(57)【要約】【課題】低いパルス繰り返し周波数でアンビギュイティのないドップラ成分を得ることにより目標を正確に検出できるレーダ信号処理装置を提供する。【解決手段】空中線１６は、サーキュレータ１５を介して入力した、送信種信号発生器１０からの広パルス幅信号を目標に向けて放射し目標からの反射波を受信し、受信手段１７，１９は、サーキュレータ１５を介して入力した、空中線１６からの広パルス幅信号を処理し、パルス圧縮処理部２０は、リファレンス信号を用いて、受信手段からの広パルス幅信号を狭パルス幅信号に変換し、複素共役信号発生器３０は、送信種信号発生器１０からの広パルス幅信号に対して複素共役となる複素共役信号を発生し、乗算部３１は、複素共役信号発生器３０からの複素共役信号と受信手段からの広パルス幅信号とを乗算することにより目標の移動によるドップラ信号を得る。【選択図】図１
2005083833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調により周波数帯域を広げた広パルス幅信号を生成して送信する送信手段と、
前記送信手段からの広パルス幅信号を目標に向けて放射し、前記目標からの反射波を受信する空中線と、
前記空中線からの広パルス幅信号を処理する受信手段と、
前記送信手段からの広パルス幅信号を前記空中線に出力し、前記空中線からの広パルス幅信号を前記受信手段に出力するための信号切り替えを行なう切替手段と、
リファレンス信号を用いて、前記受信手段からの広パルス幅信号を狭パルス幅信号に変換するパルス圧縮処理手段と、
前記送信手段からの広パルス幅信号に対して複素共役となる複素共役信号を発生する複素共役信号発生手段と、
前記複素共役信号発生手段からの複素共役信号と前記受信手段からの広パルス幅信号とに基づき前記目標の移動によるドップラ信号を抽出する抽出手段と、
を備えることを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】
前記抽出手段で抽出されたドップラ信号に対してウェーブレット変換を行なうことによりドップラ周波数を検出するウェーブレット変換手段を備え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】
前記パルス圧縮処理手段からの狭パルス幅信号に基づき前記目標の位置を検出する第１目標検出処理手段を備え、
前記抽出手段は、前記第１目標検出処理手段で検出された前記目標の位置と前記複素共役信号発生手段からの複素共役信号と前記受信手段からの広パルス幅信号とに基づき前記目標の移動によるドップラ信号を抽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。
【請求項４】
前記ウェーブレット変換手段で検出されたドップラ周波数がしきい値以上か否かを判定し、前記ドップラ周波数が前記しきい値以上の場合に前記目標を移動目標と判定する第２目標検出処理手段を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３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、目標の移動等で発生するドップラを利用して目標の検出を行なう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、送信パルス信号を目標に向けて送信し、送信パルス信号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、送信種信号発生器１０、Ｄ／Ａ変換部１１、ローカル発振器１２、ミキサー１３、送信増幅器１４、サーキュレータ１５、空中線１６、受信増幅器１７、ミキサー１８、Ａ／Ｄ変換器１９、パルス圧縮処理部２０、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）処理部２１、目標検出処理部２２から構成されている。
【０００４】
送信種信号発生器１０は、パルス繰り返し周波数（Pulse Repetition Frequency、ＰＲＦと略する。）を持ち、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）を生成する。例えば、図５（ａ）に示すように、送信パルス幅Ｔ（Ｔ＞＞τ）、周波数帯域幅Δｆ（＝１／τ）のチャープ（直線ＦＭ変調）信号が生成される。
【０００５】
Ｄ／Ａ変換器１１は、送信種信号発生器１０からのチャープ信号をアナログ信号に変換する。ミキサ１３は、ローカル発振器１２からのローカル信号とＤ／Ａ変換器１１からのチャープ信号とを混合して高周波信号に変換する。
【０００６】
