JP4940802B2 - レーダ信号処理方法及びレーダ信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ受信信号の処理に関し、特にパルス積分を行うレーダ信号処理方法及びレーダ信号処理装置に関する。

レーダ装置は、一般に空間に電波を発射して目標からの反射信号を受信することにより目標の存在を探知し、その位置、運動状況などを観測するものである。また、アンテナにより所定の形状のビームを形成して、そのビームの方位・仰角等を順次変えながら電波を発射する（スキャンと呼ぶ）ことで、目的とする空間の全範囲について反射信号を受信して観測を行うように構成される。

通常、レーダ装置の遠方の目標からの反射信号はノイズに比べて微弱であるためそのままでは目標信号として検出できないことが多い。これを改善して探知能力を向上させるために、レーダ装置が空間をスキャンするとき各電波発射方向に複数のパルスを発射して、反射波のパルスのすべてを加える処理が行われる。この処理をパルス積分と呼び、積分パルス数が多いほど探知能力が高くなる。

また、アンテナで受信される信号はアナログ信号であるが、パルス積分はＡ／Ｄ変換後のディジタル受信信号として行われ、このディジタル受信信号のサンプリング周期により、信号処理における距離方向の量子化単位（レンジビンと呼ぶ）が決定され、レンジビンごとにパルス積分の処理が行われる。

レーダの最大探知距離はアンテナ利得や送信電力等、Ｈ／Ｗ規模に依存するほか、送信パルス幅や積分パルス数等に依存する。アンテナ利得や送信電力は、レーダ装置製造後に変更することはできないが、送信パルス幅や積分パルス数はある程度変更可能であり、レーダ装置では実際にあらかじめそれらの諸元の異なる複数の動作モードで動作するように設計される。

ところで、パルス積分においては、１スキャンに要する時間が定められることにより、各電波発射方向にパルス送信する時間（ビーム走査時間と呼ぶ）が決定されるため、パルスを積分する回数（最大積分可能数と呼ぶ）の制約となり、これが積分パルス数の第１の制約となる。

また、レーダ装置の積分可能なパルス数は、対象とする目標の速度や受信パルス幅によっても制限される。ここで受信パルス幅は、距離分解能を向上させるため受信パルスの幅を小さくするパルス圧縮が行われる場合にはパルス圧縮後のパルス幅である。積分時間内に目標が距離方向に移動して、目標が１パルス目に存在するレンジビンから受信パルス幅以上離れた他のレンジビンに移動した場合、受信パルス幅の１／２相当距離（以降１／２パルス幅単位と呼ぶ）内に留まっていた時間以降の積分パルスは利得がないばかりか、目標が存在しない信号を積分することで積分損失となる。このため一般には、受信パルス幅の１／２程度がレンジビンとなるように設計して、同一レンジビンのデータのみでパルス積分を行っている。従って、高速の目標であればあるほど、また受信パルス幅が小さいほど、積分可能なパルス数は少なくなる。これが積分パルス数の第２の制約となる。

以上のように従来のレーダ装置では積分パルス数には制約があるものの、前記制約の範囲内でレーダの動作モード毎にあらかじめ決められている。

また、従来のレーダ装置のなかには、積分パルス数の制約に対し、高速目標探知能力の向上や距離分解能の向上を図りつつ最大探知距離を延ばすため、その制約以上に積分を行う各種手法が提案されている（特許文献１、２参照）。
そのひとつとしてスキャン間積分の処理手法がある。前述のパルス積分ではレーダが目的とする空間範囲に対して一通りスキャンする動作を繰り返すとき、スキャンごとに同一スキャン内の受信信号を使って処理する。これに対してスキャン間積分では複数の異なるスキャンの受信信号を積分する技術である。たとえば特許文献１に示されている技術は、目標が等速直線運動であることを前提条件として、スキャン間で等速直線運動をしている信号を、線分抽出処理の一種であるハフ変換により抽出し、複数スキャンの振幅を加算することで、スキャン間の受信信号を積分するものである。このようにスキャン間積分は、位相情報を使わない振幅値だけの積分であり、ノンコヒーレント積分の一種であるとみなせる。

また、同一スキャン内で積分パルス数を増大させる技術として、コヒーレント積分とノンコヒーレント積分を組み合わせて距離移動補正を行う技術がある。たとえば、特許文献２に示された技術である。
図１１は特許文献２に示された技術のブロック図である。移動目標対応コヒーレント積分手段２０１と、検波器２０２と、ドップラビン選択手段２０３と、移動目標対応ノンコヒーレント積分手段２０４とから構成される。移動目標対応コヒーレント積分手段２０１は、パルス圧縮手段２０１−１と、パルスドップラ処理手段２０１−２と、レファレンス信号発生手段２０１−３とから構成される。この技術の動作は以下のとおりである。

レーダ受信信号はパルス圧縮手段２０１−１に入力され、レファレンス信号発生手段２０１−３から出力されるレファレンス信号と相関処理を行うことによりパルス圧縮される。ここで、レファレンス信号は送信パルス波形をもとに作られ、距離移動補正も含めて想定される目標速度に応じた種類だけ発生される。パルス圧縮はその種類の数だけ並行して実施され、パルス圧縮後信号として出力される。パルス圧縮後信号はパルスドップラ処理手段２０１−２でコヒーレント積分され、検波器２０２で検波されて振幅データとなる。振幅データはドップラフィルタ出力ごとに分けられてドップラビン選択手段２０３においてノンコヒーレント積分される。さらに移動目標対応ノンコヒーレント積分手段２０４においてスキャン積分が行われて積分処理後信号として出力される。

特開平８−２７１６１５号公報 特開平８−１７９０３７号公報

パルス積分を行うレーダ信号処理装置においては、積分パルス数は、１スキャンに要する時間の制約と、目標速度と受信パルス幅の制約を受ける。

これらの制約以上に積分パルス数を増大させるために、スキャン間積分を行うものもあるが、かかる従来のレーダ信号処理装置では積分利得が小さいという問題がある。その理由は、スキャン間積分は、目標の移動を考慮して異なるレンジビンの積分を行うものであってノンコヒーレント積分であり、同一積分パルス数のコヒーレント積分に比べて積分利得が小さいからである。

