(57)【要約】【課題】妨害波の到来方向にある目標に対して、全送信エネルギーを集中させることなく、その目標を検出できるレーダ信号処理装置を提供する。【解決手段】パルス信号を送信する送信器１０、１１と、送信器から送信されたパルス信号に対する反射波及び該反射波の到来方向に近い方向から到来する妨害波が含まれるメインローブ環境下で到来波を受信する受信器１５と、受信器で受信された到来波に基づく受信信号をＭＵＳＩＣ法により処理することによりＭＵＳＩＣスペクトラムを生成するＭＵＳＩＣ処理器１６と、ＭＵＳＩＣ処理器で生成されたＭＵＳＩＣスペクトラムのピークの個数及びピークが存在する角度に基づき目標を検出する目標検出処理器１７とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を送信する送信器と、
前記送信器から送信されたパルス信号に対する反射波及び該反射波の到来方向に近い方向から到来する妨害波が含まれるメインローブ環境下で到来波を受信する受信器と、
前記受信器で受信された到来波に基づく受信信号をＭＵＳＩＣ法を用いて処理することによりＭＵＳＩＣスペクトラムを生成するＭＵＳＩＣ処理器と、
前記ＭＵＳＩＣ処理器で生成されたＭＵＳＩＣスペクトラムのピークの個数及びピークが存在する角度に基づき目標を検出する目標検出処理器と、
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】
前記目標検出処理器は、前記ＭＵＳＩＣ処理器で生成されたＭＵＳＩＣスペクトラムに妨害波に対応する第１ピークの他に第２ピークが存在する場合に、該第２ピークが反射波に対応することを認識し、該第２ピークの角度に基づき目標の方位を推定することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項３】
前記目標検出処理器は、前記ＭＵＳＩＣ処理器で生成されたＭＵＳＩＣスペクトラムの個数並びに第１ピーク及び第２ピークが存在する角度をレンジビン単位で検出し、第２ピークが検出されたレンジビンに基づいて目標までの距離を算出することを特徴とする請求項２記載のレーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ信号処理装置に関し、特にＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法を利用してメインローブ妨害環境下で目標を検出するレーダ信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーダ装置において使用されるレーダ信号処理装置が知られている。このレーダ信号処理装置は、目標に向けて送信した送信パルスが目標で反射されることにより得られる受信信号を処理して目標の移動によるドップラ成分を抽出し、このドップラ成分に基づき移動する目標を検出している。
【０００３】
このような従来のレーダ信号処理装置の構成を図４に示す。このレーダ信号処理装置は、送信器１、サーキュレータ２、空中線３、受信器４及び信号処理部５から構成されている。信号処理部５は、更に、パルス圧縮処理部５１、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）処理部５２及び目標検出／測角／測距処理部５３から構成されている。
【０００４】
送信器１は、変調により周波数帯域を広げた広パルス幅信号としての送信種信号（チャープ信号）とローカル信号とを混合して高周波信号に変換し、所定のレベルまで増幅してサーキュレータ２に送る。
【０００５】
サーキュレータ２は、送信器１からの高周波信号を空中線３に出力するか、空中線２からの受信信号を受信器４に出力するかの切り替えを行なう。空中線３は、例えばアレイアンテナ等から構成され、サーキュレータ２を介して送信器１から入力した高周波信号を目標に向けて送信すると共に、目標からの反射波を受信し、その受信信号をサーキュレータ２へ出力する。
【０００６】
受信器４は、サーキュレータ２を介して空中線３から入力した受信信号を低雑音増幅し、これを中間周波信号に変換し、更にＡ／Ｄ変換することにより直交デジタル（Ｉ，Ｑ）信号Ｘ（ｔ）（以下、単に「信号Ｘ（ｔ）」という）を得る。この受信器４で得られた信号Ｘ（ｔ）はパルス圧縮処理部５１に送られる。
【０００７】
パルス圧縮処理部５１は、受信器４からの信号Ｘ（ｔ）に対してパルス圧縮処理を行なう。パルス圧縮は、送信時に変調により周波数帯域が広げられた広パルス幅信号を、受信時にレンジ（距離）方向の相関処理によって狭パルス幅信号に変換する技術であり、パルスが送信されてから受信されるまでの時間をｔｊとし、受信パルス信号を時間ｔの関数Ｘ（ｔ−ｔｊ）とすると、これとリファレンス信号Ｘ＊（−ｔ）（＊：複素共役）とを周波数領域で複素乗算してスペクトルの位相成分を全周波数に亙って一定にし、更にこれを時間領域に戻すことにより、信号エネルギーは１箇所に集中して狭パルス幅信号に変換される。
【０００８】
離散フーリエ変換（ＤＦＴ）処理部５２は、パルス圧縮処理部５１からの信号に対して離散フーリエ変換を行うことにより、時間データを周波数データに変換し、目標検出／測角／測距処理部５３に送る。即ち、目標の相対速度を検出するために受信信号を目標の速度成分であるドップラ成分に分解し、目標検出／測角／測距処理部５３送る。目標検出／測角／測距処理部５３は、ＤＦＴ処理部５１からのドップラ成分を抽出することにより移動目標を抽出し、測角及び測距を行う（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−３５７４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来のレーダ信号処理装置では、メインローブに対して妨害波が存在するメインローブ妨害環境下においては、図５（ａ）に示すように、目標からの反射波が妨害波に埋もれてしまい、目標を検出することができない。そこで、図５（ｂ）に示すように、妨害波の到来方向にいる目標に対して送信エネルギーを集中させる、つまり目標方向へのパルスヒット数を増加させるバーンスルー方式によって信号電力対妨害電力比（Ｓ／Ｊ比）を改善し、目標検出を実施している。
