JP5874369B2 - レーダ装置および検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置と、レーダ装置を用いて目標を検出する方法に関する。

目標の検出と検出した目標までの距離の算出を行うためにレーダ装置が用いられることがある。レーダ装置は、目標に向けてレーダ波を送信し、目標からの反射波を受信する。さらに、レーダ装置は、受信したレーダ信号を解析することにより、目標との間の距離を求める。このときの距離分解能は受信信号の周波数帯域の広さによって変動し、レーダ装置が取得できる受信信号の周波数帯域幅を広くすると、レーダ装置の分解能を向上することができる。

受信信号の周波数帯域幅を広くするために、レーダ装置から送信されるレーダ波の帯域幅を広くすることが考えられる。帯域幅を広くする方法の１つとして、周波数帯域の異なるチャープパルスを一定周期で放射し、目標で反射した反射波を受信するパルス圧縮レーダ装置が考案されている。パルス圧縮レーダ装置は、受信した反射波を結合して、時間圧縮されたインパルス信号に変換する。

さらに、第１、第２のレーダ信号のそれぞれを時間軸上の閾値にて一次、二次応答信号に分離し、一次、二次応答信号のそれぞれについて第１、第２のレーダ信号の位相を一致（コヒーレント化）させた後で、線形予測により帯域補間する方法も考案されている。この方法では、帯域補間された一次、二次応答信号を結合し、結合されたレーダ信号の応答の数や強度、レーダ信号の応答の間の距離がデータベースと照合される。

特開２００２−８２１６２号公報 特開２００５−１８０９７０号公報

周波数帯域の異なるチャープパルスを用いて受信波を結合する方法では、使用する帯域幅を増大させるには、使用する帯域幅の全ての領域にわたって、レーダ装置で使用するための許可を取ることが求められる。しかし、周波数帯域は有限であるため、レーダ装置で使用できる帯域には制限がある。また、レーダ装置についても、広帯域の処理ができるようなハードウェアを備えることになるのでハードウェアの設計が困難であり、受信波を結合する方法では、周波数帯域の広域化は難しい。

第１、第２のレーダ信号の位相を一致させた後で、線形予測により帯域補間する方法では、実際に送受信される信号の帯域が広くなくても線形予測により補間が行われる。しかし、この方法では、レーダ信号の位相を一致させるための位相の変動量を求めるための処理に時間がかかりすぎるという問題がある。例えば、第１のレーダ信号の位相を第２のレーダ信号の位相に合わせるための処理では、まず、第１および第２のレーダ信号からそれぞれの信号についての特異点が求められる。ここで、特異点は、目標の散乱中心の周波数成分である。次に、第２のレーダ装置で得られるレーダ信号の特異点の位相に、第１のレーダ信号の特異点の位相を一致させるための位相の変動量が求められる。最後に、得られた変動量により、第１のレーダ信号全体の位相が変更される。このように、帯域補間を用いて分解能を向上させる方法では、帯域補間の前に行われる計算量が多いため、レーダ装置にかかる負荷が高くなってしまう。

本発明は、簡便な処理により広範囲にわたる受信信号を用いて目標を検出できるレーダ装置を提供することを目的とする。

レーダ装置は、送信部、受信部、補正部、帯域補間処理部、および、信号処理部を備える。送信部は、第１の周波数帯域にわたる第１のチャープパルスと、前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域にわたる第２のチャープパルスを、観測対象である目標に向けて送信する。受信部は、前記目標からの前記第１のチャープパルスの反射波である第１の受信信号と、前記第２のチャープパルスの反射波である第２の受信信号を受信する。補正部は、前記第１の受信信号の位相を、補正値テーブルに記録されている補正値で補正することにより第１の補正スペクトルを求めるとともに、前記第２の受信信号の位相を、前記補正値で補正することにより第２の補正スペクトルを求める。帯域補間処理部は、前記第１および第２の補正スペクトルを結合した信号に、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域の間の帯域の信号を補間する。この処理により、帯域補間処理部は、前記第１の周波数帯域から前記第２の周波数帯域までのチャープ信号を前記目標に照射したときに得られる反射波を表す補間信号を生成する。信号処理部は、前記補間信号を用いて、前記目標までの距離を求める。

簡便な処理により広範囲にわたる受信信号を用いて目標を検出できる

第１の実施形態にかかるレーダ装置の構成の例を示す図である。 パルスの生成に用いる周波数帯域の例を示す図である。 帯域補間処理器の構成の例を示す図である。 補正値テーブルの例を示す図である。 レーダ装置のハードウェア構成の例を示す図である。 送信波と受信波の例を示す図である。 受信波の処理の例を説明する図である。 バッファが保持するテーブルの例である。 電気長補正部での処理の例を示すテーブルである。 帯域補間処理器の動作の例を説明するフローチャートである。 第２の実施形態にかかるレーダ装置の構成の例を示す図である。 第３の実施形態に係るレーダ装置の構成の例を示す図である。 周波数帯域と利得の関係の例を示す図である。 第３の実施形態で行われる処理の例を説明する図である。 レーダ装置の構成の例を示す図である。 レーダ装置の構成の例を示す図である。 周波数帯域とパルス幅の決定に用いられるテーブルの例を示す図である。 第５の実施形態での送信波と受信波の例を示す図である。 第５の実施形態で受信波に対して行われる処理の例を説明する図である。 レーダ装置から出力された送信波と受信波の例を示す図である。 レーダ装置の構成の例を示す図である。 レーダ装置の構成の例を示す図である。 レーダ装置の構成の例を示す図である。

帯域補間の前に２つのレーダ信号の位相を一致させるための位相の変動量を求める処理は、計算量が多いため、レーダ装置への負担が大きい。ここで、位相の変動量は、第１のレーダ信号を得るために送信される第１のレーダ波を照射する第１の送信部と、第２のレーダ信号を得るために送信される第２のレーダ波を照射する第２の送信部の間の距離に応じて変動してしまう。

そこで、実施形態に係るレーダ装置では、波長が異なる２つの送信パルスが送信される位置の差を周波数に応じて一意に決定される固定値にすることにより、位相を調整するための補正値を周波数の関数として予め記憶する。実施形態に係るレーダ装置は、記憶している補正値を用いて２つのレーダ信号の位相を一致させることにより、帯域補間に用いるデータを簡便に求めることができる。このため、レーダ信号の位相を合わせるための処理がレーダ装置にかける負荷が軽減される。さらに、実施形態に係るレーダ装置は、帯域補間を行うことができるため、レーダ装置から照射されていない波長についての信号も計算により求めることができ、広帯域にわたる周波数を用いた場合と同等の精度で距離を測定できる。なお、２つの送信パルスが送信される位置は一致していても良い。この場合、１つの送信アンテナから、周波数帯域の異なる送信パルスが異なる時刻に出力される。

＜装置構成＞
図１は、第１の実施形態にかかるレーダ装置の構成の例を示す。レーダ装置１０は、周波数シンセサイザ１１、周波数フィルタ１２、パルス変調器１３、高出力増幅器１４、制御器２０、送受切替器３０、送受信アンテナ３１を備える。レーダ装置１０は、さらに、周波数フィルタ４１（４１ａ、４１ｂ）、低雑音増幅器４２、受信ミキサ４３、中間周波増幅器４５、分波器４６、Ａ／Ｄ変換器４７（４７ａ〜４７ｃ）、信号処理器４８、表示器４９、帯域補間処理器５０を備える。なお、以下の説明では、３種類の周波数帯域の送信パルスが用いられるものとし、受信信号は送信パルスの種類ごとに異なるＡ／Ｄ変換器４７で処理される場合について説明するが、送信パルスの周波数帯域の種類の数は任意である。また、レーダ装置１０に備えられているＡ／Ｄ変換器４７の数も、任意に変更されるものとする。例えば、レーダ装置１０にＡ／Ｄ変換器４７が１つ含まれていても良く、Ａ／Ｄ変換器４７が１つである場合、受信信号は所定の周期でＡ／Ｄ変換器４７に入力され、受信信号ごとにデジタルＩ／Ｑ信号が記録される。

レーダ装置１０は、送受信アンテナ３１から、予め設定された任意の種類の送信パルス信号を送信することができる。それぞれの種類の送信パルスは他の種類の送信パルスとは異なる周波数帯域の波長のパルスである。以下の説明では、３種類のパルスが用いられるものとする。また、各パルスで用いられる周波数は、ｆ１〜ｆ２、ｆ３〜ｆ４、ｆ５〜ｆ６のいずれかであるものとする。また、以下の説明では、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４＜ｆ５＜ｆ６であるものとする。

