JP3672778B2 - レーダ装置及びそのコヒーレント積分方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、移動する物体あるいは大気などを観測し、その速度を計測するレーダ装置及びそのコヒーレント積分方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のレーダ装置は、光波あるいは電波などの電磁波を搬送波(キャリア)とし、測距（レンジング）のためにパルス変調された信号を送信する。そして、測定の対象となる距離に相当する遅延時間をおいて観測対象によって反射された電磁波を受信する。パルス幅に等しい時間の受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ:Fast Fourier Transform）することにより、ドップラー周波数ごとに信号を積分するとともに観測対象の移動速度を計測する。このため信号対雑音電力比を改善するための積分時間は送信パルス幅で制限されていた。パルス幅を拡大した場合でも、観測対象の速度が時間の経過とともに徐々に変動するため、コヒーレント積分による十分な信号対雑音電力比の改善効果を得ることが困難であった。
【０００３】
従来のこの種のコヒーレントレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図６は、例えば米国特許公報第５２３７３３１号に示された従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【０００４】
図６において、１は送受信機、２はＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換手段、３は観測対象の距離に応じた遅延時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段、４は同一レンジで観測されたパルス幅内の受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）することにより、ドップラー周波数ごとに信号を積分するとともに観測対象の移動速度を計測するドップラーＦＦＴ手段、５は送信パルス毎に得られた受信信号から上記の一連の処理によって得られたＦＦＴ結果を周波数毎にインコヒーレント積分（ＰＤＩ：Post Detection Integration）するＰＤＩ手段である。
【０００５】
つぎに、上記従来のレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図７は、図６に示すレーダ装置の送受信動作を示すタイミングチャートである。
【０００６】
図７に示すように、このレーダ装置は、パルス幅τ、パルス間隔τPRIでパルス変調された電磁波を繰返し送信する。送受信機１では、受信信号を位相検波し、Ａ／Ｄ変換手段２によって受信信号をサンプリング間隔τSでディジタル信号に変換する。そして、観測対象の距離に応じた遅延時間τdをおいてパルス幅τ相当時間の受信信号をレンジゲート手段３により抽出する。この動作を送信パルス数に一致する回数分繰り返す。このとき、ディジタル化された受信信号は、パルス幅内のサンプル番号ｍとパルス番号ｎを用いて、次の式（１）で表現することができる。
【０００７】
【数１】
【０００８】
この受信信号Ｓτ d（ｎ，ｍ）は、ドップラーＦＦＴ手段４によりドップラースペクトルＳτ d（ｎ，ｌ）に変換される。Ｓτ d（ｎ，ｌ）は式（２）で与えられる。ここに、ｌ＝０,１,２,…,２Ｍ−１は、ＦＦＴのフィルタ番号すなわちドップラー周波数成分の番号を表す。ＦＦＴでは、時間軸上のサンプル数と周波数軸上のサンプル数は、それぞれ２Ｍ−１となり一致する。
【０００９】
【数２】
【００１０】
パルスヒット毎に求めたドップラースペクトルＳτ d（ｎ，ｌ）は、式（３）に示すように２乗検波により電力に変換され、同一ドップラー周波数成分毎にパルスヒット数分加算すなわちＰＤＩされる。
【００１１】
【数３】
【００１２】
一般に、上記のように２乗検波して加算するＰＤＩ処理よりも、求めたドップラースペクトルＳτ d（ｎ，ｌ）の各周波数成分ｌ毎にパルスヒット数分を複素数のまま位相を揃えてコヒーレントに加算する方が信号対雑音電力比の改善効果は高い。しかし、パルス幅と比較してパルス間隔は、数１０倍から数１００倍広いため、この間の目標の速度変動による位相の乱れによってコヒーレント積分が困難となる。このため、従来この種のレーダ装置では上記のとおり、パルス幅内でのコヒーレント積分とパルス間でのインコヒーレント積分（ＰＤＩ）が行われている。
【００１３】
以上述べたように、従来のこの種のレーダ装置では、受信信号をＦＦＴによりコヒーレント積分する際、目標の移動速度の変化によるドップラー周波数の変化を補償する機構、手段を備えていないため、積分時間が短く制限され十分な信号対雑音電力比の改善効果が得られなかった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来のレーダ装置では、観測対象の物体あるいは大気などの速度変動によって、コヒーレント積分時間が制限され、例え長時間に渡ってコヒーレント積分を実施しても十分な信号対雑音電力比の改善効果が得られないという問題点があった。
【００１５】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、観測対象の速度変動がパルス幅内では短時間であるためその影響が小さく、パルス間ではその速度変動によって受信信号の位相が乱れ、複数のパルス間でのコヒーレント積分が困難な観測対象について、信号対雑音電力比を十分に改善することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るレーダ装置は、所定のパルス幅、及びパルス間隔でパルス変調された電磁波を繰返し送信するとともに、観測対象に反射された受信信号を位相検波する送受信機と、前記受信信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記観測対象の距離に応じた遅延時間をおいて前記所定のパルス幅相当時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段と、同一距離における観測対象からの受信信号を２組のデータに分割するデータ分割手段と、前記分割された２組のデータの一方を高速フーリエ変換する第１のドップラーＦＦＴ手段と、前記分割された２組のデータの他方を高速フーリエ変換する第２のドップラーＦＦＴ手段と、前記第２のドップラーＦＦＴ手段の出力の複素共役をとる複素共役手段と、前記第１のドップラーＦＦＴ手段の出力と前記複素共役手段の出力についてそれぞれ同一のドップラー周波数成分毎に複素乗算を行う複素乗算手段と、前記観測及び処理を複数回繰り返し、得られた複素乗算結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント加算する複素加算手段とを備えたものである。
【００１７】
この発明の請求項２に係るレーダ装置は、前記データ分割手段が、前記レンジゲート手段から出力される受信信号を偶数番目のデータと奇数番目のデータの２組に分割する切り替えスイッチと、前記偶数番目又は奇数番目のデータを格納する第１のメモリと、前記奇数番目又は偶数番目のデータを格納する第２のメモリとを有し、前記第１のドップラーＦＦＴ手段は、前記第１のメモリに格納されたデータを高速フーリエ変換し、前記第２のドップラーＦＦＴ手段は、前記第２のメモリに格納されたデータを高速フーリエ変換するものである。
【００１８】
この発明の請求項３に係るレーダ装置は、前記データ分割手段が、前記レンジゲート手段から出力される信号を観測時間の前半と後半の２組のデータに分割する切り替えスイッチであり、前記前半のデータを高速フーリエ変換する前記第１のドップラーＦＦＴ手段の出力と、前記後半のデータを高速フーリエ変換する前記第２のドップラーＦＦＴ手段の出力の同期をとるために前記第１のドップラーＦＦＴ手段の後段に設けられた遅延手段をさらに備えたものである。
【００１９】
この発明の請求項４に係るレーダ装置は、所定のパルス幅、及びパルス間隔でパルス変調された電磁波を繰返し送信するとともに、観測対象に反射された受信信号を位相検波する送受信機と、前記受信信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記観測対象の距離に応じた遅延時間をおいて前記所定のパルス幅相当時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段と、前記レンジゲート手段から出力される信号を観測時間の前半と後半の２組のデータを時分割で高速フーリエ変換するドップラーＦＦＴ手段と、前記前半のデータのＦＦＴ処理結果の出力を前記後半のデータのＦＦＴ処理結果と同期させる遅延手段と、前記ドップラーＦＦＴ手段の出力の複素共役をとる複素共役手段と、前記遅延手段の出力と前記複素共役手段の出力についてそれぞれ同一のドップラー周波数成分毎に複素乗算を行う複素乗算手段と、前記観測及び処理を複数回繰り返し、得られた複素乗算結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント加算する複素加算手段とを備えたものである。
