JP2008116323A - レーダ装置、その距離計測方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 レーダ装置において、ターゲット移動時にエコー信号の積算による受信Ｓ／Ｎ比の向上を目的としている。
【解決手段】 レーダ装置において、パルス信号を送信する送信部と、前記送信部で送信されてからターゲットにより反射されたパルス信号を受信信号として受信する受信部と、前記ターゲットの移動速度の想定値として設定した設定速度毎に前記受信信号の受信の順番に応じたシフト量であるデジタルシフトを求めるデジタルシフト導出手段と、前記設定速度毎に前記各受信信号に前記各デジタルシフトに基づく補正を行うデジタルシフト補正手段と、前記設定速度毎に前記補正後の各受信信号を積算する信号積算手段と、この積算した信号のうち振幅ピークが最大の信号を判定する判定手段と、この振幅ピークが最大の信号に基づいて前記ターゲットまでの距離を求める距離導出手段と、を有する信号処理部と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば測距装置として用いられるレーダ装置、その距離計測方法およびプログラムに関するものである。

従来のこの種のレーダ装置としては、高速繰り返しレーザパルスを送光するとともに、散乱体（ターゲット）からの後方散乱光を受光し、電気信号に変換されたエコー信号をレーザパルスに同期させて積算するようにしたので、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音電力比）を高くして高精度の計測を行うことができるものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平５−３３３１５０号公報

特許文献１に開示された従来のレーダ装置においては、ターゲット静止時にはエコー信号のピークの積算によりＳ／Ｎ比が高くなるものの、ターゲット移動時では、繰り返しのショット毎にエコー信号の到達タイミングが変化することになり、レーザパルスに同期させて積算すると、エコー信号のピーク位置がショット毎にずれるため、ターゲット静止時に比べて、Ｓ／Ｎ比が劣化してしまうという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、レーダ装置において、ターゲット移動時にエコー信号の積算による受信Ｓ／Ｎ比の向上を目的としている。

この発明に係るレーダ装置は、パルス信号を送信する送信部と、前記送信部で送信されてからターゲットにより反射されたパルス信号を受信信号として受信する受信部と、前記ターゲットの移動速度の想定値として設定した設定速度毎に前記受信信号の受信の順番に応じたシフト量であるデジタルシフトを求めるデジタルシフト導出手段と、前記設定速度毎に前記各受信信号に前記各デジタルシフトに基づく補正を行うデジタルシフト補正手段と、前記設定速度毎に前記補正後の各受信信号を積算する信号積算手段と、この積算した信号のうち振幅ピークが最大の信号を判定する判定手段と、この振幅ピークが最大の信号に基づいて前記ターゲットまでの距離を求める距離導出手段と、を有する信号処理部と、を備えたものである。

この発明は、レーダ装置において、ターゲット移動時にもエコー信号の積算により受信Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１によるレーダ装置は、ターゲット速度として予想される設定速度毎に、デジタルシフトを用いて受信信号の補正を行い、補正後の各受信信号を積算することにより、実際のターゲット速度に近い設定速度においては、エコーのピーク位置をほぼ一致させて積算した最適な積算信号が得られるようにし、積算した受信信号のうち振幅ピークが最大の信号を判定することにより、上述の最適な積算信号を選べるようにしたので、ターゲット移動時にもエコー信号の積算により受信Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比（信号対雑音電力比）を向上させることができるものである。

図１は、この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１において、１はパルスレーザ光源、２はサーキュレータ、３は送受光学系、４は光受信機、５はフィルタ、６は信号処理部、７は制御部、８はターゲット（目標物）である。また、信号処理部６において、９はＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換手段、１０はデータ蓄積手段、１１はターゲット速度設定手段、１２はデジタルシフト導出手段、１３はデジタルシフト補正手段、１４は信号積算手段、１５はデータ蓄積手段、１６は判定手段、１７は距離導出手段、１８はデータ制御手段である。なお、パルスレーザ光源１、サーキュレータ２、および送受光学系３で送信部を構成し、サーキュレータ２、送受光学系３、および光受信機４で受信部を構成する。また、送受光学系３に代えて送信光学系と受信光学系を配置し、サーキュレータ２を省略する構成としても良い。この場合には、パルスレーザ光源１と送信光学系で送信部を構成し、受信光学系と光受信機４で受信部を構成することになる。

