JP6702557B2 - レーダシステム - Google Patents

Description

本実施形態は、複数の送受信レーダ装置、または受信レーダ装置により目標の位置を検出するマルチスタティック方式のレーダシステムに関する。

複数の送受信レーダ装置、または受信レーダ装置により目標の位置を検出する、従来のマルチスタティックレーダシステムでは、レーダ装置間の時刻同期が不十分な場合や距離精度が不十分な場合には、観測位置の誤差が大きかった。また、開口の小さい受信装置を用いた場合には、十分な測角精度を得ることが困難であった。また、送信装置が見通し外にある場合には、直接波を受信できず、同期したマルチスタティック動作ができなかった。

パルス圧縮、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) 位相モノパルス（位相比較モノパルス）方式、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996) テーラー分布、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.134-135(1996) ＣＦＡＲ処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996) ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、西村、‘ディジタル信号処理による通信システム設計’、ＣＱ出版社、pp.222-226(2006) 符号化レーダ、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.278-280(1996) 符号コード（Ｍ系列）発生方式、M.I.Skolnik, ‘Introduction to radar systems’, McGRAW-HILL pp.429-430(1980) ＳＳ変調、丸林、スペクトル拡散通信とその応用、電子情報通信学会編、pp.1-18(1998） ＯＦＤＭ、西村、‘ディジタル信号処理による通信システム設計’、ＣＱ出版社、pp. 248-269(2006)

以上述べたように、従来のマルチスタティックレーダシステムでは、レーダ装置間の時刻同期ずれや中心周波数のずれ等の影響で、精度よく観測できず、距離精度が不十分であり、また小型の受信装置では測角精度も低い課題があった。

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、レーダ装置間の同期・同調を行って目標距離を高精度に観測することのできるレーダシステム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システムは、Ｎtr（Ｎtr≧２）台の符号化またはランダム信号変調を行う送受信装置を備える。観測時間軸を通信期間、ＣＷ（Continues Wave）期間及びレンジング期間に分割し、前記通信期間では、位置、送信周波数、送信時刻を含む通信情報を変調信号として、他の送受信装置の受信では、直接波または目標から反射した受信波を受信して、必要に応じて前記ＣＷ期間に算出した速度で補正した信号を用いて復調した後、復調信号を用いて同期及び同調させ、前記ＣＷ期間では、Ｍcw（Ｍcw≧１）チップをＭcwall（Ｍcwall≧２）回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を用いて速度を算出し、前記レンジング期間では、Ｍr（Ｍr≧２）チップにより変調した信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を用いて、観測速度により補正した参照信号を用いて、レンジ圧縮して距離を出力し、必要に応じて測角を行い、目標の３次元位置または２次元位置を算出する。

すなわち、通信期間において、送信側の装置の位置、送信タイミング、送信周波数を通信情報から抽出することにより同期同調し、ＣＷ期間において、速度を抽出し、レンジング期間において、速度により補正した参照信号を用いてパルス圧縮して目標距離を観測し、また送信ビームスケジュールを通信情報から抽出することにより、受信側の装置では送信方向、周波数等に応じた受信ビームを形成し、観測範囲を効率よく観測し、目標の３［または２］次元の位置を同定することができる。

第１の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図。 第１の実施形態において、送信信号の変調パルスと拡散符号の一例を示す図。 第１の実施形態において、送信信号、受信信号、通信復調結果を示す図。 第１の実施形態において、同期前後の送信と受信のタイミング関係を示す図。 第１の実施形態において、変調及び復調の処理の流れを示す図。 第１の実施形態において、レンジ−ドップラデータを取得する様子を示す図。 第１の実施形態において、クラッタがある場合のレンジ−ドップラ観測結果を示す図。 第１の実施形態において、複数の送受信装置がある場合の同期／同調を実行する概念を示す図。 第１の実施形態において、目標位置の同定例を示す図。 第１の実施形態において、送信ビームスケジュールを通信情報から抽出して受信ビームを効率よく形成する様子を示す図。 第２の実施形態に係るレーダシステムの概略構成を示すブロック図。 第２の実施形態において、送信信号の変調パルスと拡散符号の一例を示す図。 第２の実施形態において、送信信号、受信信号、通信復調結果を示す図。 第３の実施形態に係るレーダシステムの概略構成を示すブロック図。 第４の実施形態に係るレーダシステムの概略構成を示すブロック図。 第４の実施形態において、搭載用レーダの場合の座標系を示す図。 第５の実施形態に係るレーダシステム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システムの概略構成を示すブロック図。

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）
図１乃至図１０を参照して、第１の実施形態に係るレーダシステムを説明する。図１に全体の系統を示し、図２（ａ），（ｂ）に送信信号の変調パルスと拡散符号の一例を示し、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ送信信号、受信信号、通信復調結果を示す。

このレーダシステムは、図１に示すように、互いに同構成のＮtr個の送受信装置ＴＲ１〜ＴＲＮtr（図１ではＮtr＝３）を備える。送受信装置ＴＲｉ（ｉは１〜Ｎtrのいずれか、図１ではｉ＝３）は、送信装置Ｔｉと受信装置Ｒｉとを備える。

