(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｎ損失の低減とサイドローブレベルの抑制とを両立させた信号を生成する。【解決手段】本発明の一態様としての信号処理装置は、第１窓関数と、参照信号と、受信信号とに基づく信号処理により、第１信号を生成する第１信号処理部と、第２窓関数と、前記参照信号と、前記受信信号とに基づく信号処理により、第２信号を生成する第２信号処理部と、少なくとも、前記第１信号と前記第２信号とに基づき、第３信号を生成する信号生成部と、を備える。【選択図】図３
2017166918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１窓関数と、参照信号と、受信信号とに基づく信号処理により、第１信号を生成する第１信号処理部と、
第２窓関数と、前記参照信号と、前記受信信号とに基づく信号処理により、第２信号を生成する第２信号処理部と、
少なくとも、前記第１信号と前記第２信号とに基づき、第３信号を生成する信号生成部と、
を備える信号処理装置。
【請求項２】
前記第１信号処理部と前記第２信号処理部は、
指定された窓関数と前記参照信号とを掛け合わせた第４信号を生成する窓関数処理部と、
前記第４信号における周波数スペクトルの複素共役を算出するフーリエ変換・複素共役算出部と、
前記第４信号の複素共役と前記受信信号とに基づき、パルス圧縮を行い、第５信号を生成するパルス圧縮部と、
前記第５信号に対し、前記指定された窓関数に応じた補正を前記第１信号に行う補正部と、
をさらに備える請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記信号生成部は、所定期間において、前記第１信号の信号レベル以下であり、かつ前記第２信号の信号レベル以下である信号レベルを有する前記第３信号を生成する
請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記信号生成部は、所定期間内の各時点において、前記第１信号と前記第２信号との信号レベルの低いほうの値と同じ信号レベルを有する前記第３信号を生成する
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記第１窓関数は、第１基準値よりもＳ／Ｎ損失値が低く、
前記第２窓関数は、第２基準値よりもレンジサイドローブレベルを低下させる
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記第１窓関数は、前記第２窓関数よりもＳ／Ｎ損失値が低く、
前記第２窓関数は、前記第１窓関数よりもレンジサイドローブレベルを低下させる
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記信号生成部は、所定の時刻以前は前記第２信号を選択し、所定の時刻後は、前記第１信号を選択することにより、前記第３信号を生成する
請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記第１窓関数および前記第２窓関数は、ハニング窓関数、ハミング窓関数、ブラックマン窓関数、ブラックマン−ハリス窓関数、カイザーベッセル窓関数のいずれかである
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項９】
周波数変調された送信信号を生成する送信信号生成部と、
前記送信信号に波形整形を行う波形整形部と、
周波数変調された送信信号を送信する送信部と、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の信号処理装置と、
を備え、
前記受信信号は、前記周波数変調された送信信号の反射波に係る周波数スペクトルの信号であり、
前記参照信号は、前記送信信号と同一の信号である
レーダ装置。
【請求項１０】
第１窓関数と、参照信号と、受信信号とに基づく信号処理により、第１信号を生成する第１信号処理ステップと、
第２窓関数と、前記参照信号と、前記受信信号とに基づく信号処理により、第２信号を生成する第２信号処理ステップと、
少なくとも、前記第１信号と前記第２信号とに基づき、第３信号を生成する信号生成ステップと、
をコンピュータが実行する信号処理方法。
【請求項１１】
第１窓関数と、参照信号と、受信信号とに基づく信号処理により、第１信号を生成する第１信号処理ステップと、
第２窓関数と、前記参照信号と、前記受信信号とに基づく信号処理により、第２信号を生成する第２信号処理ステップと、
