(57)【要約】  連続光をパルス変調することで生成された送信パルス光が計測対象によって散乱された光である散乱パルス光と、連続光とのヘテロダイン検波により得られた受信信号を複素信号に変換し、複素信号を出力する複素信号生成部（２９）と、複素信号生成部（２９）から出力された複素信号における実部の信号と複素信号における虚部の信号とから、複素信号の位相データを算出する位相データ算出部（３０）と、位相データ算出部（３０）により算出された位相データに基づいて、受信信号の周波数を算出する周波数算出部（３１）と、周波数算出部（３１）により算出された受信信号の周波数から、計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、ドップラシフト周波数から計測対象の移動速度を算出する移動速度算出部（３２）とを備えるように、信号処理装置（２０）を構成した。
2020261391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続光をパルス変調することで生成された送信パルス光が計測対象によって散乱された光である散乱パルス光と、前記連続光とのヘテロダイン検波により得られた受信信号を複素信号に変換し、前記複素信号を出力する複素信号生成部と、
前記複素信号生成部から出力された複素信号における実部の信号と前記複素信号における虚部の信号とから、前記複素信号の位相データを算出する位相データ算出部と、
前記位相データ算出部により算出された位相データに基づいて、前記受信信号の周波数を算出する周波数算出部と、
前記周波数算出部により算出された受信信号の周波数から、前記計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、前記ドップラシフト周波数から前記計測対象の移動速度を算出する移動速度算出部と
を備えた信号処理装置。
【請求項２】
前記複素信号生成部は、前記受信信号が得られる毎に、得られた受信信号を複素信号に変換して、前記複素信号を出力し、
前記位相データ算出部は、前記複素信号生成部から複素信号が出力される毎に、出力された複素信号における実部の信号と、出力された複素信号における虚部の信号とから、出力された複素信号の位相データを算出し、
前記周波数算出部は、前記位相データ算出部により位相データが算出される毎に、算出された位相データに基づいて、得られた受信信号の周波数を算出し、算出した複数の周波数の確率密度分布を生成し、
前記移動速度算出部は、前記周波数算出部により生成された確率密度分布のピーク周波数から前記ドップラシフト周波数を算出することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記位相データ算出部は、前記位相データを線形波形の位相データに変換し、
前記周波数算出部は、前記線形波形の位相データの傾きに基づいて、前記受信信号の周波数を算出することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記受信信号を周波数領域の信号に変換し、前記周波数領域の信号を出力する周波数領域信号出力部と、
前記周波数領域信号出力部から出力された周波数領域の信号に基づいて、前記計測対象との距離を含むレンジビンを特定するレンジビン特定処理部と、
前記受信信号の中から、前記レンジビン特定処理部により特定されたレンジビンの受信信号を切り出し、切り出した受信信号を前記複素信号生成部に出力する信号分割部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
【請求項５】
複素信号生成部が、連続光をパルス変調することで生成された送信パルス光が計測対象によって散乱された光である散乱パルス光と、前記連続光とのヘテロダイン検波により得られた受信信号を複素信号に変換して、前記複素信号を出力し、
位相データ算出部が、前記複素信号生成部から出力された複素信号における実部の信号と前記複素信号における虚部の信号とから、前記複素信号の位相データを算出し、
周波数算出部が、前記位相データ算出部により算出された位相データに基づいて、前記受信信号の周波数を算出し、
移動速度算出部が、前記周波数算出部により算出された受信信号の周波数から、前記計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、前記ドップラシフト周波数から前記計測対象の移動速度を算出する
信号処理方法。
【請求項６】
連続光をパルス変調することで、送信パルス光を生成する送信パルス光生成部と、
前記送信パルス光生成部により生成された送信パルス光を放射したのち、計測対象によって散乱された前記送信パルス光である散乱パルス光を受信し、前記散乱パルス光と前記連続光とのヘテロダイン検波によって受信信号を得る送受信部と、
前記送受信部により得られた受信信号を複素信号に変換し、前記複素信号を出力する複素信号生成部と、
前記複素信号生成部から出力された複素信号における実部の信号と前記複素信号における虚部の信号とから、前記複素信号の位相データを算出する位相データ算出部と、
前記位相データ算出部により算出された位相データに基づいて、前記受信信号の周波数を算出する周波数算出部と、
前記周波数算出部により算出された受信信号の周波数から、前記計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、前記ドップラシフト周波数から前記計測対象の移動速度を算出する移動速度算出部と
を備えたレーダ装置。
【請求項７】
前記複素信号生成部は、前記送受信部により受信信号が得られる毎に、得られた受信信号を複素信号に変換して、前記複素信号を出力し、
前記位相データ算出部は、前記複素信号生成部から複素信号が出力される毎に、出力された複素信号における実部の信号と、出力された複素信号における虚部の信号とから、出力された複素信号の位相データを算出し、
前記周波数算出部は、前記位相データ算出部により位相データが算出される毎に、算出された位相データに基づいて、得られた受信信号の周波数を算出し、算出した複数の周波数の確率密度分布を生成し、
前記移動速度算出部は、前記周波数算出部により生成された確率密度分布のピーク周波数から前記ドップラシフト周波数を算出することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記位相データ算出部は、前記位相データを線形波形の位相データに変換し、
前記周波数算出部は、前記線形波形の位相データの傾きに基づいて、前記受信信号の周波数を算出することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記送受信部により得られた受信信号を周波数領域の信号に変換し、前記周波数領域の信号を出力する周波数領域信号出力部と、
前記周波数領域信号出力部から出力された周波数領域の信号に基づいて、前記計測対象との距離を含むレンジビンを特定するレンジビン特定処理部と、
前記送受信部により得られた受信信号の中から、前記レンジビン特定処理部により特定されたレンジビンの受信信号を切り出し、切り出した受信信号を前記複素信号生成部に出力する信号分割部とを備えたことを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記レンジビン特定処理部によってレンジビンが特定されたのち、前記送信パルス光生成部により生成される送信パルス光のパルス幅が狭くなるように、前記送信パルス光生成部を制御するパルス幅制御部を備えたことを特徴とする請求項９記載のレーダ装置。
【請求項１１】
前記送受信部から放射される送信パルス光の指向方向を制御する指向方向制御部を備えたことを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項１２】
前記送受信部は、前記送信パルス光生成部により生成された送信パルス光を互いに異なる方向に放射する複数のテレスコープを備えたことを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、計測対象の移動速度を算出する信号処理装置、信号処理方法及びレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、被検出物体との相対速度を算出する車載電波パルスレーダ装置が開示されている。
