JP7200570B2 - 信号処理装置、信号処理方法及び制御プログラム - Google Patents

Description

本開示は、信号処理装置、センシング装置、信号処理方法及び制御プログラムに関する。

従来、レーダ等のセンシング装置において、目標の移動に伴う「レンジウォーク」に対処する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されている技術では、送信される目標探索信号として、夫々がチヤープ変調信号である複数のパルスでなる目標捜索信号が用いられ、該複数のパルスにおけるパルス幅及び距離分解能の内の少なくとも一方が互いに異なっている。

特開２０１０－１９７２４１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、目標の加速度が考慮されていない。このため、目標の加速度運動に起因した「ドップラ周波数ウォーク損」が生じることによって目標探知性能が低下してしまう可能性がある。

本開示の目的は、目標が加速度運動している場合において目標探知性能の低下を回避することができる、信号処理装置、センシング装置、信号処理方法及び制御プログラムを提供することにある。

第１の態様にかかる信号処理装置は、複数の送信パルス変調信号に対応し且つ１つの方向に送信された、複数の送信信号が目標において反射された複数の反射信号にそれぞれ対応する複数の受信パルス変調信号を入力し、各受信パルス変調信号に対してパルス圧縮処理を施すパルス圧縮部と、前記複数の受信パルス変調信号に対応する前記パルス圧縮処理後の信号を時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分し、積分結果信号を出力するコヒーレント積分部と、前記積分結果信号に基づいて、前記目標を検出する検出部と、を具備し、前記パルス圧縮部は、前記目標の加速度に応じた補正関数を用いて、ドップラ周波数ウォークを補正するドップラ周波数ウォーク補正部を含む。

第２の態様にかかる信号処理方法は、複数の送信パルス変調信号に対応し且つ１つの方向に送信された、複数の送信信号が目標において反射された複数の反射信号にそれぞれ対応する複数の受信パルス変調信号の各受信パルス変調信号に対してパルス圧縮処理を施し、前記複数の受信パルス変調信号に対応する前記パルス圧縮処理後の信号を時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分して、積分結果信号を形成し、前記積分結果信号に基づいて、前記目標を検出し、前記パルス圧縮処理は、前記目標の加速度に応じた補正関数を用いて、ドップラ周波数ウォークを補正する処理を含む。

第３の態様にかかる制御プログラムは、複数の送信パルス変調信号に対応し且つ１つの方向に送信された、複数の送信信号が目標において反射された複数の反射信号にそれぞれ対応する複数の受信パルス変調信号の各受信パルス変調信号に対してパルス圧縮処理を施し、前記複数の受信パルス変調信号に対応する前記パルス圧縮処理後の信号を時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分して、積分結果信号を形成し、前記積分結果信号に基づいて、前記目標を検出する、処理を、信号処理装置に実行させ、前記パルス圧縮処理は、前記目標の加速度に応じた補正関数を用いて、ドップラ周波数ウォークを補正する処理を含む。

本開示により、目標が加速度運動している場合において目標探知性能の低下を回避することができる、信号処理装置、センシング装置、信号処理方法及び制御プログラムを提供することができる。

第１実施形態のセンシング装置の一例を示すブロック図である。 第１実施形態の信号処理装置の一例を示すブロック図である。 第１実施形態の信号処理装置のより具体的な構成を示すブロック図である。 第２実施形態の信号処理装置の一例を示すブロック図である。 第２実施形態の加速度探索の説明に供する図である。 第３実施形態の信号処理装置の一例を示すブロック図である。 第３実施形態の加速度の粗探索及び細探索の説明に供する図である。 第４実施形態の信号処理装置の一例を示すブロック図である。 第４実施形態の粗探索及び加速度推定の説明に供する図である。 第４実施形態の対応関係の一例を示す図である。 信号処理装置のハードウェア構成例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。なお、実施形態において、同一又は同等の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

＜第１実施形態＞
＜センシング装置の構成例＞
図１は、第１実施形態のセンシング装置の一例を示すブロック図である。図１に示すセンシング装置１は、１つの方向に複数の「送信信号」（つまり、「目標探索信号」）を送信し、該複数の送信信号が「目標」において反射された複数の「反射信号」を受信する。各送信信号は、「送信パルス変調信号（つまり、送信ベースバンド信号）」が「搬送波」に重畳された信号である。例えば、複数の送信信号に対応する複数の送信パルス変調信号は、それぞれチャープ変調された信号であり、パルス幅及び距離分解能の少なくとも一方が互いに異なっている。

ここで、送信パルス変調信号の送信に用いられる搬送波は、電磁波、音波、及び光波等のいずれであってもよい。搬送波が電磁波であれば、センシング装置１は、レーダ装置である。また、搬送波が音波であれば、センシング装置１は、ソナー装置である。また、搬送波が光波であれば、センシング装置１は、ライダー（LADAR：Laser Detection and Ranging）装置である。以下では、搬送波が電磁波であること、つまり、センシング装置１がレーダ装置であることを前提として説明する。

図１においてセンシング装置１は、信号処理部（信号処理装置）１０と、送受信部２０と、空中線部３０とを有している。

信号処理装置１０は、上記の送信パルス変調信号を送受信部２０へ出力する。また、信号処理装置１０は、該送信パルス変調信号に対応する「受信パルス変調信号」を送受信部２０から受け取る。

送受信部２０は、信号処理装置１０から受け取った送信パルス変調信号を搬送波に重畳して送信信号を形成し、形成した送信信号を空中線部３０へ出力する。また、送受信部２０は、空中線部３０から受け取った受信信号（つまり、上記の反射信号）から搬送波を取り除いて、搬送波に重畳されているパルス変調信号（つまり、上記の「受信パルス変調信号」）を抽出する。そして、送受信部２０は、抽出した受信パルス変調信号（つまり、受信ベースバンド信号）を信号処理装置１０へ出力する。

