JP6779415B2 - レーダ装置および目標距離算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、目標距離を算出するレーダ装置に関する。

例えば、特許文献１に記載される従来のレーダ装置では、送信高周波信号（以下、送信ＲＦ信号と記載する）を空中に放射し、目標で反射された送信ＲＦ信号の反射高周波信号（以下、反射ＲＦ信号と記載する）を受信する。従来のレーダ装置は、受信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、和信号と差信号と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に記載される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、複数の目標の状況（例えば、目標間の振幅の差または距離の差）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について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レーダ装置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、周波数領域変換部および目標距離算出部を備えている。送信部は、送信信号を空間に放射する。受信部は、送信信号が空間内の目標で反射されて戻った信号である受信信号を受信する。ゲート処理部は、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を生成する。周波数領域変換部は、ゲート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。目標距離算出部は、周波数領域変換部によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて目標距離を算出する。

本発明によれば、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周波数領域変換処理を行い、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出する。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。

本発明の実施の形態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。 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。 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。 図８Ａは、送信ＲＦ信号の波形を示す図である。図８Ｂは、受信ＲＦ信号の波形を示す図である。図８Ｃは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。 実施の形態１におけるゲート処理部および周波数領域変換部の動作を示すフローチャートである。 図１０Ａは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。図１０Ｂは、ゲート番号１０のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１０Ｃは、ゲート番号１１のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１０Ｄは、ゲート番号１２のゲート処理後の信号の波形を示す図である。 図１１Ａは、受信ゲート内にある複数の目標の周波数領域の信号の観測値を示す図である。図１１Ｂは、受信ゲート内にある目標ごとの周波数領域の信号を示す図である。 受信ゲート内にある複数の目標で反射された受信信号の振幅を示す図である。 図１３Ａは、受信ゲート内にある目標で反射された反射信号の受信信号比率を示す図である。図１３Ｂは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。図１３Ｃは、ゲート番号１０のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１３Ｄは、ゲート番号１１のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１３Ｅは、ゲート番号１２のゲート処理後の信号の波形を示す図である。 図１４Ａは、目標１の周波数領域の信号が振幅最大値となる周波数領域のサンプリング番号の位相の関係を示す図である。図１４Ｂは、目標２の周波数領域の信号が振幅最大値となる周波数領域のサンプリング番号の位相の関係を示す図である。 図１５Ａは、受信ゲート内にある目標で反射された反射信号の受信信号比率と目標で反射された反射信号の実部とを目標ごとに示す図である。図１５Ｂは、受信ゲート内にある目標で反射された反射信号の受信信号比率と目標で反射された反射信号の虚部とを目標ごとに示す図である。 実施の形態１における目標距離算出部の動作例を示すフローチャートである。 実施の形態１における目標距離算出部の動作の別の例を示すフローチャートである。 目標１のサンプリング番号と目標２のサンプリング番号の組み合わせと目標距離候補の評価値との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 受信ゲート内にある目標からの反射信号の振幅と目標候補からの反射信号の振幅と雑音との関係を示す図である。 実施の形態２における目標距離算出部の動作例を示すフローチャートである。

以下、本発明をより詳細に説明するため、本発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態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、送信ＲＦ信号を空間に放射し、送信ＲＦ信号が目標で反射された反射ＲＦ信号である受信ＲＦ信号を受信し、受信ＲＦ信号に基づいて目標までの距離（目標距離）を算出する装置である。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、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２を備える。

送信部３は、空中線２を介して送信ＲＦ信号を空間に放射する。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。受信部５は、空中線２を介して受信ＲＦ信号を受信する。信号処理部６は、受信ＲＦ信号に基づいて目標距離を算出する構成要素であり、算出した目標距離を表示器７に表示させる。

ゲート処理部６０は、受信部５から受信ＲＦ信号を入力し、受ＲＦ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施してゲート処理後の信号を生成する。周波数領域変換部６１は、ゲート処理部６０によるゲート処理後の信号に対して周波数領域変換処理を行って周波数領域の信号を生成する。目標距離算出部６２は、周波数領域変換部６１によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出する。

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、パルス変調器３１および局部発振器３２を備える。送信機３０は、パルス変調器３１によってパルス化された送信信号を、送受切替部４を通して空中線２に出力する。パルス変調器３１は、局部発振器３２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送信ＲＦ信号を生成する。局部発振器３２は、局部発振信号を発生して、受信部５およびパルス変調器３１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によって受信された受信ＲＦ信号を、送受切替部４を通して入力してＡ／Ｄ変換器５１に出力する。Ａ／Ｄ変換器５１は、受信機５０から入力した受信ＲＦ信号をデジタル信号に変換して、信号処理部６が備えるゲート処理部６０に出力する。

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、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２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ＳＴ５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への受信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、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２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、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２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、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２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ＳＴ５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、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２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、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２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、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２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、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２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に係る目標距離算出方法を示している。
送信部３が、空中線２を介して送信ＲＦ信号を空間に放射する（ステップＳＴ１）。
受信部５が、送信ＲＦ信号が空間内の目標で反射されて戻ってきた反射ＲＦ信号である受信ＲＦ信号を受信する（ステップＳＴ２）。
ゲート処理部６０が、受信ＲＦ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）。
周波数領域変換部６１が、ゲート処理部６０によるゲート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（ステップＳＴ４）。
目標距離算出部６２が、周波数領域変換部６１によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出する（ステップＳＴ５）。

次に、送信部３による送信ＲＦ信号の送信処理について詳細を説明する。
図６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。送信部３は、図２に示したように、送信機３０、パルス変調器３１、および局部発振器３２を備えている。

局部発振器３２は、下記式（１）で表される一定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３２は、局部発振信号Ｌ_０（ｔ）をパルス変調器３１と受信部５とに出力する。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。

次いで、パルス変調器３１は、予め設定し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、局部発振信号Ｌ_０（ｔ）に対し、下記式（２）に従うパルス変調を行って送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）を生成する（ステップＳＴ２ａ）。送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）は、パルス変調器３１から送信部３の送信機３０へ出力される。ｈはヒット番号、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。

