JP7166101B2 - レーダシステム及びそのレーダ信号処理方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、目標の３次元の位置を同定するレーダシステム及びそのレーダ信号処理方法に関する。

小型の送信装置や受信装置により、遠距離の小目標を観測するレーダシステムにあっては、ＳＮが低く、また測角精度も低いため、目標が検出できなかったり、３次元の位置精度が劣化したりする場合があった。

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’, pp.429-430, McGRAW-HILL(1980) ＣＦＡＲ処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996) 拡張アレイ（ＫＲ積アレイ）、Wing-Kin Ma, ‘DOA Estimation of Quasi-Stationary Signals With Less Sensors Than Sources and Unknown Spatial Noise Covariance: A Khatri-Rao Subspace Approach’, IEEE Trans. Signal Process., vol.58, no.4, pp.2168-2180, April(2010) 空間平均法、菊間、‘アレーアンテナによる適応信号処理’、科学技術出版、pp.163-170, pp.336-337(1999) スクイント測角（振幅比較モノパルス）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.260-264(1996)

以上述べたように、比較的小型の送信装置や受信装置によって遠距離の小目標を観測するレーダシステムにあっては、ＳＮが低く、また測角精度も低いため、目標が検出できなかったり、３次元の位置精度が劣化したりする場合があった。
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、比較的小型の送信装置や受信装置の場合でも、遠距離の小目標を検出することのできるレーダシステムと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、Ｍ（Ｍ＞１）台の送信装置とＮ（Ｎ≧１）台の受信装置とを備え、前記受信装置が、前記Ｍ（Ｍ＞１）台の送信装置からそれぞれ送信される送信信号を受信し、前記送信信号が目標を反射して受信された信号についてレンジ軸で相関行列を算出し、前記相関行列のうち部分相関空間で相関行列を平均化し、前記平均化された相関行列を用いてＫＲ積アレイ処理を行って受信データを抽出し、前記送信信号それぞれの受信ビームから決まる観測空間を３次元メッシュに分割し、前記送信装置～観測空間メッシュ～受信装置までの経路長に応じたレンジセルの信号を前記受信データから抽出してビデオ積分し、前記ビデオ積分された値が所定のスレショルドを超えたメッシュの３次元位置を目標位置として出力する。

第１の実施形態に係るレーダシステムの送信装置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受信装置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具体的な運用例を示す概念図。 第１の実施形態において、Ｍ個の送信装置から出力される符号変調パルスを示す波形図。 第１の実施形態において、Ｍ個の送信装置の変調信号に応じて、同一目標でも、送信装置～目標～受信装置の経路長が異なる様子を示すタイミング図。 第２の実施形態に係るレーダシステムの受信装置の構成を示すブロック図。 第２の実施形態の特徴とする信号処理器内のレンジ軸ＫＲ積処理器の具体的な構成を示すブロック図。 第２の実施形態において、相関行列を部分行列に分離して平均化する手法を説明するためのタイミング図。 第３の実施形態に係るレーダシステムの受信装置の構成を示すブロック図。 第３の実施形態において、施形態の受信ビーム形成の様子を示す概念図。 第３の実施形態の受信ビームの角度と誤差電圧との関係を示す波形図。 第３の実施形態に係るレーダシステムの具体的な運用例を示す概念図。 第４の実施形態に係るレーダシステムの受信装置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送信装置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受信装置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通信処理を説明するための概念図。 第５の実施形態に係るレーダシステムの通信情報の送受信方法を説明するためのタイミング図。 第５の実施形態に係るレーダシステムの通信情報の送受信処理の様子を示すタイミング図。 第５の実施形態に係るレーダシステムの通信情報の復調後から距離を抽出する様子を示すタイミング図。

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５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は本実施形態に係るレーダシステムの送信装置の構成を示すブロック図である。図１に示す送信装置では、チャープ信号生成器１１でチャープ信号を生成し、符号生成器１２で符号を生成して、変調器１３でチャープ信号及び符号による変調を施して、周波数変換器１４で高周波（ＲＦ）信号に周波数変換し、高出力増幅器１５で、変調器１３で生成したパルス幅に応じて高出力増幅し、送信アンテナ１６より送信する。

