み、前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るレーダ装置は、複数の素子アンテナをアレー状に配列し、任意の方向に指向制御されてレーダパルスの目標反射信号を受信し、与えられた適応ウェイトにより前記目標反射信号に対するウェイト制御を行って受信合成ビームを形成するアダプティブアレーアンテナと、前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを、前記（１）または（２）のウェイト算出方法によりウェイトを算出するウェイト算出装置と、前記アダプティブアレーアンテナでウェイト制御が施された目標反射信号から目標を検出する信号処理装置とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
要するに、本発明では、各処理適用レンジセルに対するウェイト算出において導出される共分散行列の情報を記憶し、次処理適用レンジセルに対するウェイト算出に逐次的に用いることで、共分散行列の導出に要する計算量の軽減を図ると共に、短時間に良好なＳＩＮＲ特性を得る。
【００１５】
したがって、本発明によれば、ウェイト制御による信号処理方式において、不要波方向を零にするためのウェイト算出に際し、共分散行列の導出に要する計算量を軽減しつつ、目標に対して短時間に良好なＳＩＮＲ特性を得ることのできるウェイト算出方法、ウェイト算出装置、アダプティブアレーアンテナ、レーダ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態を説明するに先立ち、本発明に係るウェイト算出方法におけるスライディングウィンドウ方式の処理について説明する。
【００１７】
まず、複数（Ｎ）本のアンテナ素子をアレー状に配列されたアンテナにより目標反射信号を受信し、レンジセル単位でデータ化して記憶する。そして、その記憶されたデータから、全レンジセル（Ｌ）個の共分散行列を計算しメモリに記憶する。これらの記憶した共分散行列の情報を用いて、第ｉ番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列の導出は、第ｉ番目の処理適用レンジセルを除いたトレーニングサンプル数分（Ｔ）個の共分散行列により生成する。第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列の導出は、前に計算された第ｉ番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列から、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルの共分散行列を差し引き、スライディングによりトレーニングサンプルの対象外となる共分散行列を差し引き、第ｉ番目の処理適用レンジセルの共分散行列を足し込み、スライディングによりトレーニングサンプルの対象内となる共分散行列を足し込むことで導出する。第ｉ＋２番目の処理適用レンジセル、第ｉ＋３番目の処理適用レンジセルもそれぞれ同様な手順により共分散行列を導出していき、最終的に全レンジにわたる処理適用レンジセルの共分散行列を導出する。
【００１８】
複数個のレンジセルを１つのグループとした場合には、グループ単位でメモリに記憶し、それら記憶された各レンジセルグループの共分散行列を用いてスライディングウィンドウを行う場合も前記と同様の処理の流れとなり、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列の導出は、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループを除いたトレーニングサンプル数分（Ｔ）個の共分散行列により生成する。第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列の導出は、前に計算された第ｉ番目の処理適用レンジセルグループに対する共分散行列から、第ｉ＋１番目の処理適用レンジセルグループの共分散行列を差し引き、スライディングによりトレーニングサンプルの対象外となる共分散行列を差し引き、第ｉ番目の処理適用レンジセルグループの共分散行列を足し込み、スライディングによりトレーニングサンプルの対象内となる共分散行列を足し込むことで導出する。
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明に係るウェイト算出方法が適用されるレーダ装置の概要を示す概念図、図２は図１のレーダ装置における受信信号処理系の構成を示すブロック図である。図１において、レーダ装置搭載のレーダプラットフォームＲでは、送信アンテナから測定対象地域に向けてレーダパルスを放射し、そのパルスの目標Ｔ及びその周辺からの反射波（目標成分、クラッタ成分を含む）を受信アンテナによって捕捉する。
