JP2014153088A - レーダ装置および追尾処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる周波数の電波を送信し、反射波から目標信号を安定して追尾できるレーダ装置および追尾処理装置を得る。
【解決手段】 第１の送信周波数で電波を送信し受信した反射波の目標信号とクラッタのそれぞれのドップラ周波数を比較し、重なる場合は、レーダ装置が送信する電波の送信周波数を第１の送信周波数とは異なる第２の送信周波数に変更する周波数設定部と、周波数設定部が設定した送信周波数と平滑速度とから目標信号のドップラ周波数の予測値を算出し、相関処理部の追尾ゲートの追尾中心に設定する追尾ゲート設定部とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、水上の目標を追尾するレーダ装置および追尾処理装置に関する。

レーダ装置により水上にある目標を探知する場合、受信する反射波には、目標からの反射波に加え、水面からの反射波が含まれている。特に、水面の波浪の波長にレーダ装置の送信する電波の波長の１／２となる成分が存在すると、水面によって電波は強く反射される。この現象は、ブラッグ散乱と呼ばれる。反射波のブラッグ散乱による成分は、送信する電波の周波数および水面の波の移動速度に応じたドップラ周波数を持つ。ブラッグ散乱による水面からの電波の反射は、目標を検出し追尾を行うレーダ装置にとって不要なクラッタ（シークラッタ）となる。特に目標からの反射波のドップラ周波数が、ブラッグ散乱のドップラ周波数と重畳した場合には目標の検出が困難となり、追尾中の目標の失探などが発生する。ブラッグ散乱の影響は、波長の長い、すなわち周波数の低い電波を用いるレーダ装置、特に、短波を使用する短波レーダ等では顕著となる。

一方、短波帯の送信周波数を用いる短波レーダ装置等、波長の長い電波を使用するレーダ装置は、送信電波が表面波となって海面などの水面に沿うように伝搬する特性があり、水平線以遠の見通し外領域の目標検出が期待できる。これに比べて、マイクロ波帯の送信周波数を用いるマイクロ波レーダ装置等波長の短い電波を使用するレーダ装置は、送信電波の直進性が強く、水平線以遠に存在する船舶等の目標は地球の湾曲によって生じる陰に入って検出することが困難である。このため、水上の目標を遠距離から探知するという用途に関しては、短波等の波長の長い電波を使用するレーダ装置が用いられる場合が多く、このようなレーダ装置では、ブラッグ散乱によるクラッタを分離することが必要となる。

受信する反射信号に含まれている、目標からの反射波とブラッグ散乱のクラッタを分離する手法としては、海流観測を行うレーダ装置において、異なる複数の周波数の電波を送信し、それぞれの反射波で得られる信号において、海流速（ブラッグ散乱）および海上物（船舶目標等）のスペクトルが現れるドップラ周波数位置が異なることを利用して、ブラッグ散乱と目標からの反射波を分離する方法がある（例えば、特許文献１）。

特開２００３−１３０９５１

従来のレーダ装置は、上記のように構成されているため、異なる周波数の電波を送信し受信した反射波から検出した信号を使用するため、同じ目標についての観測値であっても、異なる周波数を送信した反射波で観測される値は異なるものとなり、安定した追尾を行なうことが困難になる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あり、異なる周波数の電波を送信し、それぞれで得られる反射波について目標の信号のドップラ周波数とブラッグ散乱のドップラ周波数位置が異なることを利用して目標を検出した目標信号を安定して追尾できるレーダ装置および追尾処理装置を得ることを目的とする。

この発明は、目標の予測位置と送受信部が送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値とを追尾中心とした追尾ゲートにより選択し、目標信号を生成する相関処理部と、第１の時刻に前記送受信部が第１の送信周波数で電波を送信し受信した反射波を信号処理部と相関処理部とで処理して生成した目標信号から、前記第１の時刻の後の第２の時刻についての前記目標の予測位置である第１の位置と前記目標の移動する速度の推定値である平滑速度とを算出する追尾フィルタ部と、前記第２の時刻に前記送受信部が前記第１の送信周波数で送信した電波の、前記目標による反射のドップラ周波数の予測値である第１のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定部と、前記送受信部が前記第１の送信周波数で電波を送信し受信した反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数である第２のドップラ周波数と前記第１のドップラ周波数とを比較し、前記第１のドップラ周波数と前記第２のドップラ周波数とが重なる場合は前記第１の送信周波数とは異なる第２の送信周波数を、重ならない場合は前記第１の送信周波数を、それぞれ前記送受信部が前記第２の時刻に送信する電波の送信周波数として設定する周波数設定部と、前記周波数設定部の設定した送信周波数で前記第２の時刻に前記送受信部が送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値である第３のドップラ周波数を算出し、前記相関処理部の前記追尾ゲートの前記追尾中心に前記第１の位置と前記第３のドップラ周波数とを設定する追尾ゲート設定部とを備えるようにしたものである。

この発明は、第１の時刻に前記送受信部が第１の送信周波数で電波を送信し受信した反射波に含まれる第１の目標信号とクラッタのそれぞれの第２の時刻におけるドップラ周波数を比較し、重なる場合は前記第１の送信周波数と異なる第２の送信周波数を、重ならない場合は前記第１の送信周波数を、それぞれ前記送受信部が前記第２の時刻に送信する電波の送信周波数として周波数設定部が設定することでクラッタ環境下でも目標信号を得ることができ、周波数設定部が設定した送信周波数と平滑速度とから前記第２の時刻における前記第１の目標信号のドップラ周波数を算出し、相関処理部の前記追尾ゲートの追尾中心に設定する追尾ゲート設定部とを備えることにより、送信周波数を変更しても目標信号を安定して追尾することができる。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を表す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距離測定の原理を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の距離分離部の処理内容を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のドップラ分離部の処理内容を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の受信する信号に含まれるクラッタの特徴を表すイメージ図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の受信する信号から目標の反射波とクラッタとを分離する原理を示すイメージ図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の制御内容を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を表す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置に用いるブラッグフィルタの特徴を示すイメージ図である。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の制御内容を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を表す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置に用いるＭＴＩフィルタの特徴を示すイメージ図である。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の制御内容を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を表す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の内部の処理を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の内部の処理を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の内部の処理を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の内部の処理を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成を表す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態６に係るレーダ装置の構成を表す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態７に係るレーダ装置の構成を表す機能ブロック図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ装置および追尾処理装置の構成を示すブロック図である。図１に示すとおり、実施の形態１に係るレーダ装置は、送受信部１０、ビーム形成部１５、信号処理部３０、スペクトル分析部６０、および追尾処理装置１００を備えている。追尾処理装置１００は、周波数制御部２０と追尾処理部５０とを有する。

送受信部１０は、周波数制御部２０で設定された周波数の電波を送信してその反射波を受信し、受信した反射波をディジタル受信信号の形式でビーム形成部１５に出力する。このような送受信部１０の構成は、以下の通りである。送受信部１０は、周波数制御部２０により設定された周波数の信号にＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：周波数変調連続波）方式の変調を行なう送信部１１、送信部１１の変調した信号を電波として水上の空間に送信する送信空中線１２、送信空中線１２で送信し、目標や水上で反射された反射波を受信する複数の受信空中線１３、および複数の受信空中線１３から受信した反射波を入力し、それぞれを送信部１１の変調する信号と混合してビート信号としてＡ／Ｄ変換を行うことで、複数の受信アンテナに対応した複数のチャネルのディジタル受信信号を生成する受信部１４を備えている。

ビーム形成部１５は、複数の受信空中線１３で受信した信号をＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ：ディジタルビーム形成）処理により合成して方位方向に方位方向のマルチビームを形成する。こうして、ビーム形成部１５は、送受信部１０から入力した反射波をマルチビームの信号の形式で信号処理部３０に出力する。

信号処理部３０は、ビーム形成部１５がマルチビームの信号の形式で出力する反射波からプロット信号を生成し、追尾処理部５０に出力する。このような信号処理部３０の構成は、以下の通りである。信号処理部３０は、ビーム形成部１５がマルチビームの形式で出力する反射波を反射点の位置と速度で分離するレンジ・ドップラマップ作成部４０、レンジ・ドップラマップ作成部４０で分離されたそれぞれの信号について、閾値を設けて信号強度が閾値以上の信号を検出する信号検出部３１、および信号検出部３１で検出された信号のそれぞれについて、検出した信号から算出される位置情報（距離情報、モノパルス測角処理による方位情報）および検出されたドップラ周波数情報を付与したプロット信号を生成するプロット信号生成部３２を備えている。

また、レンジ・ドップラマップ作成部４０は、ビーム形成部１５から入力された反射信号から距離とドップラ周波数に対応した信号強度を有する３次元データ（レンジ・ドップラマップデータ）を作成する。作成したレンジ・ドップラマップデータは、信号検出部３１およびスペクトル分析部６０に出力する。このようなレンジ・ドップラ作成部４０の構成は、以下の通りである。レンジ・ドップラマップ作成部４０は、ビーム形成部１５が出力する、各方位に指向する受信ビームデータそれぞれに対して１次ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）を行い、信号を信号の反射された距離で分離する距離分離部４２と、距離分離部４２により距離で分離された信号それぞれに対して２次ＦＦＴを行い、信号をドップラ周波数で分離するドップラ分離部４３とを備えている。

信号検出部３１は、受信ビームデータそれぞれに対するレンジ・ドップラマップデータ形式のデータについてＣＦＡＲ処理により閾値を設けて閾値以上の信号を検出する。このため、プロット信号生成部３２は、検出した信号から、受信ビーム毎のデータを比較してモノパルス測角処理により角度（方位）を算出し、距離分離部４２により距離で分離されたレンジ・ドップラマップデータより距離を算出することで、反射波の反射点の位置情報を算出する。また、プロット信号生成部３２は、ドップラ分離部４３によりドップラ周波数で分離されたレンジ・ドップラマップデータよりドップラ周波数を算出する。このようにして算出した結果により、プロット信号生成部３２は、検出した信号から算出される位置情報（距離情報、モノパルス測角処理による方位情報）および検出されたドップラ周波数情報を付与したプロット信号を生成する。

追尾処理部５０は、信号処理部３０が出力するプロット信号を、目標の予測位置および送受信部が送信した電波の目標による反射のドップラ周波数の予測値を追尾中心とし、追尾中心付近の信号のみを通過させる追尾ゲートにより選択し、目標信号を生成する相関処理部５１、相関処理部５１で追尾ゲートにより選択された目標信号から、目標を次回観測する時点の予測位置と目標の移動する速度の推定値である平滑速度とを算出する追尾フィルタ部５２、および追尾フィルタ部５２の予測した目標の信号の予測範囲を基に相関処理部５１の追尾ゲートの範囲を設定する追尾ゲート設定部５３を備えている。追尾処理部５０は、信号処理部３０が出力するプロット信号に含まれる目標からの反射信号の追尾を行い、目標の平滑速度の予測値を算出し、周波数制御部２０に出力する。

スペクトル分析部６０は、送受信部１０で受信し、信号処理部３０のレンジ・ドップラマップ作成部４０で分離された信号（レンジ・ドップラマップデータ）を分析し、それぞれの反射点の位置毎に、反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数を算出し、周波数制御部２０に出力する。

周波数制御部２０は、追尾処理部５０より目標の平滑速度を入力して目標を次回観測する時点の目標のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定部２１と、スペクトル分析部６０から入力するクラッタのドップラ周波数と、ドップラ周波数推定部２１から入力する目標のドップラ周波数の推定値を比較し、次回観測する時点の送信周波数を送受信部１０に設定する周波数設定部２２とを備えている。周波数制御部２０は、追尾処理部５０の出力する目標の平滑速度とスペクトル分析部６０の出力するクラッタのドップラ周波数を基に、送受信部１０の送信周波数を設定する。