また、同一スキャン内で積分パルス数を増大させる技術として、コヒーレント積分とノンコヒーレント積分を組み合わせて距離移動補正を行うレーダ信号処理装置があるが、積分利得が十分増大できないという問題がある。その理由は、コヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数が固定されていて、最大積分可能数の範囲内でコヒーレント積分パルス数が最大となるように最適化しないからである。

［発明の目的］
本発明の目的は、上述した問題点を解決するものであり、最大積分可能数の範囲内でコヒーレント積分パルス数が最大となるように最適化することで積分利得を十分増大できるレーダ信号処理方法及びレーダ信号処理装置を提供することである。

本発明の他の目的は、パルス積分時間内に着目しているレンジビンから１／２パルス幅単位以上移動するような高速で等速直線運動をする目標に対しても、効果的に積分利得が得られるレーダ信号処理方法及びレーダ信号処理装置を提供することである。

本発明の他の目的は、パルス積分時間内に注目しているレンジビンから１／２パルス幅単位以上移動するような高速で等速直線運動をする目標に対して、最大積分可能数の範囲内で、コヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数の配分を柔軟に変化させて最適化を行ない、効果的に積分利得が得られるレーダ信号処理方法及びレーダ信号処理装置を提供することである。

本発明のレーダ信号処理方法は、レーダ諸元に基づき最大積分可能数Ｎｍａｘを算出するステップと、想定する目標の速度Ｖに応じて最大積分可能数Ｎｍａｘをコヒーレント積分が可能な単位に分割して、当該単位のパルス数Ｎｃ（ｋ）：ｋ＝１、２、・・・、Ｎｎｃを算出するステップと、Ｎｃ（ｋ）パルス間における速度Ｖの目標の移動距離に応じた補正量を算出するステップと、Ｎｃ（ｋ）パルスを一単位としてコヒーレント積分を行うステップと、Ｎｃ（ｋ）パルスのコヒーレント積分の結果を前記補正量により順次距離補正して積分ヒット数Ｎｎｃのノンコヒーレント積分を行うステップと、からなることを特徴とし、前記パルス数Ｎｃ（ｋ）：ｋ＝１、２、・・・、Ｎｎｃを算出するステップは、パルス繰り返し周期内に着目しているレンジビンから１／２パルス幅単位内で移動する目標に対しては、着目している地点から、１／２パルス幅単位以上移動するまでに、照射可能なパルス数を算定した結果を用いて最大積分可能数Ｎｍａｘを分割し、パルス繰り返し周期内に着目しているレンジビンから１／２パルス幅単位以上移動するような目標に対しては、連続するパルス間の移動量のレンジビン数が同じか否かを判定することにより最大積分可能数Ｎｍａｘを分割するステップを含むことを特徴とする。

また、前記コヒーレント積分を行うステップとノンコヒーレント積分を行うステップは、最大目標速度Ｖｍａｘを基準として、１／２パルス幅単位から定めた速度刻み幅ΔＶずつ小さくした各速度に対して並列に行うことを特徴とし、前記ノンコヒーレント積分の結果の出力のうちの最大値を選択するステップと、選択された最大値の出力を所定のスレッショルド値と比較して、該スレッショルド値を超えた出力を目標信号として出力するステップと、を含むことを特徴とする。

また、前記コヒーレント積分は、パルスドップラ処理を用いたコヒーレント積分であり、前記ノンコヒーレント積分は、前記コヒーレント積分の結果として出力されるパルスドップラ処理における各ドップラフィルタ出力に対して振幅加算によるノンコヒーレント積分であることを特徴とする。

本発明のレーダ信号処理装置は、レーダ諸元に基づき最大積分可能数を算出する最大積分可能数算定器と、受信パルス幅と対象とする目標速度に応じて最大積分可能数をコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数に配分するとともに目標の距離移動に対応する距離移動補正量を算定する積分数算定器と、レーダ受信信号のコヒーレント積分、ノンコヒーレント積分及び距離移動補正を含む積分処理系統を構成する信号処理器と、積分数算定器で算定したコヒーレント積分パルス数、ノンコヒーレント積分パルス数及び距離移動補正量を用いて、前記信号処理器のコヒーレント積分と該コヒーレント積分結果のノンコヒーレント積分における積分数及び距離移動補正の制御を行う積分数制御器と、を有することを特徴とし、前記信号処理器は、パルスドップラ処理を用いたコヒーレント積分を行うコヒーレント積分器と、対象とする目標速度において着目するレンジビンから別のレンジビンに移動する時にその移動量を補正する距離移動補正器と、前記コヒーレント積分器におけるコヒーレント積分結果として出力される各ドップラフィルタ出力に対して振幅加算によるノンコヒーレント積分を行うノンコヒーレント積分器と、を有することを特徴とする。

また、前記信号処理器は、最大目標速度を基準として１／２パルス幅単位等から定めた速度刻み幅ずつ小さくした各速度に対して、前記コヒーレント積分とノンコヒーレント積分の処理を並列して行う複数の積分処理系統を有し、前記信号処理器は、前記ノンコヒーレント積分器から出力される各フィルタバンク出力のうちの最大値を選択する最大値選択器と、前記最大値選択器の出力と所定のスレッショルド値を比較して、スレッショルド値を超えた信号を目標信号として出力する目標検出器と、を有することを特徴とする。

また、前記複数の積分処理系統は、各コヒーレント積分結果のＳ／Ｎと該Ｓ／Ｎの平均値との差が所定閾値以上の場合に、当該コヒーレント積分結果を棄却する目標相関器を備えることを特徴とする。更に、目標速度として最も可能性が高い指定目標速度を設定し、その指定目標速度を基準として積分数を算定し、各速度ごとの処理負荷を算定し、指定目標速度を含んでかつ処理負荷が処理能力を上回らない速度範囲を計算し、当該範囲のみの積分処理を行うように構成したことを特徴とする。

