(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に波動を送信波として放射するとともに、外部に存在する物体で散乱された反射波動を受信波として受信し、受信波を検波して受信信号を生成する送受信部と、
前記送受信部で生成された前記受信信号に対して信号処理を施すことにより、前記物体の計測を行うための１次エコー成分を検出する信号処理部と
を備えたレーダ装置において、
前記信号処理部は、
前記送受信部で生成された前記受信信号に対して、前記送受信部から一定時間前に送信された送信波の初期位相を打ち消すように位相補正を施す第１の位相補正部と、
前記第１の位相補正部による位相補正後の受信信号において、電力の卓越する周波数成分を検出する卓越周波数検出部と、
前記第１の位相補正部による位相補正後の受信信号から前記卓越周波数検出部で検出された前記周波数成分を除去する卓越周波数成分除去部と、
前記卓越周波数成分除去部による卓越周波数成分除去後の受信信号に対して、前記第１の位相補正部による位相補正量の正負を反転させた位相補正量を用いて位相補正を行う再位相変調部と、
前記再位相変調部による位相補正後の受信信号に対して、前記送受信部から送信された送信波の初期位相を打ち消すように位相補正を施す第２の位相補正部と、
前記第２の位相補正部による位相補正後の受信信号に基づいて１次エコー成分の検出を行う１次エコー検出部と
を含み、
前記送受信部は、
一定時間毎に初期位相が変化するような波動を生成する位相変調波生成部と、
前記位相変調波生成部で生成された前記波動を送信波として空間へ放射するとともに、空間から到来した波動を受信波として入力する空中線部と、
前記空中線部で入力した受信波を検波することにより受信信号を生成する受信部と、
を含み、
前記信号処理部は、
前記受信部で生成された前記受信信号に対して、一定時間前に前記位相変調波生成部で変化させた位相変化を打ち消すように位相補正を施す第１の位相補正部と、
前記第１の位相補正部による位相補正後の受信信号において、電力の卓越する周波数成分を検出する卓越周波数検出部と、
前記卓越周波数検出部で検出された前記周波数成分に応じて位相変調符号を選択し、選択した前記位相変調符号に応じて前記位相変調波生成部で変化させる初期位相を制御する符号選択部と、
前記第１の位相補正部による位相補正後の受信信号から前記卓越周波数検出部で検出された前記周波数成分を除去する卓越周波数成分除去部と、
前記卓越周波数成分除去部による卓越周波数成分除去後の受信信号に対して、前記第１の位相補正部による位相補正量の正負を反転させた位相補正量を用いて位相補正を行う再位相変調部と、
前記再位相変調部による位相補正後の受信信号に対して、前記位相変調波生成部で変化させた位相変化を打ち消すように位相補正を施す第２の位相補正部と、
前記第２の位相補正部による位相補正後の受信信号に基づいて１次エコー成分の検出を行う１次エコー検出部と
を含む
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置において、
前記位相変調波生成部は、一定時間毎に初期位相が変化し、かつ一定時間内の特定の時間区間のみで所定以上の振幅を持つようにパルス変調された波動を生成し、
前記受信部は、送信波放射時刻を基準とする遅延時間毎に受信信号を生成し、
前記卓越周波数検出部は、前記遅延時間毎に卓越周波数を検出する
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーダ装置において、
前記符号選択部は、前記卓越周波数検出部で検出された前記卓越周波数のうち最も高い頻度で検出された周波数に基づいて位相変調符号を選択することを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のレーダ装置において、
前記空中線部は、送信波を大気へ放射する際の指向方向、または受信波を入力する際の指向方向を変化させる機能を有し、
前記符号選択部は、前記空中線部により変化される指向方向毎に位相変調符号を選択する
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のレーダ装置において、
前記符号選択部は、前記卓越周波数成分除去部による卓越周波数成分除去後の受信信号に含まれる１次地形エコー成分が、真の地形エコードップラー周波数以外の周波数帯へと拡散する量が最も小さくなるような擬似ランダム符号を、複数の擬似ランダム符号の中から選択す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】
本発明は、空間に波動を放射し、外部に存在する物体（目標）で散乱された反射波動を受信して信号処理を施すことにより、目標の距離と速度を計測するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠隔に存在する目標の距離と速度を計測する手法として、パルスドップラーレーダの技術が従来から知られている。この従来の手法では、送信波にパルス変調を施し、パルスの送受信間の時間差から距離を算出する。さらに、パルス繰り返し周期でサンプルされた受信信号に周波数解析を施すことにより、目標のドップラー周波数を算出することができる。
【０００３】
目標の距離を曖昧さなく計測するためには、パルス繰り返し周期が送受信パルスの時間差より長い必要がある。一方、高速に運動する目標の速度を曖昧さなく計測するためには、受信信号を高速にサンプルする、すなわち、パルス繰り返し周期を十分短くする必要がある。
【０００４】