送信機３０は、パルス変調器３１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。送受切替部４は、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（ステップＳＴ３ａ）。
図８Ａは、送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）の波形を示す図である。図８Ａに示すように、送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）は、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ａ（＝Ｔ_０）の信号である。

次に、受信部５による受信ＲＦ信号の受信処理について詳細を説明する。
図７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。受信部５は、図３に示したように、受信機５０およびＡ／Ｄ変換器５１を備えている。

空中に放射された送信ＲＦ信号が目標で反射されて戻った反射ＲＦ信号は、空中線２に入射される。空中線２は、入射された反射ＲＦ信号を受信して、下記式（４）で表される受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）として受信機５０に出力する（ステップＳＴ１ｂ）。
下記式（４）において、ｎ_ｔｇｔは目標番号、Ｎ_ｔｇｔは目標数である。目標番号ｎ_{ｔ ｇｔ}の受信ＲＦ信号Ｒｘ_ｎｔｇｔ（ｔ）は、下記式（５）で表される。Ａ_{Ｒ，ｎｔｇｔ}は目標番号ｎ_ｔｇｔの受信ＲＦ信号Ｒｘ_ｎｔｇｔ（ｔ）の振幅であり、Ｒ_{０，ｎｔｇｔ}は目標番号ｎ_ｔｇｔの受信ＲＦ信号Ｒｘ_ｎｔｇｔ（ｔ）の初期目標相対距離であり、ｖ_{ｎｔｇ ｔ}は目標番号ｎ_ｔｇｔの受信ＲＦ信号Ｒｘ_ｎｔｇｔ（ｔ）の目標相対速度である。また、ｃは光速である。

受信機５０は、空中線２から入力した受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）を、上記式（１）で表される局部発振信号Ｌ_０（ｔ）を用いてダウンコンバートする（ステップＳＴ２ｂ）。
次に、受信機５０は、ダウンコンバートした受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）を、帯域フィルタを通過させた後、増幅および位相検波を行って、下記式（６）で表される受信ビデオ信号Ｖ_０（ｔ）を生成してＡ／Ｄ変換器５１に出力する。下記式（６）において、Ｖ_{０，ｎｔ ｇｔ}（ｔ）は、下記式（７）で表される目標番号ｎ_ｔｇｔの受信ビデオ信号であり、Ａ_{Ｖ ，ｎｔｇｔ}は、目標番号ｎ_ｔｇｔの受信ビデオ信号Ｖ_{０，ｎｔｇｔ}（ｔ）の振幅である。
図８Ｂは、受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）の波形を示す図である。目標数が複数である場合、受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）は、複数の目標のそれぞれから反射された受信ＲＦ信号が合成された信号となる。例えば、図８Ｂでは、目標が、目標番号１の目標と目標番号２の目標がある場合を示しており、符号ｂで示す受信ＲＦ信号は、符号ｂ１で示す目標番号１の目標から反射された受信ＲＦ信号と符号ｂ２で示す目標番号２の目標から反射された受信ＲＦ信号とが合成された信号である。
図８Ｃは、受信ビデオ信号Ｖ_０（ｔ）の波形を示す図である。目標数が複数であると、受信ビデオ信号Ｖ_０（ｔ）も、複数の目標のそれぞれから反射された受信ＲＦ信号に由来する受信ビデオ信号が合成された信号となる。例えば、図８Ｃでは、符号ｃで示す受信ビデオ信号は、符号ｃ１で示す目標番号１に対応する受信ビデオ信号と符号ｃ２で示す目標番号２に対応する受信ビデオ信号とが合成された信号である。ただし、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃにおいて、ｍｏｄ（Ｘ，Ｙ）は、変数Ｘを変数Ｙで割った後の剰余を表している。

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変換し、下記式（８）で表される受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）を生成する（ステップＳＴ３ｂ）。受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）は、Ａ／Ｄ変換器５１から信号処理部６に出力される。
Ｖ_０，ｎ_ｔｇｔ（ｍ’）は、下記式（９）で表される目標番号ｎ_ｔｇｔに対応する受信ビデオ信号Ｖ_０，ｎ_ｔｇｔ（ｔ）がＡ／Ｄ変換された受信ビデオ信号である。ｍ’はサンプリング番号、Ｍ’はサンプリング数であり、Δｔは、Ａ／Ｄ変換された受信ビデオ信号のサンプリング間隔である。図８Ｃに示す受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）は、サンプリングされた信号となる。

次に、ゲート処理部６０によるゲート処理および周波数領域変換部６１による周波数領域変換処理について詳細を説明する。
図９は、ゲート処理部６０および周波数領域変換部６１の動作を示すフローチャートであり、図５のステップＳＴ３およびステップＳＴ４の処理の詳細を示している。
ゲート処理部６０は、Ａ／Ｄ変換器５１から受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）を入力すると、受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）に対し、予め設定されたゲートスライド量Δｍ_Ｇおよびゲート幅に基づいて、下記式（１０）に従いゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ’）を生成する（ステップＳＴ１ｃ）。ｎ_Ｇはゲート番号である。
なお、ゲート処理部６０は、ゲート幅をパルス幅とみなしてゲート処理を行っている。ただし、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。
図１０Ａは、受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）の波形を示す図である。図１０Ｂは、ゲート番号１０のゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（１０，ｍ’）の波形を示す図である。図１０Ｃは、ゲート番号１１のゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（１１，ｍ’）の波形を示す図である。図１０Ｄは、ゲート番号１２のゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（１２，ｍ’）の波形を示す図である。
ゲート処理部６０は、図１０Ａに示す符号ｃの受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）を入力して、受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）に対して、例えばゲート番号１０〜１２の受信ゲートＧ１０〜Ｇ１２を設定してゲート処理を行う。これにより、図１０Ｂの符号ｄで示すゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（１０，ｍ’）が生成され、図１０Ｃの符号ｅで示すゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（１１，ｍ’）が生成され、図１０Ｄの符号ｆで示すゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（１２，ｍ’）が生成される。目標数が複数であると、ゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ’）も複数の目標のそれぞれから反射された受信ＲＦ信号に由来するゲート処理後の信号が合成された信号となる。例えば、目標が、目標番号１の目標と目標番号２の目標がある場合、符号ｄで示すゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（１０，ｍ’）は、符号ｄ１で示すゲート番号１０の目標番号１に対応するゲート処理後の信号と、符号ｄ２で示すゲート番号１０の目標番号２に対応するゲート処理後の信号とが合成された信号である。同様に、符号ｅで示すゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（１１，ｍ’）は、符号ｅ１で示すゲート番号１１の目標番号１に対応するゲート処理後の信号と、符号ｅ２で示すゲート番号１１の目標番号２に対応するゲート処理後の信号とが合成された信号である。さらに、符号ｆで示すゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（１２，ｍ’）は、符号ｆ１で示すゲート番号１２の目標番号１に対応するゲート処理後の信号と、符号ｆ２で示すゲート番号１２の目標番号２に対応するゲート処理後の信号とが合成された信号である。
また、受信ゲートＧ１１は、受信ゲートＧ１０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Ｇ１２は、受信ゲートＧ１１から、さらにゲートスライド量Δｍ_Ｇスライドされたゲートである。