図１において、パルスレーザ光源１はサーキュレータ２に接続され、サーキュレータ２は送受光学系３と光受信機４に接続されている。光受信機４はフィルタ５に接続されている。フィルタ５はＡ／Ｄ変換手段９に接続されている。制御部７は、パルスレーザ光源１と距離導出手段１７とデータ制御手段１８に接続されている。Ａ／Ｄ変換手段９はデータ蓄積手段１０に接続されている。データ蓄積手段１０はデータ制御手段１８とデジタルシフト補正手段１３に接続されている。ターゲット速度設定手段１１はデータ制御手段１８に接続されている。デジタルシフト導出手段１２はデジタルシフト補正手段１３とデータ制御手段１８に接続されている。デジタルシフト補正手段１３は信号積算手段１４に接続されている。信号積算手段１４はデータ蓄積手段１５に接続されている。データ蓄積手段１５は判定手段１６に接続されている。判定手段１６は距離導出手段１７に接続されている。

また図１において、パルスレーザ光源１とサーキュレータ２との間、サーキュレータ２と送受光学系３との間、およびサーキュレータ２と光受信機４との間は、光回路として接続されており、例えば光ファイバにより接続されている。また、光受信機４とフィルタ５との間、フィルタ５とＡ／Ｄ変換手段９との間、制御部７とパルスレーザ光源１との間、制御部７と距離導出手段１７との間、制御部７とデータ制御手段１８との間、Ａ／Ｄ変換手段９とデータ蓄積手段１０との間、データ蓄積手段１０とデータ制御手段１８との間、データ蓄積手段１０とデジタルシフト補正手段１３との間、ターゲット速度設定手段１１とデータ制御手段１８との間、デジタルシフト導出手段１２とデジタルシフト補正手段１３との間、デジタルシフト導出手段１２とデータ制御手段１８との間、デジタルシフト補正手段１３と信号積算手段１４との間、信号積算手段１４とデータ蓄積手段１５との間、データ蓄積手段１５と判定手段１６との間、および判定手段１６と距離導出手段１７との間は、電気回路として接続されており、同軸ケーブル等の電線ケーブルにより接続されている。

また図１において、制御部７は、パルスレーザ光源１に対し送信タイミング信号を、信号処理部６の距離導出手段１７に対しトリガ信号を、信号処理部６のデータ制御手段１８に対して上記送信タイミング信号を送出した回数の情報を含む信号を各々送出する機能を有している。パルスレーザ光源１は、制御部７からの送信タイミング信号に基づいて、所望の時間幅を有する矩形の送信光パルス信号を発生させ、サーキュレータ２に送る機能を有している。サーキュレータ２は、パルスレーザ光源１からの送信光パルス信号を送受光学系３に送り、送受光学系からの受信光パルス信号を光受信機４に送る機能を有している。送受光学系３は、サーキュレータ２からの送信光パルス信号を大気中に送信し、ターゲット８からの受信光パルス信号をサーキュレータ２に送る機能を有している。光受信機４は、サーキュレータ２からの受信光パルス信号を直接検波（自乗検波）することにより電気パルス信号に変換し、フィルタ５に出力する機能を有している。フィルタ５は、光受信機４からの電気パルス信号から、所望の周波数成分の信号のみを抽出し、信号処理部６のＡ／Ｄ変換手段９に出力する機能を有している。

また、信号処理部６において、Ａ／Ｄ変換手段９は、フィルタ５からの電気パルス信号をＡ／Ｄ変換する機能を有している。データ蓄積手段１０は、Ａ／Ｄ変換手段９からの信号を一時的に蓄積する機能を有している。ターゲット速度設定手段１１は、想定されるターゲットの速度を設定し、この設定速度の情報をデータ制御手段１８に送る機能を有している。データ制御手段１８は、まず制御部７から送られてきたショット（これ以降は、特にただし書きのない場合、出力したパルスのことを意味する）の回数の情報を含む信号、およびターゲット速度設定手段１１から送られてきた設定速度の情報を含む信号を受信し、データ蓄積手段１０で蓄積したデータをショット毎に順次デジタルシフト補正手段１３に出力するためのトリガ信号をデータ蓄積手段１０に出力し、さらに、上記送信する各々のトリガ信号に対して、このトリガ信号送信時におけるターゲット設定速度の情報を含む信号、および上記トリガ信号に対応してデータ蓄積手段１０から出力されるショットの順番の情報を含む信号をデジタルシフト導出手段１２へ出力する機能を有している。

