JPWO2013088938A1 - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

送信信号をレーダ波として送信する送信手段１と、目標からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び送信信号に基づきチャープごとにビート周波数を特定する信号処理器２と、アップチャープ時のビート周波数に基づき追尾処理を行い、目標のビート周波数を得るアップチャープ用追尾フィルタ１９と、ダウンチャープ時のビート周波数に基づき追尾処理を行い、目標のビート周波数を得るダウンチャープ用追尾フィルタ２０と、チャープごとのビート周波数時系列データに基づきチャープごとに目標の距離・速度推定値を算出する目標検出部６，７と、チャープごとの目標の距離・速度推定値に基づき同一目標かを判定する同一目標判定部８と、同一目標であると判定された目標のチャープごとのビート周波数に基づき目標の距離・速度を算出する距離・速度算出部１１とを備えた。

Description

この発明は、移動体の衝突防止や一定距離追従走行等に使用され、レーダ波の送受信により移動体の外部に存在する目標との相対速度や距離を検出するＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダ等のレーダ装置に関するものである。

ここで、Ｂは送信信号の周波数変位幅、ｆ_０は送信信号の中心周波数、Ｔは１周期の変調に要する時間、ｃは光速を表す。なお、変調時間Ｔは短く、目標の距離Ｒと速度Ｖはアップチャープ−ダウンチャープ間で変化しないという前提がある。

以上のように、従来のレーダ装置では、アップチャープ時及びダウンチャープ時のビート周波数の対応付けにより、目標の距離及び速度を検出可能である。
ただし、アップチャープ・ダウンチャープのそれぞれで得られたビート周波数は同一目標のビート周波数だとしてもオフセットを生じている。特に、複数目標、すなわちビート周波数が複数存在する環境においては、アップチャープ時のどのビート周波数がダウンチャープ時のビート周波数に対応するかの判定が必要となり、その判定は極めて困難である。

上記課題について、図１７，１８を用いて説明する。
例えば、図１７に示すように、スキャンごとにアップチャープとダウンチャープを繰り返す送信パターンを用いて、図１８に示すように、アップチャープ・ダウンチャープごとに目標が検出されたとする。ここで、図１８の□印が目標１、○印が目標２、×印が不要信号であり、ダウンチャープでは目標２が検出されなかったとする。アップチャープとダウンチャープには目標速度によるオフセットが生じるため、複数の組み合わせが発生する。そのため、不要な目標が発生し、目標２のように検出不可能な目標もある。
この対策として、以下のような方法が開示されている（例えば特許文献１〜４参照）。

特許文献１では、アップチャープ時及びダウンチャープ時に得られたビート周波数の対応付けにおいて、各掃引周期別に得られたビート周波数を昇順に並べ、並びが保存されるようにアップチャープ・ダウンチャープで得られたビート周波数の対応付けを実施している。これにより、複数目標環境に対応することができる。
しかしながら、この方法ではアップチャープ又はダウンチャープいずれかに誤警報が発生し、目標以外の不要信号成分によるビート周波数が存在する場合、すなわち目標の探知状況がアップチャープとダウンチャープで異なりビート周波数の数が合わない場合、ビート周波数の対応付け（以下、ペアリングと称す）が正確でなくなる可能性が高い。

また、特許文献２では、過去に検出された目標の距離及び速度に基づいて現在の目標の距離及び速度を予測し、この予測値に基づいてアップチャープとダウンチャープのビート周波数を算出する。そして、これらの予測ビート周波数ペアに対して周波数が近い検出ペアを真のペアとしている。また、特許文献３では、目標追尾後、追尾予測値を予測ビート周波数へ変換し、予測ビート周波数と入力されるビート周波数の対応付けを実施し、追尾推定値を更新している。
しかしながら、これらの方法では、過去に検出された目標もしくは追尾対象の目標が誤目標である場合は誤目標が継続して残ることとなり、目標検出には課題が残っている。

一方、特許文献４では、図１９に示すように、アップチャープ・ダウンチャープごとに得られるビート周波数を直接追尾し、時間方向に相関のとれたビート周波数時系列データを用いて、目標の距離と速度を算出している。
しかしながら、この方法では、各スキャン間で速度が変化しない（速度一定）という前提をおいて、距離と速度を算出するため、前提が成立しない条件では距離精度及び速度精度が劣化する。

