JP2014002085A - 信号処理装置、レーダ装置、信号処理方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】パルス圧縮を行いながら、干渉成分を適切に補間する信号処理装置を提供する。
【解決手段】パルス圧縮部１５１は、受信信号のパルス圧縮処理を行う。干渉検出部１５２は、干渉検出を行い、干渉除去部１５３は、干渉除去処理を行う。干渉除去処理は、例えば干渉であると判定したデータを零置換する処理である。補間処理部１５４は、例えばコヒーレント積分を行うことにより、パルス圧縮後に干渉成分を除去した後に方位方向に受信信号の補間処理を行うことで、パルス圧縮後に干渉除去を行ったとしても、ある方位について受信信号が急激に低下しないようにする。これにより、干渉による影響を緩和しながら、適切なパルス圧縮を行うことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、受信信号に種々の処理を行う信号処理装置に関するものである。

従来、レーダ装置等においては、距離方向の分解能を向上させるために受信信号のパルス圧縮を行うものがあった（特許文献１を参照）。

受信信号には、他船から送信された電磁波等の影響により、方位方向に連続性のない信号（干渉信号）が含まれている。

そこで、従来、受信信号から干渉成分を除去する処理（例えば突発的な高レベルの信号を零に置換する処理）が行われている。

特開２００８−９６３３７号公報

しかし、干渉除去処理の内容によっては、適切なエコーを表示することができなくなる。例えば、上記のように、干渉成分と判定した受信信号を零に置換すると、その部分だけ受信信号が零となるため、エコー画像が欠けた様な画像が表示され、レーダ装置としての表示品質を劣化させてしまう。

そこで、この発明は、パルス圧縮を行いながら、干渉成分を適切に補間する信号処理装置を提供することを目的とする。

本発明の信号処理装置は、信号入力部と、パルス圧縮部と、干渉検出部と、信号レベル制御部と、補間処理部と、を備えている。信号入力部は、送信信号に対するエコー強度に応じた受信信号を入力する。パルス圧縮部は、受信信号のパルス圧縮を行う。干渉検出部は、パルス圧縮処理を行った受信信号から干渉に起因する信号を検出する。信号レベル制御部は、干渉検出部で検出した干渉に起因する受信信号のレベルを制御する。そして、補間処理部は、レベル制御後の受信信号を方位方向に補間する。

干渉は、方位方向に急峻に立ち上がり、その後急峻に立ち下がる特性を有する。パルス圧縮は、基準となる信号（例えば送信信号）と受信信号との相関演算を距離方向に行うものであるため、干渉成分は距離方向に引き延ばされるものの、方位方向に急峻に立ち上がって急峻に立ち下がる特性は変わらない。そこで、本発明の信号処理装置は、パルス圧縮後に干渉成分を除去（例えば零置換）した後に、方位方向に受信信号の補間処理を行うことで、パルス圧縮後に干渉除去を行ったとしても、ある方位について受信信号が急激に低下しないようにしている。これにより、干渉による影響を緩和しながら、適切なパルス圧縮を行うことができる。

なお、補間については、線形補間等の種々の手法が考えられるが、レベル制御後の受信信号を方位方向に平均化（積分）することが望ましい。特に、コヒーレント積分を行うことで、Ｓ／Ｎの向上とともに干渉除去の補間処理を同時に行うことができる。

また、本発明において、干渉検出部は、信号入力部が入力した受信信号から干渉に起因する信号をさらに検出するパルス圧縮前干渉検出処理を行い、信号レベル制御手段は、パルス圧縮前干渉検出処理において検出した干渉に起因する受信信号のレベルを制御するパルス圧縮前レベル制御処理を行うことが望ましい。

受信信号に物標からのエコーが含まれていない状況（ノイズだけの状況）で、かつ受信信号に干渉成分が含まれている場合であれば、パルス圧縮を行う前に干渉除去処理を行うことで、パルス圧縮後に干渉のような不要な成分が発生することがなくなる。この場合、パルス圧縮後の干渉検出処理で干渉として検出されることがなくなるため、あらためてパルス圧縮後に干渉除去等の処理を行う必要はなくなる。ただし、受信信号にエコーが含まれている状況では、パルス圧縮前干渉除去処理を行ったとしても、エコー中の一部の信号が抜けた状態になるため、相関処理によってエコー以外にも不要な高レベル信号（２次的な干渉成分）が発生する可能性がある。ただし、本発明では、この様な２次的な干渉成分は、パルス圧縮後の干渉検出処理において、あらためて干渉成分として検出され、除去処理と補間処理が行われるため、エコーとして適切な信号を得ることが可能でなる。

なお、干渉検出は、以下の様にして行うことが望ましい。すなわち、干渉検出部は、信号レベル検出部と、レベル変化検出部と、パターン出力部と、干渉判定部と、を備えていることが望ましい。信号レベル検出部は、アンテナからの距離と方位に対応させて受信信号のそれぞれのレベルを検出する。レベル変化検出部は、受信信号のうち、アンテナからの距離が略等しく方位が異なる、互いに近接する地点からの受信信号間のレベル変化（例えば差分値）を検出する。