また、信号処理部６において、デジタルシフト導出手段１２は、データ制御手段１８からのターゲット設定速度の情報を含む信号、および上記トリガ信号に対応してデータ蓄積手段１０から出力されるショットの順番の情報を含む信号を受信し、その情報に基づいてデジタルシフトを導出し、デジタルシフト補正手段１３へ出力する機能を有している。デジタルシフト補正手段１３は、データ蓄積手段１０から出力された各ショットに対し、それに対応してデジタルシフト導出手段１２から出力されたデジタルシフトを施す機能を有している。信号積算手段１４は、デジタルシフト補正手段１３からの各ショットの信号を、設定速度毎に積算する機能を有している。データ蓄積手段１５は、信号積算手段１４で積算された信号を設定速度毎に分けた後、蓄積する機能を有している。

そして、信号処理部６において、判定手段１６は、データ蓄積手段１５で蓄積された設定速度毎に積算した信号の中で、信号に含まれるターゲット８からのエコーの振幅ピークが最大となる信号を判定した後、その信号を距離導出手段１７へ出力し、さらにその信号におけるターゲット設定速度を導出する機能を有している。距離導出手段１７は、制御部７からのトリガ信号の入力タイミングと、判定手段１６からの出力信号の中のエコーピークの入力タイミングとの時間差からターゲット８までの往復時間を計測し、この往復時間と光速とからターゲット８までの距離を求める機能を有している。

次に動作について説明する。まず制御部７は、パルスレーザ光源１に対して送信タイミング信号を送出する。また制御部７は、距離導出手段１７に対してトリガ信号を送出する。さらに制御部７は、データ制御手段１８に対して上記送信タイミング信号を送出した回数（ショットの回数と同一）の情報を含む信号を送信する。

パルスレーザ光源１は、制御部７からの送信タイミング信号に基づいて、所望の時間幅を有する矩形の送信光パルス信号を発生し、サーキュレータ２と送受光学系３を介して大気中に送信する。この送信光パルス信号は、大気中を伝搬後、ターゲット８により散乱された後、再び大気中を伝搬し送受光学系３により受信される。送受光学系３により受信された受信光パルス信号は、サーキュレータ２を介して光受信機４に送られる。光受信機４は、パルス光信号を電気パルス信号に変換し、フィルタ５に送る。このとき、フィルタ５に入力する電気パルス信号には、パルス光信号に対応する信号成分だけでなく、熱雑音やショット雑音といった雑音成分も重畳されている。なお、以上の送受信動作においてパルス波形の変形は無視できる程度であり、フィルタ５に入力する電気パルス信号の波形は、パルスレーザ光源１で発生した送信光パルス信号の波形と実質的に同じである。

フィルタ５は、入力した電気パルス信号の所望の周波数成分のみを抽出し、信号処理部６のＡ／Ｄ変換手段９に出力する。なお、フィルタ５は、上記のように所望の周波数成分の信号のみが抽出されるものであれば、どのようなものでも構わない。ただし、例えば帯域透過フィルタなど、できるだけ帯域を絞って、余分な有色雑音を遮断できる特性をもつものであることが好ましい。

次に信号処理部６の動作について説明する。Ａ／Ｄ変換手段９に入力した電気パルス信号は、Ａ／Ｄ変換され、データ蓄積手段１０で一時的に蓄積される。なお、以下では、測定で出力したパルスのショット数をＮと表して動作の説明を行う。ターゲット速度設定手段１１は、想定されるターゲット速度をいくつか設定する。例えば、速度Ｖ_１、Ｖ_２、・・・、Ｖ_ＭというようにＭ個のターゲット速度をあらかじめ設定しておく。さらにターゲット速度設定手段１１から、設定速度の情報を含む信号をデータ制御手段１８に送る。データ制御手段１８は、まず制御部７から送られてきたショット数の情報を含む信号、およびターゲット速度設定手段１１から送られてきた設定速度の情報を含む信号を受信する。次に、データ蓄積手段１０で蓄積したデータをショット毎に順次デジタルシフト補正手段１３に出力するためのトリガ信号をデータ蓄積手段１０に出力する。この処理をターゲット速度Ｖ_１からＶ_ＭまでのＭ個の設定速度について順次行う。さらに、上記送信する各々のトリガ信号に対して、このトリガ信号送信時におけるターゲット設定速度の情報を含む信号、および上記トリガ信号に対応してデータ蓄積手段１０から出力されるショットの順番の情報を含む信号をデジタルシフト導出手段１２へ出力する。