続いて、ゲート処理部６０は、ゲート処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ’）に対し、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（帯域通過フィルタ処理）を施す。これにより、ゲート処理部６０は、正弦波となってリサンプリングされた、下記式（１１）で表される狭帯域フィルタ処理後（帯域通過フィルタ処理後）の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ）を生成する（ステップＳＴ２ｃ）。
なお、下記式（１１）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。
Ｖ_{Ｇ，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｍ）は、下記式（１２）で表される目標番号ｎ_ｔｇｔのゲート番号ｎ_Ｇの狭帯域フィルタ処理後の信号である。Ａ_{ｎＧ，ｎｔｇｔ}は、目標番号ｎ_ｔｇｔのゲート番号ｎ_Ｇの狭帯域フィルタ処理後の信号の振幅である。
狭帯域フィルタ処理を行うことで、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リサンプリングが可能となる。これにより、信号点数を減らしてもよくなって演算量が低減されるので、ハードウェア規模を小さくしたレーダ装置１を実現することができる。

ゲート処理部６０は、狭帯域フィルタ処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ）を周波数領域変換部６１に出力する。また、ゲート処理部６０は、狭帯域フィルタ処理を行わない場合も、ゲート処理後の信号を周波数領域変換部６１に出力する。
周波数領域変換部６１は、ゲート処理部６０から入力した狭帯域フィルタ処理後の信号Ｖ_Ｇ（ｎ_Ｇ，ｍ）に対して、下記式（１３）に従うフーリエ変換処理を、周波数領域変換処理として行い、周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）を生成する（ステップＳＴ３ｃ）。ここで、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。下記式（１３）では、周波数領域を離散フーリエ変換で表しているが、高速フーリエ変換またはチャープｚ変換で周波数領域変換処理を実現してもよい。
また、周波数領域変換部６１は、ゲート処理部６０から入力した信号が、狭帯域フィルタ処理が行われなかったゲート処理後の信号である場合も、同様に下記式（１３）に従い周波数領域変換を行って、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６１は、周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）を目標距離算出部６２に出力する。

次に、目標距離算出部６２による目標距離算出処理について詳細を説明する。
図１１Ａは、受信ゲート内にある複数の目標の周波数領域の信号の観測値を示す図である。図１１Ａにおいて、信号波形Ｓは、目標１の信号と目標２の信号が合成された合成波である。図１１Ｂは、受信ゲート内にある目標ごとの周波数領域の信号を示す図である。図１１Ｂにおいて、信号波形Ｓ１は目標１の信号波形であり、信号波形Ｓ２は目標２の信号波形である。目標数が１つである場合、あるいは、目標数が複数であっても速度が異なるか、距離がパルス幅以上で十分に異なる場合であれば、特許文献１に記載された従来の技術であっても目標距離を算出することができる。ただし、目標１と目標２とが同じ速度であると、図１１Ａに示すように、ドップラー周波数に基づいて目標を分離することができなくなる。このため、同じ速度の目標数が複数である場合、複数の信号が干渉して目標距離を算出することが困難になる。すなわち、図１１Ｂに示すように、受信ゲート内に、同じ速度の複数の目標からの反射ＲＦ信号が存在する場合、目標数が１つである場合とはディスクリパターンが異なるため、目標距離を算出することが困難になる。

図１２は、受信ゲート内にある複数の目標で反射された受信ＲＦ信号の振幅を示す図である。図１２において、振幅Ａ１は、ゲート番号ｎ_Ｇの目標番号ｎ_ｔｇｔ＝１に対応する目標からの反射ＲＦ信号（受信ＲＦ信号）の振幅であり、振幅Ａ２は、ゲート番号ｎ_Ｇの目標番号ｎ_ｔｇｔ＝２に対応する目標からの反射ＲＦ信号（受信ＲＦ信号）の振幅である。
また、振幅Ａ３は、ゲート番号ｎ_Ｇの反射ＲＦ信号（受信ＲＦ信号）の観測値の振幅であり、Ａ３＝（ｚ_α（ｎ_Ｇ）^２＋ｚ_β（ｎ_Ｇ）^２）^１／２である。ｚ_α（ｎ_Ｇ）はゲート番号ｎ_Ｇの反射ＲＦ信号の実部であり、ｚ_β（ｎ_Ｇ）は虚部である。
図１２に示すように、複数の目標の振幅および位相の差によって各々のゲート番号ｎ_Ｇで観測される信号（合成波）の振幅および位相が異なるため、各々の目標距離を算出することが困難になる。ｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ）は、ゲート番号ｎ_Ｇのゲート開始ビンに相当するサンプリング番号ｍ’である。