特許文献１に開示されている車載電波パルスレーダ装置では、信号処理装置が、受信ミキサによって生成されたビート信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）することで、被検出物体の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出する。そして、この信号処理装置は、算出したドップラシフト周波数から、被検出物体との相対速度を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている車載電波パルスレーダ装置では、送信アンテナから放射される送信パルスのパルス幅を狭くすれば、被検出物体に対する空間分解能を高めて、被検出物体が存在するレンジビン内への大気エコーの混入を低減することができる。しかし、送信パルスのパルス幅を狭くすることで、信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が低下する。ＳＮＲが低下している状況では、被検出物体における送信パルスの反射率と、大気における送信パルスの反射率との差異が小さい場合、被検出物体と大気との区別が困難になり、被検出物体との相対速度を誤算出しまうことがあるという課題があった。【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、計測対象における光の反射率と、大気における光の反射率との差異が小さい場合でも、計測対象における移動速度の誤算出を防ぐことができる信号処理装置、信号処理方法及び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】
【０００６】
この発明に係る信号処理装置は、連続光をパルス変調することで生成された送信パルス光が計測対象によって散乱された光である散乱パルス光と、連続光とのヘテロダイン検波により得られた受信信号を複素信号に変換し、複素信号を出力する複素信号生成部と、複素信号生成部から出力された複素信号における実部の信号と複素信号における虚部の信号とから、複素信号の位相データを算出する位相データ算出部と、位相データ算出部により算出された位相データに基づいて、受信信号の周波数を算出する周波数算出部と、周波数算出部により算出された受信信号の周波数から、計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、ドップラシフト周波数から計測対象の移動速度を算出する移動速度算出部とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、計測対象における光の反射率と、大気における光の反射率との差異が小さい場合でも、計測対象における移動速度の誤算出を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る信号処理装置２０を含むレーダ装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１に係る信号処理装置２０の一部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
【図３】信号処理装置２０の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
【図４】図４Ａは、図１に示すレーダ装置から放射された送信パルス光と、海面によって散乱された送信パルス光である散乱パルス光と、大気によって散乱された送信パルス光である散乱パルス光とを示す説明図、図４Ｂは、図１に示すレーダ装置における散乱パルス光の受信信号の一例を示す説明図、図４Ｃは、周波数領域信号出力部２４から出力された周波数領域の信号の一例を示す説明図である。
【図５】信号処理装置２０におけるレンジビン特定部２３の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】信号処理装置２０における速度算出部２８の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７Ａは、計測対象計測時のスペクトルピークデータＡＳ＿ＨＴ（Ｌ）及び大気計測時のスペクトルピークデータＡＳ＿ｗｉｎｄ（Ｌ）を示す説明図、図７Ｂは、差分ΔＡＳ（Ｌ）及び閾値Ｔｈを示す説明図である。
【図８】図８Ａは、信号分割部２２により切り出されたデジタル信号Ｖｎ（ｔ）を示す説明図、図８Ｂは、複素信号における実部の信号Ｖｒｅａｌ；ｎ（ｔ）と複素信号における虚部の信号Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）とを示す説明図、図８Ｃは、略線形波形の位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）を示す説明図、図８Ｄは、周波数算出部３１により生成された確率密度分布ｐ（ｆＩＦ）を示す説明図である。
【図９】実施の形態２に係る信号処理装置２０を含むレーダ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る信号処理装置２０を含むレーダ装置を示す構成図である。
図２は、実施の形態１に係る信号処理装置２０の一部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図１に示すレーダ装置は、計測対象の移動速度を算出する装置であり、計測対象は、海面又は雨滴等の液体であってもよいし、航空機又は船舶等の個体であってもよい。
図１において、送信パルス光生成部１は、光源２、光分配器３及びパルス変調器４を備えている。
送信パルス光生成部１は、単一周波数の連続光を発振して、連続光から送信パルス光を生成し、送信パルス光を、後述する送受信部５の送信側光学系６に出力する。
光源２は、単一周波数の連続光を発振し、連続光を光分配器３に出力する。
光分配器３は、光源２から出力された連続光を２つに分配して、一方の連続光をパルス変調器４に出力し、他方の連続光を、送受信部５の後述する光カプラ１１に出力する。
パルス変調器４は、後述するトリガ生成回路３３から出力されたトリガ信号を受けると、光分配器３から出力された連続光に対するパルス変調を開始して、送信パルス光を繰り返し生成する。
また、パルス変調器４は、生成した送信パルス光の周波数を無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の周波数にアップコンバートし、アップコンバート後の送信パルス光を送受信部５の送信側光学系６に出力する。
【００１１】
送受信部５は、送信側光学系６、送受分離部７、テレスコープ８、スキャナ９、受信側光学系１０、光カプラ１１及び受光部１２を備えている。
送受信部５は、送信パルス光生成部１により生成された送信パルス光を放射したのち、計測対象によって散乱された送信パルス光である散乱パルス光を受信する。
送受信部５は、受信した散乱パルス光と、送信パルス光生成部１の光分配器３から出力された連続光とのヘテロダイン検波によって受信信号を得る。
送受信部５は、受信信号を、後述する信号処理装置２０のアナログデジタル変換部（以下、「ＡＤ変換部」と称する）２１に出力する。
【００１２】
送信側光学系６は、パルス変調器４から出力された送信パルス光の全体が、テレスコープ８の入出口８ａに収まるように、パルス変調器４から出力された送信パルス光のビーム径を調整し、ビーム径調整後の送信パルス光を送受分離部７に出力する。
送受分離部７は、送信側光学系６から出力された送信パルス光を、テレスコープ８の入出口８ａに出力し、テレスコープ８の入出口８ａから出力された散乱パルス光を受信側光学系１０に出力する。
【００１３】
テレスコープ８は、入出口８ａ，８ｂを備えている。
テレスコープ８は、送受分離部７から入出口８ａに送信パルス光が出力されると、送信パルス光のビーム径を拡大し、入出口８ｂからビーム径拡大後の送信パルス光をスキャナ９に出力する。
テレスコープ８は、スキャナ９から入出口８ｂに散乱パルス光が出力されると、散乱パルス光のビーム径を縮小し、入出口８ａからビーム径縮小後の散乱パルス光を送受分離部７に出力する。
【００１４】
スキャナ９は、後述する指向方向制御部３４から出力された制御信号に従って送信パルス光の指向方向を変更する。送信パルス光の指向方向は、方位角及び仰角によって表される。