少なくとも、前記第１信号と前記第２信号とに基づき、第３信号を生成する信号生成ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、信号処理装置、レーダ装置、信号処理方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダの受信信号に対する処理においては、時間軸のサイドローブレベルを抑えつつ、Ｓ／Ｎ損失（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）の増加を抑えることが望ましい。このような処理を実現するために、送信信号の種類またはパルス圧縮性能などに応じて、予め定められた複数の窓関数から、適切な窓関数を選択または随時生成し、受信信号に当該窓関数を適用することが行われている。
【０００３】
しかし、サイドローブレベルの低減という要望とＳ／Ｎ損失の低減という要望はトレードオフの関係にある。また参照信号として適用される窓関数は１つである。したがって、レンジサイドローブレベルが低くなる窓関数を用いるとＳ／Ｎ損失が増大し、Ｓ／Ｎ損失が低くなる窓関数を用いるとレンジサイドローブレベルを低く抑えることができず、２つの要望を同時に満たす出力値を算出することは困難である。ゆえに、サイドローブレベルとＳ／Ｎ損失のいずれかまたは両方を妥協して、パルス圧縮時に適用される窓関数が選択されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７５５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施形態は、Ｓ／Ｎ損失の低減とサイドローブレベルの抑制とを両立させた信号を生成する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様としての信号処理装置は、第１窓関数と、参照信号と、受信信号とに基づく信号処理により、第１信号を生成する第１信号処理部と、第２窓関数と、前記参照信号と、前記受信信号とに基づく信号処理により、第２信号を生成する第２信号処理部と、少なくとも、前記第１信号と前記第２信号とに基づき、第３信号を生成する信号生成部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態であるレーダ装置にて実施されるパルス圧縮の原理を説明する図。
【図２】窓関数の特性を説明する図。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーダ装置の概略構成の一例を示すブロック図。
【図４】信号処理部の概略構成の一例を示すブロック図。
【図５】信号処理結果Ｙ（ｔ）の一例を示す図。
【図６】出力信号Ｚ（ｔ）の一例を示す図。
【図７】雑音が加えられた場合の信号処理結果Ｙ（ｔ）の一例を示す図。
【図８】雑音が加えられた場合の出力信号Ｚ（ｔ）の一例を示す図。
【図９】本実施形態に係るレーダ装置の全体処理の概略フローチャート。
【図１０】本実施形態に係る信号処理部の処理の概略フローチャート。
【図１１】本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（本発明の一実施形態）
図１は、本発明の一実施形態であるレーダ装置にて実施されるパルス圧縮の原理を説明する図である。
【００１０】
本発明の一実施形態であるレーダ装置は、電波（送信波）を送信した時刻から、観測物（物標）による当該電波の反射波を受信した時刻までの時間間隔により、観測物の位置を特定する。観測物は特に限られるものではない。人でも動物でもよいし、飛行機、船などの人工物でもよいし、雲、雨、雪などの気象現象でもよい。雲などの位置が特定されることにより、今後の気象を予測することができる。
【００１１】
パルス圧縮とは、レーダ装置の観測距離に対する分解能の改善と探知距離の減少の抑止とのための処理である。パルス圧縮は、周波数変調が施された送信信号に対する受信信号を、時間にて圧縮する処理を言う。図１（Ａ）と（Ｂ）は、送信用のパルス信号に対し周波数変調が行われることにより生成された送信信号（チャープ信号）を示す。図１（Ａ）は送信信号の周波数の推移を示す。時間が経過するにつれて、送信信号の周波数が増加する。図１（Ｂ）は、送信信号の波形を示す。時間が経過するにつれて、送信信号の波長が狭くなる。なお、パルス圧縮を行うレーダ装置では、パルス信号に対し、一定の時間幅Ｔに対して掃引幅△ｆの周波数にて線形に変化させる周波数変調を施すことが一般的である。
【００１２】
