JP2011033344A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数ホッピングの実行の有無にかかわらず、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能で、かつ低演算量なＭＬＥを用いる測高法を実現したレーダ装置を得る。
【解決手段】アンテナ１からの受信信号から複数チャネルの受信信号を生成する受信機２と、複数チャネルの受信信号からディジタル信号に変換した複数チャネルの受信信号ベクトルを出力するＡＤ変換器３と、受信信号ベクトル、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲を入力情報として、目標の測高値を算出する目標測高手段４とを備えている。目標測高手段４は、受信信号ベクトルから相関行列を算出する手段と、各種情報からアレーマニフォルドを算出する手段と、相関行列およびアレーマニフォルドから測高値を算出する手段とを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、海面マルチパス環境下にて目標高度を測高するためのレーダ装置に関するものである。

従来から、レーダにより目標高度を測高する方法として、２本のアンテナビームであるΣおよびΔビームによるモノパルス測角値を求め、モノパルス測角値を高度に変換して目標高度を測高する方法が知られている（たとえば、非特許文献１参照）。

ところが、上記モノパルス測角においては、ビーム内に目標からの直接波のみが到来することを前提としているので、ビーム内に直接波のみならず海面反射マルチパスなどによる間接波が到来する場合には、モノパルス測角値が正しく求まらず、測高値が正しい値にならない。したがって、海面マルチパス環境下におけるレーダ目標の追尾維持が困難となっている。

これに対し、異なる位置に配置した素子アンテナにより、ビーム内に到来する直接波ならびに間接波を受信し、超分解能アレー信号処理を用いて目標高度を測高する方法が提案されている（たとえば、非特許文献２、非特許文献３参照）。

超分解能アレー信号処理のアルゴリズムの代表的なものとしては、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、ＭＬＥ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）などが知られている。

これらのアルゴリズムのうち、上記非特許文献２に記載のＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴは、海面マルチパス波のような直接波と相関の高いコヒーレント波の分離・測角能力がないが、空間スムージング法などの前処理を行うことにより、コヒーレント波への分離・測角能力を与えることが可能である。
ところが、そのためには、素子アンテナまたはサブアレーアンテナを等間隔に配置する必要があり、素子アンテナなどを不等間隔に配置する場合の多いレーダへの適用は、通常は困難である。

一方、上記非特許文献３に記載のＭＬＥは、コヒーレント波の分離・測角能力も有するが、測角値を推定するためには、到来信号数Ｋに対してＫ次元サーチが必要となるので、実用化に際しては、膨大な演算量が必要になる。

そこで、上記ＭＬＥの問題点を解決するレーダ向けの測高法も提案されている（たとえば、特許文献１、非特許文献４参照）。
この測高法においては、通常のレーダでは測高に先立って行われる目標検出などにより目標距離が既知となること、ならびに、検出された目標距離とレーダとの間に海面反射マルチパス伝搬モデルを導入することにより、ＭＬＥの低演算量化を実現するとともに、モノパルス測角による測高に比べて高精度な測高が行われる。

ところが、上記特許文献１、非特許文献４に記載の測高法では、３チャネル以上の素子アンテナまたはサブアレーアンテナによる受信系統が必要となるので、３チャネル以上の受信系統を有するＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）方式レーダへの適用は可能であるが、ΣビームとΔビームによる２チャネルの受信系統しか有さないモノパルス方式レーダへの適用は困難となる。

そこで、上記特許文献１に記載の方法以外に、モノパルス方式レーダへの適用も可能なＭＬＥを用いる測高法が提案されている（たとえば、非特許文献５参照）。
この測高法においては、周波数ホッピングと呼ばれる複数周波数による送受信を行うことにより、ＤＢＦ方式レーダのみならず、モノパルス方式レーダへの適用を可能にするとともに、モノパルス測角による測高に比べて高精度な測高が行われる。合わせて、周波数ホッピングによる周波数ダイバシチ効果が得られる場合には、さらに高精度な測高が行われる。

ところが、上記非特許文献５に記載の方法では、たとえば、選択できる周波数の範囲が十分広くとれない場合などのように、周波数ダイバシチ効果が無い場合でも、周波数ホッピングを行う必要がある。

また、ＭＬＥのサーチ演算は、｛１＋２（Ｌ−１）｝次元サーチ（Ｌは周波数ホッピング数）となり、少なくとも３次元サーチが必要となるので、周波数ホッピングを行わない場合であっても、ＤＢＦ方式レーダのみならず、モノパルス方式レーダへの適用が可能で、かつ低演算量のＭＬＥを用いることが可能な測高法の開発が要求されている。

特開２００４−２２６１８８号公報

Ｓ．Ｓｈｅｒｍａｎ，Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡ，Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，１９８４ 菊間信良、アレーアンテナによる適応信号処理、科学技術出版、１９９９ Ｉ．Ｚｉｓｋｉｎｄ、Ｍ．Ｗａｘ「Ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｏｕｒｃｅｓ ｂｙ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ，ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｖｏｌ．３６，ｎｏ．１０，ｐｐ．１５５３−１５６０，Ｏｃｔ．１９８８． 稲葉敬之、荒木純道「マルチパス環境での低高度レーダ目標の高度推定法−サブアレー構成による推定法−」信学論（Ｂ）、ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｂ、ｎｏ．８、ｐｐ．１６２０−１６２８、Ａｕｇ．２００３ 稲葉敬之、荒木純道「マルチパス環境でのΣΔアンテナによる低高度レーダ目標の高度推定法」信学論（Ｂ）、ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｂ、ｎｏ．３、ｐｐ．４４６−４５６、Ｍａｒ．２００４

従来のレーダ装置は、非特許文献１に記載のモノパルス測角においては、ビーム内に間接波が到来する場合にモノパルス測角値が正しく求まらず、測高値は正しい値とならないので、海面マルチパス環境下におけるレーダ目標の追尾維持が困難になるという課題があった。

また、非特許文献２に記載のＭＵＳＩＣ、ＥＳＰＲＩＴにおいては、海面マルチパス波などの直接波と相関の高いコヒーレント波の分離・測角能力がないという課題があった。
また、この場合、空間スムージング法などの前処理によってコヒーレント波への分離・測角能力を与えるためには、素子アンテナまたはサブアレーアンテナを等間隔に配置する必要があり、素子アンテナなどを不等間隔に配置する場合の多いレーダへの適用が困難になるという課題があった。

また、非特許文献３に記載のＭＬＥにおいては、コヒーレント波の分離・測角能力を有するものの、測角値を推定するためには、到来信号数Ｋに対してＫ次元サーチが必要となるので、実用化に際しては、膨大な演算量が必要になるという課題があった。
また、特許文献１、非特許文献４に記載の測高法においては、３チャネル以上の素子アンテナまたはサブアレーアンテナによる受信系統が必要となるので、２チャネルの受信系統しか有さないモノパルス方式レーダへの適用は困難となるという課題があった。

また、非特許文献５に記載の方法においては、たとえば、選択できる周波数の範囲が十分広くとれない場合などのように、周波数ダイバシチ効果が無い場合でも、周波数ホッピングを行う必要があるという課題があった。
さらに、ＭＬＥのサーチ演算には、少なくとも３次元サーチが必要となるので、周波数ホッピングを行わない場合でも、ＤＢＦ方式レーダのみならずモノパルス方式レーダへの適用が可能で、かつ低演算量のＭＬＥを用いることが可能な測高法の開発が要求されているにもかかわらず、実現することができないという課題があった。

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、周波数ホッピングの実行の有無にかかわらず、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能で、かつ低演算量なＭＬＥを用いる測高法を実現したレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、所定の周波数の送信波を所定のビーム指向方向に向けて空中に送信するとともに、目標からの反射波を受信して複数チャネルの受信信号を取得するアンテナと、アンテナに接続された複数チャネルの受信ユニットにより構成され、アンテナから得られた複数チャネルの受信信号を入力情報として、ベースバンド帯に周波数変換した複数チャネルの受信信号を生成する受信機と、受信機に接続された複数チャネルのＡＤ変換ユニットにより構成され、受信機からの複数チャネルの受信信号を入力情報として、ディジタル信号に変換した複数チャネルの受信信号ベクトルを出力するＡＤ変換器と、ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルと、ビーム指向方向情報と、目標距離情報と、目標高度想定範囲と、海面反射係数想定範囲とを入力情報として、目標の測高値を算出する目標測高手段とを備え、目標測高手段は、ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルに基づいて相関行列を算出する相関行列計算手段と、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲を入力情報として、アレーマニフォルドを算出するアレーマニフォルド計算手段と、相関行列およびアレーマニフォルドを用いて目標の測高値を算出する評価関数計算手段とを含むものである。

