(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置において、
前記複数のパルスのうちヒットされた受信信号について、それぞれＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して周波数領域の信号に変換する手段と、
前記周波数領域に変換された信号からＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により極大値を検出する手段と、
前記極大値が検出されたレンジセルを抽出する手段と、
前記抽出されたレンジセルのＰＲＩ軸の信号から複数ポイントの信号を抽出して相関行列を生成し、それを１または複数セルずつスライディングさせ、忘却係数により加算平均して平均相関行列を演算する手段と、
前記平均相関行列を用いて高分解能処理することによりドップラ周波数軸で目標を分離してその速度を検出する手段と
を具備するドップラレーダ装置。
【請求項２】
複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置において、
前記複数のパルスのうちヒットされた受信信号について、それぞれＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して周波数領域の信号に変換する手段と、
前記周波数領域に変換された信号からＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により極大値を検出する手段と、
前記極大値が検出されたレンジセルを抽出する手段と、
前記抽出されたレンジセルで特定の周波数バンクを中心に前後数バンクの信号を抽出する手段と、
前記抽出された周波数バンクの信号を逆ＦＦＴしてＰＲＩ軸の信号に変換する手段と、
前記ＰＲＩ軸の信号から複数ポイントの信号を抽出して相関行列を生成し、それを１または複数セルずつスライディングさせ、忘却係数により加算平均して平均相関行列を演算する手段と、
前記平均相関行列を用いて高分解能処理によりドップラ周波数軸で目標を分離してその速度を検出する手段と
を具備するドップラレーダ装置。
【請求項３】
複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置において、
前記複数のパルスのうちヒットされた受信信号について、それぞれＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して周波数領域の信号に変換する手段と、
前記周波数領域に変換された信号からＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により極大値を検出する手段と、
前記極大値が検出されたレンジセルを抽出する手段と、
前記抽出されたレンジセルのドップラ周波数軸の信号から複数ポイントの信号を抽出して相関行列を生成し、忘却係数によりＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）間で加算平均して平均相関行列を演算する手段と、
前記平均相関行列を用いて高分解能処理することによりドップラ周波数軸で目標を分離してその速度を検出する手段と
を具備するドップラレーダ装置。
【請求項４】
複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置において、
前記複数のパルスのうちヒットされた受信信号について、それぞれＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して周波数領域の信号に変換する手段と、
前記周波数領域に変換された信号からＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により極大値を検出する手段と、
前記極大値が検出されたレンジセルを抽出する手段と、
前記抽出されたレンジセルで特定の周波数バンクを中心に前後数バンクの信号を抽出する手段と、
前記抽出された周波数バンクの信号から相関行列を生成し、忘却係数によりＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）間で加算平均して平均相関行列を演算する手段と、
前記平均相関行列を用いて高分解能処理によりドップラ周波数軸で目標を分離してその速度を検出する手段と
を具備するドップラレーダ装置。
【請求項５】
アンテナ開口を２分割して和（Σ）ビームと差（ΔＡＺまたはΔＥＬ）ビームにより複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置において、
前記和ビームによるΣ信号と差ビームによるΔ信号より一対の開口信号を生成する手段と、
前記Σ信号とΔ信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて２本の和ビームを形成し、各ビームの受信信号からΣ１、Σ２信号を生成する手段と、
前記Σ１、Σ２信号に請求項１または２に記載の処理を施してＰＲＩ軸における高分解能処理を行うことにより両信号の振幅比による誤差電圧を算出する手段と、