制御器２０は、パルスを生成するタイミングに応じて、パルスの生成に用いる周波数帯域を決定する。例えば、制御器２０は、図２に示すテーブルに従って、周波数帯域を決定することができる。この場合、制御器２０は、最初に生成されるパルスに対してｆ１〜ｆ２の帯域を指定し、２番目のパルスに対してｆ３〜ｆ４、３番目のパルスに対してｆ５〜ｆ６の帯域を指定する。その後も、制御器２０は、ｆ１〜ｆ２、ｆ３〜ｆ４、ｆ５〜ｆ６の帯域を順番に指定する。すなわち、制御器２０は、
（３ｎ＋１）番目に生成されるパルス：ｆ１〜ｆ２
（３ｎ＋２）番目に生成されるパルス：ｆ３〜ｆ４
３ｎ番目に生成されるパルス ：ｆ５〜ｆ６
となるように周波数帯域を指定するものとする。ここでｎは、０以上の任意の整数である。制御器２０は、決定した周波数帯域を、周波数シンセサイザ１１と分波器４６に通知する。

周波数シンセサイザ１１は、制御器２０から指定された周波数帯域にわたるチャ−プ信号を生成して周波数フィルタ１２に出力する。ここで、周波数シンセサイザ１１は、ＩＦ（中間周波数）信号とローカル（局部発信）信号を用いて、高周波数のチャープ信号を生成するものとする。また、周波数シンセサイザ１１は、受信ミキサ４３にローカル信号を出力する。

周波数フィルタ１２は、チャープ信号に含まれている所定の周波数成分を除去し、得られたチャープ信号をパルス変調器１３に出力する。パルス変調器１３は、周波数フィルタ１２から入力されたチャープ信号を送信チャープパルスに変換して、高出力増幅器１４に出力する。高出力増幅器１４は、パルス変調器１３から入力された送信チャープパルスの強度を増幅して送受信アンテナ３１に出力する。このとき、送受切替器３０は、送信チャープパルスが送信されるようにするために、高出力増幅器１４と送受信アンテナ３１を接続しているものとする。

送信チャープパルスが送信されると、送受切替器３０は、送受信アンテナ３１を周波数フィルタ４１ａに接続して待機する。送信チャープパルスが目標で反射された反射波は、送受信アンテナ３１を介して周波数フィルタ４１ａに入力される。周波数フィルタ４１ａは、反射波のうちの所定の周波数成分を除去して低雑音増幅器４２に出力する。低雑音増幅器４２は、入力された反射波を増幅して受信ミキサ４３に出力する。受信ミキサ４３は、周波数シンセサイザ１１から入力されたローカル信号を用いて、低雑音増幅器４２から入力された受信信号をＩＦ信号に変換する。受信ミキサ４３は、得られたＩＦ信号を周波数フィルタ４１ｂに出力する。周波数フィルタ４１ｂは、ＩＦ信号のうちの所定の周波数成分を除去して分波器４６に出力する。分波器４６は、制御器２０から通知された周波数帯域に応じて、入力されたＩＦ信号をＡ／Ｄ変換器４７（４７ａ〜４７ｃ）に出力する。Ａ／Ｄ変換器４７ａ〜４７ｃは、入力されたＩＦ信号をデジタルデータに変換して帯域補間処理器５０に出力する。

図３は、帯域補間処理器５０の構成の例を示す図である。帯域補間処理器５０は、バッファ５１、補正値テーブル５２、電気長補正部５３、補間処理部５４を備える。バッファ５１は、Ａ／Ｄ変換器４７ａ〜４７ｃから入力されたデジタルデータを周波数の関数として格納する。補正値テーブル５２は、周波数帯域ごとの電気長の補正値を保持する。電気長の補正値は、レーダ装置１０の運用前に予め求められており、周波数ごとに補正値が記録されている。図４に、補正値テーブル５２の例を示す。電気長補正部５３は、バッファ５１に格納されているデータを、データが得られた周波数に対応付けられた補正値を用いて補正する。例えば、周波数ｆ１の信号の強度は、補正値ｘ１を差し引いた値に補正される。同様に、電気長補正部５３は、信号の強度を周波数に対応した補正値を差し引くことにより変更し、複数の受信信号の位相を合わせる。

補間処理部５４は、電気長補正部５３で補正されたデータを用いて、帯域補間処理を行う。まず、補間処理部５４は、補正後のデータを周波数軸上で結合する。さらに、データが得られていない周波数について、帯域補間処理によってデータを求める。補間処理部５４は、帯域補間処理によって得られたデータを信号処理器４８（図１）に出力する。信号処理器４８は、入力されたデータをＩＦＦＴ（高速逆フーリエ変換、inverse fast Fourier transform）を用いて、時間の関数に変換することにより、インパルス信号に変換する。さらに、信号処理器４８は、表示器４９の表示に適した形式にインパルス信号を変形して出力する。

図５は、レーダ装置のハードウェア構成の例を示す。図５に示すように、レーダ装置１０は、制御回路７０、表示デバイス７１、メモリ７２を備える。制御回路７０は、制御器２０、電気長補正部５３、補間処理部５４、信号処理器４８を実現する。制御回路７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの任意の制御回路とすることができる。メモリ７２は、バッファ５１として動作し、さらに、補正値テーブル５２などのデータを保持する。表示デバイス７１は、表示器４９として動作する。

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態で行われる動作の例を説明する。なお、レーダ装置１０の動作は実装に応じて変更されることがあるものとする。例えば、以下の例では低周波数側から順に選択された周波数の送信パルスが、一定時間ごとに目標１に送信される場合について説明しているが、周波数帯域を選択する順序は任意に変更することができる。さらに、以下の説明では、複数の送信パルスから得られた受信信号はバッファ５１に記録されるときに結合されているが、受信信号の周波数軸上での結合は、電気長が補正された後で行われても良い。

（１）制御器２０は、ｆ１〜ｆ２の周波数帯域のチャープ信号の送信を、周波数シンセサイザ１１に要求し、さらに、分波器４６には受信信号がｆ１〜ｆ２の周波数帯域の信号の反射波であることを通知する。また、送受切替器３０は、高出力増幅器１４と送受信アンテナ３１を接続する。

（２）周波数シンセサイザ１１は、ＩＦ信号とローカル信号を用いて、制御器２０から指定された周波数帯域のチャ−プ信号を生成して周波数フィルタ１２に出力する。さらに、周波数シンセサイザ１１は、チャープ信号の生成に用いたローカル信号を受信ミキサ４３へ出力する。

（３）周波数フィルタ１２は、周波数シンセサイザ１１から入力されたチャープ信号に含まれている所定の周波数成分を除去し、ｆ１〜ｆ２の周波数帯域のチャープ信号を生成する。パルス変調器１３は、周波数フィルタ１２から入力されたチャープ信号をチャープパルスに変換する。

（４）高出力増幅器１４は、パルス変調器１３から入力されたチャープパルスの強度を増幅する。増幅されたチャープパルスは、送受切替器３０と送受信アンテナ３１を介して目標１に照射される。例えば、時刻ｔ１に、送受信アンテナ３１は、図６（ａ）のＡに示すチャープパルスを目標１に向けて送信する。チャープパルスが送信された後、送受切替器３０は、送受信アンテナ３１と周波数フィルタ４１ａを接続する。

（５）電波がレーダ装置１０から目標１までの距離を往復するためにかかる時間が時刻ｔ１から経過すると、送受信アンテナ３１は、ｆ１〜ｆ２のチャ−プパルスが目標１で反射したときの反射波を受信する。図６（ａ）のＡに示すチャープパルスの反射波は、図６（ｂ）のαに示すように、時刻ｔ１よりも２Ｒ／ｃだけ遅れて送受信アンテナ３１に受信される。ここで、Ｒは、レーダ装置１０から目標１までの距離であり、ｃは光速である。送受信アンテナ３１は、受信した反射波を周波数フィルタ４１ａに出力する。また、チャープパルスの反射波の受信が終わると、送受切替器３０は、高出力増幅器１４と送受信アンテナ３１が接続されるように設定を切り替える。

（６）周波数フィルタ４１ａは、反射波αに含まれている所定の周波数成分を除去することによりｆ１〜ｆ２の周波数帯域に調整された信号を、低雑音増幅器４２に出力する。反射波αのスペクトルの例を図７（ａ）のαに示す。なお、図７（ａ）の横軸は周波数である。