より具体的には、パルス繰り返し周期等のレーダ諸元より最大積分可能数を算出する最大積分可能数算定器と、受信パルス幅と対象とする目標速度に応じて最大積分可能数をコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数に配分するとともに距離移動補正量を算定する積分数算定器と、算定したコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数を用いてデータ分配器の受信信号の分配の制御と、信号処理器（１）、（２）の積分数の制御を行う積分数制御器と、アナログのレーダ受信信号をディジタル受信信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル受信信号を一時的に記憶するバッファメモリと、積分数制御器の制御を受けて、バッファメモリ上のディジタル受信信号を信号処理器（１）、（２）の各積分処理系統に分配するデータ分配器と、パルスドップラ処理を用いたコヒーレント積分を行うコヒーレント積分器と、対象とする目標速度において着目するレンジビンから別のレンジビンに移動する時にその移動量を補正する距離移動補正器と、コヒーレント積分結果として出力される各ドップラフィルタ出力に対して振幅加算によるノンコヒーレント積分を行うノンコヒーレント積分器と、ノンコヒーレント積分器から出力される各フィルタバンク出力のうちの最大値を選択する最大値選択器と、最大値選択器の出力と所定のスレッショルド値を比較して、スレッショルド値を超えた信号を目標信号として出力する目標検出器と、を有することを特徴とする。

（作用）
パルス積分時間内に着目しているレンジビンから１／２パルス幅単位以上移動するような高速で等速直線運動する目標であっても、１／２パルス幅単位内に留まっている時間内や、各ヒット間で移動するレンジビン数が一定である時間内はコヒーレント積分が可能である。想定した目標の速度に応じて、パルス積分時間内で、コヒーレント積分可能なヒット数の組み合わせを算出し、各コヒーレント積分結果を１単位として、それらを振幅加算によるノンコヒーレント積分を行うことにより積分利得を得る。

本発明によれば、目標からの反射信号に対する予め設定された最大積分可能数の範囲内でパルス積分の積分利得を十分に増大させることが可能である。また、パルス積分時間内に着目しているレンジビンから１／２パルス幅単位以上移動するような高速で等速直線運動をする目標に対しても、積分利得を向上させることが可能である。その理由は距離移動補正を行いつつ、最大積分可能数の範囲で、コヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数の配分を柔軟に変化させて最適化を行ない、コヒーレント積分パルス数が最大になるような制御により、積分利得を最大化するからである。

次に、本発明のレーダ信号処理方法及びレーダ信号処理装置の実施の形態の原理について図面を参照して詳細に説明する。
［基本原理］
本発明におけるレーダ装置の受信信号から効率良く積分利得を得るための最適化されたパルス積分について説明する。
目標が距離方向に等速直線運動している場合、コヒーレント積分においては、複数パルスの受信信号に対して、同一のレンジビンの積分でコヒーレント積分利得が得られるケース１と、異なるレンジビンの受信信号を距離補正して積分することによりコヒーレント積分利得が得られるケース２とがある。

図１はケース１の同一レンジビンでコヒーレント積分可能な状況を示す図である。ケース１では、速度Ｖの目標に対するＮパルス積分において、１パルス目の目標の真の位置に最も近いレンジビンに着目した時、Ｎパルス後に目標の真の位置がそのレンジビンからパルス幅の１／２以上移動しなければ、１パルス目のレンジビンにおいてＮパルスのコヒーレント積分を行って積分利得を得ることができる。

図２はケース２の異なるレンジビンでコヒーレント積分可能な状況を示す図である。ケース２では、１パルス目の目標の真の位置に最も近いレンジビンに着目した時、目標が高速で移動するために２パルス目に目標の真の位置がそのレンジビン点から１／２パルス幅単位以上移動する。図２のようにＮパルス間において、各パルス間での目標の移動距離のレンジビン数を算出したとき、そのレンジビン数が一定であるパルス間においては、各レンジビン間で受信信号の位相の回転量が一定となり、距離補正を行うことによりコヒーレント積分を行って積分利得を得ることができる。

図３は本発明のレーダ信号処理の基本原理を示す図である。本発明のレーダ信号処理の方式では、まずパルス繰返し周期等のレーダ諸元から最大積分可能数Ｎｍａｘを算出し、図３に示すように、想定する目標の速度Ｖに応じて、最大積分可能数Ｎｍａｘをコヒーレント積分が可能な単位に分割されるように、コヒーレント積分可能なパルス数Ｎｃ（ｋ）：ｋ＝１、２、・・・、Ｎｎｃ（Ｎｃ（１）、Ｎｃ（２）、Ｎｃ（３）、・・・・、Ｎｃ（Ｎｎｃ））を算出する。そしてＮｃ（ｋ）を一単位とし、Ｎｃ（ｋ）パルスコヒーレント積分行い、Ｎｃ（ｋ）パルス間での速度Ｖの目標の移動距離のレンジビン数を算出し、それを逐次距離補正してＮｎｃヒットノンコヒーレント積分する処理を行う。

本発明のコヒーレント積分では、１／２パルス幅単位内のコヒーレント積分もしくは、距離移動を考慮したコヒーレント積分処理を行うので距離移動による積分損失がなく、積分パルス数Ｎｃ（ｋ）のコヒーレント積分をＮｎｃ回行い、その結果を一単位として積分ヒット数Ｎｎｃのノンコヒーレント積分を行うので、最大積分可能数を最大限に利用して効率良く積分利得が得られる。

この方式では、速度Ｖの目標検出に最適化された処理となっているので、最大目標速度Ｖｍａｘを基準として１／２パルス幅単位等から定めた速度刻み幅ΔＶずつ小さくした各速度に対して、上述したコヒーレント積分、ノンコヒーレント積分の複合処理を並列動作させることにより、最大目標速度以下の全ての目標について効率良く積分利得を得ることができる。