前記誤差電圧から測角値を取得する手段と
を具備するドップラレーダ装置。
【請求項６】
アンテナ開口を２分割して和（Σ）ビームと差（ΔＡＺまたはΔＥＬ）ビームにより複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置において、
前記和ビームによるΣ信号と差ビームによるΔ信号より一対の開口信号を生成する手段と、
前記Σ信号とΔ信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて２本の和ビームを形成し、各ビームの受信信号からΣ１、Σ２信号を生成する手段と、
前記Σ１、Σ２信号に請求項３または４に記載の処理を施してドップラ周波数軸における高分解能処理を行うことにより両信号の振幅比による誤差電圧を算出する手段と、
前記誤差電圧から測角値を取得する手段と
を具備するドップラレーダ装置。
【請求項７】
複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法において、
前記複数のパルスのうちヒットされた受信信号について、それぞれＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して周波数領域の信号に変換し、
前記周波数領域に変換された信号からＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により極大値を検出し、
前記極大値が検出されたレンジセルを抽出し、
前記抽出されたレンジセルのＰＲＩ軸の信号から複数ポイントの信号を抽出して相関行列を生成し、それを１または複数セルずつスライディングさせ、忘却係数により加算平均して平均相関行列を演算し、
前記平均相関行列を用いて高分解能処理することによりドップラ周波数軸で目標を分離してその速度を検出するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法。
【請求項８】
複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法において、
前記複数のパルスのうちヒットされた受信信号について、それぞれＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して周波数領域の信号に変換し、
前記周波数領域に変換された信号からＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により極大値を検出し、
前記極大値が検出されたレンジセルを抽出し、
前記抽出されたレンジセルで特定の周波数バンクを中心に前後数バンクの信号を抽出し、
前記抽出された周波数バンクの信号を逆ＦＦＴしてＰＲＩ軸の信号に変換し、
前記ＰＲＩ軸の信号から複数ポイントの信号を抽出して相関行列を生成し、それを１または複数セルずつスライディングさせ、忘却係数により加算平均して平均相関行列を演算し、
前記平均相関行列を用いて高分解能処理によりドップラ周波数軸で目標を分離してその速度を検出するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法。
【請求項９】
複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法において、
前記複数のパルスのうちヒットされた受信信号について、それぞれＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して周波数領域の信号に変換し、
前記周波数領域に変換された信号からＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により極大値を検出し、
前記極大値が検出されたレンジセルを抽出し、
前記抽出されたレンジセルのドップラ周波数軸の信号から複数ポイントの信号を抽出して相関行列を生成し、忘却係数によりＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）間で加算平均して平均相関行列を演算し、
前記平均相関行列を用いて高分解能処理することによりドップラ周波数軸で目標を分離してその速度を検出するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法。
【請求項１０】
複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法において、
前記複数のパルスのうちヒットされた受信信号について、それぞれＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して周波数領域の信号に変換し、
前記周波数領域に変換された信号からＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により極大値を検出し、
前記極大値が検出されたレンジセルを抽出し、
前記抽出されたレンジセルで特定の周波数バンクを中心に前後数バンクの信号を抽出して相関行列を生成し、忘却係数によりＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）間で加算平均して平均相関行列を演算し、
