JP5514156B2 - レーダ装置及び受信データ処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、送信パルスが反射、散乱又は回折されたパルス信号を受信することで目標を捜索するレーダ装置と、このレーダ装置で用いられる受信データ処理方法に関する。

レーダ装置は、一定のＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）で送信された複数の送信パルスが反射、散乱又は回折されたパルス信号を受信する。レーダ装置は、受信したパルス信号に対してコヒーレント積分を行う。ここで、コヒーレント積分とは、複数のパルス信号に対して同一レンジでコヒーレントに積分する処理である。このように、レーダ装置が受信したパルス信号に対してコヒーレント積分を行う期間を一般的にＣＰＩ（Coherent Processing Interval）と呼ぶ。そして、レーダ装置は、現在のスキャンでコヒーレント積分した信号を、過去のスキャンで取得された信号とインコヒーレント積分し、その強度を測定する。レーダ装置は、測定した強度が所定のスレッショルド値を超えた場合、これを目標信号として検知する。

しかしながら、この種のレーダ装置では、過去のスキャンで取得された信号を積分していくため、スレッショルド値を超える雑音信号が発生した場合、以降の計測でもこの雑音信号の影響が残ってしまう。これは、あたかも目標が移動するかのような誤航跡としてスコープ上に現れ、目標の誤検出の要因となる。

E. Fisher, A. H. Heimovich, "Spatial diversity in radar - models and detection Performance", IEEE Trans. On Signal Processing, vol. 54, no. 3, pp. 823-838 E. Fisher, A. H. Heimovich, "Performance of MIMO Radar System: Advantages of Angular Diversity", IEEE Trans. On Signal Processing, 2004 M. I. Skolnik, "Radar Handbook second edition", McGraw-Hill, New York, 1990

以上のように、現在のスキャンでコヒーレント積分した信号を、過去のスキャンで取得された信号とインコヒーレント積分するレーダ装置では、スレッショルド値を超える雑音信号が発生した場合、以降の計測にこの雑音信号の影響が残るため、目標を誤検出するおそれがある。

そこで、目的は、過去のスキャンで発生した雑音信号の影響を抑え、目標の位置を正確に検出することが可能なレーダ装置及びこのレーダ装置で用いられる受信データ処理方法を提供することにある。

実施形態によれば、レーダ装置は、無線部、パルス圧縮部、ドップラフィルタ処理部、信号処理部、予測部及び積分部を具備する。無線部は、パルス信号を受信する。パルス圧縮部は、前記パルス信号に対してパルス圧縮処理を施し、パルス信号毎のレンジセルデータを生成する。ドップラフィルタ処理部は、前記パルス圧縮部からのレンジセルデータに対してドップラフィルタ処理を施すことで、周波数ビン毎のレンジセルデータを生成する。信号処理部は、前記ドップラフィルタ処理部で１スキャン毎に取得されるレンジセルデータを、目標の速度を含むパラメータで特定する固有データに変換する。予測部は、過去のスキャンで取得された固有データの速度に基づいて次スキャン時の目標の位置を予測し、次スキャン時に前記予測した位置に到達すると算出される過去の固有データを、前記予測した位置に累積した予測データを作成する。積分部は、次スキャン時に取得される固有データと、前記予測データとを積分し、前記次スキャン時の固有データと前記過去の固有データとの累積数が予め設定した回数を超える場合、積分結果から最も古い固有データを減じる。

第１の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。 図１のパルス圧縮部によるパルス圧縮処理を示す図である。 図１のドップラフィルタ処理部によるコヒーレント積分を示す図である。 図１の信号処理部が作成する４次元データのパラメータを示す図である。 図１のレーダ装置についてのシミュレーションで用いられるシミュレーション諸元を示す図である。 図１の積分部でのスライディングウィンドウ処理の概要を示す図である。 図５のシミュレーション諸元を用いた際のシミュレーション結果を示す図である。 図６のスライディングウィンドウ処理を適用しない場合のシミュレーション結果を示す図である。 第１の実施形態に係るレーダ装置を含むＭＩＭＯレーダシステムの機能構成を示すブロック図である。 図９のレーダ装置の機能構成のその他の例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。 図１１の重み付け部での重み付け係数を算出する際のグラフである。 第２の実施形態に係るレーダ装置の機能構成のその他の例を示すブロック図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置は、無線部１０、空間処理部２０、パルス圧縮部３０、ドップラフィルタ処理部４０、信号処理部５０、積分部６０、予測部７０及び記録部８０を具備する。