次に、動作について説明する。図１に示すレーダ装置は、繰り返し電波を送信し、反射波を受信し、目標を検出し、追尾を行なうことを繰り返す。以下の説明において、この繰り返しのなかの異なる３つの観測時刻をそれぞれ第１の時刻（時刻ｔ_１）、第２の時刻（時刻ｔ_２）、および第３の時刻（時刻ｔ_３）と定義する。ここで、時刻ｔ_２は、時刻ｔ_１の後の時刻であり、時刻ｔ_３は、時刻ｔ_１の前の時刻とする。また、送受信部１０は、少なくとも２以上の複数の周波数の電波で送信と受信を行なうことが可能である。以下の説明中では、そのうちの異なる２つの周波数について、第１の送信周波数を周波数Ａと呼び、第２の送信周波数を周波数Ｂと呼ぶ。

送信空中線１２は、電波を放射するにあたり、水平方向にビーム幅の広いファンビームを形成する。複数の受信空中線１３は、送信空中線１２が放射した電波が目標および水面で反射した反射波を受信し、受信部１４へ入力する。受信部１４では、複数の受信空中線１３それぞれに送信部１１の送信するＦＭＣＷ信号と混合し、複数の受信空中線１３に対応した複数のチャネルのビート信号とした後、Ａ／Ｄ変換を行い、ディジタル受信信号を作成してビーム形成部１５へ出力する。ビーム形成部１５は、ディジタル受信信号にＤＢＦ処理を施して信号処理部３０へ出力する。

信号処理部３０では、入力した受信した信号をレンジ・ドップラマップ作成部４０により距離とドップラ周波数に対応した信号強度を有する３次元データ（レンジ・ドップラマップデータ）に変換した後、信号検出部３１でレンジ・ドップラマップデータに対してＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ：定誤警報確率）処理により閾値を定めて、閾値以上のレベルの信号を検出することにより目標検出を行い、プロット信号生成部３２で距離情報、モノパルス測角処理による方位情報および検出されたドップラ周波数情報を付与したプロット信号を生成する。

レンジ・ドップラマップ作成部４０は、ビーム形成部１５より入力する各方位ビーム毎のディジタル受信信号に対して、距離分離部４２で１次ＦＦＴを行い、距離方向のディジタルデータを生成する。ＦＭＣＷ方式の変調を行った電波を使用するＦＭＣＷレーダでは、送信信号と受信信号との周波数差を利用して目標の距離を測定するが、その原理は図２に示すとおりである。観測時刻（例えば、時刻ｔ_１、時刻ｔ_２、および時刻ｔ_３など）のそれぞれについて、送受信部１０は、掃引周波数Ｔ_ｓ周期で下限周波数ｆ_ａから上限周波数ｆ_ｂまでの周波数掃引を繰り返す。目標などの反射点の距離は、式（１）で示す関係となる。

但し、Ｒは目標距離、Ｃは光速、Ｔ_Ｓは掃引時間、ｆ_ａは掃引下限周波数、ｆ_ｂは掃引上限周波数、Δｆは送受信周波数差である。距離分離部４２の行なう１次ＦＦＴでは、図３に示すとおり、ＦＭＣＷの各スイープ内で、あるタイミング間隔でサンプリングを行い、そのサンプリングデータに対してＦＦＴを行う。ＦＦＴを行った後の信号に対して式（１）による変換を行うことで、各スイープ毎に距離方向のディジタルデータが生成される。

続いて、ドップラ分離部４３では、図４に示すとおり、各スイープ毎の距離方向のデータの、同一距離のデータに対して２次ＦＦＴを行う。これにより、各距離毎にドップラ周波数のデータが生成され、結果として、各方位ビーム毎で、距離とドップラ周波数に対応した信号強度を有する３次元データ（レンジ・ドップラマップデータ）が作成される。

信号検出部３１では、レンジ・ドップラマップデータに対してＣＦＡＲ処理を行うことにより、目標信号を検出する。検出された目標信号が存在していたドップラ周波数の値を、目標のドップラ周波数Ｆ_ｄｔ１とする。

プロット信号生成部３２では、ビーム形成部１５で形成したビーム毎のデータを含んでいるレンジ・ドップラマップデータから信号を検出し、検出した信号に対してビーム形成部１５で形成したビームによるモノパルス等による方位方向の測角処理を行うことで、目標の方位を算出し、１次ＦＦＴにより得られた距離情報、２次ＦＦＴにより得られたドップラ周波数Ｆ_ｄｔ１と共に検出信号に付与することでプロット信号を生成する。

追尾処理部５０では、相関処理部５１が、入力するプロット信号に対して、目標の予測位置および送受信部が送信した電波の目標による反射のドップラ周波数の予測値を追尾中心とした追尾ゲートにより相関処理を行う。追尾の開始時においては、追尾中心に設定するこれら予測値は、外部の装置から与えられた情報や、レーダ装置および追尾処理装置が過去に観測したデータなどを基に算出するが、詳細は、レーダ装置および追尾処理装置の使用される条件に従う。追尾が継続されている間においては、追尾中心に設定するこれら予測値は、前回の観測により得られた目標信号から算出され、例えば、時刻ｔ_１より前の時刻ｔ_３に観測した結果得られた目標信号から算出される予測値に基づき時刻ｔ_１における追尾ゲートを設定し、時刻ｔ_１に観測した結果得られた目標信号から算出される予測値に基づき時刻ｔ_１より後の時刻ｔ_２における追尾ゲートを設定する。設定した追尾ゲートによりそれぞれの時刻に観測を行ない得られたプロット信号の相関を行なう。時刻ｔ_１において上記のように初期設定や時刻ｔ_３に観測した結果から設定された追尾ゲートと、時刻ｔ_１に得られたプロット信号との相関が取れれば、時刻ｔ_１に得られたプロット信号は、目標からの信号であると判定される。同様に、時刻ｔ_２に得られるプロット信号について、相関を行ない、目標からの信号であるか判定するための追尾ゲートを、時刻ｔ_１に観測した結果を基に設定する。また、相関処理部５１のゲートは、位置のゲートのみならず、属性情報としてドップラ周波数も考慮することにより、追尾の安定性・信頼性を高めている。

追尾処理部５０の行なう追尾方式内容としては、一目標追尾、多目標追尾などが適用される。例えば、多目標追尾方式であるＰＤＡ（Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）やＪＰＤＡ（Ｊｏｉｎｔ ＰＤＡ）と呼ばれるＡＮ（Ａｌｌ Ｎｅｉｇｈｂｏｕｒ）方式により説明する。ＡＮ方式では、追尾ゲート内に得られた全てのプロット信号のうち、どれが追尾中の目標から得られたものであるかについて、あらゆる可能性を考慮した「相関仮説」を設ける。各相関仮説は「信頼度」（相関仮説が正しいとされる確率を示す指標）により評価され、追尾ゲート内のプロット信号を、信頼度で重み付け平均することにより、追尾フィルタの平滑値（追尾中の目標航跡の更新）を得る。ここで、信頼度を算出する際に、検出信号の位置情報のみならず、属性情報としてドップラ周波数も使用することで、より追尾ゲート内のプロット信号に対する仮説の信頼度を正確に算出することが可能となる。

相関処理部５１で目標の信号であると判定されたプロット信号に基づき、追尾フィルタ部５２により追尾航跡の更新がなされる。時刻ｔ_１に得られたプロット信号の内、相関処理部５１で目標の信号であると判定されたプロット信号について、信頼度で重み付け平均をすることにより、追尾目標の平滑速度Ｖ_Ｓが算出され、時刻ｔ_２の観測位置の予測がされる。ここで、時刻ｔ_２における観測位置の予測位置Ｌと平滑速度Ｖ_Ｓとにより、時刻ｔ_２に観測されるであろう目標のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２）が推定できる。

ところで、前述の通り、レーダ電波を水上の目標に向けて送信した反射波中には、ブラッグ散乱による水面からの強い反射波が受信され、これらは目標検出・追尾を行うレーダにとって不要なクラッタになる。ブラッグ散乱によるクラッタは、波の移動速度に応じたドップラ周波数を持つ。目標のドップラ周波数が、ブラッグ散乱のドップラ周波数と重畳した場合には目標検出が困難となり、追尾中目標の失探などが発生する。このため、追尾処理装置１００では、スペクトル分析部６０で受信信号に含まれるブラッグ散乱によるクラッタのドップラ周波数を分析した結果を用い、目標のドップラ周波数とブラッグ散乱によるクラッタのドップラ周波数が重ならないよう周波数制御部２０で送信部１１の送信周波数の制御を行う。

目標のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ０）は、目標の移動速度をＶ、送信周波数をＦ_０、光速をＣとすると、以下の式（２）で表される。

一方、ブラッグ散乱のドップラ周波数Ｆ_ｄｂ０は、ブラッグ散乱のスペクトルは波の移動速度に応じたドップラ周波数を有するため、図６に示すように、正および負の周波数に高いピークを持つ。正および負のそれぞれのピークの周波数を±Ｆ_ｄＢ０と表現すると、Ｆ_ｄＢ０は、重力加速度ｇ、送信部１１が送信する送信周波数Ｆ_０により以下の式（３）で表される。

式（２）および式（３）より、目標のドップラ周波数は送信周波数に比例し、ブラッグ散乱のドップラ周波数は送信周波数の１／２乗に比例することが分かる。このことから、例えば送信周波数を周波数Ａに設定して観測した場合において目標とブラッグ散乱のドップラ周波数が重畳しても、送信周波数を周波数Ｂに変更することにより、目標とブラッグ散乱のドップラ周波数を分離することが可能である。図６は、このように送信周波数を変更することによりブラッグ散乱と目標の反射波を分離する原理を示したものである。周波数Ａについて図６（ａ）に示すように、ブラッグ散乱のクラッタが観測される場合、ブラッグ散乱のクラッタと周波数が重なるドップラ周波数成分を持つ目標の反射波は、ブラッグ散乱に埋もれてしまい観測できない。しかし、図６（ｂ）の様に、観測に使用する送信周波数を、周波数Ａから周波数Ｂに変更した場合、目標とブラッグ散乱のドップラ周波数はそれぞれ異なる周波数だけシフトするため、互いに重ならなくなり、目標をクラッタから分離し観測することができる。

また、以下の説明では、周波数Ａと周波数Ｂは、それぞれ次のような関係にある周波数の組合せとする。目標の速度Ｖに対して、送信部１１で周波数Ａを送信し反射波を受信部１４で受信して観測した場合の式（２）による目標のドップラ周波数と式（３）による目標のドップラ周波数が重なる（ドップラ周波数の分布を考慮した判定幅を設けてその判定幅内にある）場合は、送信部１１で周波数Ｂを送信し反射波を受信部１４で受信して観測した場合の式（２）による目標のドップラ周波数と式（３）による目標のドップラ周波数が重ならない（ドップラ周波数の分布を考慮した判定幅を設けてその判定幅の外にある）。逆に、目標の速度Ｖに対して、送信部１１で周波数Ｂを送信し反射波を受信部１４で受信して観測した場合の式（２）による目標のドップラ周波数と式（３）による目標のドップラ周波数が重なる（ドップラ周波数の分布を考慮した判定幅を設けてその判定幅内にある）場合は、送信部１１で周波数Ａを送信し反射波を受信部１４で受信して観測した場合の式（２）による目標のドップラ周波数と式（３）による目標のドップラ周波数が重ならない（ドップラ周波数の分布を考慮した判定幅を設けてその判定幅の外にある）。