前記平均相関行列を用いて高分解能処理によりドップラ周波数軸で目標を分離してその速度を検出するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法。
【請求項１１】
アンテナ開口を２分割して和（Σ）ビームと差（ΔＡＺまたはΔＥＬ）ビームにより複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法において、
前記和ビームによるΣ信号と差ビームによるΔ信号より一対の開口信号を生成し、
前記Σ信号とΔ信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて２本の和ビームを形成し、各ビームの受信信号からΣ１、Σ２信号を生成し、
前記Σ１、Σ２信号に請求項７または８に記載の処理を施してＰＲＩ軸における高分解能処理を行うことにより両信号の振幅比による誤差電圧を算出し、
前記誤差電圧から測角値を取得するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法。
【請求項１２】
アンテナ開口を２分割して和（Σ）ビームと差（ΔＡＺまたはΔＥＬ）ビームにより複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法において、
前記和ビームによるΣ信号と差ビームによるΔ信号より一対の開口信号を生成し、
前記Σ信号とΔ信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて２本の和ビームを形成し、各ビームの受信信号からΣ１、Σ２信号を生成し、
前記Σ１、Σ２信号に請求項９または１０に記載の処理を施してドップラ周波数軸における高分解能処理を行うことにより両信号の振幅比による誤差電圧を算出し、
前記誤差電圧から測角値を取得するドップラレーダ装置のレーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、ドップラレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のドップラレーダ装置では、複数ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）によるレーダ送信パルスの受信信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理して周波数軸の信号に変換し、そのＦＦＴ処理結果からドップラにより所定のスレショルドを超える周波数成分をセル単位で検出し、検出したセル（ドップラセル）から速度を算出している。ところが、この方法では、検出したドップラセルにより速度分解能が決まるため、ＣＰＩ(Coherent Pulse Interval）時間の逆数で決まるドップラ速度以下の分解能では速度を算出できない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)
【非特許文献２】ＭＵＳＩＣ、菊間、‘アダプティブアンテナ技術’、Ohmsha、pp.137-164（2003）
【非特許文献３】測角方式（モノパルス）、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.260-264(1996)
【非特許文献４】パルス圧縮、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.275-280(1996)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上述べたように、従来のドップラレーダ装置は、検出したドップラセルにより速度分解能が決まるため、ＣＰＩ時間の逆数で決まるドップラ速度以下の分解能では速度を算出できないという課題を有している。
【０００５】
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、ＣＰＩ時間の逆数で決まるドップラ速度以下の高分解能で速度を算出することができるドップラレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本実施形態は、複数のパルスを繰り返し送受信するドップラレーダ装置において、前記複数のパルスのうちヒットされた受信信号について、それぞれＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）軸方向にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して周波数領域の信号に変換し、前記周波数領域に変換された信号からＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）により極大値を検出し、前記極大値が検出されたレンジセルを抽出し、前記抽出されたレンジセルのＰＲＩ軸の信号から複数ポイントの信号を抽出して相関行列を生成し、それを１または複数セルずつスライディングさせ、忘却係数により加算平均して平均相関行列を演算し、前記平均相関行列を用いて高分解能処理することによりドップラ周波数軸で目標を分離してその速度を検出する信号処理を実行する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係るドップラレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示すレーダ装置において、信号処理の流れを示すフローチャート。