そして、パターン出力部は、レベル変化をそれぞれあらかじめ定められた基準パターンに照合してレベル変化パターンを出力する。例えば、あるスイープｎ−１の受信信号のデータｘ（ｎ−１）に対して、次のスイープｎのデータｘ（ｎ）が大きくなるパターン（第１のパターンＰ）、あるスイープｎ−１のデータｘ（ｎ−１）に対して、次のスイープｎのデータｘ（ｎ）が小さくなるパターン（第２のパターンＮ）、それ以外のパターン（第３のパターンＺ）、等に分類する。

干渉判定部は、レベル変化パターンのうち少なくとも２つのレベル変化パターンに基づいて干渉を判定する。例えば、注目スイープｎ−１のデータｘ（ｎ−１）の１つ前のスイープｎ−２のデータｘ（ｎ−２）との変化パターンがパターンＰであり、１つ後のスイープｎのデータｘ（ｎ）との変化パターンがパターンＮである場合、干渉であると判定する。また、干渉成分は、方位方向に複数連続する場合もあるため、注目スイープｎ−１のデータｘ（ｎ−１）の１つ前のスイープｎ−２のデータｘ（ｎ−２）との変化パターンがパターンＰであり、１つ後のスイープｎのデータｘ（ｎ）との変化パターンがパターンＺである場合や、注目スイープｎ−１のデータｘ（ｎ−１）の１つ前のスイープｎ−２のデータｘ（ｎ−２）との変化パターンがパターンＺであり、１つ後のスイープｎのデータｘ（ｎ）との変化パターンがパターンＮである場合についても干渉と判定する態様でもよい。

これにより、方位方向に急峻に立ち上がり、その後急峻に立ち下がる干渉成分特有のレベル変化パターンを抽出することができる。この場合、従来の様に、数スイープ（例えば３スイープ）の内の最も低レベルのものを採用する手法（エコーデータ全体に対して干渉除去処理が加えられてしまうため、パルス圧縮や信号の位相を利用できなくなるもの）よりも干渉成分だけを的確に抽出することができる。また、特開２００８−９６３３７号公報のように、閾値を都度計算する場合、例えば、ある位置の時間軸上の複数のスイープデータを保持して、最も高レベルな信号から任意の順番の信号レベルを基準とする（順序統計を取る）手法も考えられるが、上記本発明の方式では、このような複雑な処理を行う必要もない。

さらに、本発明の信号処理装置では、注目スイープと前後スイープの３点だけでなく、より多数のスイープのデータを用いてもよい。例えば、注目スイープｎ−２のデータｘ（ｎ−２）の２つ前のスイープｎ−４のデータｘ（ｎ−４）から１つ前のスイープｎ−３のデータｘ（ｎ−３）への変化パターンがパターンＰであり、データｘ（ｎ−３）からデータｘ（ｎ−２）への変化パターンがパターンＺであり、データｘ（ｎ−２）からデータｘ（ｎ−１）への変化パターンがパターンＺである場合、干渉と判定する。また、データｘ（ｎ−３）からデータｘ（ｎ−２）への変化パターンがパターンＺであり、データｘ（ｎ−２）からデータｘ（ｎ−１）への変化パターンがパターンＺであり、データｘ（ｎ−１）からデータｘ（ｎ）への変化パターンがパターンＮである場合も、干渉と判定してもよい。これにより、方位方向に連続する干渉成分の検出を行うことができる。

さらに、方位方向に連続する複数のレベル変化のパターンが、連続してパターンＰである場合も干渉成分と判定する態様でもよい。例えば、データｘ（ｎ−４）からデータｘ（ｎ−３）への変化パターンがパターンＰであり、かつデータｘ（ｎ−３）からデータｘ（ｎ−２）への変化パターンがパターンＰである場合や、データｘ（ｎ−３）からデータｘ（ｎ−２）への変化パターンがパターンＰであり、かつデータｘ（ｎ−２）からデータｘ（ｎ−１）への変化パターンがパターンＰである場合等である。また、方位方向に連続する複数のレベル変化のパターンが、連続してパターンＮである場合も干渉成分と判定する態様でもよい。例えば、データｘ（ｎ−３）からデータｘ（ｎ−２）への変化パターンがパターンＮであり、かつデータｘ（ｎ−２）からデータｘ（ｎ−１）への変化パターンがパターンＮである場合や、データｘ（ｎ−２）からデータｘ（ｎ−１）への変化パターンがパターンＮであり、かつデータｘ（ｎ−１）からデータｘ（ｎ）への変化パターンがパターンＮである場合等である。この場合、方位方向に異なる信号レベルを有する干渉成分を検出することができる。

また、本発明の信号処理装置は、距離方向のレベル変化を考慮する態様であってもよい。例えば、レベル変化検出部は、各方位のレベル変化を距離方向の信号を用いて平均化する。この場合、パターン出力部は、平均化した後の前記レベル変化を照合する。あるいは、隣接する距離方向のレベル変化をさらに検出し、所定の距離範囲内のレベル変化パターンのうち、最も多いレベル変化パターンを、各方位および各距離のレベル変化パターンとして出力態様等であってもよい。