図２は本実施形態に係るレーダシステムの受信装置の構成を示すブロック図である。図２に示す受信装置では、受信アンテナ２１により受信した信号を、低雑音増幅器２２で増幅した後、周波数変換器２３でベースバンドに変換し、ＡＤ変換器２４によりディジタル信号に変換する。

ＡＤ変換器２４でディジタル信号に変換された受信信号はＬ系統の信号処理器２５１～２５Ｌに入力される。信号処理器２５１は、受信信号を送信変調信号に応じて相関処理してレンジ方向にパルス圧縮するパルス圧縮器Ａ１１、slow-time（レンジ）軸の圧縮出力を周波数軸の信号に変換するslow-timeＦＦＴ処理器Ａ１２、周波数軸に変換されたパルス圧縮信号から最大バンクの信号を抽出する最大バンク抽出器Ａ１３を備える。他の信号処理器２５２～２５Ｌも同様に構成される。

各信号処理器２５１～２５Ｌの出力は、いずれも振幅積分器２６に送られる。この振幅積分器２６は、観測メッシュ位置毎に、送信位置（１～Ｍ）の経路長Ｌに応じたレンジセルを抽出し、振幅積分する。この振幅積分結果は、検出器２７で所定の振幅スレショルドを超えたメッシュセルをＣＦＡＲ（非特許文献３参照）等により抽出し、その抽出セルを３Ｄデータ出力器２８で３Ｄ画像に変換し出力する。

上記構成において、図３乃至図５を参照して、具体的な処理動作を説明する。ここで、図３は、本実施形態に係るレーダシステムの具体的な運用例を示す概念図、図４は、Ｍ個の送信装置から出力される符号変調パルスを示す波形図、図５はＭ個の送信装置の変調信号に応じて、同一目標でも、送信装置～目標～受信装置の経路長が異なる様子を示すタイミング図で、（ａ）は送信タイミング、（ｂ）は受信タイミングを示している。

本実施形態では、送信装置及び受信装置がそれぞれ図１及び図２に示すように構成されるものとし、図３に示すように、送信装置ＴがＭ個、受信装置Ｒが１個の場合を想定する。各送信装置Ｔと受信装置Ｒは、ＧＰＳ（Global Positioning System）等で時刻同期され、送信／受信位置、送信時刻、送信周波数、送信ビーム方向は、通信回線等により既知であるものとする。

本実施形態では、小型の送受信散布型レーダにおける目標検出と３Ｄ位置同定手法の一案を示す。すなわち、小型の場合はＳＮが低いため、受信装置Ｒで目標を検出できないとすると、複数の送信装置Ｔからの信号のビデオ積分（振幅積分）が必要である。ただし、積分の際には、レンジセルが不明である。このため、本実施形態では、図３に示すように、観測空間をメッシュに分割し、メッシュ毎に経路長を算出し、受信データからレンジセルを抽出して積分することを考える。

まず、送信波形は、図４に示すように、例えば符号変調パルス（非特許文献１参照）であり、送信装置毎に異なる符号変調を行う。

符号変調の種類としては、Ｍ系列（非特許文献２参照）等がある。図１を参照して送信信号の生成方法について述べる。
チャープ信号（１１）とパルス内及びパルス間の符号（１２）によって基準信号を変調して送信信号を生成し（１２，１３）、高周波（ＲＦ）信号に周波数変換し（１４）、変調されたパルス幅に応じて高出力増幅し（１５）、送信アンテナ１６より送信する。

次に、図２の受信系統をもとに、受信を考える。受信アンテナ２１により受信した信号は、低雑音増幅された後（２２）、ベースバンドに周波数変換されて（２３）、ＡＤ変換１４によりディジタル信号に変換される。この受信信号は、次式となる。

