(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の開口を有する空中線と、
前記空中線から所定時間間隔で送信したパルス信号の反射波を受信し、目標に対する自己の相対速度と前記所定時間間隔とに基づき決定される受信位置毎に受信データを生成する受信手段と、
前記受信手段からの受信データをレンジセル毎にフーリエ変換し、該フーリエ変換により得られた信号のピーク値から目標を検出し、該ピーク値に対応するドップラ周波数と前記受信位置とに基づき目標方向を測角するＳＡＲ検出／測角処理部と、
を備え、
前記ＳＡＲ検出／測角処理部は、
前記受信手段からの受信データをレンジセル毎にフーリエ変換し、該フーリエ変換により得られた信号のピーク値から目標を検出し、該ピーク値に対応するドップラ周波数ｆｄのΣ（ｆｄ）ビームとこのビームのバンクと同じバンクのΔ（ｆｄ）ビームとを形成し、Δ（ｆｄ）ビームとΣ（ｆｄ）ビームの複素信号を用いて誤差電圧を算出し、該算出した誤差電圧と予め用意された測角曲線との比較によりドップラ周波数を算出し、該算出したドップラ周波数と前記受信位置とに基づき目標方向を測角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、移動体に搭載されて使用されるレーダ装置に関し、特に、合成開口レーダ（以下、「ＳＡＲ」と略する）を用いて測角を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の通常アンテナ開口のモノパルスを用いたフェーズドアレイによるレーダ装置においては、開口長の制約により測角精度を向上させることが難しかった。また、目標の信号を検出するために、フーリエ変換（ＦＦＴ等）を実施する際に、飛翔経路の動揺等によって受信データの振幅および位相が変化し、これに起因して積分ロスが生じ、高いＳＮ比（信号電力／熱雑音電力）を得ることができない場合があった。
【０００３】
このような問題を解消するレーダ装置として、特許文献１は、角度アンビギュイティおよびグレーティングローブによる悪影響を排除して測角性能の向上を図ったレーダ装置を開示している。このレーダ装置は、移動体に搭載され、移動体の移動とともにレーダパルスを放射し、異なる位置において受信されたパルスエコーを用いて合成開口処理により目標のＳＡＲ測角値θを算出する。また、各受信位置においてモノパルス測角方式により目標の空中線測角値（以下、「モノパルス測角値」という）φを算出する。そして、ＳＡＲ測角値θとモノパルス測角値φとを空間的に合成することにより、ＳＡＲ測角値θの角度アンビギュイティを除去し、高精度の目標測角値を算出する。なお、合成開口については、非特許文献２に説明されている。
【０００４】
図２１は、このような従来のレーダ装置の電気的な構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、信号生成／増幅器１、サーキュレータ２、空中線３、周波数変換／ＡＤ変換器４１〜４３および信号処理器５を備えている。信号処理器５は、検出／測角処理部５１から構成されている。
【０００５】
信号生成／増幅器１は、図示しない基準信号発生器によって発生された所定のパルス幅を有する基準信号を高周波信号に変換した後に増幅し、サーキュレータ２に送る。サーキュレータ２は、信号生成／増幅器１から送られてくる信号を空中線３に送るか、または、空中線３から送られてきた和信号Σを周波数変換／ＡＤ変換器４１に送るかの切り替えを制御する。
【０００６】
空中線３は、複数のアンテナ素子を備えたフェーズドアレイアンテナであり、そのアンテナパターンは、図示しない走査処理部により電子的に可変されるが、物理的な開口は一定である。この空中線３は、信号生成／増幅器１からサーキュレータ２を介して送られてきたパルス信号を空中に向けて放射するとともに、目標からの反射波を受信して電気信号に変換し、和信号Σ、アジマス方向の差信号ΔＡＺおよびエレベーション方向の差信号ΔＥＬを生成する。この空中線３で生成された和信号Σは、サーキュレータ２を介して周波数変換／ＡＤ変換器４１に送られ、差信号ΔＡＺは、周波数変換／ＡＤ変換器４２に送られ、差信号ΔＥＬは、周波数変換／ＡＤ変換器４３に送られる。
【０００７】
周波数変換／ＡＤ変換器４１は、空中線３からサーキュレータを介して送られてくる和信号Σを周波数変換した後に、Ｉ成分およびＱ成分を持つ直交デジタル信号に変換し、和ビームΣとして検出／測角処理部５１に送る。周波数変換／ＡＤ変換器４２は、空中線３から送られてくる差信号ΔＡＺを周波数変換した後に直交デジタル信号に変換し、アジマス方向の差ビームΔＡＺとして検出／測角処理部５１に送る。周波数変換／ＡＤ変換器４３は、空中線３から送られてくる差信号ΔＥＬを周波数変換した後に直交デジタル信号に変換し、エレベーション方向の差ビームΔＥＬとして検出／測角処理部５１に送る。
【０００８】
検出／測角処理部５１は、周波数変換／ＡＤ変換器４１から送られてくる和ビームΣにより目標を検出し、周波数変換／ＡＤ変換器４２および周波数変換／ＡＤ変換器４３から送られてくる位相モノパルスデータ、つまり和ビームΣおよび差ビームΔ（ΔＡＺ、ΔＥＬ）によりモノパルス測角を実施する。なお、以下においては、和ビームΣを「Σビーム」と呼び、アジマス方向の差ビームΔＡＺとエレベーション方向の差ビームΔＥＬとを「Δビーム」と総称する場合もある。
【０００９】
図２２は、モノパルス測角の原理を示す図である。位相モノパルスの場合、図２２（ａ）に示すようなΣビームおよびΔビームといった２つのビームの比をとることによって、誤差電圧Ｅが、次式により求められる。
【数１】
0004976968.tif 000002
【００１０】
ここで、
Ｒｅ；複素数の実部
Σ  ；和ビーム
Δ  ；差ビーム
そして、予め取得したアンテナパターンから求められている、図２２（ｂ）に示すような、測角曲線のテーブルを参照し、誤差電圧Ｅに対応する目標角度が求められ、モノパルス測角値φ（φＡＺおよびφＥＬ）が得られる（非特許文献１参照）。このようにして求められたモノパルス測角値φは、測角情報として外部に出力される。
【００１１】
図２３は、上記のように構成される従来のレーダ装置の動作を、測角処理を中心に示すフローチャートである。測角処理では、まず、受信データが取得される（ステップＳ１０１）。すなわち、信号処理器５の検出／測角処理部５１は、送信されたパルス信号の反射波を受信した空中線３から、受信位置毎に、受信データ（Σビーム、ΔＡＺビームおよびΔＥＬビーム）を取得する。
