JP6612728B2 - レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、拡張アレイ処理を適用したレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。

従来のレーダ装置にあっては、レンジ分解能、ドップラ分解能の向上が要求されている。レンジ分解能を向上させるためには、送信周波数帯域を広くしたパルス圧縮等の処理が有効であるが、広帯域化が必要となる。一方、ドップラ分解能を向上させるためには、観測時間を長くする（ヒット数を増やす）必要があるが、その分、捜索フレームタイムが低下してしまう。

上記の対策のために、従来では、ＫＲ積アレイ（非特許文献１参照）等による拡張アレイ処理が適用されている。しかしながら、レーダ目標の場合には、反射点間で相関があるため、拡張アレイ処理の実行によって偽目標が発生することがあった。

ＫＲ積アレイ, Wing-Kin Ma, ‘DOA Estimation of Quasi-Stationary Signals With Less Sensors Than Sources and Unkown Spatial Noise Covariance: A Khatri-Rao Subspace Approach’, IEEE Trans. Signal Process., vol.58, no.4, pp.2168-2180, April(2010) ＳＡＲ方式（ＩＳＡＲ）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.280-283(1996) ＳＡＲ方式（レンジ圧縮）、大内、‘リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎’、東京電機大学出版局、pp.131-149(2003) ＳＡＲ方式（Ａｚ圧縮）、大内、‘リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎’、東京電機大学出版局、pp.171-178(2003) ＣＦＡＲ処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996) ＦＭＣＷ方式（アップチャープとダウンチャープ）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.274-275(1996) ＦＭＩＣＷ, FRED E.Nathanson, 'RADAR DESIGN PRINCIPLES second edition', Scitech, pp452-454(1999)

以上述べたように、従来のレーダ装置において、レンジ分解能を向上させるためには、送信周波数帯域を広くしたパルス圧縮等が必要となるため、広帯域化が必要であった。一方、ドップラ分解能を向上させるためには、観測時間を長く（ヒット数を増やす）する必要があり、捜索フレームタイムが低下する問題があった。上記の対策のために、拡張アレイ処理が適用されているが、レーダ目標の場合に反射点間で相関があるため、拡張アレイ処理によって偽目標が発生する場合があった。

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、周波数帯域が比較的狭い場合や、観測時間が比較的短い場合でも、レンジ分解能またはドップラ分解能の少なくともいずれかを高分解能化することのできるレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本実施形態に係るレーダ装置は、レーダ受信信号からレンジ−ドップラ画像を生成し、前記レンジ−ドップラ画像から振幅スレショルドにより反射点Ｎallを抽出し、抽出された反射点Ｎallを近傍の点のＮ（Ｎ≦Ｎall）グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸（fast-slow-time軸）に配置し、レンジ軸（Ｎr点）及びドップラ軸（Ｎd点）の各々で逆フーリエ変換して得たレンジ軸及びドップラ軸の少なくともいずれか一方について拡張アレイ処理を適用して、２Ｎｒ−１点または２Ｎd−１点とし、前記拡張アレイ処理を適用した軸についてはフーリエ変換して再度画像化し、前記Ｎ点についての画像結果を振幅重畳して高分解能画像を出力する。

すなわち、異なる２軸（Ａ軸とＢ軸）信号の各々において、レンジ−ドップラ軸で目標反射点を分離した後、各々で拡張アレイ処理することにより、レーダ目標のように相関のある場合でも、偽目標を発生させずに、レンジ−ドップラ軸の高分解能化を図る。

第１の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係るレーダ装置において、拡張アレイ処理を適用した場合のレンジ−ドップラ高分解能処理の流れを示すブロック図。 第１の実施形態に係るレーダ装置の搭載レーダによるＩＳＡＲ処理を説明するための概念図。 第１の実施形態に係るレーダ装置において、ＩＳＡＲ画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図。 第２の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係るレーダ装置において、ＩＳＡＲ画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図。 第３の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係るレーダ装置において、ＩＳＡＲ画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図。 第４の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図。 第５の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図。 第５の実施形態に係るレーダ装置において、送信信号として生成される連続波スイープの信号波形を示す波形図。 第５の実施形態に係るレーダ装置において、ＩＳＡＲ画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図。 第６の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図。 第６の実施形態に係るレーダ装置において、パルス送受信の場合と連続波送受信の場合を比較して示す波形図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。