実施の形態１における目標距離算出部６２は、目標が同じ速度であり、ドップラー周波数に基づいて分離することができない複数の目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在する場合であっても、複数の目標の各々の目標距離を算出することができる。以降、目標数Ｎ_ｔｇｔが２である場合を例に挙げて説明する。
目標が同じ速度であり、ドップラー周波数に基づいて分離することができない２つの目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在する場合、周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）は、下記式（１４）で表される、複数の目標番号ｎ_ｔｇｔの周波数領域の信号ｆ_{ｄ，ｎ ｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｋ）の合成波となる。

ゲート番号ｎ_Ｇにおける目標番号ｎ_ｔｇｔの周波数領域の信号ｆ_{ｄ，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｋ）は、下記式（１５）で表される。下記式（１５）から、下記式（１６）の関係になるときに、ゲート番号ｎ_Ｇにおける目標番号ｎ_ｔｇｔの周波数領域の信号ｆ_{ｄ，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｋ）は、振幅最大値を示す。下記式（１６）において、ゲート番号ｎ_Ｇにおける目標番号ｎ_ｔｇｔの周波数領域の信号ｆ_{ｄ，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｋ）は、振幅最大値を示す周波数領域のサンプリング番号ｋを、周波数領域のサンプリング番号ｋ_ｐｅａｋで表している。

振幅最大値を示す周波数領域のサンプリング番号ｋ_ｐｅａｋの目標番号ｎ_ｔｇｔの周波数領域の信号ｆ_{ｄ，ｎｔｇｔ}（ｎ_Ｇ，ｋ_ｐｅａｋ）は、下記式（１７）のように展開することが可能である。ｘ（ｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ），ｍ_ｎｔｇｔ）は、目標番号ｎ_ｔｇｔの目標からの反射ＲＦ信号が、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）である。Ｍ_ｐは、パルスのサンプリング点数であり、Ａ_ｎｔｇｔは、受信ゲート内に目標番号ｎ _ｔｇｔの反射ＲＦ信号が全て存在する場合の振幅である。ｍ_ｎｔｇｔは目標番号ｎ_ｔｇｔの初期相対距離Ｒ_{０，ｎｔｇｔ}の受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）のサンプリング番号であり、θ_ｎｔｇｔは、目標番号ｎ_ｔｇｔの初期相対距離Ｒ_{０，ｎｔｇｔ}の位相であり、｜Ｘ｜は変数Ｘの絶対値である。
なお、目標番号ｎ_ｔｇｔの初期相対距離Ｒ_{０，ｎｔｇｔ}の受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）のサンプリング番号ｍ_ｎｔｇｔは、下記式（１８）で表される。なお、サンプリング番号ｍ _ｎｔｇｔは、下記式（１８）式に示すように、整数でなくてもよく小数点以下の値が存在してもよい。

図１３Ａは、受信ゲート内にある目標で反射された反射ＲＦ信号の受信信号比率を示す図である。図１３Ａにおいて、Ｂ１は、目標番号ｎ_ｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）である。Ｂ２は目標番号ｎ_ｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）である。図１３Ｂは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。図１３Ｃは、ゲート番号１０のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１３Ｄは、ゲート番号１１のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１３Ｅは、ゲート番号１２のゲート処理後の信号の波形を示す図である。ゲート処理部６０が複数の受信ゲートを設けたため、図１３Ａに示すように、上記式（１７）から、各々の目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）ｘ（ｍ_Ｇ（ｎ_Ｇ），ｍ_ｎｔｇｔ）が受信ゲートごとに異なる。

一方、図１３Ｄに示すように、ゲート番号１１（ゲート番号ｎ_Ｇ＝１１）の受信ゲートの通過開始は、サンプリング番号１１からである。また、図１３Ｅに示すように、ゲート番号１２（ゲート番号ｎ_Ｇ＝１２）の受信ゲートの通過開始はサンプリング番号１２からである。このように、ゲート処理部６０によるゲート処理では、各々の受信ゲートの通過開始時刻は異なるが、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。

周波数領域変換部６１は、上記式（１３）に示したように、各々の受信ゲートの位置によらず、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。
このため、各々の目標の周波数領域変換後の信号の振幅最大値を示す周波数領域のサンプリング番号ｋ_ｐｅａｋの位相が変化しないような制御が可能になる。
すなわち、ゲート番号ｎ_Ｇによらず、目標番号ｎ_ｔｇｔの初期相対距離Ｒ_{０，ｎｔｇｔ}の位相θ_ｎｔｇｔを示す。この結果、未知数が減るため、少ない演算で複数の目標距離が算出可能なレーダ装置を得ることが可能になる。

図１４Ａは、目標１（目標番号ｎ_ｔｇｔ＝１の目標）の周波数領域の信号が振幅最大値となる周波数領域のサンプリング番号ｋ_ｐｅａｋの位相の関係を示す図である。図１４Ｂは、目標２（目標番号ｎ_ｔｇｔ＝２の目標）の周波数領域の信号が振幅最大値となる周波数領域のサンプリング番号ｋ_ｐｅａｋの位相の関係を示す図である。図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、ゲート番号ｎ_Ｇの周波数領域のサンプリング番号ｋ_ｐｅａｋの周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ_ｐｅａｋ）の実部ｚ_α（ｎ_Ｇ）および虚部ｚ_β（ｎ_Ｇ）が観測される。
α_１は、振幅最大値となる目標１の周波数領域の信号の実部である。
β_１は、振幅最大値となる目標１の周波数領域の信号の虚部である。
α_２は、振幅最大値となる目標２の周波数領域の信号の実部である。
β_２は、振幅最大値となる目標２の周波数領域の信号の虚部である。

図１４Ａにおいて、α’_１は、目標１が振幅最大値を示すゲート番号ｎ’_Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標１の周波数領域の信号の実部であり、β’_１は、目標１が振幅最大値を示すゲート番号ｎ’_Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標１の周波数領域の信号の虚部である。α’_２は、目標１が振幅最大値を示すゲート番号ｎ’_Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標２の周波数領域の信号の実部で、β’_２は目標１が振幅最大値を示すゲート番号ｎ’_Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標２の周波数領域の信号の虚部である。