この発明の信号処理装置によれば、パルス圧縮を行いながら、干渉成分を適切に補間することができる。

本実施形態のレーダ装置の構成を示すブロック図である。 パルス圧縮前に干渉検出、除去処理を行う場合の信号処理部の構成を示すブロック図である。 スイープ間のレベル変化のパターンを示す図である。 方位方向に連続する５つのスイープデータを用いて干渉判定を行う場合の変化パターンを示す図である。 方位方向に連続する５つのスイープデータを用いて干渉判定を行う場合の変化パターンを示す図である。 方位方向に連続する３つのスイープデータを用いて干渉判定を行う場合の変化パターンを示す図である。 レーダ装置の動作を示すフローチャートである。 距離方向のサンプルを考慮した変化パターンの分類を示す図である。 本発明の信号処理を行った場合のエコー画像の例を示す模式図である。

図１（Ａ）は、本発明の信号処理装置を内蔵したレーダ装置の構成を示すブロック図である。レーダ装置は、例えば船舶に設置され、自船の周囲に電磁波を送受信し、他船等の物標を探知する装置である。

図１（Ａ）において、レーダ装置は、送信部（マグネトロン）１０、アンテナ１１、受信部１２、Ａ／Ｄ変換器１３、スイープメモリ１４、信号処理部１５、画像変換部１６、直交座標メモリ１７、および表示器１８を備えている。

レーダ装置は、送信部１０から出力された電磁波をサーキュレータ（不図示）を介してアンテナ１１に導き、自船の周囲の各方位に発射する。外部からの受信信号は、アンテナ１１で受信され、サーキュレータを介して受信部１２に導かれる。

受信部１２は、機能的に信号入力部１２１と信号レベル検出部１２２を備えている。信号入力部１２１は、受信信号を入力し、信号レベル検出部１２２に出力する。信号レベル検出部１２２は、アンテナ１１で受信した受信信号のレベルに応じた値をＡ／Ｄ変換器１３に出力する。Ａ／Ｄ変換器１３は、入力されたアナログ値の受信信号をデジタル変換し、測定データとしてスイープメモリ１４に出力する。

スイープメモリ１４は、測定１周期分（自船の周り３６０度分）の測定データを記憶する。各測定データは、極座標系の方位および距離と対応付けられ、位相情報を有する複素信号のサンプルデータ（スイープデータ）として記憶される。

信号処理部１５は、各方位のスイープデータについて、所定のパルス圧縮係数（送信信号を基に作成されたものであり、この例では、送信信号と同じ）との相関演算を行うことでパルス圧縮を行う。また、パルス圧縮後のスイープデータから干渉成分を検出し、干渉成分を除去する処理を行う。このようにして、信号処理部１５は、スイープデータを更新する。

画像変換部１６は、スイープメモリ１４から上記信号処理後のスイープデータを入力し、自船の位置を原点とした直交座標系に変換して、各スイープデータのレベルに応じた階調の画素輝度値として出力する。この直交座標系の画素輝度値が直交座標データとして直交座標メモリ１７に記憶される。

表示器１８は、直交座標メモリ１７に記憶されている直交座標データを読み出し、図９に示すようなレーダ画像（エコー画像）を表示する。なお、本実施形態では、背景色が白で、画素輝度値が高い画素ほど黒く表示される例を示しているが、逆に、背景色が黒で、画素輝度値が高い画素ほど白く表示されるようにしてもよい。また、カラー画像として表示される態様であってもよい。

アンテナ１１が受信する受信信号には、物標で反射したエコー信号以外にも、他船等から発射された電磁波が干渉成分として含まれている場合がある。干渉成分は、方位方向に急峻に立ち上がり、その後急峻に立ち下がる特性を有する。干渉成分は、パルス圧縮を行って、距離方向に引き延ばされるものの、方位方向に急峻に立ち上がって急峻に立ち下がる特性は変わらない。そのため、受信信号に干渉成分が含まれていると、パルス圧縮を行ったとしても距離方向に細長く延びるエコー画像が表示されてしまう。

そこで、本実施形態のレーダ装置は、信号処理部１５で干渉成分を検出してレベル低減処理（例えば零置換処理）を行う。また、零置換処理を行うと、その部分だけエコー画像が欠けた様な画像が表示され、表示品質を劣化させてしまうため、スイープデータを方位方向に補間する処理を行う。その結果、画像変換部１６には、干渉成分だけが低減されたスイープデータが入力され、表示器１８には干渉成分だけが的確に除去されたエコー画像が表示される。

以下、レーダ装置の処理内容について、図８のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。まず、レーダ装置は、送信部１０から出力された送信信号に応じてアンテナ１１から電磁波を発射し、受信信号をアンテナ１１で受信する（ｓ１１）。そして、受信部１２は、アンテナ１１で受信した受信信号を入力し（ｓ１２）、受信信号のレベルに応じた値を出力するレベル検出処理を行う（ｓ１３）。この受信信号のレベルに応じた値は、Ａ／Ｄ変換器１３でデジタル変換され、スイープメモリ１４に記憶される。そして、信号処理部１５は、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示した機能部により、パルス圧縮、干渉検出、干渉除去、および補間処理を行う。

図１（Ｂ）は、信号処理部１５の構成を示すブロック図である。信号処理部１５は、パルス圧縮部１５１、干渉検出部１５２、干渉除去部（本発明の信号レベル制御部）１５３、および補間処理部１５４を備えている。