送信増幅器１４は、ミキサ１３からの高周波信号を所定のレベルまで増幅する。サーキューレータ１５は、送信増幅器１４からの高周波信号を空中線１６に出力し、空中線１６からの受信信号を受信増幅器１７に出力するための信号切替を行なう。空中線１６は、例えばアレイアンテナ等で構成され、サーキューレータ１５を介して送信増幅器１４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１５へ出力する。
【０００７】
受信増幅器１７は、サーキューレータ１５を介して空中線１６から入力した受信信号を低雑音増幅する。ミキサ１８は、受信増幅器１７からの受信信号とローカル発振器１２からのローカル信号とを混合することにより中間周波信号に変換する。
【０００８】
Ａ／Ｄ変換器１９は、ミキサ１８からの中間周波信号を直交デジタル（Ｉ，Ｑ）信号ｘ（ｔ）に変換する。パルス圧縮処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器１９からの直交デジタル（Ｉ，Ｑ）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、送信時に変調を施さ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、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。なお、チャープ方式の圧縮パルス波形を図５（ｃ）に示す。
【０００９】
離散フーリエ変換（ＤＦＴ）処理部２１は、パルス圧縮処理部２０からの信号に対して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する。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する。目標検出処理部２０は、ＤＦＴ処理部２１からのドップラ成分を抽出することにより、移動目標を抽出する（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】
【００１０】
上述したレーダ信号処理装置においては、移動する目標からの反射波がドップラによる周波数偏移を受けることを利用したものであり、図６に示すように、各パルス繰り返し周期（ＰＲＩ）毎に送信パルスを送信し、ＰＲＩ期間内に送信パルスに対する受信信号を受信し、ＰＲＩ間の各受信信号に対してフーリエ変換を行うことにより、ＰＲＩ間の各受信信号の位相変動（周波数偏移）を求め、この位相変動に基づいてドップラ成分を検出している。このフーリエ変換では、図７に示すように、０〜１／ＰＲＩ（＝ＰＲＦ）の周波数の範囲において中心周波数の異なる複数のフィルタバンクを用いて、例えばフィルタバンク４で目標のドップラ成分を検出している。このため、検出できるドプラ周波数は、ＰＲＦで決定され、ＰＲＦよりも高いドップラ周波数は、ＰＲＦ内に折り返されて入ってきてしまう。即ち、低いＰＲＦのレーダを用いた場合には、目標の移動等によるドップラ周波数ではアンビギュイティ（偽像）が発生し、高いドップラ周波数を低いドップラ周波数と誤ってしまう。
【００１１】
また、目標の移動等によるドップラ周波数アンビギュイティの発生を抑えるためには、高いＰＲＦのレーダが必要となる。即ち、高いＰＲＦのレーダでは、周波数の折り返しがなくなり、高いドップラ周波数まで正確に測定できる。しかし、高いＰＲＦレーダでは、目標が比較的遠い所にある場合には、送信パルスを複数回送信することになるため、距離にアンビギュイティが発生する。このため、目標の移動等によるドップラと目標距離の両方でアンビギュイティの発生を抑えることは不可能であった。
【００１２】
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、低いパルス繰り返し周波数でアンビギュイティのないドップラ成分を得ることにより、目標を正確に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】
【００１３】
上記課題を達成するために、第１の発明に係るレーダ信号処理装置は、変調により周波数帯域を広げた広パルス幅信号を生成して送信する送信手段と、前記送信手段からの広パルス幅信号を目標に向けて放射し、前記目標からの反射波を受信する空中線と、前記空中線からの広パルス幅信号を処理する受信手段と、前記送信手段からの広パルス幅信号を前記空中線に出力し、前記空中線からの広パルス幅信号を前記受信手段に出力するための信号切り替えを行なう切替手段と、リファレンス信号を用いて、前記受信手段からの広パルス幅信号を狭パルス幅信号に変換するパルス圧縮処理手段と、前記送信手段からの広パルス幅信号に対して複素共役となる複素共役信号を発生する複素共役信号発生手段と、前記複素共役信号発生手段からの複素共役信号と前記受信手段からの広パルス幅信号とに基づき前記目標の移動によるドップラ信号を抽出する抽出手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第２の発明に係るレーダ信号処理装置は、前記抽出手段で抽出されたドップラ信号に対してウェーブレット変換を行なうことによりドップラ周波数を検出するウェーブレット変換手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、抽出手段が、複素共役信号と広パルス幅信号とに基づき目標の移動によるドップラ信号を抽出するので、低いパルス繰り返し周波数でもアンビギュイティのない目標の移動等によるドップラ成分を得ることができ、これによって目標を正確に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ができる。