これを受信装置Ｒで受信して、Ｍ個の送信装置Ｔそれぞれの送信変調信号に応じて相関処理し、レンジ圧縮する（Ａ１１）。このために、基準信号をＦＦＴによって周波数軸に変換する。

次に、参照信号は次式となる。

これをＦＦＴすると、次式となる。

したがって、相関処理（圧縮処理）は次式となる。

図５（ａ）に示すように、複数（１～Ｍ台）の送信装置Ｔそれぞれの変調信号に応じて、同一目標でも、送信装置～目標～受信装置の経路長が異なる。このため、レンジ軸でずれた信号が受信されるようになり、上記の圧縮結果が得られる。
ここで、経路長Ｌは、次式で表現できる。

図５（ｂ）に示すように、観測３Ｄメッシュ位置毎に、送信位置（１～Ｍ）の経路長Ｌに応じたレンジセルを抽出し、振幅積分（ビデオ積分）（２６）した結果を、観測メッシュ空間に保存する。この結果より、所定の振幅スレショルドを超えたメッシュセルをＣＦＡＲ（非特許文献３参照）等により抽出（２７）すれば、そのセルが目標位置（xq, yq, zq）（ｑ＝１～Ｑ）となる。

以上のように本実施形態に係るレーダシステムは、Ｍ（Ｍ＞１）台の送信装置とＮ（Ｎ≧１）台の受信装置において、受信ビームから決まる観測空間を３次元（３Ｄ）メッシュに分割し、送信装置～観測空間メッシュ～受信装置までの距離に応じて、受信信号を抽出してビデオ積分し、所定のスレショルドを超えたメッシュの３次元位置を目標位置として出力する。すなわち、複数の送信装置～受信装置の経路長を考慮して振幅積分することにより、ＳＮを向上させることができ、目標の３次元の位置を同定することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、観測空間をＸ－Ｙ－Ｚの３次元の空間にメッシュ分割し、各送信装置～目標～受信装置の経路長差を利用した積分により、目標の３Ｄの位置を同定する手法について述べた。この際、レンジ分解能は、周波数帯域で決まり、符合変調の場合はサンプリングレートの逆数で決まる。このレンジ分解能を積分しやすいように設定することが必要であるが、周波数帯域の制約により、必要なレンジ分解能が得られないことが考えられる。その対策について、図６乃至図８を参照して第２の実施形態として説明する。

送信装置は、図１と同様である。図６は、本実施形態に係るレーダシステムの受信装置の構成を示すブロック図、図７は本実施形態の特徴とする信号処理器内のレンジ軸ＫＲ積処理器の具体的な構成を示すブロック図、図８は本実施形態において、相関行列を部分行列に分離して平均化する手法を説明するためのタイミング図である。

図６において、出力部にレンジ軸ＫＲ積処理器Ａ１４を配置した点が第１の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、最大バンクを抽出したレンジ軸（fast-time軸）のデータを用いて、レンジ軸ＫＲ積（拡張アレイ）処理を行う（Ａ１５）。レンジ軸ＫＲ積処理器Ａ１４は、図７に示すように、反射点選定部Ａ１４１、レンジ軸ＩＦＦＴ（またはドップラ軸ＦＦＴ）処理部Ａ１４２、部分相関行列平均化部Ａ１４３、拡張アレイ処理部Ａ１４４で構成される。

レンジ軸の信号をＦＦＴ処理することにより、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（Ａ１４４）のための入力ベクトルXaとなる。

次に、この信号（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４参照）を行う。まず、相関行列は次式で表現できる。

ここで、反射点間の相関を抑圧するために、図８に示すように、相関行列を部分行列に分離し、平均化する手法（Ａ１４３）を適用する（非特許文献５参照）。
まず、レンジ軸Rxxaについては、次式となる。レーダの送受信による複数の目標信号は、互いに相関をもつため、Xaの相関行列Rxxaの相関成分を抑圧するために、Xaの信号長のうち、順にNapセルずつ抽出し、そのたびにRxxaの算出を行う。