パルス圧縮部１５１は、フィルタ係数として送信信号が設定されたマッチドフィルタ（ＦＩＲフィルタ）であり、入力したスイープデータ（受信信号）と送信信号との相関を求め、パルス圧縮を行う（ｓ１４）。パルス圧縮は、スイープ毎に（各スイープデータについて）行われる。パルス圧縮後のスイープデータは、干渉検出部１５２に入力される。

図１（Ｃ）は、干渉検出部１５２の構成を示すブロック図である。干渉検出部１５２は、スイープバッファ５１、振幅検出部５２１、振幅検出部５２２、レベル変化検出部５３、パターン出力部５４、パターンバッファ５５、および干渉判定部５６を備えている。信号処理部１５は、これら構成部により、パルス圧縮後のスイープデータに含まれる干渉成分を検出し、レベル低減処理を行う。

パルス圧縮後のスイープデータは、スイープバッファ５１に入力される。パルス圧縮は、スイープ毎に行われるため、スイープバッファ５１には、各スイープのパルス圧縮が行われる毎に新たなスイープデータが入力される。この例では、スイープバッファ５１は、過去２スイープ分のスイープデータ（スイープｎ−１のデータおよびスイープｎ−２のデータ）を記憶している。

今回のスイープｎのデータは、振幅検出部５２１で振幅（レベル）が検出され、前回のスイープｎ−１のデータは、振幅検出部５２２で振幅（レベル）が検出される。前々回のスイープｎ−２のデータは、干渉除去部１５３に入力される。

レベル変化検出部５３は、振幅検出部５２１および振幅検出部５２２からスイープｎおよびスイープｎ−１の振幅データを入力し、各距離のスイープ間のレベル変化を検出する（ｓ１５）。スイープｎの振幅データをｘ（ｎ）、同じ距離の前回のスイープｎ−１の振幅データをｘ（ｎ−１）とすると、レベル変化検出部５３は、スイープ間のレベル差ｘ（ｎ）−ｘ（ｎ−１）を全サンプルについて求める。

次に、パターン出力部５４は、レベル変化検出部５３で求めたスイープ間のレベル変化を複数のパターンに分類する（ｓ１６）。図３は、スイープ間のレベル変化のパターンを示す図である。図３に示すように、パターン出力部５４は、スイープ間のレベル変化を以下の数式１に示すような３つのパターンに分類する。

すなわち、パターン出力部５４は、図３（Ａ）に示すように、あるスイープｎのデータｘ（ｎ−１）のレベルに対し、次のスイープのデータｘ（ｎ）のレベルが所定値以上大きくなるパターン（レベル差が所定のしきい値thresholdＰよりも大きい場合）をパターンＰ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）とする（なお、以下の図中において、thresholdＰと記載している箇所は、スイープ間のレベル差がthresholdＰ以上の値であったとして説明する）。

また、図３（Ｂ）に示すように、データｘ（ｎ−１）のレベルに対し、データｘ（ｎ）のレベルが所定値以上小さくなるパターン（レベル差が所定のしきい値thresholdＮよりも小さい場合）をパターンＮ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ）とする（ただし、thresholdＰ＞thresholdＮとし、以下の図中において、thresholdＮと記載している箇所は、スイープ間のレベル差がthresholdＮ以下の値であったとして説明する）。図３（Ｃ）および図３（Ｄ）に示すように、これらパターンＮにもパターンＰにもあてはまらない場合、つまり、スイープ間でのレベル変化が少ない場合は、パターンＺとされる。

以上のようにして分類されたレベル変化パターンは、パターンバッファ５５に出力され、記憶される。パターンバッファ５５には、過去３つのレベル変化パターンが記憶されている。つまり、パターンバッファ５５には、スイープｎ−４からスイープｎ−３までのレベル変化パターン、スイープｎ−３からスイープｎ−２までのレベル変化パターン、およびスイープｎ−２からスイープｎ−１までのレベル変化パターンが記憶されている。それぞれのレベル変化パターンは、パターンＰ，パターンＮ，またはパターンＺの３種類であるため、２ｂｉｔの分解能で済み、元々の受信信号のレベル分解能のｂｉｔ数（例えば１６ｂｉｔ）よりもはるかに小さくて済む。したがって、干渉検出のために新たに大容量のメモリを用意する必要はない。

干渉判定部５６には、パターンバッファ５５に記憶されていた過去３つのレベル変化パターンに加えて、今回更新されるスイープｎ−１からスイープｎまでのレベル変化パターンが入力される。

干渉判定部５６は、注目スイープデータｎ−２の各サンプルについて、パターンバッファ５５から入力される複数のレベル変化パターンに基づいて干渉判定処理を行う（ｓ１７）。

図４および図５は、干渉と判定するレベル変化パターンを示す図である。干渉判定部５６は、注目スイープｎ−２のデータｘ（ｎ−２）について、方位方向に連続する複数のサンプル（この例では前後２つずつのサンプルを含む５つのサンプル）のレベル変化パターンに基づいて干渉であるか否かを判定する。

