JP2014228515A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッタや既目標によるレンジサイドローブの干渉を十分に抑圧することができるレーダ装置を得ることを目的とする。【解決手段】ＫＡ型パルス圧縮部１０−１〜１０−Ｋが、スペクトル乗算部９により算出された受信信号ベクトルｘに対するパルス圧縮を実施するとともに、散乱波情報を用いて、パルス圧縮を実施することで形成されるディジタル受信信号ｚ（ｔｍ）のレンジサイドローブのうち、干渉源に反射される散乱波のメインローブが現れる距離のレンジサイドローブを抑圧する。【選択図】図１

Description

この発明は、受信信号をパルス圧縮して、目標の探知距離及び距離分解能を高めるレーダ装置に関するものである。

一般にレーダ装置では、周波数変調あるいは位相変調が施されているパルス信号（送信パルス）を空間に放射し、目標又はクラッタに反射されて戻ってきた上記パルス信号の散乱波を受信する。
レーダ装置は、目標又はクラッタに反射されて戻ってきたパルス信号の散乱波を受信すると、送信パルスと相関が高いリファレンス信号を用いて、受信信号に対するパルス圧縮を実施する。
パルス圧縮を実施することで、送信パルス幅の増長による送信エネルギーの増大と、パルス幅の狭小化が可能になるため、レーダ装置の目標探知距離及び距離分解能を同時に高めることができる。

パルス圧縮を実施することで、目標の遅延時間にメインローブが形成されるほか、そのメインローブの前後の送信パルス幅相当の範囲にレンジサイドローブが形成される。
このレンジサイドローブは、同じ領域に存在している他の目標の信号対混信比（ＳＩＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）を劣化させる場合がある。ここで、Ｓｉｇｎａｌは、レンジサイドローブ領域の他の目標であり、Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅはレンジサイドローブを発生させているメインローブ内の目標である。
このようなシナリオとして、例えば、既に追尾維持中の目標から分離する相対的に受信電力が小さい新たな目標を早期に探知する必要がある場合などがある。この場合、新目標は、既目標のレンジサイドローブによる干渉を受けてＳＩＲが低くなり、探知が困難になる問題がある。
また、クラッタ環境下の目標探知のシナリオでは、目標の周囲に存在しているグランドクラッタのレンジサイドローブによる干渉を受けてＳＩＲが低くなり、目標の探知が困難になる問題がある。

上記の問題を解決するために、ＬＦＭ（Ｌｉｎｅａｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）波を用いるパルス圧縮において、窓関数を利用してレンジサイドローブを低減しているレーダ装置がある（例えば、非特許文献１を参照）。
しかし、窓関数を利用する場合、距離分解能を劣化させてしまう圧縮後パルス幅の拡大や、探知距離を縮退させてしまうミスマッチ損失が原理的に発生する。
即ち、窓関数を利用するパルス圧縮では、低レンジサイドローブ特性を達成することができるが、圧縮後パルス幅の拡大やミスマッチ損失を避けることができず、距離分解能の劣化や探知距離の縮退が発生する。

以下の特許文献１には、距離分解能の劣化や探知距離の縮退の発生を抑えているレーダ装置が開示されている。
このレーダ装置では、受信信号の振幅検波波形から目標及びクラッタを検出し、目標及びクラッタまでの距離を抽出する。
次に、このレーダ装置は、目標が存在しているレンジビンに対して、ＭＳＮ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）方式に基づく新たなパルス圧縮ウェイトを与えて、そのレンジビンに関するパルス圧縮を行う。このとき、先に抽出しているクラッタまでの距離を基準にヌルを形成するＭＳＮ方式等に基づくパルス圧縮ウェイトを与えることにより、クラッタによるレンジサイドローブ干渉を抑圧してＳＩＲを改善するようにしている。

これにより、クラッタが存在しているレンジサイドローブのみが選択的に低減されるため、窓関数を用いる場合と比べて、圧縮後パルス幅の拡大やミスマッチ損失を小さく抑えられることが期待される。
しかし、このレーダ装置では、事前に、干渉源となるクラッタまでの距離を受信信号の振幅検波波形から求める必要がある。このため、受信信号の振幅検波波形を取得する前に、パルス圧縮ウェイトを求めることができない。また、干渉源は、クラッタに限定されており、既目標によるレンジサイドローブの干渉に対しては、直接適用することができない問題がある。