［構成の説明］
図４は本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。アナログのレーダ受信信号をディジタル受信信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０４と、ディジタル受信信号を一時的に記憶するバッファメモリ１０５と、一時的に記憶されたディジタル受信信号を積分処理系統に分配するデータ分配器１０６と、コヒーレント積分とノンコヒーレント積分の組合せのパルス積分等を行う積分処理系統を構成する２つの信号処理器（１）、（２）と、最大積分可能数を算出する最大積分可能数算定器１０１と、最大積分可能数のコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数への配分及び距離移動補正量を算定する積分数算定器１０２と、データ分配器１０６と信号処理器（１）、（２）を制御する積分数制御器１０３と、を備える。

信号処理器（１）は、コヒーレント積分器１０７と、距離移動補正器１０８と、ノンコヒーレント積分器１０９と、最大値選択器１１０と、目標検出器１１１とからなり、低速目標に対する目標検出を行う複数の積分処理系統で構成される。

信号処理器（２）は、距離移動補正器１１２と、コヒーレント積分器１０７と、距離移動補正器１１３と、ノンコヒーレント積分器１０９と、最大値選択器１１０と、目標検出器１１１とからなり、高速目標に対する目標検出を行う複数の積分処理系統で構成される。

各部の機能は以下のとおりである。
最大積分可能数算定器１０１は、パルス繰り返し周期等のレーダ諸元に基づき最大積分可能数を算出する機能を有する。

積分数算定器１０２は、受信パルス幅と対象とする目標速度に応じて、最大積分可能数算定器１０１で算出した最大積分可能数をコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数に配分（算定）するとともに距離移動補正量を算定する機能を有する。

積分数制御器１０３は、算定したコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数を用いて、受信信号を分配するデータ分配器１０６の分配の制御と、信号処理器（１）、（２）の積分数の制御を行う機能を有する。

データ分配器１０６は、Ａ／Ｄ変換器１０４を介して一時的に記憶したバッファメモリ上のレーダ受信信号のディジタル受信信号を積分数制御器１０３の制御により信号処理器（１）、（２）の各積分処理系統に分配する機能を有する。

信号処理器（１）は、コヒーレント積分器１０７でパルスドップラ処理を用いたコヒーレント積分を行い、距離移動補正器１０８で対象とする目標速度において着目するレンジビンから別のレンジビンに移動する時にその移動量を補正する。ノンコヒーレント積分器１０９で、コヒーレント積分結果として出力される各ドップラフィルタ出力に対して振幅加算によるノンコヒーレント積分を行う。最大値選択器１１０でノンコヒーレント積分器から出力される各フィルタバンク出力のうちの最大値を選択する。目標検出器１１１で最大値選択器の出力と所定のスレッショルド値を比較して、スレッショルド値を超えた信号を目標信号として出力する。

信号処理器（２）は、距離移動補正器１１２で各コヒーレント積分単位における目標速度による各パルス間の移動量を補正し、コヒーレント積分器１０７でパルスドップラ処理を用いたコヒーレント積分を行い、距離移動補正器１０８で対象とする目標速度において着目するレンジビンから別のレンジビンに移動する時にその移動量を補正する。ノンコヒーレント積分器１０９はコヒーレント積分結果として出力される各ドップラフィルタ出力に対して振幅加算によるノンコヒーレント積分を行う。最大値選択器１１０はノンコヒーレント積分器から出力される各フィルタバンク出力のうちの最大値を選択する。目標検出器１１１で、最大値選択器の出力と所定のスレッショルド値を比較して、スレッショルド値を超えた信号を目標信号として出力する。

［動作の説明］
本実施の形態の動作について図４を用いて説明する。
まず、最大積分可能数算定器１０１の動作を説明する。
最大積分可能数算定器１０１は、パルス繰り返し周期Ｔ等のレーダ諸元より最大積分可能数Ｎｍａｘを算出する。
回転駆動型のアンテナの場合は、方位ビーム幅θ、アンテナ回転速度ω、パルス繰り返し周期（ＰＲＩ）ＴよりＮｍａｘは式（１）により算出する。
Ｎｍａｘ＝θ／ωＴ・・・式（１）
電子走査型のアンテナの場合は、１ビーム走査時間Ｔｓとパルス繰り返し周期ＴよりＮｍａｘは式（２）により算出する。
Ｎｍａｘ＝Ｔｓ／Ｔ・・・式（２）

次に、積分数算定器１０２の動作を説明する。
Ｎパルス間で速度Ｖの目標が移動する距離ｒ（Ｎ）を式（３）により算出する。
ｒ（Ｎ）＝Ｎ×Ｖ×Ｔ・・・式（３）
受信パルス幅ΔＲτにおいて、レンジビンと目標の真の位置の誤差がΔＲτ／２以下であれば、そのレンジビンでコヒーレント積分を行うことができる。
Ｎパルス間の目標移動量が１／２パルス幅単位の何個分に相当するかを表すｃτ（Ｎ）を、式（４）の結果を四捨五入して算出する。
ｃτ（Ｎ）＝ｒ（Ｎ）／（ΔＲτ／２）・・・式（４）
また、１／２パルス幅単位がｎτレンジビン相当であるとして、Ｎパルス間の目標移動量のレンジビン数を表すｃｒｂ（Ｎ）を式（５）の結果を四捨五入して算出する。
ｃｒｂ（Ｎ）＝ｎτ×ｒ（Ｎ）／（ΔＲτ／２）・・・式（５）
積分数算定器１０２は、以上の式（３）〜（５）と所定の積分数算定アルゴリズムにより、速度Ｖの目標に対するコヒーレント積分数とノンコヒーレント積分数の算定を行う。

図５はこの積分数算定アルゴリズムを示すフローチャートである。積分数算定器１０２における動作を図５に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。

ＳＴ１において、積分パルス数に相当するインクリメント変数ｉとｃτ（ｉ）、ｃｒｂ（ｉ）の初期設定を行う。ＳＴ２において、インクリメント変数ｉを１増やす。ＳＴ３において、式（３）にしたがってｒ（ｉ）を算出する。ＳＴ４において、式（４）、（５）にしたがってｃτ（ｉ）、ｃｒｂ（ｉ）を算出する。ＳＴ５においてｉ＜Ｎｍａｘであれば、ＳＴ２に戻り、ＳＴ２からＳＴ４までの処理を繰り返し、そうでなければ、ＳＴ６に進む。この時点でｃτ（ｉ）を参照すれば、速度Ｖの目標がｉパルス目に１／２パルス幅単位何個分移動したかを知ることができる。