【図３】図１に示すレーダ装置の処理を説明するための図。
【図４】第２の実施形態に係るドップラレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図５】図４に示すレーダ装置において、信号処理の流れを示すフローチャート。
【図６】図４に示すレーダ装置の処理について説明するための図。
【図７】第３の実施形態に係るドップラレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図８】図７に示すレーダ装置において、信号処理の流れを示すフローチャート。
【図９】図７に示すレーダ装置の処理について説明するための図。
【図１０】第４の実施形態に係るドップラレーダ装置の構成を示すブロック図。
【図１１】図１０に示すレーダ装置において、信号処理の流れを示すフローチャート。
【図１２】図１０に示すレーダ装置の処理について説明するための図。
【図１３】第５の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図１４】図１３に示すレーダ装置において、信号処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【０００９】
（第１の実施形態）
以下、図１乃至図３を参照して、第１の実施形態に係るドップラレーダ装置を説明する。
【００１０】
図１は上記レーダ装置の系統構成を示すブロック図、図２はその具体的な処理の流れを示すフローチャート、図３は上記レーダ装置の処理を説明するための図である。
【００１１】
図１に示すレーダ装置において、アンテナ１は複数のアンテナ素子を配列して大開口アレイを形成してなるフェーズドアレイアンテナであり、送受信器２の送受信部２１から繰り返し供給される特定周波数の送信パルス信号（以下、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）信号）を指定方向に送出してその反射波を受信する。送受信器２では、送受信部２１において、アンテナ１の複数のアンテナ素子でそれぞれ受信された信号をビーム制御部２２からの指示に従って位相制御を施し合成することで、任意の方向に受信ビームを形成してＰＲＦ受信信号を取得し、ベースバンドに周波数変換する（図２：ステップＳ１１）。このようにして得られたＰＲＦ受信信号は信号処理器３に送られる。
【００１２】
上記信号処理器３は、ＡＤ（Analog-Digital）変換部３１、パルス圧縮部３２、ＰＲＩ軸ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）処理部３３、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）検出部３４、レンジ抽出部３５、平均相関行列演算部３６、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）処理部３７、ＣＦＡＲ検出部３８、速度算出部３９を備える。
【００１３】
上記信号処理器３において、ＡＤ変換部３１は、送受信部２１で周波数変換された受信信号をディジタル信号に変換する（図２：ステップＳ１２）。パルス圧縮部３２は、ディジタル信号に変換された受信信号をチャープ信号によりパルス圧縮する（図２：ステップＳ１３）。ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３３は、パルス圧縮された信号をＰＲＩ軸についてＦＦＴ処理して周波数領域の信号に変換する（図２：ステップＳ１４）。ＣＦＡＲ検出部３４は、周波数領域に変換されたパルス圧縮信号からスレショルドを超える信号を抽出して極大値を検出する（図２：ステップＳ１５）。レンジセル抽出部３５は、検出された極大値に対応するレンジセルを抽出する（図２：ステップＳ１６）。
【００１４】
平均相関行列演算部３６は、ＰＲＩ軸に沿って抽出レンジセルを移動させ、その間に得られる極大値から平均相関行列を演算して複数の目標信号を求める（図２：ステップＳ１７，Ｓ１８）。ＭＵＳＩＣ処理部３７は、平均相関行列から得られた複数の目標信号について、互いの相関成分を抑圧してＭＵＳＩＣスペクトルを取得する（図２：ステップＳ１９）。ＣＦＡＲ検出部３８は、複数の目標信号のＭＵＳＩＣスペクトルからスレショルドを超える信号の極大値を検出する（図２：ステップＳ２０）。速度算出部３９は複数の目標信号の極大値について、それぞれのドップラ速度を算出する（図２：ステップＳ２１）。
【００１５】
上記構成において、図３を参照して動作を説明する。
【００１６】