【００１０】
しかしながら、この方法では、Ｓ／Ｊ比を改善させるために非常に多くの送信エネルギーを必要とするため、場合によっては、妨害波の到来方向にある目標のみにすべての送信エネルギーを集中させなければならず、他の方角への捜索等が不可能になるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、妨害波の到来方向にある目標に対して、全送信エネルギーを集中させることなく、その目標を検出することができるレーダ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】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明に係るレーダ装置信号処理は、パルス信号を送信する送信器と、送信器から送信されたパルス信号に対する反射波及び該反射波の到来方向に近い方向から到来する妨害波が含まれるメインローブ環境下で到来波を受信する受信器と、受信器で受信された到来波に基づく受信信号をＭＵＳＩＣ法を用いて処理することによりＭＵＳＩＣスペクトラムを生成するＭＵＳＩＣ処理器と、ＭＵＳＩＣ処理器で生成されたＭＵＳＩＣスペクトラムのピークの個数及びピークが存在する角度に基づき目標を検出する目標検出処理器とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、目標検出処理器は、ＭＵＳＩＣ処理器で生成されたＭＵＳＩＣスペクトラムに妨害波に対応する第１ピークの他に第２ピークが存在する場合に、該第２ピークが反射波に対応することを認識し、該第２ピークの角度に基づき目標の方位を推定することを特徴とする。
【００１４】
また、目標検出処理器は、ＭＵＳＩＣ処理器で生成されたＭＵＳＩＣスペクトラムの個数並びに第１ピーク及び第２ピークが存在する角度をレンジビン単位で検出し、第２ピークが検出されたレンジビンに基づいて目標までの距離を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るレーダ信号処理装置によれば、ＭＵＳＩＣスペクトラムのピークの個数及びピークが存在する角度に基づき目標を検出するようにしたので、妨害波の到来方向にある目標に対して全送信エネルギーを集中させることなく、その目標を検出できるレーダ信号処理装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。このレーダ信号処理装置は、発信器１０、分配器１１、Ｋ個（Ｋは正の整数）の移相器１２1〜１２Ｋ、Ｋ個のサーキュレータ１３1〜１３Ｋ、Ｋ個のアンテナ素子１４1〜１４Ｋから成るアレイアンテナ１４、受信機１５、ＭＵＳＩＣ処理器１６及び目標検出処理器１７から構成されている。
【００１８】
発信器１０は、目標に向けて送信するパルス信号を発生する。この発信器１０で発生されたパルス信号は分配器１１に送られる。
【００１９】
分配器１１は、発信器１０から送られてきたパルス信号を移相器１２1〜１２Ｋに分配する。
【００２０】
移相器１２1〜１２Ｋは、分配器１１によって分配されたパルス信号の移相を調整し、送信信号としてサーキュレータ１３1〜１３Ｋにそれぞれ送る。
【００２１】
サーキュレータ１３1〜１３Ｋは、移相器１２1〜１２Ｋから出力される送信信号をアレイアンテナ１４を構成するアンテナ素子１４1〜１４Ｋに出力するか、アンテナ素子１４1〜１４Ｋからの受信信号を受信器１５に出力するかを切り替える。
【００２２】
アンテナ素子１４1〜１４Ｋは、分配器１１から移相器１２1〜１２n及びサーキュレータ１３1〜１３Ｋをそれぞれ介して入力した送信信号を目標に向けて送信すると共に、目標からの反射波を受信し、その受信信号をサーキュレータ１３1〜１３Ｋを介して受信器１５に出力する。
【００２３】
受信機１５は、アンテナ素子１４1〜１４Ｋからサーキュレータ１３1〜１３Ｋを介して送られてくる受信信号を低雑音増幅し、これを中間周波数に周波数変換し、更にＡ／Ｄ変換することにより、アンテナ素子１４1〜１４Ｋ毎の直交デジタル（Ｉ，Ｑ）信号Ｘｍ（ｔ）を得る。この信号Ｘｍ（ｔ）は、時刻ｔにおけるｍ番目のアンテナ素子からの受信信号を表し、ＭＵＳＩＣ処理器１６に送られる。なお、Ｘｍ（ｔ）としては、サブアレイ構成における信号を用いることもできる。
【００２４】
ＭＵＳＩＣ処理器１６は、ＭＵＳＩＣ法に従って入射波の到来方向を推定するためのＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）を生成する。以下、ＭＵＳＩＣ法について簡単に説明する。なお、ＭＵＳＩＣ法の詳細は、例えば、菊間信良著、「アレーアンテナによる適応信号処理」、科学技術出版（１９９９）  ｐｐ．１９１−２０９に記載されているので、必要に応じて参照されたい。
【００２５】
このＭＵＳＩＣ法では、相関行列の固有値、固有ベクトルが用いられる。相関行列Ｒxxは、下記式（１）で表される。
【数１】
2005195339.tif 000003
【００２６】
ここで、Ｅ[]は１次モーメント、Ｘｍ（ｔ）は時刻ｔにおけるｍ番目のアンテナ素子からの受信信号、Ｈは複素共役転置をそれぞれ表す。
【００２７】
上記相関行列Ｒxxの固有値をλｉ（ｉ＝１、２、・・・Ｋ）、固有値に対応した固有ベクトルをｅｉとし、Ｌ波の到来波（平面波）が到来するものとすると、下記式（２）が成り立つ。
【数２】
2005195339.tif 000004
【００２８】
ここで、σ２は熱雑音電力である。
【００２９】