スキャナ９は、送信パルス光を大気中に放射する。スキャナ９から放射された送信パルス光は、計測対象によって散乱、又は、大気によって散乱される。計測対象によって散乱された送信パルス光、又は、大気によって散乱された送信パルス光は、散乱パルス光としてスキャナ９に戻ってくる。
スキャナ９は、戻ってきた散乱パルス光を受信し、受信した散乱パルス光をテレスコープ８の入出口８ｂに出力する。
【００１５】
受信側光学系１０は、送受分離部７から出力された散乱パルス光の全体が、光カプラ１１の入力口１１ａに収まるように、送受分離部７から出力された散乱パルス光のビーム径を調整し、ビーム径調整後の散乱パルス光を光カプラ１１の入力口１１ａに出力する。
光カプラ１１は、入出口１１ａを備えている。
光カプラ１１は、受信側光学系１０から出力された散乱パルス光と、光分配器３から出力された連続光とを合波し、散乱パルス光と連続光との合波光を受光部１２に出力する。合波光の周波数は、散乱パルス光の周波数と連続光の周波数との差周波である。
受光部１２は、光カプラ１１から出力された合波光を電気信号に変換し、電気信号である受信信号をＡＤ変換部２１に出力する。
【００１６】
信号処理装置２０は、ＡＤ変換部２１、信号分割部２２、レンジビン特定部２３、パルス幅制御部２７及び速度算出部２８を備えている。
ＡＤ変換部２１は、トリガ生成回路３３から出力されたトリガ信号を受けると、受光部１２から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する処理を開始し、デジタル信号を信号分割部２２に出力する。
【００１７】
信号分割部２２は、例えば、図２に示す信号分割回路４１によって実現される。
信号分割部２２は、レンジビン特定部２３の後述するレンジビン情報出力部２６ｂから、未だ、計測対象との距離を含むレンジビンを示すレンジビン情報が出力されていなければ、ＡＤ変換部２１から出力されたデジタル信号を、レンジビン特定部２３の後述する周波数領域信号出力部２４に出力する。
信号分割部２２は、レンジビン情報出力部２６ｂからレンジビン情報が出力されると、ＡＤ変換部２１からデジタル信号が出力される毎に、出力されたデジタル信号の中から、レンジビン情報が示すレンジビンのデジタル信号の切り出しを行う。
信号分割部２２は、切り出したデジタル信号を、速度算出部２８の後述する複素信号生成部２９に出力する。
【００１８】
レンジビン特定部２３は、周波数領域信号出力部２４及びレンジビン特定処理部２５を備えている。
周波数領域信号出力部２４は、例えば、図２に示す周波数領域信号出力回路４２によって実現される。
周波数領域信号出力部２４は、信号分割部２２から出力されたデジタル信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）することで、デジタル信号を周波数領域の信号に変換する。周波数領域の信号は、複数の周波数におけるそれぞれの光強度を示す信号である。
周波数領域信号出力部２４は、周波数領域の信号を、レンジビン特定処理部２５の後述する距離特性算出部２６ａに出力する。
【００１９】
レンジビン特定処理部２５は、距離特性算出部２６ａ及びレンジビン情報出力部２６ｂを備えている。
レンジビン特定処理部２５は、周波数領域信号出力部２４から出力された周波数領域の信号に基づいて、計測対象との距離を含むレンジビンを特定する。
【００２０】
距離特性算出部２６ａは、例えば、図２に示す距離特性算出回路４３によって実現される。
距離特性算出部２６ａは、周波数領域信号出力部２４から周波数領域の信号を受けると、周波数領域の信号から、それぞれの周波数に対応するレンジビンのスペクトルピーク値を特定する。
距離特性算出部２６ａは、特定したそれぞれのレンジビンのスペクトルピーク値を、大気計測時のスペクトルピークデータ、又は、計測対象計測時のスペクトルピークデータとして、レンジビン情報出力部２６ｂに出力する。
【００２１】
レンジビン情報出力部２６ｂは、例えば、図２に示すレンジビン情報出力回路４４によって実現される。
レンジビン情報出力部２６ｂは、距離特性算出部２６ａから、大気計測時のスペクトルピークデータを受けると、大気計測時のスペクトルピークデータを保存し、大気計測が完了した旨を示す完了信号を指向方向制御部３４に出力する。
レンジビン情報出力部２６ｂは、距離特性算出部２６ａから、計測対象計測時のスペクトルピークデータを受けると、計測対象計測時のスペクトルピークデータと、保存していた大気計測時のスペクトルピークデータとから、計測対象との距離を含むレンジビンを特定する。
レンジビン情報出力部２６ｂは、特定したレンジビンを示すレンジビン情報を信号分割部２２及び移動速度算出部３２のそれぞれに出力し、レンジビンの特定が完了した旨を示す完了信号をパルス幅制御部２７に出力する。
【００２２】
パルス幅制御部２７は、例えば、図２に示すパルス幅制御回路４５によって実現される。
パルス幅制御部２７は、レンジビン情報出力部２６ｂによってレンジビンが特定されたのち、パルス幅を狭くする旨を示す制御信号をトリガ生成回路３３に出力することで、送信パルス光生成部１のパルス変調器４により生成される送信パルス光のパルス幅を狭くさせる。
パルス幅制御部２７は、パルス幅を狭くする旨を示す制御信号を信号分割部２２にも出力する。
【００２３】
速度算出部２８は、複素信号生成部２９、位相データ算出部３０、周波数算出部３１及び移動速度算出部３２を備えている。
複素信号生成部２９は、例えば、図２に示す複素信号生成回路４６によって実現される。
複素信号生成部２９は、信号分割部２２から、切り出されたデジタル信号が出力される毎に、出力されたデジタル信号を複素信号に変換する。
複素信号生成部２９は、複素信号を位相データ算出部３０に出力する。
【００２４】
位相データ算出部３０は、例えば、図２に示す位相データ算出回路４７によって実現される。
位相データ算出部３０は、複素信号生成部２９から複素信号が出力される毎に、出力された複素信号における実部の信号と、出力された複素信号における虚部の信号とから、出力された複素信号の位相データを算出する。
位相データ算出部３０は、出力された複素信号の位相データを周波数算出部３１に出力する。
【００２５】
周波数算出部３１は、例えば、図２に示す周波数算出回路４８によって実現される。
周波数算出部３１は、位相データ算出部３０により位相データが算出される毎に、算出された位相データに基づいて、送受信部５の受光部１２から出力された受信信号の周波数を算出し、算出した周波数を保存する。
周波数算出部３１は、Ｎ個の周波数を保存すると、Ｎ個の周波数の確率密度分布を生成し、確率密度分布を移動速度算出部３２に出力する。Ｎは、２以上の整数である。
【００２６】
移動速度算出部３２は、例えば、図２に示す移動速度算出回路４９によって実現される。
移動速度算出部３２は、周波数算出部３１により生成された確率密度分布のピーク周波数から、計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出する。
移動速度算出部３２は、ドップラシフト周波数から計測対象の移動速度を算出する。
移動速度算出部３２は、算出した移動速度及びレンジビン情報出力部２６ｂから出力されたレンジビン情報が示すレンジビンのそれぞれを外部に出力する。または、移動速度算出部３２は、算出した移動速度及びレンジビン情報が示すレンジビンのそれぞれを図示せぬ表示器等に表示させる。
【００２７】
トリガ生成回路３３は、動作の開始を指示するトリガ信号をパルス変調器４、ＡＤ変換部２１及び指向方向制御部３４のそれぞれに出力する。
また、トリガ生成回路３３は、送信パルス光のパルス幅が初期値になるように、パルス変調器４を制御する制御信号をパルス変調器４に出力する。
パルス幅の初期値は、例えば、トリガ生成回路３３の内部メモリに格納されていてもよいし、図１に示すレーダ装置の外部から与えられるものであってもよい。
トリガ生成回路３３は、パルス幅制御部２７から、パルス幅を狭くする旨を示す制御信号を受けると、パルス変調器４によるパルス変調を制御して、パルス変調器４により生成される送信パルス光のパルス幅を初期値よりも狭くさせる。
【００２８】
指向方向制御部３４は、トリガ生成回路３３からトリガ信号を受けると、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在していない方向となるようにスキャナ９を制御する制御信号をスキャナ９に出力する。