（７）受信ミキサ４３は、低雑音増幅器４２から入力された信号を、周波数シンセサイザ１１から入力されているローカル信号を用いてＩＦ信号に変換する。例えば、反射波αは、図７（ｂ）のｉαに示すように、ｉｆ１〜ｉｆ２の周波数帯域のＩＦ信号に変換される。受信ミキサ４３は、ＩＦ信号ｉαを周波数フィルタ４１ｂに出力する。ＩＦ信号ｉαは、周波数フィルタ４１ｂによってｉｆ１〜ｉｆ２の周波数帯域に再度調整された後、中間周波増幅器４５で増幅され、分波器４６に出力される。

（８）分波器４６は、制御器２０から通知された周波数帯域に応じて、入力された信号をＡ／Ｄ変換器４７ａ〜４７ｃのいずれかに出力する。ここでは、分波器４６は、
送信波がｆ１〜ｆ２である場合のＩＦ信号の出力先：Ａ／Ｄ変換器４７ａ
送信波がｆ３〜ｆ４である場合のＩＦ信号の出力先：Ａ／Ｄ変換器４７ｂ
送信波がｆ５〜ｆ６である場合のＩＦ信号の出力先：Ａ／Ｄ変換器４７ｃ
であるものとする。そこで、分波器４６は、中間周波増幅器４５から入力された信号をＡ／Ｄ変換器４７ａに出力する。

（９）Ａ／Ｄ変換器４７ａは、分波器４６から入力されたＩＦ信号をＩ／Ｑデジタル信号に変換する。バッファ５１は、Ａ／Ｄ変換器４７ａから入力されたＩ／Ｑデジタル信号の値を周波数ごとに記録する。例えば、バッファ５１には、（周波数，Ｉ／Ｑデジタル信号の値）＝（８．９ＧＨｚ,０．７５＋０．６ｉ）などのようにＩ／Ｑデジタル信号の値が周波数に対応付けて記録される。ここで、ｉは虚数単位である。図８は、バッファが保持するテーブルの例である。

（１０）手順（８）で説明したＩＦ信号の出力が終わると、制御器２０は、ｆ３〜ｆ４の周波数帯域のチャープ信号の送信を、周波数シンセサイザ１１に要求し、さらに、分波器４６には受信信号がｆ３〜ｆ４の周波数帯域の信号の反射波であることを通知する。すると、手順（２）〜（４）と同様の処理により、時刻ｔ２に、ｆ３〜ｆ４のチャープパルスが送受信アンテナ３１から目標１に向けて送信される。送信されたチャープパルスを図６（ａ）のＢに示す。

（１１）図６（ａ）のＢに示すチャープパルスの反射波βは、手順（５）、（６）と同様に受信される。反射波βのスペクトルの例を図７（ａ）のβに示す。さらに、反射波βは、手順（７）と同様にｉｆ３〜ｉｆ４の周波数帯域のＩＦ信号ｉβに変換される。ＩＦ信号ｉβのスペクトルを図７（ｂ）のｉβに示す。分波器４６は、ＩＦ信号ｉβをＡ／Ｄ変換器４７ｂに出力する。バッファ５１は、Ａ／Ｄ変換器４７ｂから入力されたＩ／Ｑデジタル信号の値を周波数ごとに記録する。

このとき、バッファ５１は、手順（９）で得られた受信波と、Ａ／Ｄ変換器４７ｂを周波数軸上で結合していることになる。この結合処理により、Ａ／Ｄ変換器４７ｂから入力されたデータと、手順（９）で得られたデータとが同じ時刻に受信された場合と同じ周波数スペクトルが得られる。すなわち、結合処理により、チャープパルスＢが送信された時刻ｔ２とチャープパルスＡが送信された時刻ｔ１の差を補正している。ここで、以下の説明では、ｔ２−ｔ１＝ΔＴとし、チャープパルスＡが送信された時刻ｔ１を基準とする場合について説明する。この場合、チャープパルスＢの反射波から得られた信号ｉβに含まれる個々のデータは、時間軸上では実際の受信時刻よりΔＴだけ早い時刻のデータとみなされている。

（１２）次に、制御器２０はｆ５〜ｆ６の周波数帯域のチャープ信号の送信を、周波数シンセサイザ１１に要求し、さらに、分波器４６には受信信号がｆ５〜ｆ６の周波数帯域の信号の反射波であることを通知する。すると、手順（２）〜（４）と同様の処理により、時刻ｔ３に、ｆ５〜ｆ６のチャープパルスが送受信アンテナ３１から目標１に向けて送信される。送信されたチャープパルスを図６（ａ）のＣに示す。

（１３）図６（ａ）のＣに示すチャープパルスの反射波γは、手順（５）、（６）と同様に受信される。反射波γのスペクトルの例を図７（ａ）のγに示す。さらに、反射波γは、手順（７）と同様にｉｆ５〜ｉｆ６の周波数帯域のＩＦ信号ｉγに変換される。ＩＦ信号ｉγのスペクトルを図７（ｂ）のｉγに示す。分波器４６は、ＩＦ信号ｉγをＡ／Ｄ変換器４７ｃに出力する。バッファ５１は、Ａ／Ｄ変換器４７ｃから入力されたＩ／Ｑデジタル信号の値を、周波数ごとに記録する。ここで、手順（１１）でも述べたように、チャープパルスＣの反射波から得られたＩＦ信号ｉγに含まれる個々のデータは、時間軸上で、実際の受信時刻より２ΔＴだけ早い時刻のデータとみなされている。なお、ｔ３−ｔ１＝２ΔＴであるものとする。

（１４）電気長補正部５３は、ＩＦ信号ｉα、ｉβ、ｉγの各々について、Ｉ／Ｑデジタル信号の値がバッファ５１に記録されると、バッファ５１に記録されている数値を、補正値テーブル５２を用いて補正する。電気長補正部５３の処理の例を、図９を参照しながら説明する。電気長補正部５３は、Ｉ／Ｑデジタル信号の値に対応付けられた周波数に対して求められた補正値を補正値テーブル５２から取得する。さらに、電気長補正部５３は、Ｉ／Ｑデジタル信号の値から、取得した補正値を差し引いた値を、補正後のＩ／Ｑデジタル信号の値として記憶する。例えば、８．９０ＧＨｚでは、Ｉ／Ｑデジタル信号の値は０．７５＋０．６ｉであり、補正値はａ１＋ｂ１ｉである。そこで、電気長補正部５３は、（０．７５−ａ１）＋（０．６−ｂ１）ｉを補正値とする。他の周波数のデータについても同様に補正が行われる。

（１５）補間処理部５４は、電気長補正部５３で補正されたＩ／Ｑデジタル信号を用いて、帯域補間処理を行う。補間処理部５４が行う帯域補間処理の方法は、任意の帯域補間のための技術から選択されるものとする。補間処理部５４で行われる帯域補間処理により、図７（ｃ）に示すように、ｉｆ１〜ｉｆ６にわたるスペクトルが得られる。補間処理部５４は、得られたスペクトルを信号処理器４８に出力する。

（１６）信号処理器４８は、補間処理部５４から入力されたスペクトルを時間の関数に変換する。ここで、補間処理部５４から信号処理器４８に入力されたスペクトルは、図７（ｃ）に示すように、周波数軸上の信号である。そこで、信号処理器４８は、補間処理部５４から入力された周波数領域の信号を、時間領域の信号に変換する。例えば、信号処理器４８がデジタルフィルタを備えている場合、信号処理器４８は、デジタルフィルタによって時間領域の信号を生成する。また、信号処理器４８は、高速逆フーリエ変換によって時間領域の信号を生成することもできる。

信号処理器４８の処理により得られた時間領域の信号では、反射波が受信された時刻の強度が正となる信号が得られる。チャープパルスＡの送信時刻は時刻ｔ１であり、チャープパルスＢは時刻ｔ２、チャープパルスＣは時刻ｔ３に送信されている。しかし、周波数軸上での結合処理により、手順（１１）、（１３）で述べたように、送信時刻の差は帯域補間処理の前に補正されている。このため、帯域補間によって得られたデータは時刻ｔ１に送信されたｆ１からｆ６にわたるチャープパルスの送信によって得られたデータとみなすことができ、同じ時刻にレーダ装置１０に受信される信号として表現できるため、インパルス信号となる。すなわち、信号処理器４８は、補間処理部５４から入力されたスペクトルを時間圧縮することにより、インパルス信号を生成しているといえる。信号処理器４８の処理により得られたインパルス信号では、パルスの立ち上がりは、レーダ装置１０と目標１の間を電波が往復するためにかかる時間分、時刻ｔ１よりも遅い時刻となる。すなわち、ＩＦ信号ｉα、ｉβ、ｉγの帯域補間の結果を、時間領域の信号により変換して得られたインパルス信号の立ち上がり時刻は、ｔ１＋２Ｒ／ｃのように表すことができる。