上記送受信装置ＴＲｉにおいて、ｉ＝１の送受信装置ＴＲ１を代表に説明する。

送信装置Ｔ１は送信アンテナＴ１１と送信器Ｔ１２とを備え、送信器Ｔ１２は送信部Ｔ１２１と送信変調部Ｔ１２２とを備える。

受信装置Ｒ１は、受信アンテナＲ１１と受信器Ｒ１２と信号処理器Ｒ１３とを備える。受信器Ｒ１２は、受信部Ｒ１２１とローカル制御部Ｒ１２２とタイミング制御部Ｒ１２３とビーム指向方向制御部Ｒ１２４を備える。信号処理器Ｒ１３は、Σ１ビーム系統、Σ２ビーム系統、Δビーム系統を備える。Σ１ビーム系統は、ＡＤ（Analog-Digital）変換部Ｒ１３１、データ保存部Ｒ１３２、復調部Ｒ１３３、制御信号生成部Ｒ１３４、ＣＷ期間処理部Ｒ１３５、速度抽出部Ｒ１３６、レンジング期間処理部Ｒ１３７、参照信号生成部Ｒ１３８を備える。Σ２ビーム系統は、ＡＤ変換部Ｒ１３９、相関処理用ウェイト部Ｒ１３ａ、相関処理部Ｒ１３ｂ、ＣＦＡＲ処理部Ｒ１３ｃ、測距部Ｒ１３ｄ、測角部Ｒ１３ｅ、位置同定部Ｒ１３ｆを備える。Δビーム系統は、ＡＤ変換部Ｒ１３ｇ、相関処理用ウェイト部Ｒ１３ｈ、相関処理部Ｒ１３ｉを備える。

上記送信装置Ｔ１において、送信アンテナＴ１１は複数のアンテナ素子を配列して大開口アレイを形成してなるフェーズドアレイアンテナであり、送信器Ｔ１２から繰り返し供給される特定周波数の送信信号を指定方向に送出する。送信器Ｔ１２では、送信変調部Ｔ１２１において送信位置、送信時刻、送信周波数等の通信情報で変調された送信信号を送信部Ｔ１２２によって送信アンテナＴ１１に送出する。

上記受信装置Ｒ１において、受信アンテナＲ１１は送信系と同様に複数のアンテナ素子を配列して大開口アレイを形成してなるフェーズドアレイアンテナであり、送信装置Ｔ１及び他の送受信装置ＴＲ１から送出された送信波の反射波を受信する。受信器Ｒ１２では、受信部Ｒ１２１において、受信アンテナＲ１１の複数のアンテナ素子でそれぞれ受信された信号をビーム制御指示に従って位相制御を施し合成することで、任意の方向に受信ビームを形成して受信信号を取得し、ベースバンドに周波数変換する。このようにして得られた受信信号は信号処理器Ｒ１３に送られる。

上記信号処理器Ｒ１３は、受信信号をΣ１，Σ２ビーム系統とΔビーム系統に分配する。

Σ１ビーム系統に入力された受信信号は、ＡＤ変換部Ｒ１３１でデジタル信号に変換されてデータ保存部Ｒ１３２に保存される。ここで、観測期間は通信期間、ＣＷ期間及びレンジング期間に分割される。この各期間の分割順は、入れ替えてもよい。

復調部Ｒ１３３は、通信期間において、データ保存された受信信号から送信位置、送信時刻、送信周波数等の通信情報を復調する。復調された通信情報は制御信号生成部Ｒ１３４に送られる。この制御信号生成部Ｒ１３６は、通信情報に基づいて受信器Ｒ１２のローカル制御部Ｒ１２２に対するローカル周波数制御信号、タイミング制御部Ｒ１２３に対するタイミング制御信号、ビーム指向方向制御部Ｒ１２４に対するビーム指向方向制御信号を生成する。

また、ＣＷ期間処理部Ｒ１３５は、データ保存された受信信号からＣＷ期間を切り出す。速度抽出部Ｒ１３６は、ＣＷ期間の受信信号から目標速度を算出する。また、レンジング期間処理部Ｒ１３７は、データ保存された受信信号からレンジング期間を切り出す。参照信号生成部Ｒ１３８はレンジング期間の受信信号を圧縮するための参照信号を生成し、ＣＷ期間の目標速度を用いて参照信号を補正する。

Σ2ビーム系統に入力された受信信号は、ＡＤ変換部Ｒ１３９でデジタル信号に変換され、相関処理用ウェイト部１３ａで相関前処理としてウェイトを乗算され、相関処理部Ｒ１３ｂで参照信号との相関処理によりレンジ圧縮された後、ＣＦＡＲ処理部Ｒ１３ｃで所定のスレショルドを超えるセル（時間サンプル）の検出が実行される。続いて、測距部Ｒ１３ｄ、測角部Ｒ１３ｅの測距、測角処理によりＣＦＡＲ検出セルの中から目標までの距離、方向が演算され、位置同定部Ｒ１３ｆによって目標の位置が同定され、観測結果して出力される。

Δビーム系統に入力された受信信号は、ＡＤ変換部Ｒ１３ｇでディジタル信号に変換され、相関処理用ウェイト部Ｒ１３ｈで相関前処理としてウェイトを乗算され、相関処理部Ｒ１３ｉで相関処理されて時間領域のΔビーム信号に変換された後、上記測角部Ｒ１３ｅに送られ、測角演算に用いられる。

上記構成によるレーダシステムにおいて、以下にその処理動作を説明する。

図２は本実施形態の送信パルスのタイミング（図２（ａ）変調パルス）と各送信パルスの変調符号例（図２（ｂ）拡散符号）を示し、図３にその処理の全体概要を示している（図３（ａ）送信期間、図３（ｂ）受信期間、図３（ｃ）目標距離）。