ＣＰＩ単位の時間平均については、例えば、Rxxapを忘却係数を用いた平均処理により算出する。

以上の部分相関行列の平均値であるRxxapを用いて、拡張アレイ処理することにより、この左端と上端の要素をベクトル化すると、次式となる。

この部分相関行列の平均値を用いたベクトルXkraは、複数反射点間の相関が抑圧された受信信号である。この受信信号を用いて、観測空間のメッシュ毎に前述の振幅積分（２６）を行い、目標を検出し（２７）、検出した目標の３Ｄ位置を高精度に同定する（２８）。

以上のように、本実施形態に係るレーダシステムでは、Ｍ（Ｍ＞１）台の送信装置とＮ（Ｎ≧１）台の受信装置において、送信～目標～受信信号からレンジ軸で、相関行列を算出し、部分相関空間で平均化した相関行列を用いてＫＲ積アレイ信号を抽出し、さらに必要に応じてＫＲ積アレイ処理をＬ（Ｌ＞１）回繰り返した受信データを得て、受信ビームから決まる観測空間をメッシュに分割し、送信装置～観測空間メッシュ～受信装置までの距離に応じて、受信データから信号を抽出してビデオ積分し、所定のスレショルドを超えたメッシュの３次元位置を目標位置として出力する。すなわち、複数の送信装置～受信装置の経路長を考慮して振幅積分する際に、レンジ軸拡張アレイ処理（ＫＲ積）により、高分解能に振幅積分するため、ＳＮを向上させることが可能となり、目標の３次元の位置を同定することができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態及び第２の実施形態では、目標経路長により、目標の３Ｄ位置を同定する手法について述べた。その際には、送信装置が十分に離隔していない場合には、誤検出が生じる場合がある。第３の実施形態では、その対策手法について、図９乃至図１２を参照して説明する。図９は本実施形態に係るレーダシステムの受信装置の構成を示すブロック図、図１０は本実施形態の受信ビーム形成の様子を示す概念図、図１１は本実施形態の受信ビームの角度と誤差電圧との関係を示す波形図、図１２は本実施形態に係るレーダシステムの具体的な運用例を示す概念図である。

図９において、本実施形態の特徴は、ＡＤ変換器２４の出力をΣ系統とΔＡＺ，ΔＥＬ系統に分離する。このうち、Σ系統では、信号処理器２５１～２５Ｍにおいて、それぞれ相関処理パルス圧縮器Ａ１１ａ、slow-timeＦＦＴＡ１２ａ、最大バンク抽出器Ａ１３ａ、レンジ軸ＫＲ積処理器Ａ１４ａを経て、振幅積分器２６ａ、検出器２７により、第２の実施形態と同様に処理される。一方、ΔＡＺ，ΔＥＬ系統では、Σ系列と同様に、信号処理器２５１～２５Ｍにおいて、それぞれ相関処理パルス圧縮器Ａ１１ｂ、slow-timeＦＦＴＡ１２ｂ、最大バンク抽出器Ａ１３ｂ、レンジ軸ＫＲ積処理器Ａ１４ｂを経て、振幅積分器２６ｂで第２の実施形態と同様に処理された後、測角器３０で目標方向を測角する。この測角結果は検出器２７の出力と共に誤検出抑圧器２９に送られ、ここで目標の誤検出が抑圧された後、３Ｄデータ出力器２８から３Ｄ化されて出力される。

上記構成によるレーダシステムにおいて、以下、その処理内容を説明する。ここで、図１０（ａ）はΣ、ΔＡＺ，ΔＡＬそれぞれのビーム方向、図１０（ｂ）はビーム断面でのΣビームに対するΔＥＬとΔＡＺとのずれ量を示し、図１１（ａ）はΣビームとΔＡＺまたはΔＥＬの角度－振幅分布を示し、図１１（ｂ）はＡＺまたはＥＬ角度に対する誤差電圧との関係として誤差電圧曲線を示している。

