JP2014006072A - レーダ装置、目標データ取得方法及び、目標追尾システム - Google Patents

Abstract

【課題】大型化することなく、短い時間で目標の位置・速度が検出できる目標データ取得方法を提供する。
【解決手段】目標検出情報が目標無検出を示す場合はＣＷ（連続波）モード、目標検出を示す場合はＦＭＣＷモードを指示するモード指令を出力するモード制御部９と、送信信号を生成する送信信号生成ユニット３と、送受信信号を放射し、反射波を受信して受信信号として出力する送受信ユニット４と、受信信号処理ユニット５と、ＣＷモードの場合に閾値より大きいスペクトラム波形データの検出を条件に目標検出情報を出力し、このときの方位角情報とＣＷ速度を求めて出力するＣＷ目標検出ユニット６と、ＦＭＣＷモードの場合はスペクトラム波形データから目標の速度をＦＭ速度として求めると共にその距離を求めて出力するＦＭ目標検出ユニット６と、ＣＷ速度とＦＭ速度とが一致すると、その速度と方位角情報と距離とを出力する目標一致判定部８と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ装置、目標データ取得方法及び、目標追尾システムに関する。

一般にレーダ装置は、空間に電波を放射して、目標からの反射波を受信することにより、目標を探知すると共に、目標の位置や運動状況などを計測するために用いられている。

このようなレーダ装置には様々な方式があるが、空間に放射する電波の種類で分類した場合、最も単純な無変調の連続波（ＣＷ）を送信するＣＷレーダ装置が知られている。

ＣＷレーダ装置の原理は、移動している目標により反射された電波（受信波）が目標の速度に応じたドップラ効果を受けていることを利用する。ドップラ効果により、送信波と受信波との周波数には差が生じ、この周波数の差から目標の存在及び視線方向の目標の速度が検出できる。しかし、単純な構成のＣＷレーダ装置では、目標の存在と速度とは検出できるが、目標位置（レーダからの目標の距離や方位）は計測できない。

目標位置を計測できるようにするために、送信信号を周波数変調した送信波を放射するＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ）レーダ装置が知られている。この送信信号としては、三角波の信号が例示できる。三角波の信号は、時間と共に信号値が変化する。そこで、ＦＭＣＷレーダ装置では、信号値に応じた周波数に送信信号を変調して送信波を生成する。従って、送信波は、周波数が高くなる方向に変化するアップチャープ信号と、周波数が低くなる方向に変化するダウンチャープ信号が交互に繰り返される信号波となる。これにより、送信時刻と受信時刻との時間差が演算できて、目標までの距離を知ることが可能になる。

また、送信波を空間的にスキャンさせながら放射し、その反射波を受信したときの方向から目標の方位を知ることができる。

これらのレーダ装置に関する技術は、特許文献１〜５に開示されている。例えば、特許文献１には、図１０に示すようなレーダ装置が開示されている。

このレーダ装置は、アップチャープ信号生成部１２２、ダウンチャープ信号生成部１２３、アップチャープ送信部１２４、ダウンチャープ送信部１２５、アップチャープ受信部１２６、ダウンチャープ受信部１２７、受信処理器１２８を備える。アップチャープ信号生成部１２２とダウンチャープ信号生成部１２３とは、送信信号におけるアップチャープ信号とダウンチャープ信号とをそれぞれ発生させる。そして、アップチャープ送信部１２４とダウンチャープ部１２５とが、アップチャープ信号とダウンチャープ信号とを送信波として放射する。

一方、アップチャープ受信部１２６は、反射波を受信し、アップチャープ信号に対応する信号成分を分離して受信処理器１２８に出力する。同様にダウンチャープ受信部１２７は、反射波を受信し、ダウンチャープ送信信号に対応する信号成分を分離して受信処理器１２８に出力する。受信処理器１２８は、アップチャープ受信信号とダウンチャープ受信信号とから、目標の距離と速度とを算出する。

また、ＣＷ方式とＦＭＣＷ方式とを時間で切替えて用いるレーダ装置が特許文献２等に提案されている。

特開２０００−２０６２３４号公報 特開２０００−２９２５３０号公報 特開２００２−３２３５５９号公報 特開２００６−１７７９０７号公報 特開２００９−１９８３０６号公報

しかしながら、上記特許文献１〜５に係る方式では、目標の検出に大きな設備が必要となり、また多くの時間を必要とする問題があった。具体的には、特許文献１で提案されている構成では、図１０に示したように、信号発生部、送信部、受信部においては、アップチャープ系とダウンチャープ系とをそれぞれ独立して備えている必要があり、レーダ装置の部品点数の増大によるコストアップや大型化の要因となっている。

また、特許文献２等では、ＣＷ方式とＦＭＣＷ方式とを目標の有無によらず、あらかじめ定めたタイミングに従って切替えて用いるため、目標を捕えていない場合でもＦＭＣＷ方式でスキャンしている時間帯が発生して、スキャン時間の短縮が困難であった。

即ち、一般にレーダ装置において所定範囲内の目標を探査する場合、この範囲に送信波をスキャンさせながら放射する。このとき所定範囲をスキャンする時間が短いほど、目標に対する応答処理等を迅速に行える。ＣＷ方式では、無変調波を放射するので、短いスキャン時間で目標の検出や速度ができる。但し、目標の距離は計測できない。これに対し、ＦＭＣＷ方式は目標の検出、速度、距離の計測できるが、上述したように、アップチャープとダウンチャープとを１周期とするため、ＣＷ方式より多くのスキャン時間が必要になる。このため、ＣＷ方式とＦＭＣＷ方式とを時間で切替えて用いる構成では、目標が検出されていないときでも、ＦＭＣＷ方式により電波が放射されている時間帯が発生して、その分スキャン時間が長くなる。従って、スキャン時間を十分に短縮することが困難であった。