本実施形態では、観測期間を通信期間、ＣＷ期間及びレンジング期間に分割し、通信期間で送信装置の位置、送信時刻、周波数情報を復調する、この各期間の分割順は、入れ替えてもよい。次に、ＣＷ期間で目標速度を算出し、レンジング期間で目標速度を用いて圧縮のための参照信号を補正して測距し、目標の３次元の位置を同定する。図２では、一例として長パルスの場合を示しているが、他の送信パルスや連続波の場合でもよい。

まず、レーダ装置間が離隔しているため、時刻同期及び中心周波数のずれの補正が必要である。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に、同期前と同期後の送信タイミング、受信タイミング、通信復調出力を示して、時刻同期について説明する。

送信装置Ｔ１では、図２に示すように、送信パルスに対して、送信位置、送信時刻、送信周波数等の通信情報を、拡散符号で変調（２次変調）する。符号化（非特許文献６参照）の方式としては、ＳＳ変調（非特許文献８参照）が考えられる。具体的には、例えばＭ系列コード（非特許文献７参照）があり、他のコードでもよい。この符号化の中には、±１内の小数を含むランダム信号（ノイズ）も含まれるものとする。また、ランダム信号としては、位相をランダムにすることであり、例えば周波数を変えて変調（周波数ホッピング）する方式も含まれる。この場合は、ローカル信号は同一にして、ローカル信号からの周波数を変化させれば、コヒーレント性を確保して周波数を変化できる。

上記の符号列を用いて、次式に示すように、信号位相を変化させて、送信用信号を生成する。

上記はＢＰＳＫ（Binary Phase shift Keying、非特許文献５参照）の場合であるが、他の位相変調方式でもよい。

送受信装置ＴＲ１では、送信装置Ｔ１において、送信変調部Ｔ１２２でパルス列を符号コードにより変調して送アンテナＴ１１から送信し、受信装置Ｒ１において、アンテナＲ１１で捕捉した目標で反射された信号をローカル制御（Ｒ１２２）によって周波数変換し、ＡＤ変換（Ｒ１３１）によりディジタル信号に変換される。この受信信号の様子を図３に示す。受信パルス毎の受信信号は次式で与えられる。

この受信パルス列は、前述したようにＭcmチップの信号がＭcmall回繰り返したパルス列である。このMcmチップの信号を抽出するために、通信期間において相関処理を行う。相関処理のための参照信号は、次式で与えられる。

受信信号長と合わせるために、ゼロ埋めを行う。

これより、参照信号の周波数軸信号は次式となる。

一方、受信信号をＦＦＴ処理して

相関処理は周波数軸の乗算を逆ＦＦＴ処理して、次式となる（非特許文献１参照）。

この相関処理後の受信信号は、図３に示すようにＭcmチップ毎に積分した結果に相当し、ＭcmチップによるＰＲＩ周期（Ｔcm）で、Ｍcmall個のピークが現れる。このＭcmall個のデータが、復調したい信号に相当するため、変調方式に応じて、位相成分を抽出して復調する。また、目標反射信号の場合には、この位相成分には、目標ドップラ成分が含まれるため、復調の精度を高めるためには、目標速度に応じて、ドップラ成分による位相を補正する。この速度としては、後述するＣＷ期間の速度成分を用いる。

この信号を用いて、位相成分を抽出すれば、ドップラ成分を補正した復調信号が得られる。復調信号には、送信装置の位置、送信時刻、送信周波数の通信情報が含まれている。送信装置のパルス送信時刻がわかると、図４に示すように、同期前に外れていた送信と受信のタイミングをタイミング制御（Ｒ１２３）で同期させ、距離ゼロを合わせることができる。このタイミング合わせは、後述する測距（Ｒ１３ｄ）の際に時刻ずれの影響を距離差（時間ずれ×光速／２）に換算して距離を補正してもよい。また、送信装置と受信装置の中心周波数がずれている場合には、ドップラ成分に誤差が生じるが、通信情報を用いて送信周波数に受信周波数を合わせることにより、正確なドップラ周波数を観測することができる。このドップラずれについても、後述する速度抽出（Ｒ１３６）において、中心周波数ずれ（ドップラずれΔｆｄ）を速度差（波長×Δｆｄ／２）に換算して速度を補正してもよい。

以上は、通信変調の際に、（１）式に示すように、通信情報ビットをcm(p)として、変調する方式について述べた。この場合、各ビットのＳＮは、拡散符号系列Ｃcmの長さで決まる。この際、ノイズの影響を抑圧するためには、ＯＦＤＭ変調（非特許文献９参照）に類似の処理をすることができる。このためにcm列を逆ＦＦＴ処理して、通信変調用のパルス幅全体に広げる。

この情報cm2を、（１）式のcmに置き換えて、（１）〜（８）式の処理を行い、scm(t)を得る。この様子を図５に示す。この相関処理後の受信信号は、ＭcmチップによるＰＲＩ周期（Ｔcm）で、Ｍcmall個のピークが現れる。このＭcmall個のデータは、（１０）式に示すようにＩＦＦＴ処理した情報であるため、ＦＦＴ処理した結果が復調したい信号に相当する。これを用いて、変調方式に応じて位相成分を抽出して復調する。これは、Ｍcmall個のピークの位置をＦＦＴ処理する手法であるが、受信パルスの位置はおよそ抽出できるが、ＳＮが低くてピークの位置を抽出しにくい場合は、受信パルスの幅内で、Ｍcmセル間隔毎に抽出したセル数ＭcmallのＦＦＴ処理を、セルを１ずつずらせたＭcm回実施し、ＦＦＴ処理結果が最大振幅（平均の最大等）になるＦＦＴ処理結果を抽出して、位相復調すればよい。