以下の特許文献２に開示されているレーダ装置では、従来のパルス圧縮を実施するとともに、振幅値に基づいて干渉波を選択し、その干渉波の距離及び振幅値等から、当該干渉波のパルス圧縮前波形を推定する。
次に、このレーダ装置は、パルス圧縮前の受信信号から、干渉波のパルス圧縮前波形を差し引くことで干渉波を抑圧し、再度、従来のパルス圧縮を実施して、干渉波が抑圧されたパルス圧縮出力を得るようにしている。
このレーダ装置では、振幅値に基づいて干渉波が選択されるため、クラッタや既目標等が存在しているレンジサイドローブのみが選択的に低減される。このため、窓関数を用いる場合と比べて、圧縮後パルス幅の拡大やミスマッチ損失を小さく抑えられることが期待される。
しかし、このレーダ装置では、複数ＰＲＩ毎のパルス圧縮出力を積分した後に振幅値を求める場合、パルス間における振幅値の確率的変動のために、積分後振幅値から積分前の振幅値の推定が困難になる問題がある。

この問題を回避するために、積分前の振幅値を直接求める方法もあるが、演算規模が増加する上、積分前の干渉波は振幅値が小さく、干渉波の距離及び振幅値の推定精度が劣化する問題がある。
また、特許文献１に開示されているレーダ装置と同様に、事前に、干渉源までの距離を受信信号の振幅検波波形から求める必要があり、受信信号の振幅検波波形を取得する前に、パルス圧縮ウェイトを求めることができない。

特開２００５−２０１７２７号公報（段落番号［０００４］） 特開平１０−１９７６２４号公報（段落番号［０００８］）

M.A. Richards, J.A. Scheer, W.A. Holms, Principles of Modern Radar Basic Principles, Scitech Publishing Inc., Raleigh, NC, 2010.

従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、先に抽出しているクラッタまでの距離を基準にヌルを形成するＭＳＮ方式等に基づくパルス圧縮ウェイトを与える場合（特許文献１）、窓関数を用いる場合と比べて、圧縮後パルス幅の拡大やミスマッチ損失を小さく抑えられることができるが、干渉源がクラッタに限定されており、既目標によるレンジサイドローブの干渉に対しては、直接適用することができない課題があった。
また、振幅値に基づいて干渉波を選択して、その干渉波の距離及び振幅値等から干渉波のパルス圧縮前波形を推定し、パルス圧縮前の受信信号から、干渉波のパルス圧縮前波形を差し引くことで干渉波を抑圧する場合（特許文献２）、窓関数を用いる場合と比べて、圧縮後パルス幅の拡大やミスマッチ損失を小さく抑えられることができる。しかし、複数ＰＲＩ毎のパルス圧縮出力を積分した後に振幅値を求める場合には、パルス間における振幅値の確率的変動のために、積分後振幅値から積分前の振幅値の推定が困難になることがある。一方、積分前の振幅値を直接求める場合には、演算規模が増加するとともに、積分前の干渉波の振幅値が小さいため、干渉波の距離及び振幅値の推定精度が劣化することがある。このため、十分に干渉波を抑圧することができないことがある課題がった。

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、クラッタや既目標によるレンジサイドローブの干渉を十分に抑圧することができる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、所定の周波数信号を用いて、パルス信号を生成するパルス信号生成手段と、パルス信号生成手段により生成されたパルス信号を所定のビーム指向方向に向けて空間に放射する一方、目標又はクラッタに反射されて戻ってきた上記パルス信号の散乱波を受信する送受信手段とを設け、パルス圧縮手段が、送受信手段の受信信号に対するパルス圧縮を実施するとともに、既知の干渉源に反射される散乱波に関する散乱波情報を用いて、パルス圧縮を実施することで形成される上記受信信号のレンジサイドローブのうち、干渉源に反射される散乱波のメインローブが現れる距離のレンジサイドローブを抑圧するようにしたものである。

この発明によれば、パルス圧縮手段が、送受信手段の受信信号に対するパルス圧縮を実施するとともに、既知の干渉源に反射される散乱波に関する散乱波情報を用いて、パルス圧縮を実施することで形成される上記受信信号のレンジサイドローブのうち、干渉源に反射される散乱波のメインローブが現れる距離のレンジサイドローブを抑圧するように構成したので、クラッタや既目標によるレンジサイドローブの干渉を十分に抑圧することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置のＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）を示す構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
図１において、送信機１は所定の周波数信号を生成するとともに、その周波数信号を用いて、所定の方式で変調を施すことで所定のパルス幅のパルス信号を生成し、そのパルス信号をデュプレクサ２に出力する処理を実施する。なお、送信機１はパルス信号生成手段を構成している。
デュプレクサ２は送信機１から出力されたパルス信号をアンテナ３に出力する一方、アンテナ３から入射された散乱波を受信機３に出力する処理を実施する。
アンテナ３はデュプレクサ２から出力されたパルス信号を所定のビーム指向方向に向けて空間に放射する一方、目標又はクラッタに反射されて戻ってきた上記パルス信号の散乱波を受信する。

受信機４はアンテナ３により受信された信号に対する検波処理や復調処理などの所定の受信処理を実施するとともに、受信処理後の信号をベースバンド帯の周波数に変換して、アナログ受信信号を生成する処理を実施する。
ＡＤ変換器５は受信機４により生成されたアナログ受信信号をＡ／Ｄ変換して、ディジタル受信信号をパルス圧縮器６に出力する処理を実施する。
なお、デュプレクサ２、アンテナ３、受信機４及びＡＤ変換器５から送受信手段が構成されている。