指向方向制御部３４は、レンジビン情報出力部２６ｂから、大気計測が完了した旨を示す完了信号を受けると、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在している方向となるようにスキャナ９を制御する制御信号をスキャナ９に出力する。
計測対象が存在している方向は、指向方向制御部３４の内部メモリに格納されていてもよいし、図１に示すレーダ装置の外部から与えられるものであってもよい。
【００２９】
図１では、信号処理装置２０の一部の構成要素である信号分割部２２、周波数領域信号出力部２４、距離特性算出部２６ａ、レンジビン情報出力部２６ｂ、パルス幅制御部２７、複素信号生成部２９、位相データ算出部３０、周波数算出部３１及び移動速度算出部３２のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、信号処理装置２０の一部が、信号分割回路４１、周波数領域信号出力回路４２、距離特性算出回路４３、レンジビン情報出力回路４４、パルス幅制御回路４５、複素信号生成回路４６、位相データ算出回路４７、周波数算出回路４８及び移動速度算出回路４９によって実現されるものを想定している。
【００３０】
ここで、信号分割回路４１、周波数領域信号出力回路４２、距離特性算出回路４３、レンジビン情報出力回路４４、パルス幅制御回路４５、複素信号生成回路４６、位相データ算出回路４７、周波数算出回路４８及び移動速度算出回路４９のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【００３１】
信号処理装置２０の一部の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、信号処理装置２０の一部がソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
図３は、信号処理装置２０の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
【００３２】
信号処理装置２０の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、信号分割部２２、周波数領域信号出力部２４、距離特性算出部２６ａ、レンジビン情報出力部２６ｂ、パルス幅制御部２７、複素信号生成部２９、位相データ算出部３０、周波数算出部３１及び移動速度算出部３２の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ５１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ５２がメモリ５１に格納されているプログラムを実行する。
【００３３】
また、図２では、信号処理装置２０の一部の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図３では、信号処理装置２０の一部がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、信号処理装置２０の一部におけるいずれかの構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。
【００３４】
図１に示すレーダ装置では、例えば、図４Ａに示すように、海面を計測対象とすることができる。計測対象が海面であれば、図１に示すレーダ装置が、海面の移動速度Ｖを算出する。
図４Ａは、図１に示すレーダ装置から放射された送信パルス光と、海面によって散乱された送信パルス光である散乱パルス光（以下、「海面からの散乱パルス光」と称する）と、大気によって散乱された送信パルス光である散乱パルス光（以下、「大気からの散乱パルス光」と称する）とを示す説明図である。
図４Ａに示すように、海面からの散乱パルス光と、大気からの散乱パルス光とが同一のレンジビン内の散乱パルス光であれば、図１に示すレーダ装置における散乱パルス光の受信信号は、図４Ｂのように表される。
図４Ｂは、図１に示すレーダ装置における散乱パルス光の受信信号の一例を示す説明図である。
【００３５】
次に、図１に示すレーダ装置の動作について説明する。
図１に示すレーダ装置は、説明の簡単化のため、例えば、計測対象である海面の上空で停止しているものとする。図１に示すレーダ装置が、海面の上空を移動していてもよいことは言うまでもない。
図５は、信号処理装置２０におけるレンジビン特定部２３の処理手順を示すフローチャートである。
図６は、信号処理装置２０における速度算出部２８の処理手順を示すフローチャートである。
まず、トリガ生成回路３３は、動作の開始を指示するトリガ信号をパルス変調器４、ＡＤ変換部２１及び指向方向制御部３４のそれぞれに出力する。
また、トリガ生成回路３３は、送信パルス光のパルス幅が初期値になるように、パルス変調器４を制御する制御信号をパルス変調器４に出力する。
指向方向制御部３４は、トリガ生成回路３３からトリガ信号を受けると、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在していない方向となるようにスキャナ９を制御する制御信号をスキャナ９に出力する。
図４Ａに示すように、図１に示すレーダ装置が、海面の上空で停止しており、計測対象が海面であれば、指向方向制御部３４は、送信パルス光の指向方向が、海面と水平な方向となるように、スキャナ９を制御する。
ここでは、指向方向制御部３４が、送信パルス光の指向方向が、海面と水平な方向となるように、スキャナ９を制御している。送信パルス光の指向方向が、海面に向いていなければよく、指向方向制御部３４は、例えば、送信パルス光の指向方向が、図１に示すレーダ装置よりも高度が高い方向となるように、スキャナ９を制御してもよい。
【００３６】
光源２は、単一周波数の連続光を発振し、連続光を光分配器３に出力する。
光分配器３は、光源２から連続光を受けると、連続光を２つに分配して、一方の連続光をパルス変調器４に出力し、他方の連続光を送受信部５の光カプラ１１に出力する。
パルス変調器４は、トリガ生成回路３３からトリガ信号を受けると、光分配器３から出力された連続光に対するパルス変調を開始する。
パルス変調器４は、トリガ生成回路３３から出力された制御信号に従って、初期値のパルス幅を有する送信パルス光を生成する。
また、パルス変調器４は、生成した送信パルス光の周波数をΔｆだけアップコンバートすることで、生成した送信パルス光の周波数をＲＦ帯の周波数に変換し、ＲＦ帯の周波数を有する送信パルス光を送受信部５の送信側光学系６に出力する。
図１に示すレーダ装置では、パルス変調器４が、送信パルス光の周波数をΔｆだけアップコンバートしているが、送信パルス光の周波数をΔｆだけアップコンバートせずに、送信パルス光を送信側光学系６に出力するようにしてもよい。
【００３７】
送信側光学系６は、パルス変調器４から送信パルス光を受けると、送信パルス光の全体が、テレスコープ８の入力口８ａに収まるように、送信パルス光のビーム径を調整する。
送信側光学系６は、ビーム径調整後の送信パルス光を送受分離部７に出力する。
送受分離部７は、送信側光学系６からビーム径調整後の送信パルス光を受けると、ビーム径調整後の送信パルス光をテレスコープ８の入力口８ａに出力する。
テレスコープ８は、送受分離部７から入力口８ａに送信パルス光が出力されると、送信パルス光のビーム径を拡大し、入力口８ｂからビーム径拡大後の送信パルス光をスキャナ９に出力する。
【００３８】
スキャナ９は、指向方向制御部３４から出力された制御信号に従って送信パルス光の指向方向を設定し、テレスコープ８の入力口８ｂから出力された送信パルス光を、計測対象が存在していない方向の大気中に放射する。
スキャナ９から放射された送信パルス光は、大気によって散乱される。大気によって散乱された送信パルス光は、散乱パルス光としてスキャナ９に戻ってくる。
スキャナ９は、戻ってきた散乱パルス光を受信し、受信した散乱パルス光をテレスコープ８の入力口８ｂに出力する。
テレスコープ８は、スキャナ９から入力口８ｂに散乱パルス光が出力されると、散乱パルス光のビーム径を縮小し、入力口８ａからビーム径縮小後の散乱パルス光を送受分離部７に出力する。
【００３９】
送受分離部７は、テレスコープ８の入力口８ａから出力された散乱パルス光を受信側光学系１０に出力する。
受信側光学系１０は、送受分離部７から散乱パルス光を受けると、散乱パルス光の全体が、光カプラ１１の入力口１１ａに収まるように、送受分離部７から出力された散乱パルス光のビーム径を調整し、ビーム径調整後の散乱パルス光を光カプラ１１の入力口１１ａに出力する。