この発明によれば、直接波および間接波に対応した２個のステアリングベクトルの線形結合で表される合成ステアリングベクトルを導入し、目標高度想定値などにより決まる合成ステアリングベクトルが存在する１次元部分空間に受信信号ベクトルを順次射影した評価関数を計算し、この評価関数の最大値を与える目標高度想定値を測高値とする。これにより、周波数ホッピングの実行の有無にかかわらず、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能で、かつ低演算量なＭＬＥを用いる測高法を実現したレーダ装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１に係る目標測高手段の機能構成を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１において想定するジオメトリを示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態２に係る目標測高手段を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態３に係る目標測高手段を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態４に係る目標測高手段を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態５に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態６に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態７に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態７に係る目標測高手段を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態８に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態８に係る目標測高手段を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態９に係る目標測高手段を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１０に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１１に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、図２は図１内の目標測高手段の機能構成を示すブロック構成図である。
図１において、レーダ装置は、アンテナ１と、受信機２と、ＡＤ変換器３と、目標測高手段４とを備えている。

アンテナ１は、複数（ｍ）チャネルの素子アンテナ１ａ、１ｂ、・・・、１ｍと各素子アンテナ１ａ、１ｂ、・・・、１ｍに接続された移相器（図示せず）とにより構成されたｍチャネルサブアレーアンテナからなり、所定の周波数の送信波を所定のビーム指向方向に向けて空中に送信するとともに、目標（図示せず）からの反射波を受信してｍチャネルの受信信号を取得する。

受信機２は、アンテナ１のチャネルごとに接続された複数（ｍ）チャネルの受信ユニット２ａ、２ｂ、・・・、２ｍにより構成され、アンテナ１から得られたｍチャネルの受信信号を入力情報として、ベースバンド帯に周波数変換したｍチャネルの受信信号を生成する。

ＡＤ変換器３は、受信機２のチャネルごとに接続された複数（ｍ）チャネルのＡＤ変換ユニット３ａ、３ｂ、・・・、３ｍにより構成され、受信機２からのｍチャネルの受信信号を入力情報として、ディジタル信号に変換したｍチャネルの受信信号ベクトルを出力する。

目標測高手段４は、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルと、あらかじめ初期情報として与えられているビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲と、を入力情報として、目標の測高値を算出する。

図２において、目標測高手段４は、ＡＤ変換器３に接続された相関行列計算手段５と、各種初期情報が入力されるアレーマニフォルド計算手段６と、相関行列計算手段５およびアレーマニフォルド計算手段６に接続された評価関数計算手段７とを備えている。

相関行列計算手段５は、ＡＤ変換器３の各ＡＤ変換ユニット３ａ、３ｂ、・・・、３ｍからの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒット数個の受信信号ベクトルから相関行列を算出する。
アレーマニフォルド計算手段６は、ビーム指向方向情報と、目標距離情報と、目標高度想定範囲と、海面反射係数想定範囲とを入力情報として、アレーマニフォルドを算出する。

評価関数計算手段７は、相関行列計算手段５からの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６からのアレーマニフォルドとを入力情報として、目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度想定値を、目標の測高値として算出する。

次に、図３を参照しながら、図１および図２に示したこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置の処理において想定する海面マルチパス伝搬モデルについて説明する。
図３はこの発明の実施の形態１において想定されるジオメトリを示す説明図であり、等価地球半径Ｒ_ｅを用いたときのアンテナ１および目標の関係を示している。具体的には、等価地球とアンテナ１および目標との関係、ならびに鏡面反射点（海面）を介したアンテナ１と目標との関係を示している。

図３においては、アンテナ１と目標との間の距離Ｒ_{ｔａｒｇｅｔ}と、アンテナ１と鏡面反射点との間の距離Ｒ_ａと、目標と鏡面反射点との距離Ｒ_ｂと、等価地球半径Ｒ_ｅと、地表からアンテナ１までの高さＨ_ａｎｔと、等価地球の中心Ｏから見た目標高度（地表から目標までの高さ）Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}と、アンテナ１と鏡面反射点とのグランドレンジＧ_ａと、目標と鏡面反射点とのグランドレンジＧ_ｂと、アンテナ１と目標とのグランドレンジＧと、直接波到来角（レーダ水平方向基準）θ_ｄと、直接波到来角（レーダ水平方向基準）θ_ｒと、グレージング角ψと、地球中心Ｏからアンテナ１および鏡面反射点へのなす角ζ_ａと、地球中心Ｏから目標および鏡面反射点へのなす角ζ_ｂと、地球中心Ｏからアンテナ１および目標へのなす角ζとが示されている。

大気中を伝搬するレーダ波は、大気による屈折の影響により曲がりながら伝搬していくので、図３のように、実際の地球半径とは異なる等価地球半径Ｒ_ｅを有する仮想的な地球を考えて、レーダ波が直進して伝搬するものとして扱う。
等価地球半径Ｒ_ｅは、実際の地球半径Ｒ_{ｅａｒｔｈ}に等価地球半径係数ｋ_ｅ（標準大気状態では、ｋ_ｅ＝４／３）を乗じた値である。

なお、フェーズドアレーアンテナの場合、図３内のアンテナ１は、素子アンテナに対応し、アンテナ高さＨ_ａｎｔは、素子アンテナごとに異なることになる。
ここで、アンテナ高さＨ_ａｎｔ方向に並ぶＭ個の素子アンテナ、移相器およびＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を含む送受信モジュールと、Ｍ_ｓａチャネルのサブアレー合成器とから構成されるフェーズドアレーアンテナを備え、Ｍ_ｓａチャネルのサブアレーからなる受信系統で構成されるレーダ装置を想定し、海面マルチパス環境下でのサブアレー出力に対応する受信信号ベクトルを導出する場合について説明する。

まず、レーダ送信機で生成される信号ｓ_ｇｅｎ（ｔ）が、アンテナ１のＭ個の素子アンテナより放射されるときの送信信号ベクトルｓ_ｔｘ（ｔ）は、以下の式（１）のように表される。

式（１）において、ｗ_{ｓｔｅｅｒ}は、Ｍ個の送受信モジュールへの送信設定移相値を要素とするＭ次元ベクトルである。
また、アンテナ１の素子アンテナより放射されたｓ_ｔｘ（ｔ）がアンテナ中心から目標までの距離Ｒの目標に到達する信号を目標到達信号ｓ_ｔｇｔ（ｔ）とする。

目標到達信号ｓ_ｔｇｔ（ｔ）は、直接波ｓ_ｔｇｔ＿_{ｄｉｒｅｃｔ}（ｔ）と、海面マルチパス伝搬による間接波ｓ_ｔｇｔ＿_{ｒｅｆｌｅｃｔ}（ｔ）とに分けられ、それぞれ、以下の式（２）、（３）のように表される。

式（２）、（３）において、距離Ｒは、アンテナ１の中心から目標までの距離、ｃは光速である。なお、直接波と間接波との時間遅延差は無視し、ドップラシフトおよび距離減衰については、表記を省略している。
また、ａ_{ｄｉｒｅｃｔ}およびａ_{ｒｅｆｌｅｃｔ}は、それぞれ、直接波と間接波との電波伝搬による位相回転を表すベクトルであり、以下の式（４）、（５）の通りである。

式（５）において、ρ_ｍはｍ番目の素子アンテナと目標との間の海面反射係数であり、φ_ｍはｍ番目の素子アンテナと目標との間の海面反射位相であり、λは波長である。
海面反射係数ρ_ｍは、フレネル反射係数、Ｓｐｅｃｕｌａｒ反射係数、およびダイバージェンスファクタにより決まる。
また、海面反射位相φ_ｍは、フレネル反射の偏角、および直接波と間接波との行路差により決まる。
Ｒ_ｍは、ｍ番目の素子アンテナから目標までの距離であり、以下の式（６）のように表される。

式（６）において、Δ_ｍはアンテナ中心を基準とするアンテナ高さ方向のｍ番目の素子アンテナ座標、Ｒ_ｅは等価地球半径、Ｈ_ａｎｔはｍ番目の素子アンテナ高さである。
目標到達信号ｓ_ｔｇｔ（ｔ）は、直接波と間接波とを足し合わせたものであり、以下の式（７）、（８）のように表される。