まず、アンテナ１により送受信した信号をビーム制御部２２により目標方向に指向させ、そのビームの受信信号を信号処理部３に入力する。信号処理部３では、ビーム受信信号をＡＤ変換部３１によりディジタル信号に変換し、パルス圧縮部３２によりパルス圧縮した後、ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３２でレンジ軸についてＦＦＴ処理して周波数領域の信号に変換する。ここまでの処理を数式にて示すと、以下のようになる。
【００１７】
まず、図３（ａ）に示す入力信号sig（n,t）（ｎ：ＰＲＩ番号、ｔ：時間）をＰＲＩ軸でＦＦＴ処理して図３（ｂ）に示すバンク単位の信号に変換する。
【数１】
0006301749.tif 000002
【００１８】
次に、ＣＦＡＲ検出部３４でバンク毎にＣＦＡＲ処理（非特許文献１参照）して極大値を検出し、レンジセル抽出部３５で極大値の検出があったレンジセルｎdを抽出する。
【数２】
0006301749.tif 000003
【００１９】
このレンジセルのＰＲＩ軸の信号（信号Ｘ）に対して、平均相関行列演算部３６で平均相関行列を求めてＭＵＳＩＣ処理部３７でＭＵＳＩＣ処理（非特許文献２参照）する。すなわち、レーダ送受信による複数の目標信号は互いに相関をもつため、Ｓwの相関行列Ｒxxの相関成分を抑圧するために、図３（ｃ）に示すように、ＰＲＩ軸における位相成分について、Ｓwの信号長のうちＭr（Ｍr ＝１〜複数）セルずつずらしながら、順にＮrセルずつ抽出し、そのたびに相関行列Ｒxxの算出を行って極大値が検出されるレンジセルの選定を行う。
【数３】
0006301749.tif 000004
【００２０】
次に、忘却係数を用いた平均処理により相関行列Ｒxx(ｎ,ω)を算出する。  
【数４】
0006301749.tif 000005
【００２１】
なお、Ｒxx（ｎ,ω）は、ＣＰＩ（Coherent Pulse Interval：ｎヒットの処理、第１の実施形態では１ヒット）毎にクリアして演算する場合と、前のＣＰＩのＲxxをクリアせずに、そのまま（４）式の演算を継続する場合がある。継続する場合の効果としては、目標間の相関を抑圧しやすいことである。
【００２２】
このＲxx（ｎ,ω）を用いて、図３（ｄ）に示すように、目標１〜ｎのＭＵＳＩＣスペクトルＳmusic(ω)を算出する。  
【数５】
0006301749.tif 000006
【００２３】
上記のＭＵＳＩＣスペクトルＳmusicにおいて、ＣＦＡＲ検出部３８のＣＦＡＲ処理によりスレショルドを超える信号の極大値ωtを抽出し、速度算出部３９にて次式の換算により目標速度を算出する。
【数６】
0006301749.tif 000007
【００２４】
以上のように、第１の実施形態に係るドップラレーダ装置では、ＰＣＩｎヒットの送受信パルスを用いるレーダ装置において、Ｎパルスの受信信号をＰＲＩ軸方向にＦＦＴ処理し、ＣＦＡＲにより検出したレンジセルのＰＲＩ軸の信号により、Ｎｒポイントの信号を抽出して相関行列Ｒxxを生成し、それをＭｒセルずつスライディングさせて、忘却係数により加算平均した相関行列Ｒxxを用いるＭＵＳＩＣ処理により、ドップラ周波数軸で目標を分離して検出するようにした。
【００２５】
上記構成によれば、ＰＲＩ軸の移動平均による相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理により、レーダ送受信信号の相関をもつ目標信号でもドップラセル以下の分解能で速度を出力することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図４乃至図６を参照して、第２の実施形態について説明する。  
第１の実施形態では、Ｎパルスの受信信号をＰＲＩ軸方向にＦＦＴ処理し、Ｎｒポイントの信号を抽出して、平均相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理により、ドップラ周波数軸で目標を分離して速度分解能を向上させる手法について述べた。この場合、Ｎｒが大きいと、相関行列の次元数が大きく、演算規模が増える問題がある。第２の実施形態は、その問題を解決するために、対象とするＰＲＩ軸セル数を減らして処理する手法である。
【００２７】
図４は第２の実施形態に係るドップラレーダ装置の系統構成を示すブロック図、図５はその具体的な処理の流れを示すフローチャート、図６はその信号処理を説明するための図である。尚、第４及び図５において、図１及び図２と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる点を述べる。
【００２８】
図４及び図５において、第１の実施形態と異なる点は、ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３３でＮパルスのパルス圧縮信号をＰＲＩ軸方向にＦＦＴし、ＣＦＡＲ検出部３４及びレンジセル抽出部３５により抽出したレンジセルについて、バンク抽出部３Ａにより周波数バンクＰを中心に±Ｎpバンク分の信号を抽出して（図５：ステップＳ２２）、逆ＦＦＴ処理部３ＢでＰＲＩ軸について逆ＦＦＴ処理して時間域信号に変換して（図５：ステップＳ２３）、平均相関行列演算部３６に送るようにしたことにある。
【００２９】
