JP6716435B2

JP6716435B2 - レーダシステム及びそのレーダ信号処理方法

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Publication number: JP6716435B2
Application number: JP2016226051A
Authority: JP
Inventors: 晋一竹谷; 淳浅古
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: JP2018084432A

Description

本実施形態は、マルチスタティック方式のレーダシステム及びそのレーダ信号処理方法に関する。

近時、レーダシステムにあっては、複数の送受信レーダ装置または複数の送信装置及び受信レーダ装置を互いに離間して配置し、各レーダ装置の観測結果により目標の位置を検出するマルチスタティック方式が開発されている。ただし、この種のレーダシステムでは、離隔した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くなる。また、送信装置が見通し外にある場合には、直接波を受信することができず、同期したマルチスタティック動作ができなくなってしまう。

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.262-264（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) 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) 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) ＭＩＭＯ処理、JIAN LI, PETER STOICA, ‘MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING’, WILEY, pp.1-5(2009)

以上述べたように、従来のマルチスタティック方式による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、ビート周波数を精度よく観測できず、目標の３次元位置を算出する上で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という課題があった。

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、レーダ装置間の時刻同期ずれや中心周波数のずれ等の影響を軽減し、ビート周波数の観測精度を向上させ、目標の３次元又は２次元位置を算出する上で十分な距離精度が得られ、小型の受信装置でも高い測角精度が得られるレーダシステム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システムは、Ｎtr（Ｎtr≧２）台の送受信装置を備える。送信側装置では、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、周波数スイープ勾配をもつアップスイープまたはダウンスイープの少なくともパルス変調した信号を変調して送信する。受信側装置では、送信側装置と同様にローカル信号をスイープし、送信側装置からの直接波または目標からの反射波を受信し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）の開始時間を複数通り変えてＦＦＴ出力が最大となる開始時間を選定し、通信情報を復調した後、復調された通信情報に基づいて受信ローカル信号を一定にして前記受信した信号に同期させると共に、パルス圧縮用の参照信号を補正し、補正された参照信号を用いてパルス圧縮処理をして、目標の検出及び測距を行い、目標の３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）または２次元位置（ｘ，ｙ）を算出する。

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の実施形態に係るレーダシステムの時刻同期を説明するための波形図。第１の実施形態に係るレーダシステムの送信側変調、受信側復調の様子を示す波形図。第１の実施形態に係るレーダシステムの通信情報の復調処理におけるローカル制御処理を説明するための波形図。第１の実施形態に係るレーダシステムの受信信号同期・同調処理を説明するための波形図。第１の実施形態に係るレーダシステムにおいて、通信情報の送受信による目標位置同定の距離観測及びＡＺ，ＥＬ観測を説明するための座標系を示す概念図。第１の実施形態に係るレーダシステムにおいて、目標に対して送信ビームと複数の受信ビームが形成される様子を示す概念図。第２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３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３の実施形態に係るレーダシステムにおいて、レンジによるフィッティングを用いて目標の位置同定を行う様子を３次元座標系で示す概念図。第４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５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６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。

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）通信復調による参照信号補正パルス圧縮、送受信装置
図１乃至図７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。

このレーダシステムは、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、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）用ウェイト部Ｒ１３２、ＦＦＴ処理部Ｒ１３３、ＣＦＡＲ処理部Ｒ１３４、復調部Ｒ１３５、制御信号生成部Ｒ１３６、参照信号生成部Ｒ１３７を備える。Σ２ビーム系統は、ＡＤ変換部Ｒ１３８、ＰＣ（Phase-controller）用ウェイト部Ｒ１３９、ＰＣ処理部Ｒ１３ａ、ＣＦＡＲ処理部Ｒ１３ｂ、測距部Ｒ１３ｃ、測角部Ｒ１３ｄ、位置同定部Ｒ１３ｅを備える。Δビーム系統は、ＡＤ変換部Ｒ１３ｆ、ＰＣ（Phase-controller）用ウェイト部Ｒ１３ｇ、ＰＣ部Ｒ１３ｈ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、ＦＦＴ用ウェイト部Ｒ１３２でＦＦＴ前処理としてウェイトを乗算され、ＦＦＴ処理部Ｒ１３３でＦＦＴ処理されて周波数領域のΣビーム信号に変換された後、ＣＦＡＲ処理部Ｒ１３４で所定のスレショルドを超えるセル（周波数サンプル）の検出が実行される。続いて、復調部Ｒ１３５において、ＣＦＡＲ検出セルについて送信位置、送信時刻、送信周波数等の通信情報の復調が行われる。復調された通信情報は制御信号生成部Ｒ１３６、参照信号生成部Ｒ１３７に送られる。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、参照信号生成部Ｒ１３７は、Σ２系のＰＣ処理部Ｒ１３ａに対する参照信号を生成する。