デジタルシフト導出手段１２は、データ制御手段１８からのターゲット設定速度の情報を含む信号、およびトリガ信号に対応してデータ蓄積手段１０から出力されるショットの順番の情報を含む信号を受信し、その情報に基づいてデジタルシフトを導出し、デジタルシフト補正手段１３へ出力する。例えば、データ制御手段１８から、設定速度Ｖ_Ｋ（Ｋは１からＭまでの任意の整数）、ショット番号Ｄ（Ｄは1からＮまでの任意の整数）の情報を含む信号を受信した時のデジタルシフトτ_ＫＤは、パルス繰り返し周波数（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）をＰＲＦ、光速をｃとすると、次式（１）で表される。

デジタルシフト補正手段１３は、データ蓄積手段１０から出力された各ショットの信号に対し、それに対応してデジタルシフト導出手段１２から出力されたデジタルシフトを施す。信号積算手段１４は、デジタルシフト補正手段１３で補正した各ショットの信号を設定速度毎に積算する。データ蓄積手段１５は、信号積算手段１４で積算された信号を設定速度毎に分けた後、蓄積する。

判定手段１６は、データ蓄積手段１５で蓄積された設定速度毎の信号の中で、信号に含まれるターゲット８からのエコーの振幅ピークが最大となる信号を判定し、その信号を距離導出手段１７へ出力し、さらにその信号におけるターゲット設定速度を導出する。そして、距離導出手段１７は、制御部７からのトリガ信号の入力タイミングと、判定手段１６からの出力信号の中のエコーピークの入力タイミングとの時間差からターゲットまでの往復時間を計測し、この往復時間と光速とからターゲットまでの距離を算出する。

次に、この発明の実施の形態１によるレーダ装置おける作用効果について詳細に説明する。上述のように、特許文献１に開示された従来のレーダ装置では、インコヒーレント積算を用いており、ターゲットが静止している場合、受信信号におけるそれぞれのショット（ここでは、パルス信号を出力してから次のパルス信号を出力するまでに得られる受信信号を意味する）でのターゲットからのエコーのタイミングは、図２に示すように全て同一周期となるため、同一周期のタイミングで積算することで、全てのエコーのピーク振幅を積算することが可能である。しかし、ターゲットが移動している場合、例えばターゲットが速度Ｖで装置に近づいてくるとし、ショット数をＮとすると、受信信号における各ショットでのエコーは、図３に示すようにショット数に応じて徐々に早いタイミングで到達することになる。１ショットあたりのエコー移動時間をτとすると、τは次式（２）で表される。

従って、これらを同一周期のタイミングで積算すると、全てのエコーのピーク振幅を積算することは不可能となるため、ターゲット静止時に対し、積算信号における受信Ｓ／Ｎ比が劣化してしまう。

そこで、この実施の形態１を用いることにより、図４に示すように、例えば速度Ｖ_１、Ｖ_２、・・・、Ｖ_ＭというようにＭ個のターゲット速度を設定し、設定速度Ｖ_Ｋ（Ｋは１からＭまでの任意の整数）、ショット番号Ｄ（Ｄは1からＮまでの任意の整数）において、式（１）で示したデジタルシフトをエコーに施した後、各設定速度において積算を行い、積算後のエコーの振幅ピークから受信時間を計算することで、より正確なターゲット距離を導出することができるという効果が得られる。加えて、エコーの振幅ピークが最大となる設定速度（図４では設定速度Ｖ_Ａのとき）を求めることで、設定したターゲット速度の中で実際のターゲット速度に最も近い値を得ることができるという効果が得られる。また、上記信号処理を行うことにより、ターゲットが移動している場合、エコー信号の積算により、従来のレーダ装置より高いＳ／Ｎ比で受信できるという効果が得られる。

ここで、上記信号処理において、上記のような効果を得るために必要な所要性能について、以下検討する。まず、Ｍ個のターゲット速度を設定するとき、ターゲット速度の間隔は全て等しいものとする。このとき、最大となるターゲット設定速度をＶ_maxとすると、ターゲット速度間隔Ｖ_intervalは次式（３）で表される。

そして、上記の所要性能として、ターゲットの移動速度が上記設定速度のいずれにも一致しない場合でも、上記の効果が得られなければならない、ということが挙げられる。このことを満足するためには、式（３）で示したようにＶ_intervalは一定であることから、ターゲットの実際の移動速度と上記設定速度との差が最も大きくなる場合、つまりターゲットの移動速度が隣り合う上記設定速度間の中心値である場合においても、上記の効果が得られることが必要となる。このように実際の移動速度と設定速度が異なる場合、デジタルシフトに誤差が生じる。ショット数Ｎにおけるデジタルシフト誤差をτ_errorとすると、τ_errorは次式（４）で表される。

