JP6242276B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、受信信号をコヒーレント積分することで信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を向上させるレーダ装置に関するものである。

一般に、パルスドップラレーダとしては、例えば、非特許文献１に示されているように、受信信号をコヒーレント積分することで信号対雑音比（ＳＮＲ）を向上させるレーダ装置がある。このような構成では、等速運動する目標、つまり、相対速度が変化しない目標からの受信信号に対しては、ＳＮＲ向上が期待できる。しかし、加速度目標に対しては、ＳＮＲ向上効果が減じられてしまうという問題があった。従来、このような問題に対して、例えば、特許文献１に示されたレーダ装置では、予め多数の目標運動候補を用意して、位相補償を行うことでコヒーレントにし、コヒーレント積分を可能にしていた。

特開平４−３０１５８４号公報

電子情報通信学会、"改定レーダ技術"、ｐｐ．２９５−２９６

しかしながら、従来のレーダ装置では、予め想定した運動と異なる目標運動の場合、ＳＮＲ向上効果が十分に得られないという問題があった。また、予め多数の目標運動候補を用意して、位相補償を行い、最もＳＮＲが高いものを目標候補とするため、演算量が増大するという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、加速度運動のような観測中に目標運動（相対速度）が変化する目標からの受信信号に対しても、予め多数の目標運動候補を用意することがなく、かつ、演算量を低減し、目標受信信号のＳＮＲを向上させることのできるレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、送信信号を空間に放射する送信手段と、目標で反射して戻った送信信号を受信信号として受信する受信手段と、受信信号に対して、隣接サンプルの位相に基づき、受信信号を行列に変換する行列変換手段と、行列変換後の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、周波数領域に変換した受信信号の荷重係数を算出し、荷重係数に基づき周波数領域に変換した受信信号を荷重した後、周波数方向にコヒーレント積分する周波数方向積分手段と、周波数方向積分後の受信信号に対して、隣接サンプル方向に積分する隣接サンプル方向積分手段と、隣接サンプル方向積分後の受信信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段とを備えたものである。

この発明のレーダ装置は、隣接サンプルの位相に基づき受信信号を行列に変換し、行列変換後の受信信号を周波数領域に変換して荷重係数に基づいて荷重した後、周波数方向にコヒーレント積分してさらに隣接サンプル方向に積分を行い、その受信信号の強度に基づいて目標候補を検出するようにしたので、加速度目標に対しても、予め多数の目標運動候補を用意する必要がなく、目標ＳＮＲが向上し、検出性能を向上させることができる。

この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。 レーダ装置の等速目標と加速度目標のコヒーレント積分結果を示す説明図である。 レーダ装置の等速目標と加速度目標の位相変化を示す説明図である。 レーダ装置の加速度目標の位相変化を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の行列変換を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の周波数領域変換後の受信ビデオ信号を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の周波数方向積分手段の動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の周波数方向積分後の受信ビデオ信号を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の周波数方向積分手段と隣接サンプル方向積分手段での信号を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の目標候補検出手段の高次モーメント算出方法を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるレーダ装置の周波数方向積分手段の荷重算出動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態３によるレーダ装置の周波数方向積分手段の周波数方向積分動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態３によるレーダ装置の隣接サンプル方向積分手段の隣接サンプル方向積分動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるレーダ装置を示す構成図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
図１に示すレーダ装置は、空中線１、送信手段２、送受切替手段３、受信手段４、信号処理器５、表示器６を備える。また、信号処理器５は、行列変換手段１０１、周波数領域変換手段１０２、周波数方向積分手段１０３、隣接サンプル方向積分手段１０４、目標候補検出手段１０５、目標候補相対速度算出手段１０６を備えている。

空中線１は、送信ＲＦ信号を目標に向けて放射すると共に、目標からの反射ＲＦ信号を受信するためのアンテナである。送信手段２は、送信ＲＦ信号を生成する手段である。送受切替手段３は、送信手段２からの送信ＲＦ信号と、空中線１で受信された反射ＲＦ信号を受信手段４で受信するための送受切替を行う手段である。信号処理器５は、受信手段４で受信した受信ビデオ信号に基づいて目標候補および目標候補の相対速度を検出する処理部である。

信号処理器５の行列変換手段１０１は、受信手段４からの受信ビデオ信号を取得して、隣接サンプルの位相に基づいて受信信号を行列に変換する手段である。周波数領域変換手段１０２は、行列変換手段１０１で行列変換された受信信号を周波数領域に変換する手段である。周波数方向積分手段１０３は、周波数領域変換手段１０２で周波数領域変換された受信信号の荷重係数を算出し、その荷重係数に基づいて、周波数領域変換された受信信号を荷重した後、周波数方向にコヒーレント積分する手段である。隣接サンプル方向積分手段１０４は、周波数方向積分手段１０３で周波数方向積分された受信信号に対して、隣接サンプル方向に積分する手段である。目標候補検出手段１０５は、隣接サンプル方向積分手段１０４で隣接サンプル方向積分された受信信号の強度に基づいて目標候補を検出する手段である。目標候補相対速度算出手段１０６は、目標候補検出手段１０５で検出された目標候補の相対速度を算出する手段である。