特開平５−１４２３３７号公報 特開平１１-２７１４２９号公報 特開２００５−５５２４０号公報 特開２０１０-０１９８２４号公報

上述したように、特許文献１〜４に開示された従来の方法では、多目標環境や目標以外の不要信号成分によるビート周波数が存在する場合においてビート周波数の対応付けが正確でなくなる可能性が高く、時間方向にビート周波数を追尾し、チャープごとに距離・速度を算出する方法でもアップチャープ・ダウンチャープのペアに比べ推定精度が劣化するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ビート周波数によりチャープごとに追尾処理を行って距離・速度推定値を算出し、当該距離・速度推定値によりアップチャープとダウンチャープのビート周波数を対応付けることで、距離・速度推定精度を向上することができるレーダ装置を提供することを目的としている。

この発明に係るレーダ装置は、一定の変調幅で周波数が周期的に線形に増減する送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、送信手段により送信されたレーダ波に対する目標からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び送信信号に基づいてチャープごとにビート周波数を特定する信号処理器と、信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施し、目標のビート周波数を得るアップチャープ用追尾フィルタと、信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施し、目標のビート周波数を得るダウンチャープ用追尾フィルタと、アップチャープ用追尾フィルタ及びダウンチャープ用追尾フィルタによりチャープごとに得られた目標のビート周波数を時系列に記憶するビート周波数記憶部と、ビート周波数記憶部にチャープごとに記憶されたビート周波数時系列データに基づいて、チャープごとに目標の距離・速度推定値を算出する目標検出部と、目標検出部によりチャープごとに算出された目標の距離・速度推定値に基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する同一目標判定部と、同一目標判定部により同一目標であると判定された目標のチャープごとのビート周波数に基づいて、目標の距離・速度を算出する距離・速度算出部とを備えたものである。

また、この発明に係るレーダ装置は、一定の変調幅で周波数が周期的に線形に増減する送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、送信手段により送信されたレーダ波に対する目標からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び送信信号に基づいてチャープごとにビート周波数を特定する信号処理器と、信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施して目標のビート周波数を得て、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するアップチャープ用追尾フィルタと、信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施して目標のビート周波数を得て、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するダウンチャープ用追尾フィルタと、アップチャープ用追尾フィルタ及びダウンチャープ用追尾フィルタによりチャープごとに算出された目標の距離・速度推定値に基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する同一目標判定部と、同一目標判定部により同一目標であると判定された目標のチャープごとのビート周波数に基づいて、目標の距離・速度を算出する距離・速度算出部とを備えたものである。

また、この発明に係るレーダ装置は、一定の変調幅で周波数が周期的に線形に増減する送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、送信手段により送信されたレーダ波に対する目標からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び送信信号に基づいてチャープごとにビート周波数を特定する信号処理器と、信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施し、目標のビート周波数・ビート周波数変化率推定値を算出するアップチャープ用追尾フィルタと、信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施し、目標のビート周波数・ビート周波数変化率推定値を算出するダウンチャープ用追尾フィルタと、アップチャープ用追尾フィルタ及びダウンチャープ用追尾フィルタによりチャープごとに算出された目標のビート周波数・ビート周波数変化率推定値に付与された時刻に基づいて、所定の時刻に合わせるように当該ビート周波数・ビート周波数変化率推定値を補正する時刻補正部と、時刻補正部により補正されたチャープごとのビート周波数・ビート周波数変化率推定値を目標の距離・速度推定値に変換する距離・速度変換部と、距離・速度変換部によりチャープごとに変換された目標の距離・速度推定値に基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する同一目標判定部と、同一目標判定部により同一目標であると判定された目標のチャープごとのビート周波数に基づいて、目標の距離・速度を算出する距離・速度算出部とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、ビート周波数によりチャープごとに追尾処理を行って距離・速度推定値を算出し、当該距離・速度推定値によりアップチャープとダウンチャープのビート周波数を対応付けることで、距離・速度推定精度を向上することができる。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるアップチャープ用追尾フィルタの構成を示す図である。 この発明の実施の形態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。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２におけるアップチャープ用追尾フィルタの構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３におけるアップチャープ用角度追尾フィルタの構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３における時刻補正部の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４におけるモデル判定部の動作を説明する図である（速度一定が成立するケース）。 この発明の実施の形態４におけるモデル判定部の動作を説明する図である（速度一定が成立しないケース）。 この発明の実施の形態４におけるモデル判定部の動作を示すフローチャートである。 従来のレーダ装置の動作原理を説明する図である。 従来のレーダ装置の送信パターン例を示す図である。 従来のレーダ装置のビート周波数のペアリングを示す図である。 従来のレーダ装置のビート周波数時系列データを示す図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この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はこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示す図である。
レーダ装置は、図１に示すように、送信手段１、信号処理器２、ビート周波数追尾手段３、ビート周波数記憶部４，５、目標検出部６，７、同一目標判定部８、ダウンチャープ用同一目標判定部９、アップチャープ用同一目標判定部１０及び距離・速度算出部１１から構成されている。