図１（Ｃ）は、受信信号に行われるパルス圧縮の内容を示す。パルス圧縮は、受信信号の周波数に応じて、時間遅延を持たせる処理である。周波数が増加するに応じて、持たせる時間遅延は短くなる。図１（Ｄ）は、パルス圧縮後の受信信号の出力波形を示す。パルス圧縮後の受信信号におけるパルス幅は、元のパルス幅Ｔとは無関係に、掃引幅△ｆの逆数の１／△ｆに圧縮される。すなわち、出力波形においてパルス幅がＴ×△ｆ倍に圧縮されるために、レンジ方向の距離分解能をＴ×△ｆ倍ほど向上させることができる。なお、振幅（レベル）は（ＴΔｆ）１／２倍となる。
【００１３】
しかし、図１（Ｄ）に示すように、パルス圧縮された出力波形には、レンジサイドローブと呼ばれる偽像が現れる。レンジサイドローブは、観測物の誤検出またはレーダ性能の劣化につながる。レンジサイドローブのレベル（レンジサイドローブレベル）を低減するには、パルス圧縮に用いられる参照信号に対し、パルス幅Ｔの区間において、予め窓関数による振幅の重みづけを行う。この窓関数が適用された参照信号を用いてパルス圧縮を行うことにより、レンジサイドローブレベルを低く抑えることができる。
【００１４】
しかし、窓関数を適用することにより、Ｓ／Ｎ損失が発生するため、レーダとしての性能が低下する。また、このＳ／Ｎ損失とレンジサイドローブレベルとはトレードオフの関係にあり、Ｓ／Ｎ損失を低く抑えるとレンジサイドローブレベルは大きくなり、レンジサイドローブレベルを低く抑えるとＳ／Ｎ損失は大きくなる傾向がある。
【００１５】
図２は、窓関数の特性を説明する図である。図２のテーブルの各行に、レーダ装置にて用いられる窓関数の例と、当該窓関数を適用した場合におけるレンジサイドローブレベルの最大値（Ｐｅａｋ  Ｓｉｄｅｌｏｂｅ  Ｌｅｖｅｌ：ＰＳＬ）とＳ／Ｎ損失の値が示されている。レンジサイドローブレベルの増減量は、ＰＳＬを目安に認識することができる。
【００１６】
なお、図２に示す窓関数は一例であり、その他の窓関数が用いられてもよい。また、図２に示された各値は、前提として、パルス幅Ｔ＝５８μｓ、周波数帯域幅△ｆ＝１．５ＭＨｚ、レイズドコサインロールオフ率＝１０％とした場合の値である。レイズドコサインは、送信信号の波形整形に用いられる窓関数である。図２に示す各値を算出するためのこれらの前提の値は、任意に定めてよい。
【００１７】
図２に示されるように、適用する窓関数により、レンジサイドローブレベルとＳ／Ｎ損失の量は変化する。しかし、１つの窓関数を適用しても、Ｓ／Ｎ損失を低く抑えつつ、レンジサイドローブも低く抑えることが難しいことが分かる。なお、レイズドコサインの値を調整すると、さらに窓関数による特性の差が顕著となる。
【００１８】
なお、図２には、ＰＳＬ以外の出力波形の特性として、サイドローブの積分量とメインローブとのレベル比を表すＩＳＬ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｉｄｅｌｏｂｅ  Ｌｅｖｅｌ）、距離分解能を表すＲＲ（Ｒｎａｇｅ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、およびメインローブの幅（ＭａｉｎＬｏｂｅ  Ｗｉｄｔｈ：ＭＬＷ）が示されている。これらＰＳＬ以外の出力波形の特性も、考慮されてもよい。
【００１９】
なお、カイザーベッセル窓では、カイザーベッセル関数の実数パラメータαにより、窓関数の形状を変更できる。窓関数の形状を調整すると、出力波形の特性とＳ／Ｎ損失の関係を調整できる。例えば、実数パラメータα＝１．９の場合、Ｓ／Ｎ損失値は１．６８ｄＢと小さいが、ＰＳＬは−４０．２ｄＢと大きくなる。一方、実数パラメータα＝６．３の場合は、Ｓ／Ｎ損失値は４．０７ｄＢと大きくなるが、ＰＳＬは−６０．２ｄＢと低く抑えることができる。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置の概略構成の一例を示すブロック図である。第１の実施形態に係るレーダ装置は、送信信号処理装置２と、受信信号処理装置３と、を備える。送信信号処理装置２は、送信信号生成部２１と、波形整形部２２と、送信部２３と、を備える。受信信号処理装置３は、受信部３１と、受信波処理部３２と、参照信号生成部３３と、信号処理部３４と、出力信号生成部３５と、を備える。
【００２１】
図３では、第１から第Ｍ（Ｍは２以上の整数）までの信号処理部３４が示されているが、生成したい信号処理結果の数に応じて、信号処理部３４は存在する。なお、少なくとも第１信号処理部３４１と第２信号処理部３４２との２つの信号処理部があればよい。詳細は後述するが、各信号処理部３４の信号処理に用いられる窓関数は全て異なるため、少なくとも２つの信号処理部があれば、異なる窓関数を用いた異なる信号処理結果を得ることができる。そして、異なる信号処理結果に基づき、出力信号を得ることができる。例えば、２つの異なる窓関数のうち１つはＳ／Ｎ損失値が小さい窓関数であり、他の１つはサイドローブレベルを低くするものとすると、Ｓ／Ｎ損失の低減とサイドローブレベルの抑制とを両立させた出力結果を得ることができる。
