JP6567220B1 - レーダ装置および目標距離計測方法 - Google Patents

Abstract

レーダ装置（１）が、パルス内変調を施した送信信号を空間に放射して、空間内の目標で反射された送信信号に基づいて生成された受信信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号に対して復調処理を行い、復調処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、周波数領域の信号の強度に基づいて目標候補を検出し、目標候補の距離を算出する。

Description

本発明は、目標距離を計測するレーダ装置および目標距離計測方法に関する。

例えば、特許文献１に記載されたレーダ装置は、送信高周波信号を空中に放射し、目標で反射された送信高周波信号を受信する。従来のレーダ装置は、受信高周波信号に対して異なるゲート幅の受信ゲートを設定して和信号および差信号を生成し、和信号と差信号の比と、目標までの距離（以下、目標距離と記載する）との関係を示すディスクリパターンを用いて、目標距離を計測する。

特開昭６０−１６４２７５号公報

特許文献１に記載された従来のレーダ装置では、受信ゲート内に複数の目標が存在する場合に、複数の目標の状況（例えば、目標間の振幅の差または目標間の距離の差）ごとにディスクリパターンが異なるため、複数の目標のそれぞれの目標距離が誤って計測されるという課題があった。

本発明は上記課題を解決するものであり、受信ゲート内に複数の目標が存在しても目標距離を正確に計測できるレーダ装置および目標距離計測方法を得ることを目的とする。

本発明に係るレーダ装置は、送信部、受信部、ゲート処理部、復調処理部、周波数領域変換部、高精度化処理部、目標候補検出部および目標候補距離算出部を備える。送信部は、パルス内変調を施した送信高周波信号を出力する。受信部は、空間内の目標で反射された送信高周波信号の反射波を受信し、受信された受信高周波信号に基づいて受信ビデオ信号を生成する。ゲート処理部は、受信部により生成された受信ビデオ信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られたゲート処理後の信号を生成する。復調処理部は、複数の受信ゲート毎にゲート処理部により生成されたゲート処理後の信号に対してパルス内変調に基づいて復調処理を行い、複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られた復調処理後の信号を生成する。周波数領域変換理部は、複数の受信ゲート毎に復調処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、ドップラ周波数を含む周波数領域の信号を生成する。高精度化処理部が、複数の受信ゲートに対応する複数の周波数領域の信号に対してドップラ周波数を含む周波数領域のサンプリング番号毎に周波数領域変換処理を行い、周波数領域変換処理後の信号に対して、周波数領域変換点数よりも多い変換点数で逆周波数領域変換処理を行い、逆周波数領域変換処理後の信号を生成する。目標候補検出部は、逆周波数領域変換処理後の信号の強度に基づいて目標候補を検出する。目標候補距離算出部は、目標候補検出部によって検出された目標候補の距離を算出する。この構成において、周波数領域変換部が、ゲート処理部によって設定されたそれぞれの受信ゲートの位置によらずに、同時刻のサンプリング番号に対応する復調後の信号から周波数領域変換処理を開始する。

本発明によれば、パルス内変調を施した送信信号を空間に放射し、空間内の目標で反射された送信信号に基づいて生成された受信信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号に対して復調処理を行い、復調処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、周波数領域の信号の強度に基づいて目標候補を検出し、目標候補の距離を算出する。これにより、受信ゲート内に複数の目標が存在しても目標距離を正確に計測することができる。

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。 実施の形態１における送信部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における受信部の構成を示すブロック図である。 図４Ａは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図４Ｂは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 図６Ａは、実施の形態１における信号処理部による処理の概要を示す模式図である。図６Ｂは、同じ速度νの複数の目標に対応する周波数領域の信号を示す図である。図６Ｃは、速度νの目標に対応する周波数領域の信号のゲート番号方向の波形を示す図である。図６Ｄは、速度νの目標に対応する逆周波数領域変換処理後の信号の距離方向の波形を示す図である。 実施の形態１における送信部の動作を示すフローチャートである。 送信ＲＦ信号の波形を示す図である。 実施の形態１における受信部の動作を示すフローチャートである。 受信ビデオ信号の波形を示す図である。 実施の形態１における信号処理部の動作を示すフローチャートである。 ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲートとサンプリング番号ｍ’との関係を示す図である。 図１３Ａは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。図１３Ｂは、受信ゲートＧ６に対応するゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１３Ｃは、受信ゲートＧ７に対応するゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１３Ｄは、受信ゲートＧ８に対応するゲート処理後の信号の波形を示す図である。 図１４Ａは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。図１４Ｂは、受信ゲートＧ６に対応する復調処理後の信号の波形を示す図である。図１４Ｃは、受信ゲートＧ７に対応する復調処理後の信号の波形を示す図である。図１４Ｄは、受信ゲートＧ８に対応する復調処理後の信号の波形を示す図である。 図１５Ａは、送信信号がパルス内変調されていない場合における、受信ゲート内にある同じ速度の複数の目標に対応する周波数領域の信号の観測値の波形を示す図である。図１５Ｂは、送信信号がパルス内変調されていない場合における、受信ゲート内にある同じ速度の目標ごとの周波数領域の信号の波形を示す図である。図１５Ｃは、送信信号がパルス内変調された場合における、受信ゲート内にある同じ速度の複数の目標に対応する周波数領域の信号の観測値の波形を示す図である。図１５Ｄは、送信信号がパルス内変調された場合における、受信ゲート内にある同じ速度の目標ごとの周波数領域の信号の波形を示す図である。 図１６Ａは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。図１６Ｂは、送信信号がパルス内変調されていない場合における、受信ゲート内にある同じ速度の目標ごとの周波数領域の信号の観測値のゲート番号方向の波形を示す図である。図１６Ｃは、送信信号がパルス内変調された場合における、受信ゲート内にある同じ速度の目標ごとの周波数領域の信号の観測値のゲート番号方向の波形を示す図である。 図１７Ａは、受信ゲート内にある同じ速度の目標のそれぞれに対応する周波数領域の信号の波形を示す図である。図１７Ｂは、受信ゲート内にある同じ速度の目標のそれぞれに対応する逆周波数領域変換処理後の信号の波形を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。レーダ装置１は、パルス内変調を施した送信高周波信号（以下、送信ＲＦ信号と記載する）を空間に放射し、空間内の目標で反射された送信ＲＦ信号を受信高周波信号（以下、受信ＲＦ信号と記載する）として受信し、当該受信ＲＦ信号から生成した受信ビデオ信号に基づいて、観測対象となり得る目標候補の距離を算出する。

図１に示すように、レーダ装置１は、空中線２、送信部３、送受切替部４、受信部５、信号処理部６および表示器７を備える。信号処理部６は、ゲート処理部６０、復調処理部６１、フィルタ処理部６２、周波数領域変換部６３、高精度化処理部６４、目標候補検出部６５および目標候補距離算出部６６を備える。なお、信号処理部６は、フィルタ処理部６２および高精度化処理部６４のいずれかまたは両方を備えなくてもよい。

空中線２は、送受切替部４から入力した送信ＲＦ信号を空間に放射する。送信部３は、パルス内変調を施した送信ＲＦ信号を送受切替部４に出力する。送受切替部４は、送信部３から設定されたタイミングで送信部３から空中線２への送信ＲＦ信号の出力と空中線２から受信部５への受信ＲＦ信号の出力を切り替える。

空中線２は、空間内の目標で反射された送信ＲＦ信号の反射波が入射されて受信する。受信部５は、空中線２によって受信された受信ＲＦ信号を入力し、当該受信ＲＦ信号に基づいて受信ビデオ信号を生成する。信号処理部６は、受信部５から入力した受信ビデオ信号に基づいて目標候補の距離を算出し、算出した目標候補の距離を表示器７に出力する。表示器７は、目標候補の距離に関する情報を表示する。目標候補の距離に関する情報には、例えば、目標候補ごとに設定された目標番号とレーダ装置１から目標候補までの距離を示す情報とが含まれる。

ゲート処理部６０は、受信部５から受信ビデオ信号を入力し、受信ビデオ信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を施すことで、ゲート処理後の信号を生成する。復調処理部６１は、ゲート処理後の信号に対してパルス内変調に基づき復調処理を行い、復調処理後の信号を生成する。フィルタ処理部６２は、復調処理後の信号に対して帯域通過フィルタ処理を行い、帯域通過フィルタ処理後の信号を生成する。

