JP2009236870A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーダ部における個々の周波数帯域や観測する角度を制御して、任意の周波数帯域を選択可能なレーダ部を使用した場合においても、目標の推定姿勢及び各レーダ部の使用可能帯域から各レーダ部の空間周波数領域上の観測領域を算出し、空間周波数領域での所望の信号領域を観測する新規なレーダ装置を提供すること。
【解決手段】 リソース管理部から出力される各レーダ部の観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域から目標姿勢推定処理部が推定した目標が観測された時刻以降の所定の時刻毎に前記目標の姿勢と前記各レーダ部とのアスペクト角をそれぞれ算出し、観測条件算出部に入力された観測条件を満たす空間周波数領域上の信号領域である要求領域に対し、目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域の割り当てを決定し、この割り当てに基づいて複数のレーダ部に目標を観測させる観測計画算出部とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、複数のレーダ部により目標の観測を行い、観測した目標の高分解能画像を得るために、これらレーダ部に対して、それぞれ観測する周波数・時間を指示することによって、空間周波数領域を確保する目標識別制御を行うレーダ装置に関するものである。

レーダ装置における分解能は占有周波数に依存する。例えば３ｃｍの分解能を実現するためには５ＧＨｚの帯域幅が必要となる。従来のレーダ装置では、その帯域幅を実現するために相互コヒーレント化手段を用いて複数の周波数帯域をコヒーレントに合成する方法を用いる。例えば、第1のレーダ部では５．０〜５．５ＧＨｚの周波数帯域、第２のレーダ部では９．５〜１０．０ＧＨｚの周波数帯域を使用してそれぞれ観測を行い、その受信信号スペクトルを補間することによって、あたかも５．０〜１０．０ＧＨｚの周波数領域で観測したスペクトルを推定することにより高分解能化を図っていた。また、複数のレーダ部の配置を目標から見て異なる角度に配置し、レンジ方向のみならず、クロスレンジ方向の帯域を拡張することによってレーダが単独で達成できる分解能を超えた高分解能な画像の取得を実現する方法があるが（例えば特許文献１）、このレーダ装置の操作員が目標に対し何らかの対処を行う目的で識別を行う場合は、対処を行う時刻までに識別に足る分解能が必要である。つまり、目標識別には所望の時刻と所望の分解能を満たす必要がある。

特開２００７−２２５４４２号公報（第１図、第２図）

しかし、従来のレーダ装置は、個々のレーダ部が観測した結果に基づいて処理を行うものであり、レーダ部における個々の周波数帯域や観測する角度を制御しておらず、複数の周波数帯域のうち１つを選択して観測するレーダ部を用いた場合、個々のレーダ部では所望の時刻と所望の分解能とを満足する周波数帯域と観測時間が分からず、任意の周波数帯域でいつまでも観測することとなる。その結果として、「分解能を向上する周波数帯域を選択できず、所望の分解能が得られない可能性がある。」、「所望の分解能を達成する時間が所望の時刻を満たさない可能性がある。」、「所望の分解能を満たしているにもかかわらず長時間観測を実施し、無駄にレーダ装置のリソースを使用している可能性がある。」などの課題があった。