上記の原理に基づき、周波数制御部２０の行う送信周波数の制御と、追尾処理部５０およびスペクトル分析部６０の操作について、図７のフローチャートにより説明する。

観測に先立ち、追尾ゲート設定部５３は、相関処理部の追尾ゲートを設定する。（ＳＴ００１）。

次に、信号処理部３０では、レンジ・ドップラマップ作成部４０が受信信号からレンジ・ドップラマップを作成し（ＳＴ００２）、信号検出部３１およびプロット信号生成部３２によりプロット信号を生成する（ＳＴ００３）。追尾処理部５０は、観測されたプロット信号を入力し、相関処理部５１は、プロット信号から、追尾ゲートにより目標の信号であると判定される信号を選択し、目標信号とする。時刻ｔ_１に観測されるプロット信号は、観測が初回であれば初期の設定による追尾ゲート、観測が初回で無ければ時刻ｔ_３の観測により得られた目標信号に基づき設定した追尾ゲートにより選択されて、時刻ｔ_１における目標信号となる（ＳＴ００４）。追尾フィルタ部５２は、時刻ｔ_１における目標信号を基に目標の平滑速度Ｖ_Ｓ、および時刻ｔ_２における目標の予測位置である第１の位置Ｌを算出する（ＳＴ００５）。

周波数制御部２０では、ドップラ周波数推定部２１が、ＳＴ００５で算出した目標の平滑速度Ｖ_Ｓと、次回の観測時刻における予測位置と、送信部１１に設定されている送信周波数とから、式（２）により次回の観測時における目標のドップラ周波数を推定する。送信部１１の送信周波数を周波数Ａに設定して時刻ｔ_１に観測した場合は、得られたプロット信号から算出した目標の平滑速度Ｖ_Ｓと、時刻ｔ_２における目標の予測位置（第１の位置Ｌ）と、送信部１１に設定されている送信周波数である周波数Ａとから、時刻ｔ_２における目標のドップラ周波数である第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２）を推定する（ＳＴ００６）。

周波数設定部２２は、スペクトル分析部６０から、送信部１１の送信周波数を周波数Ａに設定して時刻ｔ_１に観測した反射信号に含まれるクラッタのドップラ周波数を入力する。入力したクラッタのドップラ周波数の時刻ｔ_２における目標の予測位置（第１の位置Ｌ）における成分が、時刻ｔ_２において、目標と共に観測されるクラッタのドップラ周波数である。この成分を、第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ１）とする（ＳＴ００７）。時刻ｔ_２における目標のドップラ周波数の推定値であるＦ_ｄｔ２がＳＴ００６で得られているため、第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２）と第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ１）とが重なるかを比較する。なお、互いのドップラ周波数が重なるか重ならないかの判定においては、両者が一致するかまたは、判定幅を設け、互いにその判定幅内に有ることなどにより判定する（ＳＴ００８）。第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２）と第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ１）とが重なる場合は、図６（ａ）に示すように、クラッタに埋もれて目標が観測できない場合に該当する。このため、周波数設定部２２は、送信部１１に設定する送信周波数を変更することにより、目標をクラッタとは分離して観測できるようにする。例えば、時刻ｔ_１において送信周波数を周波数Ａに設定して観測を行ない、その結果、第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２）と第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ１）とが重なると判定された場合は、時刻ｔ_２における送信周波数を周波数Ｂに設定する（ＳＴ００９）。第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２）と第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ１）とが重ならないと判定された場合は、時刻ｔ_２における送信周波数は、周波数Ａのままである。

ＳＴ００８、ＳＴ００９により次回観測時の送信周波数を決定すると、周波数設定部２２は、決定した送信周波数と目標の平滑速度Ｖ_Ｓから式（２）により目標の次回の観測時のドップラ周波数を算出し、追尾処理部５０に出力する。例えば、時刻ｔ_２における送信周波数が決定すると、決定した送信周波数（時刻ｔ_１における送信周波数が周波数Ａであれば、ＳＴ００８で重なると判定された場合は周波数Ｂ、重ならないと判定された場合は周波数Ａ）と目標の平滑速度Ｖ_Ｓから式（２）により時刻ｔ_２における目標のドップラ周波数である第３のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２Ｓ）を求める（ＳＴ０１０）。

次回観測時の送信周波数が決定されると、追尾ゲート設定部５３は、次回送信時の追尾ゲートの設定を行なう。追尾ゲート設定部５３は、ＳＴ０１０で計算された第３のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２Ｓ）とＳＴ００４で算出された時刻ｔ_２における目標の予測位置Ｌとを追尾中心とした追尾ゲートとなるよう、相関処理部５１の追尾ゲートの設定を行なう（ＳＴ０１１）。

なお、図７のフローチャートにおいて、ＳＴ０１０で行なう目標のドップラ周波数の算出の処理を周波数設定部２２で行うものと説明したが、周波数設定部２２から送信周波数を入力して追尾ゲート設定部５３で実施するように構成しても良い。また、ＳＴ０１１で行なう追尾ゲートの設定については、送信周波数を変更しない場合は、ＳＴ００５において追尾フィルタ部５２でプロット信号を基に目標のドップラ周波数を推定し、ＳＴ０１１では、設定部５３が追尾フィルタ部５２の算出する目標のドップラ周波数を目標位置それぞれの推定値を追尾中心となるよう追尾ゲートを設定し、送信周波数を変更したときのみ平滑速度から目標のドップラ周波数を算出して設定するようにしても良い。

また、送信周波数を周波数Ａから周波数Ｂに変更した後については、次に周波数Ｂで目標のドップラ周波数とクラッタのドップラ周波数が重なることが推測されるまで周波数Ｂで観測することを続けてもよいし、また、周波数Ｂで観測しながら、周波数Ａで目標のドップラ周波数とクラッタのドップラ周波数が重ならないことが予測されたらすぐに周波数Ａに戻しても良い。

これまでの説明では、変調方式をＦＭＣＷ方式とすることを前提で記載しているが、ＦＭＩＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式を用いても本質的な違いは無い。但しＦＭＣＷ方式の場合は、送信空中線から放射された電波が受信空中線に回り込むことによる送受信アイソレーションの劣化を避けるために、送信空中線と受信空中線の設置位置を、所望の送受信アイソレーションが得られる程度に、離隔する必要があるが、ＦＭＩＣＷ方式とすることにより、この問題は解決することができる。

また、変調方式に上記ＦＭＩＣＷを採用する場合、送信空中線１２と受信空中線１３を近接または、同一の場所に配置することが可能になる。このため、ＦＭＩＣＷ方式を採用する場合は、送受信部に関しては、図１の送信空中線１２を受信空中線１３の１つと共用しても構わないし、また、送信空中線１２を複数の空中線で構成し、受信空中線１３とそれぞれ共用しても構わない。

以上のように、実施の形態１に係るレーダ装置および追尾処理装置では、目標の追尾結果により次回観測時における目標のドップラ周波数を推定し、クラッタのドップラ周波数と比較し重なりを判定することで次回の観測時に追尾中の目標を観測可能か判断できる。このため、目標のドップラ周波数の推定値とクラッタのドップラ周波数とが重なる場合は、次回の観測における送信周波数を変更することで、追尾中の目標を観測可能にする効果がある。また、送信周波数の変更に従い、変更した送信周波数に対する目標のドップラ周波数を算出して追尾ゲートに設定することで、周波数を変更しても安定して目標を追尾することができる。このため、ブラッグ散乱によるクラッタのある環境下でも安定して目標を追尾することができる。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係るレーダ装置および追尾処理装置の構成を示すブロック図である。図８に示すとおり、実施の形態２に係るレーダ装置は、送受信部１０、ビーム形成部１５、信号処理部３０ａ、スペクトル分析部６０ａ、および追尾処理装置１００ａを備えている。追尾処理装置１００ａは、周波数制御部２０ａおよび追尾処理部５０を有する。また、それぞれの構成要素において、同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。

図８において、周波数制御部２０ａは、追尾処理部５０が出力する目標の平滑速度と、スペクトル分析部６０が出力するクラッタのドップラ周波数から、設定した送信周波数に対応したクラッタの周波数を算出して信号処理部３０ａの周波数フィルタ部（ブラッグフィルタ部３３）に出力する。このような周波数制御部２０ａの構成は、以下の通りである。周波数制御部２０ａは、追尾処理部５０が出力する目標の平滑速度から目標を次回観測する時点の目標のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定部２１と、スペクトル分析部６０が出力するクラッタのドップラ周波数と、ドップラ周波数推定部２１が推定する目標のドップラ周波数の推定値とを比較し、次回観測する時点の送信周波数を送受信部１０に設定し、設定した送信周波数に対応したクラッタの周波数を算出して信号処理部３０ａのブラッグフィルタ部３３に出力する周波数設定部２２ａとを備えている。

信号処理部３０ａは、ビーム形成部１５から反射波を入力し、プロット信号を追尾処理部５０に出力する。このような信号処理部３０ａの構成は、以下の通りである。信号処理部３０ａは、レンジ・ドップラマップ作成部４０と、レンジ・ドップラマップ作成部４０で分離されたそれぞれの信号についてブラッグ散乱によるクラッタのドップラ周波数領域の信号を抑圧する帯域阻止フィルタを有するブラッグフィルタ部３３と、ブラッグフィルタ部３３を通過したそれぞれの信号について閾値を設けて信号強度が閾値以上の信号を検出する信号検出部３１と、プロット信号生成部３２とを備えている。また、ブラッグフィルタ部３３は、レンジ・ドップラマップ作成部４０で分離されたそれぞれの信号や、周波数制御部２０ａの周波数設定部２２ａから入力する次回観測する時点の送信周波数からブラッグフィルタのフィルタ係数を算出する機能と、算出したフィルタ係数に従い、入力した信号から所定の周波数領域の信号を抑圧する機能を備えている。

ブラッグフィルタ部３３で使用する帯域素子フィルタであるブラッグフィルタは、いわゆるＡＭＴＩ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）として知られるフィルタである。動作原理としては、フィルタを通過しない場合の受信信号出力と、フィルタによりカットされる受信信号成分を比較し、最小二乗法などの適応アルゴリズムにより両者の差異が最も小さくなるようにフィルタの係数を自動的に算出し制御するものである。ブラッグフィルタは図９で示すようにブラッグ散乱のドップラ領域のみを抑圧するフィルタである。このようなブラッグフィルタを使用することにより、信号検出部３１で検出を行なう際に誤目標に係る信号の検出を抑える効果が有るが、目標とブラッグ散乱のドップラ周波数が重畳する場合、ブラッグフィルタによりブラッグ散乱のみならず目標の信号も抑圧してしまう。このため、目標とブラッグ散乱のドップラ周波数が重畳する場合には、実施の形態１と同様に送受信部１０の送信部１１（図１と同一の構成のため図８では表示を省略している）の送信周波数を変更することで目標とブラッグ散乱の信号を分離するが、送信周波数の変更に伴うクラッタのドップラの周波数の変化に一致するよう、ブラッグフィルタのフィルタの抑圧する周波数も変更する。