その後、ＰＲＩ軸の信号に対して、Nｒポイントの信号を抽出して相関行列Rxxを生成し、それをMｒセルずつスライディングさせて、忘却係数により加算平均したRxxを用いるＭＵＳＩＣ処理により、ドップラ周波数軸で目標を分離して速度を算出する流れは、第１の実施形態と同様である。
【００３０】
上記構成において、図６を参照して、第２の実施形態の処理を説明する。
【００３１】
まず、図６（ａ）に示す入力信号sig（ｎ,ｔ）（ｎはＰＲＩ番号、ｔは時間）をＰＲＩ軸でＦＦＴする。
【数７】
0006301749.tif 000008
【００３２】
バンク毎にＣＦＡＲ処理し、極大値の検出があったレンジセルをｎdとし、更に目標信号が存在する付近のバンクを抽出する。
【数８】
0006301749.tif 000009
【００３３】
これを逆ＦＦＴして、次式を得る。
【数９】
0006301749.tif 000010
【００３４】
このsig(ｔ)に対して、第１の実施形態と同様の処理を行うと、ＭＵＳＩＣスペクトルが得られ、速度を算出することができる。
【００３５】
以上のように、第２の実施形態では、Ｎヒットの送受信パルスを用いるドップラレーダ装置において、ＮパルスのＰＲＩ軸方向にＦＦＴし、ＣＦＡＲにより検出したレンジセルで周波数バンクＰを中心に±Ｎpバンク分の信号を逆ＦＦＴして、そのＰＲＩ軸の信号に対して、Ｎｒポイントの信号を抽出して相関行列Ｒxxを生成し、それをＭｒセルずつスライディングさせて、忘却係数により加算平均したＲxxを用いるＭＵＳＩＣ処理により、ドップラ周波数軸で目標を分離して検出する。
【００３６】
上記構成によれば、目標が存在する付近のＰＲＩ軸に対して、ＰＲＩ軸の移動平均による相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理により、レーダ送受信信号の相関をもつ目標信号でも、処理規模を小さくして、レンジサンプル以下の分解能でレンジを出力することができる。
【００３７】
（第３の実施形態）
図７乃至図９を参照して、第３の実施形態について説明する。  
図７は第３の実施形態に係るパルス圧縮レーダ装置の系統構成を示すブロック図、図８はその具体的な処理の流れを示すフローチャート、図９はその信号処理を説明するための図である。尚、図７及び図８において、図１及び図２、図４及び図５と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
【００３８】
図７及び図８において、第２の実施形態と異なる点は、バンク抽出部３Ａの出力（図８：ステップＳ２２）を平均相関行列演算部３６に入力し、この平均相関行列演算部３６において、ＣＰＩ間による平均相関行列Ｒxxを演算するようにした点にある（図８：ステップＳ２４）。
【００３９】
すなわち、第３の実施形態は、第１及び第２の実施形態では、ＰＲＩ軸の信号に対してＭＵＳＩＣ処理を実施したのに対して、ドップラ軸のままＭＵＳＩＣ処理する手法である。この方式では、ドップラ軸の信号を用いてＭＵＳＩＣ処理する点がポイントであるため、その部分について以下に述べる。
【００４０】
まず、図９（ａ）に示す入力信号sig(ｎ,ｔ)（ｎはＰＲＩ番号、ｔは時間）をＰＲＩ軸でＦＦＴして、図９（ｂ）に示す周波数領域の信号Sinを取得する。
【数１０】
0006301749.tif 000011
【００４１】
図９（ｂ）において、バンク毎にＣＦＡＲ処理し、極大値の検出があったレンジセルをｎdとし、さらに目標信号が存在する付近のバンクを抽出する（レンジ選定、バンク選定）。
【数１１】
0006301749.tif 000012
【００４２】
次に、このＳ(ω)（信号Ｘに対応）を用いて、図９（ｃ）に示すＭＵＳＩＣ処理する。レーダの送受信による複数の目標信号は、互いに相関をもつため、Ｓの相関行列Ｒxxの相関成分を抑圧する。
【００４３】
ここで、第１の実施形態の処理では時間軸における処理であり、時間軸では各目標信号は位相勾配に置き換わっているため、レーダ目標間の相関を抑圧するためにＳの要素を順にＮrセルずつスライディング抽出して平均値により相関を抑圧した。
【００４４】
一方、本実施形態では図９（ｃ）に示すようにドップラ周波数軸であり、目標は各ドップラセルのみに存在するため、ドップラ軸をスライディングさせる手法は意味がなくなる。そのため、レーダ目標間の無相関化については、ＣＰＩ間の平均処理によるものとする。
【００４５】
また、本実施形態ではドップラセルを限定することで処理規模が削減できる長所があるため、ＣＦＡＲ検出部３４及びレンジセル抽出部３５で取得したレンジセルをＰ（Ｐは１〜複数）として、±Ｐｒセル抽出したものを列ベクトルＳ(ｔ)（Ｎr次元：Ｎr＝２*Ｐr+１）とする。列ベクトルＳの信号長のうち、順にＮrセルずつ抽出し、そのたびに相関行列Ｒxxの算出を行う。
【数１２】
0006301749.tif 000013
【００４６】
次に、相関行列Ｒxx(ｎ,ω)を忘却係数を用いた平均処理により算出する。
【数１３】
0006301749.tif 000014
【００４７】
この相関行列Ｒxx(ｎ,ｗ)をＮr×Ｎr次元のＲxxと置き換えて、図９（ｄ）に示すように、ＭＵＳＩＣスペクトルを算出する。
【数１４】
0006301749.tif 000015
【００４８】
