(57)【要約】【課題】ＲＣＳが小さい目標からの反射波は電力レベルが低くなり、これを送信源からの直接波との相関演算処理を用いて探知する場合、目標反射波の受信タイミングが得られず送信源からの直接波との入射時間の遅延時間差が求められないという課題があった。【解決手段】この発明に係るレーダ装置は、受信信号のうちレベルの高い送信源から直接入射する信号の受信タイミングのデータについて０（ゼロ）の値に置き換える０づめ処理を行い、０づめ処理後のデータと送信源からの直接波に相当するデータとの相関演算により相関係数を求めることで、目標反射波を入射する入射タイミングの推定精度を向上させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信源から発せられる所定のパルス繰返し周期で変調されたパルス波を直接受信すると共に、前記パルス波が目標で反射された目標反射波を受信する受信アンテナと、
前記送信源から直接受信した直接波と前記目標反射波とをＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換部と、
前記Ａ/Ｄ変換後の波形データに対してＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）を推定するＰＲＩ変換処理部と、
前記Ａ/Ｄ変換後の波形データから、推定された前記ＰＲＩに該当するパルス波形のデータを抽出すると共に、抽出された前記パルス波形の受信タイミングを算出するＰＲＩフィルタ処理部と、
前記Ａ/Ｄ変換後の波形データに対し、前記受信タイミングに該当する波形データを０（ゼロ）に置き換え、置き換え後のパルス波形のデータを出力する０づめ処理部と、
前記ＰＲＩフィルタ処理部が抽出したパルス波形のデータと、前記０づめ処理部が出力する置き換え後のパルス波形のデータの間の相関演算を行い、相関演算の結果に基き前記目標反射波の入射タイミングを推定する相関演算処理部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記相関演算処理部は、前記０づめ処理部が出力する置き換え後のパルス波形のデータと前記ＰＲＩフィルタ処理部が抽出するパルス波形のデータの相関演算の結果のピーク値が現れるタイミングを前記目標反射波の入射タイミングであると推定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
送信源から発せられる所定のパルス繰返し周期で変調されたパルス波を直接受信すると共に、前記パルス波が目標で反射された目標反射波を受信する工程と、
前記送信源から直接受信した直接波と前記目標反射波とをＡ/Ｄ変換する工程と、
Ａ/Ｄ変換後の波形データに対してＰＲＩを推定する工程と、
Ａ/Ｄ変換後の波形データから、推定された前記ＰＲＩに該当するパルス波形のデータを抽出すると共に、抽出された前記パルス波形の受信タイミングを算出する工程と、
前記Ａ/Ｄ変換後の波形データに対し、前記受信タイミングに該当する波形データを０（ゼロ）に置き換え、置き換え後のパルス波形のデータを出力する工程と、
前記ＰＲＩに該当するパルス波形のデータと、前記置き換え後のパルス波形のデータとの間の相関演算を行い、前記目標反射波の入射時間を推定する工程と、
を備えることを特徴とする入射時間推定方法。
【請求項４】
送信源から発せられる所定のパルス繰返し周期で変調されたパルス波を直接受信すると共に、前記パルス波が目標で反射された目標反射波を受信する第１の受信アンテナと、
前記送信源から発せられる前記パルス波を直接受信する第２の受信アンテナと、
前記第１の受信アンテナにより前記送信源から直接受信した直接波と、前記目標反射波とをＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換部と、
前記Ａ/Ｄ変換後の波形データに対してＰＲＩを推定するＰＲＩ変換処理部と、
前記Ａ/Ｄ変換後の波形データから、推定された前記ＰＲＩに該当するパルス波形のデータを抽出すると共に、抽出された前記パルス波形の受信タイミングを算出するＰＲＩフィルタ処理部と、
前記Ａ/Ｄ変換後の波形データに対し、前記受信タイミングに該当する波形データを０（ゼロ）に置き換え、置き換え後のパルス波形のデータを出力する０づめ処理部と、
前記０づめ処理部が出力する置き換え後のパルス波形のデータと、前記第２の受信アンテナが受信した前記直接波のＡ/Ｄ変換後のパルス波形のデータとの間の相関演算を行い、相関演算の結果に基き前記目標反射波の入射タイミングを推定する相関演算処理部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