【００１２】
次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ１０２）。すなわち、検出／測角処理部５１は、ステップＳ１１で得られた受信データをレンジセル毎にフーリエ変換する。次いで、全てのレンジに対する処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において、全てのレンジに対する処理が終了していないことが判断されると、処理対象が次のレンジに変更される（ステップＳ１０４）。その後、ステップＳ１０２に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００１３】
一方、ステップＳ１０３において、全てのレンジに対する処理が終了したことが判断されると、検出処理が実行される（ステップＳ１０５）。すなわち、検出／測角処理部５１は、Σビームにより目標を検出する。次いで、測角計算が行われる（ステップＳ１０６）。すなわち、検出／測角処理部５１は、位相モノパルスデータ、つまりΣビームおよびΔビーム（ΔＡＺ、ΔＥＬ）よりモノパルス測角を実施する。このモノパルス測角により得られたモノパルス測角値φは、測角情報として外部に出力される。以上により、測角処理は終了する。
【特許文献１】特開２００６−３１７１６６号公報
【非特許文献１】吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.260-264(1996)
【非特許文献２】吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.280-283(1996)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述した従来のレーダ装置では、アンテナが小型であるためビーム幅が広く、また、ＳＮ比も十分でない場合には、測角精度が低いという問題がある。
【００１５】
本発明の課題は、小型のアンテナであっても、目標の検出性能および測角精度を向上させることができるレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、第１の発明は、一定の開口を有する空中線と、空中線から所定時間間隔で送信したパルス信号の反射波を受信し、目標に対する自己の相対速度と所定時間間隔とに基づき決定される受信位置毎に受信データを生成する受信手段と、受信手段からの受信データをレンジセル毎にフーリエ変換し、該フーリエ変換により得られた信号のピーク値から目標を検出し、該ピーク値に対応するドップラ周波数と受信位置とに基づき目標方向を測角するＳＡＲ検出／測角処理部を備え、ＳＡＲ検出／測角処理部は、受信手段からの受信データをレンジセル毎にフーリエ変換し、該フーリエ変換により得られた信号のピーク値から目標を検出し、該ピーク値に対応するドップラ周波数ｆｄのΣ（ｆｄ）ビームとこのビームのバンクと同じバンクのΔ（ｆｄ）ビームとを形成し、Δ（ｆｄ）ビームとΣ（ｆｄ）ビームの複素信号を用いて誤差電圧を算出し、該算出した誤差電圧と予め用意された測角曲線との比較によりドップラ周波数を算出し、該算出したドップラ周波数と受信位置とに基づき目標方向を測角することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によれば、目標に対する自己の相対速度と所定時間間隔、例えばＰＲＩ（Pulse Repetition Interval；パルス繰り返し間隔）とから空中線の開口の位置を把握できることを利用して、受信データをフーリエ変換することによりドップラ周波数（波面の位相傾きに対応）を算出し、位置とドップラ周波数とから目標方向を算出するので、小型のアンテナであっても合成開口処理により、目標検出効率を向上し、目標方向を高精度に測角することができる。
【００２４】
第２の発明によれば、受信データをフーリエ変換してドップラ周波数を算出する際に、周波数軸でΣビームのバンクにより目標を検出した後、同じバンクのΔビームの複素信号を用いて算出した誤差電圧に基づき周波数分解能以上の精度でドップラ周波数を算出するので、目標方向を高精度に測角できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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、背景技術の欄で説明した従来のレーダ装置の構成要素と同一の構成要素には、背景技術の欄で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の実施例１に係るレーダ装置の電気的な構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、図２１に示した従来のレーダ装置における信号処理器５が、信号処理器５ａに変更されて構成されている。信号処理器５ａは、従来のレーダ装置の信号処理器５の内部に、ＳＡＲ検出／測角処理部５３および測角値合成部５４が追加されて構成されている。
【００３２】
ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、周波数変換／ＡＤ変換器４１から送られてくるΣビームに基づき目標を検出し、この検出した目標に対する測角処理を実行する。周波数変換／ＡＤ変換器４１は、本発明の受信手段に対応する。ＳＡＲ検出／測角処理部５３の詳細は後述する。ＳＡＲ検出／測角処理部５３における測角処理によって得られたＳＡＲ測角値θは、測角値合成部５４に送られる。
【００３３】
測角値合成部５４は、検出／測角処理部５１から送られてくるモノパルス測角値φと、ＳＡＲ検出／測角処理部５３から送られてくるＳＡＲ測角値θとを空間的に合成することにより、精度および分解能をともに向上させた合成測角値を得る。具体的には、モノパルス測角値φのうちＳＡＲ測角値θに最も近い値を合成測角値として選別する（詳細後述）。この測角値合成部５４で得られた合成測角値が、測角情報として外部に出力される。
【００３４】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を、測角処理を中心に、図２に示すフローチャートおよび図３に示す測角の原理を説明するための図を参照しながら説明する。
【００３５】