ただし、式（８）内のベクトルＡは、以下の式（９）の通りである。

アンテナ１のＭ個の素子アンテナで受信した目標信号ベクトルｓ_ａｎｔ（ｔ）は、以下の式（１０）のように表される。

ただし、式（１０）内のｓ_ｔｇｔ＿_ｂａｃｋ（ｔ）は、以下の式（１１）の通りである。

式（１１）において、σ_ｔｇｔ（θ_{ｄｉｒｅｃｔ}）、σ_ｔｇｔ（θ_{ｒｅｆｌｅｃｔ}）は、それぞれ、目標を基準としたときの直接波方向θ_{ｄｉｒｅｃｔ}および間接波方向θ_{ｒｅｆｌｅｃｔ}への目標反射係数である。

続いて、素子アンテナで受信した目標信号ベクトルｓ_ａｎｔ（ｔ）は、送受信モジュール内のＬＮＡおよび移相器、サブアレー合成器を経て、アンテナ１から受信機２およびＡＤ変換器３を通過して、目標測高手段４に入力される。
このときの受信信号ベクトルｘ_ｓａ（ｔ）は、以下の式（１２）のように表される。

式（１２）において、受信信号ベクトルｘ_ｓａ（ｔ）は、サブアレーチャネルの出力を並べたＭ_ｓａ次元ベクトルであり、Φ_{ｓｔｅｅｒ}（＝ｄｉａｇ（ｗ_{ｓｔｅｅｒ}））は、移相器での受信設定移相値を対角項に並べた行列である。
Ｔはサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａに相当しており、その行列サイズは（Ｍ×Ｍ_ｓａ）である。
また、式（１２）内のｘ_ａｎｔ（ｔ）は、以下の式（１３）により与えられる。

式（１３）において、ｎ（ｔ）は、ＬＮＡなどによる熱雑音ベクトルである。
式（１２）を、レーダ送信機で生成される信号ｓ_ｇｅｎ（ｔ）を用いて表すと、前述の式（８）、（１０）、（１１）から、以下の式（１４）のようになる。

ここで、間接波の電波伝搬による位相回転を表すベクトルａ_{ｒｅｆｌｅｃｔ}（前述の式（５）参照）においては、海面反射係数ρ_ｍが素子アンテナごとに異なる。
素子アンテナごとの海面反射係数ρ_ｍの差が無視できるとすると、素子アンテナに依存しない海面反射係数をρとして、ベクトルａ_{ｒｅｆｌｅｃｔ}は、以下の式（１５）のように改められる。

よって、式（１４）は、以下の式（１６）のように改められる。

ただし、式（１６）内のＡ〜（チルダ）およびｓ〜_ｔｇｔ＿_ｂａｃｋ（ｔ）は、それぞれ、以下の式（１７）、（１８）の通りである。

ここで、式（１７）、（１８）に基づき、式（１６）を以下の式（１９）、（２０）、（２１）のように変形する。

ただし、式（２１）内のａ〜_{ｃｏｍｂ，ＲＣＳ}およびｎ_ｓａ（ｔ）は、それぞれ、以下の式（２２）、（２３）の通りである。

式（２２）において、σ_ｔｇｔ（θ_{ｄｉｒｅｃｔ}）およびσ_ｔｇｔ（θ_{ｒｅｆｌｅｃｔ}）は、異なるアスペクト角に対する目標反射係数である。
通常、低仰角方向の目標については、目標位置における直接波と間接波とのアスペクト角の差は微小であることから、目標反射係数σ_ｔｇｔ（θ_{ｄｉｒｅｃｔ}）とσ_ｔｇｔ（θ_{ｒｅｆｌｅｃｔ}）との間には、以下の式（２４）が成り立つものとする。

式（２４）が成り立つ場合の受信信号ベクトルｘ_ｓａ〜〜（ｔ）は、前述の式（２１）から、以下の式（２５）のようになる。

ただし、式（２５）内のａ〜_ｃｏｍｂおよびｓ〜〜_ｔｇｔ（ｔ）は、それぞれ、以下の式（２６）、（２７）の通りである。

式（２５）に着目すると、受信信号ベクトルｘ_ｓａ〜〜（ｔ）は、合成ステアリングベクトルａ〜_ｃｏｍｂをアレー応答ベクトルとして、目標信号ｓ〜〜_ｔｇｔ（ｔ）を受信機雑音ベクトルｎ_ｓａ（ｔ）とともに受信したものであることが分かる。

したがって、直接波および間接波について、式（２６）のような関係が成り立つアレーマニフォルドを用いることにより、目標測高が可能であることが分かる。
言うまでもなく、目標反射係数σ_ｔｇｔ（θ_{ｄｉｒｅｃｔ}）およびσ_ｔｇｔ（θ_{ｒｅｆｌｅｃｔ}）が既知の場合には、前述の式（２１）に基づき目標測高が可能である。

この発明の実施の形態１で想定する海面反射マルチパス伝搬モデルについては、以上の通りである。
以下、図１および図２に示したこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置の処理フローについて、具体的に説明する。

まず、受信機雑音のサブアレー出力である受信機雑音ベクトルｎ_ｓａ（ｔ）は、定常かつエルゴード性を有したガウス性雑音（平均０、分散σ_ｓａ ^２）とする。
ここで、受信機雑音ベクトルｎ_ｓａ（ｔ）が観測時刻ｔにおいて互いに独立であれば、ｘ〜〜_ｓａ（ｔ）の尤度Λは、以下の式（２８）のようになる。

式（２８）において、Ｉは単位行列であり、ｄｅｔ（σ_ｓａ ^２Ｉ）は、σ_ｓａ ^２の行列式を表し、Ｔ（転置を示すＴとは異なる）は、スナップショット数である。
最尤推定法は、尤度Λを最大にするようなパラメータを推定するものである。
ここで、尤度Λの最大化は、対数尤度の最大化と等価であるから、式（２８）から、以下の式（２９）のような、評価関数Ｊの最小化と等価になる。

さらに、式（２９）の評価関数Ｊの最小化は、以下の式（３０）、（３１）のように、合成ステアリングベクトルａ〜_ｃｏｍｂへのＴ個の受信信号ベクトルｘ〜〜_ｓａ（ｔ）の射影長の和を最大化することと等価である。

式（３１）において、Ｒ＾_ｘｘは、受信信号ベクトルｘ〜〜_ｓａ（ｔ）の相関行列の推定値であり、以下の式（３２）の表される。

以上のように、式（３１）にしたがう評価関数Ｐを最大化するパラメータが、最尤推定値となる。

ここで、未知パラメータについて整理する。
まず、式（２９）内のｓ〜〜_ｔｇｔ（ｔ）は、式（３１）においては、受信信号ベクトルｘ〜〜_ｓａ（ｔ）の相関行列に含まれるので、ｓ〜〜_ｔｇｔ（ｔ）に含まれる目標反射係数σ_ｔｇｔ（θ_{ｄｉｒｅｃｔ}）は、未知のままでよい。
したがって、式（３１）内の未知パラメータは、合成ステアリングベクトルａ〜_ｃｏｍｂのみである。
ここで、合成ステアリングベクトルａ〜_ｃｏｍｂは、式（４）、（１５）、（２６）に基づき、以下の式（３３）のような引数を用いて表すことができる。

式（３３）において、海面反射係数ρ以外の未知パラメータを整理すると、Ｒ_１、Ｒ_２、・・・Ｒ_Ｍは、未知パラメータ（目標高度Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}、等価地球半径Ｒ_ｅ、アンテナ中心から目標までの距離Ｒ）の関数である。
また、φ_１、φ_２、・・・φ_Ｍは、未知パラメータ（Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}、Ｒ_ｅ、Ｒ、フレネル反射係数Γの偏角ａｒｇ（Γ））の関数である。

さらに、アンテナ中心から目標までの距離Ｒと、等価地球半径Ｒ_ｅと、フレネル反射係数の偏角ａｒｇ（Γ）とについて、それぞれ、以下の式（３４）、（３５）、（３６）の想定値を設定する。

式（３４）において、Ｒ_{ｍｅａｓｕｒｅ}は目標距離情報である。
式（３４）のように、目標距離情報を想定値とする理由は、測高に先立つ目標検出および測距、または追尾フィルタからの目標距離予測値などにより、レーダから目標までの距離が既知となることによる。

また、式（３５）のように、等価地球半径係数を４／３に設定した理由は、平穏な天候における標準大気状態を想定したことによる。もし、何らかの手段により、レーダを運用する場所・時間における等価地球半径Ｒ_ｅが求まる場合には、その値を用いる。