従って、距離の曖昧さとドップラー周波数の曖昧さの両方を解消しようとする場合には、パルス繰り返し周期の調整のみによっては行うことができない。この問題に対して、例えば、各パルスに擬似ランダム符号位相変調を施し、２次エコーに合わせた位相補償により２次エコー成分を抽出し、これを除去する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】R.J.Doviak and D.S.Zrnic, Doppler Radar and Weather Observations, Second Ed., p.167-170, Academic Press, Inc., 1993.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
２次エコー除去処理において除去される信号の大半は、２次エコー成分であるが、拡散された１次エコーの一部成分も合わせて除去されてしまう。従って、このような除去処理により、１次エコーの位相が乱されることになる。
【０００７】
１次エコーのうちの地形エコー成分の位相が乱されると、本来ドップラー周波数が０である地形エコー成分が他のドップラー周波数へと漏れ出す。そのため、２次エコー除去後に１次エコーに合わせた位相補償を行ってドップラースペクトルを算出すると、地形エコーの漏れにより、ドップラースペクトルの雑音レベルが上昇したのと同様の状況となる。
【０００８】
地形エコーは、大きな受信電力を持ち得るため、少しの漏れであっても、最終的に検出する必要のある気象エコーの検出性能は、低下することになる。すなわち、気象エコーの検出確率が低下するといった問題、あるいは０以外のドップラー周波数に漏れ出した地形エコーを誤検出する確率が増加するといった問題が生じる。換言すると、従来の２次エコー除去処理は、一次エコーに含まれる地形エコーの除去性能の低下を招くため、目標検出性能が低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、目標検出性能を低下させることなく２次エコー抑圧処理を行うことのできるレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るレーダ装置は、空間に波動を送信波として放射するとともに、外部に存在する物体で散乱された反射波動を受信波として受信し、受信波を検波して受信信号を生成する送受信部と、送受信部で生成された受信信号に対して信号処理を施すことにより、物体の計測を行うための１次エコー成分を検出する信号処理部とを備えたレーダ装置において、信号処理部は、送受信部で生成された受信信号に対して、送受信部から一定時間前に送信された送信波の位相を打ち消すように位相補正を施す第１の位相補正部と、第１の位相補正部による位相補正後の受信信号において、電力の卓越する周波数成分を検出する卓越周波数検出部と、第１の位相補正部による位相補正後の受信信号から卓越周波数検出部で検出された周波数成分を除去する卓越周波数成分除去部と、卓越周波数成分除去部による卓越周波数成分除去後の受信信号に対して、第１の位相補正部による位相補正量の正負を反転させた位相補正量を用いて位相補正を行う再位相変調部と、再位相変調部による位相補正後の受信信号に対して、送受信部から送信された送信波の初期位相を打ち消すように位相補正を施す第２の位相補正部と、第２の位相補正部による位相補正後の受信信号に基づいて１次エコー成分の検出を行う１次エコー検出部とを含み、送受信部は、一定時間毎に初期位相が変化するような波動を生成する位相変調波生成部と、位相変調波生成部で生成された波動を送信波として空間へ放射するとともに、空間から到来した波動を受信波として入力する空中線部と、空中線部で入力した受信波を検波することにより受信信号を生成する受信部と、を含み、信号処理部は、受信部で生成された受信信号に対して、一定時間前に位相変調波生成部で変化させた位相変化を打ち消すように位相補正を施す第１の位相補正部と、第１の位相補正部による位相補正後の受信信号において、電力の卓越する周波数成分を検出する卓越周波数検出部と、卓越周波数検出部で検出された周波数成分に応じて位相変調符号を選択し、選択した位相変調符号に応じて位相変調波生成部で変化させる初期位相を制御する符号選択部と、第１の位相補正部による位相補正後の受信信号から卓越周波数検出部で検出された周波数成分を除去する卓越周波数成分除去部と、卓越周波数成分除去部による卓越周波数成分除去後の受信信号に対して、第１の位相補正部による位相補正量の正負を反転させた位相補正量を用いて位相補正を行う再位相変調部と、再位相変調部による位相補正後の受信信号に対して、位相変調波生成部で変化させた位相変化を打ち消すように位相補正を施す第２の位相補正部と、第２の位相補正部による位相補正後の受信信号に基づいて１次エコー成分の検出を行う１次エコー検出部とを含むものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一定時間前の送信波の位相を打ち消すように第１の位相補正を施した受信信号に対して、卓越周波数成分を除去した後に第１の位相補正と逆位相の補正を施し、さらに、送信波の初期位相を打ち消すように第２の位相補正を施し、計測用の受信信号を得るように信号処理することにより、目標検出性能を低下させることなく２次エコー抑圧処理を行うことのできるレーダ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーダ装置の構成を表すブロック図である。
まず始めに、図１に示したレーダ装置の各構成要件について、順番に説明する。
【００１４】
基準信号発生部１は、送信波の元となる基準信号を発生する。位相変調部２は、基準信号発生部１で得られた基準信号に位相変調を施す。そして、パルス変調部３は、位相変調後の送信信号をパルス化する。ここで、基準信号発生部１、位相変調部２、およびパルス変調部３は、位相変調波生成部を構成する。
【００１５】
次に、送受切替部４は、パルス変調部３から入力した送信波を、後述する空中線５へと出力するとともに、空中線５から受信波を入力する。空中線５は、送信波を空間へ放射するとともに、空間中に存在する物体で反射された電波を受信波として受信する、受信部６は、送受切替部４を経由して空中線５で受信した受信波を入力し、これを検波することにより受信信号を生成する。