上記の原理に基づき、ブラッグフィルタ部３３のフィルタ特性の制御と、周波数制御部２０ａと追尾処理部５０の行う送信周波数の制御について、図１０のフローチャートにより説明する。なお、図１０のフローチャートにおいて、図７と同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１０において、ブラッグフィルタ部３３は、観測が行なわれる度にレンジ・ドップラマップ作成部４０から入力するレンジ・ドップラマップデータに対して、最小２乗法などの適応アルゴリズムによりクラッタのドップラ周波数の信号を除去するフィルタ係数を算出し、次回の観測時におけるブラッグフィルタの係数に設定する。ブラッグフィルタ部３３は、時刻ｔ_１において観測した反射波のレンジ・ドップラマップデータ対して適応アルゴリズムにより、時刻ｔ_２におけるレンジ・ドップラマップデータを処理するフィルタの係数である第１のフィルタ係数を算出する（ＳＴ１０１）。

ブラッグフィルタ部３３は、ＳＴ００８で周波数制御部２０ａが次回観測時の送信周波数を変更しなければ、次回の観測時は、ＳＴ１０１で設定したフィルタ係数のフィルタを使用するが、ＳＴ００８およびＳＴ００９で周波数制御部２０ａが次回観測時の送信周波数を変更すると、設定されている第１のフィルタ係数と、変更した送信周波数から式（３）で求められる周波数を抑圧するよう、フィルタの係数を変更する。例えば、時刻ｔ_２に周波数設定部２０が時刻ｔ_２に送信する電波の送信周波数を変更すると、時刻ｔ_２に送信する前記電波の送信周波数と第２のドップラ周波数とをもとに、前記時刻ｔ_２におけるフィルタ係数を変更する（ＳＴ１０２）。

以上のように、実施の形態２に係るレーダ装置および追尾処理装置では、実施の形態１に係るレーダ装置の信号処理部３０に、送受信部で受信した反射波のレンジ・ドップラマップデータにブラッグフィルタによるフィルタ処理を加えて行うことにより、実施の形態１に係る発明の効果に加え、反射波に含まれるクラッタを抑圧し、信号検出部３１で検出を行なう際に誤目標に係る信号の検出を抑える効果がある。また、送信周波数の変更に対して、変更後の送信周波数に対するクラッタのドップラ周波数を算出し、算出したドップラ周波数を抑圧するようフィルタの係数を調整するため、周波数を変更しても安定して目標を追尾することができる。このため、ブラッグ散乱によるクラッタのある環境下でも安定して目標を追尾することができる。

実施の形態３．
実施の形態２に係るレーダ装置および追尾処理装置においては、実施の形態１に係るレーダ装置に加え、送受信部で受信した反射波のレンジ・ドップラマップデータにブラッグフィルタによるフィルタ処理を行うことにより、反射波に含まれるクラッタの抑圧を行なった。これに対して、実施の形態３に係るレーダ装置においては、送受信部で受信した反射波のレンジ・ドップラマップデータにノッチ移動型のＭＴＩフィルタによるフィルタ処理を行うことにより、反射波に含まれるクラッタの抑圧を行なう。

図１１は、実施の形態３に係るレーダ装置および追尾処理装置の構成を示すブロック図である。図１１に示すとおり、実施の形態３に係るレーダ装置は、送受信部１０、ビーム形成部１５、信号処理部３０ｂ、スペクトル分析部６０、および追尾処理装置１００ａを備えている。追尾処理装置１００ａは、周波数制御部２０ａおよび追尾処理部５０を有する。また、それぞれの構成要素において、同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。

図１１に示すとおり、実施の形態３に係るレーダ装置は、実施の形態２に係るレーダ装置におけるブラッグフィルタ部３３の代りにノッチ移動型のＭＴＩフィルタを有するＭＴＩフィルタ部３３ａを備えている。このため、信号処理部３０ｂは、レンジ・ドップラマップ作成部４０と、レンジ・ドップラマップ作成部４０で分離されたそれぞれの信号についてブラッグ散乱によるクラッタのドップラ周波数領域のみを抑圧するＭＴＩフィルタ部３３ａと、ＭＴＩフィルタ部３３ａを通過したそれぞれの信号について閾値を設けて信号を検出する信号検出部３１と、プロット信号生成部３２とを備えている。このようにして、信号処理部３０ｂは、ビーム形成部１５から反射波を入力し、プロット信号を追尾処理部５０に出力する。また、ＭＴＩフィルタ部３３ａは、レンジ・ドップラマップ作成部４０で分離されたそれぞれの信号や、周波数制御部２０ａの周波数設定部２２ａから入力する次回観測する時点の送信周波数からＭＴＩフィルタのフィルタ係数を算出する機能と、算出したフィルタ係数に従い、入力した信号から所定の周波数領域の信号を抑圧する機能を備えている。

実施の形態２に係るレーダ装置の備えるブラッグフィルタは、ブラッグ散乱の抑圧効果は高いものの、フィルタの荷重計算に大きな演算量を要するため、ハードウェアの増加を招く。そこで、実施の形態３に係るレーダ装置では、ブラッグフィルタをノッチ移動型のＭＴＩフィルタに置き換えることで、比較的簡易な処理でブラッグ散乱の信号を抑圧することが可能となる。

ノッチ移動型ＭＴＩフィルタは図１２で示すようにブラッグ散乱のドップラ領域の片側を抑圧するフィルタである。通常のＭＴＩフィルタでは、受信信号のヒット間（ＦＭＣＷ方式の場合は、スイープ間）の差分を取ることにより、ゼロドップラ付近にノッチを形成することで固定目標の信号を抑圧することを目的とするが、ノッチ移動型のＭＴＩフィルタでは、予測されるブラッグ散乱のドップラ周波数に基づき、受信信号の位相をヒット毎に回転させた後に、ヒット間の差分を取ることにより、ゼロドップラではなく、ブラッグ散乱のドップラ周波数付近にノッチを形成することで、所望のドップラ周波数を有する信号を抑圧する。このようなノッチ移動型ＭＴＩフィルタを使用することにより、信号検出部３１で検出を行なう際に誤目標に係る信号の検出を抑える効果が有るが、目標とブラッグ散乱のドップラ周波数が重畳する場合、ブラッグフィルタによりブラッグ散乱のみならず目標の信号も抑圧してしまう。このため、目標とブラッグ散乱のドップラ周波数が重畳する場合には、実施の形態２と同様に送受信部１０の送信周波数を変更することで目標とブラッグ散乱の信号を分離するが、送信周波数の変更に伴うクラッタのドップラの周波数の変化に一致するよう、ＭＴＩフィルタ部３３ａは、フィルタの抑圧する周波数も変更する。ＭＴＩフィルタ部３３ａは、予め次回観測時のブラッグ散乱のドップラ周波数が予測可能であるため、周波数制御部２０ａの周波数設定部２２ａから入力する次回観測する時点の送信周波数からノッチを形成するドップラ周波数（すなわち受信信号に対する位相の回転量）を把握し、フィルタ係数を調整する。

上記の原理に基づき、ＭＴＩフィルタ部３３ａのフィルタ特性の制御と、周波数制御部２０ａと追尾処理部５０の行う送信周波数の制御について、図１３のフローチャートにより説明する。なお、図１３のフローチャートにおいて、図７と同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１３において、ＭＴＩフィルタ部３３ａは、観測が行なわれる度にレンジ・ドップラマップ作成部４０から入力するレンジ・ドップラマップデータを分析し、その結果からレンジ・ドップラマップデータからクラッタを除去するフィルタの係数を算出し、次回の観測時におけるＭＴＩフィルタの係数に設定する。ＭＴＩフィルタ部３３ａは、時刻ｔ_１において観測したレンジ・ドップラマップデータを分析し、時刻ｔ_２におけるレンジ・ドップラマップデータを処理するフィルタの係数を算出する（ＳＴ２０１）。

ＭＴＩフィルタ部３３ａは、ＳＴ００８で周波数制御部２０ａが次回観測時の送信周波数を変更しなければ、次回の観測時は、ＳＴ２０１で設定したフィルタ係数のフィルタを使用するが、ＳＴ００８およびＳＴ００９で周波数制御部２０ａが次回観測時の送信周波数を変更すると、変更した送信周波数から式（３）で求められる周波数を抑圧するよう、フィルタの係数を変更する（ＳＴ２０２）。

以上のように、実施の形態３に係るレーダ装置では、実施の形態２に係るレーダ装置の有するブラッグフィルタに代えてノッチ移動型ＭＴＩフィルタを備えるため、送受信部で受信した反射波のレンジ・ドップラマップデータにノッチ移動型ＭＴＩフィルタによるフィルタ処理を行うことにより、実施の形態１に係る発明の効果に加え、反射波に含まれるクラッタを抑圧し、信号検出部３１で検出を行なう際に誤目標に係る信号の検出を抑える効果がある。また、送信周波数の変更に対して、変更後の送信周波数に対するクラッタのドップラ周波数を算出し、算出したドップラ周波数を抑圧するようフィルタの係数を調整するため、周波数を変更しても安定して目標を追尾することができる。このため、ブラッグ散乱によるクラッタのある環境下でも安定して目標を追尾することができる。

実施の形態４．
図１４は、実施の形態４に係るレーダ装置および追尾処理装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１ないし実施の形態３に係るレーダ装置は、送受信部１０を１つ備え、目標のドップラ周波数の推定値とクラッタの周波数とが重なるときに送受信部１０の送信周波数を変更することで目標を検出する。これに対して、実施の形態４に係るレーダ装置は、周波数Ａで送受信を行なう送受信部１０ａと周波数Ｂで送受信を行なう送受信部１０ｂの２つの送受信部を備え、常に周波数Ａおよび周波数Ｂの２つの周波数での観測を行なうことで、常に何れかの周波数により目標をクラッタと分離して検出することができる。

実施の形態４に係るレーダ装置は、周波数Ａで観測を行ない、その結果からプロット信号（第１のプロット信号）を生成する構成と、周波数Ｂで観測を行ない、その結果からプロット信号（第２のプロット信号）を生成する構成とを備えている。周波数Ａで観測を行ない生成された第１のプロット信号と、周波数Ｂで観測を行ない生成された第２のプロット信号とは、信号比較部７０を経由し、追尾信号処理装置１００ｂで追尾を行われる。なお、上記の第１のプロット信号と第２のプロット信号は、それぞれ、実施の形態１ないし３のプロット信号生成部３２が生成するプロット信号と同等の構成であり、第１のプロット信号は、周波数Ａで観測した反射波の位置とドップラ周波数から成り、第２のプロット信号は、周波数Ｂで観測した反射波の位置とドップラ周波数から成る。

図１４に示すとおり、周波数Ａで観測を行なう構成は、周波数Ａの電波を送信し、その反射波である第１の反射波を受信する第１の送受信部１０ａ、送受信部１０ａが受信した第１の反射波をマルチビーム信号の形式で出力する第１のビーム形成部１５ａ、ビーム形成部１５ａの出力する第１の反射波から第１のプロット信号を生成する第１の信号処理部３０ｃ、および、第１の反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数を算出する第１のスペクトル分析部６０ａを備えている。

周波数Ｂで観測を行なう構成は、周波数Ｂの電波を送信し、その反射波である第２の反射波を受信する第２の送受信部１０ｂ、送受信部１０ｂが受信した第２の反射波をマルチビーム信号の形式で出力する第２のビーム形成部１５ｂ、ビーム形成部１５ｂの出力する第２の反射波から周波数Ｂでの観測についてのプロット信号である第２のプロット信号を生成する第２の信号処理部３０ｄ、および、第２の反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数を算出する第２のスペクトル分析部６０ｂを備えている。