さらに、式（３６）のように、フレネル反射係数の偏角をπに設定した理由は、水平偏波の場合には、偏角がグレージング角ψおよび周波数に依存せず、偏角がπとなるためである。
また、垂直偏波の場合には、グレージング角が小さいときは、偏角がほぼπとなり、特に周波数が１ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ、かつグレージング角が２ｄｅｇ以内であれば、偏角がほぼ０．９５πとなるためである。

以上のように、物理モデルに基づく想定値を設定することにより、合成ステアリングベクトルａ〜_ｃｏｍｂを表す式（３３）は、以下の式（３７）のように表すことができる。

この結果、評価関数Ｐを表す式（３１）は、以下の式（３８）のように表すことができる。

すなわち、未知パラメータは、目標高度Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}および海面反射係数ρのみとなり、２次元サーチにより、目標高度Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}および海面反射係数ρの最尤推定値が求まる。
結局、目標高度の最尤推定値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}は、以下の式（３９）により求めることができる。

総括すると、図２内の相関行列計算手段５は、式（３２）により相関行列を求め、アレーマニフォルド計算手段６は、目標距離情報、ビーム指向角情報に基づき、想定する目標高度想定範囲、海面反射係数想定範囲について、式（３７）によりアレーマニフォルドを計算する。
また、評価関数計算手段７は、相関行列およびアレーマニフォルドから、式（３８）による評価関数を計算し、式（３９）を満たす測高値を求める。

以上では、サブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いたＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルから、ΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、上記説明で用いたフェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態１の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態１（図１、図２）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行わない場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつサーチ次元数を２次元に低減したＭＬＥ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）による測高値を求めることができるという効果を奏する。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１、図２）では、周波数ホッピングについて言及しなかったが、図４および図５に示すように、周波数ホッピングを考慮した目標測高手段４Ａを用いてもよい。

図４はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、図５は図４内の目標測高手段４Ａの機能構成を示すブロック構成図である。
図４および図５において、前述（図１、図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。

図５において、目標測高手段４Ａ内の相関行列計算手段５Ａは、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒットごとに異なる周波数に対応した複数の受信信号ベクトルを並べた新たな周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルを構成し、ヒット数個の周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルから相関行列を算出する。

アレーマニフォルド計算手段６Ａは、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲を入力情報として、アレーマニフォルドを算出し、評価関数計算手段７Ａは、相関行列計算手段５Ａからの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ａからのアレーマニフォルドとを入力情報として、目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度を、目標の測高値として算出する。

以下、この発明の実施の形態２による処理フローについて、具体的に説明する。
なお、この発明の実施の形態２による処理において、想定する海面マルチパス伝搬モデルについては、前述（図３）と同様なので説明を省略する。

周波数ホッピングによるＬ個の異なる周波数のサブアレー出力からなる受信信号ベクトルを用いる場合、ｌ番目の周波数の受信信号ベクトルは、前述の式（２１）から、以下の式（４０）のように表すことができる。

ただし、式（４０）内のａ〜_ｃｏｍｂ、ａ〜_{ｄｉｒｅｃｔ}、ａ〜_{ｒｅｆｌｅｃｔ}およびｓ〜〜_ｔｇｔ（ｔ）、ｎ_ｓａ（ｔ）は、それぞれ、以下の式（４１）〜（４５）の通りである。

ここで、周波数ごとのＬ個の受信信号ベクトルｘ〜_ｓａ，ｌ（ｔ）を、以下の式（４６）〜（４８）のように列方向にならべて、新たな周波数ホッピング時の受信信号ベクトルｘ〜_ｓａ，ｌ（ｔ）を定義する。

ただし、式（４８）において、Ｂ〜_ｃｏｍｂ__ＦＨ、ｓ〜〜_ｔｇｔ__ＦＨ（ｔ）およびｎ_ｓａ__ＦＨ（ｔ）は、それぞれ、以下の式（４９）〜（５１）の通りである。

新たに定義した受信信号ベクトルは、式（４８）の通りなので、以下の式（５２）のように、周波数ホッピングなしの場合の各パラメータを置き換えることにより、周波数ホッピングを用いる場合のＭＬＥを用いる測高法が導かれる。

結局、周波数ホッピングを用いる場合の測高値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}__ＦＨは、以下の式（５３）のように求まる。

ただし、式（５３）内の（Ｂ＾_ｃｏｍｂ__ＦＨ）^＋、Ｒ＾_ｘｘ__ＦＨおよびＨ＾_{ｔａｒｇｅｔ}は、それぞれ、以下の式（５４）〜（５６）の通りである。

式（５６）から、周波数ホッピングを用いる場合のＭＬＥを用いる測高法では、（Ｌ＋１）次元サーチにより測高値を推定できる。

総括すると、目標測高手段４Ａにおいて、相関行列計算手段５Ａは、式（５５）により相関行列を求める。
また、アレーマニフォルド計算手段６Ａは、目標距離情報およびビーム指向角情報に基づき、想定する目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲について、式（４９）によりアレーマニフォルドを計算する。

さらに、評価関数計算手段７Ａは、相関行列計算手段５Ａからの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ａからのアレーマニフォルドとから、式（５３）による評価関数を計算し、式（５６）を満たす測高値を求める。

以上では、前述の実施の形態１と同様に、アンテナ１内のサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いるＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルからΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、前述と同様に、フェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態２の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態２（図４、図５）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行う場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつサーチ次元数を（Ｌ＋１）次元に低減したＭＬＥによる測高値を求めることができるという効果がある。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態２（図４、図５）では、特に言及しなかったが、図６に示すように、海面反射係数ρに関して２次元サーチを行う目標測高手段４Ｂを用いてもよい。
図６はこの発明の実施の形態３に係る目標測高手段４Ｂの機能構成を示すブロック構成図であり、前述（図５参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の全体構成は、図４に示した通りである。

この場合、評価関数計算手段７Ｂは、前述の機能に加えて、アレーマニフォルド計算手段６Ｂからのアレーマニフォルドに基づき、海面反射係数ρに関して２次元サーチを行うことにより、目標の測高値を算出する。
なお、この発明の実施の形態３による処理において、想定する海面マルチパス伝搬モデルは、前述（図３）と同様である。

前述の実施の形態２における測高値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}__ＦＨは、周波数ごとの海面反射係数ρ_１、ρ_２、・・・、ρ_Ｌの差異を考慮するために、式（５６）から求めているので、（Ｌ＋１）次元サーチが必要であった。
これに対し、この発明の実施の形態３では、演算量削減を目的として、周波数ごとの海面反射係数ρ_１、ρ_２、・・・、ρ_Ｌの差異を無視して、以下の式（５７）のように、海面反射係数ρバーＦＨを同一値に改める。

このとき、測高値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}__ＦＨは、前述の式（５６）において、式（５７）を満たす海面反射係数に関してサーチを行えばよいので、以下の式（５８）、（５９）のように、２次元サーチにより求めることができる。

総括すると、目標測高手段４Ｂにおいて、相関行列計算手段５Ａは、式（５５）により相関行列を求め、アレーマニフォルド計算手段６Ｂは、目標距離情報およびビーム指向角情報に基づき、想定する目標高度想定範囲と、式（５７）を満たす海面反射係数想定範囲とについて、式（４９）によりアレーマニフォルドを計算する。
また、評価関数計算手段７Ｂは、相関行列計算手段５Ａからの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ｂからのアレーマニフォルドとより、式（５８）による評価関数を計算し、式（５９）を満たす測高値を求める。

以上では、前述と同様に、アンテナ１内のサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いるＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルからΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、前述と同様に、フェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態３の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態３（図４、図６）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行う場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつサーチ次元数を２次元に低減したＭＬＥによる測高値を求めることができるという効果がある。

実施の形態４．
なお、上記実施の形態２、３（図４〜図６）では、特に言及しなかったが、図７に示すように、周波数ごとに計算した評価関数の最大値を与える目標高度を周波数別測高値として求め、周波数別測高値の平均値を目標の測高値として算出する目標測高手段４Ｃを用いてもよい。

図７はこの発明の実施の形態４に係る目標測高手段４Ｃの機能構成を示すブロック構成図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｃ」を付して詳述を省略する。
また、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の全体構成は、図４に示した通りである。

図７において、目標測高手段４Ｃ内の相関行列計算手段５Ｃは、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、それぞれの周波数に対応したヒット数個の受信信号ベクトルから複数個の相関行列を算出する。

また、アレーマニフォルド計算手段６Ｃは、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲を入力情報として、周波数ごとのアレーマニフォルドを算出する。
さらに、評価関数計算手段７Ｃは、相関行列計算手段５Ｃからの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ｃからのアレーマニフォルドとを入力情報として、周波数ごとに、目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度を周波数別測高値として求め、周波数別測高値の平均値を測高値として算出する。