【００１６】
２次エコー位相補正部７は、受信信号に対して、２次エコーに合わせて位相補正を行うことにより、２次エコー領域受信信号を生成する。ここで、２次エコー位相補正部７は、第１の位相補正部を構成する。
【００１７】
２次エコー除去部８は、２次エコー領域受信信号から２次エコー成分を検出し、これを除去するとともに、検出した２次エコー成分の中心ドップラー周波数を算出する。
【００１８】
次に、再位相変調部１３は、２次エコー除去部８から入力した２次エコー除去後の２次エコー領域受信信号に対して、位相変調を再度施す。１次エコー位相補正部１４は、再位相変調部１３から出力された受信信号に対して、１次エコーに合わせて位相補正を行うことにより、１次エコー領域受信信号を得る。ここで、再位相変調部１３と１次エコー位相補正部１４は、第２の位相補正部を構成する。
【００１９】
地形エコー抑圧部１５は、１次エコー位相補正部１４から出力された受信信号に対して、地形エコーとみなせる周波数範囲の低周波成分を除去する。さらに、１次エコー検出部１６は、地形エコー抑圧部１５で得られた地形エコー抑圧後の受信信号から、目標信号を検出する。
【００２０】
周波数分布蓄積部１７は、２次エコー除去部８から出力された２次エコードップラー周波数を蓄積する。最頻周波数抽出部１８は、周波数分布蓄積部１７に蓄積されたドップラー周波数から選択した方向のドップラー周波数の距離分布を抽出し、最も高い頻度で現れる２次エコードップラー周波数を抽出する。さらに、符号選択部１９は、最頻周波数抽出部１８で抽出された最頻２次エコードップラー周波数に基づいて、位相変調部２で用いる位相変調用の符号を選択する。
【００２１】
なお、この図１に示した構成において、基準信号発生部１〜受信部６は、送受信部の構成要素に相当し、２次エコー位相補正部７〜符号選択部１９は、信号処理部の構成要素に相当する。
【００２２】
次に、動作について、詳細に説明する。
基準信号発生部１は、送信信号の元となる基準信号を発生する。位相変調部２は、基準信号発生部１から基準信号を入力し、これに位相変調を施す。位相変調には、擬似ランダム符号が用いられるが、その符号は、後述する方法により符号選択部１９で選択される。パルス変調部３では、位相変調部２から出力された位相変調後の信号にパルス変調を施す。さらに増幅も合わせて行われる。
【００２３】
パルス変調および増幅後の送信信号を、ここでは送信波と呼ぶことにする。なお、位相変調部２における位相変調は、パルス変調部３から出力されるパルス毎に初期位相が変化するように行われる。
【００２４】
基準信号発生部１で発生される基準信号は、パルス変調部３にて複数のパルスが出力される時間に渡って周波数の安定した信号となっている。そのため、複数のパルスが送信される時間区間で得られる受信信号に対して、位相を考慮した信号処理、すなわちコヒーレントな信号処理を施すことが可能となる。
【００２５】
送信波のパルス幅は、レーダ装置に必要となる距離分解能に応じて設定される。例えば、１マイクロ秒のパルス幅とした場合には、１５０ｍの距離分解能が得られることになる。一方、送信パルスが生成される時間間隔は、距離のあいまいさを決めるパラメータとなる。例えば、パルス繰り返し周波数が１ｋＨｚの送信パルスを空中線から放射する場合、１５０ｋｍの距離区間であいまいさなく距離計測を行うことが可能になる。
【００２６】
１５０ｋｍを超える距離に反射物体が存在し、その反射波が受信される場合、距離にあいまいさが生じる。例えば、２００ｋｍの距離に反射物体が存在する場合、その受信波の遅延時間から計測される距離は、５０ｋｍ、２００ｋｍ、３５０ｋｍ、・・・の可能性がある。このようなあいまいさを低減することを目的として、位相変調部２における位相変調が行われる。
【００２７】
パルス変調部３から出力された送信波は、送受切替部４と空中線を経由して、空間中へ放射される。空間へ放射される際には、空中線の指向特性に従って、ある特定の方向（ビーム方向）のみに電力が集中した状態で送信波の放射が行われる。送信波の放射が行われるビーム方向を時間とともに変化させることにより、観測方向を変化させることができる。
【００２８】
例えば、空中線５に開口面アンテナを用いる場合には、空中線５を機械的に回転させることにより、ビーム走査を行うことができる。あるいは、空中線５にフェーズドアレーアンテナを用いる場合には、空中線５を構成する素子の位相を制御することにより、電子的なビーム走査が行われる。空中線５のビーム方向は、最頻周波数抽出部１８へと出力される。
【００２９】
空間へ放射された電波は、ビーム方向に存在する物体により反射される。このような反射波の一部電力が、レーダの存在する方向へと戻ってくる。空中線５は、レーダ装置まで到達した反射波を受信波として取り込み、この受信波は、送受切替部４を経由して受信部６へと入力する。受信部６では、受信波に検波処理を施すことにより、受信信号を生成する。
【００３０】
ここで、本発明のレーダ装置では、受信信号の位相情報を抽出する必要があることから、受信部６により、位相検波処理を行う。位相検波処理では、送受切替部４から入力した受信波と、基準信号発生部１で発生された基準信号の一部を取り出したものとを混合することにより、受信波を低周波へと周波数変換した受信信号が生成される。
【００３１】
その際、受信部６は、取り込んだ基準信号を２つに分割し、その一方はそのまま受信波と混合し、もう一方は位相を９０度回転させた後に受信波と混合する。これにより生成された２つの受信信号の一方を実部とみなし、他方を虚部とみなすことにより、複素数で表される受信信号が得られることになる。受信信号の位相は、反射物体のドップラー周波数と位相変調部２による位相変調によって決まるような、パルス毎の位相変化をもつ。
【００３２】