そこで、本発明の主目的は、装置の大型化を招くことなく、短いスキャン時間で目標の方位、速度、距離が計測できるレーダ装置、目標データ取得方法及び、目標追尾システムを提供することである。

上記課題を解決するため、レーダ装置は、目標検出情報を受信して、当該目標検出情報が目標の無検出を示す場合には基本信号に対して変調を行なわない無変調の連続波を送受信するＣＷモードを指示し、目標検出情報が目標の検出を示す場合には基本信号に対して周波数変調された連続波を送受信するＦＭＣＷモードを指示するモード指令を出力するモード制御部と、モード指令がＣＷモードを指示する場合には無変調の送信信号を生成し、ＦＭＣＷモードを指示する場合には基本信号の振幅値に応じた周波数の信号に周波数変調された送信信号を生成する送信信号生成ユニットと、モード指令で指示されたスキャン角速度でスキャンしながら、送信信号を電波として放射すると共に、当該電波の反射波を受信して受信信号として出力し、かつ、受信時における方位を方位角情報として出力する送受信ユニットと、送信信号と受信信号との差分信号から、電波が移動する目標によりドップラ効果を受けた際のドップラ周波数でピークを示すスペクトラム波形データを求め、当該スペクトラム波形データをモード指令に応じた出力先に出力する受信信号処理ユニットと、モード指令がＣＷモードを指示する場合にはスペクトラム波形データを受信し、当該スペクトラム波形データの振幅ピーク値が予め設定された閾値より大きい場合には、目標を検出したことを示す目標検出情報をモード制御部に出力すると共に、振幅ピーク値に基づき目標の速度をＣＷ速度として求め、かつ、方位角情報に基づき当該ＣＷ速度を求めた際の方位を求めて、該方位とＣＷ速度とをＣＷ検出情報として出力するＣＷ目標検出ユニットと、モード指令がＦＭＣＷモードを指示する場合には、スペクトラム波形データから目標の速度をＦＭ速度として求めると共に当該目標の距離を求めて、当該ＦＭ速度と距離とをＦＭ検出情報として出力するＦＭ目標検出ユニットと、ＣＷ検出情報とＦＭ検出情報を受信して、ＣＷ速度とＦＭ速度とが一致する場合に、当該速度と、方位と、距離とを目標データとして出力する目標一致判定部と、を備えることを特徴とする。

また、目標データ取得方法は、目標検出情報を受信して、当該目標検出情報が目標の無検出を示す場合には基本信号に対して変調を行なわない無変調の連続波を送受信するＣＷモードを指示し、目標検出情報が目標の検出を示す場合には基本信号に対して周波数変調された連続波を送受信するＦＭＣＷモードを指示するモード指令を出力するモード制御手順と、モード指令がＣＷモードを指示する場合には無変調の送信信号を生成し、ＦＭＣＷモードを指示する場合には基本信号の振幅値に応じた周波数の信号に周波数変調された送信信号を生成する送信信号生成手順と、モード指令で指示されたスキャン角速度でスキャンしながら、送信信号を電波として放射すると共に、当該電波の反射波を受信して受信信号として出力し、かつ、受信時における方位を方位角情報として出力する送受信手順と、送信信号と受信信号との差分信号から、電波が移動する目標によりドップラ効果を受けた際のドップラ周波数でピークを示すスペクトラム波形データを求め、当該スペクトラム波形データをモード指令に応じた出力先に出力する受信信号処理手順と、モード指令がＣＷモードを指示する場合にはスペクトラム波形データを受信し、当該スペクトラム波形データの振幅ピーク値が予め設定された閾値より大きい場合には、目標を検出したことを示す目標検出情報をモード制御手順に出力すると共に、振幅ピーク値に基づき目標の速度をＣＷ速度として求め、かつ、方位角情報に基づき当該ＣＷ速度を求めた際の方位を求めて、該方位とＣＷ速度とをＣＷ検出情報として出力するＣＷ目標検出手順と、モード指令がＦＭＣＷモードを指示する場合には、スペクトラム波形データから目標の速度をＦＭ速度として求めると共に当該目標の距離を求めて、当該ＦＭ速度と距離とをＦＭ検出情報として出力するＦＭ目標検出手順と、ＣＷ検出情報とＦＭ検出情報を受信して、ＣＷ速度とＦＭ速度とが一致する場合に、当該速度と、方位と、距離とを目標データとして出力する目標一致判定手順と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、通常はＣＷモードで目標の検出を行い、目標が検出されたときだけＦＭＣＷモードに移行して目標データを取得するので、装置の大型化を招くことなく、短いスキャン時間で目標の方位、速度、距離が計測できるようになる。

本発明の第１の実施形態にかかる目標追尾システムのブロック図である。 各モードにおける基本信号を示す図で、（ａ）はＦＭＣＷモードにおける基本信号、（ｂ）はＣＷモードにおける基本信号である。 目標の方位とスペクトラム波形との関係を示す図である。 目標の方位とスペクトラム波形の振幅ピーク値との関係を示す図である。 送信部と受信部との方位を変えながらＣＷモードで電波の送受信を行っている際の模式図で、（ａ）は目標をスキャンしているときの様子を示す図、（ｂ）はスキャン時における送信信号の波形を示した図である。 送信部と受信部との方位を変えながら電波の送受信を行っている際の説明図で、（ａ）は通常はＣＷモードで目標検出を行い、目標が検出されたときだけＦＭＣＷモードに移行するときの様子を示す図、（ｂ）はスキャン時における送信信号の波形を示した図である。 目標データの取得手順を示すフローチャートである。 他の構成の目標追尾システムのブロック図である。 本発明の第２の実施形態にかかる目標追尾システムのブロック図である。 関連技術の説明に適用されるレーダ装置のブロック図である。