（１７）信号処理器４８は、生成したインパルス信号を表示器４９に出力する。このとき、信号処理器４８は、表示器４９で行われる表示に応じてインパルス信号を変換し、変換後の信号を表示器４９に出力することもできる。例えば、表示器４９で目標までの距離を横軸としたグラフ上に計測結果が表示される場合、信号処理器４８は、時間の関数として求めたインパルス信号を距離の関数に変換して出力する。横軸に光速の１／２の値が積算されることにより、横軸は距離の関数に変換される。

この場合、インパルス信号の横軸が０となる位置を、スペクトルの結合の際に基準としたチャープパルスの送信時刻とした上で、インパルス信号の横軸の値を光速の１／２の値（１．５×１０^８ｍ／ｓ）を乗じて変換した結果が表示器４９に出力される。時間領域のデータでのパルスの立ち上がり位置の横軸の値は、ｔ１＋２Ｒ／ｃであるので、ｔ１を原点とすることにより、原点からパルスの立ち上がりまでは２Ｒ／ｃとなる。さらに、横軸に光速の１／２の値が積算されることにより、パルスの立ち上がりの横軸の値は、（２Ｒ／ｃ）×（ｃ／２）＝Ｒとなる。すなわち、パルスの立ち上がりの横軸の値が、レーダ装置１０から目標１までの距離となっている信号が表示器４９に表示される。従って、ユーザは、距離の関数に変換されたグラフにおいて、閾値よりも高い信号強度を示した距離がレーダ装置１０から目標１までの距離であると判定できる。

（１８）手順（１４）以降の処理により手順（１）〜（１３）で得られた受信信号が処理されている間も、周波数シンセサイザ１１は、制御器２０から指定された周波数帯域の送信チャープ信号の生成を継続している。また、周波数フィルタ１２、パルス変調器１３、高出力増幅器１４などでの処理も前述の方法と同様に行われているので、図６（ａ）に示すように、所定の時間間隔で、送信パルスが目標１に向けて送信される。また、送信パルスに含まれている周波数帯域は、予め決定されているタイミングで変更される。さらに、目標１からの反射波も、図６（ｂ）に示すように受信される。受信信号を用いて、（１４）以降の処理が繰り返され、レーダ装置１０は、新たに得られた帯域補間後のデータに基づいて目標１までの距離を更新する。

なお、以上の説明では、信号処理器４８の処理によりインパルス信号が得られる場合を例としたが、時間領域の信号がインパルス信号とならず、幅をもったパルスとなる場合も考えられる。かかる場合は、パルスの立ち上がり位置から目標１までの距離を求めても良く、また、パルス幅の１／２となる時刻を用いて目標１までの距離を求めても良い。

図１０は、帯域補間処理器５０の動作の例を説明するフローチャートである。図１０の例では、電気長が補正された後で受信信号の結合が行われる。従って、バッファ５１は、受信信号ごとに周波数とＩ／Ｑデジタル信号の値の組み合わせを記録しているものとする。図１０において、Ｍは送信パルスの周波数帯域の種類の数を表す定数であり、２以上の任意の整数である。一方、ｍは、電気長の補正を行った受信信号の数を計数するために用いられる変数である。

電気長補正部５３は、ｍ＝１に設定する（ステップＳ１）。次に、電気長補正部５３は、バッファ５１からｍ番目の受信信号について、周波数ごとのＩ／Ｑデジタル信号の値を取得する（ステップＳ２）。さらに、電気長補正部５３は、受信信号と同じ周波数についての電気長の補正値を補正値テーブル５２から抽出し、Ｉ／Ｑデジタル信号の値を補正値によって補正する。（ステップＳ３、Ｓ４）。ｍ番目の受信信号について得られた全てのＩ／Ｑデジタル信号の値について補正が終わると、電気長補正部５３は、ｍの値を１つインクリメントし、Ｍと比較する（ステップＳ５、Ｓ６）。ｍの値がＭ以下の場合、電気長補正部５３は、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。一方、ｍの値がＭを越えると、電気長補正部５３は補正が終わったことを補間処理部５４に通知する。すると、補間処理部５４は、補正後の受信信号を、周波数ごとに並べることによって複数の受信信号を結合し、さらに、結合後の受信データを用いて帯域補間処理を行う（ステップＳ７）。補間処理部５４は、帯域補間処理の結果を信号処理器４８に出力し、処理を終了する（ステップＳ８）。

以上説明したように、実施形態に係るレーダ装置１０では、複数の送信パルスが送信される位置を同じ位置に固定することにより、位相を調整するための補正値を周波数の関数として予め求めることができる。一方、予め求められた補正値を用いずにレーダ信号の位相の差を補正する場合、まず、位相を合わせようとする個々のレーダ信号から特異点を求め、両方のレーダ信号から得られる特異点の位相が同じになるように、レーダ信号の位相を補正する。特異点を求める処理にかかる処理量は大きいため、レーダ装置に含まれる処理回路の負担は大きい。従って、実施形態に係るレーダ装置１０では、特異点を求めずに位相を合わせることにより、受信信号の位相を合わせるときに行われる処理が処理回路にかける負担が軽減されているといえる。

また、予め求められた補正値を用いて２つの受信信号の位相を合わせることができるので、レーダ装置１０は、受信信号の位相を合わせるために、各々のレーダ信号により得られる特異点を求めるなどの処理を行わなくても良い。このため、レーダ装置１０では、帯域補間に用いられるデータが迅速に得られる。さらに帯域補間により、受信信号の帯域を拡張できるため、実際に送受信される個々の送信波の帯域が狭くても、送信波同士の周波数の差が大きい場合、広帯域に及ぶデータを用いて目標までの距離を測定することができる。例えば、第１の送信パルスの周波数帯域が４．０ＧＨｚ〜４．１ＧＨｚであり、第２の送信パルスの周波数帯域が６．０ＧＨｚ〜６．１ＧＨｚ、第３の送信パルスの周波数帯域が１０．０ＧＨｚ〜１０．１ＧＨｚであるとする。すると、第１〜第３の送信パルスによって得られた受信信号を帯域補間することにより、４．０ＧＨｚ〜１０．１ＧＨｚの周波数帯域を用いたパルスを目標１に照射した場合と同様の分解能を実現することができる。この場合であっても、実際の送信パルスに使用される周波数帯域は、合計で０．３ＧＨｚに抑えられる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、周波数シンセサイザ１１が送信チャープ信号を生成する場合について説明したが、チャープ信号は波形発生器１５によって生成されても良い。図１１は、第２の実施形態にかかるレーダ装置６０の構成の例を示す。レーダ装置６０は、周波数シンセサイザ６１、波形発生器１５、中間周波増幅器１６、周波数フィルタ１２ｂを備える。波形発生器１５は、チャープ信号を生成し、中間周波増幅器１６に出力する。中間周波増幅器１６は、増幅後のチャープ信号を周波数フィルタ１２ｂに出力する。増幅後のチャープ信号は、周波数フィルタ１２ｂにより所定の周波数帯域のチャープ信号に変更された後に、送信ミキサ１８に出力される。

レーダ装置６０は、さらに、制御器２０、周波数フィルタ１２ａ、パルス変調器１３、高出力増幅器１４、送受切替器３０、送受信アンテナ３１も備える。制御器２０は、送信パルスを生成するためのローカル信号の周波数を決定して、周波数シンセサイザ６１と分波器４６に通知する。ローカル信号の周波数の決定方法は、第１の実施形態と同様に、予め決められた順序に従って決定される。周波数シンセサイザ６１は、制御器２０から通知された周波数のローカル信号を生成して送信ミキサ１８に出力する。送信ミキサ１８は、周波数フィルタ１２ｂから入力されたチャープ信号と、周波数シンセサイザ６１から入力されたローカル信号を用いて、送信チャープ信号を生成する。周波数フィルタ１２ａ、パルス変調器１３、高出力増幅器１４、送受切替器３０、送受信アンテナ３１の動作は、第１の実施形態と同様である。