今、レーダ装置と目標とは、図３（ａ）に示すような位置関係にあるものとする。レーダ装置における測角処理では、まず、受信データが取得される（ステップＳ１１）。すなわち、信号処理器５ａのＳＡＲ検出／測角処理部５３は、図３（ｂ）に示すように、所定時間間隔、例えばＰＲＩ（Pulse Repetition Interval；パルス繰り返し間隔）で送信されたパルス信号の反射波を受信した空中線３からサーキュレータ２および周波数変換／ＡＤ変換器４１を介して、目標に対するレーダ装置の相対速度とＰＲＩとに基づき決定される受信位置１〜Ｎ毎に、受信データ（Σビーム）を取得する。
【００３６】
次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ１２）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ステップＳ１１で取得された受信データをフーリエ変換する。これにより、周波数軸でＳＮ比の高い信号が得られる。
【００３７】
次いで、ピーク値の抽出が行われる（ステップＳ１３）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ステップＳ１２で得られた信号のピーク値を抽出する。次いで、全てのレンジに対する処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了していないことが判断されると、処理対象が次のレンジに変更される（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００３８】
一方、ステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了したことが判断されると、検出処理が実行される（ステップＳ１６）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理により得られた全てのレンジのピーク値を、所定のスレショルドと比較し、スレッショルドを超えた信号が存在する場合は、図３（ｃ）に示すように、その信号を目標として検出する。なお、スレショルドとしては、熱雑音を基準にしたスレショルド、または、ＣＦＡＲ（一定誤警報確率）によるスレショルド等を用いることができる。
【００３９】
次いで、測角計算が行われる（ステップＳ１７）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ステップＳ１６で検出されたピーク値に対応する周波数を「検出ドップラ周波数ｆｄ」とし、合成開口の各受信位置との関係は次式で表現できることを利用して、ＳＡＲ測角値θを演算する。
【数２】
0004976968.tif 000003
【００４０】
ここで、
λ    ；波長
Ｎ    ；ヒット（ＰＲＩ）数
ｆｄ  ；検出ドップラ周波数（バンク番号）
ｄ    ；素子間隔
ｄ＝（Ｖ＋Ｖｔ’）×ＰＲＩ
Ｖ    ；自機速度
Ｖｔ’；目標速度の近似値
素子間隔ｄの算出にあたり、目標速度の近似値Ｖｔ’が必要であるが、これは検出ドップラ周波数ｆｄと、検出／測角処理部５１から送られてくる通常アンテナ開口のモノパルス測角値φとから、次式により算出できる。
【数３】
0004976968.tif 000004
【００４１】
ここで、
Ｖｔ’；目標速度Ｖｔの近似値（φが誤差を持つため）
この目標速度の近似値Ｖｔ’の絶対値が自機速度Ｖの絶対値に比べて小さい場合は、目標速度の近似値Ｖｔ’の精度が低くても、測角精度に対する影響は小さい。したがって、絶対値が十分小さく、測角精度の許容値が比較的大きい場合には、目標速度の近似値Ｖｔ’を「０」とすることができる。以上により、ＳＡＲによる測角処理は終了する。
【００４２】
上述したＳＡＲによる測角は、空中線３が１次元アレイであるため、図４（ａ）に示すように、円錐上にアンビギュイティを持っている。このアンビギュイティへの対策として、特許文献１に開示されている技術を用いて、測角値合成部５４は、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、通常アンテナ開口のモノパルス測角値を用いて、その値に最も近いＳＡＲの円錐上の測角値を抽出して合成測角値を求める。この場合、例えば、ＡＺ、ＥＬ軸を直交軸空間として、次式の演算を実施すればよい。
【数４】
0004976968.tif 000005
【００４３】
ここで、
φＡＺ、φＥＬ；モノパルスビームによる測角値
θ         ；ＳＡＲ測角値
ΦＡＺ、ΦＥＬ；合成測角値
なお、上述した実施例１に係るレーダ装置においては、レンジセル毎にピーク値を有するセルを抽出し、全てのレンジセルに対する抽出が終了した後に目標を検出し、その目標のセルに対して測角を行うように構成したが、レンジセル毎に抽出したセルの全てに対して測角を実施し、全てのレンジセルの処理が終了した後、検出した目標に対する測角値を抽出するように構成することもできる。
【実施例２】
【００４４】
本発明の実施例２に係るレーダ装置の電気的な構成は、図１に示した実施例１に係るレーダ装置の電気的な構成と同じである。
【００４５】
本発明の実施例２に係るレーダ装置の動作を、測角処理を中心に、図５に示すフローチャート、図６に示す測角の原理を説明するための図、および、図７に示す誤差電圧を用いて高精度のドップラ周波数を求める処理を説明するための図を参照しながら説明する。なお、図５に示すフローチャートにおいては、図２に示した実施例１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートと同一の処理を行うステップには、図２で使用した符号と同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００４６】
今、レーダ装置と目標とは、図６（ａ）に示すような位置関係にあるものとする。レーダ装置における測角処理では、まず、図６（ｂ）に示すように、受信データが取得される（ステップＳ１１）。次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ１２）。次いで、ピーク値の抽出が行われる（ステップＳ１３）。次いで、全てのレンジに対する処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１４）。
【００４７】
ステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了していないことが判断されると、処理対象が次のレンジに変更される（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了したことが判断されると、検出処理が実行される（ステップＳ１６）。以上の処理は実施例１に係るレーダ装置の処理と同じである。
【００４８】
以上の処理により目標の検出処理が終了すると、検出したドップラ・バンクΣに対応したΔバンクが形成される。このためには、下記の（５）式および（６）式に従った位相を受信データに与え、フーリエ変換すればよい。
【数５】
0004976968.tif 000006
【数６】
0004976968.tif 000007
【００４９】
ここで、
Ｒｘ（ｎ）  ；受信信号（ｎ＝１〜Ｎ）
ＦＦＴ［  ］；フーリエ変換
具体的には、ステップＳ１６の処理が終了すると、次いで、Δ用の位相乗算が行われる（ステップＳ１８）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、受信データの半分の位相を、１８０度反転する。次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ１９）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ステップＳ１８で位相が１８０度反転された受信データをフーリエ変換する。これにより、図６（ｃ）に破線で示すようなΔビームが得られる。
【００５０】
次いで、Δが抽出される（ステップＳ２０）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ステップＳ１９で得られたΔビームを抽出する。以上の処理により、図６（ｄ）に示すような、ΣビームとΔビームが得られる。
【００５１】
次いで、測角計算が行われる（ステップＳ２１）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、検出したドップラ周波数をｆｄとし、モノパルス測角と同様の方法を用いて、Σ（ｆｄ）とΔ（ｆｄ）から、次式により誤差電圧を算出する。
【数７】
0004976968.tif 000008
【００５２】
ここで、
Ｅｍ；誤差電圧
Ｒｅ；複素数の実部
この誤差電圧Ｅｍと、予めテーブル化しておいた図７（ｂ）に示すような測角曲線との比較により、図７（ａ）に示すような、高精度なドップラ周波数ｆｄ’を得ることができる。このドップラ周波数ｆｄ’を上述した（２）式に適用することにより、高精度なＳＡＲ測角値θを得ることができる。以上により、測角処理は終了する。
【実施例３】
【００５３】
本発明の実施例３に係るレーダ装置の電気的な構成は、図１に示した実施例１に係るレーダ装置の電気的な構成と同じである。
【００５４】
本発明の実施例３に係るレーダ装置の動作を、測角処理を中心に、図８に示すフローチャート、図９に示す測角の原理を説明するための図、および、図１０に示す誤差電圧を用いて高精度のドップラ周波数を求める処理を説明するための図を参照しながら説明する。なお、図８に示すフローチャートにおいては、図２に示した実施例１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートと同一の処理を行うステップには、図２で使用した符号と同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００５５】
今、レーダ装置と目標とは、図９（ａ）に示すような位置関係にあるものとする。レーダ装置における測角処理では、まず、図９（ｂ）に示すように、受信データが取得される（ステップＳ１１）。次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ１２）。次いで、ピーク値の抽出が行われる（ステップＳ１３）。次いで、全てのレンジに対する処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１４）。
【００５６】
ステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了していないことが判断されると、処理対象が次のレンジに変更される（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了したことが判断されると、検出処理が実行される（ステップＳ１６）。以上の処理は実施例１に係るレーダ装置の処理と同じである。
【００５７】
目標の検出処理が終了すると、フーリエ変換の位相傾きを所定の位相分だけずらしたΣUビームを形成するために、検出したドップラ・バンクΣに隣接したΣUバンクが形成される。このためには、例えば、ドップラ周波数を０．５バンク分だけ移動し、つまり下記の式（８）式および（９）式に従った位相を受信データに与え、フーリエ変換すればよい。
【数８】
0004976968.tif 000009
【数９】
0004976968.tif 000010
【００５８】
ここで、
Ｒｘ（ｎ）  ；受信信号（ｎ＝１〜Ｎ）
ＦＦＴ［  ］；フーリエ変換
具体的には、ステップＳ１６の処理が終了すると、次いで、ΣU用の位相乗算が行われる（ステップＳ２２）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、受信データに上式を適用して、ドップラ周波数を０．５バンク分だけ移動する。次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ２３）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ステップＳ２２で得られた受信データをフーリエ変換する。これにより、図９（ｃ）に示すようなΣUビームが得られる。
【００５９】
次いで、ΣUが抽出される（ステップＳ２４）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ステップＳ２４で得られたΣUビームを抽出する。以上の処理により、図９（ｄ）に示すように、ΣビームとΣUビームが得られる。
【００６０】
次いで、測角計算が行われる（ステップＳ２５）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、検出したドップラ周波数をｆｄとして、モノパルス測角と同様の方法を用いて、Σ（ｆｄ）とΣU（ｆｄ）とから、次式により誤差電圧を算出する。
【数１０】
0004976968.tif 000011