本発明の実施形態を説明する。図１は本実施形態にかかる目標追尾システム１のブロック図である。この目標追尾システム１は、目標データを取得するレーダ装置２Ａと、目標データに基づき目標を追尾する追跡装置１０とを備える。

レーダ装置２Ａは、送信信号生成ユニット３、送受信ユニット４、受信信号処理ユニット５、ＣＷ目標検出ユニット６、ＦＭ目標検出ユニット７、モード制御部９、目標一致判定部８を備える。

また、送信信号生成ユニット３は、送信信号Ｇ２を発生させるもので、基本信号発生部３１、信号変調部３２、方向性結合部３３を備える。

この基本信号発生部３１は、送信信号Ｇ２の元となる基本信号Ｇ１を発生する。基本信号Ｇ１は、モード制御部９からのモード指令Ｇ３に対応した波形の信号である。なお、モード指令Ｇ３は、ＣＷモード又はＦＭＣＷモードを指定する指令である。

そして、基本信号発生部３１は、ＦＭＣＷモードのときは三角波の基本信号Ｇ１を発生し、ＣＷモードのときは一定電圧値の基本信号Ｇ１を発生する。

図２は基本信号Ｇ１の波形を示す図で、図２（ａ）はＦＭＣＷモードにおける基本信号Ｇ１、図２（ｂ）はＣＷモードにおける基本信号Ｇ１である。各図における横軸は時間であり、縦軸は基本信号Ｇ１の振幅である。

図２（ａ）に示すように、ＦＭＣＷモードにおける基本信号Ｇ１は、時間と共に振幅が増大するアップチャープ信号と、時間と共に振幅が減少するダウンチャープ信号とから構成された周期ΔＴの三角波信号である。そして、１回のスキャンＴ１（Ｔ１＝ΔＴ＊ｎ）で、ｎ周期分の信号が出力される。

これに対し、ＣＷモードにおける基本信号Ｇ１の振幅は、図２（ｂ）に示すように、時間に対して変化しない。従って、ＣＷモードにおけるスキャン時間Ｔ２（Ｔ２＝ΔＴ＊ｎ／２）は、ＦＭＣＷモードにおけるスキャン時間Ｔ１の半分となる。

信号変調部３２は、基本信号発生部３１からの基本信号Ｇ１を、その振幅に応じた周波数に変調し、この変調された高周波の信号を送信信号Ｇ２として出力する。従って、ＣＷモードの場合には、一定周波数の送信信号Ｇ２が生成され、ＦＭＣＷモードの場合には、周波数が時間と共に変化する送信信号Ｇ２が生成される。

方向性結合部３３は、信号変調部３２からの送信信号Ｇ２を送受信ユニット４と受信信号処理ユニット５とに分配する。

送受信ユニット４は、方位制御部４１、フェーズドアレイ送信部４５、フェーズドアレイ受信部４６を備える。フェーズドアレイ送信部４５は送信信号Ｇ２を電波として空間に放射し、フェーズドアレイ受信部４６は目標等からの反射波を受信して、受信信号Ｇ４として出力する。なお、フェーズドアレイ送信部４５、フェーズドアレイ受信部４６には、フェーズドアレイ空中線が含まれている。

このフェーズドアレイ送信部４５とフェーズドアレイ受信部４６とは、それぞれ電子走査により電波の送受信方位を瞬時に変化させることができる。そして、方位制御部４１は、モード指令Ｇ３の受信に基づき、フェーズドアレイ送信部４５とフェーズドアレイ受信部４６とのスキャン角速度を指定する。

このスキャン角速度は、モードに応じて予め設定されている。ＣＷモードでのスキャン角速度をＣＷスキャン角速度、ＦＭＣＷモードでのスキャン角速度をＦＭＣＷスキャン角速度と記載する。そして、モード指令Ｇ３がＣＷモードを指定する場合には、方位制御部４４はスキャン角速度をＣＷスキャン角速度設定する。一方、モード指令Ｇ３がＦＭＣＷモードを指定する場合には、方位制御部４４はスキャン角速度をＦＭＣＷスキャン角速度に設定する。なお、ＦＭＣＷスキャン角速度は、ＣＷスキャン角速度より遅い。

受信信号処理ユニット５は、ミキサ５１、ローパスフィルタ５２、Ａ／Ｄ変換部５３、データ抽出部５４、ＦＦＴ処理部５５、データ分配部５６を備える。

ミキサ５１は、フェーズドアレイ受信部４６からの受信信号Ｇ４と方向性結合部３３からの送信信号Ｇ２とを混合し、これを混合信号Ｇ５として出力する。この混合信号Ｇ５は、送信信号Ｇ２と受信信号Ｇ４との差分信号及び加算信号からなる。

ローパスフィルタ５２は、ミキサ５１からの混合信号Ｇ５から加算信号を除去して、差分信号のみを出力する。即ち、受信信号Ｇ４は移動する目標等で反射された反射波を受信して得られた信号である。従って、移動する目標の情報が含まれている。この情報としては、目標の移動速度に応じて送信信号Ｇ２がドップラ効果を受けたことによる周波数のずれがある。ドップラ効果による周波数のずれは、送信信号Ｇ２の周波数に対して小さい。従って、ローパスフィルタ５２から出力される信号は、このようなドップラ効果による受信信号Ｇ４と送信信号Ｇ２との差分信号（ビート信号）Ｇ６となる。

なお、ミキサ５１では、送信信号Ｇ２と受信信号Ｇ４との差分信号及び加算信号からなる混合信号Ｇ５を生成するが、加算信号はローパスフィルタ５２で除去されるので、ミキサ５１とローパスフィルタ５２とを減算器により構成することにより差分信号（ビート信号）を出力するようにしても良い。