周波数Ａで観測した結果生成される第１のプロット信号と周波数Ｂで観測した結果生成される第２のプロット信号とは、信号比較部７０で比較され、重み付けをされて追尾処理装置１００ｂに出力される。追尾処理装置１００ｃは、周波数制御部２０ｂおよび追尾処理部５０を有する。周波数制御部２０ｂは、周波数Ａおよび周波数Ｂのそれぞれで観測した場合の目標のドップラ周波数とクラッタのドップラ周波数の重なりから、周波数Ａで観測した第１のプロット信号と周波数Ｂで観測した第２のプロット信号の何れが追尾対象として適しているかを判断し、その結果に基づき、追尾処理部５０により追尾を行う。

それぞれの構成の細部について説明すると、送受信部１０ａは、周波数ＡのＦＭＣＷ方式の変調を行なった電波を水上の空間に送信し、受信した反射波（以下、第１の反射波と呼ぶ）をビーム形成部１５ａでディジタル受信信号にＤＢＦ処理を施してディジタル受信信号の形式で信号処理部３０ｃに出力する。送受信部１０ｂは、周波数ＢのＦＭＣＷ方式の変調を行なった電波を水上の空間に送信し、受信した反射波（以下、第２の反射波と呼ぶ）をビーム形成部１５ｂでディジタル受信信号にＤＢＦ処理を施してディジタル受信信号の形式で信号処理部３０ｄに出力する。尚、送受信部１０ａおよび送受信部１０ｂの内部の構成は、図１に示される送受信部１０と同様であるので詳細の説明は省略する。

信号処理部３０ｃは、ビーム形成部１５ａが出力する第１の反射波を反射点の位置とドップラ周波数とで分離し、レンジ・ドップラマップを作成するレンジ・ドップラマップ作成部４０ａと、レンジ・ドップラマップ作成部４０ａで作成された第１の反射波のレンジ・ドップラマップのそれぞれの成分について、閾値を設けて信号を検出する信号検出部３１ａと、信号検出部３１ａで検出された信号のそれぞれについて、距離情報、モノパルス測角処理による方位情報および検出されたドップラ周波数情報を付与したプロット信号（以下、第１のプロット信号と呼ぶ）を生成するプロット信号生成部３２ａとを備えている。信号処理部３０ｃは、ビーム形成部１５ａが出力する反射波から第１のプロット信号を生成し、信号比較部７０に出力する。信号処理部３０ｄは、ビーム形成部１５ｂが出力する第１の反射波を反射点の位置とドップラ周波数とで分離し、レンジ・ドップラマップを作成するレンジ・ドップラマップ作成部４０ｂと、レンジ・ドップラマップ作成部４０ｂで作成された第１の反射波のレンジ・ドップラマップのそれぞれの成分について、閾値を設けて信号を検出する信号検出部３１ｂと、信号検出部３１ｂで検出された信号のそれぞれについて、距離情報、モノパルス測角処理による方位情報および検出されたドップラ周波数情報を付与したプロット信号（以下、第２のプロット信号と呼ぶ）を生成するプロット信号生成部３２ｂとを備えている。信号処理部３０ｄは、ビーム形成部１５ｂが出力する反射波から第２のプロット信号を生成し、信号比較部７０に出力する。

スペクトル分析部６０ａは、送受信部１０ａで受信し、信号処理部３０ａのレンジ・ドップラマップ作成部４０ａでレンジ・ドップラマップデータの形式とした第１の反射波のそれぞれの成分を分析して、それぞれの反射点の位置毎に、第１の反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数を算出し、周波数制御部２０ｂと信号比較部７０に出力する。また、スペクトル分析部６０ｂは、送受信部１０ｂで受信し、信号処理部３０ｂのレンジ・ドップラマップ作成部４０ｂでレンジ・ドップラマップデータの形式とした第２の反射波のそれぞれの成分を分析して、それぞれの反射点の位置毎に、第２の反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数を算出し、周波数制御部２０ｂと信号比較部７０に出力する。

信号比較部７０は、第１のプロット信号と第２のプロット信号とを、それぞれに重み付けを行い、追尾処理部５０ａに出力する。なお、信号比較部７０は、同一の目標を第１のプロット信号と第２のプロット信号の両方で探知した場合は、第１のプロット信号または第２のプロット信号のいずれか１つにまとめて出力する。このような信号比較部７０の構成は、以下の通りである。信号比較部７０は、信号処理部３０ｃが生成する第１のプロット信号と信号処理部３０ｄが生成する第２のプロット信号とを比較し、さらに、スペクトル分析部６０ａとスペクトル分析部６０ｂとが出力するクラッタのドップラ周波数と比較することでそれぞれのプロット信号の目標としての信頼度を評価する検出比較部７１と、検出比較部７１の評価結果に基づき重み付けを行なう重み算出部７２とからなる。

追尾処理部５０ａでは、相関処理部５１ａが、入力するプロット信号に対して、目標の予測位置と第１の送受信部１０ａが送信した周波数Ａの電波または第２の送受信部１０ｂが送信した周波数Ｂの電波の目標による反射のドップラ周波数の予測値とを追尾中心とする追尾ゲートにより相関処理を行う。追尾の開始時においては、追尾中心に設定するこれら予測値は、外部の装置から与えられた情報や、レーダ装置および追尾処理装置が過去に観測したデータなどを基に算出するが、詳細は、レーダ装置および追尾処理装置の使用される条件に従う。追尾が継続されている間においては、追尾中心に設定するこれら予測値は、前回の観測により得られた目標信号に基づき追尾ゲート設定部５３が算出し、設定する。追尾処理部５０ａについては、相関処理部５１ａに第１のプロット信号および第２のプロット信号が入力されることと、追尾フィルタ部５２ａで信号比較部の設定する重みを加えた予測位置算出および平滑速度算出を行なうことが実施の形態１ないし実施の形態３に示される追尾処理部５０とは異なる。

周波数制御部２０ｂでは、追尾処理部から入力する目標の予測位置および平滑速度から次回観測時における目標のドップラ周波数を算出するドップラ周波数推定部２１ｂと、ドップラ周波数推定部２１ｂの推定する目標のドップラ周波数とスペクトル分析部６０ａおよびスペクトル分析部６０ｂから入力するクラッタのドップラ周波数の重なりを判定し、その判定結果から、次回観測時に目標を追尾するドップラ周波数を算出する周波数設定部２２ｂとを備え、追尾処理部から目標の予測位置および平滑速度を入力し、追尾処理部に次回観測時に追尾を行なう目標のドップラ周波数を出力する。

次に、動作について説明する。図１５ないし図１７は、信号比較部７０の動作を示す。図１５において、信号比較部７０の検出比較部７１は、信号処理部３０ｃから第１のプロット信号を、信号処理部３０ｄから第２のプロット信号をそれぞれ入力する（ＳＴ３０１）。次に、検出比較部７１は、信号処理部３０ｃと信号処理部３０ｄのそれぞれの検出状況により以後の処理を分岐する（ＳＴ３０２）。信号処理部３０ｃと信号処理部３０ｄとから共にプロット信号を入力している場合は、第１のプロット信号と第２のプロット信号が同一の目標であるか異なる目標であるかを評価する（ＳＴ３０３）。ＳＴ３０３の処理後は、フローの最初に戻り、次の観測におけるプロット信号を入力する。信号処理部３０ｃと信号処理部３０ｄの片方のみが信号を検出し、第１のプロット信号または第２のプロット信号のみ入力している場合は、入力したプロット信号が目標のものであるか、誤目標のものであるかを評価する（ＳＴ３０４）。ＳＴ３０４の処理後は、フローの最初に戻り、次の観測におけるプロット信号を入力する。また、信号処理部３０ｃと信号処理部３０ｄが共にプロット信号を検出せず、第１のプロット信号も第２のプロット信号も入力が無い場合は、そのままフローの最初に戻り、次の観測におけるプロット信号を入力する。

図１６は、図１５におけるＳＴ３０３で検出比較部７１および重み算出部７２の行う処理の内容を示す。検出比較部７１は、送信周波数Ａと第１のプロット信号のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ０）とから、式（２）の逆演算である式（４）により、第１のプロット信号の速度（Ｖａ）を算出する（ＳＴ４０１）。

同様に、検出比較部７１は、送信周波数Ｂと第２のプロット信号のドップラ周波数とから、式（２）の逆演算である式（４）により、第２のプロット信号の速度（Ｖｂ）を算出する（ＳＴ４０２）。続いて検出比較部７１は、第１のプロット信号および第２のプロット信号のそれぞれのドップラ周波数から算出される速度（ＶａおよびＶｂ）を比較する（ＳＴ４０３）。ＶａとＶｂとが一致する（又は判定幅内にある）場合は、第１のプロット信号と第２のプロット信号とを同一目標と見なし、二つのプロット信号を一つの検出信号として相関統合を行う（ＳＴ４０４）。また、ＶａとＶｂとが一致しない（または、判定幅外にある）場合は、第１のプロット信号と第２のプロット信号は別の目標によるものと考えられるため、２目標分の目標として追尾処理へ出力する（ＳＴ４０５）。

図１７は、図１５におけるＳＴ３０４で検出比較部７１および重み算出部７２の行う処理の内容を示す。ＳＴ３０４は、第１のプロット信号または第２のプロット信号のいずれか一方のみが検出された場合であり、図１７では、そのうちの第１のプロット信号のみが検出された場合を説明する。第２のプロット信号のみが検出された場合については、第１のプロット信号、周波数Ａ、Ｆ_ｄｔ３Ａ、およびＦ_ｄｂ３ａをそれぞれ、第２のプロット信号、周波数Ｂ、Ｆ_ｄｔ３Ｂ、およびＦ_ｄｂ３ｂと読み替えればよい。

検出比較部７１は、第１のプロット信号で目標と思われる信号を検出した場合、第１のプロット信号のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ３Ａとする）から式（４）および式（２）の関係式により、周波数Ｂでのドップラ周波数Ｆ_ｄｔ３Ｂを推定する（ＳＴ５０１）。一方、ブラッグ散乱は常に観測されるため、検出比較部７１は、スペクトル分析部６０ｂが周波数Ｂの受信信号からブラッグ散乱のドップラ周波数を推定した結果（Ｆ_ｄｂ３Ｂ）を入力し、Ｆ_ｄｔ３ＡとＦ_ｄｂ３Ｂとを比較する（ＳＴ５０２）。

Ｆ_ｄｔ３ＡとＦ_ｄｂ３Ｂとが重なる（または判定幅を設けて、その判定幅内にある）場合は、周波数Ｂにおいては目標信号がブラッグ散乱と重畳したために検出がなされなかったと考えられることから、周波数Ａで検出された信号は目標である可能性が高いと見なすことができる。従って、後段の追尾処理においては、より目標らしい信号として扱うため、信号に対しては信頼度を高く設定する（ＳＴ５０３）。

Ｆ_ｄｔ３ＡとＦ_ｄｂ３Ｂとが重ならない（または判定幅の外にある）場合は、周波数Ｂにおいては、目標信号がブラッグ散乱と重畳したために検出がなされなかったわけでは無いと考えられることから、周波数Ａで検出された信号は誤目標である可能性が高いと見なすことができる。従って、後段の追尾処理においては誤目標である可能性が高い信号として扱うため、信頼度は低く設定する（ＳＴ５０５）。