まず、スクイント測角について述べる。スクイント測角は、図１０及び図１１に示すように、和ビーム（Σビーム）に対して、ＡＺ面とＥＬ面で指向方向をずらせた差（スクイント）ビームを形成して、Σビームとの比により、測角（振幅比較モノパルス、非特許文献６参照）するものである。定式化すると、次式となる。

この誤差電圧εＡＺ（εＥＬ）を観測し、予め取得しておいた図１１に示す誤差電圧曲線より、目標角度ＡＺ（ＥＬ）を算出する。
このスクイント測角を用いて誤検出を抑圧する手法について、図９の系統と用いて説明する。Σビームについては、第１の実施形態や第２の実施形態と同様である。本実施形態では、スクイント測角のために、Σと同様に、ΔＡＺ及びΔＥＬの信号処理（Ａ１１ｂ～Ａ１４ｂ）を行う。さらに、経路長を考慮した振幅積分（２６ｂ）についてもΣと同様に、ΔＡＺとΔＥＬに対して行う。次に、Σビームについては目標検出を行い（２７ａ）、図１０及び図１１に示すように、ΣとΔＡＺ及びΣとΔＥＬにより測角を行う（３０）。次に、この目標の測角値を中心に、図１２の一点鎖線で示すような所定の角度幅を設定し、その範囲外に同定された反射点は、誤検出として抑圧する（２９）。誤検出以外の目標反射点を３Ｄデータとして出力する（２８）。以上により、誤検出を抑圧した目標反射点の３Ｄ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では、受信装置において、ＡＺ軸またはＥＬ軸の少なくとも一方のスクイントビームを形成し、ビデオ積分値で測角し、各目標の測角値をもとに、誤検出を抑圧する。すなわち、複数の送信装置～受信装置の経路長を考慮して振幅積分することによって発生する誤検出を、スクイント測角値を用いて抑圧することで、目標の３次元の位置を高精度に同定することができる。

（第４の実施形態）
第１乃至第３の実施形態では、経路長差を用いて目標の３Ｄ位置を同定する手法について述べた。３Ｄ位置（Ｘ－Ｙ－Ｚ）の中で、特に海面上のような場合の送信位置は、Ｘ－Ｙの水平面に配置されるので、目標のＺ軸に対する経路差が現れ難い。本実施形態では、この対策について、図１３を参照して説明する。

図１３は第４の実施形態に係るレーダシステムの受信装置の構成を示すブロック図である。本実施形態では、まず、第３の実施形態と同様に、観測空間（Ｘ－Ｙ－Ｚ）の探索メッシュに対して、振幅積分を行い（２６ａ）、目標の検出を行う（２７ａ）。この出力の座標軸はＸ－Ｙ－Ｚであるが、Ｚ軸に関してはアンビギュイティを含んでいる。このアンビギュイティを抑圧するために、まず検出した反射点の距離を距離算出器３１で算出する。

一方、第３の実施形態と同様の手法でΣビームとΔＥＬビームを用いたスクイント測角により、目標のＥＬ面の測角値θＥＬ（ｐ）を測角器３０で算出する。目標反射点の距離と測角値により、次式でＺ軸の座標を算出する。

もともとのX(p)、Y(p)と組み合わせて、反射点のＸ－Ｙ－Ｚ座標を出力することができ（２８）、これによって、３Ｄ位置算出器３２でアンビギュイティを含まない目標の３Ｄ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では、受信装置において、ＥＬ軸でスクイントビームを形成し、必要に応じて角度軸拡張アレイを用いるか、乗算ビームを用いて、ビデオ積分値で測角し、経路長によるＸ－Ｙ位置と測角値によるＺの位置を組み合わせて出力する。すなわち、複数の送信装置～受信装置の経路長を考慮して振幅積分することにより、ＳＮを向上するとともに、目標の２次元（水平面）の位置を算出し、さらにスクイント測角値を組み合わせることで、目標の３次元の位置を同定することができる。