なお、この発明の実施の形態４による処理において、想定する海面マルチパス伝搬モデルは、前述（図３）と同様である。
前述の実施の形態２における測高値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}__ＦＨは、式（５６）から求めているので、（Ｌ＋１）次元サーチが必要であった。また、前述の実施の形態３においては、サーチ次元が２次元に低減されるものの、受信信号ベクトルの次元は、実施の形態２と同様にＭ_ｓａ×Ｌ次元であった。

これに対し、この発明の実施の形態４では、さらなる演算量削減を目的として、前述の実施の形態１に基づき周波数ごとの測高値を求め、これらの平均値を測高値とする。
この発明の実施の形態４において、相関行列は、周波数ごとに、以下の式（６０）により求められる。

続いて、周波数ごとの評価関数および測高値を、以下の式（６１）、（６２）の通りに求める。

また、式（６２）から求めた周波数ごとの測高値に基づき、以下の式（６３）による測高値を求める。

総括すると、目標測高手段４Ｃにおいて、相関行列計算手段５Ｃは、式（６０）から相関行列を求める。
また、アレーマニフォルド計算手段６Ｃは、目標距離情報およびビーム指向角情報に基づき、想定する目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲について、式（３７）によりアレーマニフォルドを計算する。
さらに、評価関数計算手段７Ｃは、相関行列計算手段５Ｃからの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ｃからのアレーマニフォルドとより、式（６１）による評価関数を計算し、式（６３）を満たす測高値を求める。

以上では、前述と同様に、アンテナ１内のサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いるＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルからΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、前述と同様に、フェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態４の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態４（図４、図７）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行う場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつ周波数ごとにサーチ次元数を２次元に低減したＭＬＥによる周波数別測高値の平均より測高値を求めることができるという効果がある。

実施の形態５．
なお、上記実施の形態１〜４（図１〜図７）では、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲を入力情報としたが、図８に示すように、目標距離想定範囲を入力情報に加えてもよい。
図８はこの発明の実施の形態５に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｄ」を付して詳述を省略する。

この場合、目標測高手段４Ｄは、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルと、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲、海面反射係数想定範囲および目標距離想定範囲とを入力情報として、目標の測高値を算出する。

すなわち、目標測高手段４Ｄ内の相関行列計算手段は、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒット数個の受信信号ベクトルから相関行列を算出し、目標測高手段４Ｄ内のアレーマニフォルド計算手段は、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲、海面反射係数想定範囲および目標距離想定範囲を入力情報として、アレーマニフォルドを算出する。

また、目標測高手段４Ｄ内の評価関数計算手段は、相関行列計算手段からの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、目標高度想定範囲および海面反射係数想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度想定値を、目標の測高値として算出する
なお、この発明の実施の形態５による処理において、想定する海面マルチパス伝搬モデルは、前述（図３）と同様である。

以下、図８に示したこの発明の実施の形態５による処理フローについて、具体的に説明する。
前述の実施の形態１では、目標距離情報として、式（３４）に示すような想定が行われているが、たとえば測距値には、パルス圧縮のレンジドップラカップリングにより、目標速度などに依存した誤差が含まれることから、目標距離情報にも誤差が含まれる。したがって、測高値に誤差が発生して、運用上の問題になる可能性がある。

これに対し、この発明の実施の形態５では、目標距離情報を基準に目標距離想定範囲を設け、以下の式（６４）のように、評価関数を計算して、測高値を求める。

ただし、式（６４）内の目標距離想定範囲Ｒ_ｇａｔｅは、以下の式（６５）の関係を満たす。

ただし、式（６５）内の各パラメータ値Ｒ_ｎｅａｒ、Ｒ_ｆａｒは、目標距離想定範囲の下限および上限であり、あらかじめ設計されているものとする。

この結果、目標高度の最尤推定値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}は、以下の式（６７）により求めることができる。また、言うまでもなく、目標距離の最尤推定値Ｒ＾_ｇａｔｅをＲ_{ｍｅａｓｕｒｅ}に代わる新たな測距値として算出してもよい。

総括すると、図８において、目標測高手段４Ｄは、式（６４）による評価関数を計算して、式（６７）を満たす測高値を求める。

以上では、前述と同様に、アンテナ１内のサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いるＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルからΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、前述と同様に、フェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態５の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態５（図８）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行わない場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつサーチ次元数を３次元に低減したＭＬＥにより、目標距離情報に含まれる誤差の影響を低減した測高値を求めることができるという効果がある。

実施の形態６．
なお、上記実施の形態５（図８）では、周波数ホッピングについて言及しなかったが、図９に示すように、周波数ホッピングを考慮した目標測高手段４Ｅを用いてもよい。
図９はこの発明の実施の形態６に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｅ」を付して詳述を省略する。

図９において、目標測高手段４Ｅは、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルと、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲、海面反射係数想定範囲および目標距離想定範囲とを入力情報として、目標の測高値を算出する。
すなわち、目標測高手段４Ｅ内の相関行列計算手段は、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒットごとに異なる周波数に対応した複数の受信信号ベクトルを並べた新たな周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルを構成し、ヒット数個の周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルから相関行列を算出する。

また、目標測高手段４Ｅ内のアレーマニフォルド計算手段は、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲、海面反射係数想定範囲および目標距離想定範囲を入力情報として、アレーマニフォルドを算出し、目標測高手段４Ｅ内の評価関数計算手段は、相関行列計算手段からの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、目標高度想定範囲、海面反射係数想定範囲および目標距離想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度を、目標の測高値として算出する。
この発明の実施の形態６による処理において、想定する海面マルチパス伝搬モデルは、前述（図３）と同様である。

以下、図９に示したこの発明の実施の形態６による処理フローについて、具体的に説明する。
前述の実施の形態１では、目標距離情報として、式（３４）に示すような想定が行われているが、たとえば測距値には、パルス圧縮のレンジドップラカップリングにより、目標速度などに依存した誤差が含まれることから、目標距離情報にも誤差が含まれる。したがって、測高値に誤差が発生して、運用上の問題になる可能性がある。

これに対し、この発明の実施の形態６では、目標距離情報を基準に目標距離想定範囲を設けて、以下の式（６８）のように、評価関数を計算して、測高値を求める。

この結果、目標高度の最尤推定値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}は、以下の式（６９）により求めることができる。また、言うまでもなく、目標距離の最尤推定値Ｒ＾_ｇａｔｅを、Ｒ_{ｍｅａｓｕｒｅ}に代わる新たな測距値として算出してもよい。

総括すると、図９において、目標測高手段４Ｅは、式（６８）による評価関数を計算して、式（６９）を満たす測高値を求める。

以上では、前述と同様に、アンテナ１内のサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いるＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルからΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、前述と同様に、フェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態６の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態６（図９）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行う場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつサーチ次元数を（Ｌ＋２）次元に低減したＭＬＥにより、目標距離情報に含まれる誤差の影響を低減した測高値を求めることができるという効果がある。

なお、上記実施の形態６の構成は、前述の実施の形態２（図４、図５）の処理において、目標距離想定範囲を追加考慮した場合に相当するが、前述の実施の形態３、４（図６、図７）においても、同様の処理フローが適用可能なことは言うまでもない。
すなわち、前述の実施の形態３（図６）に適用した場合には、目標測高手段４Ｅ内の相関行列計算手段は、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒットごとに異なる周波数に対応した複数の受信信号ベクトルを並べた新たな周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルを構成し、ヒット数個の周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルから相関行列を算出する。

また、前述の実施の形態４（図７）に適用した場合には、目標測高手段４Ｅ内の相関行列計算手段は、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、それぞれの周波数に対応したヒット数個の受信信号ベクトルから複数個の相関行列を算出する。

また、この場合、目標測高手段４Ｅ内のアレーマニフォルド計算手段は、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲、海面反射係数想定範囲および目標距離想定範囲を入力情報として、周波数ごとのアレーマニフォルドを算出し、目標測高手段４Ｅ内の評価関数計算手段は、相関行列計算手段からの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、周波数ごとに、目標高度想定範囲、海面反射係数想定範囲および目標距離想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度を周波数別測高値として求め、周波数別測高値の平均値を目標の測高値として算出することになる。

実施の形態７．
なお、上記実施の形態１〜６（図１〜図９）では、海面反射係数想定範囲を入力情報としたが、図１０および図１１に示すように、波高値想定範囲を入力情報とした目標測高手段４Ｆを用いてもよい。
図１０はこの発明の実施の形態７に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、図１１は図１０内の目標測高手段４Ｆの機能構成を示すブロック構成図である。