干渉判定部５６は、図４（Ａ）に示すように、注目スイープの前後のレベル変化が、パターンＰからパターンＮである場合、他の部分（スイープｎ−４からスイープｎ−３、およびスイープｎ−１からスイープｎ）のレベル変化に関わらず、干渉であると判定する（ｓ１８）。

干渉は、方位方向に急峻に立ち上がった後に急峻に立ち下がる特性を有する。したがって、干渉判定部５６は、干渉に特有のレベル変化パターンを抽出することで、干渉成分だけを的確に抽出することができる。

また、干渉判定部５６は、図４（Ｂ）に示すように、注目スイープの前後のレベル変化が、パターンＺからパターンＮである場合、他の部分のレベル変化に関わらず、干渉であると判定し、図４（Ｃ）に示すように、注目スイープの前後のレベル変化が、パターンＰからパターンＺである場合、他の部分のレベル変化に関わらず、干渉であると判定する。

また、干渉判定部５６は、図４（Ｄ）に示すように、注目スイープの前後の変化パターンが、いずれもパターンＺであり、データｘ（ｎ−４）からデータｘ（ｎ−３）の変化パターンがパターンＰである場合も干渉であると判定する。同様に、図４（Ｅ）に示すように、注目スイープの前後の変化パターンが、いずれもパターンＺであり、データｘ（ｎ−１）からデータｘ（ｎ）の変化パターンがパターンＮである場合も干渉であると判定する。これにより、方位方向に同程度のレベルが連続している場合の干渉も検出することができる。

さらに、以下のようにして、方位方向に連続してパターンＰやパターンＮの変化パターンとなる場合も干渉であると判定してもよい。すなわち、干渉判定部５６は、図５（Ａ）に示すように、データｘ（ｎ−４）からデータｘ（ｎ−３）への変化パターンがパターンＰであり、かつデータｘ（ｎ−３）からデータｘ（ｎ−２）への変化パターンがパターンＰである場合や、図５（Ｂ）に示すように、データｘ（ｎ−３）からデータｘ（ｎ−２）への変化パターンがパターンＰであり、かつデータｘ（ｎ−２）からデータｘ（ｎ−１）への変化パターンがパターンＰである場合も干渉であると判定する。また、図５（Ｃ）に示すように、データｘ（ｎ−３）からデータｘ（ｎ−２）への変化パターンがパターンＮであり、かつデータｘ（ｎ−２）からデータｘ（ｎ−１）への変化パターンがパターンＮである場合や、図５（Ｄ）に示すように、データｘ（ｎ−２）からデータｘ（ｎ−１）への変化パターンがパターンＮであり、かつデータｘ（ｎ−１）からデータｘ（ｎ）への変化パターンがパターンＮである場合も干渉であると判定する。この場合、方位方向に異なるレベルを有する干渉を検出することができる。

なお、判定に用いるスイープデータの数は、上記の例に限るものではない。例えば、例えば、注目スイープをｎ−１として、今回のスイープｎおよび前々回のスイープｎ−２を含む３つのスイープデータを用いて干渉判定を行うことも可能である。この場合、図１（Ｃ）の機能部において、スイープバッファ５１は、スイープｎ−１のデータのみ記憶し、スイープバッファ５１から干渉除去部１５３には、スイープｎ−１のデータが入力される。また、パターンバッファ５５は、過去１つのレベル変化パターン（スイープｎ−２からスイープｎ−１までのレベル変化パターン）のみ記憶し、干渉判定部５６には、このスイープｎ−２からスイープｎ−１までのレベル変化パターンと、今回更新されたスイープｎ−１からスイープｎまでのレベル変化パターンが入力される。

３つのスイープデータを用いて干渉判定を行う場合、以下のようにして行う。例えば、図６（Ａ）に示すように、ｘ（ｎ−２）からｘ（ｎ−１）のレベル変化パターンがパターンＰであり、ｘ（ｎ−１）からｘ（ｎ）のレベル変化パターンがパターンＮとなる場合、注目スイープｎ−１のデータｘ（ｎ−１）において干渉が発生していると判定する。

また、方位方向に複数連続して発生する干渉もあるため、図６（Ｂ）に示すように、ｘ（ｎ−２）からｘ（ｎ−１）の変化パターンがパターンＺであり、かつｘ（ｎ−１）からｘ（ｎ）の変化パターンがパターンＮである場合や、図６（Ｃ）に示すように、ｘ（ｎ−２）からｘ（ｎ−１）の変化パターンがパターンＰであり、ｘ（ｎ−１）からｘ（ｎ）の変化パターンがパターンＺである場合についても干渉発生と判定する態様でもよい。

なお、干渉の発生頻度に応じて３本のスイープデータで判定を行う場合と、５本のスイープデータで判定を行う場合と、を変化させる態様も可能である。例えば、通常時は５本のスイープデータで判定を行い、方位方向に複数サンプル連続して干渉であると判定した時点で３本のスイープデータの判定に切り換える、等である。

また、上述の例では、方位方向のレベル変化だけを考慮しているが、距離方向のレベルを考慮して判定を行ってもよい。この場合、例えば、以下の数式２に示すようにして距離方向に平均化したサンプルを用いて変化パターンを算出する。