Σ２ビーム系統に入力された受信信号は、ＡＤ変換部Ｒ１３８でデジタル信号に変換され、ＰＣ用ウェイト部Ｒ１３９でＰＣ前処理としてウェイトを乗算され、ＰＣ処理部Ｒ１３ａでＰＣ処理されて時間領域のΣビーム信号に変換された後、ＣＦＡＲ処理部Ｒ１３ｂ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Ｒ１３ｃ、測角部Ｒ１３ｄ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Ｒ１３ｅ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Ｒ１３ｆでディジタル信号に変換され、ＰＣ用ウェイト部Ｒ１３ｇでＰＣ前処理としてウェイトを乗算され、ＰＣ処理部Ｒ１３ｈでＰＣ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２３６に送られ、測角演算に用いられる。

本実施形態に係るレーダシステムでは、送受信装置ＴＲｉ間が離隔している。そこで、本実施形態は、送受信装置ＴＲｉ間の時刻同期を高精度に調整する手法を提供する。

まず、図２及び図３を参照して時刻同期について説明する。なお、信号波形としては、図２（ａ），（ｂ）に示すように、送信側の送信スイープ（通信変調用）、受信側のローカルスイープ（通信復調用）において、アップスイープ（ダウンスイープでもよい）波形を採用するものとする。なお、受信側では、図２（ｂ）に示すように、目標観測用としてレベル一定（スイープしない）のローカル信号も生成する。

まず、送信装置Ｔ１では、送信変調部Ｔ１２２において、図３（ａ）に示すように、送信位置、送信時刻、送信周波数等の通信情報として、ビート周波数軸でＢＰＳＫ（非特許文献５参照）等の位相コード（変調符号（振幅一定））を生成し、図３（ｂ）に示すように逆ＦＦＴして変調波形を生成し、この変調波形を用いて図３（ｃ）に示す送信期間のスイープ信号をパルス変調することで変調信号を生成する。これは、ＯＦＤＭ（非特許文献４参照）によりマルチキャリアを変調していることに等価である。この変調信号は送信部Ｔ１２１に出力される。

送信部Ｔ１２１では、上記のスイープ信号によってパルス変調された変調信号により搬送波信号を変調し、電力増幅して送信信号を生成する。この送信信号は送信アンテナＴ１１より送出される。なお、送信アンテナＴ１１は、広角指向性をもつアンテナを想定するが、目標方向が限定範囲にある場合には、その方向をカバーする送信指向性を有するものであってもよい。

ここで、変調信号について定式化すると次の通りである。まず、変調前のスイープ波形は一般に次式で表現できる。

次に変調波形を考えると、例えばＢＰＳＫ（非特許文献５参照）の場合は次式となる。

これを逆ＦＦＴすれば、時間軸の変調信号が得られる。

これを用いて、変調信号は次式となる。

この変調信号により中心周波数fcのキャリア信号を変調し、送信波形とする。復調時は、図３（ｄ），（ｅ）に示すように、受信信号の複素振幅波形をＦＦＴ処理してビート周波数の位相変化を検出することで変調符号を抽出する。