【００２１】
この発明の請求項５に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、受信信号データから送信パルス毎に１つのパルス内でサンプルされた受信信号を抽出するステップと、この抽出された１パルスヒット分の受信信号データを２組のデータに分割するステップと、前記分割された２組の受信信号データの各々を高速フーリエ変換するステップと、２つのＦＦＴ処理結果の内の一方についてその複素共役演算を行うステップと、前記２つのＦＦＴ処理結果の内の他方のＦＦＴ処理結果と前記複素共役演算した結果の複素乗算を行うステップと、前記複素乗算までの処理を任意の数の送信パルスについて繰り返し実行し、得られた複素乗算結果を同一のドップラー周波数成分毎に複素加算するステップとを含むものである。
【００２２】
この発明の請求項６に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、前記分割するステップが、前記抽出された１パルスヒット分の受信信号データ毎に偶数番目のデータと奇数番目のデータに分割するものである。
【００２３】
この発明の請求項７に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、前記分割するステップが、前記抽出された１パルスヒット分の受信信号データをパルス幅の前半と後半の２組のデータに分割し、前記高速フーリエ変換した前半のデータと、前記高速フーリエ変換した後半のデータの同期をとるために前記高速フーリエ変換した前半のデータを所定時間だけ遅延するステップをさらに含むものである。
【００２４】
この発明の請求項８に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、受信信号データから送信パルス毎に１つのパルス内でサンプルされた受信信号を抽出するステップと、前記抽出された受信信号を観測時間の前半と後半の２組のデータを時分割で高速フーリエ変換するステップと、前記高速フーリエ変換した前半のデータと、前記高速フーリエ変換した後半のデータの同期をとるために前記高速フーリエ変換した前半のデータを所定時間だけ遅延するステップと、２つのＦＦＴ処理結果の内の一方についてその複素共役演算を行うステップと、前記２つのＦＦＴ処理結果の内の他方のＦＦＴ処理結果と前記複素共役演算した結果の複素乗算を行うステップと、前記複素乗算までの処理を任意の数の送信パルスについて繰り返し実行し、得られた複素乗算結果を同一のドップラー周波数成分毎に複素加算するステップとを含むものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２７】
図１において、１は光波あるいは電波などの電磁波を搬送波(キャリア)とし、測距（レンジング）のためにパルス変調された信号を送受信する送受信機、２はＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換手段、３は観測対象の距離に応じた遅延時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段、４ａ及び４ｂは同一レンジで観測されたパルス幅内の受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）することにより、ドップラー周波数ごとに信号を積分するとともに観測対象の移動速度を計測するドップラーＦＦＴ手段、６は受信信号を２組のデータに分割するデータ分割手段、７はドップラーＦＦＴ手段４ｂの出力信号の複素共役を求める複素共役手段、８はＦＦＴ手段４ａの出力信号と複素共役手段７の出力信号の複素乗算を行う複素乗算手段、９は複素乗算手段８の出力信号をコヒーレント加算する複素加算手段である。なお、複素乗算手段８は、同一のドップラー周波数毎に複素乗算を行う。
【００２８】
つぎに、この実施の形態１に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
この装置の送受信タイミングは図７に示すように、従来の装置と同じようにパルス幅τ、パルス間隔τPRIで繰返し送信する。送受信機１では、受信信号を位相検波し、Ａ／Ｄ変換手段２によって受信信号をディジタル信号に変換する。観測対象の距離に応じた遅延時間τdをおいてパルス幅τ相当時間の受信信号をレンジゲート手段３により抽出する。
【００３０】
新たに追加されたデータ分割手段６は、レンジゲート手段３から出力されるパルス幅τ相当時間の受信信号を２組のデータに分割する。
【００３１】
そして、分割されたデータはそれぞれ、ドップラーＦＦＴ手段４ａ及び４ｂによって受信信号のドップラースペクトルに変換される。このドップラーＦＦＴ手段４ａ及び４ｂにより求められるドップラースペクトルは、受信信号をドップラー周波数毎に分解し、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント積分されたものである。
【００３２】
複素共役手段７は、ドップラーＦＦＴ手段４ｂの出力信号（ドップラースペクトル）の複素共役を求める。複素乗算手段８では、複素共役手段７の出力信号とドップラーＦＦＴ手段４ａの出力信号の複素乗算を同一のドップラー周波数成分毎に行う。この２つのドップラースペクトルの複素共役および複素乗算によって、ドップラースペクトルの各周波数成分の位相は、観測対象の速度にかかわらず全てのパルスヒット毎に一定値を取る。
【００３３】
したがって、上記の観測および処理を複数回繰り返し、得られた結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分について複素加算手段９により複素加算するだけで受信信号をパルスヒット数分コヒーレントに積分できる。
【００３４】
実施の形態１に係るレーダ装置では、受信信号を２組のデータに分割し、それぞれのドップラースペクトルを求め、一方のドップラースペクトルの複素共役結果ともう一方のドップラースペクトルの複素乗算を行うように装置を構成したので、観測対象の速度にかかわらず、観測および処理を複数回繰り返し、得られた結果を繰り返し回数分複素加算するだけで受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレントに積分でき、十分な信号対雑音電力比の改善効果が得られるという効果がある。
【００３５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００３６】
図２において、１０はレンジゲート手段３から出力される受信信号に番号をつけ、その番号が偶数のデータと奇数のデータの２組に分かれるように切り替える切り替えスイッチ、１１ａ及びｂは切り替えスイッチ１０から出力される偶数番目のデータと奇数番目のデータをそれぞれ格納するメモリである。なお、上記実施の形態１および従来装置と同一部分には、同一符号を付し説明を省く。
【００３７】
つぎに、この実施の形態２に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
新たに追加された切り替えスイッチ１０は、レンジゲート手段３から出力される受信信号Ｓτ d（ｎ，ｍ）（式（１））にサンプルされた順番に番号を付け、その番号が偶数のデータＳeven τ d（ｎ，ｋ）と奇数のデータＳodd τ d（ｎ，ｋ）の２組のデータ（式（４）、式（５））に分割する。
【００３９】
【数４】
【００４０】
この２組の受信信号Ｓeven τ d（ｎ，ｋ）とＳodd τ d（ｎ，ｋ）を生成するために、切り替えスイッチ１０は、サンプル毎に図中のレンジゲート手段３と上下２つのメモリ１１ａ及びｂとの接続を切り替える。各メモリに偶数番目のデータと奇数番目のデータが揃ったら、それぞれドップラーＦＦＴ手段４ａ及びｂにより次の式（６）及び（７）に示すとおりドップラースペクトルＳeven τ d（ｎ，ｌ）およびＳodd τ d（ｎ，ｌ）に変換される。なお、メモリ１１ａ及びｂに偶数番目及び奇数番目のデータをそれぞれ格納しているが、メモリ１１ａ及びｂに奇数番目及び偶数番目のデータをそれぞれ格納してもよい。
【００４１】
【数５】
【００４２】
このドップラーＦＦＴ手段４ａ及びｂにより求められるドップラースペクトルＳeven τ d（ｎ，ｌ）およびＳodd τ d（ｎ，ｌ）は、受信信号をドップラー周波数ｌ毎に分解し、同一のドップラー周波数成分ｌについてパルス内のサンプルデータをコヒーレント積分したものである。複素共役手段７は、ドップラーＦＦＴ手段４ｂの出力信号Ｓodd τ d（ｎ，ｌ）（ドップラースペクトル）の複素共役Ｓodd τ d（ｎ，ｌ）*を求める。複素乗算手段８では、複素共役手段７の出力信号Ｓodd τ d（ｎ，ｌ）*とドップラーＦＦＴ手段４ａの出力信号Ｓeven τ d（ｎ，ｌ）の複素乗算を式（８）に示すように、同一のドップラー周波数成分（ｌ＝０,１,２,…,Ｍ−１）毎に全パルスヒット分（ｎ＝０,１,２,…,Ｎ−１）のドップラースペクトルについて行う。
【００４３】
【数６】
【００４４】