周波数領域変換部６３は、帯域通過フィルタ処理後の信号に対して周波数領域変換処理を行い、周波数領域の信号を生成する。また、信号処理部６がフィルタ処理部６２を備えない場合、周波数領域変換部６３は、復調処理部６１から復調処理後の信号を入力して、復調処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、周波数領域の信号を生成する。

高精度化処理部６４は、周波数領域の信号に対して高精度化処理を行い、高精度化処理後の信号を生成する変換処理部である。高精度化処理とは、複数の受信ゲートに対応する複数の周波数領域の信号に対して周波数領域変換処理を行い、さらに周波数領域変換処理後の信号に対して周波数領域変換点数よりも多い点数で逆周波数領域変換処理を行う処理である。高精度化処理後の信号は、上記逆周波数領域変換処理後の信号である。

目標候補検出部６５は、高精度化処理後の信号の強度に基づいて目標候補を検出する。なお、信号処理部６が高精度化処理部６４を備えない場合、目標候補検出部６５は、周波数領域変換部６３から入力した周波数領域の信号の強度に基づいて目標候補を検出する。目標候補距離算出部６６は、目標候補検出部６５によって検出された目標候補の距離を算出する。

図２は、送信部３の構成を示すブロック図である。図２に示すように、送信部３は、送信機３０、パルス内変調器３１、パルス変調器３２および局部発振器３３を備える。送信機３０は、パルス内変調器３１によって生成されたパルス内変調後の送信ＲＦ信号を、送受切替部４を通して空中線２に出力する。

パルス内変調器３１は、パルス変調器３２によって生成されたパルス変調処理後の送信ＲＦ信号に対してパルス内変調を施して、パルス内変調後の送信ＲＦ信号を生成する。パルス変調器３２は、局部発振器３３から入力した局部発振信号に対してパルス変調を施して、パルス変調後の送信ＲＦ信号を生成する。局部発振器３３は、局部発振信号を発生して、図１に示した受信部５と、パルス変調器３２とに出力する。

図３は、受信部５の構成を示すブロック図である。図３に示すように、受信部５は、受信機５０およびＡ／Ｄ変換器５１を備える。受信機５０は、空中線２で受信された受信ＲＦ信号を、送受切替部４を通して入力する。受信機５０は、局部発振器３３から入力した局部発振信号に基づいて受信ＲＦ信号をダウンコンバートし、さらに信号処理を行って、受信ビデオ信号を生成する。信号処理には、例えば、帯域通過フィルタ処理、増幅処理および位相検波処理が含まれる。

受信機５０によって生成された受信ビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換器５１に出力される。Ａ／Ｄ変換器５１は、受信機５０から入力した受信ビデオ信号をデジタル信号に変換して、変換後の受信ビデオ信号を信号処理部６へ出力する。

次に、レーダ装置１の機能を実現するハードウェア構成について説明する。
レーダ装置１における、送信部３、受信部５、および信号処理部６の機能は、処理回路によって実現される。すなわち、レーダ装置１は、図５を用いて後述するステップＳＴ１からステップＳＴ９までの処理を実行するための処理回路を備える。この処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。

図４Ａは、レーダ装置１の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図４Ｂは、レーダ装置１の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、空中線１００は、図１に示した空中線２であり、表示器１０１は、図１に示した表示器７である。入出力インタフェース１０２は、図１に示した送信部３から空中線１００への送信ＲＦ信号の出力と、空中線１００から図１に示した受信部５への反射ＲＦ信号の出力とを中継するインタフェースである。すなわち、入出力インタフェース１０２は、図１に示した送受切替部４の機能を有する。さらに、入出力インタフェース１０２は、表示器１０１への出力信号を中継するインタフェースとしても機能する。

外部記憶装置１０３は、図１に示した信号処理部６が行う信号処理に用いられる各種の設定データおよび信号データを記憶する記憶装置である。例えば、外部記憶装置１０３には、シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）といった、揮発性メモリ、ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ装置（ＳＳＤ）を用いてもよい。また、オペレーティングシステム（ＯＳ）を含むプログラムを外部記憶装置１０３に記憶してもよい。さらに、外部記憶装置１０３に、図４Ｂに示すメモリ１０７を構築してもよい。外部記憶装置１０３は、レーダ装置１とは独立して設けられて、レーダ装置１から通信接続が可能な記憶装置、例えば、クラウド上に設けられた記憶装置であってもよい。

信号路１０５は、信号データが伝送されるバスであり、図４Ａにおいて、入出力インタフェース１０２、外部記憶装置１０３および処理回路１０４は、信号路１０５によって、相互に接続されている。また、図４Ｂでは、信号路１０５によって入出力インタフェース１０２、外部記憶装置１０３、プロセッサ１０６およびメモリ１０７が相互に接続されている。

処理回路が、図４Ａに示す専用のハードウェアの処理回路１０４である場合、処理回路１０４は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。レーダ装置１における送信部３、受信部５および信号処理部６の機能を、別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。

処理回路が、図４Ｂに示すプロセッサ１０６である場合、レーダ装置１における、送信部３、受信部５および信号処理部６の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ１０７に記憶される。

プロセッサ１０６は、メモリ１０７に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、レーダ装置１における、送信部３、受信部５および信号処理部６の機能を実現する。すなわち、レーダ装置１は、プロセッサ１０６によって実行されるときに、図５に示すステップＳＴ１からステップＳＴ９までの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ１０７を備える。これらのプログラムは、送信部３、受信部５および信号処理部６の手順または方法をコンピュータに実行させる。メモリ１０７は、コンピュータを、送信部３、受信部５および信号処理部６として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。

メモリ１０７には、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。

送信部３、受信部５および信号処理部６の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、送信部３および受信部５は、専用のハードウェアである処理回路１０４で機能を実現し、信号処理部６は、プロセッサ１０６がメモリ１０７に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって機能を実現する。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせにより上記機能を実現することができる。

次に動作について説明する。
図５は、実施の形態１に係るレーダ装置１の動作を示すフローチャートであり、実施の形態１に係る目標距離計測方法を示している。なお、パルス内変調には、パルス内符号変調およびパルス内周波数変調がある。以降ではパルス内符号変調を例に挙げて説明する。また、図６Ａは、信号処理部６による処理の概要を示す模式図である。図６Ｂは、同じ速度νの複数の目標に対応する周波数領域の信号を示す図である。図６Ｃは、速度νの目標に対応する周波数領域の信号のゲート番号方向の波形を示す図である。図６Ｄは、速度νの目標に対応する逆周波数領域変換処理後の信号（高精度化処理後の信号）の距離方向の波形を示す図である。

送信部３が、パルス内符号変調を施した送信ＲＦ信号を送受切替部４に出力する（ステップＳＴ１）。送受切替部４は、送信部３から設定されたタイミングで、送信ＲＦ信号を空中線２に出力する。空中線２は、送受切替部４から入力した送信ＲＦ信号を空間に放射する。空間内の目標で反射された送信ＲＦ信号の反射波は空中線２によって受信される。
受信部５は、空中線２によって受信された信号を受信ＲＦ信号として入力し、受信ＲＦ信号に基づいて受信ビデオ信号を生成する（ステップＳＴ２）。受信部５によって生成された受信ビデオ信号は、信号処理部６に出力される。

信号処理部６が備えるゲート処理部６０が、受信ビデオ信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号を生成する（ステップＳＴ３）。
ゲート番号ｎ_Ｇは、受信ゲートの位置を示す番号であり、例えば、図６Ａに示すようにゲート番号ｎ_Ｇ＝０，１，２，・・・，Ｎ_Ｇ−１に対応するそれぞれの位置に受信ゲートが設定される。

次に、復調処理部６１が、ゲート処理後の信号に対してパルス内変調に基づき復調処理を行い、復調後の信号を生成する（ステップＳＴ４）。図６Ａに示すように、復調処理部６１が、受信ゲートごとに、受信ゲート内にある受信ビデオ信号の符号復調を行う。
フィルタ処理部６２は、復調処理後の信号に対してフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の信号を生成する（ステップＳＴ５）。図６Ａに示すように、フィルタ処理部６２は、受信ゲートごとに、復調処理後の信号に対して狭帯域フィルタ処理を行う。