空中線部３０は、ここでは搬送波が電波であるので、アンテナである。

＜信号処理装置の概要＞
図２は、第１実施形態の信号処理装置の一例を示すブロック図である。図２において信号処理装置１０は、パルス圧縮部１１と、コヒーレント積分部１２と、検出部１３とを有している。

パルス圧縮部１１は、複数の受信パルス変調信号（つまり、複数の受信ベースバンド信号）を入力する。上記の通り、複数の受信パルス変調信号は、複数の送信パルス変調信号（つまり、複数の送信ベースバンド信号）に対応し且つ１つの方向に送信された、複数の送信信号が「目標」において反射された複数の反射信号にそれぞれ対応する。そして、パルス圧縮部１１は、各受信パルス変調信号に対してパルス圧縮処理を実行する。

例えば、パルス圧縮部１１は、ドップラ周波数ウォーク補正部１１Ａを含んでいる。ドップラ周波数ウォーク補正部１１Ａは、目標の加速度（加速度候補）に応じた「補正関数」を用いて、ドップラ周波数ウォークを補正する。これにより、目標の加速度運動に起因した「ドップラ周波数ウォーク損」を補償することができる。

ここで、上記の通り、例えば、複数の送信パルス変調信号は、それぞれチャープ変調された信号であり、パルス幅及び距離分解能の少なくとも一方が互いに異なっている。すなわち、例えば、複数の送信パルス変調信号は、次の式（１）を満たしてもよい。
Pw(i)・Dr(i)=Pw(1)・Dr(1)±Ti・（λ／2）・・・（１）
この式（１）において、Pw(i)は、第i番目の送信パルスのパルス幅を意味する。Dr(i)は、第i番目の送信パルスの距離分解能を意味する。Pw(1)は、第１番目の送信パルスのパルス幅を意味する。Dr(1)は、第１番目の送信パルスの距離分解能を意味する。Tiは、第１番目の送信パルスと第i番目の送信パルスとの時間間隔を意味する。λは、目標捜索信号（つまり、複数の送信信号）の波長を意味する。Iは、1,2,・・・・,nである。なお、右辺の符号（±）の（＋）は、チヤープ変調信号がダウンチヤ－プ変調である場合を示し、（－）は、チヤープ変調信号がアップチヤ－プ変調である場合を示す。

コヒーレント積分部１２は、複数の受信パルス変調信号に対応するパルス圧縮処理後の信号を時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分して、「積分結果信号」を形成する。

検出部１３は、コヒーレント積分部１２から受け取った積分結果信号に基づいて、目標を検出する。

＜信号処理装置の詳細な構成例＞
図３は、第１実施形態の信号処理装置のより具体的な構成を示すブロック図である。図３の信号処理装置１０においてパルス圧縮部１１は、ドップラ周波数ウォーク補正部１１Ａと、相互相関演算部１１Ｂと、ファストタイム逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）部１１Ｃとを有している。

相互相関演算部１１Ｂは、各受信パルス変調信号と各受信パルス変調信号に対応する送信パルス変調信号との、周波数領域における相互相関を演算する。

例えば、相互相関演算部１１Ｂは、ファストタイム離散フーリエ変換（ＤＦＴ）部１１Ｂ１，１１Ｂ３と、複素共役部１１Ｂ２と、乗算部１１Ｂ４とを有している。

ファストタイムＤＦＴ部１１Ｂ１は、「参照信号（レプリカ信号）」として、各受信パルス変調信号に対応する送信パルス変調信号を入力する。そして、ファストタイムＤＦＴ部１１Ｂ１は、各送信パルス変調信号に対してファストタイムにおいて離散フーリエ変換を実行することで、各送信パルス変調信号を時間領域から周波数領域に変換する。

複素共役部１１Ｂ２は、周波数領域の各送信パルス変調信号の「複素共役信号」を形成する。

ファストタイムＤＦＴ部１１Ｂ３は、複数の受信パルス変調信号を入力する。そして、ファストタイムＤＦＴ部１１Ｂ３は、各受信パルス変調信号に対してファストタイムにおいて離散フーリエ変換を実行することで、各受信パルス変調信号を時間領域から周波数領域に変換する。ここで、「ファストタイム」とは、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が送信された時刻からの経過時間である。以下では、「ファストタイム」がフーリエ変換されたものを「ファスト周波数」と呼ぶことがある。

乗算部１１Ｂ４は、周波数領域の各受信パルス変調信号と、複素共役部１１Ｂ２において該各受信パルス変調信号に対応する送信パルス変調信号から得られた複素共役信号とを乗算して、「相関演算結果信号」を形成する。ここで、「相関演算結果信号」は、「ファスト周波数」及び「スロータイム」の２次元領域に対する波形である。「スロータイム」とは、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が送信された時刻である。この「スロータイム」がフーリエ変換されたものが「ドップラ周波数」である。

ドップラ周波数ウォーク補正部１１Ａは、目標の加速度（加速度候補）ａを入力する。この加速度ａは、例えば、目標追尾処理を行う加速度推定部（図示せず）によって算出されてもよい。すなわち、図２に示す信号処理装置１０の構成は、目標の加速度が既知である場合の構成である。

ドップラ周波数ウォーク補正部１１Ａは、乗算部１１Ａ１を有している。そして、乗算部１１Ａ１は、加速度ａに応じた補正関数と、乗算部１１Ｂ４で形成された相関演算結果信号とを乗算し、「乗算結果信号」を形成する。

ファストタイムＩＤＦＴ部１１Ｃは、ドップラ周波数ウォーク補正部１１Ａで形成された乗算結果信号に対してファストタイムにおいて逆離散フーリエ変換を実行することで、乗算結果信号を周波数領域から時間領域に変換して、パルス圧縮処理後の信号を形成する。