Ａ／Ｄ変換部５３は、アナログ信号であるビート信号Ｇ６をディジタル信号に変換する。

データ抽出部５４は、Ａ／Ｄ変換部５３からのビート信号Ｇ６を所定の時間ごとに区切って、これをＦＦＴデータＧ７として出力する。なお、このＦＦＴデータＧ７は、後述するＦＦＴ処理部５５における１回のＦＦＴ（高速フーリエ変換：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理で用いられるデータ長である。

このＦＦＴデータＧ７のデータ長は、送信モードにより異なる。即ち、データ抽出部５４は、モード制御部９からのモード指令Ｇ３に基づき、抽出するデータ長（周期に対応）を変える。図２（ａ）、図２（ｂ）に従えば、ＣＷモードにおけるＦＦＴデータＧ７のデータ長はΔＴ／２の長さに対応し、ＦＭＣＷモードにおけるＦＦＴデータＧ７のデータ長はΔＴの長さに対応する。

このとき、データ抽出部５４は、抽出したＦＦＴデータＧ７の先頭に、送信モードを示す情報（モード情報）を付加して出力する。即ち、ＦＦＴデータＧ７は抽出したデータと、モード情報とを含んでいる。

ＦＦＴ処理部５５は、データ抽出部５４からのＦＦＴデータＧ７に対してＦＦＴ処理を行うことにより、ドップラ周波数のスペクトラム波形データＧ８を出力する。

データ分配部５６は、送信モードに応じてスペクトラム波形データＧ８をＣＷ目標検出ユニット６とＦＭ目標検出ユニット７とのいずれか一方に出力する。出力先の切替は、ＦＦＴデータＧ７に含まれるモード情報に基づく。即ち、データ分配部５６は、モード情報がＣＷモードを示す場合にはスペクトラム波形データＧ８を目標候補検出部６１に出力し、ＦＭＣＷモードを示す場合にはスペクトラム波形データＧ８を距離・速度算出部７１に出力する。

ＣＷ目標検出ユニット６は、目標候補検出部６１、速度算出部６２、方位角検出部６３を備える。

この目標候補検出部６１には、ＣＷモードのときにＦＦＴ処理部５５で得られたスペクトラム波形データＧ８が入力する。そして、目標候補検出部６１は、スペクトラム波形データＧ８の振幅ピーク値が予め設定された閾値（ＴＨ）を越えるか否かを判断する。スペクトラム波形データＧ８が閾値を超えた場合は、目標が捕えられたと判断する。

目標が捕えられたと判断された場合、目標候補検出部６１は、閾値を超えたスペクトラム波形データＧ８の振幅ピーク値と振幅ピーク値を示す周波数とを目標候補信号Ｇ９として出力する。従って、目標候補信号Ｇ９は、ドップラ周波数と、その時の振幅値（振幅ピーク値）とを含む。なお、図３は、目標の方位とスペクトラム波形との関係を示す図である。同図における実線曲線は、方位θ１〜θ５におけるスペクトラム波形データＧ８を示している。そして、スペクトラム波形データＧ８の振幅ピーク値が、符号Ｖ１〜Ｖ５で示されている。

速度算出部６２は、目標候補信号Ｇ９に含まれるドップラ周波数から速度を算出する。この速度は、目標候補信号Ｇ９に含まれる振幅ピーク値と共に、ＣＷ検出情報Ｇ１０として方位角検出部６３に出力される。

方位角検出部６３は、ＣＷ検出情報Ｇ１０に含まれる振幅ピーク値と方位制御部４１からの方位角情報Ｇ１３とに基づき目標の方位角を検出し、また目標の速度（ＣＷ速度）を算出する。

図４は方位角情報Ｇ１３に基づく方位を横軸、スペクトラム波形データＧ８の振幅ピーク値を縦軸に示した図である。方位角情報Ｇ１３は、方位制御部４４から受信したフェーズドアレイ受信部４６の受信方位を示す情報である。また、符号Ｖ１〜Ｖ５は、図３における振幅ピーク値（スペクトラム波形データＧ８の振幅ピーク値）であり、点線の曲線はこれらの包絡線Ｋである。点Ｐは包絡線Ｋの包絡線ピークを示している。

スペクトラム波形データＧ８の振幅ピーク値は送受信する方向（方位）と目標の位置とにより変化し、包絡線ピーク点Ｐの方位に目標が存在している。そこで、方位角検出部６３は、包絡線ピーク点Ｐを求め、包絡線ピーク点Ｐに基づき目標のＣＷ速度を算出する。例えば、図４において点Ｖ３の振幅ピーク値のときの周波数と、点Ｖ４の振幅ピーク値のときの周波数とを用いて、比例分配法により包絡線ピーク点Ｐの周波数を求める。そして、求めた周波数からドップラの関係式に基づきＣＷ速度を求める。

また、方位角検出部６３は、包絡線ピーク点Ｐに対応した方位を求める。求めた方位とＣＷ速度とは、ＣＷ検出情報Ｇ１０として目標一致判定部８に出力されると供に、モード制御部９に目標を検出したことを通知する目標検出情報Ｇ１１を出力する。なお、このとき目標検出情報Ｇ１１に求めた方位も含めることも可能である。

目標検出情報Ｇ１１を受信したモード制御部９は、モード指令Ｇ３を基本信号発生部３１、方位制御部４１、データ抽出部５４に出力する。これにより、レーダ装置２Ａは、ＣＷモードからＦＭＣＷモードに移行する。

目標検出情報Ｇ１１は、目標が検出された際に生成される信号であるので、目標が検出されない場合や目標が検出されなくなった場合には、この目標検出情報Ｇ１１は生成されない。そこで、モード制御部９は、目標検出情報Ｇ１１を受信しているときにはＦＭＣＷモードを示すモード指令Ｇ３を出力し、目標検出情報Ｇ１１を受信しないときにはＣＷモードを示すモード指令Ｇ３を出力する。これにより、ＣＷモードとＦＭＣＷモードとの相互の移行が可能になる。