図１８は、図１４に示すレーダ装置１０００ｃの、追尾処理部５０ａおよび周波数制御部２０ｂで行う制御を示すフローチャートである。図１４に示すレーダ装置１０００ｃでは、送受信部１０ａが送受信を行い信号処理部３０ｃが第１のプロット信号を出力し、送受信部１０ｂが送受信を行い信号処理部３０ｄが第２のプロット信号を出力するため、毎回の観測を常に周波数Ａと周波数Ｂとで行なっており、周波数制御部２０ｂ送信周波数の切替を行う必要が無い。このため、周波数制御部２０ｂの周波数設定部２２ｂでは、追尾処理部５０ａに対する目標のドップラ周波数の出力を行なうが、送受信部１０ａおよび送受信部１０ｂに対する送信周波数の設定を行なわない。

図１８において、観測に先立ち、追尾ゲート設定部５３は、相関処理部５１ａの追尾ゲートの初期設定を行なう。追尾ゲートの追尾中心に設定するドップラ周波数については、第１の送受信部１０ａが送信した周波数Ａの電波に対するドップラ周波数の予測値とするか、第２の送受信部１０ｂが送信した周波数Ｂの電波の目標による反射のドップラ周波数の予測値とするかは、レーダ装置および追尾装置の設計上の条件や、使用される条件により選択する。以降のこの説明では、第１の送受信部１０ａが送信した周波数Ａの電波に対するドップラ周波数の予測値を追尾中心に設定する例で説明する（ＳＴ６０１）。

次に、信号処理部３０ａおよび信号処理部３０ｂは、それぞれのレンジ・ドップラマップ作成部４０ａおよびレンジマップ作成部４０ｂが受信信号からレンジ・ドップラマップを作成し（ＳＴ６０２）、信号検出部３１ａおよびプロット信号生成部３２ａにより第１のプロット信号を、信号検出部３１ｂおよびプロット信号生成部３２ｂにより第２のプロット信号をそれぞれ生成する（ＳＴ６０３）。信号比較部７０は、第１のプロット信号および第２のプロット信号を比較し、同じ目標であれば統合し、また、プロット信号とクラッタのドップラ周波数から目標の信頼性を評価し、重み付けを行なう（ＳＴ６０４）。

追尾処理部５０ａは、重み付けをされた第１のプロット信号および第２のプロット信号を入力し、相関処理部５１ａは、第１のプロット信号および第２のプロット信号から、追尾ゲートにより目標の信号であると判定される信号を選択し、目標信号とする。時刻ｔ_１において、相関処理部５１ａの追尾ゲートに、周波数Ａで観測される目標のドップラ周波数が追尾中心として設定されている場合、相関処理部５１ａでは、第１のプロット信号および第２のプロット信号から、追尾ゲートの範囲に合致するプロット信号を選択して時刻ｔ_１における目標信号を生成する（ＳＴ６０５）。目標信号に基づき、追尾フィルタ部５２ａは、目標の平滑速度および次回の観測時刻における予測位置を算出する。例えば、時刻ｔ_１における目標信号を基に追尾フィルタ部５２ａは、目標の平滑速度Ｖ_Ｓおよび時刻ｔ_２における目標の予測位置（第１の位置Ｌ）を算出する（ＳＴ６０６）。

周波数制御部２０ｂでは、ドップラ周波数推定部２１ａが、ＳＴ６０６で算出した目標の平滑速度Ｖ_Ｓおよび、目標の予測位置と、相関処理部５１ａの追尾ゲートが設定されている目標のドップラ周波数該当の送信周波数とから、式（２）により次回の観測時における目標のドップラ周波数を推定する。時刻ｔ_１において、相関処理部５１ａの追尾ゲートに、周波数Ａで観測される目標のドップラ周波数が追尾中心として設定されている場合、ドップラ周波数推定部２１ａでは、追尾フィルタ部目標の平滑速度Ｖ_Ｓと、時刻ｔ_２における目標の予測位置（第１の位置Ｌ）と、周波数Ａとから、時刻ｔ_２における目標のドップラ周波数である第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２）を推定する（ＳＴ６０７）。

周波数設定部２２ｂは、スペクトル分析部６０ａが出力する時刻ｔ_１に観測した第１の反射波に含まれるそれぞれの反射点の位置毎のクラッタのドップラ周波数を受け取り、第１の反射波に含まれる、時刻ｔ_２における目標の予測位置（第１の位置Ｌ）におけるクラッタのドップラ周波数である第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ１）を推定する（ＳＴ６０８）。第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ１）を推定すると、周波数設定部２２ｂは、第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ１）が、時刻ｔ_２における目標のドップラ周波数である第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ２）と重なるか比較し判定する。なお、互いのドップラ周波数が重なるか重ならないかの判定においては、両者が一致するかまたは、判定幅を設け、互いにその判定幅内に有ることなどにより判定する（ＳＴ６０９）。第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ１）と第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ２）とが重なる場合は、クラッタに埋もれて目標が観測できない場合に該当する。このため、周波数設定部２２ｂは、目標を追尾する送信周波数を変更することにより、目標をクラッタとは分離して観測できるようにする。例えば、時刻ｔ_１において目標を周波数Ａで観測して得られる、第１のプロット信号を対象とした追尾フィルタを設定して観測を行ない、その結果、第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ１）と第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ２）とが重なると判定された場合は、時刻ｔ_２においては、追尾対象となるプロット信号を観測する送信周波数を周波数Ｂとし、第２のプロット信号を追尾するようにする（ＳＴ６１０）。第２のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ１）と第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄＢ２）とが重ならないと判定された場合は、時刻ｔ_２においては、追尾対象となるプロット信号を観測する送信周波数を周波数Ａとし、第１のプロット信号を追尾し続ける。

ＳＴ６０９、ＳＴ６１０により次回観測時の追尾対象となるプロット信号を観測する送信周波数を決定すると、周波数設定部２２ｂは、決定した送信周波数と目標の平滑速度から式（２）により目標の次回の観測時のドップラ周波数を算出し、追尾処理部５０ａに出力する。時刻ｔ_２における追尾対象となるプロット信号を観測する送信周波数が決定すると、決定した送信周波数と目標の平滑速度Ｖ_Ｓから式（２）により時刻ｔ_２における目標のドップラ周波数を求める。時刻ｔ_１において追尾対象となるプロット信号を観測する送信周波数が周波数Ａであれば、ＳＴ６０９でＦ_ｄｔ１とＦ_ｄｔ２とが重なる場合と判定された場合は、第２の送受信部１０ｂが送信した周波数Ｂの電波の目標による反射のドップラ周波数の予測値（第４のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ４））を算出する。ＳＴ６０９でＦ_ｄｔ１とＦ_ｄｔ２とが、重ならないと判定された場合は、必要なドップラ周波数の予測値は、第１の送受信部１０ａが送信した周波数Ａの電波に対するドップラ周波数であるため、第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２）となる（ＳＴ６１１）。

次回観測時の追尾対象となるプロット信号を観測する送信周波数が決定されると、追尾ゲート設定部５３は、次回送信時の追尾ゲートの設定を行なう。追尾ゲート設定部５３は、ＳＴ６１１で計算された目標のドップラ周波数とＳＴ６０６で算出された予測位置Ｌを追尾中心とした追尾ゲートとなるよう、相関処理部５１の追尾ゲートの設定を行なう。このため、時刻ｔ_１において第１のプロット信号から算出された時刻ｔ_２における目標のドップラ周波数の推定値とスペクトル分析部６０ａから入力したクラッタのドップラ周波数が重なると判定されると、追尾ゲート設定部５３は、目標の平滑速度Ｖ_ＳとＳＴ６１１で算出されたドップラ周波数および目標ＳＴ６０６から算出された予測位置Ｌとを追尾中心とした追尾ゲートとなるよう、相関処理部５１の追尾ゲートの設定を行なう。具体的には、ＳＴ６０９でＦ_ｄｔ１とＦ_ｄｔ２とが重なると判定された場合は、追尾ゲートの追尾中心には、第１の位置Ｌと第４のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ４））とを設定する。ＳＴ６０９でＦ_ｄｔ１とＦ_ｄｔ２とが重ならないと判定された場合は、追尾ゲートの追尾中心には、第１の位置Ｌと第１のドップラ周波数（Ｆ_ｄｔ２）とを設定する（ＳＴ６１２）。

なお、図１８のフローチャートにおいて、ＳＴ６１１で行なう目標のドップラ周波数の算出の処理を周波数設定部２２ｂで行うものと説明したが、周波数設定部２２ｂから送信周波数を入力して追尾ゲート設定部５３で実施するように構成しても良い。また、ＳＴ６１２で行なう追尾ゲートの設定については、送信周波数を変更しない場合は、ＳＴ６０６において追尾フィルタ部５２ａでプロット信号を基に目標のドップラ周波数を推定し、ＳＴ６１２では、追尾ゲート設定部５３が追尾フィルタ部５２ａの算出する目標のドップラ周波数を目標位置それぞれの推定値を追尾中心となるよう追尾ゲートを設定し、送信周波数を変更したときのみ平滑速度から目標のドップラ周波数を算出して設定するようにしても良い。

また、図１４に示す実施の形態４について、図８に示す実施の形態２や図１１に示す実施の形態３のように、信号処理部３０ｃおよび信号処理部３０ｄの内部の、信号検出部３１ａおよび信号検出部３１ｂの前にブラッグフィルタまたは、ノッチ移動型のＭＴＩフィルタなどのフィルタ部を設け、クラッタのドップラ周波数の信号を除去してから信号検出部３１ａおよび信号検出部３１ｂで信号検出を行なう構成としても良い。このような構成とすると、図４の構成に加え、反射波に含まれるクラッタを抑圧し、信号検出部３１ａおよび信号検出部３１ｂで検出を行なう際に誤目標に係る信号の検出を抑えることができる。また、上記構成では、送受信部１０ａは常に周波数Ａで観測を行ない、送受信部１０ｂは常に周波数Ｂで観測を行なうため、信号処理部３０ｃおよび信号処理部３０ｄに設けるフィルタは、送信周波数の変更に伴いフィルタ係数を調整することの必要が無く、フィルタの特性を安定させることができる。

以上のように、実施の形態４に係るレーダ装置および追尾処理装置では、周波数Ａで送受信を行なう送受信部１０ａと周波数Ｂで送受信を行なう送受信部１０ｂの２つの送受信部を備え、常に周波数Ａおよび周波数Ｂの２つの周波数での観測を行なうことで、常に何れかの周波数により目標をクラッタと分離して検出することができる。また、追尾処理部５０ａでは、周波数Ａで観測される第１のプロット信号と周波数Ｂで観測される第２のプロット信号を入力し、目標のドップラ周波数とクラッタのドップラ周波数が重ならないよう追尾するプロット信号を選択できるため、ブラッグ散乱によるクラッタのある環境下でも安定して目標を追尾することができる。このため、ブラッグ散乱によるクラッタのある環境下でも安定して目標を追尾することができる。さらに、信号処理部３０ｃおよび信号処理部３０ｄの内部の、信号検出部３１ａおよび信号検出部３１ｂの前にブラッグフィルタまたは、ノッチ移動型のＭＴＩフィルタなどのフィルタ部を設けることで、信号検出部３１ａおよび信号検出部３１ｂで検出を行なう際に誤目標に係る信号の検出を抑えることができ、さらに安定して目標を追尾することができる。

実施の形態５．
図１９は、実施の形態５に係るレーダ装置および追尾処理装置の構成を示すブロック図である。実施の形態４に係るレーダ装置および追尾処理装置は、周波数Ａで送受信を行なう送受信部１０ａと周波数Ｂで送受信を行なう送受信部１０ｂの２つの送受信部を備え、常に周波数Ａおよび周波数Ｂの２つの周波数での観測を行なうことで、常に何れかの周波数により目標をクラッタと分離して検出することができ、ブラッグ散乱によるクラッタのある環境下でも安定して目標を追尾することができるが、実施の形態５に係るレーダ装置および追尾処理装置は、１つの送受信部１０ｃにより時分割で交互に周波数Ａと周波数Ｂによる観測を行ない、実施の形態４に係るレーダ装置および追尾処理装置と同様の効果を得るものである。