コヒーレント積分部１２は、スロータイム離散フーリエ変換（ＤＦＴ）部１２Ａを有している。スロータイムＤＦＴ部１２Ａは、各パルス圧縮後の信号に対してスロータイムにおいて逆離散フーリエ変換を実行して各パルス圧縮後の信号を時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分を行う。これにより、「積分結果信号」が得られる。

以上のように、ファストタイムＤＦＴ部１１Ｂ３には、複数の受信パルス変調信号のそれぞれに対応する、ファストタイムに対する振幅波形（つまり、複数の「遅延プロファイル」）が、入力される。換言すれば、ファストタイムＤＦＴ部１１Ｂ３には、ファストタイム及びスロータイムの２次元領域に対する振幅波形（つまり、「遅延ヒストリ」）が入力される。そして、ファストタイムＤＦＴ部１１Ｂ３からは、複数の受信パルス変調信号のそれぞれに対応する、遅延プロファイルをフーリエ変換して得られる複数の振幅波形（つまり、「遅延スペクトル」）が出力される。換言すれば、ファストタイムＤＦＴ部１１Ｂ３からは、ファスト周波数及びスロータイムの２次元領域に対する振幅波形（つまり、「遅延スペクトルヒストリ」）が出力される。そして、乗算部１１Ｂ４からは、ファスト周波数及びスロータイムの２次元領域に対する波形が出力される。そして、ファストタイムＩＤＦＴ部１１Ｃからは、ファストタイム及びスロータイムの２次元領域に対する波形が出力される。そして、コヒーレント積分部１２からは、ファストタイム及びドップラ周波数に対する波形が出力される。

ここで、「補正関数」について説明する。

まず、送信信号にFMリニアチャープ波形を用いる場合、上記の参照信号（レプリカ信号）は、次の式（２）によって表すことができる。

式（２）及び後述する式において、ｔは、ファストタイムを表し、ｔ_ｓｌｏｗは、スロータイムを表す。また、ＰＷは、パルス幅を表し、Ｍは、チャープ率を表す。このチャープ率Ｍは、Ｍ＝ＢＷ／ＰＷによって求めることができる。ＢＷは、帯域幅である。

式（２）におけるｒｅｃｔ（ｘ）は、次の式（３）によって表すことができる。

また、上記の受信パルス変調信号（つまり、受信ベースバンド信号）は、次の式（４）によって表すことができる。

式（４）及び後述する式において、ｃは、光速を表し、ｒ（ｔ_ｓｌｏｗ）は、時間ｔ_ｓｌｏｗのときの目標の距離を表し、ｖは、目標の速度を表す。

そして、パルス圧縮処理後の信号（つまり、ファスト周波数及びスロータイムの領域における波形）は、次の式（５）によって表すことができる。

式（５）及び後述する式において、ｆ_ｃは、中心周波数を表し、ｆ_ｄは、目標のドップラ周波数を表す。目標のドップラ周波数ｆ_ｄは、ｆ_ｄ＝（２ｖ／ｃ）×ｆ_ｃによって求めることができる。

ここで、ｒ（ｔ_ｓｌｏｗ）は、次の式（６）で表すことができる。

式（６）及び後述する式において、ｒ_０は、目標の初期距離を表し、ａは、目標の実際の加速度を表す。

式（６）を式（５）へ代入すると共に、ｆ_ｄがｆ及びｆ_ｃのいずれに対しても十分に小さいためｆ_ｄを無視すると、次の式（７）が得られる。

ここで、式（７）の右辺における２番目の項は、目標の距離に対応する項であり、３番目の項は、目標速度によるドップラ周波数に対応する項であり、４番目の項は、目標の速度によるレンジウォークに対応する項であり、５番目の項は、目標の加速度によるドップラ周波数ウォークに対応する項である。

このため、ドップラ周波数ウォークを補正するための補正関数は、次の式（８）で表すことができる。

式（８）において、ａ’は、加速度候補（探索加速度）を表す。第１実施形態では、目標の加速度が既知であることを前提としているため、ａ’＝ａである。一方で、後述するように、目標の加速度が既知でない場合、加速度候補ａ’を探索する必要がある。なお、式（７）の目標の初期距離に対応する項及び目標速度によるドップラ周波数に対応する項に対しては補正する必要がない。また、目標の速度によるレンジウォークに対応する項に対しては、上記の式（１）を満たすような送信信号を送信することによってこの項は発生しないため、補正の必要はない。

以上のように第１実施形態によれば、信号処理装置１０においてパルス圧縮部１１は、目標の加速度（加速度候補）に応じた「補正関数」を用いて、ドップラ周波数ウォークを補正するドップラ周波数ウォーク補正部１１Ａを含んでいる。

この信号処理装置１０の構成により、目標が加速度運動している場合において目標探知性能の低下を回避することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、目標の加速度が既知ではない場合の実施形態に関する。第２実施形態のセンシング装置の基本構成は、第１実施形態のセンシング装置１と同じなので、図１を参照して説明する。すなわち、第２実施形態では、センシング装置１は、信号処理装置１０の代わりに、後述する信号処理装置４０を有している。

図４は、第２実施形態の信号処理装置の一例を示すブロック図である。図４において信号処理装置４０は、パルス圧縮部４１と、コヒーレント積分部４２と、検出部４３とを有している。

パルス圧縮部４１は、相互相関演算部１１Ｂと、ドップラ周波数ウォーク補正部（第１のドップラ周波数ウォーク補正部）４１Ａと、ファストタイムＩＤＦＴ部（第１の逆フーリエ変換部）４１Ｂとを有している。