【００２２】
送信信号処理装置２は、観測物に放射する送信波を生成する。送信信号処理装置２内の送信信号生成部２１は、矩形のパルス波に対して周波数変調を施した所定の送信信号を生成する。送信信号のパルス幅と変調帯域幅などは、生成前に定めておけばよい。ここでは、この送信信号を時刻ｔにおける関数Ｘ（ｔ）にて表す。
【００２３】
波形整形部２２は、生成された送信信号の時間応答振幅波形に対し所定の重み付けを行うことにより、送信波の周波数スペクトラムの広がりを抑えるとともにパルス圧縮時のレンジサイドローブを低減できる。送信信号に適用する時間軸上の重み付けの関数としては、例えば、レイズドコサイン（テューキーウィンドウ）がある。レイズドコサインを送信信号に掛け合わせることにより、周波数スペクトルの広がりを抑えることができる。レイズドコサインの窓関数Ｗｔ（ｔ）は、送信信号のパルス幅Ｔと、窓のテーパー部の比率ｒとを用いて次式で表される。
【数１】
2017166918.tif 000003
なお、比率ｒの値は、一般的に０．１から０．２程度に設定される。
【００２４】
送信部２３は、図示されていないアンテナを介して、整形された送信信号を電波（送信波）に乗せて送信する。なお、送信信号処理装置２として、パルス圧縮のための既存の送信装置を用いてもよい。
【００２５】
受信信号処理装置３は、送信波が観測物に反射されることにより生じた反射波を取得し、反射波内の信号（受信信号）に対して、複数の種類のパルス圧縮を行う。複数の種類のパルス圧縮とは、それぞれ異なる窓関数を適用が適用された複数のパルス圧縮を意味する。複数の種類のパルス圧縮を行うことにより、出力波形の特性が異なる、複数のパルス圧縮結果を取得する。そして、複数のパルス圧縮結果に基づき、１つの出力信号が生成される。
【００２６】
但し、例えば、１つのパルス圧縮において、実数パラメータα＝１．９のカイザーベッセル窓を用い、別のパルス圧縮において、実数パラメータα＝６．３のカイザーベッセル窓を用いてもよい。カイザーベッセル窓のように、パラメータの値を変更して、出力波形の特性を変化させることができる窓関数では、パラメータの値が異なる場合は、異なる窓関数とみなす。なお、実数パラメータαの値は自由に調整してよい。
【００２７】
受信部３１は、反射波に含まれる受信信号を取得する。なお、本実施形態では、受信信号処理装置３が受信波を取得し、受信信号を抽出することを想定したが、受信信号を抽出した外部の装置から受信信号を取得してもよい。
【００２８】
受信波処理部３２は、パルス圧縮ができるように、受信部３１が取得した受信信号に対しフーリエ変換を行い、周波数スペクトル信号に変換する。フーリエ変換後の受信信号を、角周波数ωにおける関数Ｑ（ω）にて表す。なお、畳み込み積分にてＱ（ω）を求めてもよく、フーリエ変換を行う他の処理においても同様である。
【００２９】
参照信号生成部３３は、参照信号を生成する。参照信号は、送信信号生成部２１が生成した送信信号Ｘ（ｔ）と同じものか受信部のサンプリングレートに変換されたものとする。参照信号をＸ’（ｔ）にて表すとする。参照信号Ｘ’（ｔ）は各信号処理部３４に渡される。
【００３０】
各信号処理部３４は、参照信号Ｘ’（ｔ）と、受信信号Ｑ（ω）と、各信号処理部３４に定められた窓関数に基づき、信号処理結果を生成する。ここでは、信号処理結果は時刻ｔにおける関数Ｙ（ｔ）にて表す。窓関数は時刻ｔにおける関数Ｗｒ（ｔ）にて表す。また、各信号処理部３４の関数を区別する場合は、信号処理部３４の識別番号が示された添え字を用いる。例えば、第１信号処理部３４１の窓関数は、Ｗｒ１（ｔ）と表す。第２信号処理部３４２の出力結果はＹ２（ｔ）と表す。第ｍ（ｍは１以上、Ｍ以下の整数）信号処理部３４の信号処理結果はＹｍ（ｔ）と表す。
【００３１】
図４は、信号処理部３４の概略構成の一例を示すブロック図である。信号処理部３４は、窓関数処理部３４１１と、フーリエ変換・複素共役算出部３４１２と、第１パルス圧縮部３４１３と、第１補正部３４１４と、を備える。
【００３２】
信号処理部３４の窓関数処理部３４１１は、参照信号Ｘ’（ｔ）に窓関数Ｗｒ（ｔ）を掛け合わせる。窓関数Ｗｒ（ｔ）は、窓関数処理部３４１１による処理が行われる前に、予め各窓関数処理部３４１１に定められているものとする。
【００３３】
なお、窓関数処理部３４１１に定められた窓関数は、ユーザもしくは他のシステムから、図示されていない入力部を介して、変更できるようにしてもよい。また、条件が指定され、指定された条件を満たす窓関数を窓関数処理部３４１１が選択してもよい。