さらに、レーダ装置６０は、周波数フィルタ４１（４１ａ、４１ｂ）、低雑音増幅器４２、受信ミキサ４３、中間周波増幅器４５、分波器４６、Ａ／Ｄ変換器４７（４７ａ〜４７ｃ）、信号処理器４８、表示器４９、帯域補間処理器５０を備える。これらの動作は、第１の実施形態と同様である。

＜第３の実施形態＞
図１２は、第３の実施形態に係るレーダ装置８０の構成の例を示す。レーダ装置８０は、周波数帯域が高い送信パルスほど送信パルスの強度が大きくなるように、送信パルスの増幅量を送信パルスに含まれている周波数成分に応じて変更する。

レーダ装置８０は、可変増幅器８１、制御器８２を備える。さらに、レーダ装置８０は、周波数シンセサイザ６１、周波数フィルタ１２ａ、１２ｂ、パルス変調器１３、高出力増幅器１４、波形発生器１５、中間周波増幅器１６、送信ミキサ１８により送信波を生成する。また、送信波の送信や受信波の受信には、送受切替器３０および送受信アンテナ３１が使用される。周波数フィルタ１２ａ、１２ｂ、パルス変調器１３、高出力増幅器１４、波形発生器１５、中間周波増幅器１６、送信ミキサ１８、送受切替器３０、送受信アンテナ３１の動作は、第１もしくは第２の実施形態と同様である。ただし、高出力増幅器１４は、パルス変調器１３から入力されたチャープパルスを増幅して、可変増幅器８１に出力する。レーダ装置８０は、受信波の処理を、周波数フィルタ４１ａ、４１ｂ、低雑音増幅器４２、受信ミキサ４３、中間周波増幅器４５、分波器４６、Ａ／Ｄ変換器４７、帯域補間処理器５０、信号処理器４８、表示器４９により行う。受信波の処理は、第１もしくは第２の実施形態と同様である。

制御器８２は、第１の実施形態の制御器２０と同様の方法により、パルスを生成するタイミングに応じてパルスの生成に用いる周波数帯域を決定する。さらに、制御器８２は、第１の実施形態の制御器２０と同様の方法により、送信パルスの生成に用いる周波数帯域を、可変増幅器８１、周波数シンセサイザ６１、および、分波器４６に通知する。なお、制御器８２は、制御回路７０により実現されるものとする。

可変増幅器８１は、高出力増幅器１４から入力されたチャープパルスを、予め記憶している利得によりさらに増幅する。図１３は、周波数帯域と利得の関係の例を示す。可変増幅器８１は、図１３のテーブルに示すように、周波数帯域ごとに増幅の際の利得の値を記憶しているものとする。オペレータは、実装に応じて決定した利得の値を可変増幅器８１に記憶させることができる。なお、高い周波数帯域では、低周波数の領域に比べて自由空間での減衰が大きいため、利得の値は、周波数帯域が高いほど大きくなるように設定されるものとする。可変増幅器８１は、周波数帯域に対応付けて記憶している利得により、高出力増幅器１４から入力された送信パルスを増幅する。例えば、図１３の例では、ｆ１〜ｆ２の周波数帯域が用いられた送信パルスの増幅の際の利得は１０ｄＢであり、ｆ５〜ｆ６の周波数帯域が用いられた送信パルスの増幅の際の利得は４０ｄＢである。可変増幅器８１は、増幅した送信パルスを、送受切替器３０および送受信アンテナ３１を介して、目標１に送信する。図１４（ａ）は、レーダ装置８０から送信される送信波の例を示す。図１４（ａ）に示すように、ｆ１〜ｆ２の送信パルス、ｆ３〜ｆ４の送信パルス、ｆ５〜ｆ６の送信パルスの順に送信パルスの強度が大きくなっている。

図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の送信波が目標１に送信されたときに、送受信アンテナ３１で受信した受信波の例を示す。自由空間での減衰はｆ１〜ｆ２の送信パルス、ｆ３〜ｆ４の送信パルス、ｆ５〜ｆ６の送信パルスの順に大きくなる。図１４（ｂ）は、周波数帯域の違いによる送信波の差分と減衰量の差分が同じ程度である場合について、受信波の例を示している。図１４（ｂ）のように、ｆ１からｆ６にわたって受信パルスの強度が同程度である場合、受信波の最大強度も、図１４（ｃ）に示すようにｆ１〜ｆ２の受信パルス、ｆ３〜ｆ４の受信パルス、ｆ５〜ｆ６の受信パルスの三者の間で大きな違いが見られない。受信ミキサ４３によりローカル信号が除去された後の周波数スペクトルの例を図１４（ｄ）に示す。ローカル信号の除去により、ｆ１〜ｆ２のスペクトルはｉｆ１〜ｉｆ２のスペクトルに変換される。同様に、ｆ３〜ｆ４のスペクトルはｉｆ３〜ｉｆ４のスペクトル、ｆ５〜ｆ６のスペクトルはｉｆ５〜ｉｆ６のスペクトルに変換される。

変換後のスペクトルについて、増幅、Ａ／Ｄ変換などが行われた結果がバッファ５１に記録される。電気長補正部５３は、電気長を補正し、補間処理部５４は、電気長の補正後のデータを用いて帯域補間処理を行う。帯域補間処理により得られたスペクトルを図１４（ｅ）に示す。

本実施形態では、周波数が高い送信波ほど送信出力を大きくすることにより、受信波の強度が高周波ほど弱くなることを防ぐことができる。このため、受信波の強度が高周波数では弱くなることに起因した測定精度の悪化を防ぐことができる。すなわち、周波数によらずに受信波の強度を一定以上の値に保つことができるように可変増幅器８１での利得が調整されることにより、周波数による自由空間での減衰量の差が測定結果に及ぼす影響を小さくすることができる。

＜第４の実施形態＞
図１５は、レーダ装置９０の構成の例を示す図である。レーダ装置９０は、受信波から目標１までの距離に応じて、送信パルスを増幅する際の利得を変更することができる。すなわち、第４の実施形態では、レーダ装置９０は、フィードバックされた情報を用いて、送信波の減衰量を認識し、送信波を増幅する際の利得を調整する。

レーダ装置９０は、制御器９１、検波器９２、可変増幅器９３、分配器９４を備える。レーダ装置９０では、波形発生器１５、中間周波増幅器１６、周波数フィルタ１２ａ、１２ｂ、送信ミキサ１８、周波数シンセサイザ６１、パルス変調器１３、可変増幅器９３により、送信波が生成される。レーダ装置９０は、送受切替器３０、送受信アンテナ３１、周波数フィルタ４１ａ、４１ｂ、低雑音増幅器４２、受信ミキサ４３、中間周波増幅器４５、分波器４６、Ａ／Ｄ変換器４７、帯域補間処理器５０、信号処理器４８、表示器４９も備える。以下、レーダ装置９０の動作の例を説明する。

（２１）制御器９１は、送信波に使用する周波数帯域を制御器８２と同様の方法により選択し、選択した周波数帯域を周波数シンセサイザ６１および分波器４６に通知する。さらに、制御器９１は、周波数帯域ごとに利得を決定し、決定した利得を可変増幅器９３に通知する。最初に制御器９１から可変増幅器９３に通知される値は、予め制御器９１が記憶しているものとする。

（２２）周波数シンセサイザ６１は、制御器９１から通知された周波数帯域のローカル信号を生成して、送信ミキサ１８および受信ミキサ４３に出力する。波形発生器１５、中間周波増幅器１６、周波数フィルタ１２ａ、１２ｂ、送信ミキサ１８、パルス変調器１３の動作は、第２の実施形態と同様である。パルス変調器１３は、生成したチャープパルスを可変増幅器９３に出力する。

（２３）可変増幅器９３は、パルス変調器１３から入力されたパルスを、制御器９１から通知された利得を用いて増幅する。可変増幅器９３は、増幅後の送信パルスを、送受切替器３０と送受信アンテナ３１を介して目標１に送信する。

（２４）受信波を受信したときの送受信アンテナ３１、送受切替器３０、周波数フィルタ４１ａ、低雑音増幅器４２の動作は第１〜第３の実施形態と同様である。ただし、低雑音増幅器４２は、増幅後の信号を分配器９４に出力する。分配器９４は、低雑音増幅器４２から入力された信号を、受信ミキサ４３と検波器９２に出力する。