送信源から発せられる所定のパルス繰返し周期で変調されたパルス波を直接受信すると共に、前記パルス波が目標で反射された目標反射波を受信する受信アンテナと、
前記送信源から直接受信した直接波と前記目標反射波とをＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換部と、
データリンクから、前記送信源から発せられるパルス波のＰＲＩを取得するデータリンクインターフェース部と、
前記Ａ/Ｄ変換後の波形データから、前記ＰＲＩに該当するパルス波形のデータを抽出すると共に、抽出された前記パルス波形の受信タイミングを算出するＰＲＩフィルタ処理部と、
前記Ａ/Ｄ変換後の波形データに対し、前記受信タイミングに該当する波形データを０（ゼロ）に置き換え、置き換え後のパルス波形のデータを出力する０づめ処理部と、
前記ＰＲＩフィルタ処理部が抽出したパルス波形のデータと、前記０づめ処理部が出力する置き換え後のパルス波形のデータの間の相関演算を行い、相関演算の結果に基き前記目標反射波の入射タイミングを推定する相関演算処理部と、
を備え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】
この発明は、送信源から直接入射する受信信号と同じ送信源から送信され目標で反射した信号との相関演算を行い、これらの入射時間差の推定を行う方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイスタティックやマルチスタティックの測位処理等では送信源から直接入射する受信信号と同じ送信源から送信され目標で反射した信号の入射時間差を用いることが知られている。このようなシステムの一例として、信号特性が既知の送信源が電波を送信し、その電波の目標反射波を受信して送信信号との相関を求めることで固定目標や移動目標などの方位・位置・速度などを推定する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Bradaric,G.T.Capraro,D.D.Weiner,and M.C.Wicks,“Multistatic Radar System Signal Processing,” 2006 IEEE Conference on Radar,APRIL 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＲＣＳが小さい目標からの反射波は、電力レベルが低くなり、これを送信源からの直接波との相関演算処理を用いて探知する場合、
（ａ）従来のしきい値検出では目標反射波のパルス入射時間が不明である（＝目標反射波の受信レベルがノイズレベル以下）、
（ｂ）相関処理を行っても送信源からの直接波の自己相関のサイドローブに目標反射波のピークが埋もれる、
ことにより目標反射波の受信タイミングが得られず、送信源からの直接波との入射時間の遅延時間差が求められないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係るレーダ装置は、送信源から発せられる所定のパルス繰返し周期で変調されたパルス波を直接受信すると共に、前記パルス波が目標で反射された目標反射波を受信する受信アンテナと、前記送信源から直接受信した直接波と前記目標反射波とをＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換部と、前記Ａ/Ｄ変換後の波形データに対してＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）を推定するＰＲＩ変換処理部と、前記Ａ/Ｄ変換後の波形データから、推定された前記ＰＲＩに該当するパルス波形のデータを抽出すると共に、抽出された前記パルス波形の受信タイミングを算出するＰＲＩフィルタ処理部と、前記Ａ/Ｄ変換後の波形データに対し、前記受信タイミングに該当する波形データを０（ゼロ）に置き換え、置き換え後のパルス波形のデータを出力する０づめ処理部と、前記ＰＲＩフィルタ処理部が抽出したパルス波形のデータと、前記０づめ処理部が出力する置き換え後のパルス波形のデータの間の相関演算を行い、相関演算の結果に基き前記目標反射波の入射タイミングを推定する相関演算処理部とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係るレーダ装置によれば、ＲＣＳが小さい目標であっても、送信源から発せられ当該目標で反射されたパルス波が受信部に入射する入射タイミングの推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１に係るレーダ装置の構成及び動作を説明する図である。
【図２】実施の形態２に係るレーダ装置の構成及び動作を説明する図である。
【図３】実施の形態３に係るレーダ装置の構成及び動作を説明する図である。