次に、ＳＴ６において、積分パルス数に相当するインクリメント変数ｉ、コヒーレント積分パルス数に相当するインクリメント変数ｊ、ノンコヒーレント積分パルス数に相当するインクリメント変数ｋの初期設定を行う。ＳＴ７において、Ｖ＜（ΔＲτ／２）／Ｔであれば、ＳＴ８へ進み、そうでなければ、ＳＴ１３へ進む。
ＳＴ７では、速度Ｖの目標が連続した２パルス間で、１／２パルス幅単位１個分以上移動するか否かを判定し、移動しない場合はＳＴ８へ進み、移動する場合はＳＴ１３へ進むことに対応する。ＳＴ８からＳＴ１２までの処理は、図４における信号処理器（１）の積分数の組み合わせを決定するアルゴリズムであり、ＳＴ１３からＳＴ１７までの処理は、信号処理器（２）の積分数の組み合わせを決定するアルゴリズムである。

信号処理器（１）の積分数の組み合わせを決定するアルゴリズム（ＳＴ８〜ＳＴ１２）を説明する。
ＳＴ８において、インクリメント変数ｉ，ｊを１増やす。ＳＴ９においてｃτ（ｉ）とｃτ（ｉ−１）を比較し、同じであればＳＴ８に戻り、同じでなければＳＴ１０へ進む。
ＳＴ９では、ｉパルスとｉ−１パルス間で、速度Ｖの目標が着目している１／２パルス幅単位から隣の１／２パルス幅単位に移動するか否かを判定している。

ＳＴ１０において、Ｎｃ（ｋ）＝ｊ−１とする。
これは、ｊ−１パルス相当時間で、速度Ｖの目標が注目している１／２パルス幅単位から隣の１／２パルス幅単位へ移動することに対応し、同一レンジビンでコヒーレント積分を行うｋ番目の単位におけるコヒーレント積分可能数がｊ−１パルスであることになる。

図６はこのアルゴリズムの動作例を示す図である。速度Ｖの目標が連続した２パルス間で、１／２パルス幅単位１個分以上移動しないので、目標の真の位置に最も近いレンジビンと目標検出点を関連付けると、同じレンジビン上に複数の目標検出点が関連付けられる。この目標検出点に対応するそれぞれコヒーレント積分可能なパルス数（Ｎｃ（ｋ））と、それらの間のノンコヒーレント積分可能なパルス数（Ｎｎｃ（Ｖ））との関係が示されている。

ＳＴ１１において、Ｎｃ（１）＋Ｎｃ（２）＋・・・Ｎｃ（ｋ）≧Ｎｍａｘであれば処理を終了し、そうでなければＳＴ１２へ進み、ＳＴ１２において、インクリメント変数ｋを１増やし、ｊを初期化しＳＴ８へ戻り、ＳＴ８からＳＴ１１を繰り返す。処理終了時のｋが速度Ｖの目標に対するノンコヒーレント積分パルス数Ｎｎｃに対応する。

信号処理器（２）の積分数の組み合わせを決定するアルゴリズム（ＳＴ１３〜ＳＴ１７）を説明する。
ＳＴ１３において、インクリメント変数ｉ，ｊを１増やす。ＳＴ１４において、ｃｒｂ（ｉ）−ｃｒｂ（ｉ−１）≠ｃｒｂ（ｉ−１）−ｃｒｂ（ｉ−２）であれば、ＳＴ１５へ進み、そうでなければＳＴ１３へ戻る。
ここでは、速度Ｖの目標の、ｉパルスとｉ−１パルス間の移動量のレンジビン数とｉ−１パルスとｉ−２パルス間の移動量のレンジビン数を比較し、同じでなければＳＴ１５へ進み、同じであればＳＴ１３へ戻ることに対応する。

ＳＴ１５において、Ｎｃ（ｋ）＝ｊ−１、ｄｃ（ｋ）＝ｃｒｂ（ｉ−１）−ｃｒｂ（ｉ−２）、ｄｎｃ（ｋ）＝ｄｃ（ｋ）×（Ｎｃ（ｋ）−１）＋ｃｒｂ（ｉ）−ｃｒｂ（ｉ−１）とする。
これは、連続した２パルス間で、速度Ｖの目標の距離移動量が１／２パルス幅単位１個分以上の時、ｊ−１パルス間では、速度Ｖの目標が、各パルス間で、同じレンジビン数ずつ移動するため、ｊ−１パルスのコヒーレント積分を行うことができ、ｋ番目のコヒーレント積分単位におけるコヒーレント積分可能数がｊ−１パルスであることを示す。また、ｋ番目のコヒーレント積分単位における速度Ｖの目標の各パルス間の距離移動量のレンジビン数を表したｄｃ（Ｖ，ｋ）がｃｒｂ（ｉ−１）−ｃｒｂ（ｉ−２）であり、ｋ番目のコヒーレント積分単位の最初のパルス送信からｋ＋１番目のコヒーレント積分単位の最初のパルス送信の間に速度Ｖの目標が移動する距離のレンジビン数を表したｄｎｃ（Ｖ，ｋ）がｄｃ（ｋ）×（Ｎｃ（ｋ）−１）＋ｃｒｂ（ｉ）−ｃｒｂ（ｉ−１）であることに対応する。

図７はこのアルゴリズムの動作例を示す図である。速度Ｖの目標が連続した２パルス間で、１／２パルス幅単位１個分以上移動するので、目標の真の位置に最も近いレンジビンと目標検出点を関連付けると、異なる１／２パルス幅単位１個分（同図では２レンジビン（２ｒｂ））以上離れたレンジビンに目標検出点が関連付けられる。この目標検出点に対応する等しいレンジビン間隔のそれぞれコヒーレント積分可能なパルス数（Ｎｃ（ｋ））と、それらの間のノンコヒーレント積分可能なパルス数（Ｎｎｃ（Ｖ））との関係が示されている。