パルス圧縮器６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ＡＤ変換器５から出力されたディジタル受信信号に対するパルス圧縮を実施するとともに、既知の干渉源に反射される散乱波に関する散乱波情報を用いて、上記パルス圧縮を実施することで形成される上記ディジタル受信信号のレンジサイドローブのうち、干渉源に反射される散乱波のメインローブが現れる距離のレンジサイドローブを抑圧する処理を実施する。なお、パルス圧縮器６はパルス圧縮手段を構成している。

パルス圧縮器６の離散フーリエ変換部７はＡＤ変換器５から出力されたディジタル受信信号を離散フーリエ変換することで、そのディジタル受信信号の周波数スペクトルを算出する処理を実施する。なお、離散フーリエ変換部７は第１の周波数スペクトル算出手段を構成している。
離散フーリエ変換部８は送信機１により生成されたパルス信号をリファレンス信号として入力し、そのリファレンス信号を離散フーリエ変換することで、そのリファレンス信号の周波数スペクトルを算出する処理を実施する。なお、離散フーリエ変換部８は第２の周波数スペクトル算出手段を構成している。

スペクトル乗算部９は離散フーリエ変換部７により算出された周波数スペクトルと離散フーリエ変換部８により算出された周波数スペクトルとを乗算することで、スペクトル乗算後の受信信号ベクトルを算出する処理を実施する。なお、スペクトル乗算部９はスペクトル乗算手段を構成している。
ＫＡ型パルス圧縮部１０−１〜１０−Ｋはスペクトル乗算部９により算出された受信信号ベクトルに対するパルス圧縮を実施するとともに、散乱波情報を用いて、パルス圧縮を実施することで形成される上記ディジタル受信信号のレンジサイドローブのうち、干渉源に反射される散乱波のメインローブが現れる距離のレンジサイドローブを抑圧する処理を実施する。なお、ＫＡ型パルス圧縮部１０−１〜１０−Ｋは第１〜第ＫのＫＡ型パルス圧縮手段を構成している。

図１の例では、レーダ装置のパルス圧縮器６が専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、パルス圧縮器６がコンピュータで構成されていてもよい。
パルス圧縮器６がコンピュータで構成されている場合、パルス圧縮器６の構成要素である離散フーリエ変換部７、離散フーリエ変換部８、スペクトル乗算部９及びＫＡ型パルス圧縮部１０−１〜１０−Ｋの処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置のＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）を示す構成図である。
図２において、サイドローブ干渉波情報抽出部１１は散乱波情報に含まれている第１〜第Ｋの散乱波に関する情報のうち、第ｋの干渉源に反射される散乱波以外の散乱波に関する情報を第ｋの干渉波情報として抽出する処理を実施する。
干渉波ステアリングベクトル算出部１２はサイドローブ干渉波情報抽出部１１により抽出された第ｋの干渉波情報を用いて、第ｋの干渉波ステアリングベクトルを算出する処理を実施する。

干渉波相関行列算出部１３はサイドローブ干渉波情報抽出部１１により抽出された第ｋの干渉波情報と干渉波ステアリングベクトル算出部１２により算出された第ｋの干渉波ステアリングベクトルから、第ｋの干渉波相関行列を算出する処理を実施する。
干渉波抑圧行列算出部１４は干渉波相関行列算出部１３により算出された第ｋの干渉波相関行列から第ｋの干渉波抑圧行列を算出する処理を実施する。

干渉波抑圧部１５は干渉波抑圧行列算出部１４により算出された第ｋの干渉波抑圧行列をスペクトル乗算部９により算出された受信信号ベクトルに乗算することで、その受信信号ベクトルに含まれている第ｋの散乱波以外の散乱波を干渉波として抑圧する処理を実施する。
パルス圧縮後信号算出部１６は干渉波抑圧部１５による干渉波抑圧後の受信信号ベクトルからパルス圧縮後の受信信号ベクトルを算出する処理を実施する。

次に動作について説明する。
送信機１は、所定の周波数信号を生成するとともに、その周波数信号を用いて、所定の方式で変調（例えば、周波数変調）を施すことで、所定のＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｕｔａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）間隔でパルス幅τ_ＴＸのパルス信号ｒ（ｔ_ｍ）を生成し、そのパルス信号ｒ（ｔ_ｍ）をデュプレクサ２に出力する。
ここでは、パルス信号ｒ（ｔ_ｍ）の中心周波数をｆ_ｃ、パルス信号ｒ（ｔ_ｍ）の変調帯域幅をＢとする。