干渉は、方位方向に急峻に立ち上がった後に急峻に立ち下がる特性を有するが、距離方向に広いサンプルに渡って高レベルの信号となることが多い。したがって、レベル変化検出部５３は、各サンプルのレベル変化を距離方向の信号を用いて平均化し、パターン出力部５４は、平均化した後のレベル変化を複数のパターンに分類し、数式２のように、距離方向の複数サンプルで平均化したサンプルを用いた変化パターンを算出することにより、距離方向に短い低レベル信号を干渉として誤検出することを防止することができる。

また、図８に示すような距離方向のレベル変化を考慮して判定を行う態様も可能である。この例では、レベル変化検出部５３は、まず図８（Ａ）に示すように、隣接する方位方向のレベル変化を検出する。パターン出力部５４は、方位方向のレベル変化を複数のパターン（パターンＰ，Ｎ，Ｚ）に分類する。さらに、レベル変化検出部５３は、同図（Ｂ）に示すように、各方位のサンプルについて、隣接する距離方向のレベル変化をさらに検出する。そして、パターン出力部５４は、距離方向のレベル変化を複数のパターン（パターンＰ，Ｎ，Ｚ）に分類する。

また、パターン出力部５４は、各サンプルについて、複数（例えば前後３つ）の距離方向の変化パターンを参照し、最も多い変化パターンを方位方向の変化パターンとして分類する処理を行う。例えば、図８（Ａ）に示すように、ある注目サンプルについて、１つ前のスイープからの変化パターンがパターンＰであったとしても、同図（Ｂ）に示すように、距離方向の前後３つの変化パターンのうち、最も多い変化パターンであるパターンＺに置き換える処理を行う。その結果、方位方向の判定だけでは、干渉であると誤判定される注目サンプル（パターンＮ→パターンＺ）であったとしても、干渉ではないと判定することができる。

さらには、方位方向のレベル変化の判定に加えて、距離方向のレベル変化の判定を行う態様も可能である。例えば、方位方向にパターンＰ→パターンＮ、パターンＰ→パターンＺ、またはパターンＺ→パターンＮと変化する場合で、かつ距離方向にパターンＺ→パターンＺと変化する場合のサンプルを干渉であると判定する態様である。

あるいは、注目サンプルは１点だけでなく、方位方向および距離方向の複数のサンプルを注目サンプルとして、変化パターンの２次元配列態様から干渉であるか否かを判定してもよい。この場合、干渉であると判定する変化パターンの配列態様（リファレンス）をメモリ（不図示）に記憶しておき、リファレンスとのマッチングによって干渉であるか否かを判定する。このとき、ファジィ推論やニューラルネットワーク等のパターンマッチング手法を用いるようにしてもよい。

なお、本実施形態においては、レベル変化のしきい値（thresholdＰおよびthresholdＮ）を固定値であるとして説明したが、適応的に変化させるようにする態様も可能である。例えば、スイープ間で受信信号のゲインが変更される場合、スイープ間のゲイン差に応じてしきい値を変更する（ゲイン比を考慮したしきい値とする）。

また、方位方向や距離方向に隣接するスイープデータのレベル変化を検出したが、例えば１スイープ毎にデータを無視する（間引く）等して、近接したスイープデータ間のレベル変化を検出する態様であってもよい。

次に、干渉除去部１５３は、干渉判定部５６で干渉であると判定されたスイープｎ−２のデータのレベル制御処理（干渉除去処理）を行う（ｓ１８）。

干渉除去処理は、干渉であると判定したデータのレベルを小さくする処理であるが、例えば零置換する処理や、方位方向に隣接する前後いずれかのデータに置換する処理や、方位方向に隣接する前後のデータの平均値に置換する処理であってもよい。

干渉除去部１５３は、以上のような処理により、干渉であると判定した地点に対応するスイープデータの干渉除去処理を行い、スイープデータを更新する。ただし、例えば干渉除去処理として零置換を行うと、ある方位について距離方向にエコー画像が欠けた様な画像が表示され、表示品質を劣化させてしまう（図９を参照）。

そこで、補間処理部１５４は、方位方向にスイープデータを補間する処理を行う。補間処理は、方位方向に線形補間を行う処理であってもよいし、上述の様に、方位方向に隣接する前後いずれかのデータに置換する処理や、方位方向に隣接する前後のデータの平均値に置換する処理であってもよいが、以下のようにコヒーレント積分を行うことで補間することが望ましい。

すなわち、補間処理部１５４は、干渉除去部１５３から出力された干渉除去処理後のスイープデータにコヒーレント積分を行う。コヒーレント積分は、各スイープデータについて、自船からの距離が等しい複数スイープ分のデータ列（コヒーレントとみなせるデータ列）の積分を行う処理である。コヒーレント積分は、単純な加算処理（単なる積分）であってもよいし、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）やＤＦＴ（離散フーリエ変換）等のデジタルフィルタ処理であってもよい。