また、任意の周波数帯域にて観測可能なレーダ部を用いても、個々のレーダ部は所望の時刻と所望の分解能とを満足する周波数帯域と観測時間がわからないため、できるだけ分解能を向上させるように最大の周波数帯域で、いつまでも観測することとなる。その結果として、所望の分解能を満たしているにもかかわらず最大の周波数帯域の使用や長時間観測を実施し、無駄にレーダ装置のリソースを使用している可能性があるという課題があった。さらに、空間周波数領域において重複した個々のレーダ部の領域を観測することは、他に使用可能なレーダ装置のリソースを余計に占有することになるので非効率で、個々のレーダ部のリソースを１つの目標に集中する可能性が高まり、多数の目標に対処することが困難となる可能性があるという課題もあった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、レーダ部における個々の周波数帯域や観測する角度を制御して、任意の周波数帯域を選択可能なレーダ部を使用した場合においても、目標の推定姿勢及び各レーダ部の使用可能帯域から各レーダ部の空間周波数領域上の観測領域を算出し、空間周波数領域での所望の信号領域（要求領域）を観測する新規なレーダ装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係るレーダ装置は、異なる位置に配置され、送信波を送信し、目標に反射した反射波を受信する複数の送受信アンテナ、この複数の送受信アンテナがそれぞれ受信した反射波を受信処理して受信信号及び受信信号スペクトルを算出する受信処理部からなる複数のレーダ部と、前記受信処理部が前記複数の送受信アンテナごとに算出した受信信号スペクトルの位相を一致させるコヒーレント化処理部と、このコヒーレント化処理部が位相を一致させた受信信号スペクトルをレンジ方向及びクロスレンジ方向に内挿又は外挿処理を行い、前記コヒーレント化処理部が位相を一致させた受信信号スペクトルのレンジ方向及びクロスレンジ方向の帯域幅を拡張して、連続スペクトルを導出し、この導出された連続スペクトルのレンジ方向及びクロスレンジ方向の帯域を圧縮する帯域合成処理部と、この帯域合成処理部が圧縮した連続スペクトルを前記目標の画像として表示する画像表示部とを備えたレーダ装置において、前記受信処理部が前記複数の送受信アンテナごとに算出した受信信号から前記目標の追尾処理により前記目標の位置や姿勢を特定する追尾処理部と、各レーダ部の観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域をそれぞれ前記複数のレーダ部から取得するリソース管理部と、前記追尾処理部が特定した前記目標の位置や姿勢及び帯域合成処理部が圧縮した連続スペクトルによる前記目標のモデルから前記目標が観測された時刻以降の前記目標の姿勢を推定する目標姿勢推定処理部と、所望の観測条件が入力される観測条件算出部と、前記リソース管理部から出力される前記各レーダ部の観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域から前記目標姿勢推定処理部が推定した前記目標が観測された時刻以降の所定の時刻毎に前記目標の姿勢と前記各レーダ部とのアスペクト角をそれぞれ算出し、前記観測条件算出部に入力された観測条件を満たす空間周波数領域上の信号領域である要求領域に対し、前記目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域の割り当てを決定し、この割り当てに基づいて前記複数のレーダ部に前記目標を観測させる観測計画算出部とを備えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明に係るレーダ装置は、前記観測条件入力部が、前記所望の観測条件が所望の分解能のみときに、仮観測時間を生成し、前記複数のレーダ部による前記目標の観測結果が前記所望の分解能を満たす最短時間が決定するまで、前記仮観測時間を変更して前記観測計画算出部の処理を繰り返して実行させる請求項１に記載のものである。

請求項３の発明に係るレーダ装置は、前記観測計画算出部が、空間周波数領域上で前記要求領域を移動させ、前記目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域、又は前記目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域のうち、前記目標の投影面とが一致するレーダ部の観測領域とを重ねて、前記要求領域に割り当てられる前記各レーダ部の観測領域を決定する請求項１又は２に記載のものである。

請求項４の発明に係るレーダ装置は、前記観測計画算出部が、最適解算出アルゴリズムにより前記目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域、又は前記目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域のうち、前記目標の投影面とが一致するレーダ部の観測領域の中で、前記各レーダ部の観測領域同士が重複している部分を解消して前記複数のレーダ部に前記目標を観測させる請求項３に記載のものである。

請求項５の発明に係るレーダ装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の装置において、予め前記目標として推定される物体の形状を記憶するデータベース部と、前記追尾処理部が特定した前記目標の姿勢と前記画像表示部に表示される前記目標の画像とから前記目標の形状と前記データベース部で記憶された物体の形状とを類似度を算出する類識別処理部とを備えたことを特徴とするものである。

以上のように、請求項１に係る発明によれば、複数のレーダ部の周波数帯域や観測時間を制御して、効率的にレーダ部のリソースを使用することができることから多数の目標に対処することができるレーダ装置を得ることができる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１の効果に加えて、観測時間が設定されなくとも所望の分解能を最短時間で実現できるレーダ装置を得ることができる。

請求項３に係る発明によれば、請求項１〜２の効果に加えて、より少ないレーダ部のリソースで所望の分解能を所望の時刻までに得ることができ、所望の時刻までに達成できる最大の分解能や、所望の分解能を得る最短の時刻を少ないレーダ部のリソースで実行可能なレーダ装置を得ることができる。

請求項４に係る発明によれば、請求項１〜３の効果に加えて、最適解算出アルゴリズムにより、各レーダ部の観測領域同士が重複している領域を解消するので、レーダ部のリソースを重複して使用することを避けたレーダ装置を得ることができる。

請求項５に係る発明によれば、請求項１〜４の効果に加えて、得られた画像を基に目標を特定することが可能であるレーダ装置を得ることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１〜６を用いて説明する。図１は実施の形態１に係るレーダ装置の観測のジオメトリを示す説明図、図２は実施の形態１に係るレーダ装置の機能ブロック図、図３は実施の形態１に係るレーダ装置の追尾処理部以降の機能ブロック図と類似する従来技術のレーダ装置図、図３（ａ）は従来技術の観測のジオメトリを示す説明図、図３（ｂ）は従来技術のレーダ装置の機能ブロック図、図３（ｃ）は目標識別を行う装置の信号スペクトルを示す模式図、図４は実施の形態１に係る観測値の空間周波数領域へのプロット説明図、図５は実施の形態１に係るレーダ装置の空間周波数概念図、図５（ａ）はレーダ装置の空間周波数上の観測領域を示す模式図、図５（ｂ）はレーダ装置の空間周波数上の観測領域及び要求領域を示す模式図、図５（ｃ）は要求領域移動後におけるレーダ装置の空間周波数上の観測領域及び要求領域を示す模式図、図５（ｄ）は観測領域同士が重複している部分を解消後におけるレーダ装置の空間周波数上の最適な観測領域を示す模式図、図６は実施の形態１に係るレーダ装置の空間周波数概念図、図６（ａ）はレーダ装置の空間周波数上の観測領域を示す模式図、図６（ｂ）はレーダ装置の空間周波数上の観測領域及び要求領域を示す模式図、図６（ｃ）は要求領域移動後におけるレーダ装置の空間周波数上の観測領域及び要求領域を示す模式図、図６（ｄ）は観測領域同士が重複している部分を解消後におけるレーダ装置の空間周波数上の最適な観測領域を示す模式図である。