図１０、図１１において、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｆ」を付して詳述を省略する。
図１０において、目標測高手段４Ｆは、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルと、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および波高値想定範囲とを入力情報として、目標の測高値を算出する。

図１１において、目標測高手段４Ｆ内の相関行列計算手段５は、ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒット数個の受信信号ベクトルから相関行列を算出し、アレーマニフォルド計算手段６Ｆは、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および波高値想定範囲を入力情報として、アレーマニフォルドを算出する。

また、評価関数計算手段７Ｆは、相関行列計算手段５からの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ｆからのアレーマニフォルドとを入力情報として、目標高度想定範囲および波高値想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度想定値を測高値として算出する。
なお、この発明の実施の形態７による処理において、想定する海面マルチパス伝搬モデルは、前述（図３）と同様である。

以下、図１０および図１１に示したこの発明の実施の形態７による処理フローについて、具体的に説明する。
前述の実施の形態１では、目標高度Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}および海面反射係数ρのみを未知パラメータとして、２次元サーチを用いて目標高度の最尤推定値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}を求めている。

これに対し、この発明の実施の形態７では、海面反射係数の海面温度および塩分濃度への依存性が無視できるものとして、目標高度の最尤推定値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}を求める。
海面反射係数ρは、以下の式（７０）のように、フレネル反射係数｜Γ｜と、Ｓｐｅｃｕｌａｒ反射係数ρ_ｓと、ダイバージェンスファクタＤとの積により決まる。

ここで、前述の実施の形態１と同様に、距離Ｒ、等価地球半径Ｒ_ｅおよびフレネル反射係数の偏角ａｒｇ（Γ）を既知とする場合には、海面反射係数ρは、目標高度Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}および波高値ρ_ｈを引数として、以下の式（７１）のように表すことができる。

ただし、式（７１）内の波高値ρ_ｈは、海面の波の高さを統計的に表す値である。
式（７１）から、合成ステアリングベクトルａ〜_ｃｏｍｂは、以下の式（７２）のように表すことができる。

よって、前述の式（３８）は、以下の式（７３）のように表すことができる。

すなわち、未知パラメータは、目標高度Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}および波高値ρ_ｈのみとなり、２次元サーチにより、目標高度Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}および波高値ρ_ｈの最尤推定値が求まる。
この結果、目標高度の最尤推定値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}は、以下の式（７４）により求めることができる。

総括すると、目標測高手段４Ｆにおいて、相関行列計算手段５は、式（３２）により相関行列を求め、アレーマニフォルド計算手段６Ｆは、目標距離情報およびビーム指向角情報に基づき、想定する目標高度想定範囲および波高値想定範囲について、式（７２）によりアレーマニフォルドを計算する。
また、評価関数計算手段７Ｆは、相関行列計算手段５相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ｆからのアレーマニフォルドとより、式（７３）による評価関数を計算して、式（７４）を満たす測高値を求める。

以上では、前述と同様に、アンテナ１内のサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いるＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルからΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、前述と同様に、フェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態７の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態７（図１０、図１１）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行わない場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつサーチ次元数を２次元に低減したＭＬＥによる測高値を求めることができるという効果がある。

実施の形態８．
なお、上記実施の形態７（図１０、図１１）では、周波数ホッピングについて言及しなかったが、図１２および図１３に示すように、周波数ホッピングを考慮した目標測高手段４Ｅを用いてもよい。
図１２はこの発明の実施の形態８に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、図１３は図１２内の目標測高手段４Ｇの機能構成を示すブロック構成図である。

図１２、図１３において、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｇ」を付して詳述を省略する。
図１２において、目標測高手段４Ｆは、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルと、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および波高値想定範囲とを入力情報として、目標の測高値を算出する。

図１３において、目標測高手段４Ｇ内の相関行列計算手段５Ａは、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒットごとに異なる周波数に対応した複数の受信信号ベクトルを並べた新たな周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルを構成し、ヒット数個の周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルから相関行列を算出する。

また、アレーマニフォルド計算手段６Ｇは、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および波高値想定範囲を入力情報として、アレーマニフォルドを算出し、評価関数計算手段７Ｇは、相関行列計算手段５Ａからの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ｇからのアレーマニフォルドとを入力情報として、目標高度想定範囲および波高値想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度を測高値として算出する。
なお、この発明の実施の形態８による処理において、想定する海面マルチパス伝搬モデルは、前述（図３）と同様である。

続いて、図１２および図１３に示したこの発明の実施の形態８による処理フローについて、具体的に説明する。
この発明の実施の形態８においては、前述の実施の形態７と同様に、海面反射係数ρの海面温度および塩分濃度への依存性が無視できるものとして、目標高度の最尤推定値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}を求める。

まず、前述の実施の形態７で説明したように、海面反射係数ρは、目標高度Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}および波高値ρ_ｈを引数として表せるので、周波数ホッピングにおけるｌ番目の周波数に対応する海面反射係数ρ_ｌ（Ｈ_{ｔａｒｇｅｔ}，ρ_ｈ）は、以下の式（７５）のように表される。

したがって、波高値ρ_ｈは、周波数に依存しないことを考慮すると、周波数ホッピングを用いる場合の測高値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}__ＦＨは、以下の式（７６）、（７７）のように求まる。

式（７６）から、周波数ホッピングを用いる場合のＭＬＥを用いる測高法では、海面反射係数の海面温度および塩分濃度への依存性が無視できると想定することにより、２次元サーチによって測高値を推定することができる。

総括すると、目標測高手段４Ｇにおいて、相関行列計算手段５Ａは、式（５５）により相関行列を求める。
また、アレーマニフォルド計算手段６Ｇは、目標距離情報およびビーム指向角情報に基づき、想定する目標高度想定範囲および波高値想定範囲について、式（４９）によりアレーマニフォルドを計算する。

さらに、評価関数計算手段７Ｇは、相関行列計算手段５Ａからの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ｇからのアレーマニフォルドとより、式（７６）による評価関数を計算して、式（７７）を満たす測高値を求める。

以上では、前述と同様に、アンテナ１内のサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いるＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルからΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、前述と同様に、フェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態８の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態８（図１２、図１３）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行う場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつサーチ次元数を２次元に低減したＭＬＥによる測高値を求めることができるという効果がある。

実施の形態９．
なお、上記実施の形態８（図１２、図１３）では、特に言及しなかったが、図１４に示すように、周波数ごとに計算した評価関数の最大値を与える目標高度を周波数別測高値として求め、周波数別測高値の平均値を目標の測高値として算出する目標測高手段４Ｈを用いてもよい。

図１４はこの発明の実施の形態９に係る目標測高手段４Ｈの機能構成を示すブロック構成図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｈ」を付して詳述を省略する。
また、この発明の実施の形態９に係るレーダ装置の全体構成は、図１２に示した通りである。

図１４において、目標測高手段４Ｈ内の相関行列計算手段５Ｃは、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、それぞれの周波数に対応したヒット数個の受信信号ベクトルから複数個の相関行列を算出する。
また、アレーマニフォルド計算手段６Ｈは、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および波高値想定範囲を入力情報として、周波数ごとのアレーマニフォルドを算出する。

さらに、評価関数計算手段７Ｈは、相関行列計算手段５Ｃからの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ｈからのアレーマニフォルドとを入力情報として、周波数ごとに、目標高度想定範囲および波高値想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度を周波数別測高値として求め、周波数別測高値の平均値を測高値として算出する。
なお、この発明の実施の形態９による処理において、想定する海面マルチパス伝搬モデルは、前述（図３）と同様である。

以下、図１２および図１４に示したこの発明の実施の形態９による処理フローについて、具体的に説明する。
前述の実施の形態８では、２次元サーチによって測高値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}__ＦＨを推定できるものの、受信信号ベクトルの次元は、前述の実施の形態２と同様に、Ｍ_ｓａ×Ｌ次元である。

これに対し、この発明の実施の形態９では、さらなる演算量削減を目的として、前述の実施の形態７に基づき、周波数ごとの測高値を求め、これらの平均値を測高値とする。
すなわち、この発明の実施の形態９においては、周波数ごとの評価関数および測高値を、それぞれ、以下の式（７８）、（７９）の通りに求める。