（第１の実施形態）ＲＤ軸分離後、拡張アレイ処理
図１乃至図４を参照して、第１の実施形態に係るレーダ装置を説明する。ここでは、飛翔体搭載用のレーダ装置（以下、搭載レーダ）を想定して説明する。

図１は本実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図、図２はレンジ−ドップラ高分解能化の具体的な処理の流れを示すブロック図、図３は搭載レーダによるＩＳＡＲ処理を説明するための概念図、図４はＩＳＡＲ画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図である。

このレーダ装置は、実開口ビームが目標に常に照射されるようにビームを向けて、合成開口時間（１サイクル）内でＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）間隔で送信したパルス毎に、ＰＲＩ内のレンジセル単位でデータを取得する。この取得データを用いてＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar）処理（非特許文献２参照）を実施してＩＳＡＲ画像を得る。

図１において、送信信号生成器１１はパルス変調した送信信号を生成するもので、この送信信号は送信分配器１２でＮ系統に分配された後、ビ−ム制御器１３によって送信ビームの指向方向に対応する移相量を設定された送信移相器１４１〜１４Ｎで移相され、送信増幅器１５１〜１５Ｎで電力増幅されて、サーキュレータ１６１〜１６Ｎを経由してアンテナ素子１７１〜１７Ｎから送出される。

目標からの反射信号は、アンテナ素子１７１〜１７Ｎで捕捉され、サーキュレータ１６１〜１６Ｎを経由して受信増幅器１８１〜１８Ｎで低雑音増幅された後、ビーム制御器１３によって受信ビームに対応する移相量を設定された受信移相器１９１〜１９Ｎで移相され、受信合成器２０で合成される。この合成受信信号は、受信器２１で周波数変換及びＡＤ変換されてディジタルの受信信号として出力され、レンジ圧縮器２２でパルス圧縮によるレンジ圧縮が実施され、クロスレンジ圧縮器２３でslow-time軸（ＰＲＩ間）のＦＦＴ処理によるクロスレンジ圧縮が実施され、反射点抽出器２４でＣＦＡＲ（非特許文献５参照）等による反射点の抽出が実施される。

抽出された反射点は、近傍の点のＮ（Ｎ≦Ｎall）グループ毎にレンジ−ドップラ軸（fast-slow-time軸）に配置され、ＩＦＦＴ処理器２５でレンジ軸（Ｎa点）及びドップラ軸（Ｎb点）の各々で逆ＦＦＴ処理される。これにより、レンジ軸及びドップラ軸において、目標信号の位相勾配に対応する信号を得る。この信号は、拡張アレイ処理器２６の入力ベクトルＸa（レンジ軸）とＸb（ドップラ軸）となる。

拡張アレイ処理器２６（図３の２６ａ，２６ｂ）は、入力ベクトルＸa（レンジ軸）とＸb（ドップラ軸）をＫＲ積アレイ処理し、その処理結果（Ｘkra，Ｘkrb）を新しい拡張アレイの信号（Ｘa，Ｘb）とする。この拡張アレイ処理された信号は、ＦＦＴ処理器２７（図３の２７ａ，２７ｂ）でレンジ軸とドップラ軸についてＦＦＴ処理することで高分解能のレンジ−ドップラデータを得る。以上は、抽出した１点についての処理であり、これを全抽出点に対応してＮ回繰り返して、Ｎ通りのレンジ−ドップラデータを得る。これを振幅重畳器２８（図３の２８ａ，２８ｂ）で加算処理することでレンジ−ドップラ高分解能データが得られる。

上記構成において、以下に処理の流れを具体的に説明する。

まずレンジ圧縮について述べる（非特許文献３参照）。レンジ圧縮は、入力信号とレンジ圧縮用信号の相関処理であり、これを周波数領域で行う場合について定式化すると次の通りである。

また、参照信号sref（線形チャープ信号）は次式で表現できる。

この参照信号sref(t)のサンプル長を入力信号に合わせて０埋めした信号に置き換える。

時間軸上に置き換えるには、このsを逆フーリエ変換すればよいが、この後のクロスレンジ圧縮（２３）（Ａｚ圧縮、非特許文献４参照）を行うために、信号sの（ω，ｕ）軸のままとする。次に、クロスレンジ圧縮を行うが、その参照信号は図３を参照して、次式で表現できる。