図１９に示すとおり、実施の形態５に係るレーダ装置は、送受信部１０ｃ、ビーム形成部１５ｃ、信号処理部３０ｅ、スペクトル分析部６０ｃ、データ蓄積部８０、信号比較部７０ａ、および追尾処理装置１００ｃを備えている。追尾処理装置１００ｃは、周波数制御部２０ｂおよび追尾処理部５０を有する。また、それぞれの構成要素において、同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。

送受信部１０ｃは、最初に周波数ＡでＦＭＣＷ方式の変調を行なった電波を水上の空間に送信し、受信した第１の反射波を、次に、周波数ＢでＦＭＣＷ方式の変調を行なった電波を水上の空間に送信し、受信した第２の反射波を、ビーム形成部１５ｃでディジタル受信信号にＤＢＦ処理を施してディジタル受信信号の形式でそれぞれディジタル受信信号の形式で信号処理部３０ｅに出力する。

信号処理部３０ｅは、ビーム形成部１５ｃから入力した反射波を反射点の位置と速度で分離するレンジ・ドップラマップ作成部４０ｃと、レンジ・ドップラマップ作成部４０ｃで分離されたそれぞれの反射波について、閾値を設けて信号を検出する信号検出部３１ｃと、信号検出部３１ｃで検出された信号のそれぞれについて、距離情報、モノパルス測角処理による方位情報および検出されたドップラ周波数情報を付与したプロット信号を生成するプロット信号生成部３２ｃとを備えており、ビーム形成部１５ｃから第１の反射波を入力して第１のプロット信号を生成し、ビーム形成部１５ｃから第２の反射波を入力して第２のプロット信号を生成する。第１のプロット信号の後に第２のプロット信号が生成されるため、信号処理部３０ｅは、先に生成した第１のプロット信号をデータ蓄積部８０に蓄積し、直接信号比較部７０ａに出力する第２のプロット信号と同時に信号比較器に送信する。

スペクトル分析部６０ａは、レンジ・ドップラマップ作成部４０ｃが第１の反射波と第２の反射波からそれぞれ作成するレンジ・ドップラマップデータを入力し、第１の反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数と第１の反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数とを周波数制御部２０ｂと信号比較部７０に出力する。

信号比較部７０ａおよび信号比較部７０ａの備える検出比較部７１ａは、プロット信号を信号処理部３０ｅとデータ蓄積部８０から入力すること、クラッタのドップラ周波数をスペクトル分析部６０ｃのみから入力すること以外は、それぞれ図１４における信号比較部７０および検出比較部７１と同等である。また、信号比較部７０ａの動作は、図１５ないし図１７のフローチャートで表され、追尾処理部５０ａおよび周波数制御部２０ｂの動作は、図１８のフローチャートで表される。

なお、実施の形態５に係るレーダ装置および追尾処理装置においても、実施の形態４に係るレーダ装置および追尾処理装置と同様、図１８のフローチャートにおいて、ＳＴ６１１で行なう目標のドップラ周波数の算出の処理を周波数設定部２２ｂで行うものと説明したが、周波数設定部２２ｂから送信周波数を入力して追尾ゲート設定部５３で実施するように構成しても良い。また、ＳＴ６１２で行なう追尾ゲートの設定については、送信周波数を変更しない場合は、ＳＴ６０６において追尾フィルタ部５２ａでプロット信号を基に目標のドップラ周波数を推定し、ＳＴ６１２では、追尾ゲート設定部５３が追尾フィルタ部５２ａの算出する目標のドップラ周波数を目標位置それぞれの推定値を追尾中心となるよう追尾ゲートを設定し、送信周波数を変更したときのみ平滑速度から目標のドップラ周波数を算出して設定するようにしても良い。

図１９のように構成する実施の形態５に係るレーダ装置および追尾処理装置では、実施の形態４に係るレーダ装置および追尾処理装置と同様に、常に周波数Ａおよび周波数Ｂの２つの周波数での観測を行なうことで、常に何れかの周波数により目標をクラッタと分離して検出することができる。また、追尾処理部５０ａでは、周波数Ａで観測される第１のプロット信号と周波数Ｂで観測される第２のプロット信号を入力し、目標のドップラ周波数とクラッタのドップラ周波数が重ならないよう追尾するプロット信号を選択できるため、実施の形態４に係るレーダ装置と同様に、ブラッグ散乱によるクラッタのある環境下でも安定して目標を追尾することができる。さらに、上記の効果に加え、実施の形態５に係るレーダ装置では、送受信部１０ｃ、ビーム制御部１５ｃ、信号処理部３０ｅ、スペクトル分析部６０ｃがそれぞれ１つで済むため、レーダ装置の規模を小さくできるという効果がある。

実施の形態６．
図２０は、実施の形態６に係るレーダ装置および追尾処理装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１ないし実施の形態５では、観測に使用する電波の変調形式として、ＦＭＣＷ方式やＦＭＩＣＷ方式の変調を用いる例を示したが、パルス変調を行った電波を使用して観測を行なっても良い。パルス変調を行った電波を使用する場合、ＦＭＣＷ方式やＦＭＩＣＷ方式の変調を用いる場合とは異なり、反射波の反射点の距離を、パルス変調を行った電波を送信してから反射波が受信されるまでの時間により特定する。

図２０に示すとおり、実施の形態６に係るレーダ装置は、送受信部１０ｄ、ビーム形成部１５ｄ、信号処理部３０ｆ、スペクトル分析部６０ｄ、および追尾処理装置１００を備えている。追尾処理装置１００は、周波数制御部２０および追尾処理部５０を有する。また、それぞれの構成要素において、同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。

送受信部１０ｄは、周波数制御部２０により設定された周波数のパルス変調を行なった信号を発生し、反射波を複数の空中線により受信して、それぞれにＡ／Ｄ変換を行ない、複数の受信アンテナに対応した複数のチャネルのパルス信号によるディジタル受信信号としてビーム形成部１５ｄに出力する。

ビーム形成部１５ｄは、送受信部１０ｄで受信した信号をＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ：ディジタルビーム形成）処理により合成して方位方向に方位方向のマルチビームを形成する。こうして、送受信部１０ｄから入力した反射波をマルチビームのパルス信号の形式で信号処理部３０ｆに出力する。

信号処理部３０ｆは、ビーム形成部１５ｄから反射波を入力し、プロット信号を追尾処理部５０に出力する。このような信号処理部３０ｆの構成は、以下の通りである。信号処理部３０ｆは、ビーム形成部１５ｄから入力したマルチビームの形式の反射波を反射点の速度で分離するドップラ分離部４３ｄと、ドップラ分離部４３ｄで分離されたそれぞれのパルス信号について、閾値を設けて信号を検出する信号検出部３１ｄと、信号検出部３１ｄで検出された信号のそれぞれについて、電波を送信してから反射波が受信されるまでの時間により距離を検出する距離検出部３５と、距離情報、モノパルス測角処理による方位情報および検出されたドップラ周波数情報を付与したプロット信号を生成するプロット信号生成部３２ｄとを備えている。

スペクトル分析部６０ｄは、送受信部１０ｄで受信し、信号処理部３０ｆのドップラ分離部４３ｄで分離された信号を入力し、それぞれの信号について電波を送信してから反射波が受信されるまでの時間により距離を算出し、それぞれの信号を分析してそれぞれの反射点の位置毎に、反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数を算出し、周波数制御部２０に出力する。

追尾信号処理１００、ならびに追尾信号処理１００の備える周波数制御部２０および追尾処理部５０の構成は、図１に示す実施の形態１と同様であり、また、動作については、図７のフローチャートに示すとおりである。

図２０のように構成する実施の形態６および追尾処理装置に係るレーダ装置は、実施の形態１に係るレーダ装置および追尾処理装置と同様に、目標の追尾結果により次回観測時における目標のドップラ周波数を推定し、クラッタのドップラ周波数と比較し重なりを判定することで次回の観測時に追尾中の目標を観測可能か判断できる。このため、目標のドップラ周波数の推定値とクラッタのドップラ周波数とが重なる場合は、次回の観測における送信周波数を変更することで、追尾中の目標を観測可能にする効果がある。また、送信周波数の変更に従い、変更した送信周波数に対する目標のドップラ周波数を算出して追尾ゲートに設定することで、周波数を変更しても安定して目標を追尾することができる。また、実施の形態６に係るレーダ装置では、反射波の反射点の距離を、電波を送信してから反射波が受信されるまでの時間により算出するため、簡単な構成で実現でき、実施の形態１と比較して、１次ＦＦＴが不要となる分、信号処理の規模を低減できる効果がある。

また、図２０のように、パルス変調を行った電波を使用し、反射波の反射点の距離を、電波を送信してから反射波が受信されるまでの時間により算出する実施の形態６に係るレーダ装置の構成は、実施の形態１のみならず、実施の形態２ないし実施の形態５についても適用することができ、同様の効果を得ることができる。

実施の形態７．
図２１は、実施の形態７に係るレーダ装置および追尾処理装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１ないし実施の形態６では、送信ビームは水平方向に広いファンビームを形成し、受信ビームはＤＢＦによるマルチ・ペンシルビームを形成する方式であるのに対して、実施の形態７では、送信／受信ともにペンシルビームを形成し、方位方向に電子的にビーム走査を行い送受信を行う構成とする。

図２１に示すとおり、実施の形態７に係るレーダ装置は、送受信部１０ｅ、信号処理部３０、追尾処理装置１００、スペクトル分析部６０、およびビーム制御部９０とを備えている。追尾処理装置１００は、周波数制御部２０および追尾処理部５０を有する。送受信部１０ｅは、周波数制御部２０により設定された周波数の信号を発生する送信部１１ａと、複数の空中線素子により送信ビームを形成し、送信部１１の発生した電波を水上の空間に送信する送信空中線１２ａと、目標や水上で反射された反射波を受信する複数の受信空中線１３と、複数の受信空中線１３から受信した反射波を入力して、電子的な受信ビームを形成し、Ａ／Ｄ変換を行うことで複数の受信アンテナに対応した複数のチャネルのディジタル受信信号を生成する受信部１４とを備えている。送受信部１０ｅでは、複数の送信空中線１２ａと複数の受信空中線１３によりフェーズドアレーアンテナ等の原理により電子的に送信ビームとビームの走査を行う。また、送受信部１０ｅは、制御部９０の制御に従い送信ビームと受信ビームを同じ方向に指向させながら走査し、走査した各ビームのデータを信号処理部３０に出力する。このため、図１１の送受信部１０ｅが出力するデータは、図１のビーム形成部１５が出力するデータと同等のものになる。

信号処理部３０、スペクトル分析部６０、追尾処理装置１００、および追尾処理装置１００の構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。また、追尾処理装置１００が有する周波数制御部２０および追尾処理部５０の構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。さらに、周波数制御部２０および追尾処理部５０の動作は、図７のフローチャートに示すとおりである。