【００３４】
但し、各信号処理部３４の窓関数処理部３４１１が用いる窓関数が重複してしまうと、同じ信号処理結果Ｙ（ｔ）が生成されてしまう。ゆえに、各信号処理部３４の窓関数処理部３４１１が用いる窓関数は全て異なるようにする。これにより、全て異なる信号処理結果Ｙ（ｔ）を得ることができる。
【００３５】
また、所望の信号処理結果Ｙ（ｔ）を得るには、適した窓関数Ｗｒ（ｔ）が定められている必要がある。例えば、第１信号処理部３４１にはＳ／Ｎ損失を抑えた信号処理結果Ｙ１（ｔ）を生成させ、第２信号処理部３４２にはレンジサイドローブレベルを低減させた信号処理結果Ｙ２（ｔ）を生成させたい場合を想定する。この場合において、Ｓ／Ｎ損失値が２ｄＢ以内である窓関数を、Ｓ／Ｎ損失を抑える窓関数とし、ＰＳＬを−５０ｄＢ以下にする窓関数を、レンジサイドローブレベルを低減させる窓関数とする。そうすると、第１窓関数処理部３４１１が用いる窓関数の候補は、図２に示すように、短形窓、ハニング窓、ハミング窓となる。また、第２窓関数処理部３４１１が用いる窓関数の候補は、図２に示すように、ブラックマン窓、ブラックマン−ハリス窓、実数パラメータα＝６．３であるカイザーベッセル窓となる。このように、第１窓関数は第１基準値よりもＳ／Ｎ損失値が低い、第２窓関数はＰＳＬを第２基準値以下にする（第２基準値よりもレンジサイドローブレベルを低下させる）などといった条件を定めておき、条件を満たす適切な窓関数を窓関数処理部３４１１に定める。
【００３６】
フーリエ変換・複素共役算出部３４１２は、参照信号Ｘ’（ｔ）と窓関数Ｗｒ（ｔ）を掛け合わせた信号Ｘ’（ｔ）×Ｗｒ（ｔ）に対し、フーリエ変換と複素共役を行い、受信信号Ｑ（ω）に掛け合わせる信号Ｒ＊（ω）を生成する。Ｒ＊（ω）は、Ｒ（ω）の複素共役を表す。Ｒ（ω）は、参照信号Ｘ’（ｔ）と窓関数Ｗｒ（ｔ）を掛け合わせた信号Ｘ’（ｔ）×Ｗｒ（ｔ）をフーリエ変換した信号を表す。
【００３７】
パルス圧縮部３４１３は、窓関数処理部３４１１により生成された信号Ｒ＊（ω）と受信信号Ｑ（ω）を入力信号としてパルス圧縮を行い、生成信号ｙ（ｔ）を生成する。パルス圧縮の具体的な処理は、窓関数処理部３４１１により生成された信号Ｒ＊（ω）と受信信号Ｑ（ω）を掛け合わせた上で、逆フーリエ変換を行うことである。
【００３８】
補正部３４１４は、パルス圧縮による生成信号ｙ（ｔ）に対して、窓関数を適用したことによるＳ／Ｎ損失を補正し、信号処理結果Ｙ（ｔ）を生成する。窓関数によるＳ／Ｎ損失を補正することにより、各信号処理結果Ｙ（ｔ）における観測すべきメインローブのピークレベルが揃えられる。これにより、出力信号生成部３５が複数の信号処理結果Ｙ（ｔ）を比較することができる。
【００３９】
補正部３４１４は、窓関数処理部３４１１が適用した窓関数に応じて、補正を行う値（損失補正値）を決定する。損失補正値の算出方法は、予め定めておけばよい。損失補正値の算出方法の一例を次式に示す。
【数２】
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Ｎは窓関数の長さを表す。ｎは、−Ｔ／２からＴ／２までに相当する長さにて、窓関数の長さＮを分割した場合に、分割された窓関数の各区間の番号を表す。Ｗｒｎは、区間ｎにおける窓関数Ｗｒ（ｔ）の平均値である。
【００４０】
図５は、信号処理結果Ｙ（ｔ）の一例を示す図である。図５（Ａ）は、Ｓ／Ｎ損失が低くなる窓関数として、第１窓関数処理部３４１１に実数パラメータα＝１．９のカイザーベッセル窓関数を適用した場合における、第１信号処理部３４１の信号処理結果Ｙ１（ｔ）を示す。図５（Ｂ）は、レンジサイドローブレベルが低くなる窓関数として、第２窓関数処理部３４１１に実数パラメータα＝６．３のＫａｉｓｅｒ−Ｂｅｓｓ窓関数を適用した場合における、第２信号処理部３４２の信号処理結果Ｙ２（ｔ）を示す。なお、横軸は、時間を換算することにより求められた、レーダが送信したビームのレンジ方向における観測物との相対距離を示す。
【００４１】
信号処理結果Ｙ１（ｔ）は、信号処理結果Ｙ２（ｔ）よりも、メインローブの幅が狭い。メインローブの幅が狭いほど分解能は高く、信号処理結果Ｙ１（ｔ）のほうが信号処理結果Ｙ２（ｔ）よりも精密に観測物の位置を捉えている。一方で、信号処理結果Ｙ１（ｔ）は、レンジ方向の距離０を基準に、前後２．５ｋｍまでのレベルが―５０ｄｂ以上あることから分かるように、信号処理結果Ｙ２（ｔ）よりもサイドローブレベルが高い。ゆえに、サイドローブがある辺りに信号が存在しても、当該信号を検出することができなくなる。すなわち、信号処理結果Ｙ１（ｔ）のほうが、観測物周辺の観測性能は劣化している。
【００４２】