デュプレクサ２は、送信機１からパルス信号ｒ（ｔ_ｍ）を受けると、そのパルス信号ｒ（ｔ_ｍ）をアンテナ３に出力する。
これにより、アンテナ３からパルス信号ｒ（ｔ_ｍ）が所定のビーム指向方向に向けて空間に放射される。
空間に放射されたパルス信号ｒ（ｔ_ｍ）の一部は目標又はクラッタに反射され、そのパルス信号の散乱波がアンテナ３により受信される。

受信機４は、アンテナ３により受信された信号に対する検波処理や復調処理などの所定の受信処理を実施するとともに、受信処理後の信号をベースバンド帯の周波数に変換して、アナログ受信信号を生成する。
ＡＤ変換器５は、受信機４がアナログ受信信号を生成すると、そのアナログ受信信号をＡ／Ｄ変換して、ディジタル受信信号ｚ（ｔ_ｍ）をパルス圧縮器６に出力する。
ここで、ディジタル受信信号ｚ（ｔ_ｍ）は、アンテナ３から放射されたパルス信号ｒ（ｔ_ｍ）に対する遅延時間ｔ_ｋ ^（ｓ）及びドップラ周波数ｆ_ｋ ^（Ｄ）を伴うＫ波の散乱波を含んでおり、下記の式（２）のように表される。

式（１）（２）において、ｔ_ｍは送信開始時刻を基準とする受信ゲート内の第ｍ番目の時間サンプルである。即ち、ｔ_１＝τ_ＴＸであり、送受切替時間は無視する。
時間サンプルのサンプリング時間間隔はＡＤサンプリング間隔でありΔｔとする。また、α_ｋは距離等による減衰係数、ｎ（ｔ_ｍ）は受信機雑音である。
この実施の形態１では、１ＰＲＩ中の受信ゲート内の受信信号を考えるものとする。

離散フーリエ変換部７は、ＡＤ変換器５からディジタル受信信号ｚ（ｔ_ｍ）を受けると、そのディジタル受信信号ｚ（ｔ_ｍ）を離散フーリエ変換することで、下記の式（３）に示すように、そのディジタル受信信号ｚ（ｔ_ｍ）の周波数スペクトルＺ（ｆ_ｍ）を算出する。

以下、離散フーリエ変換部７の処理内容を具体的に説明する。
受信ゲート内のディジタル受信信号ｚ（ｔ_ｍ）のゼロ埋め後の総サンプル点をＭ点とした上で、下記の式（４）に示すようなＭ点で構成されるスペクトル乗算前の受信信号ベクトルｚ（離散フーリエ変換部７の出力）を定義する。

ただし、第ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）番目の周波数ｆ_ｍは、下記の式（５）のように与えるものとする。

式（５）において、Ｂはリファレンス信号の帯域幅、Δｆはサンプル周波数間隔であり、Ｂ≦ＭΔｆを満たすものとする。

式（３）を式（４）に代入すると、下記の式（６）のように変形することができる。

式（６）において、ｒ_ｋは下記の式（７）のように第ｋ番目の散乱波の周波数スペクトルが並べられたスペクトル乗算前散乱波ベクトル、Ｒ^{（ｓｉｇ）}は下記の式（８）のようにＫ個のスペクトル乗算前散乱波ベクトルｒ_ｋが並べられた行列である。
また、ｓは下記の式（９）のような複素振幅ベクトル、ｎ_０は下記の式（１０）のような受信機雑音の周波数スペクトルが並べられたベクトルである。

即ち、離散フーリエ変換部７は、ＡＤ変換器５から出力されたディジタル受信信号ｚ（ｔ_ｍ）を離散フーリエ変換し、式（６）で表されるスペクトル乗算前の受信信号ベクトルｚを求める処理を行う。

離散フーリエ変換部８は、送信機１により生成されたパルス信号ｒ（ｔ_ｍ）をリファレンス信号として入力し、そのリファレンス信号ｒ（ｔ_ｍ）を離散フーリエ変換することで、そのリファレンス信号ｒ（ｔ_ｍ）の周波数スペクトルＲ（ｆ_ｍ）を算出する。
離散フーリエ変換部８は、リファレンス信号ｒ（ｔ_ｍ）の周波数スペクトルＲ（ｆ_ｍ）を算出すると、その周波数スペクトルＲ（ｆ_ｍ）の複素共役を対角項に並べている下記の式（１１）に示すような行列Ｒ_ｒｅｆを出力する。

スペクトル乗算部９は、離散フーリエ変換部７がスペクトル乗算前の受信信号ベクトルｚを求め、離散フーリエ変換部８から行列Ｒ_ｒｅｆを受けると、下記の式（１２）に示すように、その受信信号ベクトルｚと行列Ｒ_ｒｅｆの積を算出することで、スペクトル乗算後の受信信号ベクトルｘを算出する。