また、表示器６は、信号処理器５における処理結果を表示するためのディスプレイである。

なお、信号処理器５は、コンピュータを用いて構成され、行列変換手段１０１〜目標候補相対速度算出手段１０６は、それぞれの機能に対応したソフトウェアとこれらのソフトウェアを実行するためのＣＰＵといったハードウェアから構成されている。あるいは、行列変換手段１０１〜目標候補相対速度算出手段１０６のうち、少なくともいずれかの手段を専用のハードウェアで構成してもよい。

次に、実施の形態１のレーダ装置の動作について説明する。
まず、図１の構成を参照して送信ＲＦ信号を生成するまでの動作について説明する。ここでは、観測中に目標運動が変化する目標運動として、加速度目標として説明する。
送信手段２は、式（１）で表わされる一定周波数の局部発振信号Ｌ_０（ｔ）を生成する。送信手段２は、局部発振信号Ｌ_０（ｔ）を受信手段４に出力する。ここで、ｔは時刻、ｆ_０は送信周波数、Ｔ_ｐｒｉはパルス繰り返し周期（ＰＲＩ：Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）、Ｔ_Ｌは送信信号送信時間（観測時間）、φ_０は初期位相、Ａ_Ｌは局部発振信号Ｌ_０（ｔ）の振幅を表わす。

送信手段２は、局部発振信号Ｌ_０（ｔ）に対しパルス変調を行い、式（２）で表わされる送信ＲＦ信号Ｔ_ｘ（ｔ）を生成し、送受切替手段３に出力する。ここで、Ｔ_ｐは送信信号パルス幅、ｎ’はヒット番号、Ｎ’はヒット数を表わす。

送受切替手段３は、送信手段２から入力された送信ＲＦ信号Ｔ_ｘ（ｔ）を空中線１に出力する。そして、空中線１から送信ＲＦ信号が空中に放射される。

空中に放射された送信ＲＦ信号は、目標で反射され、反射ＲＦ信号として空中線１に入射する。空中線１は、入射してきた反射ＲＦ信号を受信し、受信ＲＦ信号として送受切替手段３に伝達される。送受切替手段３では、空中線１から入力された受信ＲＦ信号を受信手段４に伝達されるよう送受切替を行う。

式（２）で表される送信ＲＦ信号Ｔ_ｘ（ｔ）が、時刻ｔに目標との相対距離Ｒ（ｎ’，ｔ）にある目標からの反射ＲＦ信号を受信した場合、受信ＲＦ信号Ｒ_ｘ（ｎ’，ｔ）は式（３）で表される。ここで、目標との相対距離Ｒ（ｎ’，ｔ）は式（４）で表わされ、Ｒ_０は目標との相対初期距離、ｖ_０は目標との相対初期距離、ａは目標との相対加速度、ｃは光速である。

受信手段４は、送受切替手段３から入力された受信ＲＦ信号Ｒ_ｘ（ｎ’，ｔ）に対し、送信手段２から入力された局部発振信号Ｌ_０（ｔ）を用いてダウンコンバートした後、増幅、位相検波を行い、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）信号となり、式（５）で表される受信ビデオ信号Ｖ（ｎ）として信号処理器５に出力する。ここで，＊は複素共役、ｎは受信ビデオ信号のサンプル番号、Ｎは受信ビデオ信号のサンプル数を表わし、サンプル番号ｎの目標との相対距離Ｒ（ｎ）は式（６）、サンプル番号ｎの目標との相対速度ｖ（ｎ）は式（７）で表わされ、Ｔ_ｓは受信ビデオ信号のサンプル間隔である。

ここで、図２を参照して、等速目標と加速度目標のコヒーレント積分結果について説明する。
図２（ａ）に等速目標のコヒーレント積分結果を示す。等速目標は、図２（ａ）左図に示すように、観測中、等速目標は一定速度を示す。図２（ａ）右図に示すように、時間領域の受信ビデオ信号に対して、周波数領域変換として、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行った場合、等速目標は、目標相対速度ｖ_ｃに対応するドップラ周波数にコヒーレント積分され、ＳＮＲが向上する。従って、検出性能が向上する効果がある。

図２（ｂ）に加速度目標のコヒーレント積分結果を示す。加速度目標は、図２（ｂ）左図に示すように、観測中、加速度目標は、加速度の影響で速度が変化する。図２（ｂ）右図に示すように、時間領域の受信ビデオ信号に対して、ＦＦＴを行った場合、加速度目標は、観測時間中の相対速度に対応するドップラ周波数に拡散してコヒーレント積分されるため、等速目標と比べ、ＳＮＲ向上性能が劣化する。従って、等速目標に比べ、加速度目標は検出性能が劣化する問題がある。
以降、本発明の加速度目標からの受信信号のＳＮＲ向上法について説明する。