一方、パルスレーザ光源１から出力されるパルス幅をｗとすると、このパルス幅により、本装置の距離分解能は１／ｗに制限される。従って、式（４）で示したデジタルシフト誤差がパルス幅以下となれば、つまり次式（５）を満たせば、本装置の距離分解能は劣化せず、かつ上記の効果を得ることができる。

式（５）より、パルス繰り返し周波数ＰＲＦ、パルス幅ｗ、最大ターゲット設定速度Ｖ_max、およびショット数Ｎがあらかじめ設定されているとすれば、式（５）を満たすためには設定速度数Ｍを調整しなければならない。例えば、ＰＲＦ＝１００Ｈｚ、ｃ＝３×１０^８ｍ／ｓ、ｗ＝１ｎｓ、Ｖ_max＝３００ｍ／ｓ、Ｎ＝１１とすると、式（５）を満足するためには、Ｍ≧１００としなければならない。ただし、上記では、パルス繰り返し周波数ＰＲＦ、パルス幅ｗ、最大ターゲット設定速度Ｖ_max、およびショット数Ｎがあらかじめ設定されているとし、設定速度数Ｍだけを調整しなければならない場合を説明したが、パルス繰り返し周波数ＰＲＦ、パルス幅ｗ、最大ターゲット設定速度Ｖ_max、ショット数Ｎにおいて、あらかじめ設定されておらず、かつ自由に調整可能なパラメータがあれば、設定速度数Ｍのみで調整する必要はなく、式（５）を満足するようにすれば、どのパラメータで調整を行っても構わない。

さらに、式（３）でターゲット速度間隔Ｖ_intervalを示したが、これより、各ショットのデジタルシフト間隔をτ_intervalとすると、τ_intervalは次式（６）で表される。

ここで、デジタル信号のサンプリング間隔をＴ_intervalとおくと、式（６）よりＴ_intervalは次式（７）を満たさなければならない。

また、上述の説明では、Ｍ個のターゲット速度を設定し、積算後のエコーの振幅ピークが最大となる設定速度Ｖ_Ａを求め、Ｖ_Ａにおいて、式（２）で示したデジタルシフトを施した後のエコーピークから受信時間を計算することで、ターゲット距離を導出した。しかし、この場合、実際のターゲット速度をＶ_realとすると、Ｖ_realとＶ_Ａとの間には次式（８）が成り立つ。

そこで、Ｖ_Ａを求めたあとに、次式（８）の両辺の範囲で、さらにＰ＋１個のターゲット速度を設定しておく。例えば、ターゲット速度間隔は全て等しいとし、この速度間隔をＶ_interval’とすると、Ｖ_interval’は次式（９）を満たす。

その後、上記と同様の信号処理を行うことで、より正確なターゲット距離を導出することができるという効果が得られる。加えて、エコーの振幅ピークが最大となる設定速度を求めることで、より実際のターゲット速度に近い値を得ることができるという効果が得られる。このように、上述の処理を繰り返し行うことで、より厳密なターゲット距離とターゲット速度を導出することができる。なお、上記では設定したターゲット速度の間隔は全て等しいとしたが、等しくなくても良い。

また、図１において、判定手段１６と距離導出手段１７との間に、エコーピーク位置を重心演算により求める重心演算手段を加えるようにしても良い。これにより、厳密なピーク位置を計算できるため、演算手段を加える前に対し、より正確なターゲット距離を導出することができるという効果が得られる。

さらに、パルスレーザ光源１とサーキュレータ２との間、サーキュレータ２と送受光学系３との間、およびサーキュレータ２と光受信機４との間の光回路接続に光ファイバを用いることで、小型化が可能になること、高い信頼性を有すること、取り扱いが容易となり、高い配置自由性を有すること等の効果が得られる。

また、上述の送受信動作においてパルス波形の変形は無視できる程度である場合を示したが、上述の信号処理方法を用いることで従来のレーダ装置よりも高い検出性能が得られれば、パルス波形の変形があっても構わない。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまる。

また、上述の信号処理では実際のターゲット速度が一定値とみなせる場合を示したが、それが一定値でなくても、ターゲットの速度変動が既知である場合は、その変動状態を考慮した速度設定アルゴリズムを用いることで、上記と同じ効果を得ることができる。例えば、ターゲットの速度変動が等加速度運動であることが既知であるとし、この場合に上記と同じ効果を得るための信号処理方法について以下記載する。まず、ターゲットの速度変動が等加速度運動であることから、測定開始から時間Ｔ経過時のターゲット速度Ｖ_Ｔは、測定開始時の速度Ｖ_０と加速度Ａという２つのパラメータを用いて次式（１０）で得られる。