（２５）検波器９２は、入力された信号の強度を制御器９１に出力する。以下の例では、検波器９２は、検波用ダイオードを備えており、分配器９４から入力された電力レベルに対応する電圧を制御器９１に出力するものとする。

（２６）制御器９１は、検波器９２から入力された電圧値に基づいて、レーダ装置９０から目標１までの距離を推定する。例えば、制御器９１は、予め行われた予備実験などにより、レーダ装置９０から目標１までの距離と、検波器９２から入力される電圧の関係を示す電圧テーブルなどを記憶することができる。制御器９１は、検波器９２から入力される電圧をキーとして電圧テーブルを検索し、レーダ装置９０から目標１までの距離を求める。

（２７）次に、制御器９１は、レーダ装置９０から目標１までの距離に基づいて、周波数帯域ごとに、送信波の減衰量を計算する。さらに、計算結果に基づいて、使用する全ての周波数帯域の受信パルスの強度が閾値以上になるように、各周波数帯域についての利得を計算する。制御器９１は、計算により得られた利得を、周波数帯域に関連付けて可変増幅器９３に通知する。

（２８）受信ミキサ４３、周波数フィルタ４１ｂ、中間周波増幅器４５、分波器４６、Ａ／Ｄ変換器４７、帯域補間処理器５０、信号処理器４８、表示器４９の動作は、第１〜第３の実施形態と同様である。

（２９）可変増幅器９３は、パルス変調器１３から入力されたパルスを、制御器９１から通知された利得を用いて増幅する。可変増幅器９３は、増幅後の送信パルスを、送受切替器３０と送受信アンテナ３１を介して目標１に送信する。以下、手順（２４）以降の処理が繰り返される。

次に、レーダ装置９０の変形例について説明する。図１６は、レーダ装置９５の構成の例を示す図である。レーダ装置９５は、信号処理器４８で得られた結果を制御器９６にフィードバックすることにより、制御器９６が可変増幅器９３での利得を計算する。

レーダ装置９５に備えられている波形発生器１５、中間周波増幅器１６、周波数フィルタ１２ａ、１２ｂ、送信ミキサ１８、周波数シンセサイザ６１、パルス変調器１３の動作は、第２の実施形態と同様である。可変増幅器９３は、制御器９６から通知された利得を用いて、送信波を増幅する。

レーダ装置９５で行われる受信波の処理と目標１までの距離の求め方は、第１〜第３の実施形態と同様である。すなわち、帯域補間処理によって得られた受信パルスを時間軸上のインパルスに変換した上で、横軸の値に光速の１／２の値を積算したときに、インパルスが得られた座標の横軸の値が、レーダ装置９５と目標１の間の距離である。信号処理器４８は、求めた距離を制御器９６に通知する。制御器９６は、目標１までの距離に基づいて、周波数帯域ごとに、送信波の減衰量を計算する。さらに、計算結果に基づいて、使用する全ての周波数帯域の受信パルスの強度が閾値以上になるように、各周波数帯域についての利得を計算する。

このように、レーダ装置９０は、フィードバックを行うことにより、目標１までの距離に応じた送信電力を設定することができる。さらに、周波数が高い方が、大気減衰量が大きくなるため、レーダ装置９０は、減衰量の違いを見込んで、各周波数での受信電力が同等になるように、各周波数での可変増幅器の増幅量を変化させることができる。

＜第５の実施形態＞
第５の実施形態では、周波数帯域が高い送信パルスの生成に用いるチャープ信号ほど広い帯域の信号とすることにより、周波数が高い領域を用いた場合のデータ量を確保する場合について、レーダ装置１０の動作を説明する。

図１７は、周波数帯域とパルス幅の決定に用いられるテーブルの例を示す。第５の実施形態では、制御器２０は、図１７（ａ）に示すテーブルに従って、周波数帯域を決定することができる。図１７（ａ）のテーブルには、タイミングに対応付けて、出力される送信パルスの周波数帯域、生成される送信パルスでの所定の時間での周波数の変化量が記録されている。制御器２０は、生成するパルスが何番目に生成されるパルスであるかに応じて、周波数帯域とパルス中の周波数の変化量を決定する。例えば、制御器２０は、パルスの番号が３の倍数よりも１つ大きい場合、周波数帯域をｆ１〜ｆ２にし、パルス中の周波数の変化量をΔｆａにする。制御器２０は、パルスの番号が３の倍数よりも２つ大きい場合、周波数帯域がｆ３〜ｆ７で周波数の変化量をΔｆｂにし、パルスの番号が３の倍数である場合、周波数帯域がｆ５〜ｆ８で周波数の変化量をΔｆｃにする。以下の説明では、周波数はｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ７＜ｆ５＜ｆ８の順に高くなるものとする。さらに帯域幅は、（ｆ２−ｆ１）＜（ｆ７−ｆ３）＜（ｆ８−ｆ５）の順に広くなるものとする。従って、高周波数の送信波ほど広い周波数帯域にわたるチャープ信号が用いられる。ここで、パルス幅は、以下の式から計算される。

パルス幅＝周波数帯域幅／パルス中の単位時間当たりの周波数の変化量
従ってパルス幅は、ｎを０以上の任意の整数とすると以下のように計算できる。
（３ｎ＋１）番目に生成されるパルス：（ｆ２−ｆ１）／Δｆａ
（３ｎ＋２）番目に生成されるパルス：（ｆ７−ｆ３）／Δｆｂ
３ｎ番目に生成されるパルス ：（ｆ８−ｆ５）／Δｆｃ
以下、パルス幅は、τ１〜τ３を用いて次のように表すものとする。
τ１＝（ｆ２−ｆ１）／Δｆａ
τ２＝（ｆ７−ｆ３）／Δｆｂ
τ３＝（ｆ８−ｆ５）／Δｆｃ
ここでは、分かりやすくするために、いずれの周波数帯域でも周波数の変化量は同じ値、すなわち、Δｆａ＝Δｆｂ＝Δｆｃであるものとする。すると、周波数シンセサイザ１１は、チャープ信号の長さが、ｆ１〜ｆ２の信号＜ｆ３〜ｆ７の信号＜ｆ５〜ｆ８の信号となるようにチャープ信号を生成する。生成されたチャープ信号は、パルス変調器１３によって送信パルスに変換される。このとき、パルス変調器１３は、チャープ信号の長さに応じたパルス幅の送信波を生成するので、τ１＜τ２＜τ３となる。

図１８（ａ）は、レーダ装置１０から送信される送信波の例を示す。送信波は、図１８（ａ）に示すように、ｆ１〜ｆ２の送信パルス、ｆ３〜ｆ７の送信パルス、ｆ５〜ｆ８の送信パルスの順にパルス幅が大きくなる。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の送信波を目標１に送信したときにレーダ装置１０が受信する受信波の例を示す。自由空間での減衰は高周波側ほど大きくなるため、受信波の強度は、ｆ１〜ｆ２の受信波＞ｆ３〜ｆ７受信波＞ｆ５〜ｆ８の受信波の順に小さくなる。

受信波に対して行われる処理は第１の実施形態と同様である。受信波のスペクトルの例を図１９（ａ）に示す。また、受信ミキサ４３によりローカル信号が除去された後の周波数スペクトルの例を図１９（ｂ）に示す。ローカル信号の除去により、ｆ１〜ｆ２のスペクトルはｉｆ１〜ｉｆ２のスペクトルに、ｆ３〜ｆ７のスペクトルはｉｆ３〜ｉｆ７のスペクトルに、ｆ５〜ｆ８のスペクトルはｉｆ５〜ｉｆ８のスペクトルに、それぞれ変換される。変換後のスペクトルについて、増幅、Ａ／Ｄ変換などが行われた結果がバッファ５１に記録される。電気長補正部５３は、電気長を補正し、補間処理部５４は、電気長の補正後のデータを用いて帯域補間処理を行う。帯域補間処理により得られたスペクトルを図１９（ｃ）に示す。

帯域幅は比帯域を用いて表されることがある。ここで比帯域は
比帯域＝帯域幅／中心周波数
で表される。このため、高周波数側では低周波数と同じ比帯域であったとしても帯域幅を広くすることができ、低周波数側よりも比較的容易に広い周波数帯域を確保できることが期待される。本実施形態では、周波数帯域が高いほど使用されている帯域を広くするため、高周波数の帯域の受信波から得られる情報量が増加する。そのため、高周波側での減衰量が比較的大きくても、高周波数で使用する帯域を広くすることにより、高周波側の結果から得られる情報の精度の劣化を防ぐことができる。