【００２１】
上記レーダプラットフォームＲに搭載されるレーダ装置の受信アンテナ１１は、照射面に対するレンジ方向をＬ個のレンジセルに区分し、Ｎ個のアンテナ素子＃ｎ（ｎ：１〜Ｎ）をレンジ方向とは直交する方向にアレー状に配列し、個々のアンテナ素子＃ｎの位相を制御することで受信ビームを指向制御するアダプティプアレーアンテナである。各アンテナ素子＃１〜＃ｎでレンジ方向に沿って捕捉される反射波の受信信号は、受信部１２にて検波されてデータ蓄積部１３に送られる。このデータ蓄積部１３は、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルそれぞれに対応する記憶領域を備え、受信部１２で検波された目標反射信号は受信タイミングに沿った対応セル位置に蓄積される。信号処理部１４は、演算回路１４１によってデータ蓄積部１３の蓄積データから各レンジセルの共分散行列データを求める。ここで求められた全レンジセルの共分散行列データは、蓄積部１５に蓄積される。また、上記信号処理部１４は、ウェイト算出回路１４２によって蓄積部１５に蓄積された全レンジセルの共分散行列データから処理適用レンジに対するウェイトを算出する。さらに、ビーム合成回路１４３において、算出されたウェイトを用いてデータ蓄積部１３の蓄積データに重み付けすることで、目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成する。
【００２２】
上記構成によるレーダ装置に適用される、本発明に係るウェイト算出方法について説明する。
【００２３】
まず、受信アンテナ１１によって捕捉された反射波の受信データは、以下のように定式化される。図３は図１に示すレーダ装置における受信データの定式化を説明するための概念図で、アレーアンテナの各素子位置をｘ1  〜ｘN 、各レンジセルにおける各アレーの受信データをそれぞれｒi （ｘj ）（ｉ：１〜Ｌ、ｊ：１〜Ｎ）とした場合の受信データの構成を示している。この場合、データ総数はＮ×Ｌ個であり、受信周波数信号の波長をλ、各到来信号数をｄ（ｄ：１〜Ｄ）、各到来信号の到来角をθd 、複素振幅をＳ、各アレー素子における平均を０、分散σ2 で与えられる熱雑音ベクトルをｎとしたとき、各レンジセルにおける受信信号ベクトルｒi （ｘj ）は次の（１）式で表される。
【数１】
0004823261.tif 000002
【００２４】
従来のスライディングウィンドウ方式では、第ｋ（ｋ：１〜Ｌ）番目の処理適用レンジセルに対する不要波抑圧ウェイトを求める際に、トレーニングサンプル数Ｔ個に相当するレンジセルの各共分散行列を導出する必要がある。この場合の共分散行列の導出式は次の（２）式で表される。  
【数２】
0004823261.tif 000003
【００２５】
ここで、Ｒ[i]rrは第ｉ（ｉ：１〜Ｌ）番目の処理適用レンジに対するウェイト導出に用いられる共分散行列を表している。図４は従来方式によるスライディングウィンドウの処理イメージを示しており、（ａ）は第ｉ番目の共分散行列を求める場合、（ｂ）は第（ｉ＋１）番目の共分散行列を求める場合、（ｃ）は第（ｉ＋２）番目の共分散行列を求める場合である。尚、ここではトレーニングサンプル数が６の場合を示している。
【００２６】
これに対し、本発明のスライディングウィンドウ方式では、予め第ｉ番目のレンジセルにおける共分散行列Ｒi を全レンジセルに渡って計算し、それらの情報を記憶しておく。このときの第ｉ番目の共分散行列Ｒiは次の（３）式で表される。  
【数３】
0004823261.tif 000004
【００２７】
図５は本発明によるスライディングウィンドウ方式において、各レンジセルにおける共分散行列の情報Ｒ1 〜ＲL をそれに対応するレンジセル毎に記憶する様子を示している。この方式によるスライディングウィンドウは、第ｉ番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列の導出を、第ｉ番目の処理適用レンジセルを除いたトレーニングサンプル数分の共分散行列により生成し、第（ｉ＋１）番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列の導出を、前に計算された第ｉ番目の処理適用レンジセルに対する共分散行列から、第（ｉ＋１）番目の処理適用レンジセルの共分散行列を差し引き、スライディングによりトレーニングサンプルの対象外となる共分散行列を差し引き、第ｉ番目の処理適用レンジセルの共分散行列を足し込み、スライディングによりトレーニングサンプルの対象内となる共分散行列を足し込むことで導出する。
【００２８】