ＳＴ１６において、Ｎｃ（１）＋Ｎｃ（２）＋・・・Ｎｃ（ｋ）≧Ｎｍａｘであれば処理を終了し、そうでなければＳＴ１７へ進み、ＳＴ１７において、インクリメント変数ｋを１増やし、ｊを初期化してＳＴ１３へ戻り、ＳＴ１３からＳＴ１６を繰り返す。処理終了時のｋが速度Ｖの目標に対するノンコヒーレント積分パルス数Ｎｎｃに対応する。

以上のアルゴリズムにしたがって、速度Ｖの目標に対するコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数の組み合わせを算出する。

さらに積分数算定器１０２は、あらかじめ定めた最大速度Ｖｍａｘと速度刻み幅ΔＶ＝（ΔＲτ／２）／（Ｎｍａｘ×Ｔ）により、速度Ｖ＝Ｖｍａｘ，Ｖｍａｘ−ΔＶ，Ｖｍａｘ−２ΔＶ，・・・，Ｖｍａｘ−ＮｖΔＶ（最小速度）について図５のアルゴリズムを繰り返し、それぞれの速度についてのコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数の組み合わせを算出する。

よって、積分数算定器１０２の出力は、速度Ｖをパラメータとして、以下のようにＮｎｃは１次元データ、Ｎｃ、ｄｃ、ｄｎｃは２次元データとなり、
Ｎｎｃ（Ｖ）：Ｖ＝Ｖｍａｘ，Ｖｍａｘ−ΔＶ，Ｖｍａｘ−２ΔＶ，・・・，Ｖｍａｘ−ＮｖΔＶ
Ｎｃ（Ｖ，ｋ），ｄｃ（Ｖ，ｋ），ｄｎｃ（Ｖ，ｋ）：ｋ＝１，２，３，・・・，Ｎｎｃ（Ｖ）
の形で表される。

積分数制御器１０３は積分数算定器１０２の出力を受けて、次の制御を行う。
（１）対象とする目標速度Ｖが、Ｖ＜（ΔＲτ／２）／Ｔであれば信号処理器（１）に、そうでなければ信号処理器（２）にディジタル受信信号を分配するように、データ分配器１０６の制御を行う。
（２）Ｎｍａｘパルス分のデータを、対象とする速度Ｖに応じてＮｃ（Ｖ，ｋ）パルス分のデータ毎に分割して信号処理器（１）、（２）に分配するように、データ分配器１０６の制御を行う。
（３）ｋ番目のコヒーレント積分（Ｎｃ（Ｖ，ｋ）パルスコヒーレント積分）の結果の距離移動補正量が（ｋ−１）×１／２パルス幅単位となるよう、信号処理器（１）の距離移動補正器１１１の補正量を制御する。
（４）ｄｃ（Ｖ，ｋ）によって信号処理器（２）の距離移動補正器１１２の補正量を制御する。
（５）ｄｎｃ（Ｖ，ｋ）によって信号処理器（２）の距離移動補正器１１３の補正量を制御する。

レーダ受信信号はＡ／Ｄ変換器１０４によりディジタル受信信号に変換されて、バッファメモリ１０５に蓄えられており、データ分配器１０６は、積分数制御器１０３の制御に応じて、バッファメモリ１０５から信号処理器（１）、（２）にディジタル受信信号のデータを分配して出力する。

信号処理器（１）の動作についてより詳細に説明する。信号処理器（１）は、コヒーレント積分器１０７、距離移動補正器１０８、ノンコヒーレント積分器１０９、最大値選択器１１０、目標検出器１１１から成る複数の積分系統から構成されており、各積分系統は対象とする目標の速度Ｖに対応して動作する。

コヒーレント積分器１０７において、Ｎｍａｘパルス分のディジタル受信信号をＮｃ（Ｖ，１）、Ｎｃ（Ｖ，２）、・・・・、Ｎｃ（Ｖ，Ｎｎｃ（Ｖ））パルス分のデータ毎に、パルスドップラ処理を用いてＮｃ（Ｖ，ｋ）パルスコヒーレント積分を行う。距離移動補正器１０８は、ｋ番目のコヒーレント積分の結果について、各ドップラフィルタ出力ごとに（ｋ−１）×１／２パルス幅単位分のレンジビン補正を行う。ノンコヒーレント積分器１０９は、補正後データを各ドップラフィルタ出力ごとにＮｎｃ（Ｖ）パルスノンコヒーレント積分する。最大値選択器１１０は、各ドップラフィルタ出力のうちの最大値を選択する。目標検出器１１１は、最大値選択器１１０の出力と所定のスレッショルド値を比較して、スレッショルド値を超える信号を目標信号として出力する。

次に信号処理器（２）の動作についてより詳細に説明する。信号処理器（２）は、距離移動補正器１１２、コヒーレント積分器１０７、距離移動補正器１１３、ノンコヒーレント積分器１０９、最大値選択器１１０、目標検出器１１１から成る複数の積分系統から構成されており、各積分系統は対象とする目標の速度Ｖに対応して動作する。

距離移動補正器１１２は、速度Ｖの目標に対するｋ番目のコヒーレント積分単位（Ｎｃ（Ｖ，ｋ）パルスコヒーレント積分）において、各パルスごとにｄｃ（Ｖ，ｋ）のレンジビン数の距離移動補正を行う。コヒーレント積分器１０７は補正後のデータをＮｃ（Ｖ，ｋ）ヒットコヒーレント積分し、これをｋ＝１，２，・・・，Ｎｎｃ（Ｖ）についてＮｎｃ（Ｖ）回繰り返し、Ｎｎｃ（Ｖ）個のコヒーレント積分結果を得る。続いて距離移動補正器１１３は、各コヒーレント積分の結果について、各ドップラフィルタ出力ごとにｋ番目のコヒーレント積分の結果に対して（ｋ−１）×ｄｎｃ（Ｖ，ｋ）のレンジビン数の距離移動補正を行う。ノンコヒーレント積分器１０９は、補正後データを各ドップラフィルタ出力ごとにＮｎｃ（Ｖ）パルスノンコヒーレント積分する。最大値選択器１１０は、各ドップラフィルタ出力のうちの最大値を選択する。目標検出器１１１は、最大値選択器１１０の出力と所定のスレッショルド値を比較して、スレッショルド値を超える信号を目標信号として出力する。