（第５の実施形態）
第１乃至第４の実施形態では、送信装置の位置、送信時刻、送信周波数、送信ビーム方向等の通信情報は、通信回線等を通じて既知であることを前提にしている。本実施形態では、通信情報が未知の場合に、受信装置で送信装置からの通信情報を得て、第１の実施形態と同様の手法で目標の３Ｄ位置を同定する手法について、図１４乃至図１９を参照して説明する。ここで、図１４は本実施形態に係るレーダシステムの送信装置の構成を示すブロック図、図１５は本実施形態に係るレーダシステムの受信装置の構成を示すブロック図、図１６は本実施形態に係るレーダシステムの通信処理を説明するための概念図、図１７は本実施形態に係るレーダシステムにおいて、目標の反射信号を用いた通信情報の送受信方法を説明するためのＮヒットパルスを示すタイミング図、図１８は本実施形態に係るレーダシステムの通信情報の送受信処理の様子を示すタイミング図、図１９は本実施形態に係るレーダシステムの通信情報の復調後から距離を抽出する様子を示すタイミング図である。

通常、送信装置Ｔ１～ＴＭと受信装置Ｒが見通し内にある場合は、直接通信情報を送受信できる。しかしながら、実際の運用では、送受信間が常に見通し内にあるとは限らない。そこで、本実施形態では、図１６に示すように、送受信間が見通し外にある場合を想定し、通信情報を目標の反射信号を用いて送受信することを考える。

図１４に示す送信装置では、通信変調信号生成器１７において、送信装置の位置、送信時刻、送信周波数、送信ビーム方向等の通信情報から通信変調信号を生成し、ＩＦＦＴ処理器１８において、必要に応じて逆ＦＦＴ処理して、変調器１３に送る。そして、変調器１３で、チャープ信号生成器１１で生成されたチャープ信号と組み合わせにより送信信号を変調し、周波数変換器３によって高周波（ＲＦ）信号に変換して、高出力増幅器１５で増幅して、アンテナ１６から送信する。ここで、上記通信情報は、例えば図１７に示すように、送信パルスを２分割し、レンジ期間Ｐ１と通信期間Ｐ２に割り当て、必要に応じてＳＮ向上のために、Ｎヒット送信する。レンジ期間Ｐ１では、例えばパルス圧縮用にチャープ信号や符号変調を用いる。

図１５に示す受信装置では、アンテナ２１により受信した信号を低雑音増幅器２２によって低雑音で増幅し、周波数変換器２３によってベースバンドに周波数変換し、ＡＤ変換器２４によってディジタル信号に変換した後、信号処理器２５１～２５Ｌに送る。信号処理器２５１（２５２～２５Ｌも同様のため図示せず）では、Ｐ１抽出器Ａ１５でレンジ期間Ｐ１の参照信号から生成される相関処理パルスを用いて入力された受信信号からレンジ期間Ｐ１の信号を抽出し、相関処理パルス圧縮器Ａ１６で相関処理することによってパルス圧縮する。さらに、slow-time軸ＦＦＴ処理器Ａ１７でslow-time軸のＦＦＴ処理を行って、検出器Ａ１８で信号を検出する。ここで、Ｐ２範囲選定器Ａ１９で通信期間Ｐ２を選定し、Ｐ２抽出器Ａ２０でＰ２を抽出した後、slow-time相関処理器Ａ２１で通信期間の変調に対応する参照信号との相関処理を行って、復調器Ａ２２で通信情報を復調する。

一方、Ｐ１＋Ｐ２選定器Ａ２３において、レンジ期間Ｐ１と通信期間Ｐ２の両者の信号を選定し、補正器Ａ２４で通信期間も含めた参照信号を補正して、相関処理器Ａ１１で相関処理し、slow-time軸ＦＦＴ処理器Ａ１２でslow-time軸のＦＦＴ処理を行い、最大バンク抽出器Ａ１３で最大バンクを抽出する。このような処理を１～Ｌ台の送信装置～受信装置の経路について処理し、観測空間のメッシュに対して振幅積分し（２６）、目標検出し（２７）、３Ｄ位置を同定する（２８）。