そして、想定される測定開始時の速度、および加速度を設定する。例えば、測定開始時の速度としては、Ｖ_０１、Ｖ_０２、・・・、Ｖ_０ＱというようにＱ個の速度を設定し、加速度としては、Ａ_１、Ａ_２、・・・、Ａ_ＲというようにＲ個の加速度を設定する。このとき、例えば、データ制御手段１８から、測定開始時の速度Ｖ_０Ｋ１（Ｋ１は１からＱまでの任意の整数）と、加速度Ａ_Ｋ２（Ｋ２は１からＲまでの任意の整数）の情報を含む信号をデジタルシフト導出手段１２で受信したとすると、ショットＤ（Ｄは１からＮまでの任意の整数）において導出されるデジタルシフトτ_Ｋ１２は、次式（１１）で表される。

さらに、上記速度Ｖ_０Ｋ１と上記加速度Ａ_Ｋ２の全ての組み合わせＱＲ個の設定速度について積算を行い、その後は前述と同様に、積算後のエコーの振幅ピークが最大となる設定速度を求め、また、そのときのエコーピークからターゲット距離を導出することができる。このように、等加速度運動のように２つの変数でターゲット速度が表される場合も、上述のような信号処理により、設定速度の中で実際のターゲット速度に最も近い値、およびそのときのターゲット距離を導出することができ、さらに、３つ以上の変数で表されるターゲット速度についても、同様の信号処理を行うことで、設定速度の中で実際のターゲット速度に最も近い値、およびそのときのターゲット距離を導出することができる。また、上述のように、設定速度の中で実際のターゲット速度に最も近い値を求めたあとに、さらに速度を表す各変数の設定範囲を絞ることで、より実際のターゲット速度に近い値を導出し、より正確なターゲット距離を導出することができる。なお、上記のターゲット速度を表す変数の設定間隔については、前述の等速度設定時と同様に等しくなくてもよい。なお、以上のことは、以降の他の実施の形態においても当てはまる。

以上のように、この発明の実施の形態１によるレーダ装置においては、ターゲット速度として予想される設定速度毎に、デジタルシフトを用いて受信信号の補正を行い、補正後の各受信信号を積算することにより、実際のターゲット速度に近い設定速度においては、エコーのピーク位置をほぼ一致させて積算した最適な積算信号が得られるようにし、積算した受信信号のうち振幅ピークが最大の信号を判定することにより、上述の最適な積算信号を選べるようにしたので、ターゲット移動時にもエコー信号の積算により受信Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。これにより、従来に対して、より高い精度、より高い検出確率で、距離の測定を行うことが可能となるという効果を奏する。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２によるレーダ装置は、信号処理部において、デジタルシフト導出手段とデジタルシフト補正手段と信号積算手段とをそれぞれ複数有し、設定速度毎に並列処理を行うようにしたので、ターゲット移動時にもエコー信号の積算により受信Ｓ／Ｎ比を向上させることができるとともに、処理時間が短縮できるものである。

図５は、この発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図５は、信号処理部６ａの構成を示し、信号処理部以外の構成については、図１と同一である。また、図５において、図１と同一の部分には共通の符号を付し、その箇所についての説明は省略する。信号処理部６ａにおいて、１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎはデジタルシフト導出手段、１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎはデジタルシフト補正手段、１４ａ、１４ｂ、・・・、１４ｎは信号積算手段である。

図５において、データ制御手段１８はデジタルシフト導出手段１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎに接続されている。デジタルシフト導出手段１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎは、それぞれデジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎに接続されている。また、デジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎは、それぞれ信号積算手段１４ａ、１４ｂ、・・・、１４ｎに接続されている。信号積算手段１４ａ、１４ｂ、・・・、１４ｎは全て判定手段１６に接続されている。また、図５における他の部分の接続については図１と同じである。

また図５において、データ制御手段１８とデジタルシフト導出手段１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎとの間、デジタルシフト導出手段１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎとデジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎとのそれぞれの間、補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎと信号積算手段１４ａ、１４ｂ、・・・、１４ｎとのそれぞれの間、および信号積算手段１４ａ、１４ｂ、・・・、１４ｎと判定手段１６との間は電気回路として接続されており、同軸ケーブル等の電線ケーブルにより接続されている。図５における他の部分の接続については図１と同じである。