図５及び図６は、フェーズドアレイ送信部４５とフェーズドアレイ受信部４６との方位を変えながら電波の送受信を行っている際の模式図である。図５（ａ）は、ＣＷモードで目標を検出しているときの送受信方位を示す図、図５（ｂ）は送信信号Ｇ２の波形を示した図である。また、図６（ａ）は、ＣＷモードで目標検出を行っている最中に、目標が検出されてＦＭＣＷモードに移行し、その後にＣＷモードに戻った場合の送信方向を示す図で、図６（ｂ）は送信信号Ｇ２の波形を示した図である。目標検出を行う際には、標準モードとしてＣＷモードが利用され、目標が検出されるとＣＷモードからＦＭＣＷモードに移行する。そして、目標が検出されなくなると、ＣＷモードに復帰する。

本発明においては、標準モードとしてＣＷモードが用いられ、目標が検出された時だけＦＭＣＷモードに移行することが重要である。これにより、１回のスキャンに要する時間Ｔ３は、Ｔ３＝ΔＴ＊ｎ／２＋ΔＴとなる。即ち、ＦＭＣＷモードのスキャン時間Ｔ１（＝ΔＴ＊ｎ）、ＣＷモードのスキャン時間Ｔ１（＝ΔＴ＊ｎ／２）に対して、Ｔ１＜Ｔ３＜Ｔ２の関係が満たされ、かつ、スキャン時間Ｔはスキャン時間Ｔ１に最も近い時間となる。従って、目標の距離、速度、方位が、高速に検出できるようになる。

先に説明したように、データ分配部５６は、ＦＦＴデータＧ７に含まれるモード情報に基づき目標が検出されたか否かを判断する。そして、目標が検出されたと判断した場合には、ＦＦＴ処理部５５からのスペクトラム波形データＧ８をＦＭ目標検出ユニット７に出力する。

ＦＭ目標検出ユニット７は、距離・速度算出部７１を備える。距離・速度算出部７１は、スペクトラム波形データＧ８からアップチャープ信号に対応するビート周波数とダウンチャープ信号に対応するビート周波数を検出し、これらのビート周波数に基づき目標の距離と速度とを算出する。以下、距離・速度算出部７１で算出された速度をＦＭ速度と記載する。

従って、目標一致判定部８は、ＣＷモードのときにＣＷ速度と方位を受信し、ＦＭＣＷモードのときに距離とＦＭ速度とを受信する。そこで、目標一致判定部８は、ＣＷ速度とＦＭ速度との一致性を判断して、一致した場合には、その速度、方位、距離を目標データＧ１５として追尾装置１０に出力する。

このように、目標一致判定部８がＣＷ速度とＦＭ速度との一致性を判断する理由は、以下の通である。即ち、受信される電波には、目標で反射された電波以外の電波も存在する。目標候補検出部６１は、このような電波のスペクトラム波形データＧ８が閾値を超えると、目標を検出したと判断してしまい、ＦＭモードに移行する。このような目標検出の判断は、誤判断である。そこで、異なるモードで測定した速度（ＣＷ速度とＦＭ速度）が一致するか否かにより、真に目標が検出されたか否かを判断する。

追跡装置１０は、目標追尾中の場合には、定期的に目標一致判定部８に目標データＧ１５の要求を行い、受信した目標データＧ１５に基づき目標の航跡等を推定して、目標を追尾する。

以上により、目標が検出された場合にのみＦＭＣＷモードに移行して目標の速度、距離を算出するので、目標の誤検出が防止しながら、装置の大型化を招くことなく、短いスキャン時間で目標の方位、速度、距離が計測できるようになる。

次に、上記レーダ装置２Ａにおける目標データの取得手順を説明する。図７は、目標データの取得手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１〜Ｓ４： 先ず、レーダ装置２Ａが起動されると、初期設定としてモード制御部９は、ＣＷモードを指定するモード指令Ｇ３を基本信号発生部３１、方位制御部４４、データ抽出器５４に出力する。これにより、基本信号発生部３１は、振幅が一定の基本信号Ｇ１を生成する。そして、基本信号Ｇ１は、電圧制御発信部３２で振幅値に対応した周波数の送信信号Ｇ２に変換され、方向性結合部３３でフェーズドアレイ送信部４５とミキサ５１とに分配される。フェーズドアレイ送信部４５は、送信信号Ｇ２を電波として送信する。

ステップＳ５： フェーズドアレイ送信部４５から放射された電波は、移動する目標等により反射され、その反射波がフェーズドアレイ受信部４６により受信される。このとき、フェーズドアレイ送信部４５とフェーズドアレイ受信部４６とは、方位制御部４４により送信モードに応じたスキャン角速度に設定され、現在の方位が方位角情報Ｇ１３として方位角検出部６３に出力される。

ステップＳ６： フェーズドアレイ受信部４６で受信された反射波は、受信信号Ｇ４としてミキサ５１に入力する。ミキサ５１は、送信信号Ｇ２と受信信号Ｇ４とを混合した混合信号Ｇ５を出力する。この混合信号Ｇ５の高周波成分は、ローパスフィルタ５２を通過することで除去され、低周波成分のみが出力される。この低周波成分はビート信号Ｇ６としてＡ／Ｄ変換部５３に入力し、このＡ／Ｄ変換部５３でディジタル信号に変換される。

ステップＳ７、Ｓ８： ビート信号Ｇ６はデータ抽出部５４でモード指令Ｇ３が指示するデータ長単位で抽出され、送信モードを示すモード情報が付加されてＦＦＴデータＧ７としてＦＦＴ処理部５５に出力される。ＦＦＴ処理部５５は、ＦＦＴデータＧ７に対してＦＦＴ処理を行い、この結果をスペクトラム波形データＧ８としてデータ分配部５６に出力する。