信号処理器５の行列変換手段１０１には、信号処理器５に入力された受信ビデオ信号Ｖ（ｎ）が入力される。図３（ａ）に示すように、等速目標からの受信ビデオ信号の位相変化は一定である。一方、図３（ｂ）に示すように、加速度目標からの受信ビデオ信号の位相変化が異なる。従って、ＦＦＴを行っても、効率良く積分されない。
図４の上図に示すように、観測中の加速度目標の位相変化は異なることが分かる。これは、目標の加速度に起因する速度変化である。従って、観測中の観測開始時刻付近と観測終了付近では速度が異なるため、位相変化が異なる。特に、区間４０１に示すように、時間差が大きいと位相変化は大きく異なる。一方、図４の下図に示すように、局所的に見ると、すなわち、隣接サンプルで見るとほぼ同じ位相変化をしていることが分かる（区間４０２）。行列変換手段１０１は、この特徴を利用して、コヒーレント積分を行うために、隣接サンプルの位相変化を一定として、受信ビデオ信号Ｖ（ｎ）に対して式（８）に従って行列変換を行い、行列変換後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ（ｍ，ｐ）を生成する。ここで、ｍは隣接サンプル番号、Ｍは隣接サンプル数、ｍｏｄ（ｎ，Ｍ）はサンプル番号ｎを隣接サンプル数Ｍで割った際の余り、ｆｌｏｏｒ（ｎ／Ｍ）はサンプル番号ｎを隣接サンプル数Ｍで割った際の商の小数点以下を切り捨てた値、ｐは行列変換後のサンプル番号、Ｐはサンプル数（式（９））を示す。

行列変換手段１０１の行列変換の動作を図５に示す。図５の上図に示す受信ビデオ信号Ｖ（ｎ）の隣接サンプルを一定位相変化として、行列変換手段１０１の行列変換（処理５０１）により、図５の中央図に示す行列変換を行い（行列変換前後のサンプル番号の対応が分かるように、受信ビデオ信号Ｖ（ｎ）のサンプル番号ｎで示している）、最後に行列として番号を付け直し（処理５０２）、図５の下図に示す行列変換後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ（ｍ，ｐ）に変換される。

行列変換手段１０１は、式（８）を行うために、予め設定した位相差Δφ_Ｍに基づき式（１０）を満たす隣接サンプル数Ｍと加速度ａ_Ｍを算出する。ここで、ｍ_０は予め設定した位相差算出開始サンプル番号、ａｎｇｌｅ（Ｙ）は指数関数Ｙの角度である。

行列変換手段１０１は、行列変換後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ（ｍ，ｐ）と隣接サンプル数Ｍを周波数領域変換手段１０２に出力する。また、行列変換手段１０１は、加速度ａ_Ｍを周波数方向積分手段１０３に出力する。

周波数領域変換手段１０２は、式（１１）に従い、行列変換後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ（ｍ，ｐ）に対して、周波数領域変換としてＦＦＴを行い、周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）を生成する。ここで、Ｐ_ＦＦＴはＦＦＴ点数、ｐは周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）の周波数方向のサンプル番号である。
周波数領域変換手段１０２は、周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）を周波数方向積分手段１０３に出力する。また、周波数領域変換手段１０２は、周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）のサイドローブを抑圧する場合は、式（１１）の前に窓関数処理（例えば、窓関数としてハミング窓）を行う。また、周波数領域変換手段１０２は、サンプル数Ｐよりも大きいＦＦＴ点数Ｐ_ＦＦＴで周波数領域変換を行うことで、周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）が高サンプリングされ、高精度のドップラ周波数つまり目標相対速度を算出することが可能になる。

図６に示すように、隣接サンプル数Ｍ＝４の場合、４つの周波数領域変換後の受信ビデオ信号が生成される。４つの周波数領域変換後の受信ビデオ信号の目標のドップラ周波数６０１は相関が大きく、雑音は相関が小さくなる（目標のドップラ周波数６０１は、加速度の影響で広がっている）。この特徴を利用して、周波数方向積分手段１０３において周波数方向積分を行う。

周波数方向積分手段１０３は、周波数方向を効率良く積分するために、つまりコヒーレント積分を行う（図７参照）。
まず、周波数方向積分手段１０３は、周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）に対して式（１２）に従う最大比合成法により、荷重を算出する。ここで、Ｒ_ＸＸは周波数領域変換後の受信ビデオ信号の相関行列（式（１３））、λ_ｌは固有値、Ｗ_ｌは固有ベクトル、Ｘ_ｋはコヒーレント積分を行うために抽出した周波数領域後の受信ビデオ信号（式（１４））、Ｈは複素共役転置である。
周波数方向積分手段１０３は、目標運動として加速度ａ_Ｍに基づき式（１５）に従い荷重算出のために用いる周波数方向のサンプル数（積分数）Ｌを算出する。ただし、Δｖ_ＦＦＴは周波数領域の速度サンプル間隔（式（１６））である。ここでは、目標運動として加速度を用いているが、他の目標運動でも良く、例えば、加速度に加えて、加速度変化（加加速度）を用いても良い。

周波数方向積分手段１０３は、固有値−固有ベクトルの関係に基づき、相関行列Ｒ_ＸＸの最大固有値λ_{ｌ，ｍａｘ}に対応する固有ベクトルＷ_{ｌ，ｍａｘ}＝（ｗ_０，ｗ_１，…，ｗ_Ｌ−１）を荷重として算出する。

周波数方向積分手段１０３は、式（１７）に従い、周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）に対して、荷重Ｗ_{ｌ，ｍａｘ}を荷重し、複素積分を行い、周波数方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_ＭＲＣ（ｍ，ｋ）を生成する（図７中の処理７０１）。ここで、＊は複素共役を表わす。
図８（ａ）に示す周波数領域の受信ビデオ信号が、周波数方向積分手段１０３による周波数方向積分により、図８（ｂ）に示す周波数方向積分後の受信ビデオ信号に示すように変換される。図８（ｂ）に示すように、目標（区間８０１）は隣接サンプルの相関が大きいため、最適荷重がされ、周波数方向にコヒーレント積分され電力が効率良く向上するが、雑音（区間８０２）は隣接サンプルの相関が小さいため、最適荷重が算出されず、周波数方向にコヒーレント積分されないため、目標ＳＮＲが向上する効果がある（後述する図１０参照）。