無線部１０は、アンテナ素子１１、受信モジュール１２、周波数変換部１３及びアナログ−デジタル変換部１４を備える。

アンテナ素子１１は、一定のＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）で送信された複数の送信パルスが反射、散乱又は回折されたパルス信号を受信する。このとき、１ＣＰＩ（Coherent Processing Interval）でＭ個の送信パルスが送信され、アンテナ素子１１は、Ｍ個のパルス信号を受信するとする。アンテナ素子１１は、受信したパルス信号を受信モジュール１２へ出力する。受信モジュール１２は、アンテナ素子１１からのパルス信号の電力を増幅する。周波数変換部１３は、受信モジュール１２で増幅されたパルス信号をベースバンド帯に変換する。アナログ−デジタル変換部１４は、周波数変換部１３からのパルス信号をデジタル変換し、空間処理部２０へ出力する。

空間処理部２０は、無線部１０でデジタル化された信号に対して所定のビームウェイトを重畳することで、受信ビームを形成する。

パルス圧縮部３０は、空間処理部２０からの信号に対してパルス圧縮処理を行い、パルス信号毎にレンジセルデータを生成する。図２は、パルス圧縮部３０によるパルス圧縮処理を模式的に示す図である。

ドップラフィルタ処理部４０は、パルス圧縮部３０からのＭ個毎のレンジセルデータに対してコヒーレント積分を行う。すなわち、ドップラフィルタ処理部４０は、パルス圧縮部３０からのレンジセルデータに対して１ＣＰＩ単位でＦＦＴ処理を行うことで、Ｍ個の周波数ビンそれぞれについてのレンジセルデータを生成する。図３は、ドップラフィルタ処理部４０によるコヒーレント積分を模式的に示す図である。

信号処理部５０は、ドップラフィルタ処理部４０からのレンジセルデータの強度が、レンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖ_ｍにより特定されるようにする。つまり、信号処理部５０は、所定の捜索領域における全方向への１回のスキャンで得られる全てのレンジセルデータの強度がレンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖ_ｍにより特定されるように変換した４次元データを作成する。あるスキャンｉで取得された４次元データは、Ｒ^（ｉ）（ｒ，θ，φ，ｖ_ｍ）と表される。信号処理部５０は、４次元データを積分部６０及び記録部８０へ出力する。図４は、目標に対するレンジｒ、方位θ、仰角φ及び相対速度ｖ_ｍの関係を示す模式図である。

なお、１ＣＰＩで送信されるＭ個のパルス信号に基づいて求められる、ｎ番目（ｎは１〜Ｍの自然数）の周波数ビンにおける目標の相対速度ｖ_ｍは、以下のように求められる。図３で示す各周波数ビンの周波数帯域幅Δｆは、Δｆ＝ｆ_ＰＲＦ／Ｍである。ここで、周波数ビンの値は目標の移動によるドップラ周波数に起因してのみ生じると仮定する。なお、ｆ_ＰＲＦ＝１／ｆ_ＰＲＩである。このとき、ｎ番目の周波数ビンにおける相対速度ｖ_ｍは、ｖ_ｍ＝ｎ・Δｆ・ｃ／ｆｃで表される。ただし、ｃは光速、ｆｃはキャリア周波数を示す。

予測部７０は、積分部６０から後述する積分４次元データを受け取り、積分４次元データにより特定される位置の全てに目標が存在すると仮定する。そして、予測部７０は、積分４次元データに基づいて、次のスキャン時の目標の存在位置を予測する。このときの予測部７０での処理を以下に説明する。

レーダ装置は、所定の捜索領域における全方位に順次照射される送信パルスの反射波を受信する。このため、同一方向からのパルス信号を受信するのは離散的（１スキャン間隔）になる。１スキャン当りの周期をＴ_ＳＣＡＮ秒とすると、図３に示すレンジセル毎の周波数バンク信号は周期Ｔ_ＳＣＡＮ毎に得られることになる。

目標の運動モデルを等速直線運動と仮定した場合、周波数ビンｎに存在する目標は、Ｔ_ＳＣＡＮ秒後の次スキャン時には目標はｖ_ｍ・Ｔ_ＳＣＡＮだけ移動していると予測できる。つまり、隣接するレンジセルの間隔をｘとおくと、目標は、（ｖ_ｍ・Ｔ_ＳＣＡＮ／ｘ）以下の最大の整数分（Δｎとする。）だけ異なるレンジセルに移動することになる。