【００４０】
光カプラ１１は、受信側光学系１０から出力された散乱パルス光と、光分配器３から出力された連続光とを合波する。
光カプラ１１は、散乱パルス光と連続光との合波光を受光部１２に出力する。合波光の周波数は、散乱パルス光の周波数と送信パルス光の周波数との差周波である。差周波は、パルス変調器４によるアップコンバート分の周波数Δｆと、大気の移動に伴って生じるドップラシフト周波数との総和である。
受光部１２は、光カプラ１１から合波光を受けると、合波光を電気信号に変換し、電気信号である受信信号をＡＤ変換部２１に出力する。
【００４１】
ＡＤ変換部２１は、トリガ生成回路３３から出力されたトリガ信号を受けると、受光部１２から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する処理を開始し、デジタル信号を信号分割部２２に出力する。
信号分割部２２は、レンジビン情報出力部２６ｂから、未だ、計測対象との距離を含むレンジビンを示すレンジビン情報が出力されていなければ、ＡＤ変換部２１から出力されたデジタル信号を周波数領域信号出力部２４に出力する。
この段階では、未だ、レンジビン情報出力部２６ｂからレンジビン情報が出力されていないため、信号分割部２２は、デジタル信号を周波数領域信号出力部２４に出力する。
【００４２】
周波数領域信号出力部２４は、信号分割部２２からデジタル信号を受けると、デジタル信号をＦＦＴすることで、デジタル信号を周波数領域の信号に変換する（図５のステップＳＴ１）。周波数領域の信号は、複数の周波数におけるそれぞれの光強度を示す信号である。
周波数領域信号出力部２４は、周波数領域の信号をレンジビン特定処理部２５の距離特性算出部２６ａに出力する。
【００４３】
距離特性算出部２６ａは、周波数領域信号出力部２４から周波数領域の信号を受けると、周波数領域の信号から、それぞれの周波数に対応するレンジビンのスペクトルピーク値を特定する（図５のステップＳＴ２）。
距離特性算出部２６ａは、図７Ａに示すように、それぞれのレンジビンのスペクトルピーク値を、大気計測時のスペクトルピークデータＡＳ＿ｗｉｎｄ（Ｌ）として、レンジビン情報出力部２６ｂに出力する。Ｌは、レンジビンである。
図７Ａは、計測対象計測時のスペクトルピークデータＡＳ＿ＨＴ（Ｌ）及び大気計測時のスペクトルピークデータＡＳ＿ｗｉｎｄ（Ｌ）を示す説明図である。
【００４４】
レンジビン情報出力部２６ｂは、距離特性算出部２６ａから大気計測時のスペクトルピークデータＡＳ＿ｗｉｎｄ（Ｌ）を受けると、大気計測時のスペクトルピークデータＡＳ＿ｗｉｎｄ（Ｌ）を保存する。
また、レンジビン情報出力部２６ｂは、大気計測が完了した旨を示す完了信号を指向方向制御部３４に出力する（図５のステップＳＴ３）。
指向方向制御部３４は、レンジビン情報出力部２６ｂから、大気計測が完了した旨を示す完了信号を受けると、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在している方向となるようにスキャナ９を制御する制御信号をスキャナ９に出力する。
【００４５】
スキャナ９は、指向方向制御部３４から出力された制御信号に従って送信パルス光の指向方向を変更し、テレスコープ８から出力された送信パルス光を、計測対象が存在している方向の大気中に放射する。
スキャナ９から放射された送信パルス光は、計測対象によって散乱、又は、大気によって散乱される。計測対象によって散乱された送信パルス光、又は、大気によって散乱された送信パルス光は、散乱パルス光としてスキャナ９に戻ってくる。
スキャナ９は、戻ってきた散乱パルス光を受信し、受信した散乱パルス光をテレスコープ８の入出口８ｂに出力する。
テレスコープ８は、スキャナ９から入力口８ｂに散乱パルス光が出力されると、散乱パルス光のビーム径を縮小し、ビーム径縮小後の散乱パルス光を送受分離部７に出力する。
【００４６】
送受分離部７は、テレスコープ８の入力口８ａから出力された散乱パルス光を受信側光学系１０に出力する。
受信側光学系１０は、送受分離部７から散乱パルス光を受けると、散乱パルス光の全体が、光カプラ１１の入力口１１ａに収まるように、送受分離部７から出力された散乱パルス光のビーム径を調整し、ビーム径調整後の散乱パルス光を光カプラ１１の入力口１１ａに出力する。
【００４７】
光カプラ１１は、受信側光学系１０から出力された散乱パルス光と、光分配器３から出力された連続光とを合波する。
光カプラ１１は、散乱パルス光と連続光との合波光を受光部１２に出力する。合波光の周波数は、散乱パルス光の周波数と送信パルス光の周波数との差周波である。差周波は、パルス変調器４によるアップコンバート分の周波数Δｆと大気の移動に伴って生じるドップラシフト周波数との総和、又は、アップコンバート分の周波数Δｆと計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数ｆＤＯＰとの総和である。
受光部１２は、光カプラ１１から合波光を受けると、合波光を電気信号に変換し、電気信号である受信信号をＡＤ変換部２１に出力する。
【００４８】
ＡＤ変換部２１は、受光部１２から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を信号分割部２２に出力する。
信号分割部２２は、レンジビン情報出力部２６ｂから、未だ、計測対象との距離を含むレンジビンを示すレンジビン情報が出力されていなければ、ＡＤ変換部２１から出力されたデジタル信号を周波数領域信号出力部２４に出力する。
この段階では、未だ、レンジビン情報出力部２６ｂからレンジビン情報が出力されていないため、信号分割部２２は、デジタル信号を周波数領域信号出力部２４に出力する。
【００４９】
周波数領域信号出力部２４は、信号分割部２２からデジタル信号を受けると、デジタル信号をＦＦＴすることで、デジタル信号を周波数領域の信号に変換する（図５のステップＳＴ４）。
周波数領域の信号は、図４Ｃに示すように、計測対象である海面からの散乱による成分と、大気からの散乱による成分とを含んでいる。
図４Ｃは、周波数領域信号出力部２４から出力された周波数領域の信号の一例を示す説明図である。
周波数領域信号出力部２４は、周波数領域の信号を距離特性算出部２６ａに出力する。
【００５０】
距離特性算出部２６ａは、周波数領域信号出力部２４から周波数領域の信号を受けると、周波数領域の信号から、それぞれの周波数に対応するレンジビンのスペクトルピーク値を特定する（図５のステップＳＴ５）。
距離特性算出部２６ａは、図７Ａに示すように、それぞれのレンジビンのスペクトルピーク値を、計測対象計測時のスペクトルピークデータＡＳ＿ＨＴ（Ｌ）として、レンジビン情報出力部２６ｂに出力する。
【００５１】
レンジビン情報出力部２６ｂは、以下の式（１）に示すように、距離特性算出部２６ａから出力された計測対象計測時のスペクトルピークデータＡＳ＿ＨＴ（Ｌ）と、保存している大気計測時のスペクトルピークデータＡＳ＿ｗｉｎｄ（Ｌ）との差分ΔＡＳ（Ｌ）（図７Ｂ参照）を算出する。
ΔＡＳ（Ｌ）＝ＡＳ＿ＨＴ（Ｌ）−ＡＳ＿ｗｉｎｄ（Ｌ）  （１）
大気計測時の送信パルス光の指向方向と、計測対象計測時の送信パルス光の指向方向とが異なっていても、散乱パルス光に含まれる大気からの散乱による成分は、概ね同じである。
図７Ｂは、差分ΔＡＳ（Ｌ）及び閾値Ｔｈを示す説明図である。
閾値Ｔｈは、レンジビン情報出力部２６ｂの内部メモリに格納されていてもよいし、図１に示すレーダ装置の外部から与えられるものであってもよい。
【００５２】
レンジビン情報出力部２６ｂは、差分ΔＡＳ（Ｌ）と閾値Ｔｈとを比較して、差分ΔＡＳ（Ｌ）が閾値Ｔｈよりも大きいレンジビンがあるか否かを判定する。
レンジビン情報出力部２６ｂは、差分ΔＡＳ（Ｌ）が閾値Ｔｈよりも大きいレンジビンが１つ以上あれば、閾値Ｔｈよりも大きい１つ以上の差分ΔＡＳ（Ｌ）の中で、最も大きい差分ΔＡＳ（Ｌ）に対応するレンジビンＬｍａｘを特定する（図５のステップＳＴ６）。レンジビンＬｍａｘは、計測対象までの距離を含むレンジビンである。
レンジビン情報出力部２６ｂは、特定したレンジビンＬｍａｘを示すレンジビン情報を信号分割部２２及び移動速度算出部３２のそれぞれに出力し、レンジビンの特定が完了した旨を示す完了信号をパルス幅制御部２７に出力する。
【００５３】