周波数方向積分手段１０３は、周波数方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_ＭＲＣ（ｍ，ｋ）を隣接サンプル方向積分手段１０４に出力する。
ここでは、固有値・固有ベクトルを用いて最大比合成法を適用したが、固有値・固有ベクトル（固有値展開）を用いたビームフォーマ等を適用しても良い。

隣接サンプル方向積分手段１０４は、式（１８）に従い、隣接サンプル間の位相差Δφ_ｓ（ｍ，ｋ）を算出する。ここで、ｖ’（ｋ）は式（１９）に従い算出する周波数方向のサンプル番号ｋに対応する速度である。

隣接サンプル方向積分手段１０４は、周波数方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_ＭＲＣ（ｍ，ｋ）に対し、隣接サンプル間の位相差Δφ_ｓ（ｍ，ｋ）を用いて、式（２０）に従って位相補償を行い、隣接サンプル方向位相補償後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，φ}（ｍ，ｋ）を生成する。

隣接サンプル方向積分手段１０４は、隣接サンプル方向位相補償後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，φ}（ｍ，ｋ）に対し、式（２１）に従ってコヒーレント積分として複素積分を行い、隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，ＣＩ}（ｋ）を生成する。
図９（ａ）に示す周波数方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_ＭＲＣ（ｍ，ｋ）が、隣接サンプル方向積分手段１０４による隣接サンプル方向積分によって、図９（ｂ）に示すように目標ＳＮＲが向上した隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，ＣＩ}（ｋ）を得ることが可能になり、検出性能向上が可能になる。すなわち、目標は、区間９０１に示すように、隣接サンプル方向積分によりコヒーレントに積分されるが、雑音は、区間９０２に示すように、隣接サンプル方向積分によりコヒーレントに積分されない。これにより、さらに目標ＳＮＲ向上が可能となる。

ここでは、隣接サンプル方向のコヒーレント積分として複素積分することで演算量を低減でき、かつ、コヒーレント積分することでＳＮＲが向上する効果がある。隣接サンプル方向に相関が大きい目標はコヒーレントに積分することが可能であるためＳＮＲが向上し、一方、相関が小さい雑音はコヒーレントに積分することが困難であるためＳＮＲが向上しないため、目標検出性能が可能になる（図１０参照）。

図１０は、周波数方向積分手段１０３と隣接サンプル方向積分手段１０４での信号を示す説明図である。周波数方向積分手段１０３は、周波数方向がコヒーレントになる荷重を式（１２）を用いて算出し、かつ、式（１７）を用いて荷重する（処理１００１）。また、周波数方向積分手段１０３は、式（１７）を用いて、周波数方向の受信ビデオ信号を複素積分する（処理１００２）。次に、隣接サンプル方向積分手段１０４は、隣接サンプル方向の受信ビデオ信号に対して式（２０）を用いて位相補償した後、式（２１）に従って複素積分を行う（処理１００３）。

また、隣接サンプル方向積分手段１０４は、隣接サンプル方向のコヒーレント積分として高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いても良い。この場合は、事前に式（２０）による位相補償をする必要がない。
また、隣接サンプル方向積分手段１０４は、隣接サンプル方向積分として式（２２）に表わすインコヒーレント積分を用いても良い。位相情報を用いないインコヒーレント積分では、ＳＮＲは変化しないが、雑音部分が平均化されるため、検出性能向上が可能になる効果がある。

隣接サンプル方向積分手段１０４は、隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，ＣＩ}（ｋ）を目標候補検出手段１０５に出力する。目標候補検出手段１０５は、隣接サンプル方向積分手段１０４から入力された隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，ＣＩ}（ｋ）に対し、信号電力に基づく、例えば、ＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）処理により目標候補を検出する。

目標候補検出手段１０５は、目標候補のスペクトラムの高次モーメントを用いて、目標候補を選別しても良い。
図１１に示すように、目標候補として、目標のみでなく、雑音が検出された場合の対策として、目標候補検出手段１０５は、式（２３）に従い高次モーメントとして目標候補番号ｎ_ｔの歪度Ｋ（ｎ_ｔ）を算出する。ここで、Ｎ_ｔは目標候補数、ｖ（ｋ）はサンプリング番号ｋの相対速度、μ_ｉ（ｎ_ｔ）は式（２４）〜式（２６）で表わされる。
目標候補検出手段１０５は、算出した歪度に基づき、目標候補を判別する。例えば、歪度が最も０に近いものを目標候補として、目標候補とする。
目標候補のスペクトラムから算出する高次モーメントを用いて、目標候補を判別するため、誤検出の低減する効果がある。
また、ここでは、高次モーメントとして歪度を用いて説明したが、他の高次モーメントを用いても良い。また、複数の高次モーメントを用いても良い。

目標候補検出手段１０５は、検出した目標候補と目標候補のドップラ周波数ｆ_{ｄ，ｔｇｔ}を目標候補相対速度算出手段１０６に出力する。目標候補相対速度算出手段１０６は、式（２７）に従い目標候補検出手段１０５から入力された目標候補のドップラ周波数ｆ_{ｄ，ｔｇｔ}に基づきドップラ速度、つまり目標相対速度ｖ_ｔｇｔを算出する。