図１〜６において、１は観測対象である目標、２はレーダ装置を構成するレーダ部であり、複数設置されている。３は識別処理制御部、４は複数設置された各レーダ部２それぞれと識別処理制御部３とを結ぶ信号線（無線であってもよい）、５はそれぞれ異なる位置に配置され、送信波を送信し、目標１に反射した反射波を受信する複数の送受信アンテナ、６は送受信アンテナ５毎に対応して設けれ、送受信アンテナ５それぞれが受信した反射波を受信処理して受信信号及び受信信号スペクトルを算出する受信処理部（送受信機）、なお、レーダ部２は送受信アンテナ５と受信処理部６とから構成される。７は受信処理部６が複数の送受信アンテナ５ごとに算出した受信信号スペクトルの位相を一致させるコヒーレント化処理部、８はコヒーレント化処理部７が位相を一致させた受信信号スペクトルをレンジ方向及びクロスレンジ方向に内挿又は外挿処理を行い、コヒーレント化処理部７が位相を一致させた受信信号スペクトルのレンジ方向及びクロスレンジ方向の帯域幅を拡張して、連続スペクトルを導出し、この導出された連続スペクトルのレンジ方向及びクロスレンジ方向の帯域を圧縮する帯域合成処理部、９は帯域合成処理部８が圧縮した連続スペクトルを目標の画像として表示する画像表示部であり、図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

ここで、前述の従来のレーダ装置について図３を用いて詳細に説明する。基本的な処理手順は、実施の形態１に係るレーダ装置と同等である。図３において、１８は目標１の観測信号スペクトル、１９は観測信号スペクトル１８を従来のレーダ装置が拡張した連続スペクトルである。２次元相互コヒーレント化手段７（ａ）はコヒーレント化処理部に対応し、２次元帯域拡張手段８（ａ），レンジ圧縮手段８（ｂ），クロスレンジ圧縮手段８（ｃ）は帯域合成処理部８に対応し、表示手段９（ａ）が画像表示部９に対応する。図３（ａ）は従来のレーダ装置の観測のジオメトリを示している。１つの目標に対して２つのレーダ部２が目標１から見て互いに異なる方位に設置されていることを想定している。なお、実施の形態１に係るレーダ装置は、１つの目標に対して３つのレーダ部２が目標１から見て互いに異なる方位に設置されていることを想定している。図３（ｂ）は従来のレーダ装置の機能ブロック図である。二つの受信処理部（送受信機）６は、二つの送受信アンテナ５をそれぞれ用いて異なる周波数帯域で目標を観測する二つのレーダ部２を構成する。２次元相互コヒーレント化手段７（ａ）は受信処理部６で得られる受信信号スペクトルの位相を一致させる処理を行う手段である。２次元帯域拡張手段８（ａ）は、２次元コヒーレント化手段７（ａ）で得られた位相を一致させた受信信号スペクトルを、レンジ方向とクロスレンジ方向に内挿あるいは外挿して帯域幅を拡張した連続スペクトルを生成する手段である。レンジ圧縮手段８（ｂ）は、２次元帯域拡張手段８（ａ）で生成された連続スペクトルのレンジを圧縮する手段である。クロスレンジ圧縮手段８（ｃ）は、レンジ圧縮手段８（ｂ）でレンジが圧縮された連続スペクトルのクロスレンジを圧縮する手段である。表示手段９は、処理して得られた目標の画像を表示する手段である。