次にＣＷ期間の処理について述べる。ＣＷ期間では、ドップラを観測する必要があり、図２に示すように、Ｍcwチップの符号を用いてＭcw×Ｍcwall個のパルスをＭcwチップずつ同一の符号で変調し、Ｍcwall回繰り返す。ＨＰＲＦの場合のレンジング期間では、Ｍrngチップの符号を用いて、Ｍrng個のパルスを符号変調する。

符号化の方式としては、ＳＳ変調（非特許文献８参照）が考えられる。具体的には、例えばＭ系列コード（非特許文献７参照）があり、他のコードでもよい。この符号化の中には、±１内の小数を含むランダム信号（ノイズ）も含まれるものとする。この信号符号列を用いて、次式に示すように、信号位相を変化させて、送信用信号を生成する。

上記はＢＰＳＫ（Binary Phase shift Keying、非特許文献３参照）の場合であるが、他の位相変調方式でもよい。

送受信装置ＴＲ１の符号生成制御により、パルス列を符号コードにより変調して送受信した信号を周波数変換し、ＡＤ変換によりディジタル信号に変換する。この受信信号の様子を図３に示す。各受信パルス毎の受信信号は次式で与えられる。

この受信パルス列は、前述したようにＭcwチップの信号がＭall回繰り返したパルス列である。このＭcwチップの信号を抽出するために、ＣＷ期間において相関処理を行う。相関処理のための参照信号は、次式で与えられる。

受信信号長と合わせるために、ゼロ埋めを行う。

これより、参照信号の周波数軸信号は次式となる。

一方、受信信号をＦＦＴ処理して

となる。相関処理（Ｒ１３ｂ）は周波数軸の乗算に、サイドローブ低減用のウェイトを乗算し、逆ＦＦＴ処理して、次式となる。

この相関処理後の受信信号は、図３に示すように、Ｍcwチップ毎に積分した結果に相当し、ＭcwチップによるＰＲＩ周期で、Ｍall個のピークが現れる。このＭall個の信号をＦＦＴ処理すれば、ドップラ信号を検出することができる。このために、図６（ａ）に示すようにＴcw内のレンジセル（Ｐセル）毎に、Ｔcw間（slow-time軸）のＦＦＴ処理を行い、図６（ｂ）に示すようにレンジ−ドップラデータを得る。この目標信号をＣＦＡＲ（非特許文献４参照）等より抽出して、速度を算出することができ、目標が複数の場合には、複数目標の速度を得ることができる。また、クラッタがある場合には、レンジ−ドップラで観測すると、図７に示すように観測される。このままＣＦＡＲ等の検出を行うと、目標のみでなくクラッタまで検出され、正しい目標速度を出力できない場合がある。この対策のために、自機の速度が既知であることと、メインローブ方向のＡＺ，ＥＬ角度より、クラッタの中心速度を算出できるため、それを中心に所定の速度幅の速度範囲を抑圧した上で、目標速度を抽出する。

次に、レンジング期間の信号を用いて相関処理をするための基準参照信号を生成する。基準参照信号としては、ＣＷ期間で出力した目標速度を用いる。

設定した基準参照信号長はＭrngであり、相関処理のために符号長をＲcell（図２）にするために、ゼロ埋めしたものを参照信号とする。

この参照信号と入力信号との相関を算出するために、参照信号をＦＦＴ処理する。

一方、レンジング期間の受信信号は次式で表すことができる。

受信信号をＦＦＴ処理して

相関処理は周波数軸の乗算を逆ＦＦＴ処理して、次式となる。

この様子を図３に示す。目標距離は、srng（ｔ）をＣＦＡＲ等によりスレショルド検出して、時間軸を距離軸に変換すれば算出できる。速度については、ＣＷ期間のデータにより算出した結果を出力する。

本実施形態は、図８に示すように複数の送受信装置がある場合であるが、離隔した送受信装置のうち、１台を送信、他の１台を受信とした場合でもよい。この場合の目標位置同定例について図９に示す。図９に示すように、送信〜目標〜受信間の距離と受信から見た目標のＡＺ，ＥＬの測角値と通信情報に含まれる送信位置がわかれば、目標位置を同定することができる。ＡＺ（ＥＬ）測角手法としては、アンテナ開口をＡＺ（ＥＬ）面に２分割して、和信号と差信号による位相モノパルス測角（非特許文献２参照）等を用いればよい。

以下に、通信変調した送受信装置を用いた運用例について述べる。送受信装置であれば、マルチスタティック運用時に、送信装置としても、受信装置としても用いることができる。

送信装置のビームスケジュールを通信情報から抽出することにより、受信装置では送信方向、周波数等に応じた受信ビームを形成し、無駄な送信を不要とし、観測範囲を効率よく観測することができる。一例を図１０に示す。送信ビームに対して、異なる２サイトの受信ビームを制御して、無駄なく観測することができる。