【００１６】
また、ウェーブレット変換は、周波数が低くほど分解能が向上するので、ウェーブレット変換手段によりドップラ信号に対してウェーブレット変換を行なうことで、効率的に目標のドップラ周波数を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。なお、以下においては、従来の技術の欄で説明した構成部分に相当する部分には、従来の技術の欄で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
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。レーダ信号処理装置は、受信信号に対して送信パルス信号の複素共役となる複素共役信号から受信パルス内のドップラ成分のみのドップラ信号を生成し、このドップラ信号に対してウェーブレット変換を行い、ドップラ周波数を検出することを特徴とする。
【００１９】
図１に示すレーダ信号処理装置は、送信種信号発生器１０、Ｄ／Ａ変換部１１、ローカル発振器１２、ミキサー１３、送信増幅器１４、サーキュレータ１５、空中線１６、受信増幅器１７、ミキサー１８、Ａ／Ｄ変換器１９、パルス圧縮処理部２０、第１目標検出処理部２２ａ、第２目標検出処理部２２ｂ、複素共役信号発生器３０、乗算部３１、ウェーブレット変換部３２から構成されている。
【００２０】
送信種信号発生器１０は、パルス繰り返し周波数（Pulse Repetition Frequency、ＰＲＦと略する。）を持ち、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）を生成する。例えば、図５（ａ）に示すように、送信パルス幅Ｔ（Ｔ＞＞τ）、周波数帯域幅Δｆ（＝１／τ）のチャープ（直線ＦＭ変調）信号が生成される。
【００２１】
Ｄ／Ａ変換器１１は、送信種信号発生器１０からのチャープ信号をアナログ信号に変換する。ミキサ１３は、ローカル発振器１２からのローカル信号とＤ／Ａ変換器１１からのチャープ信号とを混合して高周波信号に変換する。
【００２２】
送信増幅器１４は、ミキサ１３からの高周波信号を所定のレベルまで増幅する。サーキューレータ１５は、送信増幅器１４からの高周波信号を空中線１６に出力し、空中線１６からの受信信号を受信増幅器１７に出力するための信号切替を行なう。空中線１６は、例えばアレイアンテナ等で構成され、サーキューレータ１５を介して送信増幅器１４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１５へ出力する。
【００２３】
受信増幅器１７は、サーキューレータ１５を介して空中線１６から入力した受信信号を低雑音増幅する。ミキサ１８は、受信増幅器１７からの受信信号とローカル発振器１２からのローカル信号とを混合することにより中間周波信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１９は、ミキサ１８からの中間周波信号を直交デジタル（Ｉ，Ｑ）信号ｘ（ｔ）に変換する。
【００２４】
パルス圧縮処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器１９からの直交デジタル（Ｉ，Ｑ）信号ｘ（ｔ）に対して圧縮処理を行なう。パルス圧縮は、送信時に変調を施さ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、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。なお、チャープ方式の圧縮パルス波形を図５（ｃ）に示す。
【００２５】
第１目標検出処理部２２ａは、パルス圧縮処理部２０からの信号に基づき目標の位置を検出し、検出された目標の検出位置情報を乗算部３１に出力する。複素共役信号発生器３０は、送信種信号発生器１０で発生したチャープ信号を入力しこのチャープ信号に対して複素共役となる複素共役信号を発生する。
【００２６】
乗算部３１は、複素共役信号発生器３０からの複素共役信号とＡ／Ｄ変換器１９からの受信信号とを乗算することにより、目標の移動によるドップラ成分のみを持つドップラ信号を得る。ウェーブレット変換部３２は、乗算器３１からのドップラ信号に対してウェーブレット変換を行なうことにより、目標のドップラ周波数を検出する。