周波数領域変換部６３は、フィルタ処理後の信号に対して周波数領域変換処理を行い、周波数領域の信号を生成する（ステップＳＴ６）。例えば、周波数領域変換部６３は、図６Ａに示すように、受信ゲートごとにフィルタ処理された信号に対して高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴと記載する）を行う。周波数領域の信号は、ドップラ周波数、すなわち速度νと、受信ゲート間隔に対応する距離に関する情報とを含む信号である。図６Ｂに示す信号の波形は、同じ速度νの複数の目標のそれぞれに対応する周波数領域の信号の波形である。速度νの目標に対応する周波数領域の信号は、図６Ｃに示すようにゲート番号方向のスペクトル波形を有しており、目標距離に近い受信ゲートのゲート番号ｎ_Ｇで最大電力となって、当該目標の測距可能となる。

高精度化処理部６４は、周波数領域変換部６３によって生成された周波数領域の信号に対して高精度化処理を行い、高精度化処理後の信号を生成する（ステップＳＴ７）。
例えば、高精度化処理部６４は、図６Ａに示すように、ゲート番号ｎ_Ｇ＝０，１，２，・・・，Ｎ_Ｇ−１のそれぞれの受信ゲートに対応する複数の周波数領域の信号に対して、ＦＦＴ処理を行う。次に、高精度化処理部６４は、ＦＦＴ処理後の信号に対して、ＦＦＴの点数よりも多い点数で逆高速フーリエ変換（以下、ＩＦＦＴと記載する）を行う。
高精度化処理によって距離方向のサンプリング間隔が細分化されるので、周波数領域の信号が高精度にサンプリングされる。高精度化処理後の信号の波形は、図６Ｄに示すように目標距離の近くで最大のピークとなる。高精度化処理部６４によって生成された高精度化処理後の信号は、目標候補検出部６５へ出力される。

目標候補検出部６５は、高精度化処理後の信号の強度に基づいて、目標候補の検出処理を行う（ステップＳＴ８）。この後、目標候補距離算出部６６は、目標候補検出部６５によって検出された目標候補の距離を算出する（ステップＳＴ９）。表示器７は、目標候補距離算出部６６から入力した目標候補の距離に関する情報を表示する。

次に、送信部３の動作の詳細について説明する。
図７は、送信部３の動作を示すフローチャートであり、図５のステップＳＴ１の処理の詳細を示している。図８は、送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）の波形を示す図である。
局部発振器３３は、下記式（１）に示す一定の周波数の局部発振信号Ｌ_０（ｔ）を生成する（ステップＳＴ１ａ）。局部発振器３３によって生成された局部発振信号Ｌ_０（ｔ）は、受信部５およびパルス変調器３２に出力される。下記式（１）において、ｔは時刻であり、Ａ_Ｌは局部発振信号Ｌ_０（ｔ）の振幅であり、ｆ_０は送信周波数である。さらに、φ_０は局部発振信号Ｌ_０（ｔ）の初期位相であり、Ｔ_ｏｂｓは観測時間であり、ｊは虚数単位である。

パルス変調器３２は、局部発振信号Ｌ_０（ｔ）に対して、予め設定されたパルス繰り返し周期Ｔ_ｐｒｉおよびパルス幅Ｔ_０を用いて下記式（２）に従うパルス変調処理を行い、パルス変調後の送信ＲＦ信号Ｔｘ_ｐｌｓ（ｔ）を生成する（ステップＳＴ２ａ）。パルス変調器３２によって生成された送信ＲＦ信号Ｔｘ_ｐｌｓ（ｔ）は、パルス内変調器３１へ出力される。ｈは、ヒット番号であり、Ｈは、ヒット数である。

ヒット数Ｈは、下記式（３）で表される。ｆｌｏｏｒ（Ｘ）は、変数Ｘの小数点以下を切り捨てた整数を意味する。

パルス内変調器３１は、送信ＲＦ信号Ｔｘ_ｐｌｓ（ｔ）に対して、予め設定されたパルス繰り返し周期Ｔ_ｐｒｉ、パルス幅Ｔ_０およびパルス内変調φ_Ｍｏｄ（ｔ）を用いて、下記式（４）に従うパルス内変調を行うことで、送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）を生成する（ステップＳＴ３ａ）。図８に示す送信パルスａは、送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）の送信パルスである。

送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）のパルス内変調符号ｂは、下記式（５）に示す４ビットのバーカコードで表されるパルス内変調符号である。ここでは、１ビットがサブパルス幅であるものとする。パルス内変調符号ｂのビット数は、４ビット以外であってもよい。送信ＲＦ信号Ｔｘ_ｐｌｓ（ｔ）に施すパルス内変調は、多値の符号変調であってもよいし、パルス内周波数変調であってもよい。

送信機３０は、パルス変調器３２から入力した送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）を送受切替部４に出力する（ステップＳＴ４ａ）。送受切替部４は、送信部３から入力した送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）を空中線２に出力する。空中線２は、送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）を空中（空間）に放射する。

次に、受信部５の動作の詳細について説明する。
図９は、受信部５の動作を示すフローチャートであり、図５のステップＳＴ２の処理の詳細を示している。図１０は、受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）の波形を示す図である。
空中の目標で反射された送信ＲＦ信号は、空中線２に入射される。空中線２に入射された信号は、下記式（６）で表される受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）として受信機５０に出力される（ステップＳＴ１ｂ）。下記式（６）において、ｎ_ｔｇｔは目標番号であり、Ｎ_ｔｇｔは目標数である。

上記式（６）に含まれる目標番号ｎ_ｔｇｔの目標に対応する受信ＲＦ信号Ｒｘ_ｎｔｇｔ（ｔ）は、下記式（７）で表される。下記式（７）において、Ａ_{Ｒ，ｎｔｇｔ}は受信ＲＦ信号Ｒｘ_ｎｔｇｔ（ｔ）の振幅であり、Ｒ_{０，ｎｔｇｔ}は目標番号ｎ_ｔｇｔの目標についての初期目標相対距離であり、ｖ_ｎｔｇｔは目標番号ｎ_ｔｇｔの目標についての目標相対速度である。ｃは光速である。

受信機５０は、上記式（１）で表される局部発振信号Ｌ_０（ｔ）を用いて、空中線２から入力した受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）をダウンコンバートし、さらに、帯域通過フィルタを通過させた後、増幅および位相検波といった信号処理を行う（ステップＳＴ２ｂ）。これにより、下記式（８）で表される受信ビデオ信号Ｖ_０（ｔ）が生成される。受信機５０によって生成された受信ビデオ信号Ｖ_０（ｔ）は、Ａ／Ｄ変換器５１に出力される。

上記式（８）のＶ_{０，ｎｔｇｔ}（ｔ）は、下記式（９）で表される目標番号ｎ_ｔｇｔの目標に対応する受信ビデオ信号である。また、Ａ_{Ｖ，ｎｔｇｔ}は目標番号ｎ_ｔｇｔの目標に対応する受信ビデオ信号Ｖ_{０，ｎｔｇｔ}（ｔ）の振幅である。

Ａ／Ｄ変換器５１は、受信機５０から入力した受信ビデオ信号Ｖ_０（ｔ）をＡ／Ｄ変換することで、下記式（１０）で表される受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）を生成する（ステップＳＴ３ｂ）。Ａ／Ｄ変換器５１によって生成された受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）は信号処理部６に出力される。ｍ’はサンプリング番号であり、Ｍ’はサンプリング数である。

上記式（１０）に含まれるＶ_０，ｎ_ｔｇｔ（ｍ’）は、目標番号ｎ_ｔｇｔの目標に対応する受信ビデオ信号Ｖ_０，ｎ_ｔｇｔ（ｔ）をＡ／Ｄ変換した受信ビデオ信号である。受信ビデオ信号Ｖ_０，ｎ_ｔｇｔ（ｍ’）は、下記式（１１）で表される。下記式（１１）において、Δｔは、Ａ／Ｄ変換された受信ビデオ信号Ｖ_０，ｎ_ｔｇｔ（ｍ’）のサンプリング間隔である。受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）（図１０に示す受信ビデオ信号ｃ）は、サンプリングされた信号となる。