複数のマルチスタティックの装置間で観測した場合、ＳＮ（信号電力／雑音電力）が高い目標が得られた場合の観測範囲と送信装置の位置やビーム指向方向等をデータベース化しておき、以降の観測において用いることで、環境を含めた学習効果が期待できる。

また、キャリブレーション時においては、１台の送受信装置で観測した目標位置を基準として、その位置を通信変調し、他の送受信装置に伝送する。これにより、マルチスタティック観測した場合の位置を、基準位置により補正することができる。

以上のように、本実施形態に係るレーダシステムは、Ｎtr（Ｎtr≧２）台の符号化またはランダム信号（ノイズ）変調を用いる送受信装置において、観測時間軸を通信期間、ＣＷ期間及びレンジング期間に分割し、通信期間では位置、送信周波数、送信時刻等の通信情報を変調信号として、他の送受信装置の受信では、直接波または目標から反射した受信波を、必要に応じてＣＷ期間に算出した速度で補正した信号を用いて復調した後、復調信号を用いて同期及び同調させるとともに、ＣＷ期間において、Ｍcw（Ｍcw≧１）チップをＭcwall回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を用いて速度を算出し、レンジング期間において、Ｍrチップにより変調した信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を用いて、観測速度により補正した参照信号を用いて、レンジ圧縮して距離を出力し、必要に応じて測角を行い、目標の３［または２］次元位置（ｘ,ｙ,ｚ）[または(ｘ,ｙ)]を算出する。すなわち、通信期間において、送信装置（送受信装置）の位置、送信タイミング、送信周波数を通信情報から抽出することにより、同期同調し、ＣＷ期間において、速度を抽出し、レンジング期間において、速度により補正した参照信号を用いてパルス圧縮して目標距離を観測し、また送信ビームスケジュールを通信情報から抽出することにより、受信装置（送受信装置）では送信方向、周波数等に応じた受信ビームを形成し、観測範囲を効率よく観測し、目標の３次元または２次元の位置を同定することができる。

（第２の実施形態）
図１１乃至図１３を参照して、第２の実施形態に係るレーダシステムを説明する。図１１は全体の系統を示し、図１２（ａ），（ｂ）は送信信号の変調パルスと拡散符号の一例を示し、図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ送信信号、受信信号、通信復調結果を示す。

第１の実施形態では、比較的長パルスの場合について述べた。この場合、送信装置と受信装置が離隔している場合はよいが、送受信装置の場合には、送信ブラインドが長くなり、近距離の観測ができない。この対策のために、本実施形態ではチップ長１の単パルスを用いる場合について述べる。

全体の系統を図１１に示す。送信信号を図１２に、また受信信号と処理の概要を図１３に示す。通信期間、ＣＷ期間及びレンジング期間とも、第１の実施形態の長パルスの代わりに単パルスを送受信する。単パルスは、長パルスを分割して、ＰＲＩ（パルス繰り返し周期）による間隙を空けた信号に相当する。

通信期間では、図１３に示すように、パルス数ＭcmをＭcmall回繰り返して送受信し、符号長Ｍcmの参照信号を用いて相関処理し、Ｍcmallの信号の位相成分を用いて通信情報を復調する。ＣＷ期間では、図１３に示すように、パルス数ＭcwをＭcwall回繰り返して送受信し、符号長Ｍcwの参照信号を用いて相関処理し、Ｍcwallの信号を図６と同様に、レンジセル毎にＦＦＴ処理してドップラ成分を抽出し、目標速度を算出する。レンジング期間では、図１３に示すように、パルス数Ｍrngを送受信し、符号長Ｍrngの参照信号を用いて相関処理し、目標距離を算出する。

これにより、算出した距離と必要に応じて測角値を用いて、図８または図９のように目標の３次元位置（２次元位置）を同定する。

以上のように、本実施形態に係るレーダシステムは、通信期間、ＣＷ期間及びレンジング期間の送信パルス列に対して、チップ長１の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用いる。すなわち、通信期間、ＣＷ期間及びレンジング期間において、符号化した単パルスを用いることにより、ＬＰＩ性を確保しつつ、遠距離のブラインドを抑えて、測速及び測距離ができ、目標の３次元位置（２次元位置）を同定できる。

（第３の実施形態）
図１４を参照して、第３の実施形態に係るレーダシステムを説明する。図１４は全体の系統を示す。

第１及び第２の実施形態では、個々のレーダ装置に送受信装置を用いた場合について述べた。本実施形態では、送信装置と受信装置が分離されている場合について述べる。

本実施形態に係るレーダシステムは、Ｎt（Ｎt≧１）台（図１４ではＮ台）の送信装置Ｔ１〜ＴＮとＮr（Ｎr≧１、Ｎt＋Ｎr≧（４、３)（３次元位置同定、２次元位置同定）台（図１４では１台）の受信装置Ｒ１を備える。

送信装置Ｔ１は、図１の送受信装置ＴＲ１に示したものと同様に、アンテナＴ１１、送信器Ｔ１２を備え、送信器Ｔ１２は送信部Ｔ１２１及び送信変調部Ｔ１２２を備える。同様に、送信装置ＴＮは、アンテナＴＮ１、送信器ＴＮ２を備え、送信器ＴＮ２は送信部ＴＮ２１及び送信変調部ＴＮ２２を備える。