【００２７】
第２目標検出処理部２２ｂは、ウェーブレット変換部３２からのドップラ周波数が予め定められたしきい値以上かどうかを判定し、ドップラ周波数がしきい値以上である場合には目標を移動目標と判定し、ドップラ周波数がしきい値未満である場合にはグランドクラッタ等による誤警報と判定する。
【００２８】
次に、このように構成された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。
【００２９】
まず、送信種信号発生器１０は、変調により、周波数帯域を広げた広パルス幅信号であるチャープ信号を発生する。このチャープ信号は、式（１）で表される。
【数１】
2005083833.tif 000003
ここで、Δｆは掃引周波数（周波数帯域幅）を表し、Ｔは送信パルス幅を表す。
【００３０】
次に、送信種信号発生器１０で発生したチャープ信号は、Ｄ／Ａ変換器１１により、アナログ信号に変換され、このアナログ信号は、ミキサ１３により、ローカル発振器１２からのローカル信号と混合されて高周波信号に変換される。ミキサ１３からの高周波信号は、送信増幅器１４で所定のレベルまで増幅された後、サーキューレータ１５を介して空中線１６から目標に向けて送信される。
【００３１】
次に、空中線１６から入力された受信信号は、サーキューレータ１５を介して受信増幅器１７で低雑音増幅されて、ミキサ１８により、ローカル発振器１２からのローカル信号と混合されて、中間周波数信号に変換される。
【００３２】
ミキサ１８からの中間周波信号は、Ａ／Ｄ変換器１９により、直交デジタル（Ｉ，Ｑ）信号ｘ（ｔ）に変換される。この直交デジタル信号は式（２）で表される。
【数２】
2005083833.tif 000004
ここで、Δｆは掃引周波数を表し、ｆｄは目標の移動等によるドップラ周波数を表し、φは初期位相を表し、Ｔは送信パルス幅を表す。
【００３３】
次に、直交デジタル信号ｘ（ｔ）は、ウェーブレット変換によるパルス内ドップラ検出を行なう系統と、パルス圧縮処理を実施する系統とに入力される。
【００３４】
まず、パルス圧縮処理を実施する系統に入力された信号は、パルス圧縮処理部２０により、狭パルス幅信号に変換され、狭パルス幅信号に基づき第１目標検出処理部２２ａにより、目標の位置が検出される。そして、検出された目標の位置情報は、パルス内ドップラ検出を行なう系統である乗算器３１に入力される。
【００３５】
一方、パルス内ドップラ検出を行なう系統では、図３に示すように、複素共役信号発生器３０からの複素共役信号とＡ／Ｄ変換器１９からの受信信号とが乗算器３１により乗算されて、ドップラ周波数ｆｄを持つドップラ信号が得られる。これにより、受信信号ｘ（ｔ）は、式（３）に示すようになる。
【数３】
2005083833.tif 000005
ここで、目標の移動等により発生するドップラ周波数ｆｄは、Ａ／Ｄ変換器１９のサンプリング周波数に比較して小さい。
【００３６】
次に、乗算器３１からのドップラ信号は、ウェーブレット変換部３２により、ウェーブレット変換されて、目標のドップラ周波数が検出される。ウェーブレット変換は、信号の時間−周波数解析を行なうもので、次のようにして行なわれる。まず、ウェーブレットψ（ｔ）は、式（４）、式（５）で示されるような条件を満足する波形として定義される。
【数４】
2005083833.tif 000006
【数５】
2005083833.tif 000007
ここで、Ψ（ω）はψ（ｔ）の周波数スペクトルを表す。この基本ウェーブレットを伸縮・移動させたものを式（６）に示す。
【数６】
2005083833.tif 000008
このψａ，ｂ（ｔ）もウェーブレットである。ここで、ａはウェーブレットの伸縮を表すスケールパラメータであり、ｂはウェーブレットの位置を示すシフトパラメータである。また、１／（ａ）１／２はウェーブレットの有するエネルギーを一定にするための正規化定数である。同一の基本ウェーブレットから作られたスケール及びシフトの異なる二つのウェーブレットの内積が０、即ち式（７）が成立するとき、
【数７】
2005083833.tif 000009
このウェーブレットを直交ウェーブレットという。ここで、δはクロネッカーのデルタを表す。関数ｆ（ｔ）のウェーブレット変換Ｗ（ａ，ｂ）は、式（８）で定義される。
【数８】
2005083833.tif 000010
ここで、＊は複素共役を表す。
【００３７】
また、直交ミラーフィルタは、周波数軸上における２のべき乗、即ち、オクターブ分割のフィルタバンクであり、フィルタのインパルス応答として直交ウェーブレットが用いられる。換言すれば、信号の直交ウェーブレット変換を行なう回路が直交ミラーフィルタである。
【００３８】