式（８）によって得られた結果Ｓ（ｎ，ｌ）の各周波数成分の位相は、観測対象の速度にかかわらず全てのパルスヒットについて一定値を取る。したがって、上記のように観測および処理をＮ回のパルスヒットについて繰り返し、得られた結果をＮ回分、式（９）のとおり同一のドップラー周波数成分について複素加算手段９により複素加算するだけで、受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレントに積分できる。
【００４５】
【数７】
【００４６】
以上述べたとおり、実施の形態２に係るレーダ装置では、受信信号データを２組のデータに分割する際、偶数番目のデータと奇数番目のデータとに分割したので、２つのデータの観測時間差が実行可能なデータ分割方法の中で最も短いため、観測対象の速度変化に対するコヒーレント積分効果が最も高い。
【００４７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００４８】
図３において、新たに付加された１２は、前半のデータを高速フーリエ変換するドップラーＦＦＴ手段４ａの出力と、後半のデータを高速フーリエ変換するドップラーＦＦＴ手段４ｂの出力の同期をとるために前半のデータのドップラーＦＦＴ手段４ａの後段に設けられた遅延手段である。なお、上記の実施の形態１、２および従来装置と同一部分には、同一符号を付し説明を省く。
【００４９】
以下、図３を参照して実施の形態３の動作を説明する。
【００５０】
本実施の形態３に係るレーダ装置では、切り替えスイッチ１０によって、レンジゲート手段３から出力されるパルス幅τ相当時間の受信信号を観測時間の前半と後半の２組のデータに分割する。分割された受信信号データは次の式（１０）及び（１１）で、与えられる。
【００５１】
【数８】
【００５２】
分割された２つのデータの内、前半のデータＳformer τ d（ｎ，ｋ）は、図中上段のドップラーＦＦＴ手段４ａで、後半のデータＳlatter τ d（ｎ，ｋ）は図中下段のドップラーＦＦＴ手段４ｂでそれぞれ高速フーリエ変換され、ドップラー周波数毎に分解し、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント積分される。この積分結果は、それぞれ次の式（１２）及び（１３）となる。
【００５３】
【数９】
【００５４】
前半のデータのＦＦＴ結果Ｓformer τ d（ｎ，ｌ）は、遅延手段１２によって後半のＦＦＴ結果Ｓlatter τ d（ｎ，ｌ）の出力との同期がとられる。そして、２つの結果が揃った時点で、複素共役および複素乗算が次の式（１４）のとおり実施される。
【００５５】
【数１０】
【００５６】
式（１４）によるドップラースペクトルの複素共役および複素乗算によって得られた結果Ｓ（ｎ，ｌ）について、上記実施の形態２の場合と同様に式（９）に示した複素加算処理を行うことによって、受信信号をパルス内およびパルスヒット間の両方についてコヒーレントに積分できる。
【００５７】
以上述べたように、この実施の形態３に係るレーダ装置では、受信信号データの分割を観測時間の前半と後半とに分割したので、データ分割の際にメモリを必要とせず装置を安価に構成できる。
【００５８】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００５９】
図４において、上記の実施の形態１〜３および従来装置と同一部分には、同一符号を付し説明を省く。
【００６０】
上記の実施の形態１〜３に係るレーダ装置では、レンジゲート手段３から出力されるパルス幅τ相当時間の受信信号を２組のデータに分割する。したがって、これらの分割された２組のデータを高速フーリエ変換するために、２つのドップラーＦＦＴ手段４ａ及びｂを備えていた。
【００６１】
この実施の形態４に係るレーダ装置では、受信信号データの分割が時間軸上の前半と後半とで実施されることに着目し、２Ｍ個の受信信号の前半のＭ個と後半のＭ個について、逐次的にＦＦＴ処理することで、ドップラーＦＦＴ手段を１つに減らすことがでる。さらに、レンジゲート手段３と２つのドップラーＦＦＴ手段４ａ及びｂとの接続を切り替えていた切り替えスイッチ１０も削減できる。
【００６２】
以上述べたように、この実施の形態４に係るレーダ装置では、２つのドップラーＦＦＴ手段４ａ及びｂの内の１つと、切り替えスイッチ１０を削減したので、装置を安価に構成できる。
【００６３】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００６４】
図５において、１３は初期位相補償手段である。なお、上記の実施形態１〜４および従来装置と同一部分には、同一符号を付し説明を省く。
【００６５】
この実施の形態５に係るレーダ装置は、上記各実施の形態に係るレーダ装置と同様に、パルス幅τ、パルス間隔τPRIで繰返し送信する。送受信機１では、受信信号を位相検波し、Ａ／Ｄ変換手段２によって受信信号をサンプリング間隔τSでディジタル信号に変換する。そして、観測対象の距離に応じた遅延時間τdをおいてパルス幅τ相当時間の受信信号をレンジゲート手段３により抽出する。このとき、ディジタル化された受信信号は、パルス幅内のサンプル番号ｍとパルス番号ｎを用いて、式（１）で表現することができる。
【００６６】
【数１１】
【００６７】
この受信信号Ｓτ d（ｎ，ｍ）は、まず初期位相補償手段１３に入力され、次の式（１５）の演算によって各受信パルス毎の受信信号の初期位相が０となるように補償される。
【００６８】
【数１２】
【００６９】
位相補償後の受信信号Ｓcomp τ d（ｎ，ｍ）は、式（１６）に示すようにドップラーＦＦＴ手段４によって、高速フーリエ変換されて、ドップラー周波数毎に分解され同一のドップラー周波数成分についてパルス内のサンプル点数（２Ｍ）分コヒーレント積分される。
【００７０】
【数１３】
【００７１】
位相補償後の受信信号Ｓcomp τ d（ｎ，ｍ）から式（１６）で求められるパルスヒット毎のドップラースペクトルＳτ d（ｎ，ｌ）は、全てのパルスヒットで目標の速度にかかわらず一定の位相となる。したがって、このスペクトルＳτ d（ｎ，ｌ）を受信したＮ個のパルスについて繰り返し求め、下記の式（１７）に示すように、同一のドップラー周波数成分について複素加算手段９により複素加算すると受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレントに積分できる。なお、式（１７）において、ｎ＝０〜Ｎ−１、ｌ＝０,１,２,…,２Ｍ−１である。
【００７２】
Ｓout（ｌ）＝ΣＳτ d（ｎ，ｌ） （１７）
【００７３】
以上述べたように、この実施の形態５に係るレーダ装置では、従来から用いられているこの種のレーダ装置に、初期位相補償手段１３の追加と、従来のＰＤＩに代えて複素加算手段９を追加するだけで、安価に受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレント積分可能なレーダ装置を構成できる。
【００７４】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、所定のパルス幅、及びパルス間隔でパルス変調された電磁波を繰返し送信するとともに、観測対象に反射された受信信号を位相検波する送受信機と、前記受信信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記観測対象の距離に応じた遅延時間をおいて前記所定のパルス幅相当時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段と、同一距離における観測対象からの受信信号を２組のデータに分割するデータ分割手段と、前記分割された２組のデータの一方を高速フーリエ変換する第１のドップラーＦＦＴ手段と、前記分割された２組のデータの他方を高速フーリエ変換する第２のドップラーＦＦＴ手段と、前記第２のドップラーＦＦＴ手段の出力の複素共役をとる複素共役手段と、前記第１のドップラーＦＦＴ手段の出力と前記複素共役手段の出力についてそれぞれ同一のドップラー周波数成分毎に複素乗算を行う複素乗算手段と、前記観測及び処理を複数回繰り返し、得られた複素乗算結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント加算する複素加算手段とを備えたので、受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレントに積分でき、信号対雑音電力比を十分改善することができるという効果を奏する。
【００７５】
この発明の請求項２に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記データ分割手段が、前記レンジゲート手段から出力される受信信号を偶数番目のデータと奇数番目のデータの２組に分割する切り替えスイッチと、前記偶数番目又は奇数番目のデータを格納する第１のメモリと、前記奇数番目又は偶数番目のデータを格納する第２のメモリとを有し、前記第１のドップラーＦＦＴ手段は、前記第１のメモリに格納されたデータを高速フーリエ変換し、前記第２のドップラーＦＦＴ手段は、前記第２のメモリに格納されたデータを高速フーリエ変換するので、、２つのデータの観測時間差が実行可能なデータ分割方法の中で最も短いため、観測対象の速度変化に対するコヒーレント積分効果が最も高いという効果を奏する。