目標候補相対速度算出手段１０６は、目標相対速度ｖ_ｔｇｔを表示器６へ出力する。
表示器６は、処理結果として目標相対速度ｖ_ｔｇｔを画面上に表示する。

なお、上記例では、加速度目標として説明したが、他の運動目標、例えば、加速度変化目標においても有効である。

以上説明したように、実施の形態１のレーダ装置によれば、送信信号を空間に放射する送信手段と、目標で反射して戻った送信信号を受信信号として受信する受信手段と、受信信号に対して、隣接サンプルの位相に基づき、受信信号を行列に変換する行列変換手段と、行列変換後の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、周波数領域に変換した受信信号の荷重係数を算出し、荷重係数に基づき周波数領域に変換した受信信号を荷重した後、周波数方向にコヒーレント積分する周波数方向積分手段と、周波数方向積分後の受信信号に対して、隣接サンプル方向に積分する隣接サンプル方向積分手段と、隣接サンプル方向積分後の受信信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段とを備えたので、予め多数の目標運動候補を用意することがなく、また、演算量を低減し、加速度目標に対する目標検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、行列変換手段は、隣接サンプル数を算出して行列変換を行うようにしたので、演算量を増大させることなく、目標受信信号のＳＮＲ向上を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、周波数方向積分手段は、最大比合成法を用いて荷重係数を算出するようにしたので、演算量を増大させることなく、目標受信信号のＳＮＲ向上を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、周波数方向積分手段は、相関行列を用いて荷重係数を算出するようにしたので、演算量を増大させることなく、目標受信信号のＳＮＲ向上を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、周波数方向積分手段は、目標運動に基づき周波数方向積分数を算出するようにしたので、演算量を増大させることなく、目標受信信号のＳＮＲ向上を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、隣接サンプル方向積分手段は、隣接サンプル方向積分としてインコヒーレント積分を行うようにしたので、演算量を増大させることなく、目標受信信号のＳＮＲ向上を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、隣接サンプル方向積分手段は、隣接サンプル方向積分として、周波数方向積分手段から得られる周波数方向積分後の受信信号に対して、周波数方向積分後の受信信号の隣接サンプル方向の位相に基づき、コヒーレント積分を行うようにしたので、演算量を増大させることなく、目標受信信号のＳＮＲ向上を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、隣接サンプル方向積分手段は、隣接サンプル方向のコヒーレント積分として、複素積分を行うようにしたので、演算量を増大させることなく、目標受信信号のＳＮＲ向上を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、隣接サンプル方向積分手段は、隣接サンプル方向のコヒーレント積分として、フーリエ変換を行うようにしたので、演算量を増大させることなく、目標受信信号のＳＮＲ向上を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、隣接サンプル方向積分手段は、隣接サンプル方向積分後の受信信号の積分を加えて行うようにしたので、演算量を増大させることなく、目標受信信号のＳＮＲ向上を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、目標候補検出手段は、高次モーメントを用いて目標候補を検出するようにしたので、演算量を増大させることなく、目標受信信号のＳＮＲ向上を図ることができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、目標候補検出手段の後段側に目標候補の相対速度を算出する目標候補相対速度算出手段を備えたので、目標候補の相対速度を出力することができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、周波数領域変換手段は、周波数領域の信号のサイドローブを抑圧するための窓関数処理を行うようにしたので、効果的にサイドローブを抑圧することができる。

また、実施の形態１のレーダ装置によれば、周波数領域変換手段は、受信信号の信号点数よりも大きい点数で周波数領域に変換する処理を行うようにしたので、高精度の目標相対速度を算出することが可能になる。

実施の形態２．
図１２は、実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。
実施の形態２のレーダ装置は、空中線１、送信手段２、送受切替手段３、受信手段４、信号処理器５ａ、表示器６を備える。ここで、信号処理器５ａ以外の構成は実施の形態１と同様であるため、信号処理器５ａ以外の説明は省略する。

信号処理器５ａは、行列変換手段１０１、周波数領域変換手段１０２、目標候補検出手段１０５、目標候補相対速度算出手段１０６、周波数方向および隣接サンプル方向積分手段１０７を備えている。すなわち、実施の形態２の信号処理器５ａは、実施の形態１の周波数方向積分手段１０３と隣接サンプル方向積分手段１０４に代えて、周波数方向および隣接サンプル方向積分手段１０７を備えたものである。

周波数方向および隣接サンプル方向積分手段１０７は、周波数領域変換手段１０２で周波数領域に変換した受信信号を用いて、周波数方向の荷重係数を算出すると共に、算出した荷重係数に基づき周波数領域の受信信号を荷重し、かつ、その周波数方向荷重後の受信信号を用いて、隣接サンプル方向の荷重係数を算出すると共に、算出した隣接サンプル方向の荷重係数に基づき隣接サンプル方向に荷重する処理を１回または複数回行い、周波数方向及び隣接サンプル方向をコヒーレント積分する手段である。信号処理器５ａにおけるその他の構成は実施の形態１の信号処理器５と同様である。