【００６１】
ここで、
Ｅｓ；誤差電圧
Ｒｅ；複素数の実部
この誤差電圧Ｅｓと、予めテーブル化しておいた図１０（ｂ）に示すような測角曲線との比較により、図１０（ａ）に示すような、高精度なドップラ周波数ｆｄ’を得ることができる。ドップラ周波数ｆｄ’を上述した（２）式に適用することにより、高精度なＳＡＲ測角値θを得ることができる。以上により、測角処理は終了する。
【００６２】
なお、上述した実施例３では、ΣUビームとして、０．５バンクだけ移動した信号を用いたが、実施例３は、ΣUビームとΣビームを用いて精度の高いドップラ周波数を算出するのが主旨であり、一般的には移動する量は任意の値Δｆｓバンクとすることができる。
【００６３】
また、誤差電圧の算出にはΣビームとΣUビームの複素数を用いたが、絶対値の比を用いて、誤差電圧を算出するように構成することもできる。
【実施例４】
【００６４】
本発明の実施例４に係るレーダ装置の電気的な構成は、図１に示した実施例１に係るレーダ装置の電気的な構成と同じである。
【００６５】
本発明の実施例４に係るレーダ装置の動作を、測角処理を中心に、図１１に示すフローチャート、および、図１２に示す重心を用いて高精度のドップラ周波数を求める処理を説明するための図を参照しながら説明する。なお、図１１に示すフローチャートにおいては、図８に示した実施例３に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートと同一の処理を行うステップには、図８で使用した符号と同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００６６】
今、レーダ装置と目標とは、実施例３の場合と同様に、図９（ａ）に示すような位置関係にあるものとする。レーダ装置における測角処理では、まず、受信データが取得される（ステップＳ１１）。次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ１２）。次いで、ピーク値の抽出が行われる（ステップＳ１３）。次いで、全てのレンジに対する処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１４）。
【００６７】
このステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了していないことが判断されると、処理対象が次のレンジに変更される（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１２に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了したことが判断されると、検出処理が実行される（ステップＳ１６）。次いで、ΣU用の位相乗算が行われる（ステップＳ２２）。次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ２３）。以上の処理は実施例３に係るレーダ装置の処理と同じである。
【００６８】
以上の処理が終了すると、次いで、ΣとΣUの合成が行われる（ステップＳ３１）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ΣビームとΣUビームを要素毎に交互に配列し、これをΣ’とする。Σ’は、次式で表すことができる。
【数１１】
0004976968.tif 000012
【００６９】
次いで、測角計算（重心演算を含む）が実行される（ステップＳ３２）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、Σ’を用いて、図１１に示すように、検出したドップラ周波数ｆｄの回りの複数のＭセルの複素信号に対し、次式を用いて重心演算を実施する。
【数１２】
0004976968.tif 000013
【００７０】
ここで、
Ａ  ；振幅強度
ｆｄ；ドップラ周波数
この重心演算により求められたドップラ周波数ｆｄ’を、上述した（２）式に適用することにより、高精度なＳＡＲ測角値θを得ることができる。以上により、測角処理は終了する。
【００７１】
なお、上述した実施例４では、ΣUビームとして、０．５バンクだけ移動した信号を用いたが、この実施例４は、ΣUビームとΣビームを用いて精度の高いドップラ周波数を算出するのが主旨であり、一般的には、移動する量は任意の値Δｆｓバンクとすることができる。
【実施例５】
【００７２】
本発明の実施例５に係るレーダ装置は、測角を行うにあたり、波面の振幅および位相を補正するようにしたものである。
【００７３】
図１３は、本発明の実施例５に係るレーダ装置の電気的な構成を示す図である。このレーダ装置は、図１に示した実施例１に係るレーダ装置における信号処理器５ａが、信号処理器５ｂに変更されて構成されている。信号処理器５ｂは、実施例１に係るレーダ装置の信号処理器５ａの内部に、ＳＡＲデータ補正処理部５２が追加されて構成されている。
【００７４】
ＳＡＲデータ補正処理部５２は、周波数変換／ＡＤ変換器４１から送られてくるΣビームに所定の補正を施す（詳細は後述する）。このＳＡＲデータ補正処理部５２における補正結果は、ＳＡＲ検出／測角処理部５３に送られる。
【００７５】
本発明の実施例５に係るレーダ装置の動作を、測角処理を中心に、図１４に示すフローチャート、および、図１５に示す測角の原理を説明するための図を参照しながら説明する。なお、図１４に示すフローチャートにおいては、図２に示した実施例１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートと同一の処理を行うステップには、図２で使用した符号と同一の符号を付して説明する。
【００７６】
今、レーダ装置と目標とは、図１５（ａ）に示すような位置関係にあるものとする。レーダ装置における測角処理では、まず、受信データが取得される（ステップＳ４１）。すなわち、信号処理器５ｂのＳＡＲデータ補正処理部５２は、図１５（ｂ）に示すように、所定時間間隔、例えばＰＲＩで送信されたパルス信号の反射波を受信した空中線３からサーキュレータ２および周波数変換／ＡＤ変換器４１を介して、目標に対するレーダ装置の相対速度とＰＲＩとに基づき決定される受信位置１〜Ｎ毎に、受信データ（Σビーム）を取得する。
【００７７】
次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ４２）。すなわち、ＳＡＲデータ補正処理部５２は、ステップＳ４１で取得された受信データをフーリエ変換する。これにより、周波数軸でＳＮ比の高い信号が得られる。