【００７６】
この発明の請求項３に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記データ分割手段が、前記レンジゲート手段から出力される信号を観測時間の前半と後半の２組のデータに分割する切り替えスイッチであり、前記前半のデータを高速フーリエ変換する前記第１のドップラーＦＦＴ手段の出力と、前記後半のデータを高速フーリエ変換する前記第２のドップラーＦＦＴ手段の出力の同期をとるために前記第１のドップラーＦＦＴ手段の後段に設けられた遅延手段をさらに備えたので、データ分割の際にメモリを必要とせず装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【００７７】
この発明の請求項４に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、所定のパルス幅、及びパルス間隔でパルス変調された電磁波を繰返し送信するとともに、観測対象に反射された受信信号を位相検波する送受信機と、前記受信信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記観測対象の距離に応じた遅延時間をおいて前記所定のパルス幅相当時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段と、前記レンジゲート手段から出力される信号を観測時間の前半と後半の２組のデータを時分割で高速フーリエ変換するドップラーＦＦＴ手段と、前記前半のデータのＦＦＴ処理結果の出力を前記後半のデータのＦＦＴ処理結果と同期させる遅延手段と、前記ドップラーＦＦＴ手段の出力の複素共役をとる複素共役手段と、前記遅延手段の出力と前記複素共役手段の出力についてそれぞれ同一のドップラー周波数成分毎に複素乗算を行う複素乗算手段と、前記観測及び処理を複数回繰り返し、得られた複素乗算結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント加算する複素加算手段とを備えたので、２つのドップラーＦＦＴ手段の内１つと切り替えスイッチを削減でき、装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【００７９】
この発明の請求項５に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、以上説明したとおり、受信信号データから送信パルス毎に１つのパルス内でサンプルされた受信信号を抽出するステップと、この抽出された１パルスヒット分の受信信号データを２組のデータに分割するステップと、前記分割された２組の受信信号データの各々を高速フーリエ変換するステップと、２つのＦＦＴ処理結果の内の一方についてその複素共役演算を行うステップと、前記２つのＦＦＴ処理結果の内の他方のＦＦＴ処理結果と前記複素共役演算した結果の複素乗算を行うステップと、前記複素乗算までの処理を任意の数の送信パルスについて繰り返し実行し、得られた複素乗算結果を同一のドップラー周波数成分毎に複素加算するステップとを含むので、受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレントに積分でき、信号対雑音電力比を十分改善することができるという効果を奏する。
【００８０】
この発明の請求項６に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、以上説明したとおり、前記分割するステップが、前記抽出された１パルスヒット分の受信信号データ毎に偶数番目のデータと奇数番目のデータに分割するので、２つのデータの観測時間差が実行可能なデータ分割方法の中で最も短いため、観測対象の速度変化に対するコヒーレント積分効果が最も高いという効果を奏する。
【００８１】
この発明の請求項７に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、以上説明したとおり、前記分割するステップが、前記抽出された１パルスヒット分の受信信号データをパルス幅の前半と後半の２組のデータに分割し、前記高速フーリエ変換した前半のデータと、前記高速フーリエ変換した後半のデータの同期をとるために前記高速フーリエ変換した前半のデータを所定時間だけ遅延するステップをさらに含むので、データ分割の際にメモリを必要とせず装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【００８２】
この発明の請求項８に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、以上説明したとおり、受信信号データから送信パルス毎に１つのパルス内でサンプルされた受信信号を抽出するステップと、前記抽出された受信信号を観測時間の前半と後半の２組のデータを時分割で高速フーリエ変換するステップと、前記高速フーリエ変換した前半のデータと、前記高速フーリエ変換した後半のデータの同期をとるために前記高速フーリエ変換した前半のデータを所定時間だけ遅延するステップと、２つのＦＦＴ処理結果の内の一方についてその複素共役演算を行うステップと、前記２つのＦＦＴ処理結果の内の他方のＦＦＴ処理結果と前記複素共役演算した結果の複素乗算を行うステップと、前記複素乗算までの処理を任意の数の送信パルスについて繰り返し実行し、得られた複素乗算結果を同一のドップラー周波数成分毎に複素加算するステップとを含むので、装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】 従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 従来のレーダ装置の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 送受信機、２ Ａ／Ｄ変換手段、３ レンジゲート手段、４、４ａ、４ｂドップラーＦＦＴ手段、６ データ分割手段、７ 複素共役手段、８ 複素乗算手段、９ 複素加算手段、１０ 切り替えスイッチ、１１ａ、１１ｂ メモリ、１２ 遅延手段、１３ 初期位相補償手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、移動する物体あるいは大気などを観測し、その速度を計測するレーダ装置及びそのコヒーレント積分方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のレーダ装置は、光波あるいは電波などの電磁波を搬送波(キャリア)とし、測距（レンジング）のためにパルス変調された信号を送信する。そして、測定の対象となる距離に相当する遅延時間をおいて観測対象によって反射された電磁波を受信する。パルス幅に等しい時間の受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ:Fast Fourier Transform）することにより、ドップラー周波数ごとに信号を積分するとともに観測対象の移動速度を計測する。このため信号対雑音電力比を改善するための積分時間は送信パルス幅で制限されていた。パルス幅を拡大した場合でも、観測対象の速度が時間の経過とともに徐々に変動するため、コヒーレント積分による十分な信号対雑音電力比の改善効果を得ることが困難であった。
【０００３】
従来のこの種のコヒーレントレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図６は、例えば米国特許公報第５２３７３３１号に示された従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【０００４】
図６において、１は送受信機、２はＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換手段、３は観測対象の距離に応じた遅延時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段、４は同一レンジで観測されたパルス幅内の受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）することにより、ドップラー周波数ごとに信号を積分するとともに観測対象の移動速度を計測するドップラーＦＦＴ手段、５は送信パルス毎に得られた受信信号から上記の一連の処理によって得られたＦＦＴ結果を周波数毎にインコヒーレント積分（ＰＤＩ：Post Detection Integration）するＰＤＩ手段である。
【０００５】
つぎに、上記従来のレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図７は、図６に示すレーダ装置の送受信動作を示すタイミングチャートである。
【０００６】