次に、実施の形態２のレーダ装置の動作について説明する。実施の形態２において、周波数方向および隣接サンプル方向積分手段１０７以外の動作は実施の形態１と同様であるため、実施の形態１とは異なる動作についてのみ説明する。
周波数方向および隣接サンプル方向積分手段１０７には、周波数領域変換手段１０２から周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）が入力される。
周波数方向および隣接サンプル方向積分手段１０７は、周波数領域変換手段１０２と同様に周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）から式（１２）に従い周波数方向の荷重Ｗ_{ｌ，ｍａｘ}＝（ｗ_０，ｗ_１，…，ｗ_Ｌ−１）を算出する。
周波数方向および隣接サンプル方向積分手段１０７は、式（２８）に従い周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）に対して周波数方向の荷重Ｗ_{ｌ，ｍａｘ}＝（ｗ_０，ｗ_１，…，ｗ_Ｌ−１）を乗算し、周波数方向荷重後後の受信ビデオ信号Ｆ_ＭＲＣ’（ｋ，ｍ，ｋ＋ｌ）を生成する。

周波数方向および隣接サンプル方向積分手段１０７は、周波数方向荷重後の受信ビデオ信号Ｆ_ＭＲＣ’（ｋ，ｍ，ｋ＋ｌ）から抽出した式（２９）に示す信号の隣接サンプル方向がコヒーレントになるように、式（１２）に従い、隣接サンプル方向の荷重を算出し、隣接サンプル方向にも荷重を乗算する。

その結果、目標は周波数方向、隣接サンプル方向がそれぞれ同相すなわちコヒーレントになり、それぞれコヒーレント積分として積分することでコヒーレントに積分される。一方、雑音は周波数方向、隣接サンプル方向共にコヒーレントにならず、コヒーレントに積分されない。従って、目標ＳＮＲが向上し、検出性能が向上する効果がある。
ここでは、周波数方向と隣接サンプル方向の計算をそれぞれ１回行ったが、さらに複数繰り返すことで、より目標ＳＮＲが向上する効果がある。
実施の形態２は、荷重計算、荷重の乗算は周波数方向の後に隣接サンプル方向の処理を示したが、順番は逆でも良い。
周波数方向および隣接サンプル方向積分手段１０７は、周波数方向と隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号を目標候補検出手段１０５に出力する。以降の動作は実施の形態１と同様である。

以上のように、実施の形態２によれば、送信信号を空間に放射する送信手段と、目標で反射して戻った送信信号を受信信号として受信する受信手段と、受信信号に対して、隣接サンプルの位相に基づき、受信信号を行列に変換する行列変換手段と、行列変換後の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、周波数領域に変換した受信信号を用いて、周波数方向の荷重係数を算出すると共に、算出した荷重係数に基づき周波数領域の受信信号を荷重し、かつ、周波数方向荷重後の受信信号を用いて、隣接サンプル方向の荷重係数を算出すると共に、算出した隣接サンプル方向の荷重係数に基づき隣接サンプル方向に荷重する処理を１回または複数回行い、周波数方向及び隣接サンプル方向をコヒーレント積分する周波数方向および隣接サンプル方向積分手段と、隣接サンプル方向積分後の受信信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段とを備えたので、予め多数の目標運動候補を用意することがなく、また、演算量を低減し、加速度目標に対する目標検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。また、周波数方向と隣接サンプル方向の荷重計算、荷重を繰り返すことでさらに目標ＳＮＲが向上し、検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。

実施の形態３．
図１３は、実施の形態３のレーダ装置を示す構成図である。
実施の形態３のレーダ装置が実施の形態１と異なるのは、信号処理器５ｂにおける周波数方向積分手段１０３ａと隣接サンプル方向積分手段１０４ａの構成であるため、それ以外の部分については同一符号を付してその説明を省略する。

実施の形態３の周波数方向積分手段１０３ａは、相関行列Ｒ_ＸＸと周波数領域変換後の受信ビデオ信号（複素共役）Ｆ_ＶＸ＊（ｍ’，ｋ）の内積で荷重算出するよう構成されている。また、隣接サンプル方向積分手段１０４ａは、隣接サンプル方向にコヒーレント積分を行い、さらにインコヒーレント積分するよう構成されている。

次に、実施の形態３のレーダ装置の動作について、実施の形態１とは異なる点を説明する。
周波数方向積分手段１０３ａは、図１４に示すように相関行列Ｒ_ＸＸを用いて、式（３０）に従い荷重Ｗ_ｍ’，ｌを算出する。実施の形態１では、相関行列と固有値−固有ベクトルの関係を用いて荷重算出を行うため、固有値分解する必要があり、演算量が大きくなる可能性がある。これに対し、式（３０）は相関行列Ｒ_ＸＸと周波数領域変換後の受信ビデオ信号（複素共役）Ｆ_ＶＸ＊（ｍ’，ｋ）の内積で荷重算出が可能なため、演算量を低減する効果がある。
式（３０）は隣接サンプル数分だけの荷重値を算出しているが、隣接サンプル番号ｍ’のどれかを代表値として算出しても良い。より演算量の低減が可能になる。

周波数方向積分手段１０３ａは、図１５に示すように、式（３１）に従い、周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ（ｍ，ｋ）に対して、荷重Ｗ_ｍ’，ｌを荷重し、複素積分を行い、周波数方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_ＭＲＣ’（ｍ’，ｍ，ｋ）を生成する。