（３）式と（６）式を乗算して信号csを得る。

これを用いて、ｕ軸でＦＦＴ処理して信号fcs(ω,ku)を得る。

ＦＦＴ画像出力は、fcsのω軸に関する逆ＦＦＴにより算出できる。

次に、ＣＦＡＲ（非特許文献５参照）等による反射点抽出（２４）により、Σ系の画像出力を用いて、Ｘ−Ｙ軸（レンジ−ドップラ軸に対応）画像の中で、振幅が所定のスレショルドを超えるセル（Ｎall個）を抽出する。

この抽出した信号を近傍の点のＮ（Ｎ≦Ｎall）グループ毎にレンジ−ドップラ軸（fast-slow-time軸）に配置する。次に、配置した抽出点をレンジ軸（Ｎa点）及びドップラ軸（Ｎb点）の各々で逆ＦＦＴ処理（２５）を行う。これにより、レンジ軸及びドップラ軸において、目標信号の位相勾配に対応する信号を得ることができる。この信号が、拡張アレイ処理（２６（図３の２６ａ，２６ｂ））のための入力ベクトルＸa（レンジ軸）とＸb（ドップラ軸）となる。

次に上記入力ベクトルの信号（Ｘa,Ｘb）を用いて、拡張アレイ処理として、ＫＲ積アレイ処理（非特許文献１参照）を行う。まず、相関行列は次式で表現できる。

この左端と上端の要素をベクトル化すると、次式となる。

このＸkra,Ｘkrbを新しい拡張アレイの信号（Ｘa，Ｘb）として、レンジ軸とドップラ軸について、ＦＦＴ処理（２７（図３の２７ａ，２７ｂ））を行えば、高分解能のレンジ−ドップラデータを得ることができる。

以上は、抽出した１点についての処理であり、これを全抽出点に対応してＮ回繰り返すことで、Ｎ通りのレンジ−ドップラデータが得られるので、これを振幅重畳（２８）する。以上の処理の概要を図４に示す。図４において、（ａ）はレンジ−ドップラ面におけるＩＳＡＲ画像、（ｂ）は抽出点（Ａ〜Ｅ）毎の分離画像、（ｃ）はレンジ軸ＩＦＦＴ、拡張アレイ処理、レンジ軸ＦＦＴによる拡張アレイ処理＋画像化の処理結果、（ｄ）は各抽出点の画像を重畳したＩＳＡＲ画像を示している。

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置によれば、レンジ−ドップラ画像を生成した後、振幅スレショルドにより抽出したＮall点を近傍の点のＮ（Ｎ≦Ｎall）グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸（fast-slow-time軸）に配置し、レンジ軸（Ｎr点）及びドップラ軸（Ｎd点）の各々で逆ＦＦＴして得たレンジ軸及びドップラ軸の少なくともいずれか一方の拡張アレイ処理を適用して、２Ｎｒ−１（２Ｎd−１）点として、拡張アレイ処理をした軸についてはＦＦＴして再度画像化し、Ｎ点についての画像結果を振幅重畳して、高分解能な画像を得る。すなわち、異なる２軸（Ａ軸とＢ軸）信号の各々において、レンジ−ドップラ軸で目標反射点を分離した後、各々で拡張アレイ処理することにより、レーダ目標のように相関のある場合でも、偽目標を発生させずに、レンジ−ドップラ軸の高分解能化を図ることができる。

なお、図３は搭載レーダの場合の図であるが、レンジ−ドップラデータ（ＲＤデータ）が得られればよく、さらに高分解能化を図る場合にはＩＳＡＲ画像を取得することになる。またレーダ装置は搭載レーダのように移動する場合のみでなく、固定レーダの場合（目標は移動）でもよい。また、図４では、レンジ軸に拡張アレイ処理を適用する場合であるが、ドップラ軸についても同様の手法を適用できる。また、本実施形態ではレンジ軸とドップラ軸の両者について、各々独立に処理する場合について述べたが、必要に応じていずれか一方の軸の処理のみでもよい。

また、本実施形態では、拡張アレイ処理前のＲＤデータの分解能を向上するために、ＩＳＡＲ（逆合成開口レーダ）処理の内容で述べたが、通常のレンジ圧縮−クロスレンジ圧縮（ＦＦＴ）のみを用いて、ＲＤデータを生成して、所定の振幅スレショルド以上の点を抽出して拡張アレイの処理を実施するようにしてもよい。