ドップラ周波数ウォーク補正部４１Ａは、相互相関演算部１１Ｂから相関演算結果信号を受け取る。そして、ドップラ周波数ウォーク補正部４１Ａは、相関演算結果信号に対して、目標の「第１グループの複数の加速度候補（探索加速度）」に応じた「第１グループの複数の補正関数」をそれぞれ乗算し、「複数の乗算結果信号（第１グループの複数の乗算結果信号）」を出力する。

具体的には、ドップラ周波数ウォーク補正部４１Ａは、乗算部４１Ａ１～４１ＡＬを有している。乗算部４１Ａ１～４１ＡＬは、それぞれ、第１グループの複数の加速度候補ａ’_１～ａ’_Ｌに対応している。

ファストタイムＩＤＦＴ部４１Ｂは、ドップラ周波数ウォーク補正部４１Ａから受け取る第１グループの複数の乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、第１グループの複数のパルス圧縮処理後の信号を形成する。

具体的には、ファストタイムＩＤＦＴ部４１Ｂは、ファストタイムＩＤＦＴ部４１Ｂ１～４１ＢＬを有している。ファストタイムＩＤＦＴ部４１Ｂ１～４１ＢＬは、それぞれ、第１グループの複数の加速度候補ａ’_１～ａ’_Ｌに対応している。

コヒーレント積分部４２は、ファストタイムＩＤＦＴ部４１Ｂで形成された第１グループの複数のパルス圧縮処理後の信号をスロータイムにおいて時間領域から周波数領域にそれぞれ変換することによってコヒーレント積分する。これにより、第１グループの複数の積分結果信号が得られる。

具体的には、コヒーレント積分部４２は、スロータイムＤＦＴ部４２Ａ１～４２ＡＬを有している。スロータイムＤＦＴ部４２Ａ１～４２ＡＬは、それぞれ、第１グループの複数の加速度候補ａ’_１～ａ’_Ｌに対応している。

検出部４３は、コヒーレント積分部４２から受け取る第１グループの複数の積分結果信号に基づいて、目標を検出する。例えば、検出部４３は、コヒーレント積分部４２から受け取る第１グループの複数の積分結果信号のうちで振幅が最も大きい積分結果信号を選択する。すなわち、検出部４３は、図５に示すように複数の加速度候補（探索加速度）にそれぞれ対応する第１グループの複数の積分結果信号のうちで、振幅が最も大きい積分結果信号を選択する。この選択された積分結果信号は、目標の実際の加速度（目標加速度）に最も近い加速度候補に対応する。そして、検出部４３は、選択した積分結果信号と所定の閾値とを用いて、目標を検出する。図５は、第２実施形態の加速度探索の説明に供する図である。

なお、ここでは、振幅が最も大きい積分結果信号を選択することによって次元（加速度の次元）を１つ減らした後に、閾値を用いて目標を検出しているが、これに限定されない。例えば、減らす対象の次元は、任意でよく、また、複数であってもよい。また、次元を減らすことなく、全次元（距離－ドップラ周波数－加速度）の信号振幅に対して閾値を用いて、目標を検出してもよい。ビームフォーミングを行う場合には、全次元は、距離－ドップラ周波数－加速度－ビーム指向方向となる。

以上のように第２実施形態によれば、信号処理装置４０においてパルス圧縮部４１は、相互相関演算部１１Ｂと、ドップラ周波数ウォーク補正部４１Ａと、ファストタイムＩＤＦＴ部４１Ｂとを有している。ドップラ周波数ウォーク補正部４１Ａは、相互相関演算部１１Ｂから相関演算結果信号を受け取る。そして、ドップラ周波数ウォーク補正部４１Ａは、相関演算結果信号に対して、目標の「第１グループの複数の加速度候補（探索加速度）」に応じた「第１グループの複数の補正関数」をそれぞれ乗算し、「複数の乗算結果信号（第１グループの複数の乗算結果信号）」を出力する。ファストタイムＩＤＦＴ部４１Ｂは、ドップラ周波数ウォーク補正部４１Ａから受け取る第１グループの複数の乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、第１グループの複数のパルス圧縮処理後の信号を形成する。検出部４３は、コヒーレント積分部４２から受け取る第１グループの複数の積分結果信号に基づいて、目標を検出する。

この信号処理装置４０の構成により、目標の加速度が既知ではない場合であっても、目標探知性能の低下を回避することができる。また、この信号処理装置４０の構成により、高々３次元（距離－ドップラ周波数－加速度）の探索によって目標を検出することができるので、計算量を軽減することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、第２実施形態と同様に、目標の加速度が既知ではない場合の実施形態に関する。第３実施形態は、目標の加速度の「粗探索」及び「細探索」を行う実施形態に関する。第３実施形態のセンシング装置の基本構成は、第１実施形態のセンシング装置１と同じなので、図１を参照して説明する。すなわち、第３実施形態では、センシング装置１は、信号処理装置１０の代わりに、後述する信号処理装置５０を有している。

図６は、第３実施形態の信号処理装置の一例を示すブロック図である。図６において信号処理装置５０は、パルス圧縮部５１と、コヒーレント積分部５２と、検出部５３とを有している。

パルス圧縮部５１は、相互相関演算部１１Ｂと、ドップラ周波数ウォーク補正部（第２のドップラ周波数ウォーク補正部）５１Ａと、ファストタイムＩＤＦＴ部（第２の逆フーリエ変換部）５１Ｂと、ドップラ周波数ウォーク補正部（第３のドップラ周波数ウォーク補正部）５１Ｃと、ファストタイムＩＤＦＴ部（第３の逆フーリエ変換部）５１Ｄとを有している。