周波数方向積分手段１０３ａは、周波数方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_ＭＲＣ’（ｍ’，ｍ，ｋ）を隣接サンプル方向積分手段１０４ａに出力する。
隣接サンプル方向積分手段１０４ａには、周波数方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_ＭＲＣ’（ｍ’，ｍ，ｋ）が入力される。すなわち、隣接サンプル番号ｍ’の周波数方向積分後の受信ビデオ信号が入力される。
隣接サンプル方向積分手段１０４ａは、図１６に示すように周波数方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_ＭＲＣ’（ｍ’，ｍ，ｋ）に対し、隣接サンプル番号ｍ’に従い、それぞれ隣接サンプル方向の位相補償を行った後、隣接サンプル方向に複素積分を行い、隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，ＣＩ}’（ｍ’，ｋ）を生成する。

隣接サンプル方向積分手段１０４ａは、式（３２）に従い、隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，ＣＩ}’（ｍ’，ｋ）に対してインコヒーレント積分を行い、インコヒーレント積分された隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，ＣＩ，Ｉ}’（ｋ）を生成する。
隣接サンプル方向積分手段１０４ａは、隣接サンプル数分の隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，ＣＩ}’（ｍ’，ｋ）をインコヒーレント積分することで、雑音が平均化され、検出性能向上が可能になる。
隣接サンプル方向積分手段１０４ａは、インコヒーレント積分された隣接サンプル方向積分後の受信ビデオ信号Ｆ_{ＭＲＣ，ＣＩ，Ｉ}’（ｋ）を目標候補検出手段１０５に出力する。

以上説明したように、実施の形態３のレーダ装置によれば、周波数方向積分手段１０３ａが相関行列Ｒ_ＸＸと周波数領域変換後の受信ビデオ信号（複素共役）Ｆ_ＶＸ＊（ｍ’，ｋ）の内積で荷重算出が可能なため、演算量を低減する効果がある。また、隣接サンプル方向積分手段１０４ａは隣接サンプル方向にコヒーレント積分を行い、さらにインコヒーレント積分することで検出性能向上が可能になる。従って、実施の形態３では、低演算量で、検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。

実施の形態４．
図１７は、実施の形態４のレーダ装置を示す構成図である。実施の形態４の信号処理器５ｃは、行列変換手段１０１、周波数領域変換手段１０２ａ、目標候補検出手段１０５、目標候補相対速度算出手段１０６、時間方向荷重手段１０８を備えている。ここで、周波数領域変換手段１０２ａと時間方向荷重手段１０８以外の構成については、図１に示した実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

実施の形態４の周波数領域変換手段１０２ａは、時間方向荷重手段１０８で生成された時間方向荷重後の受信信号を周波数領域に変換するよう構成されている。また、時間方向荷重手段１０８は、行列変換手段１０１の後段側に設けられ、行列変換手段１０１で生成された行列変換後の受信信号を用いて、時間方向の行列変換後の受信信号の荷重を算出し、その算出した荷重係数に基づき時間方向荷重後の受信信号を生成するよう構成されている。

次に、実施の形態４のレーダ装置の動作について、実施の形態１とは異なる点を主体として説明する。
時間方向荷重手段１０８には、行列変換手段１０１から行列変換後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ（ｍ，ｐ）が入力される。
時間方向荷重手段１０８は、行列変換後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ（ｍ，ｐ）を式（３３）として扱い、式（３４）に従い相関行列Ｒ_ＸＸ”を生成する。ここで、Ｘは行列変換後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ（ｍ，ｐ）を転置したものであり、全観測時間の行列変換後の受信ビデオ信号である。

時間方向荷重手段１０８は、式（３５）に従い時間方向の荷重Ｗ_ｍ”，ｌを算出する。ここで、時間方向の荷重Ｗ_ｍ”，ｌは行列変換後の受信ビデオ信号の位相履歴（変化）と等価と考えられる。

時間方向荷重手段１０８は、時間方向の荷重Ｗ_ｍ”，ｌを用いて、式（３６）に従い行列変換後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ（ｍ，ｐ）に対して位相補償を行い、位相補償された行列変換後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ，φ（ｍ，ｐ）を生成する。このように、時間領域の受信ビデオ信号から算出した相関行列を用いた場合にも、コヒーレントになる荷重を算出することが可能である。

時間方向荷重手段１０８は、式（３７）に従い、受信ビデオ信号のサンプル間隔Ｔ_ｓで並べなおし、位相補償後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ，φ”（ｎ）を生成する。
時間方向荷重手段１０８は、位相補償後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ，φ”（ｎ）を周波数領域変換手段１０２ａに出力する。

周波数領域変換手段１０２ａは、位相補償後の受信ビデオ信号Ｖ_Ｘ，φ”（ｎ）に対して、式（３８）に従い、コヒーレント積分としてＦＦＴを行い、周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ，φ”（ｎ）を生成する。
周波数領域変換手段１０２ａは、周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ，φ”（ｎ）を目標候補検出手段１０５に出力する。目標候補検出手段１０５は、周波数領域変換後の受信ビデオ信号Ｆ_ＶＸ，φ”（ｎ）の強度に基づいて目標候補を検出する。

このように、実施の形態４では、時間方向荷重手段１０８が時間領域の行列変換後の受信ビデオ信号を用いて、コヒーレントになる荷重を算出し、その荷重を行列変換後の受信ビデオ信号に付加することで位相補償を行い、周波数領域変換手段１０２ａが、コヒーレントになった受信ビデオ信号をＦＦＴすることでＳＮＲが向上したレーダ装置を得ることが可能になる。