（第２の実施形態）ＲＤ軸の拡張アレイ処理、並列処理
図５及び図６を参照して、第２の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
第１の実施形態では、レンジ軸またはドップラ軸のいずれか一方の軸の高分解能化を図る手法について述べた。本実施形態では、両軸について高分解能化を図る例について述べる。

図５は第２の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図、図６は第２の実施形態に係るレーダ装置において、ＩＳＡＲ画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図である。

図５において、レンジ−ドップラ画像生成後（〜２３）に、Ｎall点の反射点抽出（２４）を行い、近傍の点のＮ（Ｎ≦Ｎall）グループ毎にレンジ軸のＫＲ処理（２５Ｒ，２６Ｒ，２９Ｒ，２７Ｒ）を行い、Ｎ枚のＲＤデータ（１〜Ｎ）を得る。一方、Ｎグループ毎に、ドップラ軸の拡張アレイ処理（２５Ｄ，２６Ｄ，２９Ｄ，２７Ｄ）を行う。この際、レンジ軸とドプラ軸の分解能を合わせるために、レンジ軸（ドップラ軸）のゼロ埋め（２９Ｒ，２９Ｄ）の後、ＦＦＴ処理（２７Ｒ，２７Ｄ）を行う。レンジ軸とドップラ軸のＫＲ処理をした結果の画像を重畳（振幅加算）（２８）して、全体の高分解能なＲＤデータ（画像）を得る。以上の処理の概要を図６に示す。

図６において、（ａ）はレンジ−ドップラ面におけるＩＳＡＲ画像、（ｂ）は抽出点（Ａ〜Ｅ）毎の分離画像、（ｃ）はレンジ軸拡張アレイ処理、（ｄ）はドップラ軸拡張アレイ処理、（ｅ）は各抽出点の画像を重畳したＩＳＡＲ画像を示している。

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置によれば、レンジ−ドップラ画像を生成した後、振幅スレショルドにより抽出したＮall点を近傍の点のＮ（Ｎ≦Ｎall）グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸に配置し、レンジ軸及びドップラ軸についてＩＦＦＴ処理した後、拡張アレイ処理を適用した結果より、レンジ軸及びドップラ軸について、分解能を合わせるためのゼロ埋めをした後、レンジ軸及びドップラ軸についてＦＦＴ処理して再度画像化し、Ｎ点についての画像結果を振幅重畳して、高分解能な画像を得る。すなわち、レンジ軸とドップラ軸の両者に拡張アレイ処理を適用することにより、両軸同時に高分解能化を図ることができる。

（第３の実施形態）ＲＤ軸の拡張アレイ処理、縦続処理
図７及び図８を参照して、第３の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
第２の実施形態では、レンジ軸またはドップラ軸の両者を並行して高分解能化を図り、振幅加算することにより高分解能化を図る手法について述べた。本実施形態では、両軸について高分解能化を図る場合に、各々の軸を順に処理する例について述べる。

図７は第３の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図、図８は第３の実施形態に係るレーダ装置において、ＩＳＡＲ画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図である。

図７において、高分解能化の処理は、レンジ軸、ドップラ軸の順で説明するが、逆の場合でもよい。図７において、レンジ−ドップラ画像生成後（２１〜２３）に、Ｎall点の反射点抽出（２４１）を行い、近傍の点のＮ（Ｎ≦Ｎall）グループ毎にレンジ軸のＫＲ処理（２５Ｒ，２６Ｒ，２７Ｒ）を行い、Ｎ枚のＲＤデータ（１〜Ｎ）を得る。次に、Ｎ枚のＲＤデータ毎に、Ｎ2all点の反射点抽出（２４２）を行う。Ｎ枚の各々で反射点数が異なる場合もあるが、簡単のため、例えば所定の数Ｎ2all以下の点数を抽出することとする。この近傍の点のＮ2（Ｎ2≦Ｎ2all）グループ毎に、ドップラ軸の拡張アレイ処理を行う（２５Ｄ，２６Ｄ，２７Ｄ）。以上の処理により、Ｎ×Ｎ2枚の加算した高分解能なＲＤデータが得られるため、これを重畳（振幅加算）（２８）して、全体の高分解能なＲＤデータ（画像）を得る。以上の処理の概要を図８に示す。