受信装置Ｒ１の時刻を同期させるためには、ＧＰＳ（Global Positioning System）と原子時計による時刻同期調整手法があるが、時刻誤差が生じるため、十分な時刻同期は困難である。そこで、本実施形態では、レーダ波の受信信号から重畳されている送信位置、送信時刻、送信周波数等の通信情報を抽出し、それを用いて受信処理を行う手法を採用する。

この場合、送信源からの直接波が受信できる場合と、送信と受信が見通し外で、目標反射波として受信される場合がある。通信情報を抽出するには、高いＳＮで受信することが必要である。このため、タイミング制御部Ｒ１２３において、図４（ａ），（ｂ）に示すように復調するためのスイープ周波数の開始時刻ΔｔをＮｔ通り変えて、図４（ｃ）に示すそれぞれのＦＦＴ処理後の目標信号の最大値により、同期したΔｔselを選定する。この選定したΔｔselにより、図４（ｄ）に示すように受信した場合の通信情報を復調する。この手法としては、所定の振幅スレショルドを超えた場合の位相変化を０（０度），１（１８０度）に対応させることにより復調することができる。

この際、通信情報の他にビート周波数成分による位相が含まれるため、その影響を抑圧する。このために、ビート周波数検出後、図４（ｅ）〜（ｇ）に示すように、ビート周波数の中心周波数による位相勾配を検出し、ＩＦＦＴによる位相成分から中心周波数に対する位相勾配分を削除するように補正後、ＦＦＴして中心ビート周波数を０ドップラ付近に移動する。これにより、位相勾配の影響を抑圧し、通信情報により位相変調（ＢＰＳＫ等）した位相を抽出しやすくなる。

通信情報の復調により、送信源の送信時刻を取得できた場合には、次にローカル信号を一定にして、目標信号の検出及び測距のためのパルス圧縮処理（非特許文献１参照）を行う。このために、制御信号生成部Ｒ１３６により制御信号を生成し、タイミング制御部Ｒ１２３により、図５（ａ）に示す時間軸の受信信号とローカル信号とのタイミングずれを図５（ｂ）に示すように補正する。また、通信情報には、送信源の送信周波数が含まれる。そこで、ローカル制御部Ｒ１２２によりローカル（一定値）の周波数を送信周波数の値に合わせて正しいローカル周波数に調整することにより、パルス間のＦＦＴ処理によってドップラ周波数を正確に観測することができる。このＦＦＴ処理については、本実施形態では割愛する。この受信信号をＡＤ変換部Ｒ１３１によりディジタル信号に変換する。

パルス圧縮のためには通信符号を含めて参照信号を補正する必要がある。このため、参照信号生成部Ｒ１３７において、参照信号生成時に補正する。パルス圧縮は、入力信号とパルス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。

まず、入力信号は、次式となる。

次に、参照信号は次の通りでる。

周波数軸の信号で乗算すると、次式となる。

パルス圧縮出力fpは、fcsの逆ＦＦＴにより算出できる。

この際、入力信号Sinは、通信変調されているため、参照信号と整合処理ができないため、圧縮後の波形が乱れる。この対策のために、参照信号を補正する。

これを用いて、参照信号を補正すると、次の通りである。

このSref_calを用いて、（７）、（８）式によりパルス圧縮すればよい。

測角については、図１に示すように和（Σ）信号の他に、Δパターン系統により差(Δ)信号を用いて位相モノパルス測角（非特許文献２参照）等により行う。

本実施形態は、複数の送受信装置がある場合について説明したが、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目標の位置を同定することができる。すなわち、例えば図６に示すように、送信側装置ＴＲ１〜目標〜受信側装置ＴＲ２間の距離と受信側装置ＴＲ２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。

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。

そこで、送信側装置ＴＲ１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、受信側装置ＴＲ２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７に示す。送信側装置ＴＲ１の送信ビームに対して、異なる２サイトの受信側装置ＴＲ２，ＴＲ３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側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、そのデータベースの情報を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。