このコヒーレント積分は、各スイープデータの各離散値の全てについて行うとともに、全方位のスイープデータに対して行う。物標からのエコー信号は、相対速度がゼロの物標の場合、スイープ間で同位相となり、コヒーレント積分によってレベルが増大する。相対速度を持った物標の場合も、スイープ間で一定量の位相変化となり、ＦＦＴやＤＦＴ等のデジタルフィルタ処理によってレベルが増大する。しかし、ノイズ成分はスイープ毎に位相がランダムに変化するため、コヒーレント積分によってレベルが抑制される。したがって、コヒーレント積分を行うことによってＳ／Ｎを改善することができる。このように、コヒーレント積分は、方位方向に移動平均処理を施したことに類似する処理であるため、Ｓ／Ｎを改善することと同時に、干渉除去によって零置換された信号が方位方向に平均化され、補間されることになる。

図９を参照して、本実施形態のパルス圧縮、干渉除去、および補間処理を行った場合の効果について説明する。図９（Ａ）は、パルス圧縮前のエコー画像を示す模式図である。図９（Ｂ）は、パルス圧縮後のエコー画像を示す模式図である。図９（Ｃ）は、干渉除去後のエコー画像を示す模式図である。図９（Ｄ）は、補間処理後のエコー画像を示す模式図である。

これらの模式図に示すように、干渉成分は、パルス圧縮後も方位方向に急峻に立ち上がって急峻に立ち下がる特性は変わらない。したがって、干渉除去（例えば零置換）を行うと、ある方位について距離方向にエコー画像が欠けた様な画像が表示されてしまう。しかし、本実施形態の信号処理では、零置換した後にコヒーレント積分を行うことで、パルス圧縮後に干渉除去を行ったとしても、ある方位について受信信号が急激に低下しないようになっている。これにより、干渉による影響を緩和しながら、適切なパルス圧縮を行うことができる。

なお、上記実施形態においては、パルス圧縮後に干渉検出、除去処理を行う例を示したが、図２に示すように、さらに、パルス圧縮前に干渉検出、除去処理を行ってもよい。この場合、信号処理部１５は、図１（Ｂ）に示した信号処理部１５の構成に加えて、さらに受信信号（スイープデータ）を入力する干渉検出部１５５、および干渉検出部１５５が検出した干渉成分を除去する干渉除去部１５６を備えている。図２の例では、干渉除去部１５６で干渉除去（例えば零置換）された後の受信信号がパルス圧縮部１５１に入力され、パルス圧縮される。なお、干渉検出部１５５は、図１（Ｃ）に示した干渉検出部１５２と同様の構成および機能を有し、干渉除去部１５６は、干渉除去部１５３と同じ構成、機能を有する。そのため、干渉検出部１５５および干渉除去部１５６の構成、機能の説明は省略する。

この様に、パルス圧縮前に干渉検出、除去処理を行うことで、受信信号に物標からのエコーが含まれていない状況（ノイズだけの状況）で、かつ受信信号に干渉成分が含まれている場合であれば、零置換によってパルス圧縮後に干渉のような不要な成分が発生することがなくなる。この場合、パルス圧縮後の干渉検出処理で干渉として検出されることがなくなるため、あらためてパルス圧縮後に干渉除去等の処理を行う必要はなくなる。ただし、受信信号に物標からのエコーが含まれている状況では、パルス圧縮前に干渉除去処理を行ったとしても、エコー中の一部の信号が抜けた状態になるため、パルス圧縮の相関処理によって実際のエコー以外にも不要な高レベル信号（２次的な干渉）が発生する可能性がある。ただし、上述のように、この様な２次的な干渉が発生したとしても、パルス圧縮後の干渉検出処理において、あらためて干渉成分として検出されることになり、除去処理と補間処理が行われるため、エコーとして適切な信号を得ることが可能となる。

１０…送信部
１１…アンテナ
１２…受信部
１３…Ａ／Ｄ変換器
１４…スイープメモリ
１５…信号処理部
１６…画像変換部
１７…直交座標メモリ
１８…表示器
１５１…パルス圧縮部
１５２…干渉検出部
１５３…干渉除去部
１５４…補間処理部
１５５…干渉検出部
１５６…干渉除去部
５１…スイープバッファ
５２１…振幅検出部
５２２…振幅検出部
５３…レベル変化検出部
５４…パターン出力部
５５…パターンバッファ
５６…干渉判定部

Claims (21)