複数の目標がある場合、受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）には、送信ＲＦ信号が複数の目標のそれぞれで反射した信号に基づいて生成された複数の受信ビデオ信号が合成されている。例えば、図１０に示す受信ビデオ信号ｃには、目標番号（１）の目標に対応する受信ビデオ信号ｃ１と目標番号（２）の目標に対応する受信ビデオ信号ｃ２とが合成されている。受信ビデオ信号ｃ１にはパルス内変調符号ｃ１’が設定されており、受信ビデオ信号ｃ２にはパルス内変調符号ｃ２’が設定されている。図１０において、ｍｏｄ（Ｘ，Ｙ）は、変数Ｘを変数Ｙで割った後の剰余である。

次に、信号処理部６の動作の詳細について説明する。
図１１は、信号処理部６の動作を示すフローチャートであって、図５のステップＳＴ３からステップＳＴ９までの処理の詳細を示している。
信号処理部６は、受信部５が備えるＡ／Ｄ変換器５１から受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）を入力する。信号処理部６が備えるゲート処理部６０は、受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）に対して、予め設定されたゲートスライド量Δｍ_Ｇおよびゲート幅を用いて、下記式（１２）に従って、ゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ’）を生成する（ステップＳＴ１ｃ）。ここで、Ｍ_ｐｒｉは、パルス繰り返し周期Ｔ_ｐｒｉ内のサンプリング数であり、Ｍ_ｐは、パルス内サンプリング数である。

図１２は、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲートとサンプリング番号ｍ’との関係を示す図である。図１２に示す例では、ゲート処理部６０がゲート幅をパルス幅Ｔ_０とみなしてゲート処理を行っている。なお、ゲートの位置およびゲート幅は、任意に設定された値であってもよい。また、ゲート処理部６０は、複数の受信ゲートのそれぞれをパルス幅Ｔ_０よりも短いゲート幅で設定してもよい。ゲート処理部６０は、Ｎ_Ｇ個の受信ゲートを、ゲートスライド量Δｍ_Ｇごとの間隔で、ゲート番号ｎ_Ｇ＝０，１，２，・・・，Ｎ_Ｇ−１に対応するそれぞれの時間軸上の位置に設定する。

図１３Ａは、受信ビデオ信号ｃの波形を示す図である。図１３Ｂは、受信ゲートＧ６に対応するゲート処理後の信号ｄの波形を示す図である。図１３Ｃは、受信ゲートＧ７に対応するゲート処理後の信号ｅの波形を示す図である。図１３Ｄは、受信ゲートＧ８に対応するゲート処理後の信号ｆの波形を示す図である。ゲート処理部６０は、図１３Ａに示す受信ビデオ信号ｃを入力すると、当該受信ビデオ信号ｃに対して、受信ゲートＧ６、受信ゲートＧ７および受信ゲートＧ８を設定してゲート処理を行う。このゲート処理により、図１３Ｂに示すゲート処理後の信号ｄが生成され、図１３Ｃに示すゲート処理後の信号ｅが生成され、図１３Ｄに示すゲート処理後の信号ｆが生成される。

また、ゲート処理後の信号は、Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ’）で表すことができる。ゲート処理後の信号ｄは、ゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（６，ｍ’）であり、ゲート処理後の信号ｅは、ゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（７，ｍ’）であり、ゲート処理後の信号ｆは、ゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（８，ｍ’）である。複数の目標が存在する場合、ゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ’）には、複数の目標のそれぞれに対応する複数のゲート処理後の信号が合成されている。

例えば、目標番号（１）の目標と目標番号（２）の目標とが存在する場合、ゲート処理後の信号ｄには、図１３Ｂに示すように、目標番号（１）の目標に対応するゲート処理後の信号ｄ１と、目標番号（２）の目標に対応するゲート処理後の信号ｄ２とが合成されている。また、ゲート処理後の信号ｄ１にはパルス内変調符号ｄ１’が含まれ、ゲート処理後の信号ｄ２にはパルス内変調符号ｄ２’が含まれる。

ゲート処理後の信号ｅには、図１３Ｃに示すように、目標番号（１）の目標に対応するゲート処理後の信号ｅ１と、目標番号（２）の目標に対応するゲート処理後の信号ｅ２とが合成されている。また、ゲート処理後の信号ｅ１にはパルス内変調符号ｅ１’が含まれ、ゲート処理後の信号ｅ２にはパルス内変調符号ｅ２’が含まれる。

ゲート処理後の信号ｆには、図１３Ｄに示すように、目標番号（１）の目標に対応するゲート処理後の信号ｆ１と、目標番号（２）の目標に対応するゲート処理後の信号ｆ２とが合成されている。また、ゲート処理後の信号ｆ１にはパルス内変調符号ｆ１’が含まれ、ゲート処理後の信号ｆ２にはパルス内変調符号ｆ２’が含まれる。

また、受信ゲートＧ７は、受信ゲートＧ６からゲートスライド量Δｍ_Ｇスライドされたゲートであり、受信ゲートＧ８は、受信ゲートＧ７からゲートスライド量Δｍ_Ｇスライドされたゲートである。ゲート処理部６０がゲート処理を行うことにより、受信ゲート以外の雑音の影響を受けなくなるため、周波数領域変換部６３によって生成された周波数領域の信号における信号対雑音比（以下、ＳＮＲと記載する）が向上し、目標検出性能が向上したレーダ装置１を得ることができる。

ここで、図１１の説明に戻る。
続いて、復調処理部６１は、ゲート処理部６０によって生成されたゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ’）に対して、パルス内復調Ｄ_φ（ｎ_Ｇ，ｍ’）に基づき、下記式（１３）に従った復調処理を行うことで、復調処理後の信号Ｖ_Ｇ，Ｄ（ｎ_Ｇ，ｍ’）を生成する（ステップＳＴ２ｃ）。

復調処理部６１は、パルス内変調符号を復調するため、下記式（１４）に従ってパルス内復調Ｄ_φ（ｎ_Ｇ，ｍ’）を算出し、復調処理に用いる。

図１４Ａは、受信ビデオ信号ｃの波形を示す図である。図１４Ｂは、受信ゲートＧ６に対応する復調処理後の信号ｇの波形を示す図である。図１４Ｃは、受信ゲートＧ７に対応する復調処理後の信号ｈの波形を示す図である。図１４Ｄは、受信ゲートＧ８に対応する復調処理後の信号ｉの波形を示す図である。復調処理部６１は、図１３Ｂに示したゲート処理後の信号ｄに対して復調処理を行うことで、図１４Ｂに示す復調処理後の信号ｇを生成する。また、復調処理部６１は、図１３Ｃに示したゲート処理後の信号ｅに対して復調処理を行うことで、図１４Ｃに示す復調処理後の信号ｈを生成する。復調処理部６１は、図１３Ｄに示したゲート処理後の信号ｆに対して復調処理を行うことで、図１４Ｄに示す復調処理後の信号ｉを生成する。

また、復調処理後の信号は、Ｖ_Ｇ，Ｄ（ｎ_Ｇ，ｍ’）で表すことができる。復調処理後の信号ｇは、復調処理後の信号Ｖ_Ｇ，Ｄ（６，ｍ’）であり、復調処理後の信号ｈは、復調処理後の信号Ｖ_Ｇ，Ｄ（７，ｍ’）であり、復調処理後の信号ｉは、復調処理後の信号Ｖ_Ｇ，Ｄ（８，ｍ’）である。目標番号ｎ_ｔｇｔの目標に対応する受信ＲＦ信号に基づいて生成された復調処理後の信号Ｖ_{０，ｎｔｇｔ，Ｄ}（ｎ_Ｇ，ｍ’）は、下記式（１５）で表すことができる。下記式（１５）において、Ｖ_{０，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｍ’）は、目標番号ｎ_ｔｇｔの目標に対応する受信ＲＦ信号に基づいて生成されたゲート処理後の信号であり、φ_{Ｍｏｄ，Ｄ}（ｎ_Ｇ，ｍ’）は、復調処理後の符号である。