次に、本実施形態の変形例について述べる。制御器２０は、図１７（ｂ）に示すテーブルに従って、周波数帯域を決定することもできる。この場合、周波数帯域と共に、制御器２０は送信波のパルス幅を決定する。制御器２０は、決定したパルス幅をパルス変調器１３に通知する。なお、図１７（ｂ）のテーブルが用いられるレーダ装置１０は、制御器２０とパルス変調器１３を結ぶ信号線を備えており、制御器２０はその信号線を用いてパルス変調器１３にパルス幅を通知するものとする。さらに、制御器２０は、周波数シンセサイザ１１に周波数帯域を通知する。周波数シンセサイザ１１は、制御器２０から通知された周波数帯域に渡るチャープ信号を生成する。チャープ信号は、周波数フィルタ１２で処理された後で、パルス変調器１３において、制御器２０から通知されたパルス幅の送信パルスに変換される。

＜変形例＞
なお、実施形態は上記に限られるものではなく、様々に変形可能である。以下にその例をいくつか述べる。

図２０は、レーダ装置１０から出力された送信波と受信波の例である。図２０に示す変形例では、レーダ装置１０は、送信チャープパルスの周波数を順次変化させるのではなく、任意の所定時間毎に送信チャープパルスの周波数を変化させる。例えば、図２０（ａ）に示すように、時刻ｔ_１〜ｔ_ｎの間は、周波数ｆ１〜ｆ２の送信チャープパルスが目標１に向けて送信される。次に、時刻ｔ_ｎ＋１〜ｔ_２ｎの間は、周波数ｆ３〜ｆ４の送信チャープパルス、時刻ｔ_２ｎ＋１〜ｔ_３ｎの間は、周波数ｆ５〜ｆ６の送信チャープパルスが目標１に向けて送信される。この場合、受信信号が帯域補間処理器５０に入力されるまでの処理は、第１の実施形態と同様である。帯域補間処理器５０は、時刻ｔ_１〜ｔ_３ｎの送信チャープパルスに起因する受信波を受信するまで処理を開始しない。電気長補正部５３は３ｎ個の受信波のデータがバッファ５１に蓄積されると、周波数ごとに、ｎ個の強度の平均値を計算する。電気長補正部５３は、得られた平均値に対して、補正値テーブル５２に記録されている数値を用いて電気長を補正する。電気長補正部５３は、電気長を補正したデータを補間処理部５４に出力する。補間処理部５４、信号処理器４８、表示器４９での処理は、第１の実施形態と同様である。この変形例では、送信チャープパルスの周波数帯域の変更はｎ個のパルスごとに行われるため、送信チャープパルスの生成時のレーダ装置１０の負担が軽減される。さらに、一定時間の間、同じ周波数帯域の送信チャープパルスが用いられるため静止している目標や低速で移動する目標の探知精度を向上できる。

図２１は、レーダ装置１００の構成の例を示す。レーダ装置１００は、受信ＲＦ信号に対して帯域補間処理を行う。レーダ装置１００では、受信ＲＦ信号は、周波数フィルタ４１ａ、低雑音増幅器４２を介して後、分波器４６に出力される。すなわち、受信ＲＦ信号は、周波数フィルタ４１ａで所定の周波数成分の信号に変換された後、低雑音増幅器４２で増幅され、制御器２０で制御された分波器４６によって周波数帯域毎に分波される。周波数帯域毎に分波された受信ＲＦ信号は、それぞれの周波数帯域に対応したＡ／Ｄ変換器４７（４７ａ、４７ｂ）でデジタル信号に変換される。さらに、帯域補間処理器５０により帯域補間が行われる。帯域補間により得られた結果が信号処理器４８で処理され、得られた結果は表示器４９に送られる。このように、レーダ装置１００では、ＲＦ帯で帯域補間処理がおこなわれるので、受信ミキサ４３、周波数フィルタ４１ｂ、中間周波増幅器４５を備えなくても良い。このため、レーダ装置１００は、比較的簡単な構造にすることができ、また、小型化が比較的容易である。

図２２は、レーダ装置１１０の構成を示す。レーダ装置１１０は、複数の送信アンテナ１１１（１１１ａ、１１１ｂ）と受信アンテナ１１２を備える。なお、図２２の例では、送信アンテナ１１１が２本の場合を示しているが、送信アンテナ１１１の数は実装に応じて任意に変更される場合がある。

レーダ装置１１０では、周波数シンセサイザ１１で生成された送信チャープ信号は、分波器１９により周波数帯域毎に分波され、周波数帯域ごとに対応付けられた周波数フィルタ１２ａもしくは１２ｂに出力される。周波数フィルタ１２ａもしくは周波数フィルタ１２ｂで処理されたチャープ信号は、パルス変調器１３（１３ａ、１３ｂ）でパルスに変換され、高出力増幅器１４（１４ａ、１４ｂ）で増幅される。高出力増幅器１４で増幅されたチャープパルスは、送信アンテナ１１１（１１１ａ、１１１ｂ）から目標１に向けて送信される。各周波数の送信チャープパルスが送信されるタイミングは、制御器２０が分波器１９を介して制御する。一方、目標１からの受信波は、受信アンテナ１１２で受信される。受信波の処理は第１の実施形態と同様である。このような変形例では、各送信アンテナ１１１を狭帯域に対応するアンテナとすることができるので、レーダ装置１１０の設計が容易になる。また、補正値テーブル５２は、周波数帯域ごとに対応する送信アンテナ１１１が用いられたときの電気長の補正値を記録する。例えば、ｆ１〜ｆ２の周波数帯域の送信波が送信アンテナ１１１ａから送信される場合、ｆ１〜ｆ２の周波数帯域のデータについて用いられる補正値は、送信アンテナ１１１ａが用いられる場合の電気長とされる。

図２３は、レーダ装置１２０の構成を示す。レーダ装置１１０は、複数の送信アンテナ１１１（１１１ａ、１１１ｂ）と複数の受信アンテナ１１２（１１２ａ、１１２ｂ）を備える。レーダ装置１２０が送信波を生成する方法と送信波の送信の方法は、レーダ装置１１０と同様である。レーダ装置１２０は、周波数ｆ１〜ｆ２の送信チャープパルスが目標で反射されたことによる受信波を、受信アンテナ１１２ａで受信する。一方、周波数ｆ３〜ｆ４の送信チャープパルスが目標で反射されたことによる受信波を、受信アンテナ１１２ｂで受信する。受信信号に対して、周波数帯域のフィルタリング、増幅、ダウンコンバート、デジタル化が行われる。デジタル化されたデータは、バッファ５１に記録される。以後の処理は第１の実施形態と同様である。なお、送信アンテナ１１１と受信アンテナ１１２の数は、周波数帯域の種類と同じ数であり、任意に変更される。

第４の実施形態ではフィードバック処理により可変増幅器９３での利得を調整する場合について述べたが、第５の実施形態にフィードバック処理を含めることもできる。この場合、フィードバック処理によりパルス幅が調整される。すなわち、制御器２０は目標１までの距離に応じてパルス幅を決定し、決定したパルス幅を周波数帯域ごとにパルス変調器１３に通知することができる。パルス変調器１３は、送信チャープパルスのパルス幅が制御器２０から通知されたパルス幅となるようにパルスを生成する。

第５の実施形態について、制御器２０がΔｆａ＝Δｆｂ＝Δｆｃではないテーブル（図１７（ａ）に示すテーブル）を備えるように変形することもできる。この場合、制御器２０は、周波数帯域が高い送信パルスほどパルス幅が大きくなる、すなわちτ１＜τ２＜τ３となるような周波数帯域幅および周波数の変化量を、テーブルに記憶しているものとする。

さらに、上記の実施形態は、適宜組み合わせて用いることができる。例えば、レーダ装置１１０、１２０は、レーダ装置６０と同様の方法で送信チャープ信号を生成するように変形されても良い。また、レーダ装置８０、９０、９５がレーダ装置１０と同様の方法で送信チャープ信号を生成するように変形されても良い。