図１４Ｂにおいて、α”_１は、目標２が振幅最大値を示すゲート番号ｎ”_Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標１の周波数領域の信号の実部であり、β”_１は、目標２が振幅最大値を示すゲート番号ｎ”_Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標１の周波数領域の信号の虚部である。α”_２は、目標２が振幅最大値を示すゲート番号ｎ”_Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標２の周波数領域の信号の実部であり、β”_２は、目標２が振幅最大値を示すゲート番号ｎ”_Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標２の周波数領域の信号の虚部である。

ただし、目標１が振幅最大値を示すゲート番号ｎ’_Ｇおよび目標２が振幅最大値を示すゲート番号ｎ”_Ｇは実数であってもよい。図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、ゲート番号ｎ_Ｇによらず、各々目標の位相θ_ｎｔｇｔを変化させずに、ゲート番号ｎ_Ｇに基づいて、各々の目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在する割合だけが変化する。

図１５Ａは、受信ゲート内にある目標で反射された反射ＲＦ信号の受信信号比率と目標で反射された反射ＲＦ信号の実部とを目標ごとに示す図である。図１５Ａにおいて、Ｂ１は、目標番号ｎ_ｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）である。Ｃ１は、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する目標番号ｎ_ｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号の実部である。Ｂ２は目標番号ｎ_{ｔｇ ｔ}＝２の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する受信信号比率である。Ｃ２は、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する目標番号ｎ_ｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号の実部である。Ｃ３は、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する目標からの反射ＲＦ信号の観測値の実部である。

図１５Ｂは、受信ゲート内にある目標で反射された反射ＲＦ信号の受信信号比率と目標で反射された反射ＲＦ信号の虚部とを目標ごとに示す図である。図１５Ｂにおいて、Ｂ１は、目標番号ｎ_ｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）である。Ｄ１は、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する目標番号ｎ_ｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号の虚部である。Ｂ２は目標番号ｎ_{ｔｇ ｔ}＝２の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する受信信号比率である。Ｄ２は、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する目標番号ｎ_ｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号の虚部である。Ｄ３は、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する目標からの反射ＲＦ信号の観測値の虚部である。

ドップラー周波数で分離できない距離の異なる複数の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する場合に、反射ＲＦ信号の実部および虚部は、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す関係にある。この関係は目標数が１つである場合と異なっており、従来の技術では、目標距離を算出することが困難であった。
一方、図１３Ａから図１３Ｅに示したように、ゲート番号ｎ_Ｇによらず、各々の目標の位相θ_ｎｔｇｔを変化させずに、ゲート番号ｎ_Ｇに基づいて各々の目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在している割合だけが変化している。すなわち、実施の形態１に係るレーダ装置１では、反射ＲＦ信号（受信ＲＦ信号）の実部および虚部のみが変化するようにゲート処理が行われる。目標距離算出部６２では、この特性を利用して、ドップラー周波数で互いに分離できない目標距離の異なる複数の目標が受信ゲート内に存在する場合であっても、各々の目標距離を算出することが可能である。

図１６は、実施の形態１における目標距離算出部６２の動作例を示すフローチャートであり、図５のステップＳＴ５の処理の詳細を示している。また、図１７は、実施の形態１における目標距離算出部６２の動作の別の例を示すフローチャートである。図１６に示すステップＳＴ２ｄの処理は、図１７に示すステップＳＴ２ｅと同じ処理である。
図１６および図１７において、目標距離算出部６２は、予め設定された目標数Ｎ_ｔｇｔ＝２である場合を前提として目標距離を算出する。
観測されたゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する反射ＲＦ信号の実部ｚ_α（ｎ_Ｇ）と虚部ｚ_β（ｎ_Ｇ）は、下記式（１９）および下記式（２０）で表される。

図１６において、目標距離算出部６２は、目標距離を算出するときに目標数Ｎ_ｔｇｔと同数の受信ゲートの観測値を用いる場合、下記式（２１）を用いて、想定する目標１のサンプリング番号をｍ’_１とし、想定する目標２のサンプリング番号をｍ’_２として連立方程式を導出して、下記式（２２）に従い連立方程式を解くことにより、目標１のサンプリング番号ｍ’_１および目標２のサンプリング番号ｍ’_２である場合の目標番号ｎ_ｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号の実部α’_{１，ｍ’１，ｍ’２}と、目標１のサンプリング番号ｍ’_１および目標２のサンプリング番号ｍ’_２である場合の目標番号ｎ_ｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号の実部α’_{２，ｍ’１，ｍ’２}を算出する。
さらに、目標距離算出部６２は、下記式（２３に従って連立方程式を解くことにより、目標１のサンプリング番号ｍ’_１および目標２のサンプリング番号ｍ’_２である場合の目標番号ｎ_ｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号の虚部β’_{１，ｍ’１，ｍ’２}と、目標１のサンプリング番号ｍ’_１および目標２のサンプリング番号ｍ’_２である場合の目標番号ｎ_ｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号の虚部β’_{２，ｍ’１，ｍ’２}とを算出する。
ここまでの処理がステップＳＴ１ｄである。なお、ｍ_ｓｔは、想定する複数の目標距離の組み合わせ（以下、目標距離候補と記載する）の目標のサンプリング開始番号であり、Δｍは、想定する目標のサンプリング番号の間隔、ｍ_ｅｄは、想定する複数の目標距離候補の目標のサンプリング終了番号であり、ｎ_Ｇ，１は、予め設定された番号１のゲート番号、ｎ_Ｇ，２は、予め設定された番号２のゲート番号である。
なお、複数の受信ゲート内の周波数領域の信号の実部および虚部のうち、目標距離の算出に用いる信号の実部および虚部は、当該信号の信号強度に基づいて選択してもよい。