このため、ｉ番目のスキャン時のレンジセルｒ、周波数ビンｎに目標が存在する場合、Ｔ_ＳＣＡＮ後のｉ＋１番目のスキャン時のレンジセルｒ＋Δｎ、周波数ビンｎに同じ目標が存在すると予測される。

予測部７０は、積分部６０から積分４次元データが供給される場合、この積分４次元データが、次のスキャンまでにΔｎだけ移動すると予測する。予測部７０は、積分４次元データがΔｎだけ移動した予測４次元データを作成し、作成した予測４次元データを記憶部８０へ出力する。

また、予測部７０は、記録部８０から後述する過去４次元データを受け取ると、この過去４次元データに基づいて、予め設定されるｐ回先（ｐは自然数）のスキャン時（Ｔ_ＳＣＡＮ×ｐ後）の目標の存在位置を予測する。予測部７０は、過去４次元データがｐ×Δｎだけ移動すると予測して制限４次元データを作成し、作成した制限４次元データを積分部６０へ出力する。

記録部８０は、信号処理部５０からの４次元データを受け取る。記録部８０は、ｐ＋１回分のスキャンで得られる４次元データを記録する。具体的には、まず、記録部８０は、信号処理部５０からの４次元データを、１回目のスキャンからｐ回目のスキャンまで記録する。記録部８０は、ｐ＋１回目のスキャンによりｐ＋１個分の４次元データが記録されると、１回目のスキャンで得られた４次元データを過去４次元データとして予測部７０へ出力する。記録部８０は、ｐ＋２回目のスキャン以降のスキャンで４次元データが得られると、記録されている最も古い４次元データを過去４次元データとして予測部７０へ出力する。

また、記録部８０は、予測部７０からの予測４次元データを記録する。記録部８０は、予測４次元データを記録している場合、信号処理部５０で新たなスキャンの４次元データが作成されると、記録している予測４次元データを積分部６０へ出力する。

積分部６０は、信号処理部５０からの４次元データ、記録部８０からの予測４次元データ及び／又は予測部７０からの制限４次元データを受け取り、これらに基づいてインコヒーレント積分を行う。具体的には、記録部８０から予測４次元データが供給されず、かつ、予測部７０からの制限４次元データが供給されない場合、積分部６０は、信号処理部５０からの４次元データを積分４次元データとして後段及び予測部７０へ出力する。また、記録部８０から予測４次元データが供給され、かつ、予測部７０からの制限４次元データが供給されない場合、積分部６０は、信号処理部５０からの４次元データに、予測４次元データを足し合わせて積分４次元データとして、後段及び予測部７０へ出力する。

また、記録部８０から予測４次元データが供給され、かつ、予測部７０から制限４次元データが供給される場合、積分部６０は、信号処理部５０からの４次元データに予測４次元データを足し合わせ、この足し合わせたデータから制限４次元データを差し引いて積分４次元データとして、後段及び予測部７０へ出力する。なお、記録部８０によるこの処理を、以下ではスライディングウィンドウ処理と称する。

また、図１では記載されていないが、レーダ装置は、積分部６０の後段に目標検出部をさらに具備していても構わない。目標検出部は、積分部６０からの積分４次元データの強度が閾値を超えるか否かを判断する。なお、閾値の値は、積分部６０でのインコヒーレント積分の回数に基づいて変動する。目標検出部は、積分４次元データの強度が閾値を超える場合、目標を検出したと判断する。

次に、上記構成のレーダ装置による探知確率推移についてのシミュレーション結果を示す。図５は、第１の実施形態に係るレーダ装置についてのシミュレーションで用いられるシミュレーション諸元を示す図である。本シミュレーションでは、インコヒーレント積分の回数ｐ＝５である場合を例に示す。図６は、ｐ＝５である際の、積分部６０でのスライディングウィンドウ処理の概要を示す模式図である。図７は、図５のシミュレーション諸元を用いた際のシミュレーション結果を示す図である。また、図８は、スライディングウィンドウ処理を適用しない場合のシミュレーション結果を示す図である。図８では、雑音信号の発生のため、破線で示す位置に目標の誤検出が起きている。一方、図７では、スライディングウィンドウ処理を適用しているため、図８で示すような誤検出の発生は抑圧される。