次に動作について、図３（ｃ）を用いて説明する。図３（ｃ）は図３（ａ）に示すようなジオメトリにおける空間周波数領域の模式図である。観測信号スペクトル１８（ａ）は、横軸は空間周波数ｆ_ｘを、縦軸は空間周波数ｆ_ｙとした空間周波数領域上の一部となる。また、濃淡は複素信号振幅を表す。ここで、ｘ方向の分解能はｆ_ｘ方向の帯域幅で、ｙ方向の分解能はｆ_ｙ方向の帯域幅で規定される。分解能を向上させるためには、それぞれ帯域幅が大きいほど高分解能となるので、最終的に図３（ｃ）のように個々のスペクトルを合成することで大きなスペクトルとし、帯域幅を確保すればよい。まず、スペクトルを内挿あるいは外挿するためには受信信号スペクトルの位相の連続性を確保する必要があり、図３（ｃ）の真ん中の図ように２次元コヒーレント化手段７（ａ）を用い位相を一致させるように補償する（観測信号スペクトル１８（ｂ））。次に、２次元帯域拡張手段８（ａ）において、ｆ_ｘ，ｆ_ｙのそれぞれの方向に内挿あるいは外挿してスペクトルの帯域幅を拡張する。その結果、図３（ｃ）の右図に示すように、拡張された連続スペクトル１９が生成される。次に、レンジ圧縮手段８（ｂ）において、拡張された連続スペクトル１９をｆ_ｘ方向にフーリエ変換して空間周波数領域のｆ_ｘ方向を圧縮し、ｆ_ｘ方向の分解能を向上させる。最後にクロスレンジ圧縮手段８（ｃ）において、レンジ圧縮手段８（ｂ）から出力される信号をｆ_ｙ方向にフーリエ変換してｆ_ｙ方向を圧縮しｆ_ｙの方向の分解能を向上させる。

図１〜６において、１０は受信処理部６が複数の送受信アンテナ５ごとに算出した受信信号から目標の追尾処理により目標の位置や姿勢を特定する追尾処理部、１１は各レーダ部２の観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域をそれぞれ複数のレーダ部２から取得するリソース管理部、１２は追尾処理部１０が特定した目標１の位置や姿勢及び帯域合成処理部８が圧縮した連続スペクトルによる目標１のモデルから、目標１が観測された時刻以降の目標１の推定軌道から姿勢を推定する目標姿勢推定処理部、１３は外部から分解能、又は、分解能と観測時間とが入力されて観測条件として、後述の観測計画算出部１４へ出力する観測条件算出部、１４はリソース管理部１１から出力される各レーダ部２の今後の観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域から目標姿勢推定処理部１２が推定した目標１が観測された時刻以降の所定の時刻毎に目標１の姿勢と各レーダ部２とのアスペクト角をそれぞれ算出し、観測条件算出部１３が出力した観測条件を満たす空間周波数領域の要求領域に対し、目標１の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部２ごとの観測領域の割り当てを決定し、この割り当てに基づいて複数のレーダ部２に観測条件の一つである観測時間の間、目標１を観測させる観測計画算出部、１５は観測計画算出部１４を構成し、リソース管理部１１から出力される各レーダ部２の今後の観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域から目標姿勢推定処理部１２が推定した目標１が観測された時刻以降の所定の時刻毎に目標１の姿勢と各レーダ部２とのアスペクト角をそれぞれ算出し、観測可能な送信周波数・周波数帯域と合わせて、観測領域を推定する観測領域推定部、１６は観測計画算出部１４を構成し、観測条件算出部が出力した観測条件から要求領域を算出する要求領域算出部、１７は観測計画算出部１４を構成し、要求領域に対し、目標１の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部２ごとの観測領域の割り当てを決定する観測領域決定部、前述のように１８と１９は、それぞれ観測信号スペクトルと連続スペクトルである。２０はレーダ部２が観測可能な空間周波数領域である観測領域、２１は目標１に観測するための要求領域、２２は観測計画算出部１４により、要求領域２１を満たすように各レーダ部２の観測領域２０を割り当てられた観測領域である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

図１は、実施の形態１に係るレーダ装置の観測のジオメトリを示している。このジオメトリは、従来のレーダ装置として示したものと同等のもので、目標１から見て異なる方位にレーダ部２が設置されることを想定しているほか、全てのレーダ部２が識別処理制御部３に信号線３などで接続されている。なお、レーダ装置の台数は図１では３台であるが実際に観測に使用するレーダ部２の台数は、１台以上で設置台数以下（実施の形態１に係るレーダ装置では３台以下）の台数であればよい。図２は実施の形態１に係るレーダ装置の機能構成ブロック図である。このように、図１及び２のように、実施の形態１に係るレーダ装置は、複数台のレーダ部２と識別処理制御部３（画像表示部９）から構成される。なお、複数台のレーダ部２は任意の周波数帯域で目標を観測が可能であるものとする。識別処理制御部３は、以下の複数の処理を担当する。追尾処理部１０は、複数のレーダ部２からの受信信号から追尾処理を行い、目標の位置や姿勢を特定する。コヒーレント化処理部７は、従来のレーダ装置と同様に２次元コヒーレント化手段を用い、複数の受信信号スペクトルの位相を補償する。帯域合成処理部８は、従来のレーダ装置と同様に２次元帯域拡張手段を用い、位相を補償したスペクトルを内挿あるいは外挿して帯域幅を拡張させた連続スペクトルを作成する。画像表示部９は、従来のレーダ装置と同様にレンジ圧縮手段及び、クロスレンジ圧縮手段を用い、フーリエ変換にて目標の画像を生成、表示する。