式（１２）において、Ａは下記の式（１３）で表され、ｎは下記の式（１４）で表される。

ここで、式（１３）に関して、下記の式（１５）で表されるａ_ｋを第ｋ番目の散乱波のステアリングベクトルとする。

ＫＡ型パルス圧縮部１０−１〜１０−Ｋは、スペクトル乗算部９がスペクトル乗算後の受信信号ベクトルｘを算出すると、その受信信号ベクトルｘに対するパルス圧縮を実施するとともに、散乱波情報を用いて、パルス圧縮を実施することで形成されるディジタル受信信号ｚ（ｔ_ｍ）のレンジサイドローブのうち、干渉源に反射される散乱波のメインローブが現れる距離のレンジサイドローブを抑圧する処理を実施する。
以下、ＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）の処理内容を具体的に説明する。

まず、ＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋに入力される散乱波情報は、Ｋ個の散乱波の遅延時間ｔ_ｋ ^（ｓ）の推定値、Ｋ個の散乱波のドップラ周波数ｆ_ｋ ^（Ｄ）の推定値、遅延時間ｔ_ｋ ^（ｓ）の推定値の推定精度σ_ｔｋ、ドップラ周波数ｆ_ｋ ^（Ｄ）の推定値の推定精度σ_ｆｋである。
ただし、推定精度σ_ｔｋは遅延時間ｔ_ｋ ^（ｓ）の推定誤差、推定精度σ_ｆｋはドップラ周波数ｆ_ｋ ^（Ｄ）の推定誤差であり、真値が既知の場合には、言うまでもないが、真値を用いるものとする。この場合、推定精度σ_ｔｋ，σ_ｆｋは０である。

なお、ＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋに対する散乱波情報の与え方は様々考えられる。
例えば、散乱波情報として、干渉源である目標を追尾することで得られた上記目標までの距離の予測値及び上記目標の速度の予測値と、各予測値の予測精度とを取得して、それらをＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋに与えることが可能である。
また、散乱波情報として、クラッタマップから干渉源であるクラッタまでの距離を取得し、クラッタまでの距離をＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋに与えることが可能である。
また、散乱波情報として、合成開口レーダ画像から干渉源までの距離を取得し、干渉源までの距離をＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋに与えることが可能である。
同様に、散乱波情報として、光学画像から干渉源までの距離を取得し、干渉源までの距離をＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋに与えることが可能である。
同様に、散乱波情報として、地図情報から干渉源までの距離を取得し、干渉源までの距離をＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋに与えることが可能である。
さらに、ユーザが散乱波情報を適宜設定し、その散乱波情報をＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋに与えることも可能である。

ＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋのサイドローブ干渉波情報抽出部１１は、与えられた散乱波情報に含まれている第１〜第Ｋの散乱波に関する情報のうち、第ｋの干渉源に反射される散乱波以外の散乱波に関する情報を第ｋの干渉波情報として抽出する。
ＫＡ型パルス圧縮部１０−ｋでは、第ｋの干渉源に反射される散乱波については抑圧せずに、その散乱波以外の散乱波を抑圧するので、第ｋの干渉源に反射される散乱波以外の散乱波に関する情報を第ｋの干渉波情報として抽出する。

干渉波ステアリングベクトル算出部１２は、サイドローブ干渉波情報抽出部１１が第ｋの干渉波情報を抽出すると、第ｋの干渉波情報を用いて、式（１５）に基づく、第ｋの干渉波ステアリングベクトルを算出する。

ただし、ｋ‘は第ｋの干渉波情報に含まれている第ｋ‘番目の散乱波に対応するインデックスである。
これらのステアリングベクトルは、下記の式（１７）に示すように、計Ｋ−１個になる。

式（１７）において、ａの文字の上に＾の記号を付しているが、明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字の上に＾の記号を付することができないので、例えば、ａハットのように表記する。

干渉波相関行列算出部１３は、干渉波ステアリングベクトル算出部１２が第ｋの干渉波ステアリングベクトルを算出すると、第ｋの干渉波情報と第ｋの干渉波ステアリングベクトルから、第ｋの干渉波相関行列Ｒ_ｋ’ｋ’ ^（ｋ）を算出する。
以下、干渉波相関行列算出部１３の処理内容を具体的に説明する。
まず、Ｋ−１個のａハット_ｋ’に関して、それぞれ以下のような干渉波相関行列Ｒ_ｋ’ｋ’ ^（ｋ）を考える。ただし、干渉波平均電力は１とする。

また、第ｋの干渉波情報に含まれている推定精度を用いて、第ｋの干渉波相関行列Ｒ_ｋ’ｋ’ ^（ｋ）を下記の式（１９）のように拡張する。

ただし、Δｔ_ｋ’は推定精度σ_ｔｋ’に基づく値であり、Δｆ_ｋ’ ^（Ｄ）は推定精度σ_ｆｋ’に基づく値である。
式（１９）において、ａ（ｔ，ｆ^（Ｄ））は、下記の式（２０）の通りである。