ドップラ周波数ウォーク補正部５１Ａは、相互相関演算部１１Ｂから相関演算結果信号を受け取る。そして、ドップラ周波数ウォーク補正部５１Ａは、相関演算結果信号に対して、目標の「第２グループの複数の加速度候補（粗探索加速度）」に応じた「第２グループの複数の補正関数」をそれぞれ乗算し、「第２グループの複数の乗算結果信号」を出力する。ここで、「第２グループの複数の加速度候補（粗探索加速度）」における互いの間隔（加速度間隔）は、第２実施形態の「第１グループの複数の加速度候補（探索加速度）」における互いの間隔よりも広くなっている。

具体的には、ドップラ周波数ウォーク補正部５１Ａは、乗算部５１Ａ１～５１ＡＭを有している。乗算部５１Ａ１～５１ＡＭは、それぞれ、第２グループの複数の加速度候補ｂ’_１～ｂ’_Ｍに対応している。

ファストタイムＩＤＦＴ部５１Ｂは、ドップラ周波数ウォーク補正部５１Ａから受け取る第２グループの複数の乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、第２グループの複数のパルス圧縮処理後の信号を形成する。

具体的には、ファストタイムＩＤＦＴ部５１Ｂは、ファストタイムＩＤＦＴ部５１Ｂ１～５１ＢＭを有している。ファストタイムＩＤＦＴ部５１Ｂ１～５１ＢＭは、それぞれ、第２グループの複数の加速度候補ｂ’_１～ｂ’_Ｍに対応している。

ドップラ周波数ウォーク補正部５１Ｃは、後述する粗探索加速度検出処理部５３Ａの「粗探索」によって検出された「粗探索加速度」を含む「所定の加速度範囲」に目標の細探索用の「第３グループの複数の加速度候補（細探索加速度）」を設定する。例えば、後述する粗探索加速度検出処理部５３Ａから、積分結果信号のうちで振幅が最も大きい積分結果信号に対応する加速度候補を「粗探索加速度」として受け取る場合、該「粗探索加速度」を中心とする「所定の加速度範囲」が設定されてもよい。又は、例えば、後述する粗探索加速度検出処理部５３Ａから、積分結果信号のうちで振幅が大きい方から２つの積分結果信号に対応する２つの加速度候補を「粗探索加速度」として受け取る場合、該２つの加速度候補を両端とする「所定の加速度範囲」が設定されてもよい。

そして、ドップラ周波数ウォーク補正部５１Ｃは、相関演算結果信号に対して、「第３グループの複数の加速度候補」に応じた「第３グループの複数の補正関数」をそれぞれ乗算し、「第３グループの複数の乗算結果信号」を出力する。

具体的には、ドップラ周波数ウォーク補正部５１Ｃは、乗算部５１Ｃ１～５１ＣＮを有している。乗算部５１Ｃ１～５１ＣＮは、それぞれ、第３グループの複数の加速度候補ｃ’_１～ｃ’_Ｎに対応している。

ファストタイムＩＤＦＴ部５１Ｄは、ドップラ周波数ウォーク補正部５１Ｃから受け取る第３グループの複数の乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、第３グループの複数のパルス圧縮処理後の信号を形成する。

具体的には、ファストタイムＩＤＦＴ部５１Ｄは、ファストタイムＩＤＦＴ部５１Ｄ１～５１ＤＮを有している。ファストタイムＩＤＦＴ部５１Ｄ１～５１ＤＮは、それぞれ、第３グループの複数の加速度候補ｃ’_１～ｃ’_Ｎに対応している。

コヒーレント積分部５２は、コヒーレント積分処理部５２Ａ，５２Ｂを有している。

コヒーレント積分処理部５２Ａは、ファストタイムＩＤＦＴ部５１Ｂで形成された第２グループの複数のパルス圧縮処理後の信号をスロータイムにおいて時間領域から周波数領域にそれぞれ変換することによってコヒーレント積分する。これにより、第２グループの複数の積分結果信号が得られる。この第２グループの複数の積分結果信号は、検出部５３へ出力される。

具体的には、コヒーレント積分処理部５２Ａは、スロータイムＤＦＴ部５２Ａ１～５２ＡＭを有している。スロータイムＤＦＴ部５２Ａ１～５２ＡＭは、それぞれ、第２グループの複数の加速度候補ｂ’_１～ｂ’_Ｍに対応している。

コヒーレント積分処理部５２Ｂは、ファストタイムＩＤＦＴ部５１Ｄで形成された第３グループの複数のパルス圧縮処理後の信号をスロータイムにおいて時間領域から周波数領域にそれぞれ変換することによってコヒーレント積分する。これにより、第３の複数の積分結果信号が得られる。この第３の複数の積分結果信号は、検出部５３へ出力される。

具体的には、コヒーレント積分処理部５２Ｂは、スロータイムＤＦＴ部５２Ｂ１～５２ＢＮを有している。スロータイムＤＦＴ部５２Ｂ１～５２ＢＮは、それぞれ、第３グループの複数の加速度候補ｃ’_１～ｃ’_Ｎに対応している。

検出部５３は、粗探索加速度検出処理部５３Ａと、目標検出処理部５３Ｂとを有している。

粗探索加速度検出処理部５３Ａは、第２グループの複数の積分結果信号に基づいて、上記の「粗探索加速度」を検出する。例えば、粗探索加速度検出処理部５３Ａは、第２グループの複数の積分結果信号のうちで振幅が最も大きい積分結果信号を検出して、該検出した積分結果信号に対応する加速度候補を特定する。そして、粗探索加速度検出処理部５３Ａは、特定した加速度候補を「粗探索加速度」としてドップラ周波数ウォーク補正部５１Ｃへ出力する。又は、例えば、粗探索加速度検出処理部５３Ａは、図７に示すように、第２グループの複数の積分結果信号のうちで振幅が大きい方から２つの積分結果信号を検出して、該検出した２つの積分結果信号にそれぞれ対応する２つの加速度候補を特定する。そして、粗探索加速度検出処理部５３Ａは、特定した２つの加速度候補を「粗探索加速度」としてドップラ周波数ウォーク補正部５１Ｃへ出力する。これにより、該２つの加速度候補を両端とする「所定の加速度範囲」が設定されて、該加速度範囲に目標の細探索用の「第３グループの複数の加速度候補（細探索加速度）」が設定される。図７は、第３実施形態の加速度の粗探索及び細探索の説明に供する図である。