【００７８】
次いで、ピーク値の抽出が行われる（ステップＳ４３）。すなわち、ＳＡＲデータ補正処理部５２は、図１５（ｃ）に示すように、ステップＳ４２で得られた信号のピーク値を抽出する。次いで、Ｍセルの抽出が行われる（ステップＳ４４）。すなわち、ＳＡＲデータ補正処理部５２は、ステップＳ４３で抽出されたピーク値の周りのＭセルのデータを抽出し、抽出したＭセル以外をゼロ埋めすることによりＮ個のデータを生成する。
【００７９】
次いで、逆フーリエ変換（逆ＦＦＴ）が行われる（ステップＳ４５）。すなわち、ＳＡＲデータ補正処理部５２は、ステップＳ４４で得られたＮ個のデータに対し逆フーリエ変換を実施する。これにより、図１５（ｄ）に破線で示すような、補正前の波面データＸ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ）が得られる。この処理により、クラッタ等の不要な信号を抑圧することができる。
【００８０】
一方、目標方向に依存しない波面データの補正量を算出するために、Ｍセルの信号がゼロ周波数に移動されて逆フーリエ変換が行われる（ステップＳ４６）。すなわち、ＳＡＲデータ補正処理部５２は、ステップＳ４４で抽出されたＭセルを、図１５（ｅ）に示すように、ゼロ周波数に移動した後に逆フーリエ変換を実施し、図１５（ｆ）に破線で示すような、補正前の波面の振幅、位相ずれＣ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ）を算出する。次いで、補正値が算出される（ステップＳ４７）。すなわち、ＳＡＲデータ補正処理部５２は、図１５（ｆ）に実線で示すような、ステップＳ４６で算出された特性の逆特性を有する補正値１／Ｃ（ｎ）を算出する。
【００８１】
次いで、補正演算が実行される（ステップＳ４８）。すなわち、ＳＡＲデータ補正処理部５２は、ステップＳ４５で得られた波面データＸに、ステップＳ４７で算出された補正値１／Ｃを適用し、つまり、次式の演算を実行し、図１５（ｄ）に実直線で示すような、補正後波面データＸｃを得る。この補正後波面データＸｃは、ＳＡＲ検出／測角処理部５３に送られる。
【数１３】
0004976968.tif 000014
【００８２】
ここで、
Ｘ    ；補正前波面データ
Ｘｃ  ；補正後波面データ
１／Ｃ；補正値
次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ４９）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ＳＡＲデータ補正処理部５２から送られてくる補正後波面データＸｃをフーリエ変換する。次いで、ピーク値の抽出が行われる（ステップＳ１３）。次いで、全てのレンジに対する処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１４）。このステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了していないことが判断されると、処理対象が次のレンジに変更される（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ４２に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００８３】
一方、ステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了したことが判断されると、検出処理が実行される（ステップＳ１６）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、上述した処理により得られた全てのレンジのピーク値を、所定のスレショルドと比較し、スレッショルドを超えた信号が存在する場合は、図１５（ｇ）に示すように、その信号を目標として検出する。なお、スレショルドとしては、熱雑音を基準にしたスレショルド、または、ＣＦＡＲ（一定誤警報確率）によるスレショルド等を用いることができる。
【００８４】
次いで、測角計算が行われる（ステップＳ１７）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ステップＳ１６で検出されたピーク値に対応する周波数を、検出ドップラ周波数ｆｄとし、合成開口の各受信位置との関係は次式で表現できることを利用して、ＳＡＲ測角値θを演算する。以上により、測角処理は終了する。
【数１４】
0004976968.tif 000015
【００８５】
なお、ＳＡＲ測角値θのアンビギュイティに対する対策として、測角値合成部５４で行われるＳＡＲ測角値θとモノパルス測角値φとの測角値合成は、実施例１に係るレーダ装置と同様である。
【００８６】
また、上述した実施例５に係るレーダ装置においては、レンジセル毎にピーク値を有するセルを抽出し、全てのレンジセルに対する抽出が終了した後に目標を検出し、その目標のセルに対して測角を行うように構成したが、レンジセル毎に抽出したセルの全てに対して測角を実施し、全てのレンジセルの処理が終了した後、検出した目標に対する測角値を抽出するように構成することもできる。
【実施例６】
【００８７】
本発明の実施例６に係るレーダ装置は、上述した実施例５に係るレーダ装置に、実施例２、実施例３または実施例４に係るレーダ装置の機能を適用したものである。
【００８８】
本発明の実施例６に係るレーダ装置の電気的な構成は、図１３に示した実施例５に係るレーダ装置の電気的な構成と同じである。
【００８９】
図１６は、本発明の実施例６の第１の例に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートであり、実施例５に係るレーダ装置の動作を示すフローチャート（図１４参照）のステップＳ１７を、実施例２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャート（図５参照）のステップＳ１８〜Ｓ２１で置き換えたものである。図１６に示すフローチャートにおいて、図１４および図５に示すフローチャートに示されたステップと同じ処理を実行するステップには、図１４および図５に示すフローチャートで使用した符号と同一の符号を付してあるので、各ステップの説明は、図１４および図５に示すフローチャートの説明を参照されたい。
【００９０】