以上のような動作により低速目標について従来の方法と同様な検出確率を維持しつつ、高速で等速直線運動をする目標についても効果的に積分利得を得ることができる。

［発明の他の実施の形態］
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図４に示す実施の形態においては、コヒーレント積分時間中の移動距離が１／２パルス幅単位以下の低速目標であっても、反射信号が大きい場合には、速度の異なる複数の目標として誤検出される可能性がある。本実施の形態は、このような目標の誤検出を回避できるようにしたものである。

図８は本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態では信号処理器（１）、（２）の各積分処理系統に目標相関器１１４を備える。目標相関器１１４以外の各構成及び動作は本発明の第１の実施の形態として述べた図４に示す構成及び動作と同じである。

図９は誤検出動作と第２の実施の形態の動作の説明図である。最初に目的の誤検出を起こす現象について図９を用いて説明する。
図４に示す実施の形態においては、反射信号が大きい目標の場合に、本来、同一レンジビンのコヒーレント積分を１回のみ行う積分処理（図９の処理１）で検出されるはずであるが、目標が極めて大きい場合、１／２パルス幅単位移動して複数回コヒーレント積分を行い、各コヒーレント積分結果をノンコヒーレント積分する処理（図９の処理２）でも検出される。これは、複数のコヒーレント積分単位のうちの１個だけで処理後の振幅値がスレッショルドを超えるケースである。

第２の実施の形態においては、この現象を回避するために目標相関器１１４を設けており、目標相関器１１４では、図９に示す処理２の各１／２パルス幅単位のコヒーレント積分結果のＳ／Ｎと各１／２パルス幅単位のコヒーレント積分結果のＳ／Ｎの平均値を比較し、所定のスレッショルド値より大きい場合（すなわち、ある１／２パルス幅単位のＳ／Ｎのみ極めて大きい場合）は、図９の処理２の積分結果を棄却し、図９の処理１の積分結果を採用する処理を行う。これにより、特定の１／２パルス幅単位にのみ目標が存在する状況に対して誤検出することを回避できる。

次に本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。図４および図８に示した実施の形態では、対象とする目標の最大速度（最大目標速度）が大きいとき、コヒーレント積分とノンコヒーレント積分の組み合わせ数が膨大となり、信号処理負荷が大きくなるという問題がある。この場合、信号処理負荷が信号処理装置の処理能力を上回ると、その信号処理装置は正常な動作が行われなくなる可能性がある。第３の実施の形態では信号処理能力の範囲内で積分利得が得られるようにしたものである。

図１０は本発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。第３の実施の形態では、図４の構成に処理負荷算定器１１５と速度範囲算定器１１６を付加したものである。本実施の形態では、最大積分可能数算定器１０１において最大目標速度を設定する代わりに、最も可能性が高い指定目標速度を設定し、積分数算定器１０２ではその指定目標速度を基準として前述の積分数を算定し、処理負荷算定器１１５において各速度ごとの処理負荷を算定し、速度範囲算定器１１６において指定目標速度を含んでかつ処理負荷が処理能力を上回らない速度範囲を計算して、積分数制御器１０３においてその速度範囲のみ積分処理を行うように制御するように構成している。これにより、処理能力の範囲内で有効に積分利得を得ることができる。

同一レンジビンでコヒーレント積分可能な状況の説明図である。 異なるレンジビンでコヒーレント積分可能な状況の説明図である。 本発明の実施の形態における積分の説明図である。 本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。 積分数算定アルゴリズムのフローチャートである。 信号処理器（１）の積分数の組み合わせを決定する積分数算定アルゴリズムの説明図である。 信号処理器（２）の積分数の組み合わせを決定する積分数算定アルゴリズムの説明図である。 本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態の説明図である。 本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。 従来技術の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ 最大積分可能数算定器
１０２ 積分数算定器
１０３ 積分数制御器
１０４ Ａ／Ｄ変換器
１０５ バッファメモリ
１０６ データ分配器
１０７ コヒーレント積分器
１０８ 距離移動補正器
１０９ ノンコヒーレント積分器
１１０ 最大値選択器
１１１ 目標検出器
１１２ 距離移動補正器
１１３ 距離移動補正器
１１４ 目標相関器
１１５ 処理負荷算定器
１１６ 速度範囲算定器
２０１ 移動目標対応コヒーレント積分手段
２０１−１ パルス圧縮手段
２０１−２ パルスドップラ処理手段
２０１−３ レファレンス信号発生手段
２０２ 検波器
２０３ ドップラビン選択手段
２０４ 移動目標対応ノンコヒーレント積分手段

Claims (13)