２次エコー位相補正部７は、第１の位相補正部に相当し、２次エコーの受信を想定して、位相変調部２で行われた位相変調に伴う位相変化を、元に戻すような位相補正処理を行う。今、ｉ番目のパルス送信の後であって、かつｉ＋１番目のパルス送信が行われる前の一定時刻後に受信された受信信号をｓｉとする。また、位相変調部２におけるｉ番目の送信パルスの位相変調量がφｉであるとする。
【００３３】
信号ｓｉに対して、１つ前のパルス送信における位相変調量φｉ−１を用いて位相補正を行うことにより、下式（１）に示す信号ｓ２ｎｄ、ｉを得る。
【００３４】
【数１】
0004999592.tif 000002
【００３５】
この信号を２次エコー領域受信信号と呼ぶことにする。この２次エコー領域受信信号は、２次エコー除去部８に入力される。２次エコー除去部８は、ドップラー周波数解析により２次エコーを検出し、検出した２次エコーを除去する処理を行う。
【００３６】
図２は、本発明の実施の形態１における２次エコー除去部８の内部構成を示すブロック図である。この２次エコー除去部８は、フーリエ変換部９、ピーク検出部１０、ピーク除去部１１、および逆フーリエ変換部１２で構成される。
【００３７】
まず、フーリエ変換部９は、２次エコー位相補正後の受信信号、すなわち、２次エコー領域受信信号にフーリエ変換を施す。２次エコーが存在する場合には、２次エコー源となる反射物体の相対速度に対応したドップラー周波数において、振幅が卓越する。
【００３８】
ピーク検出部１０は、卓越周波数検出部に相当し、そのような振幅の卓越する部分、すなわち、ピークを検出する。ピーク検出されたドップラー周波数はピーク除去部１１に入力されるとともに、周波数分布蓄積部１７へと入力される。
【００３９】
ピーク除去部１１は、卓越周波数成分除去部に相当し、フーリエ変換部９から入力したフーリエ変換後の２次エコー領域受信信号に対して、ピーク検出部１０でピーク検出されたドップラー周波数を含む近傍の周波数領域の信号を除去する処理を行う。すなわち、このような周波数領域の振幅を０にする。
【００４０】
さらに、逆フーリエ変換部１２は、２次エコー除去後の信号を逆フーリエ変換し、時間領域の受信信号に戻す。
【００４１】
ここで、２次エコー除去部８から出力された２次エコー除去後の時間領域受信信号をｓ’２ｎｄ、ｉとする。信号ｓ’２ｎｄ、ｉは、再位相変調部１３に入力される。そして、再位相変調部１３は、次式（２）のように、２次エコー位相補正部７で行われた２次エコーに合わせた位相補正を、元に戻す処理を行う。
【００４２】
【数２】
0004999592.tif 000003
【００４３】
すなわち、信号ｓ’２ｎｄ、ｉに対して、２次エコー位相補正部７で補正した位相補正量の正負を反転させた量の位相補正処理を施すことにより、位相変調部２で付加された位相変化が再現される。
【００４４】
次に、１次エコー位相補正部１４は、第２の位相補正部に相当し、１次エコーに合わせた位相補正処理を行う。すなわち、１次エコー位相補正部１４は、次式（３）のような処理により、位相変調部２で変化させた位相変化を打ち消すような位相補正処理が施された後の受信信号ｓ’１ｓｔ、ｉを得る。
【００４５】
【数３】
0004999592.tif 000004
【００４６】
これにより、一次エコーについては、反射物体の運動に起因する位相変化のみが受信信号に残ることになる。この信号を１次エコー領域受信信号と呼ぶことにする。
【００４７】
地形エコー抑圧部１５は、ドップラー周波数が０近傍の成分を除去することにより、地形エコーを取り除く。さらに、１次エコー検出部１６は、地形エコーが取り除かれた信号から、目標信号となる１次エコー成分の検出を行う。
【００４８】
２次エコー除去部８から出力された２次エコードップラー周波数は、周波数分布蓄積部１７に入力される。周波数分布蓄積部１７は、観測方向、すなわち、空中線ビーム方向が変わるたびに、２次エコーのドップラー周波数を蓄積する。１つの観測方向については、複数の距離でのドップラー周波数が周波数分布蓄積部１７内に蓄積される。
【００４９】
最頻周波数抽出部１８は、空中線５から、現在の空中線のビーム方向を入力し、その方向の２次エコードップラー周波数距離分布を選択して、周波数分布蓄積部１７から２次エコードップラー周波数を取り出す。２次エコードップラー周波数は、距離により変化するが、最頻周波数抽出部１８は、最も頻度の高いドップラー周波数を符号選択部１９へと出力する。
【００５０】
周波数分布蓄積部１７におけるドップラー周波数の蓄積処理においては、時間の経過したドップラー周波数は廃棄され、新しいドップラー周波数へと更新される。ただし、時間平均処理によるドップラー周波数精度の向上を得るために、一定時間区間の過去データを蓄積し、これを平均したドップラー周波数を最頻周波数抽出部１８へ出力するようにしてもよい。
【００５１】
符号選択部１９は、最頻周波数に等しいドップラー周波数成分を２次エコー除去部８で除去する際に、１次エコーに含まれる地形エコーへの影響が最も小さい、すなわち、１次エコー成分がドップラー周波数０以外のレベルへと拡散する量が最も小さくなるような擬似ランダム符号を、複数の擬似ランダム符号の中から選択する。さらに、符号選択部１９は、選択した擬似ランダム符号を位相変調部２へと出力する。位相変調部２は、この擬似ランダム符号を用いて、次の観測における位相変調を行う。
【００５２】
同等の特性を持つ複数の擬似ランダム符号を得る方法は、例えば、次の文献（松藤信哉, ``スペクトル拡散通信で用いられる周期相関の低い拡散系列,'' 信学技報SST91-2, 1991）に示されている。
【００５３】
このようにして得られた複数の擬似ランダム符号について、あらかじめ、その特性を計算機シミュレーションなどで評価しておき、符号選択部１９は、その結果を用いて符号選択を行うようにすればよい。
【００５４】
複数の擬似ランダム符号の特性評価は、例えば、次のような手順のシミュレーションを行うことにより実施できる。
手順１）周波数０のみを含む信号、すなわち、ＤＣ信号列を準備する。これは、１次エコーに含まれる地形エコーを想定したものである。