【図４】実施の形態４に係るレーダ装置の構成及び動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明の実施の形態１に係るバイスタティックレーダ装置を説明する。
図１は、実施の形態１に係るバイスタティックレーダ装置の構成及び動作を説明する図である。
図１に示すように、本実施の形態に係るバイスタティックレーダ装置は、受信アンテナ１１と、Ａ／Ｄ変換器１３と、Ａ／Ｄ変換器１３の出力に対してＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ、パルス繰返し周期）を推定するＰＲＩ変換処理部１４と、推定されたＰＲＩに該当するパルスを抽出するＰＲＩフィルタ処理部１６と、Ａ／Ｄの出力に対してＰＲＩフィルタ処理で抽出されたタイミングで０づめを行う０づめ処理部１７と、ＰＲＩフィルタ処理出力と０づめ処理間の相関演算を行う相関演算処理部１８とから構成される。０づめの処理については後で説明する。
【０００９】
次に、バイスタティックレーダ装置の動作について、図１中の波形を参照しながら説明する。
【００１０】
受信アンテナ１１は、所定のパルス繰返し周期（ＰＲＩ）で変調されたパルス波を送信する送信源２１から直接送信されてきた直接波のパルス（以下、直接波という）を受信し、また、送信源２１から送信されＲＣＳ（Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ）の小さい目標３１で反射した目標反射波のパルス（以下、目標反射波という）を受信する。
【００１１】
このとき、直接波のパルス波形はノイズレベルよりも十分大きな電力レベルで受信アンテナ１１に入射するが、目標反射波のパルス波形は、ＲＣＳが小さいことからノイズレベルよりも小さい電力レベルで入射することになる。
【００１２】
直接波と目標反射波の波形を受信アンテナ１１にて受信し、それをＡ／Ｄ変換した出力は、直接波のパルス波形のみがノイズレベルよりも超えて観測できており、目標反射波のパルス波形はノイズレベル以下となるため観測できていない。
【００１３】
ＰＲＩ変換処理部１４はＡ／Ｄ変換器１３の出力に対してＰＲＩ変換を行う。ここでＰＲＩ変換とは、入射時間を入力しその入射波のＰＲＩを推定する処理である。
図１の例ではＡ／Ｄ変換出力の波形は目標反射波のパルス波形は観測されず、直接波のパルス列の入射時間が観測されているだけであるため、ＰＲＩ変換処理部１４は直接波パルス列のＰＲＩのみを推定する。
【００１４】
次にＰＲＩフィルタ処理部１６は、ＰＲＩ変換処理部１４にて推定された直接波パルス列のＰＲＩに該当する波形を抽出し、その受信時間を記録しておく処理を行う。
図１の例では、ＰＲＩフィルタ処理部１６はＡ／Ｄ変換出力の波形から直接波のパルス波形を抽出し、ノイズレベルになる時間の波形データは抽出しない。
ＰＲＩフィルタ処理部１６は、直接波のパルス波形の受信時刻を記録するとともに、この受信時刻を、直接波の入射タイミングとして０づめ処理部１７に出力する。
【００１５】
０づめ処理部１７では、Ａ／Ｄ変換器１３からの出力であるＡ／Ｄ変換出力に対して、ＰＲＩフィルタ処理部１６で推定された直接波パルス波形の受信時間に該当する時間に、０づめの処理を行う。
０づめ処理部１７では、Ａ／Ｄ変換器１３からの出力である時系列信号データのＡ／Ｄ変換出力のうち、ＰＲＩフィルタ処理部１６で推定された直接波パルス波形の入射タイミングに該当する時系列データを、０に置き換える処理を行う。この処理により、Ａ／Ｄ変換出力のうち直接波パルス波形を受信していた時間のみ０になる波形が生成される。
【００１６】
この０づめの処理により、Ａ／Ｄ変換器１３からのＡ／Ｄ変換出力のなかで、直接波パルス波形を受信していた時間のみ、振幅が０になる波形（以下、０づめ後の受信信号のパルス波形）が生成される。
【００１７】
相関演算処理部１８は、０づめ処理部１７で処理した０づめ後の受信信号のパルス波形と、ＰＲＩフィルタ処理部１６の出力である直接波のパルス波形との相互相関演算を行う。
相関演算処理部１８は、０づめ処理部１７で処理した０づめ後の受信信号のパルス波形（ｆ１（ｔ））と、ＰＲＩフィルタ処理部１６の出力である直接波のパルス波形（ｆ２（ｔ））との相互相関演算を行う。
【００１８】
【数１】
2012173040.tif 000003
【００１９】
このように、相互相関演算により、相互相関演算結果のピーク値が目標反射波の受信タイミングと一致する時間に現れるため、目標反射波の受信タイミングを観測することができる。
【００２０】
この処理を行うことで、しきい値検出ではノイズレベル以下のため検出できない目標反射波のパルス波形の入射時間が観測できる。
【００２１】