以上のように、第１の実施形態では、積分部６０は、４次元データの積分を予め設定した回数以上行った場合、最も古い４次元データに基づく値を積分結果から減算するようにしている。つまり、インコヒーレント積分の回数を、予め設定された回数に制限するようにしている。これにより、過去に発生した高い雑音信号の影響が以降のスキャンにおける探知処理に継続的に影響する問題を緩和することが可能となる。

したがって、第１の実施形態に係るレーダ装置によれば、過去のスキャンで発生した雑音信号の影響を抑え、目標の位置を正確に検出することができる。

なお、上記第１の実施形態では、信号処理部５０により、ドップラフィルタ処理部４０からのレンジセルデータを４次元データに変換する場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、レーダ装置は、図９に示すようなＭＩＭＯレーダシステムを構成し、レンジセルデータを６次元セルデータに変換するようにしても構わない。

各レーダ装置は、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからそれぞれ送信された送信パルスが目標で反射等されたパルス信号を受信する。図１０は、第１の実施形態に係るレーダ装置の機能構成のその他の例を示すブロック図である。なお、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからそれぞれ送信される送信パルスは、互いに無相関となるように変調されている。また、複数のレーダ装置において、座標の原点及び直交軸は共有されている。

図１０に示すレーダ装置は、無線部１０、空間処理部２０、パルス圧縮部３０、ドップラフィルタ処理部４０、信号処理部９０、積分部１００、予測部７０及び記録部８０を備える。

信号処理部９０は、各レーダ装置間で共有されている座標の原点及び直交軸を予め記録している。また、信号処理部９０は、自装置の位置座標を把握している。信号処理部９０は、ドップラフィルタ処理部４０からのレンジセルデータの強度が、目標の位置のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標、目標の速度のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標の値により特定されるようにする。つまり、信号処理部９０は、レンジセルデータの強度が目標の位置のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標、目標の速度のｘ座標、ｙ座標、ｚ座標の値で特定される６次元セルデータＦ（ｘ，ｙ，ｚ，ｖ_ｘ，ｖ_ｙ，ｖ_ｚ）を作成する。信号処理部９０は、６次元セルデータを積分部１００へ出力する。

予測部１１０は、積分部１００から後述する積分６次元セルデータが供給される場合、この積分６次元セルデータの、次のスキャンまでの移動量を予測する。目標の運動モデルを等速直線運動と仮定した場合、ある時刻における６次元セルデータＦ（ｘ，ｙ，ｚ，ｖ_ｘ，ｖ_ｙ，ｖ_ｚ）は、Ｔ_ＳＣＡＮ秒後の次スキャン時にはＦ（ｘ＋ｖ_ｘＴ_ＳＣＡＮ，ｙ＋ｖ_ｙＴ_ＳＣＡＮ，ｚ＋ｖ_ｚＴ_ＳＣＡＮ，ｖ_ｘ，ｖ_ｙ，ｖ_ｚ）となる。つまり、隣接するレンジセルの間隔をｄとおくと、目標は、（ｖ_ｘＴ_ＳＣＡＮ／ｄ，ｖ_ｙＴ_ＳＣＡＮ／ｄ，ｖ_ｚＴ_ＳＣＡＮ／ｄ）以下の最大の整数分（Δｎ_ｘ，Δｎ_ｙ，Δｎ_ｚ）だけ異なるレンジセルに移動することになる。予測部１１０は、積分６次元セルデータが（Δｎ_ｘ，Δｎ_ｙ，Δｎ_ｚ）だけ移動した予測６次元セルデータを作成し、作成した予測６次元セルデータを記憶部１２０へ出力する。

また、予測部１１０は、記録部１２０から後述する過去６次元セルデータを受け取ると、この過去６次元セルデータに基づいて、予め設定されるｐ回先（ｐは自然数）のスキャン時（Ｔ_ＳＣＡＮ×ｐ後）の目標の存在位置を予測する。予測部７０は、過去６次元セルデータがｐ×（Δｎ_ｘ，Δｎ_ｙ，Δｎ_ｚ）だけ移動すると予測して制限６次元セルデータを作成し、作成した制限６次元セルデータを積分部１００へ出力する。