図８において、（ａ）はレンジ−ドップラ面におけるＩＳＡＲ画像、（ｂ）は抽出点（Ａ〜Ｅ）毎の分離画像、（ｃ）はレンジ軸拡張アレイ処理、（ｄ）はドップラ軸拡張アレイ処理、（ｅ）は各抽出点の画像を重畳したＩＳＡＲ画像を示している。

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置によれば、レンジ−ドップラ画像を生成した後、振幅スレショルドにより抽出したＮall点を近傍の点のＮ（Ｎ≦Ｎall）グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸に配置し、レンジ軸（ドップラ軸）について、拡張アレイ処理を適用した結果より、振幅スレショルドにより抽出したＮ2点を各々分離し、抽出した各点毎にレンジ−ドップラ軸に配置し、ドップラ軸（レンジ軸）について拡張アレイ処理を行い、ドップラ軸（レンジ軸）についてはＦＦＴ処理して再度画像化し、Ｎ2点についての画像結果を振幅重畳して、高分解能な画像を得る。すなわち、レンジ軸とドップラ軸の両者に拡張アレイ処理を適用することにより、両軸同時に高分解能化を図ることができる。

（第４の実施形態）複数回ＫＲ積
図９を参照して、第４の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
第１乃至第３の実施形態における拡張アレイ処理では、１回だけＫＲ積処理を行う場合について説明したが、ＫＲ積アレイでは、（１２）及び（１３）式に示すように、1回の処理で波源信号ＸinとＸin^＊の乗算により実数（振幅）になるため、複数回繰り返しても波源信号は実数のままであり、ＳＮ（信号対雑音電力比）以外の影響はない。このため、所定のＳＮ以上であれば、ＫＲ積アレイ処理を複数回繰り返すと、さらに角度軸高分解能化を図ることができる。

図９は第４の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図である。この場合、拡張アレイ処理を複数回行う構成（２６ａ）に特徴がある。すなわち、初期アレイ長をＭとすると、１回の拡張アレイ処理により、アレイ長は２Ｍ―１になるため、例えば、３回繰り返すと、レンジ軸（ドップラ軸）の信号アレイ長は次のようになる。

信号アレイ長が増えると、レンジ軸（ドップラ軸）の高分解能化が図られることになるのと等価である。ＫＲ積処理が複数回（２６ａ）になっている点が第１乃至第３の実施形態と異なる点である。

（第５の実施形態）ビート周波数
図１０乃至図１２を参照して、第５の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
図１０は第５の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図、図１１は第５の実施形態に係るレーダ装置において、送信信号として生成される連続波スイープの信号波形を示す波形図、図１２は第５の実施形態に係るレーダ装置において、ＩＳＡＲ画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図である。

複数反射点による拡張アレイ処理では、複数反射点の相関を極力低減することが肝要となる。このための手法として、広帯域信号を送受信して、レンジ分解能を向上させる手法がある。ただし、広帯域信号に対応するには、レンジサンプリング速度を高くする必要があり、処理規模が増大してしまう。この対策のために、連続波スイープ信号（非特許文献６参照）か、パルス変調したステップ周波数（非特許文献７参照）を送信し、受信はローカル信号をスイープして、ビート周波数による観測にする手法がある。図１０に示すレーダ装置では、送信信号生成器１１ａにおいて、図１１に示すスイープ信号を生成し、ＦＦＴ処理器３０，３１において、受信側で受信出力にFast-time FFT（３０）、Slow-time FFT（３１）の処理を行う。

すなわち、ビート周波数ｆbは、次式で与えられる。

ビート周波数ｆbは、目標距離成分と目標速度成分から決まる。受信ロ−カル信号もスイープすることにより、受信信号の周波数は差分となり、目標距離や目標速度が所定の値以下であれば、スイープ周波数帯域よりもビート周波数は小さくなるため、受信器２１は小型になる。