すなわち、本実施形態において、通信情報は、前述したように、送信パルスを２分割してレンジ期間Ｐ１と通信期間Ｐ２に割り当て、必要に応じてＳＮ向上のために、Ｎヒット送信する。レンジ期間Ｐ１では、例えばパルス圧縮用にチャープ信号や符号変調を用いる。受信した信号は、図１８に示すように、まず、送信変調信号を参照信号として、レンジ期間Ｐ１の信号を抽出し（Ａ１５）、相関処理によりレンジ圧縮する（Ａ１６）。これをレンジセル毎のslow-time軸（パルスヒット軸）でＦＦＴ処理し（Ａ１７）、最大バンク信号の圧縮波形を用いて信号を検出する（Ａ１８）。この検出信号のうち、所定のスレショルドを超える目標信号を抽出すると、通信期間Ｐ２の信号を抽出できるため（Ａ１９，Ａ２０）、その通信期間Ｐ２の信号を用いて復調でき、通信情報を得ることができる（Ａ２１，Ａ２２）。この通信情報により、送信位置、送信時刻、送信周波数、送信ビーム方向が受信装置でわかり、送信タイミング調整、送信周波数への同調、送信ビーム方向へ受信ビーム方向の制御等を実施することができる。この通信情報の復調は、受信ＳＮの高い目標について行う。

次に、受信ＳＮの低い目標に対しては、図１９に示すように、Ｐ１とＰ２の信号を含めて相関処理することにより、ＳＮを高くすることを考える。このため、レンジ期間Ｐ１と通信期間Ｐ２の両者の信号を選定し（Ａ２３）、通信期間も含めた参照信号を補正して（Ａ２４）、相関処理し（Ａ１１）、さらにslow-time軸のＦＦＴ処理を行って（Ａ１２）、最大バンク抽出器１３で最大バンクを抽出する（Ａ１３）。これらを１～Ｌ台の送信装置～受信装置の経路について処理し、観測空間のメッシュに対して振幅積分し（２６）、目標検出し（２７）、３Ｄ位置を同定する（２８）。

以上のように、第５の実施形態に係るレーダシステムでは、送信装置の位置、周波数、送信時刻、送信ビーム指向方向等の情報を送信波に重畳し、ＳＮの大きな反射点（目標）の反射信号を抽出した結果から通信情報を抽出し、その通信情報に基づいて複数の送信装置と受信装置との同期及び同調を行う。すなわち、送信装置と受信装置間で反射点の反射信号を用いて通信することにより、送信装置と受信装置とが直接通信できない通信環境にあっても、送信時刻等の情報を共有し、複数の送信装置～受信装置の経路長を考慮して振幅積分することにより、ＳＮを向上するとともに、目標の３次元の位置を同定できる。

なお、第５の実施形態では、レンジ期間Ｐ１と通信期間Ｐ２を含めて相関処理する手法について述べたが、通信情報を復調した送信装置と受信装置との同期、同調を行う部分に通信情報を利用し、レンジングのための相関処理には、レンジ期間Ｐ１のみを用いる手法でもよい。

上述したように第１乃至第５の実施形態に係るレーダシステムは、小型の送信装置や受信装置の場合でも、遠距離の小目標をも検出することができる。
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…チャープ信号生成器、１２…符号生成器、１３…変調器、１４…周波数変換器、１５…高出力増幅器、１６…送信アンテナ、１７…通信変調信号生成器、１８…ＩＦＦＴ処理器、
２１…受信アンテナ、２２…低雑音増幅器、２３…周波数変換器、２４…ＡＤ変換器、２５１～２５Ｌ…信号処理器、Ａ１１，Ａ１１ａ，Ａ１１ｂ…パルス圧縮器、Ａ１２，Ａ１２ａ，Ａ１２ｂ…slow-timeＦＦＴ処理器、Ａ１３，Ａ１３ａ，Ａ１３ｂ…最大バンク抽出器、Ａ１４，Ａ１４ａ，Ａ１４ｂ…レンジ軸ＫＲ積処理器、Ａ１４１…反射点選定部、Ａ１４２…レンジ軸ＩＦＦＴ（またはドップラ軸ＦＦＴ）処理部、Ａ１４３…部分相関行列平均化部、Ａ１４４…拡張アレイ処理部、Ａ１５…Ｐ１抽出器、Ａ１６…相関処理器、Ａ１７…slow-time軸ＦＦＴ処理器、Ａ１８…検出器、Ａ１９…Ｐ２範囲選定器、Ａ２０…Ｐ２抽出器、Ａ２１…slow-time相関処理器、Ａ２２…復調器、Ａ２３…Ｐ１＋Ｐ２選定器、Ａ２４…補正器、２６，２６ａ，２６ｂ…振幅積分器、２７…検出器、２８…３Ｄデータ出力器、２９…誤検出抑圧器、３０…測角器、３１…距離算出器、３２…３Ｄ位置算出器。