また、ｐ（ｔ，ｆ^（Ｄ））は、相対電力の分布関数である。例えば、推定値ｔハット_ｋ’，ｆハット_ｋ’ ^（Ｄ）を中心として、推定精度Δｔ_ｋ’，Δｆ_ｋ’ ^（Ｄ）を標準偏差とするガウス関数等を与える。

以上より、第ｋの干渉波相関行列Ｒ_ｋｋは、下記の式（２１）のように与えられる。

第ｋの干渉波相関行列Ｒ_ｋｋを計算する方法の１つは、式（２１）を直接計算し、これより求める射影行列を第ｋの干渉波相関行列とするものである。
具体的に述べると、推定値ｔハット_ｋ’，ｆハット_ｋ’ ^（Ｄ）、推定精度Δｔ_ｋ’，Δｆ_ｋ’ ^（Ｄ）、想定する相対電力の分布関数ｐ（ｔ，ｆ^（Ｄ））によって式（２１）を直接計算した後、固有値・固有ベクトル解析によって選択した大きい固有値に対応する固有ベクトルを用いて、射影行列を求めるものである。
また、射影行列を用いずに、式（２１）に対して適当なＤＬ（Ｄｉａｇｏｎａｌ Ｌｏａｄｉｎｇ）を行って、その逆行列を求めるようにしてもよい。

次に、リファレンスがＬＦＭ（Ｌｉｎｅａｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）波形である場合の第ｋの干渉波抑圧行列の計算法を述べる。
ＬＦＭ波形の場合、ａ（ｔ，ｆ^（Ｄ））は、下記の式（２２）のように表される。ただし、τ_ＴＸはパルス信号ｒ（ｔ_ｍ）のパルス幅、Ｂはパルス信号ｒ（ｔ_ｍ）の帯域幅である。また、τ_ＴＸＢ＞１０とする。

式（２２）は、下記の式（２４）のようなに変形することができる。

即ち、ａ（ｔ，ｆ^（Ｄ））は、目標信号のドップラ周波数に関するステアリングベクトルａ（ｆ^（Ｄ））と、目標信号の到来時刻に関するステアリングベクトルａ（ｔ）に分解して考えることができる。

次に、式（１９）及び式（２０）より、Ｒ_ｋ’ｋ’ ^（ｋ）の第（ｍ_ｉ，ｍ_ｊ）要素［Ｒ_ｋ’ｋ’ ^（ｋ）］は、下記の式（２５）のように与えられる。

ただし、簡単のために、相対電力の分布関数はｐ（ｔ，ｆ^（Ｄ））は下記の式（２６）で表し、式中には表記しない。

式（２２）を式（２５）に代入すると、下記の式（２７）のようになる。

式（２７）において、Δｆ_{ｍｉ，ｍｊ}は周波数差ｆ_ｍｉ−ｆ_ｍｊである。

式（２７）は相関行列の要素であるから、遅延時間及びドップラ周波数のΔｆ_{ｍｉ，ｍｊ}に関する相互相関関数であり、それぞれ下記の式（２８）（２９）のように表される。

ここで、これらについて、以下のような変形を行う。
ただし、ｓｉｎｃ（ｘ）＝（ｓｉｎ（πｘ））／πｘである。

式（３０）及び式（３１）の変形結果から、式（２７）の［Ｒ_ｋ’ｋ’ ^（ｋ）］_{ｍｉ，ｍｊ}は、下記の式（３２）のように表される。

ただし、［Ｒ_ｋ’ｋ’ ^０（ｋ）］_{ｍｉ，ｍｊ}は、Δｔ_ｋ’＝Δｆ_ｋ’ ^（Ｄ）＝０の場合、即ち、推定精度を無視する場合の相関行列Ｒ_ｋ’ｋ’ ^０（ｋ）の第（ｍ_ｉ，ｍ_ｊ）要素であり、以下の通りである。

よって、式（３２）より、Ｒ_ｋ’ｋ’ ^（ｋ）は、Ｒ_ｋ’ｋ’ ^０（ｋ）を用いて、下記の式（３４）のように表される。

ただし、Ｃ_ｆｋ’はΔｆ_ｋ’ ^（Ｄ）に関するＲ_ｋ’ｋ’ ^０（ｋ）に対するテーパ行列（ＣＭＴ：Ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｔａｐｅｒ）、Ｃ_ｔｋ’はΔｔ_ｋ’に対するテーパ行列であり、第（ｍ_ｉ，ｍ_ｊ）要素が下記の式（３５）（３６）のように与えられる。