パルス幅制御部２７は、レンジビン情報出力部２６ｂから、レンジビンの特定が完了した旨を示す完了信号を受けると、パルス幅を狭くする旨を示す制御信号をトリガ生成回路３３及び信号分割部２２のそれぞれに出力する。
トリガ生成回路３３は、パルス幅制御部２７から、パルス幅を狭くする旨を示す制御信号を受けると、パルス変調器４によるパルス変調を制御して、パルス変調器４により生成される送信パルス光のパルス幅を初期値よりも狭くさせる。
以降、送受信部５は、パルス幅が初期値よりも狭くなっている送信パルス光を大気中に放射して、パルス幅が初期値よりも狭くなっている散乱光を受信する。送受信部５は、パルス幅が初期値よりも狭くなっている散乱パルス光と連続光との合波光を電気信号に変換し、電気信号である受信信号をＡＤ変換部２１に出力する。
【００５４】
ＡＤ変換部２１は、受光部１２から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を信号分割部２２に出力する。
信号分割部２２は、レンジビン情報出力部２６ｂから、レンジビン情報を受けると、ＡＤ変換部２１からデジタル信号が出力される毎に、出力されたデジタル信号の中から、レンジビン情報が示すレンジビンＬｍａｘのデジタル信号Ｖｎ（ｔ）の切り出しを行う。ｎは、送信パルス光のショット番号であり、ｎ＝１，２，・・・，Ｎである。デジタル信号Ｖｎ（ｔ）は、１ショットの送信パルス光に係る受信信号と対応する。
図８Ａは、信号分割部２２により切り出されたデジタル信号Ｖｎ（ｔ）を示す説明図である。
信号分割部２２は、切り出したデジタル信号Ｖｎ（ｔ）を複素信号生成部２９に出力する。
【００５５】
以下、信号分割部２２によるデジタル信号Ｖｎ（ｔ）の切り出し処理を具体的に説明する。ここでは、説明の簡単化のため、送信パルス光のショット番号が、ｎ＝１の例を説明する。
信号分割部２２は、以下の式（２）に示すように、レンジビン情報が示すレンジビンＬｍａｘに基づいて、送受信部５のスキャナ９から送信パルス光が放射されてから、スキャナ９が、計測対象からの散乱パルス光を受信するまでに要する時間ｔｍａｘを算出する。
ｔｍａｘ＝２×Ｌｍａｘ／ｃ                      （２）
式（２）において、ｃは、光速である。
次に、信号分割部２２は、以下の式（３）に示すように、パルス幅制御部２７からパルス幅を狭くする旨を示す制御信号が出力された時刻ｔ０から、ＡＤ変換部２１からレンジビンＬｍａｘのデジタル信号が出力される時刻ｔＬを算出する。レンジビンＬｍａｘは、Δｔの時間幅を有しているため、時刻ｔＬは、レンジビンＬｍａｘの中心が出力される時刻である。
ｔＬ＝ｔ０＋ｔｍａｘ      （３）
ここでは、説明の簡単化のために、パルス変調器４が送信パルス光を生成するのに要する時間、パルス変調器４から送信パルス光が出力されてから、送受信部５が送信パルス光を放射するまでの時間、送受信部５が散乱パルス光を受信してから、受信信号をＡＤ変換部２１に出力までの時間、及び、送受信部５から受信信号が出力されてから、ＡＤ変換部２１がデジタル信号を信号分割部２２に出力するまでの時間のそれぞれを無視している。
これらの時間は、極めて短い時間であるため無視しているが、信号分割部２２が、これらの時間に基づいて、時刻ｔＬを算出するようにしてもよい。これらの時間に基づいて、時刻ｔＬを算出する場合、これらの時間を時刻ｔ０に加えればよい。
【００５６】
次に、信号分割部２２は、以下の式（４）に示すように、デジタル信号の中から、切り出すデジタル信号Ｖ１（ｔ）の先頭時刻ｔ１を算出する。
ｔ１＝ｔＬ−Δｔ／２      （４）
式（４）において、Δｔは、それぞれのレンジビンの時間幅であり、例えば、信号分割部２２の内部メモリに格納されている。
次に、信号分割部２２は、以下の式（５）に示すように、デジタル信号の中から、切り出すデジタル信号Ｖ１（ｔ）の後尾時刻ｔ２を算出する。
ｔ２＝ｔＬ＋Δｔ／２      （５）
信号分割部２２は、デジタル信号の中から、先頭時刻ｔ１〜後尾時刻ｔ２のデジタル信号を切り出し、切り出したデジタル信号Ｖ１（ｔ）を複素信号生成部２９に出力する。
ここでは、送信パルス光のショット番号が、ｎ＝１の例を説明している。送信パルス光のショット番号が、ｎ＝２，・・・，Ｎである場合、送信パルス光のパルス間隔の時間と、それぞれのレンジビンの時間幅Δｔとをｎの値に応じて、時刻ｔ０に加えれば、デジタル信号の中から、デジタル信号Ｖ１（ｔ）と同様に、デジタル信号Ｖｎ（ｔ）を切り出すことができる。
【００５７】
複素信号生成部２９は、信号分割部２２から、デジタル信号Ｖｎ（ｔ）が出力される毎に、以下の式（６）及び式（７）に示すように、出力されたデジタル信号Ｖｎ（ｔ）に対するヒルベルト変換を行うことで、デジタル信号Ｖｎ（ｔ）を複素信号に変換する（図６のステップＳＴ１１）。
Ｖｒｅａｌ；ｎ（ｔ）＝Ｒｅａｌ［Ｈｉｌｂｅｒｔ（Ｖｎ（ｔ））］  （６）
Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）＝Ｉｍａｇ［Ｈｉｌｂｅｒｔ（Ｖｎ（ｔ））］  （７）
式（６）及び式（７）において、Ｖｒｅａｌ；ｎ（ｔ）は、複素信号における実部の信号、Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）は、複素信号における虚部の信号Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）、Ｈｉｌｂｅｒｔ（・）は、ヒルベルト変換を行う関数である。
【００５８】
図８Ｂは、複素信号における実部の信号Ｖｒｅａｌ；ｎ（ｔ）と複素信号における虚部の信号Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）とを示す説明図である。
複素信号生成部２９は、複素信号を位相データ算出部３０に出力する。
複素信号生成部２９における複素信号への変換精度は、送信パルス光のパルス幅と無関係であるため、送信パルス光のパルス幅が狭くなっても、複素信号への変換精度は、劣化しない。
なお、送信パルス光のパルス幅が狭くなることで、計測対象に対する空間分解能が高まるため、計測対象からの散乱パルス光を含むレンジビン内への、大気からの散乱パルス光の混入が低減される。
【００５９】
位相データ算出部３０は、複素信号生成部２９から複素信号が出力される毎に、出力された複素信号における実部の信号Ｖｒｅａｌ；ｎ（ｔ）と、出力された複素信号における虚部の信号Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）とから、複素信号の位相データａｎｇｌｅ（Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）／Ｖｒｅａｌ；ｎ（ｔ））を算出する（図６のステップＳＴ１２）。
実部の信号Ｖｒｅａｌ；ｎ（ｔ）と虚部の信号Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）とから、位相データを算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
次に、位相データ算出部３０は、以下の式（８）に示すように、複素信号の位相データａｎｇｌｅ（Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）／Ｖｒｅａｌ；ｎ（ｔ））に対するアンラップ処理を実施することで、位相データａｎｇｌｅ（Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）／Ｖｒｅａｌ；ｎ（ｔ））を略線形波形の位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）に変換する。
Ｓｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）
＝ｕｎｗｒａｐ［ａｎｇｌｅ（Ｖｉｍａｇ；ｎ（ｔ）／Ｖｒｅａｌ；ｎ（ｔ））］                                （８）
式（８）において、ｕｎｗｒａｐ［・］は、アンラップ処理を行う関数である。
【００６０】
図８Ｃは、略線形波形の位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）を示す説明図である。