なお、本実施形態では、送信側装置からの変調信号を復調することにより、送信側装置の位置等を弁別しており、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output、非特許文献６参照）の送信波間のアイソレーションをとる手法とも言える。送信波のアイソレーションを確保できれば、ＭＩＭＯによる送受信アレイ信号を形成することができ、自由度の高い送受信ビームを形成することができる。

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）台の送受信装置において、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、周波数スイープ勾配をもつアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス変調した信号を変調して送信し、他の送受信装置の受信において、送信と同様にローカル信号をスイープし、直接波または目標からの反射波を受信し、その受信信号からＦＦＴの開始時間を複数通り変えた場合のＦＦＴ出力が最大となる開始時間を選定して通信情報を復調した後、復調信号を用いて受信ローカル信号を一定にして同期させるとともに、パルス圧縮用の参照信号を補正し、補正参照信号を用いてパルス圧縮処理を施して、目標の検出及び測距と必要に応じて測角を行い、目標の３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）または２次元位置（ｘ，ｙ）を算出する。

この構成によれば、送信側装置の位置、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、補正した参照信号を用いてパルス圧縮してレンジ軸で高分解能に目標を観測し、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することができる。

（第２の実施形態）送信装置と受信装置の分離
第１の実施形態では、複数の送受信装置によりレーダシステムを構成する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。系統を図８に示す。

図８において、送信装置ＴＡ１〜ＴＡＮt （Ｎt ≧２、図８ではＮt ＝２）は、それぞれ図１に示した送信装置Ｔ１と同様に送信アンテナＴ１１、送信部Ｔ１２１及び送信変調部Ｔ１２２を備える送信器Ｔ１２で構成される。これらの送信装置ＴＡ１〜ＴＡＮt 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、送信アンテナがビーム走査できるものでもよい。その場合は、通信情報にビームスケジュールを含める。一方、受信装置ＲＡ１〜ＲＡＮr （Ｎr ≧１、図８ではＮr ＝１）の通信復調方式、パルス圧縮処理等は、第１の実施形態の受信装置Ｒ１と同様であるので、同一部分に同一符号を付して示し、個々の説明を省略する。なお、本実施形態における受信装置ＲＡ１〜ＲＡＮr では、位置同定部Ｒ１３ｅを含まず、測角部Ｒ１３ｄの出力を観測値とする。

受信装置ＲＡ１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。

すなわち、本実施形態に係るレーダシステムでは、Ｎt 台の送信装置ＴＡ１〜ＴＡＮt において、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、周波数スイープ勾配をもつアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス変調した信号を用いてキャリア信号を変調して送信する。また、Ｎr 台の受信装置ＲＡ１〜ＲＡＮr において、送信と同様にローカル信号をスイープし、直接波または目標からの反射波の受信信号を、ＦＦＴの開始時間を複数通り変えた場合のＦＦＴ処理して、そのＦＦＴ出力が最大となる開始時間を選定して、ＦＦＴ処理出力から通信情報を復調した後、復調信号を用いて受信ローカル信号を一定にして同期させるとともに、パルス圧縮用の参照信号を補正し、補正参照信号を用いてパルス圧縮処理をして、検出及び測距と必要に応じて測角を行い、目標の３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）または２次元位置（ｘ，ｙ）を算出する。

このように、上記実施形態によれば、送信装置と受信装置が分離している場合に、通信情報を用いて同期同調し、補正した参照信号を用いてパルス圧縮し、レンジ軸で高分解能に目標を観測することができる。

（第３の実施形態）通信復調による参照信号補正パルス圧縮と３次元位置同定
第２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、位置精度が低くなってしまう。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９に本実施形態の系統図を示す。図９において、送信装置ＴＡ１〜ＴＡＮt は第２の実施形態と同様に構成されるが、ここではＮt ≧３とする。受信装置ＲＢ１〜ＲＢＮr （図ではＲr ＝１）は、第２の実施形態の受信装置ＲＡ１に位置同定部Ｒ１３ｅが追加された構成である。