記録部１２０は、積分部１００から後述するＭＩＳＯ積分後の６次元セルデータを受け取る。記録部１２０は、ｐ＋１回分のスキャンで得られる６次元セルデータを記録する。具体的には、まず、記録部１２０は、ＭＩＳＯ積分後の６次元セルデータを、１回目のスキャンからｐ回目のスキャンまで記録する。記録部１２０は、ｐ＋１回目のスキャンによりｐ＋１個分の６次元セルデータが記録されると、１回目のスキャンで得られた６次元セルデータを過去６次元データとして予測部１１０へ出力する。記録部１２０は、ｐ＋２回目のスキャン以降のスキャンで６次元セルデータが得られると、記録されている最も古い６次元セルデータを過去６次元セルデータとして予測部１１０へ出力する。

また、記録部１２０は、予測部１１０からの予測６次元セルデータを記録する。記録部１２０は、予測６次元セルデータを記録している場合、信号処理部９０で新たなスキャンの６次元セルデータが作成されると、記録している予測６次元セルデータを積分部１００へ出力する。

積分部１００は、信号処理部９０からの６次元セルデータに対してＭＩＳＯ（Multi Input Single Output）積分を行う。ＭＩＳＯ積分とは、複数の送信パルスに基づくパルス信号についての６次元セルデータを積分する処理である。このとき、パルス信号は、送信パルスが同一の目標で反射、散乱又は回折されたものである。以下では、６次元セルデータのＭＩＳＯ積分について説明する。

送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲは、それぞれ異なる時刻に送信ビームを目標へ向ける。そのため、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからの送信パルスに対するパルス信号は、異なる時刻にレーダ装置で受信される。また、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲが目標に対して送信ビームを向ける時刻が異なるため、その間に目標が移動してしまうこともある。そのため、同一の目標からのパルス信号に基づいて得られる６次元セルデータは、送信源毎に異なる。

積分部１００は、送信ビームを向ける間に移動してしまった目標の移動量を予測するために、目標の運動モデルを規定する。例えば、目標の運動モデルを等速直線運動と仮定した場合、ある時刻における６次元セルデータＦ（ｘ，ｙ，ｚ，ｖ_ｘ，ｖ_ｙ，ｖ_ｚ）は、時刻Δｔ秒後においてはＦ（ｘ＋ｖ_ｘΔｔ，ｙ＋ｖ_ｙΔｔ，ｚ＋ｖ_ｚΔｔ，ｖ_ｘ，ｖ_ｙ，ｖ_ｚ）となる。

積分部１００は、想定した運動モデルに基づいて、移動前の６次元セルデータと移動後の６次元セルデータとを結び付ける。そして、積分部１００は、結び付けた６次元セルデータを積分する。このように、運動モデルに基づいて移動後の６次元セルデータを予測することで、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからの送信パルスが同一の目標に反射されるパルス信号の受信時刻はそれぞれ異なるが、これらのパルス信号に基づく６次元セルデータを積分することが可能となる。

また、積分部１００は、記録部１２０からの予測６次元セルデータ及び／又は予測部１１０からの制限６次元セルデータをさらに受け取り、ＭＩＳＯ積分後の６次元セルデータ、予測６次元セルデータ及び制限６次元セルデータに基づいてインコヒーレント積分を行う。具体的には、記録部１２０から予測６次元セルデータが供給されず、かつ、予測部１１０からの制限６次元セルデータが供給されない場合、積分部１００は、ＭＩＳＯ積分後の６次元セルデータを積分６次元セルデータとして後段及び予測部１１０へ出力する。また、記録部１２０から予測６次元セルデータが供給され、かつ、予測部１１０からの制限６次元セルデータが供給されない場合、積分部１００は、ＭＩＳＯ積分後の６次元セルデータに、予測６次元セルデータを足し合わせて積分６次元セルデータとして、後段及び予測部１１０へ出力する。

また、記録部１２０から予測６次元セルデータが供給され、かつ、予測部１１０から制限６次元セルデータが供給される場合、積分部１００は、ＭＩＳＯ積分後の６次元セルデータに予測６次元セルデータを足し合わせ、この足し合わせたデータから制限６次元セルデータを差し引いて積分６次元セルデータとして、後段及び予測部１１０へ出力する。