また、式（７９）から求めた周波数ごとの測高値に基づき、以下の式（８０）による測高値を求める。

総括すると、目標測高手段４Ｈにおいて、相関行列計算手段５Ｃは、前述の式（６０）により相関行列を求め、アレーマニフォルド計算手段６Ｈは、目標距離情報およびビーム指向角情報に基づき、想定する目標高度想定範囲および波高値想定範囲について、前述の式（３７）によりアレーマニフォルドを計算する。
また、評価関数計算手段７Ｈは、相関行列計算手段５Ｃからの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段６Ｈからのアレーマニフォルドとから、式（７８）による評価関数を計算して、式（８０）を満たす測高値を求める。

以上では、前述と同様に、アンテナ１内のサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いるＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルからΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、前述と同様に、フェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態９の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態９（図１２、図１４）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行う場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつ周波数ごとにサーチ次元数を２次元に低減したＭＬＥによる周波数別測高値の平均より測高値を求めることができるという効果がある。

実施の形態１０．
なお、上記実施の形態７〜９（図１０〜図１４）では、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲および波高値想定範囲を入力情報としたが、図１５に示すように、目標距離想定範囲を入力情報に加えてもよい。
図１５はこの発明の実施の形態１０に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｉ」を付して詳述を省略する。

図１５において、目標測高手段４Ｉは、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルと、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲、波高値想定範囲および目標距離想定範囲とを入力情報として、目標の測高値を算出する。
すなわち、目標測高手段４Ｉ内の相関行列計算手段は、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒット数個の受信信号ベクトルから相関行列を算出する。

また、目標測高手段４Ｉ内のアレーマニフォルド計算手段は、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲、波高値想定範囲および目標距離想定範囲を入力情報として、アレーマニフォルドを算出し、目標測高手段４Ｉ内の評価関数計算手段は、相関行列計算手段からの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、目標高度想定範囲および波高値想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度想定値を、目標の測高値として算出する。
なお、この発明の実施の形態１０による処理において、想定する海面マルチパス伝搬モデルは、前述（図３）と同様である。

以下、図１５に示したこの発明の実施の形態１０による処理フローについて、具体的に説明する。
前述の実施の形態７では、目標距離情報として、式（３４）に示すような想定が行われているが、たとえば測距値には、パルス圧縮のレンジドップラカップリングにより目標速度などに依存する誤差が含まれているので、目標距離情報にも誤差が含まれる。したがって、測高値に誤差が発生して、運用上の問題になる可能性がある。

これに対し、この発明の実施の形態１０では、目標距離情報を基準に目標距離想定範囲を設けて、以下の式（８１）のように、評価関数を計算して、測高値を求める。

この結果、目標高度の最尤推定値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}は、以下の式（８２）により求めることができる。
また、言うまでもなく、目標距離の最尤推定値Ｒ＾_ｇａｔｅを、Ｒ_{ｍｅａｓｕｒｅ}に代わる新たな測距値として算出してもよい。

総括すると、目標測高手段４Ｉは、式（８１）による評価関数を計算して、式（８２）を満たす測高値を求める。

以上では、前述と同様に、アンテナ１内のサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いるＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルからΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、前述と同様に、フェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態１０の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態１０（図１５）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行わない場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつサーチ次元数を３次元に低減したＭＬＥにより、目標距離情報に含まれる誤差の影響を低減した測高値を求めることができるという効果がある。

実施の形態１１．
なお、上記実施の形態１０（図１５）では、周波数ホッピングについて言及しなかったが、図１６に示すように、周波数ホッピングを考慮した目標測高手段４Ｊを用いてもよい。
図１６はこの発明の実施の形態１１に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、前述と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｊ」を付して詳述を省略する。

図１６において、目標測高手段４Ｊは、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルと、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲、波高値想定範囲および目標距離想定範囲とを入力情報として、目標の測高値を算出する。
すなわち、目標測高手段４Ｊ内の相関行列計算手段は、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒットごとに異なる周波数に対応した複数の受信信号ベクトルを並べた新たな周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルを構成し、ヒット数個の周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルから相関行列を算出する。

また、目標測高手段４Ｊ内のアレーマニフォルド計算手段は、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲、波高値想定範囲および目標距離想定範囲を入力情報として、アレーマニフォルドを算出する。
さらに、目標測高手段４Ｊ内の評価関数計算手段は、相関行列計算手段からの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、目標高度想定範囲、波高値想定範囲および目標距離想定範囲における評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度を、目標の測高値として算出する。
なお、この発明の実施の形態１１による処理において、想定する海面マルチパス伝搬モデルは、前述（図３）と同様である。

以下、図１６に示したこの発明の実施の形態１１による処理フローについて、具体的に説明する。
前述の実施の形態８では、目標距離情報として、式（３４）に示すような想定が行われているが、たとえば測距値には、パルス圧縮のレンジドップラカップリングにより目標速度などに依存する誤差が含まれているので、目標距離情報にも誤差が含まれる。
したがって、測高値に誤差が発生して、運用上の問題になる可能性がある。

これに対し、この発明の実施の形態１１では、目標距離情報を基準に目標距離想定範囲を設けて、以下の式（８３）ように、評価関数を計算して、測高値を求める。

この結果、目標高度の最尤推定値Ｈ＾_{ｔａｒｇｅｔ}は、以下の式（８４）次式により求めることができる。
また、言うまでもなく、目標距離の最尤推定値Ｒ＾_ｇａｔｅを、Ｒ_{ｍｅａｓｕｒｅ}に代わる新たな測距値として算出してもよい。

総括すると、目標測高手段４Ｊは、式（８３）による評価関数を計算して、式（８４）を満たす測高値を求める。

以上では、前述と同様に、アンテナ１内のサブアレー合成器に対応するサブアレー分割行列Ｔ_ｓａを用いるＤＢＦ方式レーダにより説明したが、この場合、サブアレー出力である受信信号ベクトルからΣビームおよびΔビームをディジタルビーム合成してからでも、同様の算出結果が得られる。

また、サブアレー合成器がΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスコンパレータとなるモノパルス方式レーダにおいても、同様に適用可能である。
さらに、前述と同様に、フェーズドアレーアンテナを含むΣビームおよびΔビームを形成するモノパルスアンテナを、アンテナ１として有するモノパルス方式レーダにおいても、この発明の実施の形態１１の構成が適用可能なことは言うまでもない。

以上の通り、この発明の実施の形態１１（図１６）に係るレーダ装置によれば、周波数ホッピングを行う場合でも、ＤＢＦ方式レーダおよびモノパルス方式レーダへの適用が可能であり、かつサーチ次元数を３次元に低減したＭＬＥにより、目標距離情報に含まれる誤差の影響を低減した測高値を求めることができるという効果がある。

なお、上記実施の形態１１の構成は、前述の実施の形態８（図１２、図１３）の処理において、目標距離想定範囲を追加考慮した場合に相当するが、前述の実施の形態９（図１２、図１４）においても、同様の処理フローが適用可能なことは言うまでもない。
すなわち、前述の実施の形態９（図１２、図１４）に適用した場合には、目標測高手段４Ｊ内の相関行列計算手段は、ＡＤ変換器３からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、それぞれの周波数に対応したヒット数個の受信信号ベクトルから複数個の相関行列を算出する。

また、この場合、目標測高手段４Ｊ内のアレーマニフォルド計算手段は、ビーム指向方向情報、目標距離情報、目標高度想定範囲、波高値想定範囲および目標距離想定範囲を入力情報として、周波数ごとのアレーマニフォルドを算出する。
さらに、目標測高手段４Ｊ内の評価関数計算手段は、相関行列計算手段からの相関行列と、アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、周波数ごとに、目標高度想定範囲、波高値想定範囲および目標距離想定範囲とにおける評価関数を計算し、評価関数の最大値を与える目標高度を周波数別測高値として求め、周波数別測高値の平均値を目標の測高値として算出することになる。

１ アンテナ、１ａ 素子アンテナ、２ 受信機、２ａ 受信ユニット、３ ＡＤ変換器、３ａ 変換ユニット、４、４Ａ〜４Ｊ 目標測高手段、５、５Ａ、５Ｃ 相関行列計算手段、６、６Ａ〜６Ｃ、６Ｆ〜６Ｈ アレーマニフォルド計算手段、７、７Ａ〜７Ｃ、７Ｆ〜７Ｈ 評価関数計算手段。

Claims (16)