ビート周波数による観測の場合、図１１に示すように、スイープ時間軸をfast-time、スイープ間の軸をslow-timeとすると、Fast-time FFT処理（３０）を行い、さらにSlow-time FFT処理（３１）を行って、レンジ（Fast-time）軸−ドップラ（Slow-time）軸でＮ点の反射点を抽出（２４）することができる。この抽出した反射点の各々について、図１２（（ａ）はレンジ−ドップラ面におけるＩＳＡＲ画像、（ｂ）は抽出点（Ａ〜Ｅ）毎の分離画像、（ｃ）はレンジ軸ＩＦＦＴ、拡張アレイ処理、レンジ軸ＦＦＴによる拡張アレイ処理＋画像化の処理結果、（ｄ）は各抽出点の画像を重畳したＩＳＡＲ画像を示している。）に示すように、第１乃至第４の実施形態と同様に、レンジ軸（ドップラ軸）でＩＦＦＴ処理（２５）を行えば、位相勾配に対応するアレイ信号ｆp（slow,fast）信号を得ることができる。これを、第１の実施形態の（１０）式のfp（t,ku）と置き換えれば、第１の実施形態と同様の手法の（１１）式〜（１４）式の手順で拡張アレイ信号のレンジ軸Ｘkra、ドップラ軸Ｘkrbを得ることができる。また、レンジ軸及びドップラ軸でＦＦＴ処理（２７）を行って重畳（２８）を行うようにすれば、高分解能のレンジ−ドップラデータ（fast time-slow timeデータ）を得ることができる。

以上のように、第５の実施形態に係るレーダ装置によれば、連続スイープ信号、またはパルス変調したステップ周波数信号を送受信して、ビート周波数を観測する。すなわち、連続スイープ信号を用いてビート周波数を観測することにより、レンジ分解能を向上させるために広帯域信号を用いる場合でも、ビ−ト周波数は低いため、ハードウェア規模を増やさずに、拡張アレイ処理によるレンジ−ドップラ軸の高分解能化を図ることができる。

（第６の実施形態）遠距離ビート周波数
図１３及び図１４を参照して、第６の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
図１３は第６の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図、図１４は第６の実施形態に係るレーダ装置において、パルス送受信の場合と連続波送受信の場合を比較して示す波形図である。

第５の実施形態では、ビート周波数による観測手法について述べた。この場合、目標距離による遅延時間により、遠距離の場合にはビート周波数が高くなり、連続波を使うことによる受信周波数帯域の低減の効果が小さくなる。この対策のため、本実施形態では、図１３に示すように、受信器３２でローカル周波数の開始時間を時間方向にずらす。ずらす時間Ｔdとしては、目標観測距離範囲を決めて、ビート周波数幅が所定値以下になるようにすればよい。受信信号は、レンジ補正器３３にて、時間Ｔdだけずらせたローカル信号毎に目標信号のビート周波数を補正する。以降の処理は、第５の実施形態と同様である。

なお、目標観測距離範囲が広い場合には、観測ビート周波数幅が所定の値以下になるように目標観測距離範囲を分割し、受信系を分割数分用意して、ローカル周波数の時間遅延を設定すればよい。分割したローカル信号の重複期間については、重複したローカル信号の各々で処理した目標受信振幅のうち、最も大きい振幅について目標の距離を算出すればよい。目標距離が遠距離のみ等に限定できる場合は、時間Ｔdを調整して、その観測時間範囲のみにローカル信号を設定してもよい。

以上のように、第６の実施形態に係るレーダ装置によれば、ビート周波数観測時に、スイープ毎に受信する近距離目標と、時間遅延（Ｔd）後のスイープ毎に受信する遠距離目標を分離し、遠距離目標については、Ｔd分に相当するビ−ト周波数ずれを含めてビ−ト周波数を算出して、狭帯域受信器でも遠距離目標を観測するようにした。すなわち、遠距離目標の場合には、距離に対する時間遅延後のスイープにおいて受信されるが、スイープ毎に受信される近距離目標と分離して、時間遅延分ビート周波数を補正することにより、遠距離目標のビート周波数を正しく算出できるため、ビート周波数を低くして、狭帯域受信器でもハードウェア規模を増やさずに、拡張アレイ処理によるレンジ−ドップラ軸の高分解能化を図ることができる。

上述したように、各実施形態のレーダ装置は、レンジ−ドップラ軸に拡張アレイ処理を適用することで、周波数帯域が比較的狭い場合や、観測時間が比較的短い場合でも、レンジ分解能またはドップラ分解能の少なくともいずれか一方を高分解能化することができる。