出力信号生成部３５は、各信号処理部３４の信号処理結果Ｙ（ｔ）より、出力信号Ｚ（ｔ）を生成する。出力信号生成部３５は、例えば、基準項目をＳ／Ｎ損失とし、時系列上（ある時刻）においてＳ／Ｎ損失が最も低い信号処理結果Ｙ（ｔ）をつなぎ合わせた合成信号を生成し、合成信号を出力信号Ｚ（ｔ）としてもよい。また、所定の条件に基づき、全ての信号処理結果Ｙ（ｔ）から１つを選択し、選択された１つの信号処理結果Ｙ（ｔ）を出力信号Ｚ（ｔ）としてもよい。
【００４３】
図６は、出力信号Ｚ（ｔ）の一例を示す図である。図６の出力信号Ｚ（ｔ）は、図５（Ａ）にて示した信号処理結果Ｙ１（ｔ）と図（Ｂ）にて示した信号処理結果Ｙ２（ｔ）とに基づき、生成されたものである。図６の例では、出力信号生成部３５は、選択基準を信号レベルとし、時系列上において、Ｙ１（ｔ）とＹ２（ｔ）の信号レベルが低い方の信号処理結果を選択している。これにより、出力信号Ｚ（ｔ）の信号レベルは、図６で示されている所定距離内（期間内）において、信号処理結果Ｙ１（ｔ）の信号レベル以下であり、かつ信号処理結果Ｙ２（ｔ）の信号レベル以下である。したがって、メインローブの幅が狭く、かつサイドメインローブレベルが低い出力信号を得ることができる。
【００４４】
なお、図６では、出力信号Ｚ（ｔ）の信号レベルは、２つの信号処理結果Ｙ１（ｔ）と信号処理結果Ｙ２（ｔ）のいずれか一方の信号レベルと同じであるが、必ずしも同じでなくともよく、出力信号生成部３５が出力信号Ｚ（ｔ）の信号レベルを調整してもよい。
【００４５】
なお、図６では、２つの信号処理結果Ｙ１（ｔ）と信号処理結果Ｙ２（ｔ）に基づいて、出力信号Ｚ（ｔ）が生成されているが、信号処理部３４が３つ以上ある場合は、信号処理結果Ｙ１（ｔ）とＹ２（ｔ）以外の各信号処理結果Ｙ（ｔ）も考慮して出力信号Ｚ（ｔ）は生成される。
【００４６】
本実施形態では、雑音がある場合においても、効果を得ることができる。図７は、雑音が加えられた場合の信号処理結果Ｙ（ｔ）の一例を示す図である。図８は、雑音が加えられた場合の出力信号Ｚ（ｔ）の一例を示す図である。
【００４７】
図７は、具体的には、パルス圧縮部３４１３が生成した信号処理結果ｙ１（ｔ）とｙ２（ｔ）に対し同じレベルの熱雑音を加えた場合の各信号処理結果Ｙ１（ｔ）とＹ２（ｔ）を示す。熱雑音があることにより、図５とは異なり、観測物からの距離が離れても、−５０から−６０ｄｂのレベルの出力があることが分かる。
【００４８】
図８に示す出力信号Ｚ（ｔ）は、図６の例と同様に、選択基準を信号レベルとし、時系列上においてレベルが低い方の信号処理結果Ｙ（ｔ）を選択している。図８の出力信号Ｚ（ｔ）は、ノイズフロアー部分の信号レベルが低い。このように、雑音がある場合においても、Ｓ／Ｎ損失が低く抑えられた出力信号Ｚ（ｔ）が生成される。
【００４９】
なお、図６と図８の例では、出力信号生成部３５は、選択基準を信号レベルとし、信号レベルの低い信号処理結果を選択した。一方、観測範囲に複数の観測物が存在する場合においては、サイドローブレベルが大きいと、複数の観測物を認識することができない可能性がある。このように、複数の観測物が存在し、信号処理結果Ｙ（ｔ）の誤差が大きくなる場合に対応するため、出力信号生成部３５は、下記のようにあらかじめレンジ方向を複数の区間に区切り、区間毎に選択する信号を決定してもよい。
【００５０】
例えば、レーダ装置からの距離が短い区間（０≦ｔ＜Ｔａの区間、Ｔａは定数）においては、複数の観測物を認識することができるように、Ｓ／Ｎ損失が大きくてもレンジサイドローブが小さくなる窓関数を適用した信号処理結果Ｙ（ｔ）を選択する。一方、レーダ装置からの距離が長い区間（Ｔａ＜ｔ≦Ｔｂの区間、Ｔｂは定数）においては、受信信号のレベルが減少しているため、レンジサイドローブが少し大きくてもＳ／Ｎ損失が小さい窓関数を適用した信号処理結果Ｙ（ｔ）を選択する。距離の基準値Ｔａは、レーダのシステム設計に応じて任意に調整すればよい。なお、この場合でも、窓関数を３つ以上用いてもよいし、窓関数の数に応じて、信号処理結果を切り替える区間を増加させてもよい。
【００５１】
図９は、本実施形態に係るレーダ装置の全体処理の概略フローチャートである。本フローは、所定の時刻または処理の開始の指示を受けたときに開始される。
【００５２】
送信信号生成部２１が所定の送信信号Ｘ（ｔ）を生成する（Ｓ１０１）。送信信号は、波形整形部２２に送られる。波形整形部２２は、送信信号に対し時間軸上の重み付けによる波形整形を行う（Ｓ１０２）。波形整形された送信信号は、送信部２３に送られる。送信部２３では、送信信号をＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｎｃｙ）周波数に周波数変換するとともに電力増幅を行った後送信波としてアンテナより送信する。（Ｓ１０３）。