目標検出処理部５３Ｂは、第３グループの複数の積分結果信号に基づいて、目標を検出する。目標検出処理部５３Ｂにおける検出処理は、上記の検出部４３と同じであってもよい。

以上のように第３実施形態によれば、信号処理装置５０は、粗探索によって粗探索加速度を検出する。そして、信号処理装置５０は、粗探索加速度を含む所定の加速度範囲に設定した複数の加速度候補（細探索加速度）に応じた補正関数によってドップラ周波数ウォーク補正を行った信号に基づいて、目標の検出を行う。

この信号処理装置５０の構成により、目標の加速度が既知ではない場合であっても、目標探知性能の低下を回避することができると共に、計算量をさらに軽減することができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態は、第２実施形態及び第３実施形態と同様に、目標の加速度が既知ではない場合の実施形態に関する。第４実施形態は、目標の加速度の「粗探索」の結果を用いて目標の加速度を推定する実施形態に関する。第４実施形態のセンシング装置の基本構成は、第１実施形態のセンシング装置１と同じなので、図１を参照して説明する。すなわち、第４実施形態では、センシング装置１は、信号処理装置１０の代わりに、後述する信号処理装置６０を有している。

図８は、第４実施形態の信号処理装置の一例を示すブロック図である。図８において信号処理装置６０は、パルス圧縮部６１と、コヒーレント積分部６２と、検出部６３とを有している。

パルス圧縮部６１は、相互相関演算部１１Ｂと、ドップラ周波数ウォーク補正部（第２のドップラ周波数ウォーク補正部）５１Ａと、ファストタイムＩＤＦＴ部（第２の逆フーリエ変換部）５１Ｂとを有している。パルス圧縮部６１は、さらに、ドップラ周波数ウォーク補正部（第４のドップラ周波数ウォーク補正部）６１Ａと、ファストタイムＩＤＦＴ部（第４の逆フーリエ変換部）６１Ｂとを有している。

ドップラ周波数ウォーク補正部６１Ａは、相互相関演算部１１Ｂから相関演算結果信号を受け取る。そして、ドップラ周波数ウォーク補正部６１Ａは、相関演算結果信号に対して、「加速度推定値」に応じた補正関数を乗算し、乗算結果信号を出力する。具体的には、ドップラ周波数ウォーク補正部６１Ａは、乗算部６１Ａ１を有している。この乗算部６１Ａ１によって、相関演算結果信号と「加速度推定値」に応じた補正関数との乗算が行われる。「加速度推定値」は、後述する加速度推定部６３Ａによって推定（算出）される。

ファストタイムＩＤＦＴ部６１Ｂは、ドップラ周波数ウォーク補正部６１Ａから受け取る乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、パルス圧縮処理後の信号を形成する。

コヒーレント積分部６２は、コヒーレント積分処理部５２Ａと、スロータイムＤＦＴ部６２Ａとを有する。スロータイムＤＦＴ部６２Ａは、ファストタイムＩＤＦＴ部６１Ｂで形成されたパルス圧縮処理後の信号をスロータイムにおいて時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分して、積分結果信号を出力する。

検出部６３は、粗探索加速度検出処理部５３Ａと、加速度推定部６３Ａと、目標検出処理部６３Ｂとを有している。

第４実施形態の粗探索加速度検出処理部５３Ａは、図９に示すように、コヒーレント積分処理部５２Ａから受け取る第２グループの複数の積分結果信号の振幅を検出する。そして、粗探索加速度検出処理部５３Ａは、大きい方から２つの振幅値を検出すると共に、最も大きい振幅値の積分結果信号に対応する加速度候補を「粗探索加速度」として検出する。図９は、第４実施形態の粗探索及び加速度推定の説明に供する図である。

加速度推定部６３Ａは、複数の振幅比候補と各振幅比候補に応じた調整量候補との「対応関係」を記憶している。図１０は、第４実施形態の対応関係の一例を示す図である。図１０では、対応関係として、振幅比と調整量との対応関数が示されている。

加速度推定部６３Ａは、粗探索加速度検出処理部５３Ａで検出された２つの振幅値（最大振幅値Ａ_ｍａｘ、２番目に大きい振幅値Ａ_ｓｕｂ）の比（振幅比Ａ_ｓｕｂ／Ａ_ｍａｘ）と、「対応関係」とを用いて、調整量Δａ’を特定する。

そして、加速度推定部６３Ａは、特定した調整量Δａ’と、粗探索加速度検出処理部５３Ａで検出された粗探索加速度とに基づいて、加速度推定値を算出する。図９の例では、粗探索加速度に調整量Δａ’を加算することにより、加速度推定値（目標加速度、推定探索点）が算出されている。

目標検出処理部６３Ｂは、スロータイムＤＦＴ部６２Ａから受け取った積分結果信号に基づいて、目標を検出する。

以上のように第４実施形態によれば、信号処理装置６０において加速度推定部６３Ａは、粗探索加速度検出処理部５３Ａで検出された２つの振幅値の比と、「対応関係」とを用いて、調整量Δａ’を特定する。そして、加速度推定部６３Ａは、特定した調整量Δａ’と、粗探索加速度検出処理部５３Ａで検出された粗探索加速度とに基づいて、加速度推定値を算出する。