一方、目標距離算出部６２は、目標距離を算出するときに目標数Ｎ_ｔｇｔより多数の受信ゲートの観測値を用いる場合、下記式（２４）に従って、想定する目標１のサンプリング番号をｍ’_１とし、目標２のサンプリング番号をｍ’_２として連立方程式を導出する。
下記式（２４）は、全ての受信ゲートを用いた場合を示しているが、目標数Ｎ_ｔｇｔより多い受信ゲートの観測値があればよい。なお、複数の受信ゲートのうち、受信ゲート内の信号の信号強度に基づいて、目標距離の算出に使用する受信ゲートを選択してもよい。
目標距離算出部６２は、下記式（２４）で表される連立方程式を、受信信号比率ｘ（ｍ _Ｇ（ｎ_Ｇ），ｍ_ｎｔｇｔ）で偏微分し、下記式（２５）に従って目標距離候補の評価値を算出する。続いて、目標距離算出部６２は、下記式（２５）を、下記式（２６）のように定義する。ここで、信号比率に関する行列Ｘ_{ｍ’１，ｍ’２}、目標信号の実部および虚部に関する行列Ａ_{ｍ’１，ｍ’２}、観測値に関する行列Ｚ_{ｍ’１，ｍ’２}は、下記式（２７）で表される。

図１７において、目標距離算出部６２は、上記式（２６）を下記式（２８）に従って、最小二乗法によって解くことにより、目標からの反射ＲＦ信号の実部および虚部に関する行列Ａ_{ｍ’１，ｍ’２}を算出する（ステップＳＴ１ｅ）。Ｙ^−１は、行列Ｙの逆行列を表す。

目標距離算出部６２は、下記式（２９）に従い、目標１のサンプリング番号ｍ’_１と目標２のサンプリング番号ｍ’_２との各々の組み合わせの実部α’_{ｎｔｇｔ，ｍ’１，ｍ’ ２}および虚部β’_{ｎｔｇｔ，ｍ’１，ｍ’２}と、観測値の実部ｚ_α（ｎ_Ｇ）および虚部ｚ _β（ｎ_Ｇ）との残差、すなわち、実部の残差ε_α（ｍ’_１，ｍ’_２）と虚部の残差ε_β（ｍ’_１，ｍ’_２）とを算出する。

目標１のサンプリング番号ｍ’_１と目標２のサンプリング番号ｍ’_２との組み合わせが真値に近くなるほど、残差は小さくなる。従って、目標距離候補の評価値として、残差を分母にした場合、評価値が大きくなるほど、真値との差が小さくなる。
図１８は、目標１のサンプリング番号と目標２のサンプリング番号の組み合わせと目標距離候補の評価値との関係を示す図である。図１８において、縦軸は目標１のサンプリング番号ｍ’_１であり、横軸は目標２のサンプリング番号ｍ’_２である。図１８に示すように、目標距離算出部６２は、実部の残差ε_α（ｍ’_１，ｍ’_２）および虚部の残差ε_β（ｍ’_１，ｍ’_２）を用いて、下記式（３０）に従い、評価値ε（ｍ’_１，ｍ’_２）を算出する。目標距離算出部６２は、下記式（３１）に従い、評価値ε（ｍ’_１，ｍ’_２）を最大にする目標１のサンプリング番号ｍ”_１と目標２のサンプリング番号ｍ”_２とを算出する。ここで、ａｒｇｍａｘε（ｐ，ｑ）は、目標距離候補の評価値ε（ｐ，ｑ）を最大にする引数ｐ，ｑを算出する関数である。
この後、目標距離算出部６２は、下記式（３２）を用いて、目標番号ｎ_ｔｇｔの目標距離Ｒ”_{０，ｎｔｇｔ}を算出する（ステップＳＴ２ｄ、ステップＳＴ２ｅ）。
このように実部および虚部の情報を用いることで、測距精度が向上する効果がある。
目標距離算出部６２は、実部あるいは虚部のみを用いても、複数の目標距離算出は可能である。また、目標距離算出部６２は、目標数が１つであっても目標距離の算出が可能である。目標数が１である場合、ｍ’_１のみとして算出すればよい。

目標距離算出部６２は、目標番号ｎ_ｔｇｔの目標距離Ｒ”_{０，ｎｔｇｔ}を表示器７に出力する。表示器７は、目標距離算出部６２から入力した目標番号ｎ_ｔｇｔの目標距離Ｒ” _{０，ｎｔｇｔ}を目標情報として画面上に表示する。

前述したように、実施の形態１に係るレーダ装置１は、受信ＲＦ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周波数領域変換処理を行い、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて目標距離を算出する。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。
例えば、ゲート処理部６０が、複数の受信ゲートを設定して狭帯域フィルタ後の信号を各々の受信ゲート内に存在する目標の周波数領域の信号が同じ位相になるように生成し、周波数領域変換部６１が、各々の受信ゲート内に存在する信号に対して同じサンプリング番号から周波数領域変換して周波数領域の信号を生成する。ゲート処理部６０は、ゲート番号ｎ_Ｇによらず、各々の目標の実部および虚部だけが変化するようにゲート処理を行うため、目標距離算出部６２は、この特性を利用して、想定する受信信号比率と観測値である実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、同じ速度で、受信ゲート内に複数の目標からの反射信号が存在した場合であっても目標距離を算出することができる。

実施の形態１に係るレーダ装置１において、目標距離算出部６２は、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて、各々の受信ゲート内にある目標からの受信信号比率に基づく目標距離候補の連立方程式を解いて目標距離候補の評価値を算出し、目標距離候補の評価値に基づいて目標距離を算出する。評価値を用いることで、少ない演算量で複数の目標距離を算出することが可能である。

実施の形態１に係るレーダ装置１において、目標距離算出部６２は、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて、各々の受信ゲート内にある目標からの受信信号比率に基づく目標距離候補の連立方程式を導出し、導出した前記連立方程式を、最小二乗法を用いて解くことにより目標距離候補の評価値を算出し、目標距離候補の評価値に基づいて目標距離を算出する。評価値を、最小二乗法を用いて算出するので、より雑音の影響が低減し、測距精度が向上する。
なお、実施の形態１では、目標数Ｎ_ｔｇｔを２としたが、２以外の自然数であっても同様に目標数分の目標距離を算出することは可能である。