実施の形態１に係るレーダ装置でレーダ部２の目標識別制御及びリソース管理に関して、図１及び２、図４〜６を用いて説明する。目標姿勢推定処理部１２は、追尾処理部１０の追尾処理の結果から目標１の今後の位置、速度等の航跡を推定して、目標の画像又は連続スペクトルから航空機、艦船、飛翔体等の目標１のモデルに従って、今後の時刻ごとの姿勢の推定を行い、推定値を算出する。リソース管理部１１は、各レーダ部２の観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域をそれぞれ複数のレーダ部２から取得して、その情報を管理する。観測条件算出部１３は、オペレータなどにより外部から入力された目標の識別を行うために必要な所望の分解能及び所望の観測時刻を観測条件として観測計画算出部１４へ出力する。観測計画算出部１４は、所望の分解能及び所望の時刻を効率的に満たすべく、３台のレーダ部２における個々の使用の要否（観測計画）をリソース管理部１１の管理している情報と目標姿勢推定処理部１２が推定している目標の今後の姿勢情報とから最適化する。

次に、動作について説明する。目標１を検出したレーダ部２からの目標１の受信信号・送信周波数・周波数帯域、及び以後目標１を観測したレーダ部２が観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域が識別処理制御部３に送信される。なお、３台のレーダ部のうち、目標１を検出していないレーダ部２があった場合、その目標１を検出していないレーダ部２の観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域も識別処理制御部３に送信される。識別処理制御部３では、大きく２つの処理を行っている。１つは目標の高分解能画像を生成する処理であり、追尾処理部１０、コヒーレント化処理部７、帯域合成処理部８、画像表示部９で構成される。もう１つは、３台のレーダ部２の個々を制御し、高分解能画像の精度の向上や、個々のレーダ部２のリソース使用を効率化する処理であり、目標姿勢推定処理部１２、リソース管理部１１、観測条件算出部１３、観測計画算出部１４で構成される。追尾処理部１０にて、３台レーダ部２からの受信信号から追尾処理を行い、目標１の位置や姿勢を特定する。ここで、図５（ａ）に示すように、空間周波数領域上に各レーダ部２の送信周波数、周波数帯域及び各レーダ部２が観測可能な目標とビームのなす角（以下、アスペクト角と記載する）にて特定される個々のレーダ部２の観測可能な空間周波数領域上の信号領域（以下、観測領域と記載する）２０（ａ）〜（ｃ）がマッピングされる。図２にレーダ部２が３台以上の表記となっているが、実施の形態１に係るレーダ装置では、レーダ部２が３台であるものを例に説明している。レーダ部２の観測領域２０は、観測領域２０（ａ），観測領域２０（ｂ），観測領域２０（ｃ）の三つの領域が、空間周波数領域上にマッピングされる。

次に、高分解能画像を生成する処理では、前述のように、コヒーレント化処理部７にて、３台のレーダ部２の信号に２次元コヒーレント化手段を施し、位相を補償して帯域合成処理部８にて連続スペクトルを生成する。最後に、画像表示部９にて、連続スペクトルのｆ_ｘ方向，ｆ_ｙ方向のそれぞれにフーリエ変換を行い画像として表示する。以上の動作を通して、ｆ_ｘ方向にもｆ_ｙ方向にも複数のレーダの受信信号スペクトルを合成した帯域を得られ、高い分解能の画像を実現できることになる。なお、一般的には図４に示すように観測値の空間周波数領域へのプロットは、アスペクト角が原点を中心とした角度θを表し、送信周波数が原点からの距離ｆ、周波数帯域が長さΔｆを表す。

レーダ部２個々のリソース使用を効率化する処理では、送受信アンテナ５がそれぞれ受信した目標１の反射波を受信処理部６が受信処理して算出した受信信号及び受信信号スペクトルから、目標姿勢推定処理部１２が目標１の今後の位置、速度等の航跡を推定し、帯域合成処理部８が圧縮した連続スペクトル又は画像表示部９が連続スペクトルを変換した目標１の画像（図示せず）から、航空機、艦船、飛翔体等の目標１のモデルに従って、今後の時刻ごとの姿勢の推定を行い、その情報を観測計画算出部１４へ送出する。リソース管理部１１おいて個々のレーダ部２が以後観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域を追尾処理部６又はレーダ部２個々から取得し、その情報を観測計画算出部１４へ送出する。オペレータなどの外部からの入力により、観測条件算出部１３を経由した目標１の識別を行うための所望の分解能及び所望の観測時間が、観測条件として要求領域算出部１６に入力される。