この信号処理装置６０の構成により、目標の加速度を推定することができるので、目標の加速度が既知ではない場合であっても、目標探知性能の低下を回避することができると共に、計算量をさらに軽減することができる。

＜他の実施形態＞
図１１は、信号処理装置のハードウェア構成例を示す図である。図１１において信号処理装置１００は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２とを有している。第１実施形態から第４実施形態の信号処理装置１０，４０，５０，６０のパルス圧縮部１１，４１，５１，６１と、コヒーレント積分部１２，４２，５２，６２と、検出部１３，４３，５３，６３とは、プロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを読み込んで実行することにより実現されてもよい。プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、信号処理装置１０，４０，５０，６０に供給することができる。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によって信号処理装置１０，４０，５０，６０に供給されてもよい。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１ センシング装置
１０，４０，５０，６０ 信号処理装置
１１，４１，５１，６１ パルス圧縮部
１１Ａ，４１Ａ，５１Ａ，５１Ｃ，６１Ａ ドップラ周波数ウォーク補正部
１１Ｂ 相互相関演算部
１１Ｃ，４１Ｂ，５１Ｂ，５１Ｄ，６１Ｂ ファストタイム逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）部
１２，４２，５２，６２ コヒーレント積分部
１３，４３，５３，６３ 検出部
２０ 送受信部
３０ 空中線部
５３Ａ 粗探索加速度検出処理部
５３Ｂ，６３Ｂ 目標検出処理部
６３Ａ 加速度推定部

Claims (10)

1. 複数の送信パルス変調信号に対応し且つ１つの方向に送信された、複数の送信信号が目標において反射された複数の反射信号にそれぞれ対応する複数の受信パルス変調信号を入力し、各受信パルス変調信号に対してパルス圧縮処理を施すパルス圧縮部と、
   前記複数の受信パルス変調信号に対応する前記パルス圧縮処理後の信号を時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分し、積分結果信号を出力するコヒーレント積分部と、
   前記積分結果信号に基づいて、前記目標を検出する検出部と、
   を具備し、
   前記パルス圧縮部は、
   前記各受信パルス変調信号と前記各受信パルス変調信号に対応する前記送信パルス変調信号との、周波数領域における相互相関を演算し、相関演算結果信号を出力する相互相関演算部と、
   前記相関演算結果信号に対して、前記目標の第１グループの複数の加速度候補にそれぞれ対応する第１グループの複数の補正関数をそれぞれ乗算し、第１グループの複数の乗算結果信号を出力する第１ドップラ周波数ウォーク補正部と、
   前記第１グループの複数の乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、第１グループの複数の前記パルス圧縮処理後の信号を形成する第１逆フーリエ変換部と、
   を具備する、
   信号処理装置。
2. 前記第１グループの各補正関数は、次の式によって表される、
   請求項１記載の信号処理装置。
   

   

   ただし、ｔ _ｓｌｏｗ は、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が送信された時刻、又は、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が前記目標に到達する時刻である、スロータイムであり、ｆは、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が送信された時刻からの経過時間であるファストタイムがフーリエ変換されたファスト周波数である。また、ｆ _ｃ は、中心周波数であり、ｃは、光速であり、ａ’は、加速度候補である。
3. 前記検出部は、前記第１グループの複数のパルス圧縮処理後の信号にそれぞれ対応する第１グループの複数の前記積分結果信号を用いて、前記目標を検出する、
   請求項１又は２に記載の信号処理装置。
4. 複数の送信パルス変調信号に対応し且つ１つの方向に送信された、複数の送信信号が目標において反射された複数の反射信号にそれぞれ対応する複数の受信パルス変調信号を入力し、各受信パルス変調信号に対してパルス圧縮処理を施すパルス圧縮部と、
   前記複数の受信パルス変調信号に対応する前記パルス圧縮処理後の信号を時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分し、積分結果信号を出力するコヒーレント積分部と、
   前記積分結果信号に基づいて、前記目標を検出する検出部と、
   を具備し、
   前記パルス圧縮部は、
   前記各受信パルス変調信号と前記各受信パルス変調信号に対応する前記送信パルス変調信号との、周波数領域における相互相関を演算し、相関演算結果信号を出力する相互相関演算部と、
   前記相関演算結果信号に対して、前記目標の粗探索用の第２グループの複数の加速度候補にそれぞれ対応する第２グループの複数の補正関数をそれぞれ乗算し、第２グループの複数の乗算結果信号を出力する第２ドップラ周波数ウォーク補正部と、
   前記第２グループの複数の乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、第２グループの複数の前記パルス圧縮処理後の信号を形成する第２逆フーリエ変換部と、
   粗探索によって検出された粗探索加速度を含む所定の加速度範囲に前記目標の細探索用の第３グループの複数の加速度候補を設定し、前記相関演算結果信号に対して、前記第３グループの複数の加速度候補にそれぞれ対応する第３グループの複数の補正関数をそれぞれ乗算し、第３グループの複数の乗算結果信号を出力する第３ドップラ周波数ウォーク補正部と、
   前記第３グループの複数の乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、第３グループの複数の前記パルス圧縮処理後の信号を形成する第３逆フーリエ変換部と、
   を具備し、
   前記検出部は、
   前記第２グループの複数の前記パルス圧縮処理後の信号にそれぞれ対応する第２グループの複数の積分結果信号に基づいて、前記粗探索加速度を検出する第１検出処理部と、
   前記第３グループの複数のパルス圧縮処理後の信号にそれぞれ対応する第３グループの複数の積分結果信号に基づいて、前記目標を検出する第２検出処理部と、
   を具備する、
   信号処理装置。
5. 前記第２グループ及び前記第３グループの各補正関数は、次の式によって表される、
   請求項４に記載の信号処理装置。
   