【００５５】
手順２）ＤＣ信号列に対して、選択した擬似ランダム符号による位相変調を施す。
手順３）位相変調後の信号に対して、２次エコーを想定した位相補正を行う。
手順４）位相補正後の信号に対してフーリエ変換を施すことにより、２次エコーフーリエ変換を得る。実際には、最初に想定した擬似信号には、１次地形エコーしか含まれない。そのため、２次エコーフーリエ変換には、１次地形エコーが全周波数に拡散された状態となる。
【００５６】
手順５）２次エコーフーリエ変換において、１周波数点、もしくはある幅を持った周波数区間に含まれる複数の周波数点を選択し、その周波数点の信号を除去する。すなわち、振幅を０とする。これは、その周波数点に２次エコーが検出され、それを除去する処理を行った場合に、拡散された１次地形エコー成分も同時に除去される状況を模擬している。
【００５７】
手順６）手順５）で除去処理が施された２次エコーフーリエ変換に、逆フーリエ変換を施すことにより、受信信号を時間領域の信号へと戻す。
手順７）２次エコーを想定した位相補正を、位相変調が施されている状態に戻すように再位相変調を行うとともに、１次エコーを想定した位相補正を施す。
【００５８】
手順８）手順７）で得られた受信信号に対して、地形エコー抑圧処理、すなわち、周波数０近傍の成分を除去する処理を施す。
手順９）手順８）で得られた地形エコー抑圧後の受信信号の電力を算出する。
【００５９】
手順１０）手順５）〜手順９）の処理を周波数点または周波数区間を変えて繰り返す。全周波数点または全周波数区間で処理が終了すれば、手順１１）へ進む。
手順１１）手順２）〜手順１０）の処理を、選択する擬似ランダム符号を変えて繰り返す。あらかじめ準備した擬似ランダム符号全てについての処理が終われば、全体の処理を終了する。
【００６０】
以上の手順１）〜手順１１）により、各擬似ランダム符号と２次エコー除去処理を行う各周波数点または周波数区間について、手順９）で算出する残留電力値が得られるため、これを残留電力値テーブルとして保存しておく。シミュレーション結果として、この残留電力値が低いものが、地形エコーの消え残りが小さいことを意味する。
【００６１】
符号選択部１９は、最頻周波数抽出部１８から入力した周波数について、残留電力値が最も低くなる擬似ランダム符号を残留電力値テーブルから選択して、位相変調部２で用いる位相変調符号とする。
【００６２】
１次エコー位相補正部１４から出力される受信信号において、卓越した電力を持つ地形エコー成分は、２次エコー除去による乱れが最小となるように位相変調符号が設定されている。そのため、周波数０近傍に集中している地形エコー成分が、他の周波数へと漏れ出す量が小さくなる。その結果、地形エコー抑圧部１５における地形エコー抑圧処理後に残留する地形エコー電力が低くなり、１次エコー検出部１６における検出性能が低下しないという効果が得られる。
【００６３】
以上のように、実施の形態１によれば、一定時間前の送信波の位相を打ち消すように第１の位相補正を施した受信信号に対して、卓越周波数成分を除去した後に第１の位相補正と逆位相の補正を施し、さらに、送信波の初期位相を打ち消すように第２の位相補正を施し、計測用の受信信号を得るように信号処理を行っている。この結果、目標検出性能を低下させることなく２次エコー抑圧処理を行うことのできるレーダ装置を得ることができる。
【００６４】
さらに、送信波を生成するために用いられる位相変調符号を、卓越周波数成分に応じて選択することにより、２次エコー除去による乱れが最小となるような位相変調符号が設定できる。この結果、地形エコー抑圧処理後に残留する地形エコー電力が低くなり、１次エコーの検出性能の低下を抑えることができる。
【００６５】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、２次エコーのドップラー周波数のみを考慮して位相変調の符号を選択する場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、これに加えて、地形エコーの分布も考慮して位相変調の符号を選択する場合について説明する。
【００６６】
図３は、本発明の実施の形態２におけるレーダ装置の構成を表すブロック図である。この図３の構成は、先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、地形エコーの強度を算出する地形エコー強度算出部２１、および地形エコー強度算出部２１で算出された地形エコー強度を蓄積する強度分布蓄積部２２をさらに備えている点が異なっている。なお、地形エコー強度算出部２１および強度分布蓄積部２２は、信号処理部の構成要素に含まれ、また、強度分布蓄積部２２は、クラッタマップ部に相当する。
【００６７】
次に、動作について、詳細に説明する。
位相変調部２で位相変調された送信波を空間へ放射し、受信部６で得られた受信信号に２次エコー除去処理を行った後に、１次エコー位相補正部１４にて１次エコーに合わせた位相補正を行うところまでは、先の実施の形態１と同じ動作である。
【００６８】
地形エコー強度算出部２１は、１次エコー位相補正部１４から出力された受信信号から、地形エコーの強度を算出する。具体的には、地形エコーとみなせる周波数帯の信号成分のみを抽出するフィルタに入力した受信信号を通し、出力された信号の平均電力を算出すれば、それが地形エコーの電力となる。
【００６９】
あるいは、周波数がちょうど０の成分のみの電力を得るのであれば、入力した受信信号を複素数のまま平均し、その振幅の２乗を算出すれば、それが地形エコー電力となる。算出された地形エコー強度は、強度分布蓄積部２２に蓄積される。
【００７０】
周波数分布蓄積部１７に２次エコー周波数を蓄積する処理は、先の実施の形態１と同様の動作となる。しかしながら、最頻周波数抽出部１８は、先の実施の形態１とは異なり、周波数分布蓄積部１７の２次エコー周波数と、強度分布蓄積部２２の地形エコー強度の両方を用いて、最頻周波数を抽出する。