【００５３】
受信部３１は、送信波の反射波を取得すると、反射波から受信信号を抽出する（Ｓ１０４）。抽出された受信信号は受信部３１処理部に送られる。受信部３１処理部は、受信信号にフーリエ変換を行い、受信信号Ｑ（ω）を生成する（Ｓ１０５）。受信信号Ｑ（ω）は、各信号処理部３４に送られる。
【００５４】
一方、参照信号生成部３３は、参照信号Ｘ’（ｔ）を生成する（Ｓ１０６）。生成された参照信号Ｘ’（ｔ）は、各信号処理部３４に送られる。送信信号生成部２１が、送信信号を参照信号として、各信号処理部３４に送ってもよい。
【００５５】
参照信号Ｘ’（ｔ）と受信信号Ｑ（ω）とを受け付けた各信号処理部３４は、信号処理結果Ｙ（ｔ）を生成する処理を行う（Ｓ１０７）。信号処理部３４の内部の処理のフローは、後述する。信号処理結果Ｙ１（ｔ）からＹＭ（ｔ）は、出力信号生成部３５に送られる。
【００５６】
出力信号生成部３５は、信号処理結果Ｙ１（ｔ）からＹＭ（ｔ）に基づいて、出力信号Ｚ（ｔ）を生成する（Ｓ１０８）。出力信号Ｚ（ｔ）は、図示されていない出力部などを介して、出力される。出力方法は特に限られるものではなく、画像でもファイルでもよい。出力先も特に限られるものではなく、画像表示装置でもよいし、ファイルを保存するストレージでもよい。以上が、レーダ装置の全体処理の概略フローである。
【００５７】
なお、上記フローチャートは一例であり、これに限られるものではない。例えば、Ｓ１０６の処理は、Ｓ１０１からＳ１０３の処理と並行に行われてもよい。
【００５８】
図１０は、本実施形態に係る信号処理部３４の処理の概略フローチャートである。本フローは、信号処理部３４が参照信号Ｘ’（ｔ）と受信信号Ｑ（ω）とを受け付けたときに開始される。
【００５９】
窓関数処理部３４１１が、窓関数Ｗｒ（ｔ）と取得した参照信号Ｘ’（ｔ）とを掛け合わせる（Ｓ２０１）。算出された信号Ｘ’（ｔ）×Ｗｒ（ｔ）は、フーリエ変換・複素共役算出部３４１２に送られる。フーリエ変換・複素共役算出部３４１２は、算出された信号Ｘ’（ｔ）×Ｗｒ（ｔ）に対しフーリエ変換を行い、周波数スペクトル信号Ｒ（ω）を得る（Ｓ２０２）。そして、フーリエ変換・複素共役算出部３４１２は、Ｒ（ω）の複素共役Ｒ＊（ω）を算出する（Ｓ２０３）。算出成された複素共役Ｒ＊（ω）は、パルス圧縮部３４１３に送られる。
【００６０】
パルス圧縮部３４１３は、取得した受信信号Ｑ（ω）と取得した複素共役Ｒ＊（ω）とを掛け合わせる（Ｓ２０４）。パルス圧縮部３４１３は、算出された信号Ｑ（ω）×Ｒ＊（ω）に対し逆フーリエ変換を行い、パルス圧縮による生成信号ｙ（ｔ）を生成する（Ｓ２０５）。
【００６１】
補正部３４１４は、パルス圧縮による生成信号ｙ（ｔ）を補正し、信号処理結果Ｙ（ｔ）を生成する（Ｓ２０６）。信号処理結果Ｙ（ｔ）は、出力信号生成部３５に送られる。以上が、信号処理部３４の処理の概略フローである。
【００６２】
以上のように、本実施形態によれば、異なる窓関数を用いた、複数のパルス圧縮による複数の信号処理結果に基づき、出力信号が生成される。このとき、適切な窓関数を用いることにより、Ｓ／Ｎ損失の低減とサイドローブレベルの抑制とを両立させた信号を生成することができる。
【００６３】
また、上記に説明した実施形態における各処理は、ソフトウェア（プログラム）によって実現することが可能である。よって、上記に説明した実施形態におけるレーダ装置、送信処理装置、受信処理装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用い、コンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することが可能である。
【００６４】
図１１は、本発明の一実施形態におけるハードウェア構成の一例を示すブロック図である。レーダ装置、送信信号処理装置２および受信信号処理装置３は、プロセッサ４１、主記憶装置４２、補助記憶装置４３、ネットワークインタフェース４４、デバイスインタフェース４５、入力装置４６、出力装置４７を備え、これらがバス４８を介して接続されたコンピュータ装置として実現できる。
【００６５】
プロセッサ４１が、補助記憶装置４３からプログラムを読み出して、主記憶装置４２に展開して、実行することで、送信信号生成部２１、波形整形部２２、受信波処理部３２、参照信号生成部３３、信号処理部３４、窓関数処理部３４１１、フーリエ変換・複素共役算出部３４１２、パルス圧縮部３４１３、補正部３４１４、出力信号生成部３５の機能を実現することができる。
【００６６】