図１０に示すように、送信装置ＴＡＮt を３台とすると、受信装置ＲＡ１についても同様の処理を行い、送信装置ＴＡ１〜目標〜受信装置ＲＢ１、送信装置ＴＡ２〜目標〜受信装置ＲＢ１、送信装置ＴＡ３〜目標〜受信装置ＲＢ１までの各々の距離として、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を得ることができる。系統を図９に示す。

この距離を用いて、図１０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、受信装置ＲＢ１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、その領域内の交点を算出する。このために、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、受信装置に送信機能がある場合には、送信装置を２台としても、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、同様に距離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るが、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装置〜受信装置の値を用いて位置を算出するのが好ましい。

また、上記の実施形態では、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。

また、第３の実施形態では、送信装置と受信装置の３組（２次元の場合は２組）以上の距離Ｒと受信装置の測角値から座標系の交点を算出することにより、目標の３次元または２次元の位置を算出することができる。

以上のように、第３の実施形態に係るレーダシステムによれば、受信装置の測角精度が低い場合でも、送信装置〜受信装置間の距離を用いて、目標の３次元の位置を同定することができる。

（第４の実施形態）送信アイソレーション
第１及び第２の実施形態では、送受信装置間または送信装置間のアイソレーションをとる（弁別する）ために、通信変調符号を用いる方式について述べた。本実施形態では、さらに送信装置間のアイソレーションを向上するために、複数の送信装置（Ｎt ≧２）の中心周波数か、スイ−プ信号の周波数勾配の少なくともいずれか一方を送信装置毎に変える方式を採用する。

図１１に系統構成を示す。図１１において、各送信装置ＴＢ１〜ＴＢＮt の送信変調部Ｔ１２２′により、送信装置毎に中心周波数か、スイープ周波数帯域か、スイープ周波数帯域を同じにして、スイープ時間を変える。これにより、周波数スイープ勾配を変えることができる。

受信装置ＲＢ１側では、通信復調の場合は、受信ロ−カル信号をスイープするが、各送信装置ＴＢ１〜ＴＢＮt からの信号を受信するために、ローカル制御部Ｒ１２２において、Ｎr 通りのスイープに対応したスイープで順に受信して通信信号を検出する。受信系のＮr チャンネルを備える場合は並列処理となり、１チャンネルのみの場合は、時系列に切り替えて受信する必要がある。

受信部Ｒ１２１やＡＤ変換部Ｒ１３１では、ビート周波数に応じて所定の帯域幅の信号のみ受信するので、スイープ信号帯域が異なる送信装置からの信号は、送信と受信のスイープ帯域が合致しない場合以外は受信しない。このため、送信装置間のアイソレーションを確保することができる。

これにより、復調後は、目標観測のために、受信ローカルスイープ信号を一定周波数にして、パルス圧縮を行う。この際、参照信号に、送信装置のスイープ勾配を反映させることにより、スイープ勾配差により、送信装置を弁別して受信処理できる。

以上のように、第４の実施形態に係るレーダシステムは、複数の送信装置の場合に、スイ−プ信号の中心周波数及び周波数勾配の少なくともいずれか一方を送信装置毎に変えるようにしているので、送信間のアイソレーションをとり、正しい送信位置の情報を用いているので、目標位置を同定することができる。

（第５の実施形態）送信間協調
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。送信装置は、送信機能を持っているため、通信復調す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波の受信信号を復調することで、送信装置間で通信情報を共有できる。この場合のレーダシステムの系統を図１２に示す。

図１２において、送信装置ＴＣ１（ＴＣ２〜ＴＣＮt も同構成のため、ここではその説明を省略する）は、送信アンテナＴ１１、送信器Ｔ１２に加え、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、変調信号生成部Ｔ１３１で送信位置、送信時刻、送信周波数等の通信情報を含む変調信号を生成して送信器Ｔ１２の送信変調部Ｔ１２２に出力する。