以上説明したように、実施の形態４のレーダ装置によれば、送信信号を空間に放射する送信手段と、目標で反射して戻った送信信号を受信信号として受信する受信手段と、受信信号に対して、隣接サンプルの位相に基づき、受信信号を行列に変換する行列変換手段と、行列変換後の受信信号を用いて、時間方向の行列変換後の受信信号の荷重を算出し、算出した荷重係数に基づき時間方向荷重後の受信信号を生成する時間方向荷重手段と、時間方向荷重後の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、周波数領域変換後の受信信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段とを備えたので、予め多数の目標運動候補を用意することがなく、また、演算量を低減し、加速度目標に対する目標検出性能が向上したレーダ装置を得ることが可能になる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 空中線、２ 送信手段、３ 送受切替手段、４ 受信手段、５，５ａ，５ｂ，５ｃ 信号処理器、６ 表示器、１０１ 行列変換手段、１０２ 周波数領域変換手段、１０３，１０３ａ 周波数方向積分手段、１０４，１０４ａ 隣接サンプル方向積分手段、１０５ 目標候補検出手段、１０６ 目標候補相対速度算出手段、１０７ 周波数方向および隣接サンプル方向積分手段、１０８ 時間方向荷重手段。

Claims (16)

1. 送信信号を空間に放射する送信手段と、
   目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信する受信手段と、
   前記受信信号に対して、隣接サンプルの位相に基づき、当該受信信号を行列に変換する行列変換手段と、
   前記行列変換後の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、
   前記周波数領域に変換した受信信号の荷重係数を算出し、当該荷重係数に基づき前記周波数領域に変換した受信信号を荷重した後、周波数方向にコヒーレント積分する周波数方向積分手段と、
   前記周波数方向積分後の受信信号に対して、隣接サンプル方向に積分する隣接サンプル方向積分手段と、
   前記隣接サンプル方向積分後の受信信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記行列変換手段は、隣接サンプル数を算出して行列変換を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 前記周波数方向積分手段は、最大比合成法を用いて荷重係数を算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
4. 前記周波数方向積分手段は、相関行列を用いて荷重係数を算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
5. 前記周波数方向積分手段は、目標運動に基づき周波数方向積分数を算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
6. 前記隣接サンプル方向積分手段は、隣接サンプル方向積分としてインコヒーレント積分を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
7. 前記隣接サンプル方向積分手段は、隣接サンプル方向積分として、前記周波数方向積分手段から得られる周波数方向積分後の受信信号に対して、当該周波数方向積分後の受信信号の隣接サンプル方向の位相に基づき、コヒーレント積分を行うことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
8. 前記隣接サンプル方向積分手段は、前記隣接サンプル方向のコヒーレント積分として、複素積分を行うことを特徴とする請求項７記載のレーダ装置。
9. 前記隣接サンプル方向積分手段は、前記隣接サンプル方向のコヒーレント積分として、フーリエ変換を行うことを特徴とする請求項７記載のレーダ装置。
10. 前記隣接サンプル方向積分手段は、隣接サンプル方向積分後の受信信号の積分を加えて行うことを特徴とする請求項７記載のレーダ装置。
11. 送信信号を空間に放射する送信手段と、
    目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信する受信手段と、
    前記受信信号に対して、隣接サンプルの位相に基づき、当該受信信号を行列に変換する行列変換手段と、
    前記行列変換後の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、
    前記周波数領域に変換した受信信号を用いて、周波数方向の荷重係数を算出すると共に、当該算出した荷重係数に基づき周波数領域の受信信号を荷重し、かつ、当該周波数方向荷重後の受信信号を用いて、隣接サンプル方向の荷重係数を算出すると共に、当該算出した隣接サンプル方向の荷重係数に基づき隣接サンプル方向に荷重する処理を１回または複数回行い、周波数方向及び隣接サンプル方向をコヒーレント積分する周波数方向および隣接サンプル方向積分手段と、
    前記隣接サンプル方向積分後の受信信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
12. 送信信号を空間に放射する送信手段と、
    目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信する受信手段と、
    前記受信信号に対して、隣接サンプルの位相に基づき、当該受信信号を行列に変換する行列変換手段と、
    前記行列変換後の受信信号を用いて、時間方向の行列変換後の受信信号の荷重を算出し、当該算出した荷重係数に基づき時間方向荷重後の受信信号を生成する時間方向荷重手段と、
    前記時間方向荷重後の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、
    前記周波数領域変換後の受信信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
13. 前記目標候補検出手段は、高次モーメントを用いて目標候補を検出することを特徴とすることを特徴とする請求項１または請求項１２記載のレーダ装置。
14. 前記目標候補検出手段の後段側に目標候補の相対速度を算出する目標候補相対速度算出手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項１２記載のレーダ装置。
15. 前記周波数領域変換手段は、周波数領域の信号のサイドローブを抑圧するための窓関数処理を行うことを特徴とする請求項１または請求項１２記載のレーダ装置。
16. 前記周波数領域変換手段は、前記受信信号の信号点数よりも大きい点数で周波数領域に変換する処理を行うことを特徴とする請求項１または請求項１２記載のレーダ装置。

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