図２は直交ミラーフィルタを説明するための図である。図２（ａ）は直交ミラーフィルタの構成であり、フィルタに入力された離散信号ｆ（ｎ）（ｎ＝０，１，２，・・・）は、インパルス応答がｈ（ｎ）の低域フィルタＬＰＦ（伝達関数がＨ（ω））と、ｇ（ｎ）の高域フィルタＨＰＦ（伝達関数がＧ（ω））に通される。そして、各々のフィルタを通過した信号は、１個ずつ間引かれてフィルタ出力となる。このとき、間引きにより信号のサンプリング周波数は、元の半分になっている。
【００３９】
高域フィルタ出力は、バンク＃１出力となり、低域フィルタ出力を更にインパルス応答がｈ（ｎ）の低域フィルタＬＰＦ（伝達関数がＨ（ω））と、ｇ（ｎ）の高域フィルタＨＰＦ（伝達関数がＧ（ω））に通し、１個ずつデータを間引く。以下、この繰り返しを行なうことになる。
【００４０】
この動作を図２（ｂ）の周波数軸上で説明すると、次のようになる。サンプリング周波数までの周波数領域を、まず低周波部分（バンク＃２，＃３・・・）と高周波部分（バンク＃１に対応）との二つに分ける。次に、その低周波部分（バンク＃２，＃３・・・）を更に低周波部分（バンク＃３・・・）と高周波部分（バンク＃２）の二つに分ける。以下これをｊ回繰り返すことにより、元の周波数領域の１／２ｊの領域の情報を得ることができる。
【００４１】
このような直交ミラーフィルタによるフィルタバンクは、対数周波数軸上で等間隔に形成されるため、低周波領域は細かく高周波領域は粗くなる。即ち、ウェーブレット変換は、周波数に対してオクターブ分割のフィルタを構成できるため、周波数が低くなるほど分解能を向上させることができる。このため、式（３）で得られたドップラ信号に対してウェーブレット変換処理を実施すると、図３に示すように、バンク３の周波数領域に目標のドップラ周波数のみが得られる。即ち、効率的に目標のドップラ周波数を検出することができる。
【００４２】
次に、第２目標検出処理部２２ｂにより、ウェーブレット変換部３２からのドップラ周波数が予め定められたしきい値以上かどうかが判定される。図３に示すように、ドップラ周波数がしきい値以上である場合には目標が移動目標と判断され、ドップラ周波数がしきい値未満である場合には誤警報と判断される。これにより、グランドクラッタ等による誤警報を低減することができる。
【００４３】
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、乗算器３１が、複素共役信号発生器３０からの複素共役信号とＡ／Ｄ変換器１９からの広パルス幅信号とを乗算することにより目標の移動によるドップラ信号のみを生成するので、ドップラ信号のドップラ周波数は、ＰＲＦに関係なくなる。このため、低いパルス繰り返し周波数でもアンビギュイティのない目標の移動等によるドップラ成分を得ることができ、これによって目標を正確に検出することができる。また、ウェーブレット変換は、周波数が低くほど分解能が向上するので、ウェーブレット変換部３２によりドップラ信号に対してウェーブレット変換を行なうことで、効率的に目標のドップラ周波数を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、レーダ信号処理装置を含むレーダ装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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における直交ミラーフィルタ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ドップラ信号の抽出処理とウェーブレット変換処理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を説明するためのブロック図である。
【図５】チャープ方式の各信号波形を示す図である。
【図６】従来のレーダ信号処理装置における各パルス繰り返し周期と各受信信号とを示す図である。
【図７】従来のレーダ信号処理装置内のＤＦＴ処理部のフィルタバンクにより得られた目標のドップラ成分を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  送信種信号発生器
１１  Ｄ／Ａ変換器
１２  ローカル発振器
１３，１８  ミキサ
１４  送信増幅器
１５  サーキュレータ
１６  空中線
１７  受信増幅器
１９  Ａ／Ｄ変換器
２０  パルス圧縮処理部
２１  ＤＦＴ処理部
２２  目標検出処理部
２２ａ  第１目標検出処理部
２２ｂ  第２目標検出処理部
３０  複素共役信号発生器
３１  乗算部
３２  ウェーブレット変換部
【図１】
2005083833.tif 000011
【図２】
2005083833.tif 000012
【図３】
2005083833.tif 000013
【図４】
2005083833.tif 000014
【図５】
2005083833.tif 000015
【図６】
2005083833.tif 000016
【図７】
2005083833.tif 000017