【００７１】
例えば、１次地形エコーが受信されない、もしくは受信されてもその強度が低い観測点においては、２次エコー除去部８による２次エコー除去の影響を受けない。よって、この観測点に重畳する２次エコー周波数ついては、符号選択部１９における符号選択に用いる必要はない。
【００７２】
逆に、地形エコー強度が高い観測点については、２次エコー除去部８による２次エコー除去の影響により、地形エコー抑圧部１５の処理での地形エコー消え残りの電力が高くなる可能性が高い。そこで、周波数分布蓄積部１７に蓄積されたドップラー周波数のうち、地形エコー電力の高い距離に現れる２次エコーの周波数に重みをおいて、ドップラー周波数の頻度を算出するようにする。
【００７３】
これにより、符号選択部１９は、地形エコー電力が高いために、地形エコー抑圧処理の消え残りが大きくなる可能性がある距離を優先して、符号選択を行うことができる。
【００７４】
以上のように、実施の形態２によれば、送信波を生成するために用いられる位相変調符号を、卓越周波数成分とともに、地形エコー電力も考慮して選択している。この結果、先の実施の形態１の効果に加え、地形エコー抑圧処理の消え残りが大きくなる可能性がある距離を優先して、符号選択を行うことができ、１次エコーの検出性能の低下をさらに抑えることができる。
【００７５】
実施の形態３．
先の実施の形態１、２では、２次エコーの周波数に応じて位相変調に用いる擬似ランダム符号を変更する場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、位相変調に用いる擬似ランダム符号は固定化する代わりに、２次エコーの周波数に応じて２次エコー除去処理の有無を変更する場合について説明する。
【００７６】
図４は、本発明の実施の形態３におけるレーダ装置の構成を表すブロック図である。この図４における構成要素のうち、１次エコー位相補正部１４ａ、１４ｂ、フーリエ変換部３１ａ〜背景レベル算出部３４ａ、フーリエ変換部３１ｂ〜背景レベル算出部３４ｂ、背景レベル比較部３５〜符号記録部３８は、いずれも信号処理部の構成要素に含まれる。
【００７７】
受信部６で受信信号を入力し、２次エコー位相補正部７、２次エコー除去部８、再位相変調部１３、１次エコー位相補正部１４ａの処理により、２次エコー除去と１次エコーを想定した位相補正を行う部分は、先の実施の形態１と同じ動作である。ここで、２次エコー位相補正部７は、第１の位相補正部に相当し、１次エコー位相補正部１４ａは、第２の位相補正部に相当する。
【００７８】
ただし、図４の構成においては、位相変調部２等で用いる擬似ランダム符号は、符号記録部３８に固定的に記録されているものを用い、観測途中にその符号を変えることはない点が、先の実施の形態１、２とは異なる。
【００７９】
１次エコーを想定した位相補正を施した受信信号は、フーリエ変換部３１ａに入力され、フーリエ変換が施される。そして、地形エコー除去部３２ａは、フーリエ変換後の信号に対して、周波数０付近の地形エコーを除去する処理を行う。除去する処理としては、振幅を０にする処理としてもよいし、あるいは除去区間外の周波数成分の振幅を用いて、除去区間を補間するような処理としてもよい。
【００８０】
スペクトルピーク検出部３３ａは、フーリエ変換後に地形エコー除去がなされた信号について、振幅の卓越する周波数成分を検出する。背景レベル算出部３４ａは、フーリエ変換後に地形エコー除去がなされた信号から、スペクトルピーク検出部３３ａで検出されたピークの周辺周波数の信号を取り除くことにより、背景雑音とみなせる周波数領域の成分のみを抽出する。さらに、背景レベル算出部３４ａは、抽出した成分の平均電力を算出し、これを背景レベルとして出力する。
【００８１】
一方、本実施の形態３の図４の構成においては、１次エコー位相補正部１４ｂ、フーリエ変換部３１ｂ、地形エコー除去部３２ｂ、スペクトルピーク検出部３３ｂ、背景レベル算出部３４ｂにより、１次エコー位相補正部１４ａ〜背景レベル算出部３４ａのａ側の回路と同様にして、背景レベルを算出する。
【００８２】
ただし、１次エコー位相補正部１４ｂの入力信号は、再位相変調部１３の出力信号ではなく、受信部６から直接入力したものである。すなわち、１次エコー位相補正部１４ｂ〜背景レベル算出部３４ｂのｂ側の回路は、２次エコー除去処理を行っていない受信信号を用いて、背景レベルを算出することになる。なお、１次エコー位相補正部１４ｂは、第３の位相補正部に相当する。
【００８３】
背景レベル比較部３５は、背景レベル算出部３４ａで算出された背景レベルと、背景レベル算出部３４ｂで算出された背景レベルとを比較する。２次エコー除去により１次地形エコーの消え残りが多くなる場合には、２次エコー除去を行わない背景レベル算出部３４ｂで算出される背景レベルの方が、背景レベル算出部３４ａで算出される背景レベルよりも低くなる。この場合には、背景レベル比較部３５は、地形エコー除去部３２ｂで出力された信号を１次エコー検出部３７に入力させるように制御信号を生成し、切替部３６を切り替え動作させる。
【００８４】
逆に、２次エコー除去が１次地形エコーに及ぼす影響が小さい場合には、２次エコー除去による背景レベル低減の効果により、背景レベル算出部３４ａで算出される背景レベルが、背景レベル算出部３４ｂで算出される背景レベルよりも低くなる。この場合には、背景レベル比較部３５は、地形エコー除去部３２ａで出力された信号を１次エコー検出部３７に入力させるように制御信号を生成し、切替部３６を切り替え動作させる。
【００８５】
なお、図４の構成では、背景レベル算出のためのスペクトルピーク検出部３３ａ、３３ｂと、１次エコー検出部３７による目標検出を別々に行うようにしているが、両者を同じにする、すなわち、目標検出処理をスペクトルピーク検出部３３ａ、３３ｂの処理で兼ねるようにしてもかまわない。
【００８６】