即ち、推定値推定値ｔハット_ｋ’，ｆハット_ｋ’ ^（Ｄ）から式（３３）による相関行列Ｒ_ｋ’ｋ’ ^０（ｋ）を求め、推定精度Δｔ_ｋ’，Δｆ_ｋ’ ^（Ｄ）から式（３５）（３６）によるＣ_ｆｋ’，Ｃ_ｔｋ’を求めれば、式（３４）に示すように、これら行列のアダマール積よって相関行列Ｒ_ｋ’ｋ’ ^（ｋ）が得られる。
これより、式（２１）から第ｋの干渉波相関行列Ｒ_ｋｋを求めることができる。
以降は、固有値・固有ベクトル解析を行って、選択した大きい固有値に対応する固有ベクトルを用いて射影行列を求める。また、射影行列を用いずに、第ｋの干渉波相関行列Ｒ_ｋｋに対して適当なＤＬ（Ｄｉａｇｏｎａｌ Ｌｏａｄｉｎｇ）を行って、その逆行列を求めるようにしてもよい。いずれも干渉波抑圧行列として機能する。

干渉波抑圧行列算出部１４は、干渉波相関行列算出部１３が第ｋの干渉波相関行列Ｒ_ｋｋを算出すると、第ｋの干渉波相関行列Ｒ_ｋｋの固有値・固有ベクトル解析を行う。第ｋの干渉波相関行列Ｒ_ｋｋは、エルミート行列であるため、固有値は実数になる。
次に、干渉波抑圧行列算出部１４は、第ｋの干渉波相関行列Ｒ_ｋｋの固有値の中から、値が相対的に大きい固有値を選択する。
干渉波抑圧行列算出部１４は、値が相対的に大きい固有値を選択すると、その固有値に対応する固有ベクトルを列ベクトルとして並べる行列をＥ_ｋｋとして、下記の式（３７）に示すような射影行列Ｐ_ｋｋを求め、その射影行列Ｐ_ｋｋを第ｋの干渉波抑圧行列とする。

式（３７）において、Ｉは単位行列である。

ここでは、第ｋの干渉波抑圧行列として、射影行列Ｐ_ｋｋを求める例を示したが、射影行列Ｐ_ｋｋを求める方法以外でも、第ｋの干渉波抑圧行列を求めることができる。
例えば、以下の式（３８）のような逆行列ｉｎｖＲ_ｋｋを第ｋの干渉波抑圧行列として求めるようにしてもよい。

ただし、ρはＤＬＬ（Ｄｉａｇｏｎａｌ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｌｅｖｅｌ）である。

干渉波抑圧部１５は、干渉波抑圧行列算出部１４が第ｋの干渉波抑圧行列Ｐ_ｋｋを算出すると、第ｋの干渉波抑圧行列Ｐ_ｋｋをスペクトル乗算部９により算出された受信信号ベクトルｘに乗算することで、その受信信号ベクトルｘに含まれている第ｋの散乱波以外の散乱波を干渉波として抑圧する。
第ｋの干渉波抑圧行列Ｐ_ｋｋを受信信号ベクトルｘに乗算すると、受信信号ベクトルｘが、第ｋの干渉波が存在している部分空間に直交する部分空間に射影されるため、受信信号ベクトルｘに含まれている第ｋの干渉波が抑圧される。
干渉波抑圧部１５により第ｋの干渉波が抑圧された後の受信信号ベクトルｘ_ｎｕｌｌは、下記の式（３９）のように表される。

ここでは、干渉波抑圧部１５が、第ｋの干渉波抑圧行列Ｐ_ｋｋを受信信号ベクトルｘに乗算する例を示したが、干渉波抑圧行列算出部１４により算出された逆行列ｉｎｖＲ_ｋｋを受信信号ベクトルｘに乗算するようにしてもよい。

パルス圧縮後信号算出部１６は、干渉波抑圧部１５から第ｋの干渉波が抑圧された後の受信信号ベクトルｘ_ｎｕｌｌを受けると、その受信信号ベクトルｘ_ｎｕｌｌを逆離散フーリエ変換し、その変換結果をパルス圧縮後の受信信号ベクトルとして出力する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ＫＡ型パルス圧縮部１０−１〜１０−Ｋが、スペクトル乗算部９により算出された受信信号ベクトルｘに対するパルス圧縮を実施するとともに、散乱波情報を用いて、パルス圧縮を実施することで形成されるディジタル受信信号ｚ（ｔ_ｍ）のレンジサイドローブのうち、干渉源に反射される散乱波のメインローブが現れる距離のレンジサイドローブを抑圧するように構成したので、クラッタや既目標によるレンジサイドローブの干渉を十分に抑圧することができる効果を奏する。