なお、本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１，１１ａ…送信信号生成器、１２…送信分配器、１３…ビ−ム制御器、１４１〜１４Ｎ…送信移相器、１５１〜１５Ｎ…送信増幅器、１６１〜１６Ｎ…サーキュレータ、１７１〜１７Ｎ…アンテナ素子、１８１〜１８Ｎ…受信増幅器、１９１〜１９Ｎ…受信移相器、２０…受信合成器、２１…受信器、２２…レンジ圧縮器、２３…クロスレンジ圧縮器、２４，２４１，２４２…反射点抽出器、２５，２５Ｒ，２５Ｄ…ＩＦＦＴ処理器、２６，２６ａ，２６ｂ，２６Ｒ，２６Ｄ…拡張アレイ処理器、２７，２７ａ，２７ｂ，２７Ｒ，２７Ｄ…ＦＦＴ処理器、２８，２８ａ，２８ｂ…振幅重畳器、２９Ｒ，２９Ｄ…ゼロ埋め処理器、３０…Fast-time FFT処理器、３１…Slow-time FFT処理器、３２…受信器、３３…レンジ補正器。

Claims (7)

1. レーダ受信信号からレンジ−ドップラ画像を生成する画像生成手段と、
   前記レンジ−ドップラ画像から振幅スレショルドにより反射点Ｎallを抽出する抽出手段と、
   前記抽出された反射点Ｎallを近傍の点のＮ（Ｎ≦Ｎall）グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸（fast-slow-time軸）に配置し、レンジ軸（Ｎr点）及びドップラ軸（Ｎd点）の各々で逆フーリエ変換して得たレンジ軸及びドップラ軸の少なくともいずれか一方について拡張アレイ処理を適用して、２Ｎｒ−１点または２Ｎd−１点とする拡張アレイ処理手段と、
   前記拡張アレイ処理を適用した軸についてはフーリエ変換して再度画像化する再画像化手段と、
   前記Ｎ点についての画像結果を振幅重畳して高分解能画像を出力する重畳手段と
   を具備するレーダ装置。
2. 前記拡張アレイ処理手段は、前記レンジ軸及びドップラ軸について逆フーリエ変換した後、拡張アレイ処理を適用した結果より、レンジ軸及びドップラ軸について、分解能を合わせるためのゼロ埋めを行う請求項１記載のレーダ装置。
3. 前記拡張アレイ処理手段は、前記レンジ軸またはドップラ軸について、拡張アレイ処理を適用した結果より、振幅スレショルドにより抽出したＮ2点を各々分離し、抽出した各点毎にレンジ−ドップラ軸に配置し、ドップラ軸またはレンジ軸について、拡張アレイ処理を行い、
   前記重畳手段は、前記Ｎ2点についての画像結果を振幅重畳して高分解能画像を出力する請求項１記載のレーダ装置。
4. 前記拡張アレイ処理手段は、前記拡張アレイ処理を必要に応じて振幅規格化を含めてＮkr回実施する請求項１乃至３のいずれか記載のレーダ装置。
5. 前記画像生成手段は、連続スイープ信号、またはパルス変調したステップ周波数信号を送受信して、ビート周波数観測してレンジ−ドップラ画像を生成する請求項１乃至４のいずれか記載のレーダ装置。
6. 前記画像生成手段は、ビート周波数観測時に、各スイープ毎に受信する近距離目標と、時間遅延（Ｔd）後のスイープ毎に受信する遠距離目標を分離し、遠距離目標については、Ｔd分に相当するビ−ト周波数ずれを含めてビ−ト周波数を算出して遠距離目標を観測する請求項５記載のレーダ装置。
7. レーダ受信信号からレンジ−ドップラ画像を生成し、前記レンジ−ドップラ画像から振幅スレショルドにより反射点Ｎallを抽出し、抽出された反射点Ｎallを近傍の点のＮ（Ｎ≦Ｎall）グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸（fast-slow-time軸）に配置し、レンジ軸（Ｎr点）及びドップラ軸（Ｎd点）の各々で逆フーリエ変換して得たレンジ軸及びドップラ軸の少なくともいずれか一方について拡張アレイ処理を適用して、２Ｎｒ−１点または２Ｎd−１点とし、前記拡張アレイ処理を適用した軸についてはフーリエ変換して再度画像化し、前記Ｎ点についての画像結果を振幅重畳して高分解能画像を出力するレーダ装置のレーダ信号処理方法。

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