送信手段１は、一定の変調幅で周波数が周期的に線形に増減する送信信号を発生し、レーダ波として外部に送信するものである。この送信手段１は、三角波発生部１２、送信器１３及び送信アンテナ１４を有している。

三角波発生部１２は、所定の三角波状の変調信号を発生するものである。この三角波発生部１２により発生された変調信号は送信器１３に出力される。
送信器１３は、三角波発生部１２からの変調信号に従って周波数変調した送信信号を送信アンテナ１４を介してレーダ波として送信するものである。また、送信器１３は、当該送信信号を信号処理器２にも直接出力する。

信号処理器２は、送信手段１からのレーダ波に対する反射物（目標）からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び送信信号１から直接取得した送信信号に基づいて、チャープごとにビート周波数を特定するものである。この信号処理器２は、受信アンテナ１５、受信器１６、Ａ／Ｄ変換器１７及びビート周波数ピーク検出部１８を有している。

受信器１６は、目標からの反射波を受信アンテナ１５を介して受信して受信信号を発生すると共に、当該受信信号を送信手段１から直接受信した送信信号と混合することで、中間周波のビート信号を発生するものである。この受信器１６により発生されたビート信号はＡ／Ｄ変換器１７に出力される。
Ａ／Ｄ変換器１７は、受信器１６からのビート信号をディジタル信号に変換するものである。このＡ／Ｄ変換器１７によりディジタル信号に変換されたビート信号はビート周波数ピーク検出部１８に出力される。

ビート周波数ピーク検出部１８は、Ａ／Ｄ変換器１７からのビート信号に基づいて、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等によって周波数分析を行い、チャープごとにビート周波数を抽出するものである。なお、ビート周波数には、当該ビート周波数が得られた時刻（以下、ビート周波数観測時刻と称す）が付与されている。このビート周波数ピーク検出部１８により抽出されたアップチャープにおけるビート周波数を示すデータは後述するアップチャープ用追尾フィルタ１９に出力され、ダウンチャープにおけるビート周波数を示すデータは後述するダウンチャープ用追尾フィルタ２０に出力される。

ビート周波数追尾手段３は、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに目標のビート周波数を得るものである。このビート周波数追尾手段３は、アップチャープ用追尾フィルタ１９及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０を有している。

アップチャープ用追尾フィルタ１９は、信号処理器２からのアップチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのアップチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得るものである。このアップチャープ用追尾フィルタ１９により得られた目標のビート周波数を示すデータはビート周波数記憶部４に出力される。また、アップチャープ用追尾フィルタ１９は、ビート周波数記憶部４に記憶されたビート周波数時系列データを抽出して目標検出部６に出力する。
ダウンチャープ用追尾フィルタ２０は、信号処理器２からのダウンチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのダウンチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得るものである。このダウンチャープ用追尾フィルタ２０により得られた目標のビート周波数を示すデータはビート周波数記憶部５に出力される。また、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０は、ビート周波数記憶部５に記憶されたビート周波数時系列データを抽出して目標検出部７に出力する。
このアップチャープ用追尾フィルタ１９及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０の構成については後述する。

ビート周波数記憶部４は、アップチャープ用追尾フィルタ１９からの目標のビート周波数を示すデータを時系列に記憶するものである。また、ビート周波数記憶部４に記憶されたビート周波数時系列データはアップチャープ用追尾フィルタ１９により抽出される。
ビート周波数記憶部５は、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０からの目標のビート周波数を示すデータを時系列に記憶するものである。また、ビート周波数記憶部５に記憶されたビート周波数時系列データはダウンチャープ用追尾フィルタ２０により抽出される。

目標検出部６は、アップチャープ用追尾フィルタ１９からのアップチャープにおけるビート周波数時系列データに基づいて、目標の距離・速度推定値を算出するものである。この目標検出部６により算出された目標の距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。
目標検出部７は、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０からのダウンチャープにおけるビート周波数時系列データに基づいて、目標の距離・速度推定値を算出するものである。この目標検出部７により算出された目標の距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。