上記受信装置Ｒ１は、図１の送受信装置ＴＲ１に示したものと同様に、受信アンテナＲ１１、受信器Ｒ１２、信号処理器Ｒ１３を備える。但し、信号処理器Ｒ１３において、位置同定部Ｒ１３ｆは除かれている。

すなわち、本実施形態のレーダシステムでは、観測時間軸を通信期間、ＣＷ期間及びレンジング期間に分割し、通信期間では位置、送信周波数、送信時刻等の情報を変調信号として、他の受信装置では、直接波または目標から反射した受信波を、必要に応じてＣＷ期間に算出した速度で補正した信号を用いて復調した後、復調信号を用いて同期及び同調させるとともに、ＣＷ期間において、Ｍcw（Ｍcw≧１）チップをＭcwall回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を用いて速度を算出し、レンジング期間において、Ｍrチップにより変調した信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を、観測速度により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して距離を出力し、必要に応じて測角を行い、目標の３［または２］次元位置（ｘ,ｙ,ｚ）[または(ｘ,ｙ)]を算出する。

送信装置Ｔ１〜ＴＮは、広範囲の観測範囲を覆うような送信ビームを形成する簡易型でよいが、アンテナがビーム走査できるものでもよい。その場合は、ビームスケジュールを含めて通信変調する。受信装置の通信復調方式、パルス圧縮処理等は、第１または第２の実施形態と同様である。

受信装置Ｒ１から見て、目標の測角値と、通信情報から入手した送信位置がわかれば、送信〜受信の距離を観測することにより、目標の３次元位置を同定することができる。

以上のように、本実施形態に係るレーダシステムは、Ｎt（Ｎt≧１）台の送信装置とＮr（Ｎr≧1、Ｎt＋Ｎr≧（４，３)（３次元位置同定、２次元位置同定）台の受信装置において、観測時間軸を通信期間、ＣＷ期間及びレンジング期間に分割し、通信期間では位置、送信周波数、送信時刻等の通信情報を変調信号として、他の受信装置では、直接波または目標から反射した受信波を、必要に応じてＣＷ期間に算出した速度で補正した信号を用いて復調した後、復調信号を用いて同期及び同調させるとともに、ＣＷ期間において、Ｍcw（Ｍcw≧１）チップをＭcwall回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を用いて速度を算出し、レンジング期間において、Ｍrチップにより変調した信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を、観測速度により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して距離を出力し、必要に応じて測角を行い、目標の３［または２］次元位置（ｘ,ｙ,ｚ）[または(ｘ,ｙ)]を算出する。

すなわち、送信装置と受信装置が離隔している場合に、通信期間において、送信装置（送受信装置）の位置、送信タイミング、送信周波数を通信情報から抽出することにより、同期同調し、ＣＷ期間において、速度を抽出し、レンジング期間において、速度により補正した参照信号を用いてパルス圧縮して目標距離を観測し、また送信ビームスケジュールを通信情報から抽出することにより、受信装置（送受信装置）では送信方向、周波数等に応じた受信ビームを形成し、観測範囲を効率よく観測し、目標の３次元位置（または２次元位置）を同定することができる。

（第４の実施形態）
図１５及び図１６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。図１５に全体の系統を示し、図１６に搭載用レーダの場合の座標系を示す。なお、図１５において、図１４とは位置同定部Ｒ１３ｆを備える点が異なる。

第１乃至第３の実施形態では、受信装置からみてＡＺ、ＥＬの測角値と送信〜受信の距離を用いて目標の位置を同定する手法について述べた。この場合、受信装置が比較的大型で測角精度が高い場合には、３次元位置精度が高いが、受信装置が小型の場合には、測角精度が低く、位置精度が低くなる。本実施形態では、この対策のために、主に、複数の送信〜受信の距離を用いて３次元位置の同定を行う手法について述べる。

図１６に示すように送信装置を３台とすると、受信装置についても同様の処理を行い、送信１〜目標〜受信、送信２〜目標〜受信までの各々の距離として、Ｒ１a、Ｒ２ａ、Ｒ３ａを得ることができる。

この距離を用いて、図１６に示すように、目標位置（ｘ,ｙ,ｚ）を算出する。この手法としては、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の楕円球面の交点となる。その中で、受信レーダ装置により観測したＡＺ角、ＥＬ角方向の３次元の位置を中心に、所定の範囲内を目標存在領域として、その中の交点を算出する。目標存在領域内の点を（ｘ,ｙ,ｚ）の格子点に分割し、各々の点で次式の値が最小となる点（ｘ,ｙ,ｚ）を算出する。

なお、受信装置に送受信機能がある場合には、送信装置は２台により、同様の方法での交線の中点を目標の３次元の観測位置として出力することができる。

また、例えば、送信装置１台の場合に、受信装置３台あれば、同様にＲ１〜Ｒ３が得られるため、同様の手法で３次元の位置を決めることができる。また、複数の送信装置の場合には、目標のＳＮが低いレーダが含まれる場合があり、そのまま３次元の位置を算出すると、位置誤差が増える場合が考えられる。この対策のため、ＳＮ値に所定のスレショルドを設けて、スレショルド以上の送信〜受信装置の値を用いて位置を算出する。

また、上記実施形態の構成は、目標の３次元の位置を出力する場合について述べたが、目標の２次元の位置（ｘ,ｙ）を出力する場合は、送信装置＋受信装置の数は、送信装置２台＋受信装置１台以上、または、送信装置１台＋受信装置２台以上であればよい。