図１４Ｂに示すように、受信ゲートＧ６内にある目標番号（１）の目標の受信ＲＦ信号に対応する復調処理後の信号ｇ１では、パルス内変調符号ｄ１’とパルス内復調符号とがともに一致するため、無変調ｇ１’となる。復調処理後の信号ｇ１は、周波数領域変換部６３によって周波数領域の信号に変換されるときにコヒーレントに積分される。
一方、受信ゲートＧ６内にある目標番号（２）の目標の受信ＲＦ信号に対応する復調処理後の信号ｇ２は、パルス内変調符号ｄ２’とパルス内復調符号が一致しないため、変調符号ｇ２’が残る。変調符号ｇ２’が残った復調処理後の信号ｇ２は、周波数領域の信号に変換されたときにコヒーレントに積分されない。受信ゲートＧ６においては、復調処理後の信号ｇ１がコヒーレントに積分され、目標番号（１）の目標が分離可能である。

図１４Ｃに示すように、受信ゲートＧ７内にある目標番号（１）の目標の受信ＲＦ信号に対応する復調処理後の信号ｈ１では、パルス内変調符号ｈ１’とパルス内復調符号とが一致しないため、変調符号ｈ１’が残る。受信ゲートＧ７内にある目標番号（２）の目標の受信ＲＦ信号に対応する復調処理後の信号ｈ２では、パルス内変調符号ｈ２’とパルス内復調符号とが一致しないため、変調符号ｈ２’が残る。これにより、復調処理後の信号ｈ１およびｈ２は、周波数領域の信号に変換されるときにコヒーレントに積分されない。

図１４Ｄに示すように、受信ゲートＧ８内にある目標番号（１）の目標の受信ＲＦ信号に対応する復調処理後の信号ｉ１では、パルス内変調符号ｉ１’とパルス内復調符号とが一致しないため、変調符号ｉ１’が残る。一方、受信ゲートＧ８内にある目標番号（２）の目標の受信ＲＦ信号に対応する復調処理後の信号ｉ２では、パルス内変調符号ｆ２’とパルス内復調符号とがともに一致するため、無変調ｉ２’となる。復調処理後の信号ｆ２は、周波数領域変換部６３によって周波数領域の信号に変換されるときにコヒーレントに積分される。受信ゲートＧ８においては、復調処理後の信号ｆ２がコヒーレントに積分され、目標番号（２）の目標が分離可能である。

このように変調が残った復調処理後の信号はコヒーレントに積分されないが、無変調となった復調処理後の信号はコヒーレントに積分されるため、レーダ装置１の目標分離性能が向上する。レーダ装置１では、送信信号にパルス内符号変調を施すことで、１つの受信ゲート内に複数の目標が存在しても、ゲートスライド量Δｍ_Ｇ以下の分解能で目標分離が可能である。復調処理部６１によって生成された復調処理後の信号Ｖ_Ｇ，Ｄ（ｎ_Ｇ，ｍ’）は、フィルタ処理部６２に出力される。

ここで、図１１の説明に戻る。
続いて、フィルタ処理部６２は、復調処理後の信号Ｖ_Ｇ，Ｄ（ｎ_Ｇ，ｍ’）に対して、周波数領域の中心スペクトル周辺の帯域の信号を通過させる狭帯域フィルタ処理を行い、狭帯域フィルタ処理後の信号を生成する（ステップＳＴ３ｃ）。狭帯域フィルタ処理後の信号Ｖ_{Ｇ，Ｄ，ｆ}（ｎ_Ｇ，ｍ）は下記式（１６）で表される。下記式（１６）において、ｍは狭帯域フィルタ処理後の信号のサンプリング番号であり、Ｍは狭帯域フィルタ処理後の信号のサンプリング数である。

上記式（１６）において、Ｖ_{Ｇ，Ｄ，ｆ，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｍ）は、下記式（１７）で表される狭帯域フィルタ処理後の信号であり、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内にある目標番号ｎ_ｔｇｔの目標に対応している。また、Ａ_{ｎＧ，ｎｔｇｔ}は、狭帯域フィルタ処理後の信号Ｖ_{Ｇ，Ｄ，ｆ，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｍ）の振幅である。狭帯域フィルタ処理を行うことで、復調処理後の信号の周波数領域の中心スペクトルの情報を損なわずに、サンプリング間隔が粗いサンプリングが可能となる。信号点数が減少して信号処理での演算量が低減されるため、ハードウェア規模が小さいレーダ装置１を実現できる。

ゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ’）は、受信ゲート間での時刻の同期がとられており、復調処理後の信号Ｖ_Ｇ，Ｄ（ｎ_Ｇ，ｍ’）についても、受信ゲート間における時刻の同期はとられている。このため、フィルタ処理部６２は、複数の受信ゲートのそれぞれの位置によらずに、同時刻（同じサンプリング番号）から狭帯域フィルタ処理を開始する。これにより、狭帯域フィルタ処理後の信号Ｖ_{Ｇ，Ｄ，f}（ｎ_Ｇ，ｍ）について受信ゲート間で時刻の同期がとられる。狭帯域フィルタ処理後の信号Ｖ_{Ｇ，Ｄ，f}（ｎ_Ｇ，ｍ）は周波数領域変換部６３に出力される。信号処理部６がフィルタ処理部６２を備えない場合、復調処理部６１によって生成された復調処理後の信号が周波数領域変換部６３に出力される。

次に、周波数領域変換部６３は、フィルタ処理部６２から入力した狭帯域フィルタ処理後の信号Ｖ_{Ｇ，Ｄ，f}（ｎ_Ｇ，ｍ）に対して、下記式（１８）に従う周波数領域変換処理を行い、周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）を生成する（ステップＳＴ４ｃ）。ただし、下記式（１８）において、ｋは、周波数領域のサンプリング番号であり、Ｍ_ｆｆｔは、周波数領域変換点数である。周波数領域変換処理に、下記式（１８）に示す離散フーリエ変換を用いたが、ＦＦＴまたはチャープｚ変換を用いて周波数領域変換処理を行ってもよい。

また、信号処理部６がフィルタ処理部６２を備えていない場合、周波数領域変換部６３は、復調処理部６１から入力した復調処理後の信号に対して、同様に、上記式（１８）に従う周波数領域変換処理を行うことで、周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）を生成する。周波数領域変換部６３によって生成された周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）は、高精度化処理部６４に出力される。

周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）は、図６Ｂに示したように、速度νとゲート間隔の距離の情報とを含む信号である。また、図６Ｃに示したように、速度νの目標に対応する周波数領域の信号は、ゲート番号方向の波形を有している。この波形は、目標距離に近い受信ゲートで最大電力を示し、受信ゲート内の当該信号を用いた目標の測距が可能である。復調処理後の信号に対してフィルタ処理が施されると、パルスの形状が無くなり、正弦波に変換されるが、周波数領域の信号に変換することで、受信ゲート間で電力が変化する信号となる。これにより、パルス幅Ｔ_０よりも接近した目標同士の分離が可能となる。

図１５Ａは、送信ＲＦ信号がパルス内変調されていない場合における、受信ゲート内にある同じ速度νの複数の目標に対応する周波数領域の信号の観測値の波形を示す図である。図１５Ａにおいて、実線で示す波形は、ゲート番号ｎ_Ｇのゲート開始ビンｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ−１），ｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ），ｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ＋１），ｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ＋２）のそれぞれにおける、周波数領域の信号の観測値の波形である。これらの周波数領域の信号は、目標番号（１）の目標に対応する周波数領域の信号と目標番号（２）の目標に対応する周波数領域の信号が合成されている。

図１５Ｂは、送信ＲＦ信号がパルス内変調されていない場合における、受信ゲート内にある同じ速度νの目標ごとの周波数領域の信号の波形を示す図である。図１５Ｂにおいて、破線で示す波形は、目標番号（１）の目標に対応する周波数領域の信号の波形であり、一点破線で示す波形は、目標番号（２）の目標に対応する周波数領域の信号の波形である。目標番号（１）の目標に対応する周波数領域の信号の波形は、ゲート開始ビンｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ）に対応する距離で最大電力となっているが、その他のゲート開始ビンに対応する距離でも高い電力となっている。目標番号（２）の目標に対応する周波数領域の信号の波形は、ゲート開始ビンｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ＋１）に対応する距離で最大電力となっているが、その他のゲート開始ビンに対応する距離でも高い電力となっている。

図１５Ｃは、送信ＲＦ信号がパルス内変調された場合における、受信ゲート内にある同じ速度νの複数の目標に対応する周波数領域の信号の観測値の波形を示す図である。ゲート番号ｎ_Ｇのゲート開始ビンｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ−１），ｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ），ｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ＋１），ｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ＋２）のそれぞれにおける、周波数領域の信号の観測値の波形である。これらの周波数領域の信号には、目標番号（１）の目標に対応する周波数領域の信号と目標番号（２）の目標に対応する周波数領域の信号とが合成されている。