このスペクトルＳmusicにおいて、例えばＣＦＡＲ処理によりスレショルドを超える信号の極大値を抽出すれば、もともとドップラ周波数軸の信号であり、次式の換算により速度を算出できる。
【数１５】
0006301749.tif 000016
【００４９】
以上のように、第３の実施形態では、Ｎヒットの送受信パルスを用いるドップラレーダ装置において、ＮパルスのＰＲＩ軸方向にＦＦＴし、ＣＦＡＲにより検出したレンジセルのドップラ軸の信号により、Ｎｒポイントの信号を抽出して相関行列Ｒxxを生成し、それをＭｒセルずつスライディングさせてＲxxを生成し、忘却係数により加算平均したドップラ軸の平均相関行列Ｒxxを用いてＭＵＳＩＣ処理することにより、ドップラ周波数軸で目標を分離して検出する。すなわち、ドップラ周波数軸の移動平均による相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理により、レーダ送受信信号の相関をもつ目標信号でもドップラセル以下の分解能で速度を出力することができる。特に、ドップラ周波数軸のままＭＵＳＩＣ処理するため、目標信号が含まれるドップラ周波数付近の信号を用いてＭＵＳＩＣ処理することができ、第２の実施形態のレーダ装置に比して、処理規模を削減することができる。
【００５０】
（第４の実施形態）
図１０乃至図１２を参照して、第４の実施形態について説明する。  
第４の実施形態は、Ａｚ及びＥＬの測角を行う手法である。図１０は第４の実施形態に係るドップラレーダ装置の系統構成を示すブロック図、図１１はその具体的な処理の流れを示すフローチャート、図１２はその説明図である。
【００５１】
図１０及び図１１において特徴となる点は、測角のために、送受信部２１において、位相モノパルス信号（Σ、Δ：非特許文献３参照）を用い、Σ、Δ信号それぞれをＡＤ変換部３１でディジタル信号に変換した後、Σch生成部３Ｃで開口２分割の第１の信号Σch1と第２の信号Σch2を生成して２系統に分配出力し（図１１：ステップＳ２５）、Σ１形成部３Ｄ１、Σ２形成部３Ｄ２で異なる指向方向を持つΣ１ビームとΣ２ビームを形成し（図１１：ステップＳ２６，Ｓ２７）、それぞれパルス圧縮部３２１，３２２でパルス圧縮し（図１１：ステップＳ１３，Ｓ１３′）、ＰＲＩ軸ＦＦＴ処理部３３１，３３２でＰＲＩ軸方向にＦＦＴ処理する（図１１：ステップＳ１４，Ｓ１４′）。
【００５２】
以後、ＣＦＡＲ検出部３４１，３４２の極大値検出処理（図１１：ステップＳ１５，Ｓ１５′）、レンジセル抽出部３５１，３５２のレンジセル抽出処理（図１１：ステップＳ１６，Ｓ１６′）、バンク抽出部３Ａ１，３Ａ２のバンク抽出処理（図１１：ステップＳ２２，Ｓ２２′）、逆ＦＦＴ処理部３Ｂ１，３Ｂ２の逆ＦＦＴ処理（図１１：ステップＳ２３，Ｓ２３′）、平均相関行列演算部３６１，３６２の演算処理（図１１：ステップＳ１７〜Ｓ１８，Ｓ１７′〜Ｓ１８′）、ＭＵＳＩＣ処理部３７１，３７２のＭＵＳＩＣ処理（図１１：ステップＳ１９，Ｓ１９′）、ＣＦＡＲ検出部３８１，３８２の極大値検出処理（図１１：ステップＳ２０，Ｓ２０′）、速度算出部３９１，３９２の速度算出処理（図１１：ステップＳ２１，Ｓ２１′）を順に実行し、最終的に測角値算出部３Ｅで測角演算を実行する（図１１：ステップＳ２８）。
【００５３】
すなわち、第４の実施形態では、測角のために、位相モノパルス信号（Σ、Δ：非特許文献３）を用いる。
【数１６】
0006301749.tif 000017
【００５４】
したがって、位相モノパルスの出力信号をΣとΔとすると、次式でＳ１とＳ２を算出できる。  
【数１７】
0006301749.tif 000018
【００５５】
このＳ１とＳ２に、ビーム指向方向を決める位相を設定すれば異なる指向方向を持つΣ１ビームとΣ２ビームを形成できる。
【数１８】
0006301749.tif 000019
【００５６】
このｂ１とｂ２の信号を入力信号sig1とsig2にして、第２の実施形態（第１の実施形態でもよい）の手法で各々のＭＵＳＩＣスペクトルの極値により、速度ｖを算出し、このｖにより、次式により電力（b1、b2に対応してS1とS2）を算出する（非特許文献２参照）。
【数１９】
0006301749.tif 000020
【００５７】
この行列S（S1とS2）の第ｐ番目の対角成分から、ｐ番目の目標に対する受信電力（P1とP2）が得られ、この平方根により受信振幅（E1とE2）が得られる。これを用いて、次式により誤差電圧を算出する。
【数２０】
0006301749.tif 000021
【００５８】
この誤差電圧と角度については、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、Σ１，Σ２の関係に基づいて予め角度に対する誤差電圧をテーブル化しておき、誤差電圧テーブルを作成しておく。（２０）式により算出したεにより、テーブルを用いて角度θを算出する。
【００５９】
３次元レーダの場合は、Ａｚ面及びＥＬ面に対して、それぞれ、上述の方式を用いればよいのは言うまでもない。  