次に、観測計画算出部１４の観測領域推定部１５にて、目標姿勢推定処理部１２が推定した目標１の今後の時刻ごとの姿勢の情報と、リソース管理部１１が管理している目標１の観測後に各レーダ部２が観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域の情報から、目標１の推定された時刻ごとの位置・姿勢・個々のレーダ部２（３台）の位置・観測可能な方位・時間・所望の時刻からアスペクト角を算出し、観測可能な送信周波数・周波数帯域と合わせて、観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）を計算する。図５（ａ）に空間周波数上の観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）の模式図を示す。ここで、観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）は、目標１が観測された時間以降であって目標１の推定された時刻ごとに、それぞれ複数存在するが、実施の形態１では、一例として、所望の観測条件を満たす、ある観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）を例に挙げて説明していく。要求領域算出部１６は、観測条件算出部１３より入力された観測条件（所望の分解能・所望の観測時間）を満たす空間周波数領域上の信号領域である要求領域２１を計算する。なお、観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）は、センサ（レーダ部２の特に送受信アンテナ５）の位置と目標の位置関係やリソース使用状況によって１つに決まる。これに対して、要求領域２１は観測条件である分解能から計算され、大きさ（面積）が指定されるのみで、分解能は空間周波数領域における面積のみに依存し、空間周波数領域における位置や角度によらない。したがって、以下で説明する要求領域の位置の移動や回転という処理が観測計画算出部１４の観測領域決定部１７で可能となる。

図５（ｂ）と図５（ｃ）とは、観測計画算出部１４において、観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）と要求領域２１とが重複する面積を最大となる位置を導出する一連の流れを模式的に示した図である。観測領域決定部１７は、要求領域２１を空間周波数領域上で最大限に確保するために要求領域２１をスライド・移動、回転させて、観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）と重複する面積が最大で、最も観測領域２０（ａ），観測領域２０（ｂ），観測領域２０（ｃ）の三つの領域における重複の少ない要求領域２１（ａ）の位置を算出する。つまり、観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）のうち、「要求領域」として使用する領域が導出される。その後、さらに観測領域決定部１７において、最適解算出アルゴリズムを用いて個々のレーダ部２の観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）の重複しいている領域を解消する。例えば、最適解算出アルゴリズムに貪欲法を採用して、各レーダ部２の最小のリソースで最大の観測領域２２（ａ）〜２２（ｃ）の集合を得るなどが想定される。図５（ｄ）に重複を解消した要求領域２１（ａ）内の「観測領域」である観測領域２２（ａ）〜２２（ｃ）の模式図を示す。

そして、観測計画算出部１４（観測領域決定部１７）が算出した個々のレーダ部２の観測領域２２（ａ）〜２２（ｃ）に従った観測時間及び周波数帯域にて観測を行うように各レーダ部２に指示を行う。言い換えると、観測条件算出部１３より入力された観測条件を満たす要求領域２１（実際は、要求領域２１（ａ））の内部に含まれ、かつ、互いに重なっていない観測領域２２（ａ）〜２２（ｃ）の領域を各レーダ部２が、それぞれ目標１を観測できるように、観測時間及び周波数帯域を観測計画算出部１４が各レーダ部２を制御するということになる。例えば、要求領域２１の中で最も大きな面積の観測領域２２（ａ）を占めるレーダ部２から優先的に割り当てていくように制御し、観測領域２２（ａ）〜２２（ｃ）を算出する。つまり、所望の時間までに所望の解像度を満たす空間周波数領域上の要求領域２１を満たし、かつ効率的な、最適な観測領域２２（ａ）〜２２（ｃ）を確保できるように、各レーダ部２の目標１に対するアスペクト角の予想値及び使用可能な帯域から、観測レーダ、各レーダ部２の観測周波数、観測時間をそれぞれ選択し、各レーダ部２に指示することとなる。もちろん、図６（ａ）に示すように、観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）の全てが重複していない場合も想定されるが、その場合、観測領域決定部１７は図６（ｂ）の要求領域２１が図６（ｃ）に示すように、面積が最大である観測領域２０（ａ）に対して、要求領域２１を空間周波数領域上で最大限に確保するために要求領域２１をスライド・移動、回転させて、観測領域２０（ａ）における要求領域２１（ａ）の位置を算出する。３台（複数）のレーダ部２におけるそれぞれの観測領域マッピングは必ずしも接しないで、重複部分や空隙部分を生じる。

以上の動作を行うことによって、最小のレーダ部２のリソースで所望の分解能の画像を、所望の時刻までに得ることが可能になり、観測領域２２（ａ）〜２２（ｃ）以外の観測領域２０（ａ）〜２０（ｃ）において、目標１以外の「目標」を観測することも可能となる。また、各レーダ部２におけるそれぞれの観測値の空間周波数領域へのプロットは、アスペクト角が原点（レーダ部２）を中心とした角度を表し、送信周波数が原点からの距離、周波数帯域が掃引する幅を表すことから逆算し、最適な観測領域２２（ａ）〜２２（ｃ）から各レーダ部２の観測するアスペクト角、観測周波数と周波数帯域を算出する。アスペクト角はレーダ部２における時刻を表すため、アスペクト角、観測周波数と周波数帯域から観測開始時刻と観測終了時刻、時刻ごとの観測周波数と周波数帯域を算出する。このようにすることにより、各レーダ部２の観測開始時刻と終了時刻、時刻ごとの観測周波数と周波数帯域が出力される。つまり、図５（ｄ）のような観測領域２１（ａ）が時間ごとに出力される。上記動作によって、所望の時刻までに・所望の分解能を・各レーダ部２のリソース管理部１１及び目標姿勢推定処理部１２の情報から計算されうる最小のリソースを用いて達成することが可能である。このように、実施の形態１に係るレーダ装置の特徴的な部分はレーダの使用可能帯域及び目標のアスペクト角を用いて、高分解能画像に適切な空間周波数における領域を計算し、各レーダに指示を行う観測計画算出部１４である。