プロセッサ４１は、コンピュータの制御装置及び演算装置を含む電子回路である。プロセッサ４１は、例えば、汎用目的プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシン、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、及びこれらの組合せを用いることができる。
【００６７】
本実施形態におけるレーダ装置１、送信処理装置２、受信処理装置３は、各装置で実行されるプログラムをコンピュータ装置に予めインストールすることで実現してもよいし、プログラムをＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して配布して、コンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。
【００６８】
主記憶装置４２は、プロセッサ４１が実行する命令、および各種データ等を一時的に記憶するメモリ装置であり、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。補助記憶装置４３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、フラッシュメモリ等がある。
【００６９】
ネットワークインタフェース４４は、無線または有線により、通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。ネットワークインタフェース４４を介して、出力結果などを他の通信装置に送信してもよい。ここではネットワークインタフェース４４を１つのみ示しているが、複数のネットワークインタフェース４４が搭載されていてもよい。
【００７０】
デバイスインタフェース４５は、出力結果などを記録する外部記憶媒体５と接続するＵＳＢなどのインタフェースである。外部記憶媒体５は、ＨＤＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ）等の任意の記録媒体でよい。また、デバイスインタフェース４５を介して、図示しない外部装置などと接続されていてもよい。
【００７１】
入力装置４６は、コンピュータに情報を入力するための装置である。入力装置４６は、例えば、キーボード、マウスなどがあるが、これに限られない。ユーザは、入力装置４６を用いることにより、使用する窓関数などを入力することができる。
【００７２】
出力装置４７は、出力結果を出力するための装置である。例えば、画像を表示するための表示装置でもよいし、音声などを出力する装置などでもよい。出力装置４７は、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＣＲＴ（ズマディスプレイ）、スピーカなどであるが、これらに限られない。出力信号生成部３５の出力信号などは、出力装置４７により確認することができる。
【００７３】
主記憶装置４２は、プロセッサ４１が実行する命令、および各種データ等を一時的に記憶するメモリ装置であり、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。補助記憶装置４３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、ＨＤＤまたはＳＳＤ等がある。
【００７４】
また、レーダ装置、送信信号処理装置２および受信信号処理装置３は、プロセッサ４１などを実装している半導体集積回路などの専用のハードウェアにて構成されてもよい。
【００７５】
上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７６】
１  レーダ装置
２  送信信号処理装置
２１  送信信号生成部
２２  波形整形部
２３  送信部
３  受信信号処理装置
３１  受信部
３２  受信波処理部
３３  参照信号生成部
３４  信号処理部
３４１  第１信号処理部
３４１１  窓関数処理部
３４１２  フーリエ変換・複素共役算出部
３４１３  パルス圧縮部
３４１４  補正部
３４２  第２信号処理部
３４Ｍ  第Ｍ信号処理部
３５  出力信号生成部
４  コンピュータ装置
４１  プロセッサ
４２  主記憶装置
４３  補助記憶装置
４４  ネットワークインタフェース
４５  デバイスインタフェース
４６  入力装置
４７  出力装置
４８  バス
５  外部記憶媒体（外部記憶装置）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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