図２１のように構成する実施の形態７に係るレーダ装置および追尾処理装置は、実施の形態１に係るレーダ装置と同様に、目標の追尾結果により次回観測時における目標のドップラ周波数を推定し、クラッタのドップラ周波数と比較し重なりを判定することで次回の観測時に追尾中の目標を観測可能か判断できる。このため、目標のドップラ周波数の推定値とクラッタのドップラ周波数とが重なる場合は、次回の観測における送信周波数を変更することで、追尾中の目標を観測可能にする効果がある。また、送信周波数の変更に従い、変更した送信周波数に対する目標のドップラ周波数を算出して追尾ゲートに設定することで、周波数を変更しても安定して目標を追尾することができる。また、受信ビームを、送受信部１０ｅ内で生成するため、ＤＢＦ処理を行うビーム形成部１５が不要になるため、装置規模を低減できる効果がある。

なお、実施の形態７では、実施の形態１に対して送信／受信ともにペンシルビームを形成し、方位方向に電子的にビーム走査を行う構成を適用したが、実施の形態２ないし実施の形態６に対しても同様に送信／受信ともにペンシルビームを形成し、方位方向に電子的にビーム走査を行う構成を適用することは可能であり、同様の効果を得ることができる。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ 送受信部
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ ビーム形成部
２０、２０ａ、２０ｂ 周波数制御部
２１、２１ａ ドップラ周波数推定部
２２、２２ａ、２２ｂ 周波数設定部
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ 信号処理部
５０、５０ａ 追尾処理部
５１、５１ａ 相関処理部
５２、５２ａ 追尾フィルタ部
５３ 追尾ゲート設定部
６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ スペクトル分析部
７０、７０ａ 信号比較部
７０、７１ａ 検出比較部
７２ 重み算出部
８０ データ蓄積部
９０ ビーム制御部
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 追尾処理装置

Claims (6)

1. 水上の目標を探知し追尾するレーダ装置であって、電波を送信し反射波を受信する送受信部と、前記送受信部が受信した反射波から信号強度が閾値以上の信号を検出し、検出した信号から算出される反射点の位置とドップラ周波数とから成るプロット信号を出力する信号処理部と、前記信号処理部の出力する前記プロット信号を、前記目標の予測位置と前記送受信部が送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値とを追尾中心とした追尾ゲートにより選択し、目標信号を生成する相関処理部と、第１の時刻に前記送受信部が第１の送信周波数で電波を送信し受信した反射波を前記信号処理部と前記相関処理部とで処理して生成した前記目標信号から、前記第１の時刻の後の第２の時刻についての前記目標の予測位置である第１の位置と前記目標の移動する速度の推定値である平滑速度とを算出する追尾フィルタ部と、前記第２の時刻に前記送受信部が前記第１の送信周波数で送信した電波の、前記目標による反射のドップラ周波数の予測値である第１のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定部と、前記送受信部が前記第１の送信周波数で電波を送信し受信した反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数である第２のドップラ周波数と前記第１のドップラ周波数とを比較し、前記第１のドップラ周波数と前記第２のドップラ周波数とが重なる場合は前記第１の送信周波数とは異なる第２の送信周波数を、重ならない場合は前記第１の送信周波数を、それぞれ前記送受信部が前記第２の時刻に送信する電波の送信周波数として設定する周波数設定部と、前記周波数設定部の設定した送信周波数で前記第２の時刻に前記送受信部が送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値である第３のドップラ周波数を算出し、前記相関処理部の前記追尾ゲートの前記追尾中心に前記第１の位置と前記第３のドップラ周波数とを設定する追尾ゲート設定部とを備えたレーダ装置。
2. 前記信号処理部は、前記送受信部が電波を送信し受信した反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数の信号を抑圧する帯域阻止フィルタを有する周波数フィルタ部を備え、前記周波数フィルタ部は、前記第１の時刻に前記送受信部が前記第１の送信周波数で電波を送信し受信した反射波から適応アルゴリズムにより求めた第１のフィルタ係数により前記帯域阻止フィルタのフィルタ特性を設定し、前記送受信部が前記第２の時刻に送信する電波の送信周波数を前記周波数設定部が前記第２の送信周波数に変更すると、前記第１のフィルタ係数と前記第２の送信周波数とから算出される第２のフィルタ係数により前記帯域阻止フィルタのフィルタ特性を変更することを特徴とする
   請求項１に記載のレーダ装置。
3. 水上の目標を探知し追尾するレーダ装置であって、第１の送信周波数の電波を送信し前記第１の送信周波数の電波の反射波である第１の反射波を受信する第１の送受信部と、前記第１の送受信部が受信した前記第１の反射波から信号強度が閾値以上の信号を検出し、検出した信号から算出される反射点の位置とドップラ周波数とから成る第１のプロット信号を出力する第１の信号処理部と、前記第１の送信周波数とは異なる第２の送信周波数の電波を送信し前記第２の送信周波数の電波の反射波である第２の反射波を受信する第２の送受信部と、前記第２の送受信部が受信した前記第２の反射波から信号強度が閾値以上の信号を検出し、検出した信号から算出される反射点の位置とドップラ周波数とから成る第２のプロット信号を出力する第２の信号処理部と、前記第１のプロット信号および前記第２のプロット信号を、前記目標の予測位置と前記第１の送受信部が送信した前記第１の送信周波数の電波または前記第２の送受信部が送信した前記第２の送信周波数の電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値とを追尾中心とした追尾ゲートにより選択し、目標信号を生成する相関処理部と、第１の時刻に前記相関処理部が前記第１のプロット信号および前記第２のプロット信号を、前記目標の前記第１の時刻の予測位置と前記第１の時刻に前記第１の送受信部が送信した前記第１の周波数の電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値とを追尾中心とした追尾ゲートにより選択して生成した前記目標信号から、前記第１の時刻の後の第２の時刻についての前記目標の予測位置である第１の位置と前記目標の移動する速度の推定値である平滑速度とを算出する追尾フィルタ部と、前記第２の時刻に前記第１の送受信部が前記第１の周波数で送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数である第１のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定部と、前記第１の反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数である第２のドップラ周波数と前記第１のドップラ周波数との重なりを判定する周波数設定部と、前記周波数設定部の判定結果に基づき、前記第１のドップラ周波数と前記第２のドップラ周波数とが重なる場合は、前記第２の時刻に前記第２の送受信部が前記第２の送信周波数で送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値である第４のドップラ周波数を算出し、前記相関処理部の前記追尾ゲートの前記追尾中心に前記第１の位置と前記第４のドップラ周波数とを設定する追尾ゲート設定部とを備えたレーダ装置。
4. 水上の目標を探知し追尾するレーダ装置であって、第１の送信周波数の電波を送信して前記第１の送信周波数の電波の反射波である第１の反射波を受信し、前記第１の送信周波数とは異なる第２の送信周波数の電波を送信して前記第２の送信周波数の電波の反射波である第２の反射波を受信する送受信部と、前記送受信部が受信した前記第１の反射波から信号強度が閾値以上の信号を検出し、検出した信号から算出される反射点の位置とドップラ周波数とから成る第１のプロット信号を出力し、前記送受信部が受信した前記第２の反射波から信号強度が閾値以上の信号を検出し、検出した信号から算出される反射点の位置とドップラ周波数とから成る第２のプロット信号を出力する信号処理部と、前記第１のプロット信号および前記第２のプロット信号を、前記目標の予測位置と前記送受信部が送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値とを追尾中心とした追尾ゲートにより選択し、目標信号を生成する相関処理部と、第１の時刻に前記相関処理部が前記第１のプロット信号および前記第２のプロット信号を、前記目標の前記第１の時刻の予測位置と前記第１の時刻に前記送受信部が前記第１の送信周波数で送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値とを追尾中心とした追尾ゲートにより選択して生成した前記目標信号から、前記第１の時刻の後の第２の時刻についての前記目標の予測位置である第１の位置と前記目標の移動する速度の推定値である平滑速度とを算出する追尾フィルタ部と、前記第２の時刻に前記送受信部が前記第１の周波数で送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数である第１のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定部と、前記第１の反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数である第２のドップラ周波数と前記第１のドップラ周波数との重なりを判定する周波数設定部と、前記周波数設定部の判定結果に基づき、前記第１のドップラ周波数と前記第２のドップラ周波数が重なる場合は、前記第２の時刻に前記第２の送受信部が前記第２の送信周波数で送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値である第４のドップラ周波数を算出し、前記相関処理部の前記追尾ゲートの追尾中心に前記第１の位置と前記第４のドップラ周波数とを設定する追尾ゲート設定部とを備えたレーダ装置。
5. 電波を送信し、受信した反射波から反射点の位置とドップラ周波数とから成るプロット信号を生成し、水上の目標を探知し追尾するレーダ装置に備えられて追尾処理を行う追尾処理装置であって、生成された前記プロット信号を、前記目標の予測位置と前記レーダ装置が送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値とを追尾中心とした追尾ゲートにより選択し、目標信号を生成する相関処理部と、第１の時刻に前記レーダ装置が第１の送信周波数の電波を送信し受信した反射波から生成した前記プロット信号を前記相関処理部で処理して生成した前記目標信号から、前記第１の時刻の後の第２の時刻についての前記目標の予測位置である第１の位置と前記目標の移動する速度の推定値である平滑速度とを算出する追尾フィルタ部と、前記第２の時刻に前記レーダ装置が前記第１の送信周波数で送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値である第１のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定部と、前記レーダ装置が前記第１の送信周波数の電波を送信し受信した反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数である第２のドップラ周波数と前記第１のドップラ周波数とを比較し、前記第１のドップラ周波数と前記第２のドップラ周波数とが重なる場合は前記第１の送信周波数と異なる第２の送信周波数を、重ならない場合は前記第１の送信周波数を、それぞれ前記第２の時刻に前記レーダ装置が送信する電波の送信周波数として設定する周波数設定部と、前記周波数設定部が設定する送信周波数で前記第２の時刻に前記送受信部が送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値である第３のドップラ周波数を算出し、前記相関処理部の前記追尾ゲートの追尾中心に前記第１の位置と前記第３のドップラ周波数とを設定する追尾ゲート設定部とを備えた追尾処理装置。
6. 互いに異なる第１の送信周波数および第２の送信周波数の電波を送信し、受信したそれぞれの反射波から反射点の位置とドップラ周波数とから成るプロット信号を生成し、水上の目標を探知し追尾するレーダ装置に備えられて追尾処理を行う追尾処理装置であって、
   生成された前記プロット信号を、前記目標の予測位置と前記レーダ装置が送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値とを追尾中心とした追尾ゲートにより選択し、目標信号を生成する相関処理部と、第１の時刻に前記レーダ装置が第１の送信周波数の電波を送信し受信した反射波から生成した前記プロット信号を前記相関処理部で処理して生成した前記目標信号から、前記第１の時刻の後の第２の時刻についての前記目標の予測位置である第１の位置と前記目標の移動する速度の推定値である平滑速度とを算出する追尾フィルタ部と、前記第２の時刻に前記レーダ装置が前記第１の送信周波数で送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値である第１のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定部と、前記レーダ装置が前記第１の送信周波数の電波を送信し受信した反射波に含まれるクラッタのドップラ周波数である第２のドップラ周波数と前記第１のドップラ周波数との重なりを判定する周波数設定部と、前記周波数設定部の判定結果に基づき、前記第１のドップラ周波数と前記第２のドップラ周波数が重なる場合は、前記第２の時刻に前記レーダ装置が前記第２の送信周波数で送信した電波の前記目標による反射のドップラ周波数の予測値である第４のドップラ周波数を算出し、前記相関処理部の前記追尾ゲートの前記追尾中心に前記第１の位置と前記第４のドップラ周波数とを設定する追尾ゲート設定部とを備えた追尾処理装置。

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