これまでは、観測計画算出部部１４（観測領域算出部１５，要求領域算出部１６，観測領域決定部１７）の動作は、観測条件算出部１３から出力される所望の分解能と所望の観測時間から、適切な観測領域２２（ａ）〜２２（ｃ）を得ると説明してきたが、所望の分解能のみが観測条件として観測条件算出部１３に外部から入力され、観測計画算出部１４（要求領域算出部１６）へ出力された場合でも、所望の分解能を満たす最短の時刻を観測計画算出部１４にて算出することも可能である。この場合、まず、観測条件算出部１３は、所望の観測時間を仮観測時間として仮に設定し、上記の観測計画算出部部１４内の処理を実行し、目標１の画像（この段階では、所望の分解能を満たしていない可能性があるので、高分解能画像といえない場合がある。）を算出するための観測計画を作成する。この観測計画による帯域合成処理部８が算出した画像又は観測領域決定部１３で決定された観測領域が、所望の分解能を満たしていた場合は、観測条件算出部１３が仮観測時間をその設定値以下に再度設定した短縮仮観測時間により上記の観測計画算出部部１４内の処理を実行し、所望の分解能を満たさなくなるまで繰り返し実行することで、所望の分解能を満たす最短の観測時間を計算できる。また、所望の分解能を満たしていない場合は、観測条件算出部１３が仮観測時間をその設定値以上に再度設定した拡張仮観測時間により上記の観測計画算出部部１４内の処理を実行し、所望の分解能を満たすまで繰り返し実行することで、所望の分解能を満たす最短の観測時間を計算できる。なお、場合によっては、所望の分解能を満たしていた場合は、短縮仮観測時間を算出せずに、仮観測時間のこのままで３台のレーダ部２を制御してもよい。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図７を用いて説明する。図７は実施の形態２に係るレーダ装置の機能ブロック図であり、図７において、２３は目標１の投影面とが一致するレーダ部２の観測領域を選択する投影面一致観測領域選択部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。実施の形態１に係るレーダ装置と実施の形態２に係るレーダ装置の違いは、実施の形態２に係るレーダ装置の観測領域推定部１５に投影面一致観測領域選択部２３が加わったことである。

実施の形態１に係るレーダ装置の場合は、３台のレーダ部２による観測を合成し画像化する場合は、目標１が回転対称の必要がある。例えば、空間中の円錐状の目標を考えた場合、レーダ部２からの画像の投影面は、どの位置に配置されたレーダ部２からもアスペクト角のみ規定され、同じアスペクト角のレーダ部２から見た目標の形状は一致するため、アスペクト角のみに従い、空間周波数領域でのマッピングを考慮すればよい。しかし、目標１が回転対称ではない場合は画像の投影面が異なり、同じアスペクト角のレーダ部２でも形状は一致しない。例えば、航空機などはアスペクト角だけでは目標の形状は一致しない。そのため、更に目標の水平面とのなす角を考慮し、同じ画像の投影面を持つレーダ部２による観測が必要である。実施の形態２に係るレーダ装置の投影面一致観測領域選択部２３は、目標１の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部２の観測領域のうち、目標１の投影面とが一致するレーダ部２の観測領域の組み合わせを選択する処理である。組み合わせ選択後、実施の形態１に係るレーダ装置と同様の処理を適用し、最も分解能の高い、もしくは所望の分解能を得る時間が短い画像の投影面を選択する。

実施の形態３．
この発明の実施の形態２について図８及び９を用いて説明する。図８は実施の形態３に係るレーダ装置の機能ブロック図、図９は実施の形態３に係るレーダ装置の機能ブロック図であり、図８及び９において、２４は予め目標１として推定される物体の形状を記憶するデータベース部、２５は追尾処理部１０が特定した目標１の姿勢と画像表示部９に表示される目標１の画像とから目標１の形状とデータベース部２４で記憶された物体の形状とを類似度を算出する類識別処理部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。実施の形態１及び２に係るレーダ装置と実施の形態３に係るレーダ装置の違いは、帯域合成処理部８の後段に類識別処理部２５とデータベースとが設けられているので、画像表示部９にて画像化された目標に対し、類識別処理部２５は目標１の姿勢をキーとしてデータベース２４を検索し、類似度が高いデータベース２４に保存された目標を画像表示部９などでオペレータに通知したり、データベース２４に保存された目標と目標１との類似度を画像表示部９などでオペレータに通知したりすることが可能となる。それ以外の動作は、図８に示すレーダ装置は、実施の形態１に係るレーダ装置と同様であり、図９に示すレーダ装置は、実施の形態２に係るレーダ装置と同様である。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の観測のジオメトリを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の追尾処理部以降の機能ブロック図と類似する従来技術のレーダ装置図である。 この発明の実施の形態１に係る観測値の空間周波数領域へのプロット説明図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の空間周波数概念図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の空間周波数概念図である。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の機能ブロック図である。