ステップＳ９： データ分配部５６は、入力したスペクトラム波形データＧ８に含まれるモード情報がＣＷモードを指示している場合には、このスペクトラム波形データＧ８を目標候補検出部６１に出力し、ＦＭＣＷモードを指示している場合には、このスペクトラム波形データＧ８を距離・速度算出部７１に出力する。

ステップＳ１０： 送信モードがＣＷモードの場合には、目標候補検出部６１は入力したスペクトラム波形データＧ８の振幅ピーク値が閾値より大きいか否かを判断する。振幅ピーク値が閾値より大きい場合には、目標が検出されたと判断し、振幅ピーク値が閾値より小さい場合には、目標が検出されなかったと判断する。目標が検出されなかったと判断した場合には、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ１１〜１４： 一方、振幅ピーク値が閾値より大きい場合、速度算出部６２は、振幅ピーク値に対応した周波数を用いて速度を算出する。この速度は、その時の振幅ピーク値と共に方位角検出部６３に出力される。方位角検出部６３は、複数の速度を受信した場合には、振幅ピーク値を通る曲線のピーク値（包絡線ピーク値）に対応した速度を目標のＣＷ速度とし、その時の方位を方位角情報Ｇ１３から取得する。そして、方位角検出部６３は、目標が検出されたので、送信モードをＦＭモードにすべく、目標検出情報Ｇ１１をモード制御部９に出力し、またＣＷ速度と方位とをＣＷ検出情報Ｇ１０として目標一致判定部８に出力する。

ステップＳ１５： モード制御部９は目標が検出されたことを示す目標検出情報Ｇ１１を取得すると、ＦＭモードを指示するモード指令Ｇ３を出力して、ステップＳ２に戻る。これにより、送信モードはＦＭモードに移行する。

ステップＳ１６： 送信モードがＦＭモードの場合には、ステップＳ９からステップＳ１６に進む。即ち、データ分配部５６は、スペクトラム波形データＧ８を距離・速度算出部７１に出力する。距離・速度算出部７１は、スペクトラム波形データＧ８から目標の距離、速度（ＦＭ速度）を算出して、これをＦＭ検出情報として目標一致判定部８に出力する。

ステップＳ１７、Ｓ１８： 目標一致判定部８には、目標のＣＷ速度と方位とを含むＣＷ検出情報Ｇ１０と、目標の距離とＦＭ速度とを含むＦＭ検出情報とが入力している。そこで、目標一致判定部８は、ＣＷ速度とＦＭ速度が一致するか否かを判断し、一致する場合には、このときの速度、距離、方位を目標データＧ１５として出力する。一方、一致しない場合には、ステップＳ１に戻る。

以上により、通常はＣＷモードで目標の検出を行い、目標が検出されたときだけＦＭＣＷモードに移行して目標の方位、速度、距離を求めるので、レーダ装置が大型化することなく短時間で、かつ、高精度に目標が検出できる。

なお、上記説明においては、方位角検出部６３で複数の目標候補信号Ｇ９から１つの目標を検出した。しかし、本発明は、係る構成に限定するものではない。即ち、図８に示すような構成も可能である。

図８に示すレーダ装置２Ｂは、図１に示すレーダ装置２Ａにおける方位角検出部６３が省かれた構成となっている。即ち、目標候補検出部６１が、ＣＷモードのときにＦＦＴ処理部５５により得られたスペクトラム波形データＧ８の振幅ピーク値が閾値を越えた場合には、目標を検出したと判断するので、その判断結果をモード制御部９に目標検出情報Ｇ１１として出力するようにしている。

これによりモード制御部９は、ＦＭＣＷモードを指定するモード指令Ｇ３を出力する。方位制御部４１からの方位角情報Ｇ１３は目標一致判定部８に入力する。従って、目標一致判定部８にはＣＷ速度、ＦＭ速度、距離、方位が入力するので、ＦＭ速度とＣＷ速度との一致性が判断できる。そして、一致した目標の距離、速度、方位が目標データとして出力される。

以上説明したように、目標を検出したときだけＦＭＣＷモードに移行するので、目標の距離、速度、方位が高速に検出できるようになる。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と同一構成に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。

第１の実施形態においては、フェーズドアレイ送信部やフェーズドアレイ受信部を用いた。これに対し本実施形態に置いては、送信部や受信部をメカニカル機構により回転させるようにした。

図９は、本実施形態にかかるレーダ装置２Ｃのブロック図である。図１に示すレーダ装置２Ａにおけるフェーズドアレイ送信部４５、フェーズドアレイ受信部４６、方位制御部４１を送信部４２、受信部４３、方位制御部４４に代えた構成となっている。なお、送信部４２、受信部４３にはフェーズドアレイ空中線ではない空中線が含まれるとする。

この送信部４２と受信部４３とは、図示しない回転機構を備えて、モードに応じたスキャン角速度で送信部４２と受信部４３とを回転させる。回転機構はフェーズドアレイより安価であるため、レーダ装置の価格を抑制できる利点がある。

なお、回転機構の場合には、スキャン角速度を瞬時に変えることはできない。そこで、方位検出部６３からモード制御部９に目標検出情報Ｇ１１を出力する際に、目標の方位も合わせて出力する。そして、モード制御部９はモード指令を出力する際に、受信した方位を含めて出力する。方位制御部４１は、モード指令に含まれる方位の前後でＣＷスキャン角速度からＦＭスキャン角速度に変更する。これにより、回転機構がフェーズドアレイ空中線の電子走査よりスキャン角速度が遅くても、目標を捕えることが可能になる。

２Ａ〜２Ｃ レーダ装置
３ 送信信号生成ユニット
４ 送受信ユニット
５ 受信信号処理ユニット
６ ＣＷ目標検出ユニット
７ ＦＭ目標検出ユニット
８ 目標一致判定部
９ モード制御部
３１ 基本信号発生部
３２ 信号変調部
３３ 方向性結合部
４１ 方位制御部
４２ 送信部
４３ 受信部
４４ 方位制御部
４５ フェーズドアレイ送信部
４６ フェーズドアレイ受信部
５１ ミキサ
５２ ローパスフィルタ
５３ Ａ／Ｄ変換部
５４ データ抽出部
５５ ＦＦＴ処理部
５６ データ分配部
６１ 目標候補検出部
６２ 速度算出部
６３ 方位角検出部
７１ 距離・速度算出部