図１５Ｄは、送信ＲＦ信号がパルス内変調された場合における、受信ゲート内にある同じ速度νの目標ごとの周波数領域の信号の波形を示す図である。図１５Ｄにおいて、破線で示す波形は、目標番号（１）の目標に対応する周波数領域の信号の波形であり、一点破線で示す波形は、目標番号（２）の目標に対応する周波数領域の信号の波形である。目標番号（１）の目標に対応する周波数領域の信号の波形は、ゲート開始ビンｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ）に対応する距離で最大電力となり、その他のゲート開始ビンに対応する距離では比較的低い電力となっている。目標番号（２）の目標に対応する周波数領域の信号の波形は、ゲート開始ビンｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ＋１）に対応する距離で最大電力となり、その他のゲート開始ビンに対応する距離では比較的低い電力となっている。

図１６Ａは、受信ビデオ信号ｃの波形を示す図である。図１６Ｂは、送信信号がパルス内変調されていない場合における、受信ゲート内にある同じ速度νの目標ごとの周波数領域の信号の観測値のゲート番号方向の波形を示す図である。図１６Ｂにおいて、波形ｊ１は、パルス内変調されていない送信ＲＦ信号が受信されて得られた受信ビデオ信号ｃ１に基づいて生成された周波数領域の信号の波形である。波形ｊ２は、パルス内変調されていない送信ＲＦ信号が受信されて得られた受信ビデオ信号ｃ２に基づいて生成された周波数領域の信号の波形である。目標番号（１）の目標に対応する周波数領域の信号の波形ｊ１は、ゲート番号ｎ_Ｇ＝６の受信ゲートで最大電力となっているが、隣接する受信ゲートでも高い電力となっている。同様に、目標番号（２）の目標に対応する周波数領域の信号の波形ｊ２は、ゲート番号ｎ_Ｇ＝８の受信ゲートで最大電力となっているが、隣接する受信ゲートでも高い電力となっている。

図１６Ｃは、送信ＲＦ信号がパルス内変調された場合における、受信ゲート内にある同じ速度νの目標ごとの周波数領域の信号の観測値のゲート番号方向の波形を示す図である。図１６Ｃにおいて、波形ｋ１は、パルス内変調された送信ＲＦ信号が受信されて得られた受信ビデオ信号ｃ１に基づいて生成された周波数領域の信号の波形である。波形ｋ２は、パルス内変調された送信ＲＦ信号が受信されて得られた受信ビデオ信号ｃ２に基づいて生成された周波数領域の信号の波形である。目標番号（１）の目標に対応する周波数領域の信号の波形ｋ１は、ゲート番号ｎ_Ｇ＝６の受信ゲートで最大電力となり、隣接する受信ゲートでは低い電力となっている。同様に、目標番号（２）の目標に対応する周波数領域の信号の波形ｋ２は、ゲート番号ｎ_Ｇ＝８の受信ゲートで最大電力となり、隣接する受信ゲートでは低い電力となっている。

送信信号にパルス内変調を施していない場合は、同じ速度の複数の目標が存在すると、図１５Ａ、図１５Ｂおよび図１６Ｂに示すように、レーダ装置における距離分解能が低くなり、目標の測距性能が劣化する。一方、送信信号にパルス内変調を施した場合、受信信号に対して、ゲート処理、復調処理、フィルタ処理および周波数領域変換処理を行うことにより、図１５Ｃ、図１５Ｄおよび図１６Ｃに示すように、レーダ装置における距離分解能が向上し、目標の測距性能が向上する。

送信信号にパルス内変調を施していない場合のレーダ装置の距離分解能Δτ_０と、送信信号にパルス内変調を施した場合のレーダ装置の距離分解能Δτ_ｂとの間には、下記式（１９）の関係が成り立つ。下記式（１９）に示すように、距離分解能Δτ_ｂは、距離分解能Δτ_０よりも高分解能である。送信信号にパルス内変調を施していない場合のレーダ装置の測距精度τ_{０，ａｃｃｕｒａｃｙ}と、送信信号にパルス内変調を施した場合のレーダ装置の測距精度τ_{ｂ，ａｃｃｕｒａｃｙ}との間には、下記式（２０）の関係が成り立つ。下記式（２０）に示すように、測距精度τ_{ｂ，ａｃｃｕｒａｃｙ}は、測距精度τ_{０，ａｃｃｕｒａｃｙ}よりも高精度である。下記式（２０）において、ｓｎｒは信号対雑音比である。

さらに、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内の目標番号ｎ_ｔｇｔの目標に対応する周波数領域の信号ｆ_{ｄ，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｋ）は、下記式（２１）で表される。下記式（２１）において下記式（２２）に示す関係が成立すると、周波数領域の信号ｆ_{ｄ，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｋ）は、振幅最大値を示す。なお、下記式（２２）において、ｋ_ｐｅａｋは、振幅最大値を示す周波数領域の信号ｆ_{ｄ，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｋ）のサンプリング番号ｋである。

図１３Ｂに示したように、ゲート番号ｎ_Ｇ＝６の受信ゲートＧ６の通過開始は、サンプリング番号ｍ’＝６からである。また、図１３Ｄに示したように、ゲート番号ｎ_Ｇ＝８の受信ゲートＧ８の通過開始は、サンプリング番号ｍ’＝８からである。ゲート処理部６０によるゲート処理では、複数の受信ゲートの通過開始時刻は互いに異なるが、ゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ’）および狭帯域フィルタ処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ）は、受信ゲート間で時刻の同期がとられている。

また、周波数領域変換部６３は、上記式（１８）に示したように、複数の受信ゲートのそれぞれの位置によらずに、同時刻（同じサンプリング番号）から周波数領域変換処理を開始する。復調処理部６１は、ゲート処理後の信号に対して復調処理を行い、パルス内変調符号が復調される。このため、レーダ装置１では、複数の目標のそれぞれに対応する周波数領域の信号が振幅最大値を示すサンプリング番号ｋ_ｐｅａｋが変化しないような制御が可能である。

ここで、図１１の説明に戻る。
続いて、高精度化処理部６４は、周波数領域変換部６３から入力した周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）に対して高精度化処理を行い、高精度化処理後の信号を生成する（ステップＳＴ５ｃ）。例えば、高精度化処理部６４は、複数の受信ゲートのそれぞれに対応する周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）に対して、下記式（２３）に従うフーリエ変換処理を行うことで、周波数領域の信号ｆ_ｄ，Ｇ（ｑ，ｋ）を生成する。ただし、下記式（２３）において、Ｎ_{Ｇ，ｆｆｔ}はフーリエ変換点数（ゲート間の周波数領域変換点数）であり、ｑはフーリエ変換処理後の信号のサンプリング番号である。

高精度化処理部６４は、周波数領域の信号ｆ_ｄ，Ｇ（ｑ，ｋ）に対して、下記式（２４）に従う逆フーリエ変換処理を、下記式（２５）に示すようにフーリエ変換点数Ｎ_{Ｇ，ｆｆｔ}よりも多い変換点数Ｎ_{Ｇ，ｉｆｆｔ}で行い、高精度化処理後の信号ｆ’_ｄ，Ｇ（ｑ_ｉｆｆｔ，ｋ）を生成する。下記式（２４）および下記式（２５）において、Ｎ_{Ｇ，ｉｆｆｔ}は、逆フーリエ変換点数（逆周波数領域変換点数）であり、高精度化処理後の信号の距離方向のサンプリング数に相当する。ｑ_ｉｆｆｔは、高精度化処理後の信号の距離方向のサンプリング番号である。

例えば、逆フーリエ変換点数Ｎ_{Ｇ，ｉｆｆｔ}がフーリエ変換点数Ｎ_{Ｇ，ｆｆｔ}のＮ_{Ｇ，ｍｕｌｔｉ}倍である場合、高精度化処理後の信号ｆ’_ｄ，Ｇ（ｑ_ｉｆｆｔ，ｋ）における距離サンプリング間隔Δτ_{ｂ，ｉｆｆｔ}は、下記式（２６）に示すようにΔｍ_Ｇの１／Ｎ_{Ｇ，ｍｕｌｔｉ}となる。このように距離サンプリング間隔はΔｍ_ＧからΔτ_{ｂ，ｉｆｆｔ}に細分化される。