以上のように、実施の形態３によれば、２次エコーの特性に応じて２次エコー除去処理の有無を制御するようにしている。この結果、２次エコー除去処理の副作用による目標検出性能の低下が生じないという効果を得ることができる。
【００８７】
実施の形態４．
先の実施の形態３では、２次エコー除去処理を行う場合と行わない場合の両方の処理を行い、特性のよい方を選択する場合について説明した。これに対して、本実施の形態４では、２次エコー除去処理の有無をあらかじめ決めて処理を行う場合について説明する。
【００８８】
図５は、本発明の実施の形態４におけるレーダ装置の構成を表すブロック図である。この図５における構成要素のうち、切替部４１〜地形エコー強度算出部４４は、いずれも信号処理部の構成要素に含まれる。
【００８９】
受信部６から出力された受信信号は、切替部４１へと出力される。切替部４１は、２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部４２の指示に従って、２次エコー位相補正部７、または切替部４３のいずれかへと入力信号を出力する。ここで、２次エコー位相補正部７は、第１の位相補正部に相当する。
【００９０】
２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部４２がＯＮ設定の場合には、切替部４１は、２次エコー位相補正部７へと受信信号を出力する。入力された受信信号に対する２次エコー位相補正部７、２次エコー除去部８、再位相変調部１３による２次エコー除去処理などの処理は、先の実施の形態と同様の動作である。
【００９１】
また、切替部４３も、切替部４１と同様に、２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部４２により制御されており、ＯＮ設定の場合には、再位相変調部１３から出力された受信信号を、１次エコー位相補正部１４へと入力するように動作する。この場合の１次エコー位相補正部１４は、第２の位相補正部に相当する。
【００９２】
これに対して、２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部４２がＯＦＦ設定の場合には、受信部６から入力した受信信号は、切替部４１と切替部４３を経由して、直接１次エコー位相補正部１４へと入力される。そして、１次エコー位相補正部１４は、１次エコーを想定した位相補正を行う。この場合の１次エコー位相補正部１４は、第３の位相補正部に相当する。
【００９３】
地形エコー強度算出部４４は、１次エコー位相補正部１４から出力された受信信号から地形エコー電力を算出する。そして、地形エコー強度算出部４４は、算出した地形エコー電力があらかじめ設定した値よりも高い場合には、２次エコー除去処理の副作用による地形エコー消え残りが生じる可能性があると判断し、２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部４２の設定をＯＦＦとし、その観測点での２次エコー除去処理をＯＦＦにする。
【００９４】
逆に、地形エコー強度算出部４４は、算出した地形エコー電力があらかじめ設定した値よりも低い、または等しい場合には、２次エコー除去処理の副作用による地形エコー消え残りは生じないと判断し、２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部４２の設定をＯＮとし、その観測点での２次エコー除去処理をＯＮにする。２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部４２の設定は、次に同じビーム方向を観測したときの信号処理を制御するのに用いられる。なお、算出した地形エコー電力があらかじめ設定した値と等しい場合には、地形エコー強度算出部４４は、算出した地形エコー電力があらかじめ設定した値よりも高い場合と同様の処理を行ってもよい。
【００９５】
以上のように、実施の形態４によれば、２次エコー除去のＯＮ／ＯＦＦは、各ビーム方向または各距離毎に行うことになる。従って、観測点毎に適切な処理方法が選択されることとなる。すなわち、２次エコー除去のＯＮ／ＯＦＦが選択されるため、不要波抑圧の性能が向上し、その結果、目標検出性能の向上を図ることができる。
【００９６】
さらに、本実施の形態４の構成は、地形エコー強度の値に応じて、２次エコー除去処理がある場合とない場合の処理のいずれかのみを行う構成のため、先の実施の形態３の構成よりも、信号処理の演算量が少なくて済むという利点がある。
【００９７】
なお、図５の構成では、受信信号から算出した地形エコー強度を用いて信号処理方式を制御するようにしていた。しかしながら、地形エコーの分布の時間変化が小さいとみなせる場合には、地形エコー強度をあらかじめマップとして保存し、このマップを用いて２次エコー除去のＯＮ／ＯＦＦを制御することも可能である。この場合には、地形エコー強度算出処理を省くことができるため、信号処理を簡略化することが可能となる。
【００９８】
実施の形態５．
先の実施の形態１〜４では、位相変調部２によって送信波の位相を制御する場合について説明した。しかしながら、送信波の生成にマグネトロンのような発振管を用いる場合には、送信パルス毎に初期位相がランダムに変化するため、位相変調部２を用いた位相制御を行うことができない。そこで、本実施の形態５では、送信波の生成にマグネトロンのような発振管を用いる場合について説明する。
【００９９】
このような場合には、初期位相がランダムに変化する特性により、位相変調部２による位相制御と同様の効果を得ることができる。
【０１００】
図６は、本発明の実施の形態５におけるレーダ装置の構成を表すブロック図である。この図６の構成において、基準信号発生部１、送受切替部４、空中線５、受信部６、発振部５１、切替部５２、結合器５３は、送受信部に相当する。一方、切替部５４、初期位相算出部５５を含めた、送受信部に含まれないその他の構成要件は、信号処理部に相当する。
【０１０１】