積分部１００からの積分６次元セルデータは、処理サーバ１３０へ出力される。処理サーバ１３０は、接続される複数のレーダ装置でそれぞれ取得された積分６次元セルデータに対してＳＩＭＯ（Single Input Multi Output）積分を行う。そして、処理サーバ１３０は、ＳＩＭＯ積分の結果のレベルが、積分６次元セルデータの積分数に従って設定されるスレッショルド値を超える場合、目標を検知したと判断する。

このように、積分部１００は、６次元セルデータの積分を予め設定した回数以上行った場合、最も古い６次元セルデータに基づく値を積分結果から減算するようにしている。つまり、インコヒーレント積分の回数を、予め設定された回数に制限するようにしている。これにより、レーダ装置がＭＩＭＯレーダシステムを構成する場合であっても、過去に発生した高い雑音信号の影響が以降のスキャンにおける探知処理に継続的に影響する問題を緩和することが可能となる。

（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に係るレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図１１に示すレーダ装置は、無線部１０、空間処理部２０、パルス圧縮部３０、ドップラフィルタ処理部４０、信号処理部５０、積分部１４０、予測部１５０、記録部１６０及び重み付け部１７０を具備する。

信号処理部５０は、ドップラフィルタ処理部４０からのレンジセルデータを４次元データに変換し、変換した４次元データを積分部１４０へ出力する。

積分部１４０は、信号処理部５０からの４次元データ、重み付け部１７０からの重み付け４次元データ及び記録部１６０からの予測４次元データを受け取り、これらに基づいてインコヒーレント積分を行う。具体的には、重み付け部１７０から重み付け４次元データが供給され、かつ、記録部１６０から予測４次元データが供給される場合、積分部１４０は、信号処理部５０からの４次元データから、重み付け部１７０からの重み付け４次元データを減算する。そして、積分部１４０は、減算後のデータに対して記録部１６０に記録される予測４次元データを足し合わせて積分４次元データとして、後段及び予測部１５０へ出力する。

また、重み付け部１７０から重み付け４次元データが供給されず、かつ、記録部１６０から予測４次元データが供給されない場合、積分部１４０は、信号処理部５０からの４次元データを積分４次元データとして後段及び予測部１５０へ出力する。

予測部１５０は、積分部１１０から積分４次元データが供給される場合、この積分４次元データが、次のスキャンまでにΔｎだけ移動すると予測する。予測部１５０は、積分４次元データがΔｎだけ移動した予測４次元データを作成し、作成した予測４次元データを記憶部１６０へ出力する。

記録部１６０は、予測部１５０からの予測４次元データを記録する。記録部１６０は、予測４次元データを記録している場合、信号処理部５０で新たなスキャンの４次元データが作成されると、記録している予測４次元データを積分部１４０及び重み付け部１７０へ出力する。

重み付け部１７０は、重み付け係数Ｋが予め設定されている。ここで、重み付け係数Ｋは、ｎをスキャン数とした場合、Ｋ＝１−１．５６／ｎで求められる。なお、スキャン数に対して目標信号をインコヒーレント積分した場合のＳ／Ｎ特性推移（積分特性）は図１２で示される。重み付け部１７０は、記録部１６０からの予測４次元データに（１−Ｋ）を乗算し、重み付け４次元データとして積分部１４０へ出力する。

以上のように、第２の実施形態に係るレーダ装置では、信号処理部５０からの４次元データから重み付け４次元データを減算し、減算後のデータに予測４次元データを加算するようにしている。つまり、レーダ装置は、妨害信号成分等を除去するＭＴＩ（Moving Target Indication）方式の一手法であるスウィープインテグレータによるフェージングメモリ方式を採用するようにしている。これにより、過去に発生した高い雑音信号の影響が以降のスキャンにおける探知処理に継続的に影響する問題を緩和することが可能となる。また、第１の実施形態で示すスライディングウィンドウ処理で必要となる、ｐ＋１回分の４次元データを記録する必要がないため、メモリ量の節約を図ることが可能となる。

したがって、第２の実施形態に係るレーダ装置によれば、過去のスキャンで発生した雑音信号の影響を抑え、目標の位置を正確に検出することができる。

なお、上記第２の実施形態では、信号処理部５０により、ドップラフィルタ処理部４０からのレンジセルデータを４次元データに変換する場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、レーダ装置は、図９に示すようなＭＩＭＯレーダシステムを構成し、レンジセルデータを６次元セルデータに変換するようにしても構わない。