また図５において、デジタルシフト導出手段１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎは、データ制御手段１８からデータ蓄積手段１０へ出力されるトリガ信号に対応してデータ蓄積手段１０から出力されるショットの順番の情報を含む信号を受信し、その情報と対応するターゲット設定速度に基づいてデジタルシフトを導出し、対応するデジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎへそれぞれ出力する機能を有している。デジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎは、データ蓄積手段１０から出力された信号に対し、対応するデジタルシフト導出手段１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎから出力されたデジタルシフトをそれぞれ施す機能を有している。信号積算手段１４ａ、１４ｂ、・・・、１４ｎは、対応するデジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎからの各ショットの信号を積算する機能を有している。図５における他の部分の機能については図１と同じである。

次に動作について説明する。パルスレーザ光源１からターゲット速度設定手段１１までの動作は、図１に示す実施の形態１と同様である。ただし、ターゲット速度設定手段１１では、速度Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、・・・、Ｖ_ｎというようにｎ個のターゲット速度を設定しておく。

その後、信号処理部６ａのデータ制御手段１８は、まず制御部７から送られてきたショット数の情報を含む信号、およびターゲット速度設定手段１１から送られてきた設定速度の情報を含む信号を受信する。次に、データ蓄積手段１０で蓄積したデータをショット毎に順次デジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎに出力するためのトリガ信号をデータ蓄積手段１０に出力する。この処理をターゲット速度Ｖ_ａからＶ_ｎまでのｎ個の設定速度について順次行う。さらに、上記送信する各々のトリガ信号に対して、このトリガ信号送信時におけるターゲット設定速度が、Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、・・・、Ｖ_ｎのときは、上記トリガ信号に対応してデータ蓄積手段１０から出力されるショットの順番の情報を含む信号をデジタルシフト導出手段１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎへそれぞれ出力する。

次に、デジタルシフト導出手段１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎにおいて、上記トリガ信号に対応してデータ蓄積手段１０から出力されるショットの順番の情報を含む信号を受信し、その情報と対応するターゲット設定速度Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、・・・、Ｖ_ｎに基づいてデジタルシフトをそれぞれ導出し、デジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎへそれぞれ出力する。そして、デジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎにおいて、データ蓄積手段１０から出力された各ショットに対し、それに対応してデジタルシフト導出手段１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎから出力されたデジタルシフトをそれぞれ施す。さらに、信号積算手段１４ａ、１４ｂ、・・・、１４ｎにおいて、デジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎで補正した各ショットの信号をそれぞれ積算する。

その後、判定手段１６、距離導出手段１７の動作は、図１に示す実施の形態１と同様である。

次に、この発明の実施の形態２によるレーダ装置おける作用効果について詳細に説明する。実施の形態１では、デジタルシフト導出手段１２、デジタルシフト補正手段１３、信号積算手段１４として各手段をそれぞれ１つずつ使用し、ターゲット速度設定手段１１で設定した複数の設定速度に対し、まず、最初に設定した速度について、全てのショットでデジタルシフト導出、デジタルシフト補正、信号積算という信号処理を行って、得たデータをデータ蓄積手段１５で蓄積し、その後、次の設定速度について同様の処理を行うというようにして、全ての設定速度について信号処理を順次行っていた。

これに対して、実施の形態２では、デジタルシフト導出手段１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎ、デジタルシフト補正手段１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎ、信号積算手段１４ａ、１４ｂ、・・・、１４ｎとして各手段をそれぞれ複数備えており、これらは並列処理を行うことができる構成としているため、上記各手段が備えた個数以下のターゲット設定速度については、デジタルシフト導出、デジタルシフト補正、信号積算という信号処理を同時に行うことができる。これにより、処理時間が短縮できるという効果が得られる。

なお、上述の例では、ターゲット設定速度の数が、上記各手段が備えた個数以下の場合について示したが、上記各手段が備えた個数より多い場合でも、まず、この個数のターゲット設定速度について信号処理を行い、完了した後、まだ実施していない設定速度について順次信号処理を行っていくことで、実施の形態１に対し、処理にかかる時間が短縮できるという効果が得られる。また、この発明の実施の形態２によるレーダ装置で得られる効果には、実施の形態１において記載した全ての効果が含まれる。

また、実施の形態１において、信号積算手段１４で積算された信号を設定速度毎に分けて蓄積するために使用したデータ蓄積手段１５は、実施の形態２では不要とすることができるという効果が得られる。