位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）の波形は、図８Ｃに示すように、理想の線形波形から若干ずれているが、概ね、線形の波形である。位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）の波形は、実用上問題のない範囲で、線形波形からずれていてもよく、厳密に線形波形である必要はない。
位相データ算出部３０は、略線形波形の位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）を周波数算出部３１に出力する。
位相データ算出部３０から出力される位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）の精度は、送信パルス光のパルス幅と無関係であるため、送信パルス光のパルス幅が狭くなっても、位相データ算出部３０から出力される位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）の精度は、劣化しない。
【００６１】
周波数算出部３１は、位相データ算出部３０から位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）が出力される毎に、出力された位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）を線形関数ｆ（ｔ）とフィッティングする。
線形関数ｆ（ｔ）は、一次関数であり、αｎ・ｔ＋βｎのように表される。αｎは、一次関数の傾きを示す係数であり、βｎは、一次関数の切片を示す係数である。
周波数算出部３１は、フィッティングした線形関数ｆ（ｔ）の傾きを示す係数αｎから、以下の式（９）に示すように、受光部１２から出力された受信信号の周波数ｆＩＦ；ｎを算出する（図６のステップＳＴ１３）。
ｆＩＦ；ｎ＝ｆＡＤ×αｎ／２π                    （９）
式（９）において、ｆＡＤは、ＡＤ変換部２１のサンプリングレートであり、πは、円周率である。
周波数算出部３１は、算出した受信信号の周波数ｆＩＦ；ｎを周波数算出部３１に出力する。
【００６２】
以下、周波数算出部３１による周波数ｆＩＦ；ｎの算出処理の一例を具体的に説明する。
例えば、周波数算出部３１の内部メモリには、複数の線形関数ｆ１（ｔ）〜ｆＭ（ｔ）が格納されている。あるいは、図１に示すレーダ装置の外部から、複数の線形関数ｆ１（ｔ）〜ｆＭ（ｔ）が周波数算出部３１に与えられる。Ｍは、２以上の整数である。
周波数算出部３１は、ｔ＝ｔ１〜ｔ２における位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）と、ｔ＝ｔ１〜ｔ２における複数の線形関数ｆ１（ｔ）〜ｆＭ（ｔ）とを比較する。線形関数ｆｍ（ｔ）（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、一次関数であり、αｍ・ｔ＋βｍのように表される。αｍは、一次関数の傾きを示す係数であり、βｍは、一次関数の切片を示す係数である。
周波数算出部３１は、複数の線形関数ｆ１（ｔ）〜ｆＭ（ｔ）の中から、位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）と最も近似している線形関数ｆｍ（ｔ）を探索する。位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）と最も近似している線形関数ｆｍ（ｔ）を探索する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
周波数算出部３１は、探索した線形関数ｆｍ（ｔ）の傾きを示す係数αｍを、αｎとして、式（９）に代入することで、受信信号の周波数ｆＩＦ；ｎを算出する。
【００６３】
周波数算出部３１は、位相データ算出部３０から位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）が出力される毎に、出力された受信信号の周波数ｆＩＦ；ｎを算出し、算出した周波数ｆＩＦ；ｎを保存する。
周波数算出部３１は、Ｎ個の周波数ｆＩＦ；１〜ｆＩＦ；Ｎを保存すると、以下の式（１０）に示すように、Ｎ個の周波数ｆＩＦ；１〜ｆＩＦ；Ｎの確率密度分布ｐ（ｆＩＦ）を生成し、確率密度分布ｐ（ｆＩＦ）を移動速度算出部３２に出力する（図６のステップＳＴ１４）。
ｐ（ｆＩＦ）＝ｈｉｓｔｏｇｒａｍ（ｆＩＦ；ｎ，ｎ＝１〜Ｎ）            （１０）
式（１０）において、ｈｉｓｔｏｇｒａｍ（・）は、確率密度分布を生成する関数である。
図８Ｄは、周波数算出部３１により生成された確率密度分布ｐ（ｆＩＦ）を示す説明図である。
周波数算出部３１における確率密度分布ｐ（ｆＩＦ）の生成精度は、送信パルス光のパルス幅と無関係であるため、送信パルス光のパルス幅が狭くなっても、確率密度分布ｐ（ｆＩＦ）の生成精度は、劣化しない。
【００６４】
移動速度算出部３２は、周波数算出部３１から確率密度分布ｐ（ｆＩＦ）を受けると、確率密度分布ｐ（ｆＩＦ）のピーク周波数ｆｐｅａｋを特定する。
確率密度分布ｐ（ｆＩＦ）のピーク周波数ｆｐｅａｋを特定する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、例えば、確率密度分布ｐ（ｆＩＦ）に対する重心演算を実施することで、ピーク周波数ｆｐｅａｋを特定することができる。
次に、移動速度算出部３２は、以下の式（１１）に示すように、ピーク周波数ｆｐｅａｋから、計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数ｆＤＯＰを算出する（図６のステップＳＴ１５）。
ｆＤＯＰ＝ｆｐｅａｋ−ｆＩＦ；ＳＴＯＰ            （１１）
式（１１）において、ｆＩＦ；ＳＴＯＰは、計測対象が停止しているときの受信信号の周波数であり、例えば、移動速度算出部３２の内部メモリに格納されている。
【００６５】
次に、移動速度算出部３２は、以下の式（１２）に示すように、ドップラシフト周波数ｆＤＯＰから計測対象の移動速度Ｖを算出する（図６のステップＳＴ１６）。
Ｖ＝λ・ｆＤＯＰ／２      （１２）
式（１２）において、λは、光源２により発振された連続光の波長である。
移動速度算出部３２は、算出した計測対象の移動速度Ｖ及びレンジビン情報出力部２６ｂから出力されたレンジビン情報が示すレンジビンのそれぞれを外部に出力する。あるいは、移動速度算出部３２は、算出した計測対象の移動速度Ｖ及びレンジビン情報が示すレンジビンのそれぞれを図示せぬ表示器等に表示させる。
移動速度算出部３２における移動速度Ｖの算出精度は、送信パルス光のパルス幅と無関係であるため、送信パルス光のパルス幅が狭くなっても、移動速度Ｖの算出精度は、劣化しない。
また、送信パルス光のパルス幅が狭くなることで、計測対象に対する空間分解能が高まり、計測対象からの散乱パルス光を含むレンジビン内への、大気からの散乱パルス光の混入が低減される分だけ、移動速度Ｖの算出精度は、向上する。
【００６６】
以上の実施の形態１では、連続光をパルス変調することで生成された送信パルス光が計測対象によって散乱された光である散乱パルス光と、連続光とのヘテロダイン検波により得られた受信信号を複素信号に変換し、複素信号を出力する複素信号生成部２９と、複素信号生成部２９から出力された複素信号における実部の信号と複素信号における虚部の信号とから、複素信号の位相データを算出する位相データ算出部３０と、位相データ算出部３０により算出された位相データに基づいて、受信信号の周波数を算出する周波数算出部３１と、周波数算出部３１により算出された受信信号の周波数から、計測対象の移動に伴って生じるドップラシフト周波数を算出し、ドップラシフト周波数から計測対象の移動速度を算出する移動速度算出部３２とを備えるように、信号処理装置２０を構成した。したがって、信号処理装置２０は、計測対象における光の反射率と、大気における光の反射率との差異が小さい場合でも、計測対象における移動速度の誤算出を防ぐことができる。
【００６７】