図６は本発明によるスライディングウィンドウ方式の処理イメージを示しており、（ａ）は第ｉ番目の共分散行列を求める場合、（ｂ）は第（ｉ＋１）番目の共分散行列を求める場合、（ｃ）は第（ｉ＋２）番目の共分散行列を求める場合である。尚、先と同様に、トレーニングサンプル数が６の場合を想定している。本方式のスライディングウィンドウの共分散行列導出式は次の（４）式で表される。
【数４】
0004823261.tif 000005
【００２９】
複数個のレンジセルをグループにして１つの処理適用レンジセルとみなした場合、処理イメージは図７に示す通りとなる。尚、ここではトレーニングサンプル数は６、レンジセルＧ個を１つのレンジセルグループにまとめた場合を表している。各処理適用レンジセルグループにおける共分散行列の導出式は（４）式と同様となる。
【００３０】
以上の処理は、図１に示す信号処理部１４の共分散行列演算回路１４１で実行される。図８は、この演算回路１４１の具体的な処理の流れを示すフローチャートである。図８において、まず、データ蓄積部１３の受信データ蓄積状況を監視し（ステップＳ１）、ｉが１からＬになるまで、第ｉ番目のレンジセルの共分散行列Ｒi を算出して一時保存する（ステップＳ２〜Ｓ５）。次に、ｉが１からＴになるまで、該当トレーニングサンプル数分の共分散行列データＲi を呼び出し、足し込んで平均をとり、その平均共分散行列データＲ[1]rrを一時保存する（ステップＳ６〜Ｓ１０）。続いて、ｉが２からＬになるまで、平均化された共分散行列データＲ[i-1]rrを呼び出し、Ｒ[i-1]rrからＲi ，Ｒi-4を差し引き、Ｒ[i-1]rrにＲi+3 ，Ｒi-1を足し込んで、その結果のＲ[i]rrデータを一時保存し（ステップＳ１１〜Ｓ１６）、一連の処理を終了する。
【００３１】
上記の処理によれば、処理適用レンジセルに対するウェイト算出において導出される共分散行列データを逐次的に用いて次の処理適用レンジセルに対するウェイトを算出するようにしているので、現処理適用レンジセルを除いたトレーニングサンプル数分の共分散行列を毎回求める必要があった従来方式と比較して、共分散行列データの導出に要する計算量が飛躍的に軽減され、これによって短時間に良好なＳＩＮＲ特性を得られるようになる。
【００３２】
したがって、上記処理によるウェイト算出方法及びこの方法を実行するウェイト算出回路によれば、レーダパルス目標反射信号に対する不要波方向を零にするためのウェイト算出に際し、共分散行列の導出に要する計算量を軽減することができる。また、ウェイト算出方法を採用するアダプティブアレーアンテナ及びレーダ装置では、目標に対して短時間に良好なＳＩＮＲ特性を得ることができ、目標の早期検出を高めることができる。
【００３３】
尚、上記実施形態の信号処理部１４は、さらに目標の形状を検出する目標形状検出回路を備えるようにしてもよい。すなわち、計算量を削減可能であることから、比較的小型のコンピュータでも、目標形状検出処理を組み込んで対応することが可能となる。
【００３４】
その他、本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。さらに、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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るウェイト算出方法が適用されるレーダ装置の概要を示す概念図。
【図２】図１のレーダ装置における受信信号処理系の構成を示すブロック図。
【図３】図１に示すレーダ装置における受信データの定式化を説明するための概念図。
【図４】従来方式によるスライディングウィンドウの処理イメージを示す図。
【図５】本発明によるスライディングウィンドウ方式において、各レンジセルにおける共分散行列の情報をそれに対応するレンジセル毎に記憶する様子を示す図。
【図６】本発明によるスライディングウィンドウ方式の処理イメージを示す図。
【図７】本発明において、複数個のレンジセルをグループにして１つの処理適用レンジセルとみなした場合の処理イメージを示す図。
【図８】図１に示す共分散行列演算回路の具体的な処理の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３６】
Ｒ…レーダプラットフォーム、Ｔ…目標、１１…受信アンテナ、１２…受信部、１３…データ蓄積部、１４…信号処理部、１４１…共分散行列演算回路、１４２…ウェイト算出回路、１４３…ビーム合成回路、１５…全レンジセル共分散行列データ蓄積部。
【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】
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