1. 送信信号に対するエコー強度に応じた受信信号を入力する信号入力部と、
   前記受信信号のパルス圧縮を行うパルス圧縮部と、
   前記パルス圧縮処理を行った受信信号から干渉に起因する信号を検出する干渉検出部と、
   前記干渉検出部で検出した干渉に起因する受信信号のレベルを制御する信号レベル制御部と、
   前記レベル制御後の受信信号を方位方向に補間する補間処理部と、
   を備えたことを特徴とする信号処理装置。
2. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   前記補間処理部は、前記レベル制御後の受信信号を方位方向に積分することにより前記受信信号を方位方向に補間することを特徴とする信号処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の信号処理装置において、
   前記干渉検出部は、前記信号入力部が入力した受信信号から干渉に起因する信号をさらに検出するパルス圧縮前干渉検出処理を行い、
   前記信号レベル制御部は、前記パルス圧縮前干渉検出処理において検出した干渉に起因する受信信号のレベルを制御するパルス圧縮前レベル制御処理を行うことを特徴とする信号処理装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の信号処理装置において、
   前記干渉検出部は、
   前記受信信号のうち、アンテナからの距離が略等しく方位が異なる、互いに近接する地点からの当該受信信号間のレベル変化を検出するレベル変化検出部と、
   前記レベル変化をそれぞれあらかじめ定められた基準パターンに照合してレベル変化パターンを出力するパターン出力部と、
   前記レベル変化パターンのうち少なくとも２つのレベル変化パターンに基づいて干渉を判定する干渉判定部と、
   を備えたことを特徴とする信号処理装置。
5. 請求項４に記載の信号処理装置において、
   前記少なくとも２つのレベル変化パターンを出力するために用いる前記受信信号の地点は、互いに隣接するものであることを特徴とする信号処理装置。
6. 請求項４または５に記載の信号処理装置において、
   前記パターン出力部は、前記パターン出力部は、レベル変化が第１のしきい値を超える第１のパターンと、レベル変化が第２のしきい値未満である第２のパターンと、前記第１のパターンにも前記第２のパターンにも当てはまらない第３のパターンと、に分類することを特徴とする信号処理装置。
7. 請求項６に記載の信号処理装置において、
   前記干渉判定部は、レベル変化のパターンが、前記第１のパターンから前記第２のパターンに変化する場合、干渉であると判定することを特徴とする信号処理装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の信号処理装置において、
   前記干渉判定部は、レベル変化のパターンが、前記第１のパターンから前記第３のパターンに変化する場合、干渉であると判定することを特徴とする信号処理装置。
9. 請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の信号処理装置において、
   前記干渉判定部は、レベル変化のパターンが、前記第３のパターンから前記第２のパターンに変化する場合、干渉であると判定することを特徴とする信号処理装置。
10. 請求項４乃至請求項９のいずれかに記載の信号処理装置において、
    前記レベル変化は、方位方向に隣接する受信信号のレベルの差分値であることを特徴とする信号処理装置。
11. 請求項６乃至請求項１０のいずれかに記載の信号処理装置において、
    前記干渉判定部は、前記第１のパターンに続く前記第３のパターンと、少なくとも２つの前記第３のパターンの群と、が存在する場合に干渉であると判定することを特徴とする信号処理装置。
12. 請求項６乃至請求項１１のいずれかに記載の信号処理装置において、
    前記干渉判定部は、少なくとも２つの前記第３のパターンの群と、前記第３のパターンに続く前記第２のパターンと、が存在する場合に干渉であると判定することを特徴とする信号処理装置。
13. 請求項６乃至請求項１２のいずれかに記載の信号処理装置において、
    前記干渉判定部は、少なくとも２つの前記第１のパターンの群が存在する場合に、干渉であると判定することを特徴とする信号処理装置。
14. 請求項６乃至請求項１３のいずれかに記載の信号処理装置において、
    前記干渉判定部は、少なくとも２つの前記第２のパターンの群が存在する場合に、干渉であると判定することを特徴とする信号処理装置。
15. 請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の信号処理装置において、
    前記レベル変化検出部は、前記レベル変化を距離方向に平均化し、
    前記パターン出力部は、平均化した後の前記レベル変化を照合することを特徴とする信号処理装置。
16. 請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の信号処理装置において、
    前記レベル変化検出部は、アンテナからの方位が略等しく距離が異なる、互いに近接する地点からの前記受信信号間のレベル変化をさらに検出し、
    前記パターン出力部は、所定の距離範囲内のレベル変化パターンのうち、最も多いレベル変化パターンを、各方位および各距離のレベル変化パターンとして出力することを特徴とする信号処理装置。
17. 請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の信号処理装置において、
    前記レベル変化検出部は、アンテナからの方位が略等しく距離が異なる、互いに近接する地点からの前記受信信号間のレベル変化をさらに検出し、
    前記干渉判定部は、さらに、距離方向に近接する複数のレベル変化パターンに基づいて干渉を判定することを特徴とする信号処理装置。
18. 請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の信号処理装置において、
    前記信号レベル制御部は、干渉に起因する受信信号のレベルを、零置換する処理を行うことを特徴とする信号処理装置。
19. 請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の信号処理装置と、
    方位毎に電磁波を発射し、エコー信号を受信しながら回転するアンテナと、を備えたレーダ装置。
20. 送信信号に対するエコー強度に応じた受信信号を入力する信号入力ステップと、
    前記受信信号のパルス圧縮を行うパルス圧縮ステップと、
    前記パルス圧縮処理を行った受信信号から干渉に起因する信号を検出する干渉検出ステップと、
    前記干渉検出ステップで検出した干渉に起因する受信信号のレベルを制御する信号レベルステップと、
    前記レベル制御後の受信信号を方位方向に補間する補間処理ステップと、
    を備えたことを特徴とする信号処理方法。
21. 送信信号に対するエコー強度に応じた受信信号を入力する信号入力ステップと、
    前記受信信号のパルス圧縮を行うパルス圧縮ステップと、
    前記パルス圧縮処理を行った受信信号から干渉に起因する信号を検出する干渉検出ステップと、
    前記干渉検出ステップで検出した干渉に起因する受信信号のレベルを制御する信号レベルステップと、
    前記レベル制御後の受信信号を方位方向に補間する補間処理ステップと、
    を信号処理装置に実行させることを特徴とするプログラム。

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