また、電力レベルの大きい直接波のパルス波形を抽出しない波形での相関演算では直接波同士の自己相関が高く、そのサイドローブに埋もれてしまっていた目標反射の受信タイミングが観測できる。
【００２２】
このようにして観測された目標反射波の受信タイミングと、ＰＲＩフィルタ処理部１６で推定された直接波パルス列受信タイミングの時間差から、送信地点、受信地点を焦点とする楕円として等遅延時間差線が決定し、モノパルス測角や超分解能アルゴリズム等による測角処理によって求められた送信地点、受信地点を結ぶ直線とのなす角とを組み合わせることで、等遅延時間差線上の一点を推定することができ、バイスタティックな測位処理が可能となる。
【００２３】
また、本遅延時間推定方法を移動体に用いる場合には、抽出した直接波のパルス波形に対して、自己の移動速度に対応したドップラ周波数をキャンセルすることにより適用することが可能となる。
【００２４】
なお、実施の形態１ではバイスタティックレーダを例にとり説明したが、マルチスタティックレーダであっても本発明はその効果を奏することができる。
【００２５】
実施の形態２．
図２を元に発明を実施するための形態を説明する。
図２に示すように、遅延時間推定装置は受信アンテナ１１、Ａ／Ｄ変換器１３と、データリンク１５等により得られた初期値と、初期値で指定されたＰＲＩに該当するパルスを抽出するＰＲＩフィルタ処理部１６と、Ａ／Ｄの出力に対してＰＲＩフィルタ処理で抽出されたタイミングで０づめを行う０づめ処理部１７と、ＰＲＩフィルタ処理出力と０づめ処理間の相関演算を行う相関演算処理部１８とが設けられている。なお、データリンク１５は有線、無線を問わず、送信源の位置や送信源が発する電波のＰＲＩなどの初期値の情報を入手可能な通信システムである。
【００２６】
実施の形態１では受信した波形に対してＰＲＩ変換を行い、ノイズレベル以上で観測された直接波のパルス波形のＰＲＩを推定していたが、データリンク等により送信源のＰＲＩが既知であれば、これを用いてＰＲＩフィルタ処理部１６において、指定された直接波パルス列のＰＲＩに該当する波形を抽出し、その受信タイミングを得ることができる。
【００２７】
直接波パルス列の受信タイミングが得られれば、実施の形態１と同様に、０づめ、相互相関演算処理を行うことで、目標反射波の受信タイミングが観測可能となる。
【００２８】
また、本遅延時間推定方法を移動体に用いる場合には、抽出した直接波のパルス波形に対して、自己の移動速度に対応したドップラ周波数をキャンセルすることにより適用することが可能となる。さらに、送信源も移動する場合、データリンク等で初期値として送信源位置等を得、送信源の移動速度に対応したドップラ周波数をキャンセルすることにより適用することが可能となる。
【００２９】
また、初期値として、送信源と本遅延時間推定方法を搭載した移動体の位置情報が得られている場合には、その位置関係から大まかな受信タイミングを予測し、その近傍でのみＰＲＩフィルタ処理部１６の演算を実施することで信号処理負荷を低減することもできる。
【００３０】
実施の形態３．
図３を元に発明を実施するための形態を説明する。
【００３１】
図３に示すように、遅延時間推定装置は受信アンテナ１１、補助アンテナ１２と、それぞれの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１３と、受信アンテナのＡ／Ｄ変換出力に対してＰＲＩを推定するＰＲＩ変換処理部１４、推定されたＰＲＩに該当するパルスを抽出するＰＲＩフィルタ処理部１６と、Ａ／Ｄの出力に対してＰＲＩフィルタ処理で抽出されたタイミングで０づめを行う０づめ処理部１７と、補助アンテナのＡ／Ｄ変換出力と０づめ処理出力間の相関演算を行う相関演算処理部１８とが設けられている。
【００３２】
次に、この実施の形態３の動作について図３中の波形のイメージを参照しながら説明する。
【００３３】
受信アンテナ１１には、送信源２１から直接入射する直接波のパルスと、送信源２１から送信され、ＲＣＳの小さい目標３１で反射した目標反射波のパルスが入射する。また、補助アンテナ１２には送信源２１から直接入射する直接波のパルスのみが入射する。
【００３４】
このとき、受信アンテナ１１には直接波のパルス波形は、ノイズレベルよりも十分大きな電力レベルで入射し、目標反射波のパルス波形は、ノイズレベルよりも小さい電力レベルで入射する。一方の補助アンテナ１２には直接波のパルス波形のみが、ノイズレベルよりも十分大きな電力レベルで入射する。
【００３５】
受信アンテナにて受信し、それをＡ／Ｄ変換した出力は、直接波のパルス波形のみがノイズレベルよりも超えて観測できており、目標反射波のパルス波形はノイズレベル以下となるため観測できていない。
【００３６】