図１７Ａは、受信ゲート内にある同じ速度の目標のそれぞれに対応する周波数領域の信号の波形を示す図である。図１７Ａにおいて、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲートは、パルス幅Ｔ_０の１／４のゲート幅を有している。破線で示す波形Ｌ１は、目標番号（１）の目標に対応する周波数領域の信号の波形であり、一点破線で示す波形Ｌ２は、目標番号（２）の目標に対応する周波数領域の信号の波形である。

目標番号（１）の目標の距離は、ゲート番号ｎ_Ｇ＝６に対応するサブパルスの中央に相当する距離であり、目標番号（２）の目標の距離は、ゲート番号ｎ_Ｇ＝７に対応するサブパルスの中央に相当する距離である。目標番号（１）の目標と目標番号（２）の目標とがパルス幅Ｔ_０よりも接近している場合、これらの目標のそれぞれに対応する周波数領域の信号にフィルタ形状損失が発生する。これにより、図１７Ａに示すように、周波数領域の信号に積分損失が発生し、これらの目標の検出と分離が困難になる。

図１７Ｂは、受信ゲート内にある同じ速度の目標のそれぞれに対応する高精度化処理後の信号の波形を示す図である。図１７Ｂにおいて、ゲート番号ｎ_Ｇに対応する距離サンプリング間隔はΔｍ_ＧからΔτ_{ｂ，ｉｆｆｔ}に細分化されている。実線で示す波形ｍ１は、目標番号（１）の目標に対応する高精度化処理後の信号の波形であり、一点破線で示す波形ｍ２は、目標番号（２）の目標に対応する高精度化処理後の信号の波形である。目標番号（１）の目標の距離は、ゲート番号ｎ_Ｇ＝６に対応するサブパルスの中央に相当する距離であり、目標番号（２）の目標の距離は、ゲート番号ｎ_Ｇ＝７に対応するサブパルスの中央に相当する距離である。

図１７Ｂに示すように、目標番号（１）の目標に対応する周波数領域の信号と目標番号（２）の目標に対応する周波数領域の信号とに高精度化処理を行うことで、距離サンプリング間隔がΔτ_{ｂ，ｉｆｆｔ}に細分化される。これにより、目標番号（１）の目標と目標番号（２）の目標とがパルス幅Ｔ_０よりも接近しても周波数領域の信号に積分損失せず、これらの目標の検出と分離が可能である。

高精度化処理部６４によって生成された高精度化処理後の信号ｆ’_ｄ，Ｇ（ｑ_ｉｆｆｔ，ｋ）は、目標候補検出部６５に出力される。なお、信号処理部６が高精度化処理部６４を備えていない場合は、目標候補検出部６５は、周波数領域変換部６３から周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）を入力する。

目標候補検出部６５は、高精度化処理後の信号ｆ’_ｄ，Ｇ（ｑ_ｉｆｆｔ，ｋ）の強度に基づいて目標候補を検出する（ステップＳＴ６ｃ）。例えば、目標候補検出部６５は、セル平均−定誤警報確率（ＣＡ−ＣＦＡＲ）処理を用いて目標候補を検出する。ＣＡ−ＣＦＡＲ処理においては、誤警報確率Ｐ_ｆａが一定の指定値になるように目標候補が検出される。このため、目標候補検出部６５は、目標候補の誤検出を制御することができるので、雑音をなるべく検出せずに、高精度化処理後の信号または周波数領域の信号の強度に基づいて目標候補を検出することが可能である。また、目標候補検出部６５は、信号強度に基づいて目標候補を検出するので、目標候補に対応する信号の強度を制御することができ、信号の強度に基づく距離精度が得られる。

この後、目標候補検出部６５は、高精度化処理部６４から入力した高精度化処理後の信号ｆ’_ｄ，Ｇ（ｑ_ｉｆｆｔ，ｋ）と、ＣＡ−ＣＦＡＲ処理で検出した目標番号ｎ_ｔｇｔの目標候補に対応する、高精度化処理後の信号の距離方向のサンプリング番号ｑ_{ｉｆｆｔ，ｎｔｇｔ}および速度方向のサンプリング番号ｋ_ｎｔｇｔとを、目標候補距離算出部６６に出力する。高精度化処理後の信号の距離方向のサンプリング番号ｑ_{ｉｆｆｔ，ｎｔｇｔ}と速度方向のサンプリング番号ｋ_ｎｔｇｔとによって、図６Ａに示した一連の処理で得られる信号の距離方向の値と速度方向の値とが特定される（図６Ａに示した距離と速度の関係を参照）。

信号処理部６が高精度化処理部６４を備えない場合、目標候補検出部６５は、周波数領域変換部６３によって生成された周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）の強度に基づいて目標候補を検出する。目標候補検出部６５は、周波数領域変換部６３から入力した周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）と、ＣＡ−ＣＦＡＲ処理で検出した目標番号ｎ_ｔｇｔの目標候補に対応する、周波数領域の信号のゲート番号ｎ_{Ｇ，ｎｔｇｔ}および速度方向のサンプリング番号ｋ_ｎｔｇｔとを、目標候補距離算出部６６に出力する。

目標候補距離算出部６６は、目標候補検出部６５によって検出された目標番号ｎ_ｔｇｔの目標候補の距離Ｒ’_{０，ｎｔｇｔ}を、下記式（２７）に従って算出する（ステップＳＴ７ｃ）。目標候補距離算出部６６によって算出された距離Ｒ’_{０，ｎｔｇｔ}は、表示器７に出力される。表示器７は、目標候補距離算出部６６から入力した目標番号ｎ_ｔｇｔの目標候補の距離Ｒ’_{０，ｎｔｇｔ}を、目標情報として画面上に表示する。

信号処理部６が高精度化処理部６４を備えない場合、目標候補距離算出部６６は、目標候補検出部６５によって検出された目標番号ｎ_ｔｇｔの目標候補の距離Ｒ’_{０，ｎｔｇｔ}を、下記式（２８）に従って算出する。目標候補距離算出部６６によって算出された距離Ｒ’_{０，ｎｔｇｔ}は、表示器７に出力される。表示器７は、目標候補距離算出部６６から入力した目標番号ｎ_ｔｇｔの目標候補の距離Ｒ’_{０，ｎｔｇｔ}を、目標情報として画面上に表示する。

目標候補の速度を表示する場合は、目標候補距離算出部６６は、目標番号ｎ_ｔｇｔの目標候補の速度ｖ’_ｎｔｇｔを下記式（２９）に従って算出してもよい。目標候補距離算出部６６によって算出されたｖ’_ｎｔｇｔは、表示器７に出力される。表示器７は、目標候補距離算出部６６から入力した目標番号ｎ_ｔｇｔの目標候補の速度ｖ’_ｎｔｇｔを、目標候補として画面上に表示する。

以上のように、実施の形態１に係るレーダ装置１は、パルス内変調を施した送信ＲＦ信号を空間に放射して、空間内の目標で反射された送信ＲＦ信号に基づいて生成された受信ビデオ信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号に対して復調処理を行い、復調処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、周波数領域の信号の強度に基づいて目標候補を検出し、目標候補の距離を算出する。これによって、受信ゲート内に複数の目標が存在する場合であっても、目標距離を正確に計測することができる。複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行うことで、受信ゲート間での雑音の影響が抑圧され、レーダ装置１の目標検出性能が向上する。

実施の形態１に係るレーダ装置１は、周波数領域変換部６３によって生成された周波数領域の信号に対して高精度化処理を行うことで、高精度化処理後の信号を生成する高精度化処理部６４を備える。目標候補検出部６５は、高精度化処理後の信号の強度に基づいて目標候補を検出する。高精度化処理によってフィルタ形状損失が低減されるので、レーダ装置１の目標検出性能が向上し、目標分離性能も向上する。

実施の形態１に係るレーダ装置１は、復調処理後の信号に対して帯域通過フィルタ処理を行い、帯域通過フィルタ処理後の信号を生成するフィルタ処理部６２を備える。周波数領域変換部６３は、帯域通過フィルタ処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、周波数領域の信号を生成する。帯域通過フィルタ処理を行うことで、サンプリング間隔が粗いサンプリングが可能となる。これにより、信号点数が減少して信号処理での演算量が低減されるため、ハードウェア規模が小さいレーダ装置１を実現できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