1. 所定の周波数の送信波を所定のビーム指向方向に向けて空中に送信するとともに、目標からの反射波を受信して複数チャネルの受信信号を取得するアンテナと、
   前記アンテナに接続された複数チャネルの受信ユニットにより構成され、前記アンテナから得られた複数チャネルの受信信号を入力情報として、ベースバンド帯に周波数変換した複数チャネルの受信信号を生成する受信機と、
   前記受信機に接続された複数チャネルのＡＤ変換ユニットにより構成され、前記受信機からの複数チャネルの受信信号を入力情報として、ディジタル信号に変換した複数チャネルの受信信号ベクトルを出力するＡＤ変換器と、
   前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルと、ビーム指向方向情報と、目標距離情報と、目標高度想定範囲と、海面反射係数想定範囲とを入力情報として、前記目標の測高値を算出する目標測高手段とを備え、
   前記目標測高手段は、
   前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルに基づいて相関行列を算出する相関行列計算手段と、
   前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲および前記海面反射係数想定範囲を入力情報として、アレーマニフォルドを算出するアレーマニフォルド計算手段と、
   前記相関行列および前記アレーマニフォルドを用いて前記目標の測高値を算出する評価関数計算手段と
   を含むことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒット数個の受信信号ベクトルから前記相関行列を算出し、
   前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、前記目標高度想定範囲および前記海面反射係数想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度想定値を、前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒットごとに異なる周波数に対応した複数の受信信号ベクトルを並べた新たな周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルを構成し、ヒット数個の周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルから前記相関行列を算出し、
   前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、前記目標高度想定範囲および前記海面反射係数想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度想定値を、前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
4. 前記評価関数計算手段は、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドに基づき、海面反射係数に関して２次元サーチを行うことにより、前記目標の測高値を算出することを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
5. 前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、それぞれの周波数に対応したヒット数個の受信信号ベクトルから複数個の相関行列を算出し、
   前記アレーマニフォルド計算手段は、前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲および前記海面反射係数想定範囲を入力情報として、周波数ごとのアレーマニフォルドを算出し、
   前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、周波数ごとに、前記目標高度想定範囲および前記海面反射係数想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度を周波数別測高値として求め、前記周波数別測高値の平均値を前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
6. 前記目標測高手段は、目標距離想定範囲を入力情報に加えて、前記目標の測高値を算出し、
   前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒット数個の受信信号ベクトルから相関行列を算出し、
   前記アレーマニフォルド計算手段は、前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲、前記海面反射係数想定範囲および前記目標距離想定範囲を入力情報として、前記アレーマニフォルドを算出し、
   前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、前記目標高度想定範囲および前記海面反射係数想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度想定値を、前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
7. 前記目標測高手段は、目標距離想定範囲を入力情報に加えて、前記目標の測高値を算出し、
   前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒットごとに異なる周波数に対応した複数の受信信号ベクトルを並べた新たな周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルを構成し、ヒット数個の周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルから前記相関行列を算出し、
   前記アレーマニフォルド計算手段は、前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲、前記海面反射係数想定範囲および前記目標距離想定範囲を入力情報として、前記アレーマニフォルドを算出し、
   前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、前記目標高度想定範囲、前記海面反射係数想定範囲および前記目標距離想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度を、前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
8. 前記目標測高手段は、目標距離想定範囲を入力情報に加えて、前記目標の測高値を算出し、
   前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒットごとに異なる周波数に対応した複数の受信信号ベクトルを並べた新たな周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルを構成し、ヒット数個の周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルから前記相関行列を算出し、
   前記アレーマニフォルド計算手段は、前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲、前記海面反射係数想定範囲および前記目標距離想定範囲を入力情報として、前記アレーマニフォルドを算出し、
   前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、前記目標高度想定範囲、前記海面反射係数想定範囲および前記目標距離想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度を測高値として算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
9. 前記目標測高手段は、目標距離想定範囲を入力情報に加えて、前記目標の測高値を算出し、
   前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、それぞれの周波数に対応したヒット数個の受信信号ベクトルから複数個の相関行列を算出し、
   前記アレーマニフォルド計算手段は、前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲、前記海面反射係数想定範囲および前記目標距離想定範囲を入力情報として、周波数ごとのアレーマニフォルドを算出し、
   前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、周波数ごとに、前記目標高度想定範囲、前記海面反射係数想定範囲および前記目標距離想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度を周波数別測高値として求め、前記周波数別測高値の平均値を前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
10. 所定の周波数の送信波を所定のビーム指向方向に向けて空中に送信するとともに、目標からの反射波を受信して複数チャネルの受信信号を取得するアンテナと、
    前記アンテナに接続された複数チャネルの受信ユニットにより構成され、前記アンテナから得られた複数チャネルの受信信号を入力情報として、ベースバンド帯に周波数変換した複数チャネルの受信信号を生成する受信機と、
    前記受信機に接続された複数チャネルのＡＤ変換ユニットにより構成され、前記受信機からの複数チャネルの受信信号を入力情報として、ディジタル信号に変換した複数チャネルの受信信号ベクトルを出力するＡＤ変換器と、
    前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルと、ビーム指向方向情報と、目標距離情報と、目標高度想定範囲と、波高値想定範囲とを入力情報として、前記目標の測高値を算出する目標測高手段とを備え、
    前記目標測高手段は、
    前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルに基づいて相関行列を算出する相関行列計算手段と、
    前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲および前記波高値想定範囲を入力情報として、アレーマニフォルドを算出するアレーマニフォルド計算手段と、
    前記相関行列および前記アレーマニフォルドを用いて前記目標の測高値を算出する評価関数計算手段と
    を含むことを特徴とするレーダ装置。
11. 前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒット数個の受信信号ベクトルから前記相関行列を算出し、
    前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、前記目標高度想定範囲および前記波高値想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度想定値を、前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１０に記載のレーダ装置。
12. 前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒットごとに異なる周波数に対応した複数の受信信号ベクトルを並べた新たな周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルを構成し、ヒット数個の周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルから前記相関行列を算出し、
    前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、前記目標高度想定範囲および前記波高値想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度を、前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１０に記載のレーダ装置。
13. 前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、それぞれの周波数に対応したヒット数個の受信信号ベクトルから複数個の相関行列を算出し、
    前記アレーマニフォルド計算手段は、前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲および波高値想定範囲を入力情報として、周波数ごとのアレーマニフォルドを算出し、
    前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、周波数ごとに、前記目標高度想定範囲および前記波高値想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度を周波数別測高値として求め、前記周波数別測高値の平均値を前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１０に記載のレーダ装置。
14. 前記目標測高手段は、目標距離想定範囲を入力情報に加えて、前記目標の測高値を算出し、
    前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒット数個の受信信号ベクトルから前記相関行列を算出し、
    前記アレーマニフォルド計算手段は、前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲、前記波高値想定範囲および前記目標距離想定範囲を入力情報として、前記アレーマニフォルドを算出し、
    前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、前記目標高度想定範囲および前記波高値想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度想定値を、前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１０に記載のレーダ装置。
15. 前記目標測高手段は、目標距離想定範囲を入力情報に加えて、前記目標の測高値を算出し、
    前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、ヒットごとに異なる周波数に対応した複数の受信信号ベクトルを並べた新たな周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルを構成し、ヒット数個の周波数ホッピング実行時の受信信号ベクトルから前記相関行列を算出し、
    前記アレーマニフォルド計算手段は、前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲、前記波高値想定範囲および前記目標距離想定範囲を入力情報として、前記アレーマニフォルドを算出し、
    前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、前記目標高度想定範囲、前記波高値想定範囲および前記目標距離想定範囲における評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度を、前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１０に記載のレーダ装置。
16. 前記目標測高手段は、目標距離想定範囲を入力情報に加えて、前記目標の測高値を算出し、
    前記相関行列計算手段は、前記ＡＤ変換器からの受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測するとともに、周波数ホッピングによる異なる周波数における受信信号ベクトルをヒット数回にわたって計測して、それぞれの周波数に対応したヒット数個の受信信号ベクトルから複数個の相関行列を算出し、
    前記アレーマニフォルド計算手段は、前記ビーム指向方向情報、前記目標距離情報、前記目標高度想定範囲、前記波高値想定範囲および前記目標距離想定範囲を入力情報として、周波数ごとのアレーマニフォルドを算出し、
    前記評価関数計算手段は、前記相関行列計算手段からの相関行列と、前記アレーマニフォルド計算手段からのアレーマニフォルドとを入力情報として、周波数ごとに、前記目標高度想定範囲、前記波高値想定範囲および前記目標距離想定範囲とにおける評価関数を計算し、前記評価関数の最大値を与える目標高度を周波数別測高値として求め、前記周波数別測高値の平均値を前記目標の測高値として算出することを特徴とする請求項１０に記載のレーダ装置。

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