また、実施の形態１では、送受信部５により得られた受信信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号を出力する周波数領域信号出力部２４と、周波数領域信号出力部２４から出力された周波数領域の信号に基づいて、計測対象との距離を含むレンジビンを特定するレンジビン特定処理部２５と、送受信部５により得られた受信信号の中から、レンジビン特定処理部２５により特定されたレンジビンの受信信号を切り出し、切り出した受信信号を複素信号生成部２９に出力する信号分割部２２とを備えるように、信号処理装置２０を構成した。したがって、信号処理装置２０は、送受信部５から出力された受信信号の全てを複素信号生成部２９に出力する場合よりも、計測対象の移動速度を算出するまでに要する時間を短縮することができる。
なお、計測対象の移動速度を算出するまでに要する時間を短縮する必要がない等の場合には、送受信部５から出力された受信信号の全てを複素信号生成部２９に出力するようにしてもよい。
【００６８】
図１に示すレーダ装置では、周波数算出部３１が、位相データ算出部３０から位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）が出力される毎に、出力された位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）を線形関数ｆ（ｔ）とフィッティングし、フィッティングした線形関数ｆ（ｔ）の傾きを示す係数αｎから受信信号の周波数ｆＩＦ；ｎを算出している。
しかし、これは一例に過ぎず、周波数算出部３１は、位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ）における互いに異なる時刻の位相データの間の変化量から係数αｎを求め、係数αｎから受信信号の周波数ｆＩＦ；ｎを算出するようにしてもよい。
周波数算出部３１は、例えば、位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ１１）と位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ１２）との間の変化量を求め、当該変化量を時間（ｔ１２−ｔ１１）で除算することで、係数αｎを求めるようにしてもよい。また、周波数算出部３１は、例えば、位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ１１）と位相データＳｐｈ＿Ｏｂ；ｎ（ｔ１４）との間の変化量を求め、当該変化量を時間（ｔ１４−ｔ１１）で除算することで、係数αｎを求めるようにしてもよい。
【００６９】
図１に示すレーダ装置では、送受分離部７が送信パルス光をテレスコープ８の入出口８ａに出力している。しかし、これは一例に過ぎず、送受分離部７から出力された送信パルス光を増幅する光増幅器を設け、光増幅器が、増幅後の送信パルス光をテレスコープ８の入出口８ａに出力するようにしてもよい。
【００７０】
実施の形態２．
図１に示すレーダ装置では、送受信部５が、１つのテレスコープ８と、１つのスキャナ９とを備え、指向方向制御部３４が、スキャナ９を制御している。
実施の形態２では、送受信部５が、１つの光スイッチ６１と、２つのテレスコープ８−１，８−２とを備えるレーダ装置について説明する。
【００７１】
図９は、実施の形態２に係る信号処理装置２０を含むレーダ装置を示す構成図である。
図９において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
光スイッチ６１は、トリガ生成回路３３からトリガ信号を受けたのち、レンジビン情報出力部２６ｂから、大気計測が完了した旨を示す完了信号を受けるまでの間、送受分離部７から出力された送信パルス光をテレスコープ８−１の入出口８−１ａに出力し、テレスコープ８−１の入出口８−１ａから出力された散乱パルス光を受信側光学系１０に出力する。
光スイッチ６１は、レンジビン情報出力部２６ｂから、大気計測が完了した旨を示す完了信号を受けると、送受分離部７から出力された送信パルス光をテレスコープ８−２の入出口８−２ａに出力し、テレスコープ８−２の入出口８−２ａから出力された散乱パルス光を受信側光学系１０に出力する。
【００７２】
テレスコープ８−１は、入出口８−１ａ，８−１ｂを備えている。
テレスコープ８−１は、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在していない方向に向くように設置されている。
テレスコープ８−１は、光スイッチ６１から入出口８−１ａに送信パルス光が出力されると、送信パルス光のビーム径を拡大し、ビーム径拡大後の送信パルス光を、入出口８−１ｂから計測対象が存在していない方向の大気中に放射する。
テレスコープ８−１の入出口８−１ｂから放射された送信パルス光は、大気によって散乱される。大気によって散乱された送信パルス光は、散乱パルス光としてテレスコープ８−１の入出口８−１ｂに戻ってくる。
テレスコープ８−１は、戻ってきた散乱パルス光を受信して、散乱パルス光のビーム径を縮小し、入出口８−１ａからビーム径縮小後の散乱パルス光を光スイッチ６１に出力する。
【００７３】
テレスコープ８−２は、入出口８−２ａ，８−２ｂを備えている。
テレスコープ８−２は、送信パルス光の指向方向が、計測対象が存在している方向に向くように設置されている。
テレスコープ８−２は、光スイッチ６１から入出口８−２ａに送信パルス光が出力されると、送信パルス光のビーム径を拡大し、ビーム径拡大後の送信パルス光を、入出口８−２ｂから計測対象が存在している方向の大気中に放射する。
テレスコープ８−２の入出口８−２ｂから放射された送信パルス光は、計測対象によって散乱、又は、大気によって散乱される。計測対象によって散乱された送信パルス光、又は、大気によって散乱された送信パルス光は、散乱パルス光としてテレスコープ８−２の入出口８−２ｂに戻ってくる。
テレスコープ８−２は、戻ってきた散乱パルス光を受信して、散乱パルス光のビーム径を縮小し、入出口８−２ａからビーム径縮小後の散乱パルス光を光スイッチ６１に出力する。
【００７４】
図９に示すレーダ装置では、送受信部５が、１つの光スイッチ６１と、２つのテレスコープ８−１，８−２とを備え、スキャナ９及び指向方向制御部３４を備えていない点で、図１に示すレーダ装置と異なる。
図９に示すレーダ装置では、トリガ生成回路３３が、トリガ信号を指向方向制御部３４に出力する代わりに、トリガ信号を光スイッチ６１に出力する点で、図１に示すレーダ装置と異なる。
図９に示すレーダ装置では、レンジビン情報出力部２６ｂが、大気計測が完了した旨を示す完了信号を指向方向制御部３４に出力する代わりに、当該完了信号を光スイッチ６１に出力する点で、図１に示すレーダ装置と異なる。
その他の点では、図９に示すレーダ装置の動作と図１に示すレーダ装置の動作とは同じである。
図９に示すレーダ装置は、スキャナ９及び指向方向制御部３４が不要であるため、送信パルス光の機械的な走査が不要になる。
【００７５】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
この発明は、計測対象の移動速度を算出する信号処理装置、信号処理方法及びレーダ装置に適している。
【符号の説明】
【００７７】
１  送信パルス光生成部、２  光源、３  光分配器、４  パルス変調器、５  送受信部、６  送信側光学系、７  送受分離部、８，８−１，８−２  テレスコープ、８ａ，８ｂ，８−１ａ，８−２ａ，８−１ｂ，８−２ｂ  入出口、９  スキャナ、１０  受信側光学系、１１  光カプラ、１１ａ  入力口、１２  受光部、２０  信号処理装置、２１  ＡＤ変換部、２２  信号分割部、２３  レンジビン特定部、２４  周波数領域信号出力部、２５  レンジビン特定処理部、２６ａ  距離特性算出部、２６ｂ  レンジビン情報出力部、２７  パルス幅制御部、２８  速度算出部、２９  複素信号生成部、３０  位相データ算出部、３１  周波数算出部、３２  移動速度算出部、３３  トリガ生成回路、３４  指向方向制御部、４１  信号分割回路、４２  周波数領域信号出力回路、４３  距離特性算出回路、４４  レンジビン情報出力回路、４５  パルス幅制御回路、４６  複素信号生成回路、４７  位相データ算出回路、４８  周波数算出回路、４９  移動速度算出回路、５１  メモリ、５２  プロセッサ、６１  光スイッチ。
【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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【国際調査報告】
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