図７に示すように、このレーダ装置は、パルス幅τ、パルス間隔τPRIでパルス変調された電磁波を繰返し送信する。送受信機１では、受信信号を位相検波し、Ａ／Ｄ変換手段２によって受信信号をサンプリング間隔τSでディジタル信号に変換する。そして、観測対象の距離に応じた遅延時間τdをおいてパルス幅τ相当時間の受信信号をレンジゲート手段３により抽出する。この動作を送信パルス数に一致する回数分繰り返す。このとき、ディジタル化された受信信号は、パルス幅内のサンプル番号ｍとパルス番号ｎを用いて、次の式（１）で表現することができる。
【０００７】
【数１】
この受信信号Ｓτ d（ｎ，ｍ）は、ドップラーＦＦＴ手段４によりドップラースペクトルＳτ d（ｎ，ｌ）に変換される。Ｓτ d（ｎ，ｌ）は式（２）で与えられる。ここに、ｌ＝０,１,２,…,２Ｍ−１は、ＦＦＴのフィルタ番号すなわちドップラー周波数成分の番号を表す。ＦＦＴでは、時間軸上のサンプル数と周波数軸上のサンプル数は、それぞれ２Ｍ−１となり一致する。
【０００９】
【数２】
パルスヒット毎に求めたドップラースペクトルＳτ d（ｎ，ｌ）は、式（３）に示すように２乗検波により電力に変換され、同一ドップラー周波数成分毎にパルスヒット数分加算すなわちＰＤＩされる。
【００１１】
【数３】
一般に、上記のように２乗検波して加算するＰＤＩ処理よりも、求めたドップラースペクトルＳτ d（ｎ，ｌ）の各周波数成分ｌ毎にパルスヒット数分を複素数のまま位相を揃えてコヒーレントに加算する方が信号対雑音電力比の改善効果は高い。しかし、パルス幅と比較してパルス間隔は、数１０倍から数１００倍広いため、この間の目標の速度変動による位相の乱れによってコヒーレント積分が困難となる。このため、従来この種のレーダ装置では上記のとおり、パルス幅内でのコヒーレント積分とパルス間でのインコヒーレント積分（ＰＤＩ）が行われている。
【００１３】
以上述べたように、従来のこの種のレーダ装置では、受信信号をＦＦＴによりコヒーレント積分する際、目標の移動速度の変化によるドップラー周波数の変化を補償する機構、手段を備えていないため、積分時間が短く制限され十分な信号対雑音電力比の改善効果が得られなかった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来のレーダ装置では、観測対象の物体あるいは大気などの速度変動によって、コヒーレント積分時間が制限され、例え長時間に渡ってコヒーレント積分を実施しても十分な信号対雑音電力比の改善効果が得られないという問題点があった。
【００１５】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、観測対象の速度変動がパルス幅内では短時間であるためその影響が小さく、パルス間ではその速度変動によって受信信号の位相が乱れ、複数のパルス間でのコヒーレント積分が困難な観測対象について、信号対雑音電力比を十分に改善することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るレーダ装置は、所定のパルス幅、及びパルス間隔でパルス変調された電磁波を繰返し送信するとともに、観測対象に反射された受信信号を位相検波する送受信機と、前記受信信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記観測対象の距離に応じた遅延時間をおいて前記所定のパルス幅相当時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段と、同一距離における観測対象からの受信信号を２組のデータに分割するデータ分割手段と、前記分割された２組のデータの一方を高速フーリエ変換する第１のドップラーＦＦＴ手段と、前記分割された２組のデータの他方を高速フーリエ変換する第２のドップラーＦＦＴ手段と、前記第２のドップラーＦＦＴ手段の出力の複素共役をとる複素共役手段と、前記第１のドップラーＦＦＴ手段の出力と前記複素共役手段の出力についてそれぞれ同一のドップラー周波数成分毎に複素乗算を行う複素乗算手段と、前記観測及び処理を複数回繰り返し、得られた複素乗算結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント加算する複素加算手段とを備えたものである。
【００１７】
この発明の請求項２に係るレーダ装置は、前記データ分割手段が、前記レンジゲート手段から出力される受信信号を偶数番目のデータと奇数番目のデータの２組に分割する切り替えスイッチと、前記偶数番目又は奇数番目のデータを格納する第１のメモリと、前記奇数番目又は偶数番目のデータを格納する第２のメモリとを有し、前記第１のドップラーＦＦＴ手段は、前記第１のメモリに格納されたデータを高速フーリエ変換し、前記第２のドップラーＦＦＴ手段は、前記第２のメモリに格納されたデータを高速フーリエ変換するものである。
【００１８】
この発明の請求項３に係るレーダ装置は、前記データ分割手段が、前記レンジゲート手段から出力される信号を観測時間の前半と後半の２組のデータに分割する切り替えスイッチであり、前記前半のデータを高速フーリエ変換する前記第１のドップラーＦＦＴ手段の出力と、前記後半のデータを高速フーリエ変換する前記第２のドップラーＦＦＴ手段の出力の同期をとるために前記第１のドップラーＦＦＴ手段の後段に設けられた遅延手段をさらに備えたものである。
【００１９】
この発明の請求項４に係るレーダ装置は、所定のパルス幅、及びパルス間隔でパルス変調された電磁波を繰返し送信するとともに、観測対象に反射された受信信号を位相検波する送受信機と、前記受信信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記観測対象の距離に応じた遅延時間をおいて前記所定のパルス幅相当時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段と、前記レンジゲート手段から出力される信号を観測時間の前半と後半の２組のデータを時分割で高速フーリエ変換するドップラーＦＦＴ手段と、前記前半のデータのＦＦＴ処理結果の出力を前記後半のデータのＦＦＴ処理結果と同期させる遅延手段と、前記ドップラーＦＦＴ手段の出力の複素共役をとる複素共役手段と、前記遅延手段の出力と前記複素共役手段の出力についてそれぞれ同一のドップラー周波数成分毎に複素乗算を行う複素乗算手段と、前記観測及び処理を複数回繰り返し、得られた複素乗算結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント加算する複素加算手段とを備えたものである。
【００２１】
この発明の請求項５に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、受信信号データから送信パルス毎に１つのパルス内でサンプルされた受信信号を抽出するステップと、この抽出された１パルスヒット分の受信信号データを２組のデータに分割するステップと、前記分割された２組の受信信号データの各々を高速フーリエ変換するステップと、２つのＦＦＴ処理結果の内の一方についてその複素共役演算を行うステップと、前記２つのＦＦＴ処理結果の内の他方のＦＦＴ処理結果と前記複素共役演算した結果の複素乗算を行うステップと、前記複素乗算までの処理を任意の数の送信パルスについて繰り返し実行し、得られた複素乗算結果を同一のドップラー周波数成分毎に複素加算するステップとを含むものである。
【００２２】
この発明の請求項６に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、前記分割するステップが、前記抽出された１パルスヒット分の受信信号データ毎に偶数番目のデータと奇数番目のデータに分割するものである。
【００２３】
この発明の請求項７に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、前記分割するステップが、前記抽出された１パルスヒット分の受信信号データをパルス幅の前半と後半の２組のデータに分割し、前記高速フーリエ変換した前半のデータと、前記高速フーリエ変換した後半のデータの同期をとるために前記高速フーリエ変換した前半のデータを所定時間だけ遅延するステップをさらに含むものである。
【００２４】
この発明の請求項８に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、受信信号データから送信パルス毎に１つのパルス内でサンプルされた受信信号を抽出するステップと、前記抽出された受信信号を観測時間の前半と後半の２組のデータを時分割で高速フーリエ変換するステップと、前記高速フーリエ変換した前半のデータと、前記高速フーリエ変換した後半のデータの同期をとるために前記高速フーリエ変換した前半のデータを所定時間だけ遅延するステップと、２つのＦＦＴ処理結果の内の一方についてその複素共役演算を行うステップと、前記２つのＦＦＴ処理結果の内の他方のＦＦＴ処理結果と前記複素共役演算した結果の複素乗算を行うステップと、前記複素乗算までの処理を任意の数の送信パルスについて繰り返し実行し、得られた複素乗算結果を同一のドップラー周波数成分毎に複素加算するステップとを含むものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２７】