各レーダ装置は、送信装置ＴＸ１〜ＴＸＲからそれぞれ送信された送信パルスが目標で反射等されたパルス信号を受信する。図１３は、第２の実施形態に係るレーダ装置の機能構成のその他の例を示すブロック図である。

図１３に示すレーダ装置は、無線部１０、空間処理部２０、パルス圧縮部３０、ドップラフィルタ処理部４０、信号処理部９０、積分部１８０、予測部１９０、記録部２００及び重み付け部２１０を備える。

信号処理部９０は、ドップラフィルタ処理部４０からのレンジセルデータを６次元セルデータに変換し、変換した６次元セルデータを積分部１８０へ出力する。

積分部１８０は、信号処理部９０からの６次元セルデータに対してＭＩＳＯ（Multi Input Single Output）積分を行う。ＭＩＳＯ積分とは、複数の送信パルスに基づくパルス信号についての６次元セルデータを積分する処理である。

また、積分部１８０は、重み付け部２１０からの重み付け６次元セルデータ及び記録部２００からの予測６次元セルデータをさらに受け取り、ＭＩＳＯ積分後の６次元セルデータ、重み付け６次元セルデータ及び予測６次元セルデータに基づいてインコヒーレント積分を行う。具体的には、重み付け部２１０から重み付け６次元セルデータが供給され、かつ、記録部２００から予測６次元セルデータが供給される場合、積分部１８０は、ＭＩＳＯ積分後の６次元セルデータから、重み付け部２１０からの重み付け６次元セルデータを減算する。そして、積分部１８０は、減算後のデータに対して記録部２００に記録される予測６次元セルデータを足し合わせて積分６次元セルデータとして、後段及び予測部１９０へ出力する。

また、重み付け部２１０から重み付け６次元セルデータが供給されず、かつ、記録部２００から予測６次元セルデータが供給されない場合、積分部１８０は、ＭＩＳＯ積分後の６次元セルデータを積分６次元セルデータとして後段及び予測部１９０へ出力する。

予測部１９０は、積分部１８０から積分６次元セルデータが供給される場合、この積分６次元セルデータが、次のスキャンまでに（Δｎ_ｘ，Δｎ_ｙ，Δｎ_ｚ）だけ移動すると予測する。予測部１９０は、積分６次元セルデータが（Δｎ_ｘ，Δｎ_ｙ，Δｎ_ｚ）だけ移動した予測６次元セルデータを作成し、作成した予測６次元セルデータを記憶部２００へ出力する。

記録部２００は、予測部１９０からの予測６次元セルデータを記録する。記録部２００は、予測６次元セルデータを記録している場合、新たにＭＩＳＯ積分が実施されると、記録している予測６次元セルデータを積分部１８０及び重み付け部２１０へ出力する。

重み付け部２１０は、重み付け係数Ｋが予め設定されている。ここで、重み付け係数Ｋは、ｎをスキャン数とした場合、Ｋ＝１−１．５６／ｎで求められる。重み付け部２１０は、記録部２００からの予測６次元セルデータに（１−Ｋ）を乗算し、重み付け６次元セルデータとして積分部１８０へ出力する。

このように、積分部１８０は、ＭＩＳＯ積分後の６次元セルデータから重み付け６次元セルデータを減算し、減算後のデータに予測６次元セルデータを加算するようにしている。これにより、レーダ装置がＭＩＭＯレーダシステムを構成する場合であっても、過去に発生した高い雑音信号の影響が以降のスキャンにおける探知処理に継続的に影響する問題を緩和することが可能となる。また、第１の実施形態で示すスライディングウィンドウ処理で必要となる、ｐ＋１回分の４次元データを記録する必要がないため、メモリ量の節約を図ることが可能となる。

なお、上記各実施形態では、積分４次元データ又は積分６次元セルデータに基づいて次のスキャンでの予測４次元データ又は予測６次元セルデータを作成し、これらを記録部８０，１２０，１６０，２００へ記録する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、積分４次元データ又は積分６次元セルデータを記録部へ記録し、新たな４次元データ又は６次元セルデータが作成された際に、記録部から読み出した積分４次元データ又は積分６次元セルデータに基づいて予測４次元データ又は予測６次元セルデータを作成するようにしても良い。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…無線部、１１…アンテナ素子、１２…受信モジュール、１３…周波数変換部、１４…Ａ／Ｄ、２０…空間処理部、３０…パルス圧縮部、４０…ドップラフィルタ処理部、５０，９０…信号処理部、６０，１００，１４０，１８０…積分部、７０，１１０，１５０，１９０…予測部、８０，１２０，１６０，２００…記録部、１３０…処理サーバ、１７０，２１０…重み付け部