図１７は、本発明の実施例６の第２の例に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートであり、実施例５に係るレーダ装置の動作を示すフローチャート（図１４参照）のステップＳ１７を、実施例３に係るレーダ装置の動作を示すフローチャート（図８参照）のステップＳ２２〜Ｓ２５で置き換えたものである。図１７に示すフローチャートにおいて、図１４および図８に示すフローチャートに示されたステップと同じ処理を実行するステップには、図１４および図８に示すフローチャートで使用した符号と同一の符号を付してあるので、各ステップの説明は、図１４および図８に示すフローチャートの説明を参照されたい。
【００９１】
図１８は、本発明の実施例６の第３の例に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートであり、実施例５に係るレーダ装置の動作を示すフローチャート（図１４参照）のステップＳ１７を、実施例４に係るレーダ装置の動作を示すフローチャート（図１１参照）のステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ３１およびＳ３２で置き換えたものである。図１８に示すフローチャートにおいて、図１４および図１１に示すフローチャートに示されたステップと同じ処理を実行するステップには、図１４および図１１に示すフローチャートで使用した符号と同一の符号を付してあるので、各ステップの説明は、図１４および図１１に示すフローチャートの説明を参照されたい。
【００９２】
以上説明した実施例６に係るレーダ装置によれば、上述した実施例５に係るレーダ装置と同様の作用および効果に加えて、実施例２に係るレーダ装置、実施例３に係るレーダ装置または実施例４に係るレーダ装置と同様の作用および効果を奏する。
【実施例７】
【００９３】
本発明の実施例７に係るレーダ装置は、測角を行うにあたり、波面の振幅および位相を補正し、フーリエ変換を実施せずに波面のまま測角演算したものである。
【００９４】
本発明の実施例７に係るレーダ装置の電気的な構成は、図１３に示した実施例５に係るレーダ装置の電気的な構成と同じである。
【００９５】
本発明の実施例７に係るレーダ装置の動作を、測角処理を中心に、図１９に示すフローチャート、および、図２０に示す測角の原理を説明するための図を参照しながら説明する。なお、図１９に示すフローチャートにおいては、図１４に示した実施例５に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートと同一の処理を行うステップには、図１４で使用した符号と同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００９６】
今、レーダ装置と目標とは、図１５（ａ）に示すような位置関係にあるものとする。レーダ装置における測角処理では、まず、図２０（ｂ）に示すような受信データが取得される（ステップＳ４１）。次いで、フーリエ変換が行われる（ステップＳ４２）。次いで、図２０（ｃ）に示すようなピーク値の抽出が行われる（ステップＳ４３）。次いで、Ｍセルの抽出が行われる（ステップＳ４４）。次いで、逆フーリエ変換（逆ＦＦＴ）が行われる（ステップＳ４５）。これにより、図２０（ｄ）に破線で示すような、補正前の波面データＸ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ）が得られる。
【００９７】
一方、目標方向に依存しない波面データの補正量を算出するために、図２０（ｅ）に示すように、Ｍセルの信号をゼロ周波数に移動し、その後、逆フーリエ変換が行われる（ステップＳ４６）。次いで、図２０（ｆ）に実線で示すような補正値が算出される（ステップＳ４７）。次いで、補正演算が実行される（ステップＳ４８）。これにより図２０（ｄ）に実直線で示すような補正後波面データＸｃが得られる。以上の動作は、実施例５に係るレーダ装置の動作と同じである。
【００９８】
補正後波面データＸｃが得られると、この補正後波面データＸｃから目標方向に対応する位相傾きを算出するために、次式を用いて、探索用波面の位相傾きを順次変化させながら、補正後波面データＸｃと共役値とを乗算した後、加算する処理が行われる。
【数１５】
0004976968.tif 000016
【００９９】
ここで、
Ｘｃ；補正後波面データ
Ｓｍ；探索用波面データ（ｍ＝１〜Ｍ）
＊  ；複素共役
具体的には、まず、補正後波面と探索波面の共役演算が行われる（ステップＳ５１）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ＳＡＲデータ補正処理部５２から送られてくる補正後波面データＸｃと探索用波面データＳｍとの共役演算を実行する。次いで、演算結果が保存される（ステップＳ５２）。ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、ステップＳ５１で得られた演算結果を内部のメモリ（図示しない）に保存する。
【０１００】
次いで、全ての探索波面に対する処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ５３）。ステップＳ５３において、全ての探索波面に対する処理が終了していないことが判断されると、探索波面が次の波面に変更される（ステップＳ５４）。その後、ステップＳ５１に戻り、上述した処理が繰り返される。
【０１０１】
一方、ステップＳ５３において、全ての探索波面に対する処理が終了したことが判断されると、Σの最大値（またはΔの最小値）が抽出される（ステップＳ５５）。すなわち、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、Σｓが最大になるｍmaxを算出して、目標を検出するとともに、次式により、図２０（ｇ）に示すように、目標方向を算出できる。
【数１６】
0004976968.tif 000017
【０１０２】
次いで、全てのレンジに対する処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１４）。このステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了していないことが判断されると、処理対象が次のレンジに変更される（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ４２に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ１４において、全てのレンジに対する処理が終了したことが判断されると、検出処理が実行される（ステップＳ１６）。次いで、測角計算が行われる（ステップＳ１７）。以上により、測角処理は終了する。