この実施の形態１では、Ｋ−１波の干渉波を想定して説明したが、より一般的に、Ｋ−ｐ波（１≦Ｐ≦Ｋ−１）の干渉波を想定しても同様である。
また、窓関数を用いて、パルス圧縮後受信信号の低サイドローブ化を達成しながら、第ｋの干渉波抑圧行列Ｐ_ｋｋにより、Ｋ−１波の干渉波を選択的に抑圧することも可能である。
この場合、第ｋの干渉波が抑圧された後の受信信号ベクトルｘ_ｎｕｌｌの逆離散フーリエ変換において、その受信信号ベクトルｘ_ｎｕｌｌに対して所定の窓関数を乗算するようにすればよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 送信機（パルス信号生成手段）、２ デュプレクサ（送受信手段）、３ アンテナ（送受信手段）、４ 受信機（送受信手段）、５ ＡＤ変換器（送受信手段）、６ パルス圧縮器（パルス圧縮手段）、７ 離散フーリエ変換部（第１の周波数スペクトル算出手段）、８ 離散フーリエ変換部（第２の周波数スペクトル算出手段）、９ スペクトル乗算部（スペクトル乗算手段）、１０−１〜１０−Ｋ ＫＡ型パルス圧縮部（第１〜第ＫのＫＡ型パルス圧縮手段）、１１ サイドローブ干渉波情報抽出部、１２ 干渉波ステアリングベクトル算出部、１３ 干渉波相関行列算出部、１４ 干渉波抑圧行列算出部、１５ 干渉波抑圧部、１６ パルス圧縮後信号算出部。

Claims (9)

1. 所定の周波数信号を用いて、パルス信号を生成するパルス信号生成手段と、
   上記パルス信号生成手段により生成されたパルス信号を所定のビーム指向方向に向けて空間に放射する一方、目標又はクラッタに反射されて戻ってきた上記パルス信号の散乱波を受信する送受信手段と、
   上記送受信手段の受信信号に対するパルス圧縮を実施するとともに、既知の干渉源に反射される散乱波に関する散乱波情報を用いて、上記パルス圧縮を実施することで形成される上記受信信号のレンジサイドローブのうち、上記干渉源に反射される散乱波のメインローブが現れる距離のレンジサイドローブを抑圧するパルス圧縮手段と
   を備えたレーダ装置。
2. パルス圧縮手段は、
   送受信手段の受信信号の周波数スペクトルを算出する第１の周波数スペクトル算出手段と、
   パルス信号生成手段により生成されたパルス信号の周波数スペクトルを算出する第２の周波数スペクトル算出手段と、
   上記第１の周波数スペクトル算出手段により算出された周波数スペクトルと上記第２の周波数スペクトル算出手段により算出された周波数スペクトルとを乗算することで、スペクトル乗算後の受信信号ベクトルを算出するスペクトル乗算手段と、
   上記スペクトル乗算手段により算出された受信信号ベクトルに対するパルス圧縮を実施するとともに、散乱波情報を用いて、上記パルス圧縮を実施することで形成される上記受信信号のレンジサイドローブのうち、干渉源に反射される散乱波のメインローブが現れる距離のレンジサイドローブを抑圧する第１〜第ＫのＫＡ型パルス圧縮手段と
   から構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 第ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）のＫＡ型パルス圧縮手段は、
   散乱波情報に含まれている第１〜第Ｋの散乱波に関する情報のうち、第ｋの干渉源に反射される散乱波以外の散乱波に関する情報を第ｋの干渉波情報として抽出する干渉波情報抽出部と、
   上記干渉波情報抽出部により抽出された第ｋの干渉波情報を用いて、第ｋの干渉波ステアリングベクトルを算出する干渉波ステアリングベクトル算出部と、
   上記干渉波情報抽出部により抽出された第ｋの干渉波情報と上記干渉波ステアリングベクトル算出部により算出された第ｋの干渉波ステアリングベクトルから、第ｋの干渉波相関行列を算出する干渉波相関行列算出部と、
   上記干渉波相関行列算出部により算出された第ｋの干渉波相関行列から第ｋの干渉波抑圧行列を算出する干渉波抑圧行列算出部と、
   上記干渉波抑圧行列算出部により算出された第ｋの干渉波抑圧行列をスペクトル乗算手段により算出された受信信号ベクトルに乗算することで、上記受信信号ベクトルに含まれている第ｋの散乱波以外の散乱波を干渉波として抑圧する干渉波抑圧部と、
   上記干渉波抑圧部による干渉波抑圧後の受信信号ベクトルからパルス圧縮後の受信信号ベクトルを算出するパルス圧縮後信号算出部と
   から構成されていることを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
4. パルス圧縮手段は、散乱波情報として、干渉源である目標を追尾することで得られた上記目標までの距離の予測値及び上記目標の速度の予測値と、各予測値の予測精度とを取得することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
5. パルス圧縮手段は、散乱波情報として、クラッタマップから干渉源であるクラッタまでの距離を取得することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
6. パルス圧縮手段は、散乱波情報として、合成開口レーダ画像から干渉源までの距離を取得することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
7. パルス圧縮手段は、散乱波情報として、光学画像から干渉源までの距離を取得することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
8. パルス圧縮手段は、散乱波情報として、地図情報から干渉源までの距離を取得することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
9. パルス圧縮手段は、ユーザにより設定された散乱波情報を取得することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。

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