以上のように、第４の実施形態では、アンテナ開口を２分割して和（Σ）と差（ΔＡＺまたはΔＥＬ）ビームによりパルスを送受信するドップラレーダ装置において、ΣとΔ信号より左右（上下）の開口信号を生成し、その信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて２本のΣビーム（Σ１とΣ２）を形成し、Σ１とΣ２について第２の実施形態（第１または第３の実施形態でもよい）に基づく処理をしてＭＵＳＩＣスペクトルに対応するレンジセルを抽出し、Σ１とΣ２のＭＵＳＩＣスペクトルに対応する振幅比による誤差電圧を用いて測角するようにした。
【００６０】
すなわち、上記構成によれば、ＰＲＩ軸の移動平均による相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理により、レーダ送受信信号の相関をもつ目標信号でもドップラセル以下の分解能で速度を算出することができ、さらにΣ及びΔのモノパルス出力を用いた２ビームの出力により測角をも行うことができる。
【００６１】
（第５の実施形態）
図１３及び図１４を参照して、第５の実施形態について説明する。  
第５の実施形態もＡｚ及びＥＬの測角を行う手法である。図１３は第５の実施形態に係るドップラレーダ装置の系統構成を示すブロック図、図１４はその具体的な処理の流れを示すフローチャートである。
【００６２】
図１３及び図１４において、図１０及び図１１と異なる点は、バンク抽出部３Ａ１，３Ａ２の後段の逆ＦＦＴ処理部３Ｂ１，３Ｂ２を採用しないようにしたことにある。すなわち、処理規模削減のために、第３の実施形態の手法を採用してレンジセルを抽出する手法である。
【００６３】
第５の実施形態では、アンテナ開口を２分割して和（Σ）と差（ΔＡＺまたはΔＥＬ）ビームによりパルスを送受信するパルス圧縮レーダ装置において、ΣとΔ信号より左右（上下）の開口信号を生成し、その信号により所定の方向にビームを向ける位相を与えて２本のΣビーム（Σ１とΣ２）を形成し、Σ１とΣ２により第１乃至第３の実施形態のいずれかの処理をしてＭＵＳＩＣスペクトルの対応するドップラセルを抽出し、Σ１とΣ２のＭＵＳＩＣスペクトルの振幅比による誤差電圧を用いて測角する。
【００６４】
すなわち、第５の実施形態に係るドップラレーダ装置では、ドップラ速度軸の移動平均による相関行列を用いたＭＵＳＩＣ処理により、レーダ送受信信号の相関をもつ目標信号でもドップラ速度以下の分解能でレンジを出力し、さらにΣ及びΔのモノパルス出力を用いた２ビームの出力により測角を行うことができる。
【００６５】
この場合、第３の実施形態と同様に、ドップラ周波数軸のままＭＵＳＩＣ処理するため、目標信号が含まれるドップラ周波数付近の信号を用いてＭＵＳＩＣ処理することができ、第４の実施形態のドップラレーダ装置に比して、処理規模を削減することができる。
【００６６】
本発明はＭＵＳＩＣ手法について述べたが、処理規模削減のために、既知の手法であるＲＯＯＴ−ＭＵＳＩＣや、ＥＳＰＲＩＴ（非特許文献５参照）法等を用いてもよいのは言うまでもない。
【００６７】
また、上記の各実施形態では、信号処理器３において、ＰＲＩ軸ＦＦＴの前処理としてパルス圧縮部を採用したが、パルス圧縮は任意であり、必須ではない。また、ＰＲＩ軸ＦＦＴの後処理としてパルス圧縮部を配置するようにしてもよい。
【００６８】
その他、本実施形態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。更に、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。
【符号の説明】
【００６９】
１…アンテナ、２…送受信器、２１…送受信部、２２…ビーム制御部、３…信号処理器、３１…ＡＤ（Analog-Digital）変換部、３２，３２１，３２２…パルス圧縮部、３３，３３１，３３２…ＰＲＩ軸ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）処理部、３４，３４１，３４２…ＣＦＡＲ処理部、３５，３５１，３５２…レンジセル抽出部、３６，３６１，３６２…平均相関行列演算部、３７，３７１，３７２…ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）処理部、３８，３８１，３８２…ＣＦＡＲ検出部、３９，３９１，３９２…速度算出部、３Ａ，３Ａ１，３Ａ２…バンク抽出部、３Ｂ，３Ｂ１，３Ｂ２…逆ＦＦＴ処理部、３Ｄ…Σch生成部、３Ｅ１…Σ１形成部、３Ｅ２…Σ２形成部、３Ｆ…測角値算出部
【図１】
0006301749.tif 000022
【図２】
0006301749.tif 000023
【図３】
0006301749.tif 000024
【図４】
0006301749.tif 000025
【図５】
0006301749.tif 000026
【図６】
0006301749.tif 000027
【図７】
0006301749.tif 000028
【図８】
0006301749.tif 000029
【図９】
0006301749.tif 000030
【図１０】
0006301749.tif 000031
【図１１】
0006301749.tif 000032
【図１２】
0006301749.tif 000033
【図１３】
0006301749.tif 000034
【図１４】
0006301749.tif 000035