送信器Ｔ１２の送信出力は信号処理器Ｔ１３の受信部Ｔ１３２で受信され、ＡＤ変換部Ｔ１３３でディジタル信号に変換された後、ＦＦＴ用ウェイト部Ｔ１３４でＦＦＴ前処理としてウェイトを乗算され、ＦＦＴ処理部Ｔ１３５でＦＦＴ処理されて周波数領域のΣビーム信号に変換された後、ＣＦＡＲ処理部Ｔ１３６で所定のスレショルドを超えるセル（周波数サンプル）の検出が実行される。続いて、復調部Ｔ１３７において、ＣＦＡＲ検出セルについて送信位置、送信時刻、送信周波数等の通信情報の復調が行われる。復調された通信情報は位置制御部Ｔ１３８及びビーム指向方向制御部Ｔ１３９に送られる。

位置制御信号生成部Ｔ１３８は、通信情報に基づいて送信装置ＴＣ１の位置変化を検出し、その検出結果に基づいて位置駆動装置Ｔ１４の位置駆動処理を制御する。ビーム指向方向制御部Ｔ１３９は、復調された通信情報に基づいて、送信アンテナＴ１１のビーム指向方向を制御する。

各送信装置ＴＣ１〜ＴＣＮt は同一構成であるため、送信装置ＴＣ１を例にして説明を続けると、通信情報の受信・復調処理により、他の送信装置の通信情報を復調し、他の送信装置に伝送するために変調信号生成部Ｔ１３１にて変調信号を生成して、送信変調部Ｔ１２２に送出する。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機能をもち、送信装置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ことが可能となる。これにより、送信装置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）送受信間協調
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、さらに受信装置との情報を共有できる手法について述べる。

本実施形態のシステム系統を図１３に示す。図１３において、受信装置ＲＣ１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Ｒ１３ｉを備える。無線の場合は、受信装置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に無線で情報を送信する。他の送信装置、受信装置の構成は、図１２の場合と同様なので、ここでは説明を省略する。

送信する通信情報としては、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ＲＣ１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Ｒ１３ｉ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。このため、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ある。そこで、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処理によって送信制御のための通信情報の信号を伝送し、送信装置では、送信装置間の送信波の受信処理により、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に制御することができる。

なお、本実施形態は上記実施形態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。

ＴＲ１〜ＴＲＮtr…送受信装置、
Ｔｉ（Ｔ１），ＴＡ１〜ＴＡＮt ，ＴＢ１〜ＴＢＮt ，ＴＣ１〜ＴＣＮt …送信装置、
Ｔ１１…送信アンテナ、
Ｔ１２…送信器、Ｔ１２１…送信部、Ｔ１２２，Ｔ１２２′…送信変調部、
Ｔ１３…信号処理器、Ｔ１３１…変調信号生成部、Ｔ１３２…受信部、Ｔ１３３…ＡＤ変換部、Ｔ１３４…ＦＦＴ用ウェイト部、Ｔ１３５…ＦＦＴ処理部、Ｔ１３６…ＣＦＡＲ処理部、Ｔ１３７…復調部、Ｔ１３８…位置制御部、Ｔ１３９…ビーム指向方向制御部、
Ｔ１４…位置駆動装置、
Ｒｉ（Ｒ１），ＲＡ１〜ＲＡＮr ，ＲＢ１〜ＲＢＮr ，ＲＣ１〜ＲＣＮr …受信装置、
Ｒ１１…受信アンテナ、
Ｒ１２…受信器、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…ＦＦＴ用ウェイト部、Ｒ１３３…ＦＦＴ処理部、Ｒ１３４…ＣＦＡＲ処理部、Ｒ１３５…復調部、Ｒ１３６…制御信号生成部、Ｒ１３７…参照信号生成部、Ｒ１３８…ＡＤ変換部、Ｒ１３９…ＰＣ用ウェイト部、Ｒ１３ａ…ＰＣ処理部、Ｒ１３ｂ…ＣＦＡＲ処理部、Ｒ１３ｃ…測距部、Ｒ１３ｄ…測角部、Ｒ１３ｅ…位置同定部、Ｒ１３ｆ…ＡＤ変換部、Ｒ１３ｇ…ＰＣ用ウェイト部、Ｒ１３ｈ…ＰＣ部、Ｒ１３ｉ…通信装置。