以上のように、本実施形態に係るレーダシステムは、送信と受信の（３，２）（３次元位置同定、２次元位置同定）組以上の距離Ｒと、受信装置の測角値より、交点を算出することにより、目標の（３，２）次元位置を算出する。

（第５の実施形態）
図１７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。

本実施形態では、送信装置間で情報を共有できる場合について述べる。送信装置Ｔ１〜ＴＮは、送信機能を持っているため、通信復調できるための受信機能を持っていれば、直接波や目標からの反射信号を復調して、送信装置間で通信情報を共有できる。系統を図１７に示す。

図１７において、送信装置Ｔ１は、アンテナＴ１１及び送信器Ｔ１２と共に、信号処理器Ｔ１３及び位置駆動装置Ｔ１４を備える。信号処理器Ｔ１３は、送信パルスを変調する変調信号を生成する変調信号生成部Ｔ１３０と、アンテナＴ１１を通じて受信信号を検波する受信部Ｔ１３１と、受信信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換部Ｔ１３２と、ディジタル化された受信信号にＦＦＴ処理用のウェイトを乗算するＦＦＴ用ウェイト部Ｔ１３３とウェイトが乗算された受信信号をＦＦＴ処理して周波数領域の信号に変換するＦＦＴ処理部Ｔ１３４と、周波数領域でスレショルドを超える信号を求めるＣＦＡＲ処理部Ｔ１３５、ＣＦＡＲ出力から送信情報を復調する復調部Ｔ１３６、復調された送信情報に基づいて受信ビームの指向方向を制御するビーム指向方向制御部Ｔ１３７、復調された送信情報に基づいて位置駆動装置Ｔ１４を駆動制御する位置制御部Ｔ１３８を備える。

同様に、送信装置ＴＮは、アンテナＴＮ１及び送信器ＴＮ２と共に、信号処理器ＴＮ３及び位置駆動装置ＴＮ４を備える。信号処理器ＴＮ３は、変調信号生成部ＴＮ３０と、受信部ＴＮ３１と、ＡＤ変換部ＴＮ３２と、ＦＦＴ用ウェイト部ＴＮ３３と、ＦＦＴ処理部ＴＮ３４、ＣＦＡＲ処理部ＴＮ３５、復調部ＴＮ３６、ビーム指向方向制御部ＴＮ３７、位置制御部ＴＮ３８を備える。

図１７において、送信装置Ｔ１〜ＴＮは、復調部Ｔ１３６により、他の送信装置の情報（送信位置、送信ビーム方向、送信周波数、送信時間等）を復調し、他の送信装置に伝送するために変調信号を生成して、送信変調する。これにより、所定の観測範囲が予め既知であれば、送信装置間で所定の観測範囲を覆う送信ビームを形成するように、送信装置の位置、ビーム指向方向を最適化する制御が可能となる。

以上のように第５の実施形態に係るレーダシステムは、送信装置に送信波を通信復調できる受信手段をもち、送信間で通信情報を共有することにより、送信位置とビーム指向方向を、所定の観測範囲に設定する。すなわち、送信の位置及びビーム指向方向を、所定の観測範囲に応じて最適制御することができる。

（第６の実施形態）
図１８を参照して、第６の実施形態に係るレーダシステムを説明する。図１８はシステム全体の系統を示す。但し、図１８において、受信装置Ｒ１に通信装置Ｒ１３ｊが付加されている点が図１７と異なる。

第５の実施形態では、送信装置間のみの情報共有手法について述べた、本実施形態では、更に受信装置との情報を共有できる手法について述べる。受信装置Ｒ１は、他からの電波放射を極力抑圧するために、有線を含む簡易な通信装置Ｒ１３ｊを備える。無線の場合は、受信装置Ｒ１から極力離隔した位置まで有線とし、その位置から送信装置Ｔ１〜ＴＮに無線で情報を送信する。

送信する情報としては、送信装置の電源ON/OFF、送信タイミング、送信周波数、送信周波数スイープ帯域、観測範囲（ビーム指向方向）、送信装置の位置等がある。

受信装置の近傍の送信装置は、受信装置の通信情報を復調すると、他の送信装置に伝送するために、送信波を変調する。これにより、受信装置も含めて、送信装置間で情報を共有できる。これにより、送信装置〜受信装置まで情報を共有できるため、所定の範囲の目標を観測するために、送信装置の位置、送信ビーム／受信ビ−ムの指向方向等の最適な制御が可能となる。

なお、本実施形態は、受信装置から送信装置へは通信装置Ｒ１３ｊを用いた通信を行うが、第１の実施形態では、複数の送受信装置間で、レーダ波に通信情報を重畳するため、本実施形態と同様の機能を持たせることができる。

また、本実施形態では、送信装置が受信機能をもっているため、送信装置で目標を観測し、受信装置側に送信波に目標位置情報を変調して、伝送することも可能であるが、送信装置の受信規模が増大するという問題が生じる。本実施形態では、送信装置の受信機能は極力簡易にする範囲としている。同様に受信装置の通信機能も、電波を極力送信しないことを特徴とするため、簡易な通信機能としている。

以上のように、第６の実施形態に係るレーダシステムは、受信装置から、Ｎtp（Ｎtp≧１）個の送信装置への通信手段により、送信制御信号を伝送し、送信装置では、送信装置間の送信波の受信手段により、情報共有し、制御を行う。すなわち、送信の位置及びビーム指向方向を受信側で観測した情報を用いて、必要最低限の通信手段を用いて最適制御を実施することができる。