本発明に係るレーダ装置は、受信ゲート内に複数の目標が存在する場合であっても目標距離を正確に計測することができるので、各種のレーダ装置に利用可能である。

１ レーダ装置、２，１００ 空中線、３ 送信部、４ 送受切替部、５ 受信部、６ 信号処理部、７，１０１ 表示器、３０ 送信機、３１ パルス内変調器、３２ パルス変調器、３３ 局部発振器、５０ 受信機、５１ Ａ／Ｄ変換器、６０ ゲート処理部、６１ 復調処理部、６２ フィルタ処理部、６３ 周波数領域変換部、６４ 高精度化処理部、６５ 目標候補検出部、６６ 目標候補距離算出部、１０２ 入出力インタフェース、１０３ 外部記憶装置、１０４ 処理回路、１０５ 信号路、１０６ プロセッサ、１０７ メモリ。

Claims (7)

1. パルス内変調を施した送信高周波信号を出力する送信部と、
   空間内の目標で反射された前記送信高周波信号の反射波を受信し、受信された受信高周波信号に基づいて受信ビデオ信号を生成する受信部と、
   前記受信部により生成された受信ビデオ信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、前記複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られたゲート処理後の信号を生成するゲート処理部と、
   前記複数の受信ゲート毎に前記ゲート処理部により生成された前記ゲート処理後の信号に対してパルス内変調に基づいて復調処理を行い、前記複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られた復調処理後の信号を生成する復調処理部と、
   前記複数の受信ゲート毎に前記復調処理後の信号に対して周波数領域変換処理を行い、ドップラ周波数を含む周波数領域の信号を生成する周波数領域変換部と、
   前記複数の受信ゲートに対応する複数の前記周波数領域の信号に対して前記ドップラ周波数を含む周波数領域のサンプリング番号毎に周波数領域変換処理を行い、前記周波数領域変換処理後の信号に対して、周波数領域変換点数よりも多い変換点数で逆周波数領域変換処理を行い、逆周波数領域変換処理後の信号を生成する高精度化処理部と、
   前記逆周波数領域変換処理後の信号の強度に基づいて目標候補を検出する目標候補検出部と、
   前記目標候補検出部によって検出された目標候補の距離を算出する目標候補距離算出部と、
   を備え、
   前記周波数領域変換部は、前記ゲート処理部によって設定されたそれぞれの受信ゲートの位置によらずに、同時刻のサンプリング番号に対応する前記復調処理後の信号から周波数領域変換処理を開始すること
   を特徴するレーダ装置。
2. 前記送信部は、パルス内符号変調を施した前記送信高周波信号を生成すること
   を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 前記送信部は、パルス内周波数変調を施した前記送信高周波信号を生成すること
   を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
4. 前記ゲート処理部は、前記複数の受信ゲートのそれぞれをパルス幅よりも短い間隔で設定すること
   を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
5. パルス内変調を施した送信高周波信号を出力する送信部と、
   空間内の目標で反射された前記送信高周波信号の反射波を受信し、受信された受信高周波信号に基づいて受信ビデオ信号を生成する受信部と、
   前記受信部により生成された受信ビデオ信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、前記複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られたゲート処理後の信号を生成するゲート処理部と、
   前記複数の受信ゲート毎に前記ゲート処理部により生成された前記ゲート処理後の信号に対してパルス内変調に基づいて復調処理を行い、前記複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られた復調処理後の信号を生成する復調処理部と、
   前記複数の受信ゲート毎に前記復調処理部により生成された復調処理後の信号に対して、前記複数の受信ゲートのそれぞれの位置によらずに、同時刻のサンプリング番号から帯域通過フィルタ処理を開始し、前記複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られた帯域通過フィルタ処理後の信号を生成するフィルタ処理部と、
   前記複数の受信ゲート毎に前記フィルタ処理部により生成された帯域通過フィルタ処理後の信号に対して、前記複数の受信ゲートのそれぞれの位置によらずに、同時刻のサンプリング番号から周波数領域変換処理を開始し、ドップラ周波数を含む周波数領域の信号を生成する周波数領域変換部と、
   前記周波数領域変換部により生成された前記複数の受信ゲートに対応する複数の前記周波数領域の信号に対して前記ドップラ周波数を含む周波数領域のサンプリング番号毎に周波数領域変換処理を行い、前記周波数領域変換処理後の信号に対して、周波数領域変換点数よりも多い変換点数で逆周波数領域変換処理を行い、逆周波数領域変換処理後の信号を生成する高精度化処理部と、
   前記高精度化処理部により生成された前記逆周波数領域変換処理後の信号の強度に基づいて目標候補を検出する目標候補検出部と、
   前記目標候補検出部によって検出された目標候補の距離を算出する目標候補距離算出部と、
   を備えたレーダ装置。
6. 送信部が、パルス内変調を施した送信高周波信号を出力するステップと、
   受信部が、空間内の目標で反射された前記送信高周波信号の反射波を受信し、受信された受信高周波信号に基づいて受信ビデオ信号を生成するステップと、
   ゲート処理部が、前記受信ビデオ信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、前記複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られたゲート処理後の信号を生成するステップと、
   復調処理部が、前記複数の受信ゲート毎に前記ゲート処理後の信号に対してパルス内変調に基づいて復調処理を行い、前記複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られた復調処理後の信号を生成するステップと、
   周波数領域変換部が、前記複数の受信ゲート毎に前記復調処理後の信号に対して、前記複数の受信ゲートのそれぞれの位置によらずに、同時刻のサンプリング番号から周波数領域変換処理を開始し、ドップラ周波数を含む周波数領域の信号を生成するステップと、
   高精度化処理部が、前記複数の受信ゲートに対応する複数の前記周波数領域の信号に対して前記ドップラ周波数を含む周波数領域のサンプリング番号毎に周波数領域変換処理を行い、前記周波数領域変換処理後の信号に対して、周波数領域変換点数よりも多い変換点数で逆周波数領域変換処理を行い、逆周波数領域変換処理後の信号を生成するステップと、
   目標候補検出部が、前記逆周波数領域変換処理後の信号の強度に基づいて目標候補を検出するステップと、
   目標候補距離算出部が、前記目標候補検出部によって検出された目標候補の距離を算出するステップと、
   を備えた目標距離計測方法。
7. 送信部が、パルス内変調を施した送信高周波信号を出力するステップと、
   受信部が、空間内の目標で反射された前記送信高周波信号の反射波を受信し、受信された受信高周波信号に基づいて受信ビデオ信号を生成するステップと、
   ゲート処理部が、前記受信ビデオ信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、前記複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られたゲート処理後の信号を生成するステップと、
   復調処理部が、前記複数の受信ゲート毎に前記ゲート処理後の信号に対してパルス内変調に基づいて復調処理を行い、前記複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られた復調処理後の信号を生成するステップと、
   フィルタ処理部が、前記複数の受信ゲート毎に前記復調処理後の信号に対して、前記複数の受信ゲートのそれぞれの位置によらずに、同時刻のサンプリング番号から帯域通過フィルタ処理を開始し、前記複数の受信ゲート間での時刻の同期が取られた帯域通過フィルタ処理後の信号を生成するステップと、
   周波数領域変換部が、前記複数の受信ゲート毎に前記帯域通過フィルタ処理後の信号に対して、前記複数の受信ゲートのそれぞれの位置によらずに、同時刻のサンプリング番号から周波数領域変換処理を開始し、ドップラ周波数を含む周波数領域の信号を生成するステップと、
   高精度化処理部が、前記複数の受信ゲートに対応する複数の前記周波数領域の信号に対して前記ドップラ周波数を含む周波数領域のサンプリング番号毎に周波数領域変換処理を行い、前記周波数領域変換処理後の信号に対して、周波数領域変換点数よりも多い変換点数で逆周波数領域変換処理を行い、逆周波数領域変換処理後の信号を生成するステップと、
   目標候補検出部が、前記逆周波数領域変換処理後の信号の強度に基づいて目標候補を検出するステップと、
   目標候補距離算出部が、前記目標候補検出部によって検出された目標候補の距離を算出するステップと、
   を備えた目標距離計測方法。

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