符号の説明

１…目標、２…レーダ部、３…識別処理制御部、４…信号線、５…送受信アンテナ、
６…受信処理部、７…コヒーレント化処理部、８…帯域合成処理部、９…画像表示部、
１０…追尾処理部、１１…リソース管理部、１２…目標姿勢推定処理部、
１３…観測条件算出部、１４…観測計画算出部、１５…観測領域推定部、
１６…要求領域算出部、１７…観測領域決定部、１８…観測信号スペクトル、
１９…連続スペクトル、２０…観測領域、２１…要求領域、２２…観測領域、
２３…投影面一致観測領域選択部、２４…データベース、２５…類識別処理部。

Claims (5)

1. 異なる位置に配置され、送信波を送信し、目標に反射した反射波を受信する複数の送受信アンテナ、この複数の送受信アンテナがそれぞれ受信した反射波を受信処理して受信信号及び受信信号スペクトルを算出する受信処理部からなる複数のレーダ部と、前記受信処理部が前記複数の送受信アンテナごとに算出した受信信号スペクトルの位相を一致させるコヒーレント化処理部と、このコヒーレント化処理部が位相を一致させた受信信号スペクトルをレンジ方向及びクロスレンジ方向に内挿又は外挿処理を行い、前記コヒーレント化処理部が位相を一致させた受信信号スペクトルのレンジ方向及びクロスレンジ方向の帯域幅を拡張して、連続スペクトルを導出し、この導出された連続スペクトルのレンジ方向及びクロスレンジ方向の帯域を圧縮する帯域合成処理部と、この帯域合成処理部が圧縮した連続スペクトルを前記目標の画像として表示する画像表示部とを備えたレーダ装置において、前記受信処理部が前記複数の送受信アンテナごとに算出した受信信号から前記目標の追尾処理により前記目標の位置や姿勢を特定する追尾処理部と、各レーダ部の観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域をそれぞれ前記複数のレーダ部から取得するリソース管理部と、前記追尾処理部が特定した前記目標の位置や姿勢及び帯域合成処理部が圧縮した連続スペクトルによる前記目標のモデルから前記目標が観測された時刻以降の前記目標の姿勢を推定する目標姿勢推定処理部と、所望の観測条件が入力される観測条件算出部と、前記リソース管理部から出力される前記各レーダ部の観測可能な方位・時間・送信周波数・周波数帯域から前記目標姿勢推定処理部が推定した前記目標が観測された時刻以降の所定の時刻毎に前記目標の姿勢と前記各レーダ部とのアスペクト角をそれぞれ算出し、前記観測条件算出部に入力された観測条件を満たす空間周波数領域上の信号領域である要求領域に対し、前記目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域の割り当てを決定し、この割り当てに基づいて前記複数のレーダ部に前記目標を観測させる観測計画算出部とを備えたレーダ装置。
2. 前記観測条件入力部は、前記所望の観測条件が所望の分解能のみときに、仮観測時間を生成し、前記複数のレーダ部による前記目標の観測結果が前記所望の分解能を満たす最短時間が決定するまで、前記仮観測時間を変更して前記観測計画算出部の処理を繰り返して実行させる請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記観測計画算出部は、空間周波数領域上で前記要求領域を移動させ、前記目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域、又は前記目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域のうち、前記目標の投影面とが一致するレーダ部の観測領域とを重ねて、前記要求領域に割り当てられる前記各レーダ部の観測領域を決定する請求項１又は２に記載のレーダ装置。
4. 前記観測計画算出部は、最適解算出アルゴリズムにより前記目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域、又は前記目標の姿勢となすアスペクト角が一致するレーダ部の観測領域のうち、前記目標の投影面とが一致するレーダ部の観測領域の中で、前記各レーダ部の観測領域同士が重複している部分を解消して前記複数のレーダ部に前記目標を観測させる請求項３に記載のレーダ装置。
5. 請求項１〜５のいずれかに記載の装置において、予め前記目標として推定される物体の形状を記憶するデータベース部と、前記追尾処理部が特定した前記目標の姿勢と前記画像表示部に表示される前記目標の画像とから前記目標の形状と前記データベース部で記憶された物体の形状とを類似度を算出する類識別処理部とを備えたレーダ装置。

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