図１において、１は光波あるいは電波などの電磁波を搬送波(キャリア)とし、測距（レンジング）のためにパルス変調された信号を送受信する送受信機、２はＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換手段、３は観測対象の距離に応じた遅延時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段、４ａ及び４ｂは同一レンジで観測されたパルス幅内の受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）することにより、ドップラー周波数ごとに信号を積分するとともに観測対象の移動速度を計測するドップラーＦＦＴ手段、６は受信信号を２組のデータに分割するデータ分割手段、７はドップラーＦＦＴ手段４ｂの出力信号の複素共役を求める複素共役手段、８はＦＦＴ手段４ａの出力信号と複素共役手段７の出力信号の複素乗算を行う複素乗算手段、９は複素乗算手段８の出力信号をコヒーレント加算する複素加算手段である。なお、複素乗算手段８は、同一のドップラー周波数毎に複素乗算を行う。
【００２８】
つぎに、この実施の形態１に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
この装置の送受信タイミングは図７に示すように、従来の装置と同じようにパルス幅τ、パルス間隔τPRIで繰返し送信する。送受信機１では、受信信号を位相検波し、Ａ／Ｄ変換手段２によって受信信号をディジタル信号に変換する。観測対象の距離に応じた遅延時間τdをおいてパルス幅τ相当時間の受信信号をレンジゲート手段３により抽出する。
【００３０】
新たに追加されたデータ分割手段６は、レンジゲート手段３から出力されるパルス幅τ相当時間の受信信号を２組のデータに分割する。
【００３１】
そして、分割されたデータはそれぞれ、ドップラーＦＦＴ手段４ａ及び４ｂによって受信信号のドップラースペクトルに変換される。このドップラーＦＦＴ手段４ａ及び４ｂにより求められるドップラースペクトルは、受信信号をドップラー周波数毎に分解し、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント積分されたものである。
【００３２】
複素共役手段７は、ドップラーＦＦＴ手段４ｂの出力信号（ドップラースペクトル）の複素共役を求める。複素乗算手段８では、複素共役手段７の出力信号とドップラーＦＦＴ手段４ａの出力信号の複素乗算を同一のドップラー周波数成分毎に行う。この２つのドップラースペクトルの複素共役および複素乗算によって、ドップラースペクトルの各周波数成分の位相は、観測対象の速度にかかわらず全てのパルスヒット毎に一定値を取る。
【００３３】
したがって、上記の観測および処理を複数回繰り返し、得られた結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分について複素加算手段９により複素加算するだけで受信信号をパルスヒット数分コヒーレントに積分できる。
【００３４】
実施の形態１に係るレーダ装置では、受信信号を２組のデータに分割し、それぞれのドップラースペクトルを求め、一方のドップラースペクトルの複素共役結果ともう一方のドップラースペクトルの複素乗算を行うように装置を構成したので、観測対象の速度にかかわらず、観測および処理を複数回繰り返し、得られた結果を繰り返し回数分複素加算するだけで受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレントに積分でき、十分な信号対雑音電力比の改善効果が得られるという効果がある。
【００３５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００３６】
図２において、１０はレンジゲート手段３から出力される受信信号に番号をつけ、その番号が偶数のデータと奇数のデータの２組に分かれるように切り替える切り替えスイッチ、１１ａ及びｂは切り替えスイッチ１０から出力される偶数番目のデータと奇数番目のデータをそれぞれ格納するメモリである。なお、上記実施の形態１および従来装置と同一部分には、同一符号を付し説明を省く。
【００３７】
つぎに、この実施の形態２に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
新たに追加された切り替えスイッチ１０は、レンジゲート手段３から出力される受信信号Ｓτ d（ｎ，ｍ）（式（１））にサンプルされた順番に番号を付け、その番号が偶数のデータＳeven τ d（ｎ，ｋ）と奇数のデータＳodd τ d（ｎ，ｋ）の２組のデータ（式（４）、式（５））に分割する。
【００３９】
【数４】
この２組の受信信号Ｓeven τ d（ｎ，ｋ）とＳodd τ d（ｎ，ｋ）を生成するために、切り替えスイッチ１０は、サンプル毎に図中のレンジゲート手段３と上下２つのメモリ１１ａ及びｂとの接続を切り替える。各メモリに偶数番目のデータと奇数番目のデータが揃ったら、それぞれドップラーＦＦＴ手段４ａ及びｂにより次の式（６）及び（７）に示すとおりドップラースペクトルＳeven τ d（ｎ，ｌ）およびＳodd τ d（ｎ，ｌ）に変換される。なお、メモリ１１ａ及びｂに偶数番目及び奇数番目のデータをそれぞれ格納しているが、メモリ１１ａ及びｂに奇数番目及び偶数番目のデータをそれぞれ格納してもよい。
【００４１】
【数５】
このドップラーＦＦＴ手段４ａ及びｂにより求められるドップラースペクトルＳeven τ d（ｎ，ｌ）およびＳodd τ d（ｎ，ｌ）は、受信信号をドップラー周波数ｌ毎に分解し、同一のドップラー周波数成分ｌについてパルス内のサンプルデータをコヒーレント積分したものである。複素共役手段７は、ドップラーＦＦＴ手段４ｂの出力信号Ｓodd τ d（ｎ，ｌ）（ドップラースペクトル）の複素共役Ｓodd τ d（ｎ，ｌ）*を求める。複素乗算手段８では、複素共役手段７の出力信号Ｓodd τ d（ｎ，ｌ）*とドップラーＦＦＴ手段４ａの出力信号Ｓeven τ d（ｎ，ｌ）の複素乗算を式（８）に示すように、同一のドップラー周波数成分（ｌ＝０,１,２,…,Ｍ−１）毎に全パルスヒット分（ｎ＝０,１,２,…,Ｎ−１）のドップラースペクトルについて行う。
【００４３】
【数６】
式（８）によって得られた結果Ｓ（ｎ，ｌ）の各周波数成分の位相は、観測対象の速度にかかわらず全てのパルスヒットについて一定値を取る。したがって、上記のように観測および処理をＮ回のパルスヒットについて繰り返し、得られた結果をＮ回分、式（９）のとおり同一のドップラー周波数成分について複素加算手段９により複素加算するだけで、受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレントに積分できる。
【００４５】
【数７】
以上述べたとおり、実施の形態２に係るレーダ装置では、受信信号データを２組のデータに分割する際、偶数番目のデータと奇数番目のデータとに分割したので、２つのデータの観測時間差が実行可能なデータ分割方法の中で最も短いため、観測対象の速度変化に対するコヒーレント積分効果が最も高い。
【００４７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００４８】
図３において、新たに付加された１２は、前半のデータを高速フーリエ変換するドップラーＦＦＴ手段４ａの出力と、後半のデータを高速フーリエ変換するドップラーＦＦＴ手段４ｂの出力の同期をとるために前半のデータのドップラーＦＦＴ手段４ａの後段に設けられた遅延手段である。なお、上記の実施の形態１、２および従来装置と同一部分には、同一符号を付し説明を省く。
【００４９】
以下、図３を参照して実施の形態３の動作を説明する。
【００５０】
本実施の形態３に係るレーダ装置では、切り替えスイッチ１０によって、レンジゲート手段３から出力されるパルス幅τ相当時間の受信信号を観測時間の前半と後半の２組のデータに分割する。分割された受信信号データは次の式（１０）及び（１１）で、与えられる。
【００５１】
【数８】
分割された２つのデータの内、前半のデータＳformer τ d（ｎ，ｋ）は、図中上段のドップラーＦＦＴ手段４ａで、後半のデータＳlatter τ d（ｎ，ｋ）は図中下段のドップラーＦＦＴ手段４ｂでそれぞれ高速フーリエ変換され、ドップラー周波数毎に分解し、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント積分される。この積分結果は、それぞれ次の式（１２）及び（１３）となる。
【００５３】
【数９】
前半のデータのＦＦＴ結果Ｓformer τ d（ｎ，ｌ）は、遅延手段１２によって後半のＦＦＴ結果Ｓlatter τ d（ｎ，ｌ）の出力との同期がとられる。そして、２つの結果が揃った時点で、複素共役および複素乗算が次の式（１４）のとおり実施される。
【００５５】
【数１０】
式（１４）によるドップラースペクトルの複素共役および複素乗算によって得られた結果Ｓ（ｎ，ｌ）について、上記実施の形態２の場合と同様に式（９）に示した複素加算処理を行うことによって、受信信号をパルス内およびパルスヒット間の両方についてコヒーレントに積分できる。
【００５７】
以上述べたように、この実施の形態３に係るレーダ装置では、受信信号データの分割を観測時間の前半と後半とに分割したので、データ分割の際にメモリを必要とせず装置を安価に構成できる。