【０１０３】
なお、目標の検出はΣｓを用いて行われるが、探索用ビームとしてΔビームを用いる場合は、次式が使用される。
【数１７】
0004976968.tif 000018
【０１０４】
ここで、
Ｘｃ；補正後波面データ
Ｄｍ；探索用波面データ（ｍ＝１〜Ｍ）
この場合、ＳＡＲ検出／測角処理部５３は、Δｓが最小になるｍを算出して、目標を検出するとともに、次式により、図２０（ｈ）に示すように、目標方向を算出できる。
【数１８】
0004976968.tif 000019
【０１０５】
なお、上述した実施例７では、波面の位相傾きを、探索用波面を用いて算出する方法について説明したが、波面の傾きにより測角演算するのが主旨であるため、波面の位相データより、最小２乗直線を算出して、波面の傾きを算出する方法を採用することもできる。
【０１０６】
また、ＳＡＲ測角値θのアンビギュイティに対する対策として、測角値合成部５４で行われるＳＡＲ測角値θとモノパルス測角値φとの測角値合成は、実施例１に係るレーダ装置と同様である。
【０１０７】
さらに、上述した実施例７では、補正後波面データを用いる方法について述べたが、処理規模を削減するために、補正前波面データを用いるように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施例１に係るレーダ装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係るレーダ装置における測角の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１に係るレーダ装置において合成測角値を求める動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２に係るレーダ装置における測角の原理を説明するための図である。
【図７】本発明の実施例２に係るレーダ装置において行われる誤差電圧を用いて高精度のドップラ周波数を求める処理を説明するための図である。
【図８】本発明の実施例３に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例３に係るレーダ装置における測角の原理を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例３に係るレーダ装置において行われる誤差電圧を用いて高精度のドップラ周波数を求める処理を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施例４に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例４に係るレーダ装置において、重心を用いて高精度のドップラ周波数を求める処理を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施例５に係るレーダ装置の電気的な構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施例５に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施例５に係るレーダ装置における測角の原理を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施例６の第１の例に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施例６の第２の例に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の実施例６の第３の例に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図１９】本発明の実施例７に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施例７に係るレーダ装置における測角の原理を説明するための図である。
【図２１】従来のレーダ装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図２２】従来のレーダ装置で行われるモノパルス測角の原理を示す図である。
【図２３】従来のレーダ装置の動作を、測角処理を中心に示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０９】
１  信号生成／増幅器
２  サーキュレータ
３  空中線３
４１〜４３  周波数変換／ＡＤ変換器
５ａ、５ｂ  信号処理器
５１  検出／測角処理部
５２  ＳＡＲデータ補正処理部
５３  ＳＡＲ検出／測角処理部
５４  測角値合成部
【図１】
0004976968.tif 000020
【図２】
0004976968.tif 000021
【図３】
0004976968.tif 000022
【図４】
0004976968.tif 000023
【図５】
0004976968.tif 000024
【図６】
0004976968.tif 000025
【図７】
0004976968.tif 000026
【図８】
0004976968.tif 000027
【図９】
0004976968.tif 000028
【図１０】
0004976968.tif 000029
【図１１】
0004976968.tif 000030
【図１２】
0004976968.tif 000031
【図１３】
0004976968.tif 000032
【図１４】
0004976968.tif 000033
【図１５】
0004976968.tif 000034
【図１６】
0004976968.tif 000035
【図１７】
0004976968.tif 000036
【図１８】
0004976968.tif 000037
【図１９】
0004976968.tif 000038
【図２０】
0004976968.tif 000039
【図２１】
0004976968.tif 000040
【図２２】
0004976968.tif 000041
【図２３】
0004976968.tif 000042