実施の形態２．
図１９は、本発明の実施の形態２に係るレーダ装置の信号処理部６Ａの構成を示すブロック図である。図１９において図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態２に係るレーダ装置は、図１と同様に、空中線２、送信部３、送受切替部４、受信部５および表示器７を備えている。実施の形態２に係るレーダ装置では、信号処理部６の代わりに、信号処理部６Ａが設けられている。

信号処理部６Ａは、図１９に示すように、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１、目標距離算出部６２Ａおよび目標候補検出部６３を備える。
目標距離算出部６２Ａは、目標候補検出部６３によって検出された目標候補の周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて目標距離を算出する。
目標候補検出部６３は、周波数領域変換部６１によって生成された周波数領域の信号の信号強度に基づいて目標候補を検出する。

周波数領域変換部６１は、周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）を目標候補検出部６３に出力する。目標候補検出部６３は、周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）の信号強度に基づいて目標候補を検出する。例えば、目標候補検出部６３は、ＣＡ−ＣＦＡＲ（Ｃｅｌｌ Ａｖｅｒａｇｅ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）処理によって目標候補を検出する。

図２０は、受信ゲート内にある目標からの反射ＲＦ信号の振幅と目標候補からの反射ＲＦ信号の振幅と雑音との関係を示す図である。図２０において、Ｅ１は、ゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する目標からの反射ＲＦ信号の振幅である。Ｅ２は、ＣＦＡＲ処理で検出されたゲート番号ｎ_Ｇの受信ゲート内に存在する目標候補からの反射ＲＦ信号の振幅の観測値であって、Ｅ２＝（ｚ_α（ｎ_Ｇ）^２＋ｚ_β（ｎ_Ｇ）^２）^１／２である。ｚ_α（ｎ_Ｇ）はゲート番号ｎ_Ｇの反射ＲＦ信号の実部であり、ｚ_β（ｎ_Ｇ）は虚部である。Ｅ３は、雑音である。

図２０に示すように、ＣＦＡＲ処理を用いると、一定の誤警報確率Ｐｆａとなるように目標候補が検出される。このため、目標候補の誤検出を制御することで、雑音をなるべく検出せずに、信号強度に基づいて目標候補を検出することが可能となる。また、信号強度に基づいて目標候補を検出するため、目標候補の信号強度を制御でき、信号強度に基づく距離精度が得られる。目標候補検出部６３は、周波数領域変換部６１から入力した周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）と、ＣＦＡＲ処理で検出した目標候補ｎ_ｔｇｔが存在する受信ゲートのゲート番号ｎ_{Ｇ，ｔｇｔ}と、周波数領域のサンプリング番号ｋとを目標距離算出部６２Ａに出力する。

図２１は、実施の形態２における目標距離算出部６２Ａの動作例を示すフローチャートである。以下、想定する目標数の範囲が１からＮ’_ｔｇｔであると仮定して説明する。
目標距離算出部６２Ａは、想定する目標数の範囲内で目標数ｎ’_ｔｇｔを設定する（ステップＳＴ１ｆ）。目標距離算出部６２Ａは、想定する目標数ｎ’_ｔｇｔに応じて下記式（３３）に従って連立方程式を導出する。ｍ_Ｇ（ｎ_{Ｇ，ｔｇｔ}）は、目標候補ｎ_ｔｇｔのゲート番号ｎ_{Ｇ，ｔｇｔ}のゲート開始ビンに相当するサンプリング番号ｍ’である。

目標距離算出部６２Ａは、上記式（３３）で表された連立方程式を、各々の目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在している割合（受信信号比率）ｘ（ｍ_Ｇ（ｎ_{Ｇ，ｔｇ ｔ}），ｍ_{ｎ’ｔｇｔ}）で偏微分して、下記式（３４）で表す。次に、目標距離算出部６２Ａは、下記式（３４）を下記式（３５）のように定義する。ここで、信号比率に関する行列Ｘ_{ｍ’１，・・・，ｍ’ｎ’ｔｇｔ}と、目標信号の実部および虚部に関する行列Ａ_{ｍ’ １，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔ}と、観測値に関する行列Ｚ_{ｍ’１，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔ}とは、下記式（３６）で表される。

目標距離算出部６２Ａは、上記式（３６）を、下記式（３７）に従い最小二乗法によって解くことにより、目標信号の実部および虚部に関する行列Ａ_{ｍ’１，…，ｍ’ｎ’ｔｇ ｔ}を算出する（ステップＳＴ２ｆ）。ここで、Ｙ^−１は行列Ｙの逆行列であり、Ｙ^Ｔは行列Ｙの転置を表す。

目標距離算出部６２Ａは、下記式（３８）に従い、目標数ｎ’_ｔｇｔである場合における各々の目標のサンプリング番号ｍ_{ｎ’ｔｇｔ}の組み合わせの実部α’_{ｎ’ｔｇｔ，ｍ’ １，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔ}および虚部β’_{ｎ’ｔｇｔ， ｍ’１，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔ}と、観測値の実部ｚ_α（ｎ_Ｇ）および虚部ｚ_β（ｎ_Ｇ）の残差、すなわち、実部の残差ε_α（ｍ’_１，・・・，ｍ’_{ｎ’ｔｇｔ}）および虚部の残差ε_β（ｍ’_１，・・・，ｍ’_{ｎ’ｔ ｇｔ}）を算出する。