【００５８】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００５９】
図４において、上記の実施の形態１〜３および従来装置と同一部分には、同一符号を付し説明を省く。
【００６０】
上記の実施の形態１〜３に係るレーダ装置では、レンジゲート手段３から出力されるパルス幅τ相当時間の受信信号を２組のデータに分割する。したがって、これらの分割された２組のデータを高速フーリエ変換するために、２つのドップラーＦＦＴ手段４ａ及びｂを備えていた。
【００６１】
この実施の形態４に係るレーダ装置では、受信信号データの分割が時間軸上の前半と後半とで実施されることに着目し、２Ｍ個の受信信号の前半のＭ個と後半のＭ個について、逐次的にＦＦＴ処理することで、ドップラーＦＦＴ手段を１つに減らすことがでる。さらに、レンジゲート手段３と２つのドップラーＦＦＴ手段４ａ及びｂとの接続を切り替えていた切り替えスイッチ１０も削減できる。
【００６２】
以上述べたように、この実施の形態４に係るレーダ装置では、２つのドップラーＦＦＴ手段４ａ及びｂの内の１つと、切り替えスイッチ１０を削減したので、装置を安価に構成できる。
【００６３】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００６４】
図５において、１３は初期位相補償手段である。なお、上記の実施形態１〜４および従来装置と同一部分には、同一符号を付し説明を省く。
【００６５】
この実施の形態５に係るレーダ装置は、上記各実施の形態に係るレーダ装置と同様に、パルス幅τ、パルス間隔τPRIで繰返し送信する。送受信機１では、受信信号を位相検波し、Ａ／Ｄ変換手段２によって受信信号をサンプリング間隔τSでディジタル信号に変換する。そして、観測対象の距離に応じた遅延時間τdをおいてパルス幅τ相当時間の受信信号をレンジゲート手段３により抽出する。このとき、ディジタル化された受信信号は、パルス幅内のサンプル番号ｍとパルス番号ｎを用いて、式（１）で表現することができる。
【００６６】
【数１１】
この受信信号Ｓτ d（ｎ，ｍ）は、まず初期位相補償手段１３に入力され、次の式（１５）の演算によって各受信パルス毎の受信信号の初期位相が０となるように補償される。
【００６８】
【数１２】
位相補償後の受信信号Ｓcomp τ d（ｎ，ｍ）は、式（１６）に示すようにドップラーＦＦＴ手段４によって、高速フーリエ変換されて、ドップラー周波数毎に分解され同一のドップラー周波数成分についてパルス内のサンプル点数（２Ｍ）分コヒーレント積分される。
【００７０】
【数１３】
位相補償後の受信信号Ｓcomp τ d（ｎ，ｍ）から式（１６）で求められるパルスヒット毎のドップラースペクトルＳτ d（ｎ，ｌ）は、全てのパルスヒットで目標の速度にかかわらず一定の位相となる。したがって、このスペクトルＳτ d（ｎ，ｌ）を受信したＮ個のパルスについて繰り返し求め、下記の式（１７）に示すように、同一のドップラー周波数成分について複素加算手段９により複素加算すると受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレントに積分できる。なお、式（１７）において、ｎ＝０〜Ｎ−１、ｌ＝０,１,２,…,２Ｍ−１である。
【００７２】
Ｓout（ｌ）＝ΣＳτ d（ｎ，ｌ） （１７）
【００７３】
以上述べたように、この実施の形態５に係るレーダ装置では、従来から用いられているこの種のレーダ装置に、初期位相補償手段１３の追加と、従来のＰＤＩに代えて複素加算手段９を追加するだけで、安価に受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレント積分可能なレーダ装置を構成できる。
【００７４】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、所定のパルス幅、及びパルス間隔でパルス変調された電磁波を繰返し送信するとともに、観測対象に反射された受信信号を位相検波する送受信機と、前記受信信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記観測対象の距離に応じた遅延時間をおいて前記所定のパルス幅相当時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段と、同一距離における観測対象からの受信信号を２組のデータに分割するデータ分割手段と、前記分割された２組のデータの一方を高速フーリエ変換する第１のドップラーＦＦＴ手段と、前記分割された２組のデータの他方を高速フーリエ変換する第２のドップラーＦＦＴ手段と、前記第２のドップラーＦＦＴ手段の出力の複素共役をとる複素共役手段と、前記第１のドップラーＦＦＴ手段の出力と前記複素共役手段の出力についてそれぞれ同一のドップラー周波数成分毎に複素乗算を行う複素乗算手段と、前記観測及び処理を複数回繰り返し、得られた複素乗算結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント加算する複素加算手段とを備えたので、受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレントに積分でき、信号対雑音電力比を十分改善することができるという効果を奏する。
【００７５】
この発明の請求項２に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記データ分割手段が、前記レンジゲート手段から出力される受信信号を偶数番目のデータと奇数番目のデータの２組に分割する切り替えスイッチと、前記偶数番目又は奇数番目のデータを格納する第１のメモリと、前記奇数番目又は偶数番目のデータを格納する第２のメモリとを有し、前記第１のドップラーＦＦＴ手段は、前記第１のメモリに格納されたデータを高速フーリエ変換し、前記第２のドップラーＦＦＴ手段は、前記第２のメモリに格納されたデータを高速フーリエ変換するので、、２つのデータの観測時間差が実行可能なデータ分割方法の中で最も短いため、観測対象の速度変化に対するコヒーレント積分効果が最も高いという効果を奏する。
【００７６】
この発明の請求項３に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、前記データ分割手段が、前記レンジゲート手段から出力される信号を観測時間の前半と後半の２組のデータに分割する切り替えスイッチであり、前記前半のデータを高速フーリエ変換する前記第１のドップラーＦＦＴ手段の出力と、前記後半のデータを高速フーリエ変換する前記第２のドップラーＦＦＴ手段の出力の同期をとるために前記第１のドップラーＦＦＴ手段の後段に設けられた遅延手段をさらに備えたので、データ分割の際にメモリを必要とせず装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【００７７】
この発明の請求項４に係るレーダ装置は、以上説明したとおり、所定のパルス幅、及びパルス間隔でパルス変調された電磁波を繰返し送信するとともに、観測対象に反射された受信信号を位相検波する送受信機と、前記受信信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記観測対象の距離に応じた遅延時間をおいて前記所定のパルス幅相当時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段と、前記レンジゲート手段から出力される信号を観測時間の前半と後半の２組のデータを時分割で高速フーリエ変換するドップラーＦＦＴ手段と、前記前半のデータのＦＦＴ処理結果の出力を前記後半のデータのＦＦＴ処理結果と同期させる遅延手段と、前記ドップラーＦＦＴ手段の出力の複素共役をとる複素共役手段と、前記遅延手段の出力と前記複素共役手段の出力についてそれぞれ同一のドップラー周波数成分毎に複素乗算を行う複素乗算手段と、前記観測及び処理を複数回繰り返し、得られた複素乗算結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント加算する複素加算手段とを備えたので、２つのドップラーＦＦＴ手段の内１つと切り替えスイッチを削減でき、装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【００７９】
この発明の請求項５に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、以上説明したとおり、受信信号データから送信パルス毎に１つのパルス内でサンプルされた受信信号を抽出するステップと、この抽出された１パルスヒット分の受信信号データを２組のデータに分割するステップと、前記分割された２組の受信信号データの各々を高速フーリエ変換するステップと、２つのＦＦＴ処理結果の内の一方についてその複素共役演算を行うステップと、前記２つのＦＦＴ処理結果の内の他方のＦＦＴ処理結果と前記複素共役演算した結果の複素乗算を行うステップと、前記複素乗算までの処理を任意の数の送信パルスについて繰り返し実行し、得られた複素乗算結果を同一のドップラー周波数成分毎に複素加算するステップとを含むので、受信信号をパルス内およびパルス間の両方についてコヒーレントに積分でき、信号対雑音電力比を十分改善することができるという効果を奏する。