Claims (17)

1. 目標検出情報を受信して、当該目標検出情報が目標の無検出を示す場合には基本信号に対して変調を行なわない無変調の連続波を送受信するＣＷモードを指示し、前記目標検出情報が目標の検出を示す場合には前記基本信号に対して周波数変調された連続波を送受信するＦＭＣＷモードを指示するモード指令を出力するモード制御部と、
   前記モード指令が前記ＣＷモードを指示する場合には無変調の送信信号を生成し、前記ＦＭＣＷモードを指示する場合には前記基本信号の振幅値に応じた周波数の信号に周波数変調された送信信号を生成する送信信号生成ユニットと、
   前記モード指令で指示されたスキャン角速度でスキャンしながら、前記送信信号を電波として放射すると共に、当該電波の反射波を受信して受信信号として出力し、かつ、受信時における方位を方位角情報として出力する送受信ユニットと、
   前記送信信号と前記受信信号との差分信号から、前記電波が移動する前記目標によりドップラ効果を受けた際のドップラ周波数でピークを示すスペクトラム波形データを求め、当該スペクトラム波形データを前記モード指令に応じた出力先に出力する受信信号処理ユニットと、
   前記モード指令が前記ＣＷモードを指示する場合には前記スペクトラム波形データを受信し、当該スペクトラム波形データの振幅ピーク値が予め設定された閾値より大きい場合には、前記目標を検出したことを示す前記目標検出情報を前記モード制御部に出力すると共に、前記振幅ピーク値に基づき前記目標の速度をＣＷ速度として求め、かつ、前記方位角情報に基づき当該ＣＷ速度を求めた際の方位を求めて、該方位と前記ＣＷ速度とをＣＷ検出情報として出力するＣＷ目標検出ユニットと、
   前記モード指令が前記ＦＭＣＷモードを指示する場合には、前記スペクトラム波形データから前記目標の速度をＦＭ速度として求めると共に当該目標の距離を求めて、当該ＦＭ速度と前記距離とをＦＭ検出情報として出力するＦＭ目標検出ユニットと、
   前記ＣＷ検出情報と前記ＦＭ検出情報を受信して、前記ＣＷ速度と前記ＦＭ速度とが一致する場合に、当該速度と、前記方位と、前記距離とを目標データとして出力する目標一致判定部と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
   前記受信信号処理ユニットは、受信した信号から前記モード指令が指示するモードに応じた長さのデータを抽出し、かつ、抽出したデータに前記モード指令が示すモードをモード情報に付加してＦＦＴデータとして出力するデータ抽出部と、
   前記ＦＦＴデータを高速フーリエ変換処理して前記スペクトラム波形データを生成するＦＦＴ処理部と、
   前記スペクトラム波形データに含まれる前記モード情報に基づき、当該スペクトラム波形データを前記ＣＷ目標検出ユニット又は前記ＦＭＣＷ目標検出ユニットのいずれか一方に出力するデータ分配部と、を含むことを特徴とするレーダ装置。
3. 請求項１又は２に記載のレーダ装置であって、
   前記ＣＷ目標検出ユニットは、
   前記スペクトラム波形データの振幅ピーク値が予め設定された閾値より大きい場合には、目標が検出されたと判断して、前記振幅ピーク値と該振幅ピーク値に対応する周波数とを出力する目標候補検出部と、
   前記目標候補検出部からの前記周波数に基づき前記目標の前記速度を算出する速度算出部と、
   前記速度算出部から複数の前記速度を受信した際に、複数の前記速度の包絡線が最大となる速度をＣＷ速度として算出すると共に、当該ＣＷ速度に対応する方位を算出して、前記ＣＷ速度と前記方位とを前記ＣＷ検出情報として前記目標一致判定部に出力すると共に、前記目標が検出されたことを示す目標検出情報を前記モード制御部に出力する方位角検出部と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
4. 請求項１又は２に記載のレーダ装置であって、
   前記ＣＷ目標検出ユニットは、
   前記スペクトラム波形データの振幅ピーク値が予め設定された閾値より大きい場合には、目標が検出されたと判断して、前記振幅ピーク値と該振幅ピーク値に対応する周波数とを算出すると共に、前記目標が検出されたことを示す目標検出情報を前記モード制御部に出力する目標候補検出部と、
   前記目標候補検出部からの前記周波数に基づき前記ＣＷ速度を算出する速度算出部と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記ＦＭ目標検出ユニットは、
   前記スペクトラム波形データから前記目標の前記ＦＭ速度と距離とを算出し、該ＦＭ速度と距離とを前記ＦＭ検出情報として前記目標一致判定部に出力する距離・速度算出部を備えることを特徴とするレーダ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記送受信ユニットは、
   前記モード指令に応じたスキャン速度で送信方位を変える送信部と、
   前記送信部と同期したスキャン速度で受信方位を変える受信部と、
   前記送信部及び前記受信部を前記モード指令に応じたスキャン速度に設定する方位設定部と、を備えることを特徴とするレーダ装置。
7. 請求項６に記載のレーダ装置であって、
   前記送信部及び前記受信部は、フェーズドアレイにより形成されたフェーズドアレイ送信部及びフェーズドアレイ受信部であることを特徴とするレーダ装置。
8. 請求項６に記載のレーダ装置であって、
   前記送信部及び前記受信部は、送受信方向をメカニカルに変える回転機構を備えることを特徴とするレーダ装置。
9. 目標を追尾する目標追尾システムであって、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載されて検出した前記目標データを出力するレーダ装置と、
   前記目標データに基づき目標を追尾する追尾装置と、を備えることを特徴とする目標追尾システム。