Claims (7)

1. パルス信号を受信する無線部と、
   前記パルス信号に対してパルス圧縮処理を施し、パルス信号毎のレンジセルデータを生成するパルス圧縮部と、
   前記パルス圧縮部からのレンジセルデータに対してドップラフィルタ処理を施すことで、周波数ビン毎のレンジセルデータを生成するドップラフィルタ処理部と、
   前記ドップラフィルタ処理部で１スキャン毎に取得されるレンジセルデータを、目標の速度を含むパラメータで特定する固有データに変換する信号処理部と、
   過去のスキャンで取得された固有データの速度に基づいて次スキャン時の目標の位置を予測し、次スキャン時に前記予測した位置に到達すると算出される過去の固有データを、前記予測した位置に累積した予測データを作成する予測部と、
   次スキャン時に取得される固有データと、前記予測データとを積分し、前記次スキャン時の固有データと前記過去の固有データとの累積数が予め設定した回数を超える場合、積分結果から最も古い固有データを減じる積分部と
   を具備することを特徴とするレーダ装置。
2. 前記信号処理部は、前記１スキャン毎に取得されるレンジセルデータを、レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、周波数ビンに基づく相対速度とにより特定する固有データへ変換することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 前記パルス信号は、互いに無相関となるように変調された複数の送信パルスが反射、散乱又は回折されて到来したものであり、
   前記信号処理部は、前記１スキャン毎に取得されるレンジセルデータを、予め設定される原点及び直交軸を利用したデカルト座標系及び速度により特定する固有データへ変換することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
4. パルス信号を受信する無線部と、
   前記パルス信号に対してパルス圧縮処理を施し、パルス信号毎のレンジセルデータを生成するパルス圧縮部と、
   前記パルス圧縮部からのレンジセルデータに対してドップラフィルタ処理を施すことで、周波数ビン毎のレンジセルデータを生成するドップラフィルタ処理部と、
   前記ドップラフィルタ処理部で１スキャン毎に取得されるレンジセルデータを、目標の速度を含むパラメータで特定する固有データに変換する信号処理部と、
   過去のスキャンで取得された固有データの速度に基づいて次スキャン時の目標の位置を予測し、次スキャン時に前記予測した位置に到達すると算出される過去の固有データを、前記予測した位置に累積した予測データを作成する予測部と、
   前記予測データを予め設定された係数で重み付けし、重み付けデータを作成する重み付け部と、
   次スキャン時に取得される固有データから前記重み付けデータを減算し、前記予測データを加算する積分部と
   を具備することを特徴とするレーダ装置。
5. 前記信号処理部は、前記１スキャン毎に取得されるレンジセルデータを、レンジと、ビームポジションに基づく方位角及び仰角と、周波数ビンに基づく相対速度とにより特定する固有データへ変換することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
6. 前記パルス信号は、互いに無相関となるように変調された複数の送信パルスが反射、散乱又は回折されて到来したものであり、
   前記信号処理部は、前記１スキャン毎に取得されるレンジセルデータを、予め設定される原点及び直交軸を利用したデカルト座標系及び速度により特定する固有データへ変換することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
7. パルス信号を受信し、
   前記パルス信号に対してパルス圧縮処理を施してパルス信号毎のレンジセルデータを生成し、
   前記パルス圧縮後のレンジセルデータに対してドップラフィルタ処理を施すことで、周波数ビン毎のレンジセルデータを生成し、
   １スキャン毎に取得される前記ドップラフィルタ処理後のレンジセルデータを、目標の速度を含むパラメータで特定する固有データに変換し、
   過去のスキャンで取得された固有データの速度に基づいて次スキャン時の目標の位置を予測し、次スキャン時に前記予測した位置に到達すると算出される過去の固有データを、前記予測した位置に累積した予測データを作成し、
   次スキャン時に取得される固有データと、前記予測データとを積分し、
   前記次スキャン時の固有データと前記過去の固有データとの累積数が予め設定した回数を超える場合、積分結果から最も古い固有データを減じることを特徴とする受信データ処理方法。

Images