   

   ただし、ｔ _ｓｌｏｗ は、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が送信された時刻、又は、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が前記目標に到達する時刻である、スロータイムであり、ｆは、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が送信された時刻からの経過時間であるファストタイムがフーリエ変換されたファスト周波数である。また、ｆ _ｃ は、中心周波数であり、ｃは、光速であり、ａ’は、加速度候補である。
6. 前記第１検出処理部は、前記第２グループの複数の積分結果信号のうちで振幅が最も大きい積分結果信号に対応する前記加速度候補を、前記粗探索加速度として検出する、
   請求項４又は５に記載の信号処理装置。
7. 複数の送信パルス変調信号に対応し且つ１つの方向に送信された、複数の送信信号が目標において反射された複数の反射信号にそれぞれ対応する複数の受信パルス変調信号を入力し、各受信パルス変調信号に対してパルス圧縮処理を施すパルス圧縮部と、
   前記複数の受信パルス変調信号に対応する前記パルス圧縮処理後の信号を時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分し、積分結果信号を出力するコヒーレント積分部と、
   前記積分結果信号に基づいて、前記目標を検出する検出部と、
   を具備し、
   前記パルス圧縮部は、
   前記各受信パルス変調信号と前記各受信パルス変調信号に対応する前記送信パルス変調信号との、周波数領域における相互相関を演算し、相関演算結果信号を出力する相互相関演算部と、
   前記相関演算結果信号に対して、前記目標の粗探索用の第２グループの複数の加速度候補にそれぞれ対応する第２グループの複数の補正関数をそれぞれ乗算し、第２グループの複数の乗算結果信号を出力する第２ドップラ周波数ウォーク補正部と、
   前記第２グループの複数の乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、第２グループの複数の前記パルス圧縮処理後の信号を形成する第２逆フーリエ変換部と、
   前記相関演算結果信号に対して、前記目標の加速度推定値に対応する補正関数を乗算し、乗算結果信号を出力する第４ドップラ周波数ウォーク補正部と、
   前記第４ドップラ周波数ウォーク補正部から出力された乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、前記パルス圧縮処理後の信号を形成する第４逆フーリエ変換部と、
   を具備し、
   前記検出部は、
   前記第２グループの複数の前記パルス圧縮処理後の信号にそれぞれ対応する第２グループの複数の積分結果信号の振幅を検出し、大きい方から２つの振幅値を検出すると共に最も大きい振幅値に対応する前記加速度候補を粗探索加速度として検出する第３検出処理部と、
   複数の振幅比候補と各振幅比候補に応じた調整量候補との対応関係と、前記検出された２つの振幅値の比とに基づいて、前記検出された２つの振幅値の比に応じた調整量を特定し、前記特定された調整量と前記検出された粗探索加速度とに基づいて、前記加速度推定値を算出する加速度推定部と、
   を具備する、
   信号処理装置。
8. 前記第２グループの各補正関数及び前記目標の加速度推定値に対応する補正関数は、次の式によって表される、
   請求項７記載の信号処理装置。
   

   

   ただし、ｔ _ｓｌｏｗ は、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が送信された時刻、又は、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が前記目標に到達する時刻である、スロータイムであり、ｆは、各送信パルス変調信号に対応する送信信号が送信された時刻からの経過時間であるファストタイムがフーリエ変換されたファスト周波数である。また、ｆ _ｃ は、中心周波数であり、ｃは、光速であり、ａ’は、加速度候補又は加速度推定値である。
9. 複数の送信パルス変調信号に対応し且つ１つの方向に送信された、複数の送信信号が目標において反射された複数の反射信号にそれぞれ対応する複数の受信パルス変調信号の各受信パルス変調信号に対してパルス圧縮処理を施すことと、
   前記複数の受信パルス変調信号に対応する前記パルス圧縮処理後の信号を時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分して、積分結果信号を形成することと、
   前記積分結果信号に基づいて、前記目標を検出することと、
   を含み、
   前記パルス圧縮処理を施すことは、
   前記各受信パルス変調信号と前記各受信パルス変調信号に対応する前記送信パルス変調信号との、周波数領域における相互相関を演算し、相関演算結果信号を形成することと、
   前記相関演算結果信号に対して、前記目標の第１グループの複数の加速度候補にそれぞれ対応する第１グループの複数の補正関数をそれぞれ乗算し、第１グループの複数の乗算結果信号を形成することと、
   前記第１グループの複数の乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、第１グループの複数の前記パルス圧縮処理後の信号を形成することと、
   を含む、
   信号処理方法。
10. 複数の送信パルス変調信号に対応し且つ１つの方向に送信された、複数の送信信号が目標において反射された複数の反射信号にそれぞれ対応する複数の受信パルス変調信号の各受信パルス変調信号に対してパルス圧縮処理を施すことと、
    前記複数の受信パルス変調信号に対応する前記パルス圧縮処理後の信号を時間領域から周波数領域に変換することによってコヒーレント積分して、積分結果信号を形成することと、
    前記積分結果信号に基づいて、前記目標を検出することと、
    を含む処理を、信号処理装置に実行させ、
    前記パルス圧縮処理を施すことは、
    前記各受信パルス変調信号と前記各受信パルス変調信号に対応する前記送信パルス変調信号との、周波数領域における相互相関を演算し、相関演算結果信号を形成することと、
    前記相関演算結果信号に対して、前記目標の第１グループの複数の加速度候補にそれぞれ対応する第１グループの複数の補正関数をそれぞれ乗算し、第１グループの複数の乗算結果信号を形成することと、
    前記第１グループの複数の乗算結果信号を周波数領域から時間領域にそれぞれ変換して、第１グループの複数の前記パルス圧縮処理後の信号を形成することと、
    を含む、
    制御プログラム。

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