【００８０】
この発明の請求項６に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、以上説明したとおり、前記分割するステップが、前記抽出された１パルスヒット分の受信信号データ毎に偶数番目のデータと奇数番目のデータに分割するので、２つのデータの観測時間差が実行可能なデータ分割方法の中で最も短いため、観測対象の速度変化に対するコヒーレント積分効果が最も高いという効果を奏する。
【００８１】
この発明の請求項７に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、以上説明したとおり、前記分割するステップが、前記抽出された１パルスヒット分の受信信号データをパルス幅の前半と後半の２組のデータに分割し、前記高速フーリエ変換した前半のデータと、前記高速フーリエ変換した後半のデータの同期をとるために前記高速フーリエ変換した前半のデータを所定時間だけ遅延するステップをさらに含むので、データ分割の際にメモリを必要とせず装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【００８２】
この発明の請求項８に係るレーダ装置のコヒーレント積分方法は、以上説明したとおり、受信信号データから送信パルス毎に１つのパルス内でサンプルされた受信信号を抽出するステップと、前記抽出された受信信号を観測時間の前半と後半の２組のデータを時分割で高速フーリエ変換するステップと、前記高速フーリエ変換した前半のデータと、前記高速フーリエ変換した後半のデータの同期をとるために前記高速フーリエ変換した前半のデータを所定時間だけ遅延するステップと、２つのＦＦＴ処理結果の内の一方についてその複素共役演算を行うステップと、前記２つのＦＦＴ処理結果の内の他方のＦＦＴ処理結果と前記複素共役演算した結果の複素乗算を行うステップと、前記複素乗算までの処理を任意の数の送信パルスについて繰り返し実行し、得られた複素乗算結果を同一のドップラー周波数成分毎に複素加算するステップとを含むので、装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 この発明の実施の形態５に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】 従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 従来のレーダ装置の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 送受信機、２ Ａ／Ｄ変換手段、３ レンジゲート手段、４、４ａ、４ｂドップラーＦＦＴ手段、６ データ分割手段、７ 複素共役手段、８ 複素乗算手段、９ 複素加算手段、１０ 切り替えスイッチ、１１ａ、１１ｂ メモリ、１２ 遅延手段、１３ 初期位相補償手段。
Claims (8)
- 所定のパルス幅、及びパルス間隔でパルス変調された電磁波を繰返し送信するとともに、観測対象に反射された受信信号を位相検波する送受信機と、
前記受信信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記観測対象の距離に応じた遅延時間をおいて前記所定のパルス幅相当時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段と、
同一距離における観測対象からの受信信号を２組のデータに分割するデータ分割手段と、
前記分割された２組のデータの一方を高速フーリエ変換する第１のドップラーＦＦＴ手段と、
前記分割された２組のデータの他方を高速フーリエ変換する第２のドップラーＦＦＴ手段と、
前記第２のドップラーＦＦＴ手段の出力の複素共役をとる複素共役手段と、
前記第１のドップラーＦＦＴ手段の出力と前記複素共役手段の出力についてそれぞれ同一のドップラー周波数成分毎に複素乗算を行う複素乗算手段と、
前記観測及び処理を複数回繰り返し、得られた複素乗算結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント加算する複素加算手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 前記データ分割手段は、
前記レンジゲート手段から出力される受信信号を偶数番目のデータと奇数番目のデータの２組に分割する切り替えスイッチと、
前記偶数番目又は奇数番目のデータを格納する第１のメモリと、
前記奇数番目又は偶数番目のデータを格納する第２のメモリと
を有し、
前記第１のドップラーＦＦＴ手段は、前記第１のメモリに格納されたデータを高速フーリエ変換し、
前記第２のドップラーＦＦＴ手段は、前記第２のメモリに格納されたデータを高速フーリエ変換する
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。 - 前記データ分割手段は、前記レンジゲート手段から出力される信号を観測時間の前半と後半の２組のデータに分割する切り替えスイッチであり、
前記前半のデータを高速フーリエ変換する前記第１のドップラーＦＦＴ手段の出力と、前記後半のデータを高速フーリエ変換する前記第２のドップラーＦＦＴ手段の出力の同期をとるために前記第１のドップラーＦＦＴ手段の後段に設けられた遅延手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。 - 所定のパルス幅、及びパルス間隔でパルス変調された電磁波を繰返し送信するとともに、観測対象に反射された受信信号を位相検波する送受信機と、
前記受信信号を所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記観測対象の距離に応じた遅延時間をおいて前記所定のパルス幅相当時間の受信信号を抽出するレンジゲート手段と、
前記レンジゲート手段から出力される信号を観測時間の前半と後半の２組のデータを時分割で高速フーリエ変換するドップラーＦＦＴ手段と、
前記前半のデータのＦＦＴ処理結果の出力を前記後半のデータのＦＦＴ処理結果と同期させる遅延手段と、
前記ドップラーＦＦＴ手段の出力の複素共役をとる複素共役手段と、
前記遅延手段の出力と前記複素共役手段の出力についてそれぞれ同一のドップラー周波数成分毎に複素乗算を行う複素乗算手段と、
前記観測及び処理を複数回繰り返し、得られた複素乗算結果を繰り返し回数分、同一のドップラー周波数成分についてコヒーレント加算する複素加算手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 受信信号データから送信パルス毎に１つのパルス内でサンプルされた受信信号を抽出するステップと、
この抽出された１パルスヒット分の受信信号データを２組のデータに分割するステップと、
前記分割された２組の受信信号データの各々を高速フーリエ変換するステップと、
２つのＦＦＴ処理結果の内の一方についてその複素共役演算を行うステップと、
前記２つのＦＦＴ処理結果の内の他方のＦＦＴ処理結果と前記複素共役演算した結果の複素乗算を行うステップと、
前記複素乗算までの処理を任意の数の送信パルスについて繰り返し実行し、得られた複素乗算結果を同一のドップラー周波数成分毎に複素加算するステップと
を含むことを特徴とするレーダ装置のコヒーレント積分方法。 - 前記分割するステップは、前記抽出された１パルスヒット分の受信信号データ毎に偶数番目のデータと奇数番目のデータに分割する
ことを特徴とする請求項５記載のレーダ装置のコヒーレント積分方法。 - 前記分割するステップは、前記抽出された１パルスヒット分の受信信号データをパルス幅の前半と後半の２組のデータに分割し、
前記高速フーリエ変換した前半のデータと、前記高速フーリエ変換した後半のデータの同期をとるために前記高速フーリエ変換した前半のデータを所定時間だけ遅延するステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項５記載のレーダ装置のコヒーレント積分方法。 - 受信信号データから送信パルス毎に１つのパルス内でサンプルされた受信信号を抽出するステップと、
前記抽出された受信信号を観測時間の前半と後半の２組のデータを時分割で高速フーリエ変換するステップと、
前記高速フーリエ変換した前半のデータと、前記高速フーリエ変換した後半のデータの同期をとるために前記高速フーリエ変換した前半のデータを所定時間だけ遅延するステップと、
２つのＦＦＴ処理結果の内の一方についてその複素共役演算を行うステップと、
前記２つのＦＦＴ処理結果の内の他方のＦＦＴ処理結果と前記複素共役演算した結果の複素乗算を行うステップと、
前記複素乗算までの処理を任意の数の送信パルスについて繰り返し実行し、得られた複素乗算結果を同一のドップラー周波数成分毎に複素加算するステップと
を含むことを特徴とするレーダ装置のコヒーレント積分方法。
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