1. レーダ諸元に基づく最大積分可能数Ｎｍａｘを算出するステップと、想定する目標の速度Ｖに応じて最大積分可能数Ｎｍａｘをコヒーレント積分が可能な単位に分割して、当該単位のパルス数Ｎｃ（ｋ）：ｋ＝１、２、・・・、Ｎｎｃを算出するステップと、Ｎｃ（ｋ）パルス間における速度Ｖの目標の移動距離に応じた補正量を算出するステップと、Ｎｃ（ｋ）パルスを一単位としてコヒーレント積分を行うステップと、Ｎｃ（ｋ）パルスのコヒーレント積分の結果を前記補正量により順次距離補正して積分ヒット数Ｎｎｃのノンコヒーレント積分を行うステップと、からなることを特徴とするレーダ信号処理方法。
2. 前記パルス数Ｎｃ（ｋ）：ｋ＝１、２、・・・、Ｎｎｃを算出するステップは、パルス繰り返し周期内に着目しているレンジビンから１／２パルス幅単位内で移動する目標に対しては、着目している地点から、１／２パルス幅単位以上移動するまでに、照射可能なパルス数を算定した結果を用いて最大積分可能数Ｎｍａｘを分割し、パルス繰り返し周期内に着目しているレンジビンから１／２パルス幅単位以上移動するような目標に対しては、連続するパルス間の移動量のレンジビン数が同じか否かを判定することにより最大積分可能数Ｎｍａｘを分割するステップを含むことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理方法。
3. 前記コヒーレント積分を行うステップとノンコヒーレント積分を行うステップは、最大目標速度Ｖｍａｘを基準として、１／２パルス幅単位から定めた速度刻み幅ΔＶずつ小さくした各速度に対して並列に行うことを特徴とする請求項１又は２記載のレーダ信号処理方法。
4. 前記ノンコヒーレント積分の結果の出力のうちの最大値を選択するステップと、選択された最大値の出力を所定のスレッショルド値と比較して、該スレッショルド値を超えた出力を目標信号として出力するステップと、を含むことを特徴とする請求項１、２又は３記載のレーダ信号処理方法。
5. 前記コヒーレント積分は、パルスドップラ処理を用いたコヒーレント積分であり、前記ノンコヒーレント積分は、前記コヒーレント積分の結果として出力されるパルスドップラ処理における各ドップラフィルタ出力に対して振幅加算によるノンコヒーレント積分であることを特徴とする請求項１ないし４の何れかの請求項記載のレーダ信号処理方法。
6. レーダ諸元に基づき最大積分可能数を算出する最大積分可能数算定器と、
   受信パルス幅と対象とする目標速度に応じて最大積分可能数をコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数に配分するとともに目標の距離移動に対応する距離移動補正量を算定する積分数算定器と、
   レーダ受信信号のコヒーレント積分、ノンコヒーレント積分及び距離移動補正を含む積分処理系統を構成する信号処理器と、
   積分数算定器で算定したコヒーレント積分パルス数、ノンコヒーレント積分パルス数及び距離移動補正量を用いて、前記信号処理器のコヒーレント積分と該コヒーレント積分結果のノンコヒーレント積分における積分数及び距離移動補正の制御を行う積分数制御器と、
   を有することを特徴とするレーダ信号処理装置。
7. 前記信号処理器は、パルスドップラ処理を用いたコヒーレント積分を行うコヒーレント積分器と、
   対象とする目標速度において着目するレンジビンから別のレンジビンに移動する時にその移動量を補正する距離移動補正器と、
   前記コヒーレント積分器におけるコヒーレント積分結果として出力される各ドップラフィルタ出力に対して振幅加算によるノンコヒーレント積分を行うノンコヒーレント積分器と、
   を有することを特徴とする請求項６記載のレーダ信号処理装置。
8. 前記信号処理器は、最大目標速度を基準として１／２パルス幅単位等から定めた速度刻み幅ずつ小さくした各速度に対して、前記コヒーレント積分とノンコヒーレント積分の処理を並列して行う複数の積分処理系統を有することを特徴とする請求項６又は７記載のレーダ信号処理装置。
9. 前記信号処理器は、前記ノンコヒーレント積分器から出力される各フィルタバンク出力のうちの最大値を選択する最大値選択器と、
   前記最大値選択器の出力と所定のスレッショルド値を比較して、スレッショルド値を超えた信号を目標信号として出力する目標検出器と、
   を有することを特徴とする請求項６、７又は８記載のレーダ信号処理装置。
10. 前記複数の積分処理系統は、各コヒーレント積分結果のＳ／Ｎと該Ｓ／Ｎの平均値との差が所定閾値以上の場合に、当該コヒーレント積分結果を棄却する目標相関器を備えることを特徴とする請求項８又は９記載のレーダ信号処理装置。
11. 目標速度として最も可能性が高い指定目標速度を設定し、その指定目標速度を基準として積分数を算定し、各速度ごとの処理負荷を算定し、指定目標速度を含んでかつ処理負荷が処理能力を上回らない速度範囲を計算し、当該範囲のみの積分処理を行うように構成したことを特徴とする請求項６ないし１０の何れかの請求項記載のレーダ信号処理装置。
12. アナログのレーダ受信信号をディジタル受信信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
    ディジタル受信信号を一時的に記憶するバッファメモリと、
    バッファメモリ上のディジタル受信信号を前記信号処理器に分配するデータ分配器と、
    を備え、
    前記積分数制御器は、前記データ分配器のディジタル受信信号の分配の制御と、前記信号処理器の積分及び距離移動補正の制御を行うことを特徴とする請求項６ないし１１の何れかの請求項記載のレーダ信号処理装置。
13. レーダ諸元に基づき最大積分可能数を算出する最大積分可能数算定器と、
    受信パルス幅と対象とする目標速度に応じて最大積分可能数をコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数に配分するとともに距離移動補正量を算定する積分数算定器と、
    算定したコヒーレント積分パルス数とノンコヒーレント積分パルス数を用いてデータ分配器の受信信号の分配の制御と、それぞれ積分処理系統を構成する２つの信号処理器の積分数の制御を行う積分数制御器と、
    アナログのレーダ受信信号をディジタル受信信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
    ディジタル受信信号を一時的に記憶するバッファメモリと、
    積分数制御器の制御を受けて、バッファメモリ上のディジタル受信信号を２つの信号処理器の各積分処理系統に分配するデータ分配器と、
    パルスドップラ処理を用いたコヒーレント積分を行うコヒーレント積分器と、
    対象とする目標速度において着目するレンジビンから別のレンジビンに移動する時にその移動量を補正する距離移動補正器と、
    コヒーレント積分結果として出力される各ドップラフィルタ出力に対して振幅加算によるノンコヒーレント積分を行うノンコヒーレント積分器と、
    ノンコヒーレント積分器から出力される各フィルタバンク出力のうちの最大値を選択する最大値選択器と、
    最大値選択器の出力と所定のスレッショルド値を比較して、スレッショルド値を超えた信号を目標信号として出力する目標検出器と、
    を有することを特徴とするレーダ信号処理装置。

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