ＰＲＩ変換処理部１４では、受信アンテナにて受信し、それをＡ／Ｄ変換出力に対してＰＲＩ変換を行う。ここでは、Ａ／Ｄ変換出力の波形では直接波のパルス列の入射時間が観測されているだけであるので、直接波パルス列のＰＲＩが推定される。
【００３７】
ＰＲＩフィルタ処理部１６では、推定された直接波パルス列のＰＲＩに該当する波形を抽出し、その受信時間を記録しておく処理を行う。ここでは、直接波のパルス波形が抽出され、ノイズレベルになる時間の波形データは抽出されない。また、直接波パルス波形の受信時刻が記録される。
【００３８】
０づめ処理部１７では、受信アンテナにて受信し、それをＡ／Ｄ変換した出力に対してＰＲＩフィルタ処理部で推定された直接波パルス波形の受信時間に該当する時間に０づめを行う。この処理により、Ａ／Ｄ変換出力のうち直接波パルス波形を受信していた時間のみ０になる波形が生成される。
【００３９】
相関演算処理部１８では、０づめ後の波形と、補助アンテナにて受信し、それをＡ／Ｄ変換した出力である直接波のパルス波形との相互相関演算を行う。相互相関演算結果のピーク値が目標反射波の受信タイミングと一致する時間に現れるため、目標反射波の受信タイミングが観測可能となる。なお、相互相関演算については実施の形態１の記載と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００４０】
この処理を行うことで、しきい値検出ではノイズレベル以下のため検出できない目標反射波のパルス波形の入射時間が観測できる。
【００４１】
また、電力レベルの大きい直接波のパルス波形を抽出しない波形での相関演算では、直接波同士の自己相関が高くなり、そのサイドローブに埋もれてしまっていた目標反射の受信タイミングが観測できる。
【００４２】
このようにして観測された目標反射波の受信タイミングと、ＰＲＩフィルタ処理部１６で推定された直接波パルス列受信タイミングの時間差から、等遅延時間差線が決定し、測角処理等と組み合わせることで、バイスタティックな測位処理が可能となる。
【００４３】
また、本遅延時間推定方法を移動体に用いる場合には、抽出した直接波のパルス波形に対して、自己の移動速度に対応したドップラ周波数をキャンセルすることにより適用することが可能となる。
【００４４】
実施の形態４．
図４を元に発明を実施するための形態を説明する。
図２に示すように、遅延時間推定装置は受信アンテナ１１、補助アンテナ１２と、それぞれの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１３と、データリンク１５等により得られた初期値と、初期値で指定されたＰＲＩに該当するパルスを抽出するＰＲＩフィルタ処理部１６と、Ａ／Ｄの出力に対してＰＲＩフィルタ処理で抽出されたタイミングで０づめを行う０づめ処理部１７と、補助アンテナのＡ／Ｄ変換出力と０づめ処理間の相関演算を行う相関演算処理部１８とが設けられている。
【００４５】
実施の形態３では受信アンテナのＡ／Ｄ変換出力に対してＰＲＩ変換を行い、ノイズレベル以上で観測された直接波のパルス波形のＰＲＩを推定していたが、データリンク等により送信源のＰＲＩが既知であれば、これを用いてＰＲＩフィルタ処理部１６において、指定された直接波パルス列のＰＲＩに該当する波形を抽出し、その受信タイミングを得ることができる。
【００４６】
直接波パルス列の受信タイミングが得られれば、実施の形態３と同様に、０づめ、相互相関演算処理を行うことで、目標反射波の受信タイミングが観測可能となる。
【００４７】
また、本遅延時間推定方法を移動体に用いる場合には、抽出した直接波のパルス波形に対して、自己の移動速度に対応したドップラ周波数をキャンセルすることにより適用することが可能となる。さらに、送信源も移動する場合、データリンク等で初期値として送信源位置等を得、送信源の移動速度に対応したドップラ周波数をキャンセルすることにより適用することが可能となる。
【００４８】
また、初期値として、送信源と本遅延時間推定方法を搭載した移動体の位置情報が得られている場合には、その位置関係から大まかな受信タイミングを予測し、その近傍でのみＰＲＩフィルタ処理部１６の演算を実施することで信号処理負荷を低減することもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 受信アンテナ、１２ 補助アンテナ、１３ Ａ／Ｄ変換器、１４ ＰＲＩ変換処理部、１５ データリンク情報、１６ ＰＲＩフィルタ処理部、１７ ０づめ処理部、１８ 相関演算処理部、１９ しきい値処理部、２１ 送信源、３１ 目標。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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