以上のように、この発明の実施の形態２によるレーダ装置においては、信号処理部において、デジタルシフト導出手段とデジタルシフト補正手段と信号積算手段とをそれぞれ複数有し、設定速度毎の処理を並列して行うようにしたので、ターゲット移動時にもエコー信号の積算により受信Ｓ／Ｎ比を向上させることができるとともに、処理時間が短縮できるという効果を奏する。

なお、上述のように、実施の形態２では、信号積算手段を複数備える構成としたが、信号積算手段を１つにし、さらに実施の形態１で示したように、積算された信号を設定速度毎に分けて蓄積する機能をもつデータ蓄積手段１５を備える構成としても良い。この場合でも、デジタルシフト導出手段とデジタルシフト補正手段におれる並列処理により、実施の形態１よりも処理時間が短縮できるという効果が得られる。

また、上述のように、この発明の実施の形態１、２によるレーダ装置においては、パルス信号の信号源として、レーザ光を出力するパルスレーザ光源を用いる場合を示したが、この代わりに、マイクロ波やミリ波といった電磁波などを出力する信号源を用いるようにしても良い。ただし、信号源を変更するとき、必要に応じて、信号源が出力するパルス信号を受信できる受信機を用いるようにする。

また、この発明の実施の形態１、２によるレーダ装置の距離計測方法の信号処理工程は、レーダ装置に設けたマイクロコンピュータ等に実行させるプログラムを用いてソフトウエア処理により実現するようにしても良い。

この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図 この発明の実施の形態１によるレーダ装置を説明するための説明図 この発明の実施の形態１によるレーダ装置を説明するための説明図 この発明の実施の形態１によるレーダ装置を説明するための説明図 この発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図

符号の説明

１ パルスレーザ光源
２ サーキュレータ
３ 送受光学系
４ 光受信機
６、６ａ 信号処理部
７ 制御部
８ ターゲット
１２、１２ａ、１２ｂ、・・・、１２ｎ デジタルシフト導出手段
１３、１３ａ、１３ｂ、・・・、１３ｎ デジタルシフト補正手段
１４、１４ａ、１４ｂ、・・・、１４ｎ 信号積算手段
１６ 判定手段
１７ 距離導出手段

Claims (6)

1. パルス信号を送信する送信部と、
   前記送信部で送信されてからターゲットにより反射されたパルス信号を受信信号として受信する受信部と、
   前記ターゲットの移動速度の想定値として設定した設定速度毎に前記受信信号の受信の順番に応じたシフト量であるデジタルシフトを求めるデジタルシフト導出手段と、前記設定速度毎に前記各受信信号に前記各デジタルシフトに基づく補正を行うデジタルシフト補正手段と、前記設定速度毎に前記補正後の各受信信号を積算する信号積算手段と、この積算した信号のうち振幅ピークが最大の信号を判定する判定手段と、この振幅ピークが最大の信号に基づいて前記ターゲットまでの距離を求める距離導出手段と、を有する信号処理部と、
   を備えたことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記信号処理部は、前記デジタルシフト導出手段と前記デジタルシフト補正手段と前記信号積算手段とをそれぞれ複数有し、前記設定速度毎に並列処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 送信タイミング信号と、この送信タイミング信号に対応したトリガ信号を出力する制御部と、を備え、
   前記送信部は、前記送信タイミング信号に対応してパルス信号を送信し、
   前記信号処理部の距離導出手段は、前記振幅ピークが最大の信号と前記トリガ信号に基づいて前記ターゲットまでの距離を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
4. パルス信号を送信する送信工程と、
   前記送信工程で送信されてからターゲットにより反射されたパルス信号を受信信号として受信する受信工程と、
   前記ターゲットの移動速度の想定値として設定した設定速度毎に前記受信信号の受信の順番に応じたシフト量であるデジタルシフトを求めるデジタルシフト導出ステップと、前記設定速度毎に前記各受信信号に前記各デジタルシフトに基づく補正を行うデジタルシフト補正ステップと、前記設定速度毎に前記補正後の各受信信号を積算する信号積算ステップと、この積算した信号のうち振幅ピークが最大の信号を判定する判定ステップと、この振幅ピークが最大の信号に基づいて前記ターゲットまでの距離を求める距離導出ステップと、を有する信号処理工程と、
   を備えたことを特徴とするレーダ装置の距離計測方法。
5. 前記信号処理工程は、前記デジタルシフト導出ステップと前記デジタルシフト補正ステップと前記信号積算ステップにおいて、前記設定速度毎に並列処理を行うことを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置の距離計測方法。
6. 請求項４または請求項５に記載のレーダ装置の距離計測方法の信号処理工程を電子計算機に実行させるプログラム。

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