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。さらに、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。

ＴＲ１〜ＴＲ３…送受信装置、
Ｔ１，ＴＮ…送信装置、Ｔ１１，ＴＮ１…送信アンテナ、Ｔ１２，ＴＮ２…送信器、Ｔ１２１，ＴＮ２１…送信部、Ｔ１２２，ＴＮ２２…送信変調部、Ｔ１３，ＴＮ３…信号処理器、Ｔ１４，ＴＮ４…位置駆動装置、Ｔ１３０，ＴＮ３０…変調信号生成部、Ｔ１３１，ＴＮ３１…受信部、Ｔ１３２，ＴＮ３２…ＡＤ変換部、Ｔ１３３，ＴＮ３３…ＦＦＴ用ウェイト部、Ｔ１３４，ＴＮ３４…ＦＦＴ処理部、Ｔ１３５，ＴＮ３５…ＣＦＡＲ処理部、Ｔ１３６，ＴＮ３６…復調部、Ｔ１３７，ＴＮ３７…ビーム指向方向制御部、Ｔ１４，ＴＮ４…位置駆動装置、Ｔ１３８，ＴＮ３８…位置制御部、
Ｒ１…受信装置、Ｒ１１…受信アンテナ、Ｒ１２…受信器、Ｒ１３…信号処理器、Ｒ１２１…受信部、Ｒ１２２…ローカル制御部、Ｒ１２３…タイミング制御部、Ｒ１２４…ビーム指向方向制御部、Ｒ１３…信号処理器、Ｒ１３１…ＡＤ変換部、Ｒ１３２…データ保存部、Ｒ１３３…復調部、Ｒ１３４…制御信号生成部、Ｒ１３５…ＣＷ期間処理部、Ｒ１３６…速度抽出部、Ｒ１３７…レンジング期間処理部、Ｒ１３８…参照信号生成部、Ｒ１３９…ＡＤ変換部、Ｒ１３ａ…相関処理用ウェイト部、Ｒ１３ｂ…相関処理部、Ｒ１３ｃ…ＣＦＡＲ処理部、Ｒ１３ｄ…測距部、Ｒ１３ｅ…測角部、Ｒ１３ｆ…位置同定部、Ｒ１３ｇ…ＡＤ変換部、Ｒ１３ｈ…相関処理用ウェイト部、Ｒ１３ｉ…相関処理部、Ｒ１３ｊ…通信装置。

Claims (6)

1. Ｎtr（Ｎtr≧２）台の符号化またはランダム信号変調を行う送受信装置を備えるレーダシステムであって、
   観測時間軸を通信期間、ＣＷ（Continues Wave）期間及びレンジング期間に分割し、
   前記通信期間では、位置、送信周波数、送信時刻を含む通信情報を変調信号として、他の送受信装置の受信では、直接波または目標から反射した受信波を受信して、必要に応じて前記ＣＷ期間に算出した速度で補正した信号を用いて復調した後、復調信号を用いて同期及び同調させ、
   前記ＣＷ期間では、Ｍcw（Ｍcw≧１）チップをＭcwall（Ｍcwall≧２）回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を用いて速度を算出し、
   前記レンジング期間では、Ｍr（Ｍr≧２）チップにより変調した信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を用いて、観測速度により補正した参照信号を用いて、レンジ圧縮して距離を出力し、必要に応じて測角を行い、目標の３次元位置または２次元位置を算出するレーダシステム。
2. 前記通信期間、ＣＷ期間及びレンジング期間の送信パルス列に、チップ長１の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用いる請求項１記載のレーダシステム。
3. Ｎt（Ｎt≧１）台の送信装置とＮr（Ｎr≧１、Ｎt＋Ｎr≧（４、３)（３次元位置同定、２次元位置同定）台の受信装置を備えるレーダシステムであって、
   観測時間軸を通信期間、ＣＷ（Continues Wave）期間及びレンジング期間に分割し、
   前記通信期間では、位置、送信周波数、送信時刻を含む通信情報を変調信号として、他の受信装置では、直接波または目標から反射した受信波を、必要に応じてＣＷ期間に算出した速度で補正した信号を用いて復調した後、復調信号を用いて同期及び同調させ、
   前記ＣＷ期間では、Ｍcw（Ｍcw≧１）チップをＭcwall（Ｍcwall≧２）回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を用いて速度を算出し、
   前記レンジング期間では、Ｍr（Ｍr≧２）チップにより変調した信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を、観測速度により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して距離を出力し、必要に応じて測角を行い、目標の３次元位置または２次元位置を算出するレーダシステム。
4. 前記送信装置と前記受信装置の（３，２）（３次元位置同定、２次元位置同定）組以上の距離と、前記受信装置の測角値から交点を算出して目標の（３，２）次元位置を算出する請求項３記載のレーダシステム。
5. 前記送信装置は、送信波を受信復調する受信手段を備え、送信装置間で通信情報を共有して、送信位置とビーム指向方向を、所定の観測範囲に設定する請求項３または４記載のレーダシステム。
6. 前記受信装置は、前記Ｎt（Ｎt≧１）台の送信装置への通信手段を備え、前記通信手段によって送信制御信号を伝送し、
   前記送信装置は、送信装置間の送信波の受信手段により、情報共有し制御を行う請求項５記載のレーダシステム。

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