１ 目標
１０、６０、８０、９０、９５、１００、１１０、１２０ レーダ装置
１１、６１ 周波数シンセサイザ
１２、４１ 周波数フィルタ
１３ パルス変調器
１４ 高出力増幅器
１５ 波形発生器
１６、４５ 中間周波増幅器
１８ 送信ミキサ
１９、４６ 分波器
２０、８２、９１、９６ 制御器
３０ 送受切替器
３１ 送受信アンテナ
４２ 低雑音増幅器
４３ 受信ミキサ
４７ Ａ／Ｄ変換器
４８ 信号処理器
４９ 表示器
５０ 帯域補間処理器
５１ バッファ
５２ 補正値テーブル
５３ 電気長補正部
５４ 補間処理部
７０ 制御回路
７１ 表示デバイス
７２ メモリ
８１、９３ 可変増幅器
９２ 検波器
１１１ 送信アンテナ
１１２ 受信アンテナ

Claims (8)

1. 第１の周波数帯域にわたる第１のチャープパルスと、前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域にわたる第２のチャープパルスを、観測対象である目標に向けて送信する送信部と、
   前記目標からの前記第１のチャープパルスの反射波である第１の受信信号と、前記第２のチャープパルスの反射波である第２の受信信号を受信する受信部と、
   前記第１の受信信号の位相を、補正値テーブルに記録されている補正値で補正することにより第１の補正スペクトルを求めるとともに、前記第２の受信信号の位相を、前記補正値で補正することにより第２の補正スペクトルを求める補正部と、
   前記第１および第２の補正スペクトルを結合した信号に、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域の間の帯域の信号を補間することにより、前記第１の周波数帯域から前記第２の周波数帯域までのチャープ信号を前記目標に照射したときに得られる反射波を表す補間信号を生成する帯域補間処理部と、
   前記補間信号を用いて前記目標までの距離を求める信号処理部
   を備え、
   前記補正部は、前記補正値テーブルを用いて、前記第１の受信信号と前記第２の受信信号の位相を合わせる
   ことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記補正値テーブルは、前記第１および第２のチャープパルスが前記目標に向けて送信されるまでに経由する電気長に起因して発生する位相の変化を解消するための補正値を、
   前記電気長を経由する信号の周波数の関数として記録し、
   前記補正部は、補正対象の信号と同じ周波数に対応付けられた補正値を用いて、前記第１および第２の受信信号を補正することにより、前記第１および第２の補正スペクトルを求める
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 第１の周波数帯域にわたる第１のチャープパルスと、前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域にわたる第２のチャープパルスを、観測対象である目標に向けて送信する送信部と、
   前記目標からの前記第１のチャープパルスの反射波である第１の受信信号と、前記第２のチャープパルスの反射波である第２の受信信号を受信する受信部と、
   前記第１の受信信号の位相を、補正値テーブルに記録されている補正値で補正することにより第１の補正スペクトルを求めるとともに、前記第２の受信信号の位相を、前記補正値で補正することにより第２の補正スペクトルを求める補正部と、
   前記第１および第２の補正スペクトルを結合した信号に、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域の間の帯域の信号を補間することにより、前記第１の周波数帯域から前記第２の周波数帯域までのチャープ信号を前記目標に照射したときに得られる反射波を表す補間信号を生成する帯域補間処理部と、
   前記補間信号を用いて前記目標までの距離を求める信号処理部
   を備え、
   前記補正部は、前記目標での前記第１のチャープパルスの散乱中心の周波数成分である
   第１の特異点を前記第１の受信信号から求めずに、前記第１の補正スペクトルを求め、さらに、前記目標での前記第２のチャープパルスの散乱中心の周波数成分である第２の特異点を前記第２の受信信号から求めずに、前記第２の補正スペクトルを求める
   ことを特徴とするレーダ装置。
4. 第１の周波数帯域にわたる第１のチャープパルスと、前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域にわたる第２のチャープパルスを、観測対象である目標に向けて送信する送信部と、
   前記目標からの前記第１のチャープパルスの反射波である第１の受信信号と、前記第２のチャープパルスの反射波である第２の受信信号を受信する受信部と、
   前記第１の受信信号の位相を、補正値テーブルに記録されている補正値で補正することにより第１の補正スペクトルを求めるとともに、前記第２の受信信号の位相を、前記補正値で補正することにより第２の補正スペクトルを求める補正部と、
   前記第１および第２の補正スペクトルを結合した信号に、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域の間の帯域の信号を補間することにより、前記第１の周波数帯域から前記第２の周波数帯域までのチャープ信号を前記目標に照射したときに得られる反射波を表す補間信号を生成する帯域補間処理部と、
   前記補間信号を用いて前記目標までの距離を求める信号処理部と、
   前記第１および第２のチャープパルスの強度を増幅する増幅器を備え、
   前記増幅器は、増幅しようとするチャープパルスに含まれる周波数が高いほど送信されるチャープパルスの送信強度が高くなるようにチャープパルスの強度を増幅する
   ことを特徴とするレーダ装置。
5. 前記信号処理部で算出された距離から周波数ごとの減衰量を見積もることにより、前記第１の周波数帯域にわたるチャープパルスを増幅するときの第１の利得と、前記第２の周波数帯域にわたるチャープパルスを増幅するときの第２の利得を求める制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１の利得を前記第１の周波数帯域に対応付けて前記増幅器に通知すると共に、前記第２の利得を前記第２の周波数帯域に対応付けて前記増幅器に通知し、
   前記増幅器は、前記第１の周波数帯域にわたる第３のチャープパルスを前記第１の利得で増幅し、前記第２の周波数帯域にわたる第４のチャープパルスを前記第２の利得で増幅する
   ことを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
6. 第１の周波数帯域にわたる第１のチャープパルスと、前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域にわたる第２のチャープパルスを、観測対象である目標に向けて送信する送信部と、
   前記目標からの前記第１のチャープパルスの反射波である第１の受信信号と、前記第２のチャープパルスの反射波である第２の受信信号を受信する受信部と、
   前記第１の受信信号の位相を、補正値テーブルに記録されている補正値で補正することにより第１の補正スペクトルを求めるとともに、前記第２の受信信号の位相を、前記補正値で補正することにより第２の補正スペクトルを求める補正部と、
   前記第１および第２の補正スペクトルを結合した信号に、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域の間の帯域の信号を補間することにより、前記第１の周波数帯域から前記第２の周波数帯域までのチャープ信号を前記目標に照射したときに得られる反射波を表す補間信号を生成する帯域補間処理部と、
   前記補間信号を用いて前記目標までの距離を求める信号処理部と、
   前記第１の周波数帯域にわたるチャープ信号から前記第１のチャープパルスを生成し、前記第２の周波数帯域にわたるチャープ信号から前記第２のチャープパルスを生成するパルス変調器を備え、
   前記パルス変調器は、チャープパルスの生成に用いる信号に含まれる周波数が高いほどパルスの幅が広くなるようにチャープパルスを生成する
   ことを特徴とするレーダ装置。
7. 前記信号処理部で算出された距離から周波数ごとの減衰量を見積もることにより、前記第１の周波数帯域にわたるチャープパルスに適用する第１のパルス幅と、前記第２の周波数帯域にわたるチャープパルスに適用する第２のパルス幅を求める制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１のパルス幅を前記第１の周波数帯域に対応付けて前記パルス変調器に通知すると共に、前記第２のパルス幅を前記第２の周波数帯域に対応付けて前記パルス変調器に通知し、
   前記パルス変調器は、前記第１の周波数帯域にわたる第３のチャープパルスを前記第１のパルス幅に調整し、前記第２の周波数帯域にわたる第４のチャープパルスを前記第２のパルス幅に調整する
   ことを特徴とする請求項６に記載のレーダ装置。
8. 第１の周波数帯域にわたる第１のチャープパルスと、前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域にわたる第２のチャープパルスを、観測対象である目標に向けて送信し、
   前記目標からの前記第１のチャープパルスの反射波である第１の受信信号と、前記第２のチャープパルスの反射波である第２の受信信号を受信し、
   前記第１の受信信号の位相を、補正値テーブルに記録されている補正値で補正することにより第１の補正スペクトルを求めるとともに、前記第２の受信信号の位相を、前記補正値で補正することにより第２の補正スペクトルを求め、
   前記第１および第２の補正スペクトルを結合した信号に、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域の間の帯域の信号を補間することにより、前記第１の周波数帯域から前記第２の周波数帯域までのチャープ信号を前記目標に照射したときに得られる反射波を表す補間信号を生成し、
   前記補間信号を用いて前記目標までの距離を求め、
   前記補正値テーブルを用いて、前記第１の受信信号と前記第２の受信信号の位相が合わせられる
   ことを特徴とする目標の検出方法。

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