発振部５１は、マグネトロンを用いることにより、大電力の送信パルスを送信波として生成することができる。送信波は、送受切替部４を介して空中線５へと入力される。空中線５は、送信波を空間へと放射するとともに、受信波を取り込む。受信波は、送受切替部４を介して切替部５２へと入力される。
【０１０２】
発振部５１で発生させた送信波は、結合器５３によってその一部が抽出される。切替部５２は、パルス送信中には、結合器５３から入力した送信波を受信部６へと出力する。送信波は、基準信号発生部１から入力した基準信号と混合され、送信信号として受信部６から出力される。切替部５４は、送信信号を初期位相算出部５５へと出力する。初期位相算出部５５は、複素数信号として得られている送信信号の位相値を算出し、保持する。
【０１０３】
一方、切替部５２は、送信パルスの送信が終わると、送受切替部４から受信波を入力し、受信部６へと出力する。受信部６は、受信波を基準信号と混合することにより受信信号を生成する。生成された受信信号は、切替部５４を経由して切替部４１へと出力される。
【０１０４】
受信信号の処理方法は、先の実施の形態４の場合とほぼ同じである。すなわち、２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部４２で２次エコー除去をＯＮに設定した場合には、切替部４１、２次エコー位相補正部７、２次エコー除去部８、再位相変調部１３、切替部４３を経由して１次エコー位相補正部１４へと処理後の受信信号が入力される。この場合の１次エコー位相補正部１４は、第２の位相補正部に相当する。また、２次エコー位相補正部７は、第１の位相補正部に相当する。
【０１０５】
逆に、２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部４２で２次エコー除去をＯＦＦに設定した場合には、切替部４１、切替部４３を経由して１次エコー位相補正部１４へと受信信号が入力される。この場合の１次エコー位相補正部１４は、第３の位相補正部に相当する。
【０１０６】
その後は、先の実施の形態４と同様にして、１次エコー位相補正部１４、地形エコー強度算出部４４、２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部４２の処理により、２次エコー除去のＯＮ／ＯＦＦを設定する。
【０１０７】
ただし、２次エコー位相補正部７における位相補正量は、初期位相算出部５５で算出された、時間的に１つ前の送信パルスの初期位相量φｉ−１であり、再位相変調部１３における位相補正量は、−φｉ−１である。また、１次エコー位相補正部１４における位相補正量は、初期位相算出部５５で算出された最新の送信パルスの初期位相量φｉである。
【０１０８】
以上のように、実施の形態５によれば、先の実施の形態１〜４と同様の効果を、安価なマグネトロンを送信管として用いたレーダ装置においても得ることが可能となる。
【０１０９】
なお、図６の構成は、先の実施の形態４で述べた図５の構成のレーダ装置を、マグネトロンを用いたレーダ構成に変えたものであるが、先の実施の形態３で述べた図４の構成のレーダ装置を、マグネトロンを用いたレーダ構成に変えることもできる。すなわち、図４の基準信号発生部１、位相変調部２、パルス変調部３、送受切替部４、符号記録部３８で構成されている部分を、図６と同様に、発振部５１、送受切替部４、結合器５３、切替部５２、基準信号発生部１、切替部５４、初期位相算出部５５で構成される部分に置き換えれば、マグネトロンを用いたレーダにおいて、先の実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーダ装置の構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における２次エコー除去部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるレーダ装置の構成を表すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３におけるレーダ装置の構成を表すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態４におけるレーダ装置の構成を表すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態５におけるレーダ装置の構成を表すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  基準信号発生部、２  位相変調部、３  パルス変調部、４  送受切替部、５  空中線、６  受信部、７  ２次エコー位相補正部、８  ２次エコー除去部、９  フーリエ変換部、１０  ピーク検出部、１１  ピーク除去部、１２  逆フーリエ変換部、１３  再位相変調部、１４、１４ａ、１４ｂ  １次エコー位相補正部、１５  地形エコー抑圧部、１６  １次エコー検出部、１７  周波数分布蓄積部、１８  最頻周波数抽出部、１９  符号選択部、２１  地形エコー強度算出部、２２  強度分布蓄積部、３１、３１ａ、３１ｂ  フーリエ変換部、３２、３２ａ、３２ｂ  地形エコー除去部、３３ａ、３３ｂ  スペクトルピーク検出部、３４ａ、３４ｂ  背景レベル算出部、３５  背景レベル比較部、３６  切替部、３７  １次エコー検出部、３８  符号記録部、４１  切替部、４２  ２次エコー除去ＯＮ／ＯＦＦ設定部、４３  切替部、４４  地形エコー強度算出部、５１  発振部、５２  切替部、５３  結合器、５４  切替部、５５  初期位相算出部。
【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】
0004999592.tif 000009
【図６】
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