Claims

Ｎtr（Ｎtr≧２）台の送受信装置を備えるレーダシステムにおいて、
送信側の送受信装置は、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、周波数スイープ勾配をもつアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス変調した信号を変調して送信し、
受信側の送受信装置は、送信側の送受信装置と同様のローカル信号をスイープし、送信側の送受信装置からの直接波または目標からの反射波を受信し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）の開始時間を複数通り変えてＦＦＴ出力が最大となる開始時間を選定し、前記通信情報を復調した後、復調された通信情報に基づいて受信ローカル信号を一定にして前記受信した信号に同期させると共に、パルス圧縮用の参照信号を補正し、補正された参照信号を用いてパルス圧縮処理をして、目標の検出及び測距を行い、目標の３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）または２次元位置（ｘ，ｙ）を算出するレーダシステム。
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において、
前記送信装置は、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、周波数スイープ勾配をもつアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス変調した信号を変調して送信し、
前記受信装置は、前記送信装置と同様にローカル信号をスイープし、前記送信装置からの直接波または目標からの反射波を受信し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）の開始時間を複数通り変えた場合のＦＦＴ出力が最大となる開始時間を選定して、前記通信情報を復調した後、復調された通信情報に基づいて受信ローカル信号を一定にして前記受信した信号に同期させると共に、パルス圧縮用の参照信号を補正し、補正された参照信号を用いてパルス圧縮処理をして、目標の検出及び測距を行い、目標の３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）または２次元位置（ｘ，ｙ）を算出するレーダシステム。
前記受信側の送受信装置または前記受信装置で測角が行われるとき、
前記送信側の送受信装置または前記送信装置と前記受信側の送受信装置または前記受信装置の３または２組以上の距離と、前記受信側の送受信装置または前記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または２次元位置を算出する請求項１または２記載のレーダシステム。
前記送信側の送受信装置または前記送信装置が複数の場合に、スイ−プ信号の中心周波数及び周波数勾配の少なくともいずれか一方を前記送信側の送受信装置毎または前記送信装置毎に変える請求項１乃至３のいずれか記載のレーダシステム。
前記送信側の送受信装置または前記送信装置は、送信波を通信復調する受信手段を備え、
他の送信側の送受信装置または前記送信装置と間で前記通信情報を共有して、前記通信情報に基づい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１乃至４のいずれか記載のレーダシステム。
前記受信側の送受信装置または前記受信装置は、Ｎtp（Ｎtp≧１）個の送信側の送受信装置または前記送信装置との間で送信制御信号を伝送する通信手段を備え、
前記送信側の送受信装置または前記送信装置は、他の送信側の送受信装置または前記送信装置との間で送信波を受信する受信手段を備え、
前記受信側の送受信装置または前記受信装置、送信側の送受信装置または前記送信装置それぞれは、受信した情報を共有し制御を行う請求項１乃至５のいずれか記載のレーダシステム。
Ｎtr（Ｎtr≧２）台の送受信装置を備えるレーダシステムに用いられ、
送信側の送受信装置では、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、周波数スイープ勾配をもつアップスイープまたはダウンスイープの少なくとも１つのパルス変調した信号を変調して送信し、
受信側の送受信装置では、送信側の送受信装置と同様のローカル信号をスイープし、送信側の送受信装置からの直接波または目標からの反射波を受信し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）の開始時間を複数通り変えてＦＦＴ出力が最大となる開始時間を選定し、前記通信情報を復調した後、復調された通信情報に基づいて受信ローカル信号を一定にして前記受信した信号に同期させると共に、パルス圧縮用の参照信号を補正し、補正された参照信号を用いてパルス圧縮処理をして、目標の検出及び測距を行い、目標の３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）または２次元位置（ｘ，ｙ）を算出するレーダシステムのレーダ信号処理方法。