目標数ｎ’_ｔｇｔである場合の各々の目標のサンプリング番号ｍ_{ｎ’ｔｇｔ}の組み合わせが真値に近いほど、残差は小さくなる。従って、残差を分母にした場合、目標距離候補の評価値が大きくなるほど、真値との差が小さくなる。
目標距離算出部６２Ａは、実部の残差ε_α（ｍ’_１，・・・，ｍ’_{ｎ’ｔｇｔ}）および虚部の残差ε_β（ｍ’_１，・・・，ｍ’_{ｎ’ｔｇｔ}）を用いて下記式（３９）に従い、目標距離候補の評価値ε（ｍ’_１，ｍ’_２）を算出する。
目標距離算出部６２Ａは、下記式（４０）に従い、目標距離候補の評価値ε（ｍ’_１，・・・，ｍ’_{ｎ’ｔｇｔ}）を最大にする、目標数Ｎ”_ｔｇｔと、各々の目標のサンプリング番号ｍ_{ｎ’ｔｇｔ}を算出する。なお、ａｒｇｍａｘε（ｑ，ｐ，・・・，ｑ）は、目標距離候補の評価値ε（ｑ，ｐ，・・・，ｑ）を最大にする変数ｑ、引数ｐ，・・・，ｑを算出する関数である。

目標距離算出部６２Ａは、下記式（４１）に従って、目標番号ｎ_ｔｇｔの目標の距離Ｒ”_{０，ｎｔｇｔ}を算出する（ステップＳＴ３ｆ）。このように、実部および虚部の情報を用いることで、情報量が増え、測距精度が向上する効果がある。実部および虚部のいずれかのみを用いても、複数の目標の目標距離の算出は可能である。

目標距離算出部６２Ａは、目標数に応じて上記式（３３）で表される連立方程式を導出し、さらに上記式（３７）に従い最小二乗法によって上記連立方程式を解くことにより、目標信号の実部および虚部に関する行列Ａ_{ｍ’１，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔ}を算出し、上記式（４０）に従い、目標距離候補の評価値ε（ｍ’_１，・・・，ｍ’_{ｎ’ｔｇｔ}）を、最大にする目標数Ｎ”_ｔｇｔと、各々の目標のサンプリング番号ｍ_{ｎ’ｔｇｔ}を算出する。このため、予め目標数が設定されている場合であっても、目標数分の相対距離を算出することが可能になる。

前述したように、実施の形態２に係るレーダ装置は、周波数領域変換部６１によって生成された周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）の信号強度に基づいて目標候補を検出する目標候補検出部６３を備えている。目標距離算出部６２Ａは、目標候補検出部６３によって検出された目標候補の周波数領域の信号ｆ_ｄ（ｎ_Ｇ，ｋ）の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて目標距離を算出する。すなわち、目標候補の受信ゲート内の信号の観測値に基づいて目標距離候補が算出されるため、受信ゲートを予め設定する必要がない。また、信号強度に基づいて目標候補を検出するため、信号対雑音比が高い状況で目標距離が算出される。これにより、目標距離を高精度に算出することが可能となる。
目標候補検出部６３によって検出された目標候補のうち、目標候補検出部６３がさらに信号強度に基づいて目標候補を選定することで、目標距離をさらに高精度に算出することが可能となる。

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、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて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、６，６Ａ 信号処理部、７，１０１ 表示器、３０ 送信機、３１ パルス変調器、３２ 局部発振器、５０ 受信機、５１ Ａ／Ｄ変換器、６０ ゲート処理部、６１ 周波数領域変換部、６２，６２Ａ 目標距離算出部、６３ 目標候補検出部、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 (13)

1. 送信信号を空間に放射する送信部と、
   前記送信信号が空間内の目標で反射されて戻った信号である受信信号を受信する受信部と、
   前記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を生成するゲート処理部と、
   前記ゲート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周波数領域変換部と、
   前記周波数領域変換部によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出する目標距離算出部とを備えたこと
   を特徴とするレーダ装置。
2. 前記目標距離算出部は、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて、各々の受信ゲート内にある目標からの受信信号比率に基づく目標距離候補の連立方程式を解いて目標距離候補の評価値を算出し、目標距離候補の評価値に基づいて目標距離を算出すること
   特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 前記目標距離算出部は、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて、各々の受信ゲート内にある目標からの受信信号比率に基づく目標距離候補の連立方程式を導出し、導出した前記連立方程式を最小二乗法を用いて解くことにより目標距離候補の評価値を算出し、目標距離候補の評価値に基づいて目標距離を算出すること
   特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
4. 前記目標距離算出部は、目標距離候補と観測値に基づいて目標距離候補の評価値を算出すること
   を特徴とする請求項２または請求項３記載のレーダ装置。
5. 前記目標距離算出部は、予め設定された目標数に基づいて目標距離を算出すること
   を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
6. 前記目標距離算出部は、目標距離候補の評価値に基づいて目標数を算出し、目標数分の目標距離を算出すること
   を特徴とする請求項２または請求項３記載のレーダ装置。
7. 前記周波数領域変換部は、各々の受信ゲート内にある目標の周波数領域変換後の信号の位相が同じになるように、各々の受信ゲートの位置によらず、同時刻に周波数領域変換を開始すること
   を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
8. 前記ゲート処理部は、ゲート処理に加え、前記受信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こと
   を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
9. 前記ゲート処理部は、各々の受信ゲート内にある目標の周波数領域変換後の信号の位相が同じになるように、各々の受信ゲートの位置によらず、同時刻に帯域通過フィルタ処理を開始すること
   を特徴とする請求項８記載のレーダ装置。
10. 前記周波数領域変換部によって生成された周波数領域の信号の信号強度に基づいて目標候補を検出する目標候補検出部を備え、
    前記目標距離算出部は、前記目標候補検出部によって検出された目標候補の周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出すること
    を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
11. 前記目標距離算出部は、予め設定した複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて目標距離を算出すること
    特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
12. 前記目標距離算出部は、信号強度に基づいて選択した複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて目標距離を算出すること
    特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
13. 送信部が、送信信号を空間に放射するステップと、
    受信部が、前記送信信号が空間内の目標で反射されて戻った信号である受信信号を受信するステップと、
    ゲート処理部が、前記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を生成するステップと、
    周波数領域変換部が、前記ゲート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ステップと、
    目標距離算出部が、前記周波数領域変換部によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出するステップとを備えたこと
    を特徴とする目標距離算出方法。

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