このとき、固有ベクトル｛ｅ１、ｅ２、・・・、ｅＬ｝、｛ｅＬ＋１、・・・、ｅＫ｝は、信号部分空間及び雑音部分空間を張る。従って、ＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）を下記式（３）のように定義すると、ＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）のピークを探すことにより、到来方向を推定できる。
【数３】
2005195339.tif 000005
【００３０】
ここで、ａ(θ)は方向ベクトルである。また、ＥNは固有ベクトルであり下記式（４）で与えられる。
【数４】
2005195339.tif 000006
【００３１】
ＭＵＳＩＣ処理器１６は、上述したＭＵＳＩＣ法に従って、サンプリング時間単位（レンジビン単位）でＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）を生成する。具体的には、図２（ａ）の破線で囲った領域Ａに示すように、目標からの反射波が存在せずに妨害波のみが受信されている場合には、図２（ｂ）に示すような、妨害波の到来方向（角度）にピークを有するＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）を生成する。
【００３２】
一方、図２（ａ）の実線で囲った領域Ｂに示すように、目標からの反射波及び妨害波の両方が受信されている場合には、図２（ｃ）に示すように、妨害波の到来方向に第１ピークを有し、且つ反射波の到来方向に第２ピークを有するＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）を生成する。このＭＵＳＩＣ処理器１６で生成されたＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）は、目標検出処理器１７に送られる。
【００３３】
目標検出処理器１７は、ＭＵＳＩＣ処理器１６からサンプリング時間単位（レンジビン単位）で送られてくるＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）に基づいて目標検出処理を実行する。即ち、目標検出処理器１７は、レンジビン単位でＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU(θ)の値と所定の閾値とを比較し、閾値を超えたＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU(θ)、つまりピークの数、角度及びそのときのレンジビンによって目標検出を行う。
【００３４】
具体的には、図２（ｂ）に示すように、１つのピークを有するＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）が連続的に得られた場合には、ピークの角度から妨害波のみを受信していることを認識し、目標検出処理を実行しない。
【００３５】
一方、図２（ｃ）に示すように、連続的な第１ピークと短時間の第２ピークが得られた場合には、第１ピークの角度から妨害波を受信し且つ第２ピークの角度から反射波を受信していることを認識し、第２ピークに対して目標検出処理を実行する。即ち、第２ピークの角度により目標の方位を判定し、第２ピークが出現するレンジビンによって目標までの距離を判定する。
【００３６】
図３は目標検出処理器１７が出力する判定結果を概念的に示す。妨害波が存在するときは、その妨害波の到来方向がレベルによって示される。また、目標が存在しないときには、その旨が所定レベルで表示され、目標が存在するときには、反射波の到来方向に応じて変化するレベルによって目標の方向が示されるとともに、原点からのレベルの変化点までの距離によって、目標までの距離が示される。
【００３７】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置によれば、ＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）のピークの個数及びピークが存在する角度に基づき目標の到来方位を推定して、推定された目標の到来方位に基づき目標を検出するようにしたので、妨害波の到来方向にある目標に対して全送信エネルギーを集中させることなく、その目標を検出できるので、他の方角への捜索等が可能になる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態では、サンプリング時間単位（レンジビン単位）でＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）を生成するように構成したが、レンジビン方向の平均処理を実施し、この平均処理が施されたＭＵＳＩＣスペクトラムＰMU（θ）に基づいて目標を検出するように構成することもできる。この場合には、目標までの距離は、パルス信号を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、パルス信号を送信することにより目標を検出するパルスレーダ装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置における目標検出処理器の出力を説明するための図である。
【図４】従来のレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のレーダ信号処理装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  発信器
１１  分配器
１２１〜１２Ｋ  移相器
１３１〜１３Ｋ  サーキュレータ
１４  アレイアンテナ
１４１〜１４Ｋ  アンテナ素子
１５  受信器
１６  ＭＵＳＩＣ処理器
１７  目標検出処理器
【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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