10. 目標検出情報を受信して、当該目標検出情報が目標の無検出を示す場合には基本信号に対して変調を行なわない無変調の連続波を送受信するＣＷモードを指示し、前記目標検出情報が目標の検出を示す場合には前記基本信号に対して周波数変調された連続波を送受信するＦＭＣＷモードを指示するモード指令を出力するモード制御手順と、
    前記モード指令が前記ＣＷモードを指示する場合には無変調の送信信号を生成し、前記ＦＭＣＷモードを指示する場合には前記基本信号の振幅値に応じた周波数の信号に周波数変調された送信信号を生成する送信信号生成手順と、
    前記モード指令で指示されたスキャン角速度でスキャンしながら、前記送信信号を電波として放射すると共に、当該電波の反射波を受信して受信信号として出力し、かつ、受信時における方位を方位角情報として出力する送受信手順と、
    前記送信信号と前記受信信号との差分信号から、前記電波が移動する前記目標によりドップラ効果を受けた際のドップラ周波数でピークを示すスペクトラム波形データを求め、当該スペクトラム波形データを前記モード指令に応じた出力先に出力する受信信号処理手順と、
    前記モード指令が前記ＣＷモードを指示する場合には前記スペクトラム波形データを受信し、当該スペクトラム波形データの振幅ピーク値が予め設定された閾値より大きい場合には、前記目標を検出したことを示す前記目標検出情報を前記モード制御手順に出力すると共に、前記振幅ピーク値に基づき前記目標の速度をＣＷ速度として求め、かつ、前記方位角情報に基づき当該ＣＷ速度を求めた際の方位を求めて、該方位と前記ＣＷ速度とをＣＷ検出情報として出力するＣＷ目標検出手順と、
    前記モード指令が前記ＦＭＣＷモードを指示する場合には、前記スペクトラム波形データから前記目標の速度をＦＭ速度として求めると共に当該目標の距離を求めて、当該ＦＭ速度と前記距離とをＦＭ検出情報として出力するＦＭ目標検出手順と、
    前記ＣＷ検出情報と前記ＦＭ検出情報を受信して、前記ＣＷ速度と前記ＦＭ速度とが一致する場合に、当該速度と、前記方位と、前記距離とを目標データとして出力する目標一致判定手順と、を含むことを特徴とする目標データ取得方法。
11. 請求項１０に記載の目標データ取得方法であって、
    前記受信信号処理手順は、受信した信号から前記モード指令が指示するモードに応じた長さのデータを抽出し、かつ、抽出したデータに前記モード指令が示すモードをモード情報に付加してＦＦＴデータとして出力するデータ抽出部と、
    前記ＦＦＴデータを高速フーリエ変換処理して前記スペクトラム波形データを生成するＦＦＴ処理手順と、
    前記スペクトラム波形データに含まれる前記モード情報に基づき、当該スペクトラム波形データを前記ＣＷ目標検出手順又は前記ＦＭＣＷ目標検出手順のいずれか一方に出力するデータ分配手順と、を含むことを特徴とする目標データ取得方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の目標データ取得方法であって、
    前記ＣＷ目標検出手順は、
    前記スペクトラム波形データの振幅ピーク値が予め設定された閾値より大きい場合には、目標が検出されたと判断して、前記振幅ピーク値と該振幅ピーク値に対応する周波数とを出力する目標候補検出手順と、
    前記目標候補検出手順からの前記周波数に基づき前記目標の前記速度を算出する速度算出手順と、
    前記速度算出手順から複数の前記速度を受信した際に、複数の前記速度の包絡線が最大となる速度をＣＷ速度として算出すると共に、当該ＣＷ速度に対応する方位を算出して、前記ＣＷ速度と前記方位とを前記ＣＷ検出情報として前記目標一致判定手順に出力すると共に、前記目標が検出されたことを示す目標検出情報を前記モード制御手順に出力する方位角検出手順と、を含むことを特徴とする目標データ取得方法。
13. 請求項１０又は１１に記載の目標データ取得方法であって、
    前記ＣＷ目標検出手順は、
    前記スペクトラム波形データの振幅ピーク値が予め設定された閾値より大きい場合には、目標が検出されたと判断して、前記振幅ピーク値と該振幅ピーク値に対応する周波数とを算出すると共に、前記目標が検出されたことを示す目標検出情報を前記モード制御手順に出力する目標候補検出手順と、
    前記目標候補検出手順からの前記周波数に基づき前記ＣＷ速度を算出する速度算出手順と、を備えることを特徴とする目標データ取得方法。
14. 請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の目標データ取得方法であって、
    前記ＦＭ目標検出手順は、
    前記スペクトラム波形データから前記目標の前記ＦＭ速度と距離とを算出し、該ＦＭ速度と距離とを前記ＦＭ検出情報として前記目標一致判定手順に出力する距離・速度算出手順を含むことを特徴とする目標データ取得方法。
15. 請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の目標データ取得方法であって、
    前記送受信手順は、
    前記モード指令に応じたスキャン速度で送信方位を変える送信手順と、
    前記送信手順と同期したスキャン速度で受信方位を変える受信手順と、
    前記送信手順及び前記受信手順を前記モード指令に応じたスキャン速度に設定する方位設定手順と、を含むことを特徴とする目標データ取得方法。
16. 請求項１５に記載の目標データ取得方法であって、
    前記送信手順及び前記受信手順は、フェーズドアレイにより形成されて電子的に方位を変える手順を含むことを特徴とする目標データ取得方法。
17. 請求項１５に記載の目標データ取得方法であって、
    前記送信手順及び前記受信手順は、送受信方向をメカニカルに変える手順を含むことを特徴とする目標データ取得方法。

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