Claims (7)

1. Ｍ（Ｍ＞１）台の送信装置とＮ（Ｎ≧１）台の受信装置とを備え、
   前記受信装置は、
   前記Ｍ台の送信装置からそれぞれ送信される送信信号を受信し、
   前記送信信号が目標を反射して受信された信号についてレンジ軸で相関行列を算出し、
   前記相関行列のうち部分相関空間で相関行列を平均化し、
   前記平均化された相関行列を用いてＫＲ積アレイ処理を行って受信データを抽出し、
   前記送信信号それぞれの受信ビームから決まる観測空間を３次元メッシュに分割し、
   前記送信装置～観測空間メッシュ～受信装置までの経路長に応じたレンジセルの信号を前記受信データから抽出してビデオ積分し、
   前記ビデオ積分された値が所定のスレショルドを超えたメッシュの３次元位置を目標位置として出力するレーダシステム。
2. 前記受信装置は、さらに前記ＫＲ積アレイ処理をＬ（Ｌ＞１）回繰り返して前記受信データを取得する請求項１記載のレーダシステム。
3. 前記受信装置は、前記観測空間にＡＺ軸またはＥＬ軸の少なくとも一方のスクイントビームを形成し、前記ビデオ積分した値で測角し、各目標の測角値をもとに誤検出を抑圧する請求項１記載のレーダシステム。
4. 受信装置は、前記観測空間にＥＬ軸のスクイントビームを形成し、前記ビデオ積分した値で測角し、前記送信装置～観測空間メッシュ～受信装置までの経路長によるＸ－Ｙ位置と測角値によるＺの位置を組み合わせて前記目標位置を出力する請求項１記載のレーダシステム。
5. 前記ビデオ積分は、角度軸拡張アレイを用いるか、乗算ビームを用いて処理する請求項４記載のレーダシステム。
6. 前記送信装置は、当該送信装置の位置、送信周波数、送信時刻、送信ビーム指向方向を含む送信情報を送信波に重畳し、
   前記受信装置は、ＳＮが所定値より大きい反射点を有する受信信号を抽出し、その抽出した受信信号から前記送信情報を抽出して、抽出された送信信号に基づいて前記Ｍ台の送信装置と前記Ｎ台の受信装置との同期及び同調を行う請求項１記載のレーダシステム。
7. Ｍ（Ｍ＞１）台の送信装置からそれぞれ送信される送信信号を受信し、
   前記送信信号が目標を反射して受信された信号についてレンジ軸で相関行列を算出し、
   前記相関行列のうち部分相関空間で相関行列を平均化し、
   前記平均化された相関行列を用いてＫＲ積アレイ処理を行って受信データを抽出し、
   前記送信信号それぞれの受信ビームから決まる観測空間を３次元メッシュに分割し、
   前記送信装置～観測空間メッシュ～受信装置までの経路長に応じたレンジセルの信号を前記受信データから抽出してビデオ積分し、
   前記ビデオ積分された値が所定のスレショルドを超えたメッシュの３次元位置を目標位置として出力するレーダシステムのレーダ信号処理方法。

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