同一目標判定部８は、目標検出部６，７からのチャープごとの目標の距離・速度推定値を示すデータに基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるか（ビート周波数のペアリングが成立するか）を判定するものである。この同一目標判定部８による判定結果（ペアリングされたビート周波数）を示すデータはダウンチャープ用同一目標判定部９、アップチャープ用同一目標判定部１０及び距離・速度算出部１１に出力される。

ダウンチャープ用同一目標判定部９は、目標検出部６で扱われた目標のうち、同一目標判定部８により同一目標ではないと判定された（ビート周波数のペアリングが成立しなかった）目標の距離・速度推定値をダウンチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、ダウンチャープにおけるビート周波数との同一目標判定を実施する（信号処理器２からのダウンチャープにおけるビート周波数と相関をとり、ビート周波数のペアリングを行う）ものである。このダウンチャープ用同一目標判定部９による判定結果（ペアリングされたビート周波数）を示すデータは距離・速度算出部１１に出力される。

アップチャープ用同一目標判定部１０は、目標検出部７で扱われた目標のうち、同一目標判定部８により同一目標ではないと判定された（ビート周波数のペアリングが成立しなかった）目標の距離・速度推定値をアップチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、アップチャープにおけるビート周波数との同一目標判定を実施する（信号処理器２からのアップチャープにおけるビート周波数と相関をとり、ビート周波数のペアリングを行う）ものである。このアップチャープ用同一目標判定部１０による判定結果（ペアリングされたビート周波数）を示すデータは距離・速度算出部１１に出力される。

距離・速度算出部１１は、同一目標判定部８、ダウンチャープ用同一目標判定部９及びアップチャープ用同一目標判定部１０からのペアリングされたビート周波数を示すデータに基づいて、目標の距離・速度を算出するものである。

次に、アップチャープ用追尾フィルタ１９及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０の構成について、図２を用いて説明する。なお、以下では、アップチャープ用追尾フィルタ１９の構成についてのみ図示し、説明を行うが、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０の構成についても同様である。
アップチャープ用追尾フィルタ１９は、図２に示すように、相関部１９１、初期化部１９２、平滑部１９３及び予測部１９４から構成されている。

相関部１９１は、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数を示すデータに対して、予測部１９４からの仮目標の予測ビート周波数との相関処理を実施するものである。そして、相関部１９１は、相関なしとみなした場合には当該ビート周波数を示すデータを初期化部１９２に出力する。一方、相関部１９１は、相関ありとみなした場合には当該ビート周波数を示すデータを平滑部１９３に出力する。
さらに、相関部１９１は、相関ありとみなしたビート周波数を示すデータをビート周波数記憶部４に出力し、時系列に記憶させる。そして、ビート周波数記憶部４に記憶されたビート周波数時系列データは、アップチャープ用追尾フィルタ１９により抽出されて目標検出部６に出力される。

初期化部１９２は、相関部１９１により相関なしと判定されたビート周波数に基づいて、新たな仮目標の初期平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）を設定するものである。なお、初期化部１９２により設定された平滑値にはビート周波数の取得時刻が付与されている。この初期化部１９２により設定された仮目標の平滑値を示すデータは予測部１９４に出力される。

平滑部１９３は、相関部１９１により相関ありと判定されたビート周波数に基づいて、仮目標の平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）を更新するものである。なお、平滑部１９３により更新された仮目標の平滑値にはビート周波数の更新時刻が付与されている。この平滑部１９３により更新された仮目標の平滑値を示すデータは予測部１９４及び目標検出部６に出力される。なお、図２では、平滑部１９３から目標検出部６への平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）を示すデータの出力について記載されているが、実施の形態１では、この出力は行われない。

予測部１９４は、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数観測時刻を示すデータ、及び、初期化部１９２又は平滑部１９３からの仮目標の平滑値を示すデータに基づいて、仮目標の予測ビート周波数を算出するものである。この予測部１９４により算出された予測ビート周波数を示すデータは相関部１９１に出力される。

次に、上記のように構成されたレーダ装置の動作について、図３を参照しながら説明する。
レーダ装置の動作では、図３に示すように、まず、送信手段１は、送信信号を発生してレーダ波として送信する（ステップＳＴ３１）。すなわち、まず、三角波発生部１２は、所定の三角波状の変調信号を発生する。そして、送信器１３は、当該変調信号に従って周波数変調した送信信号を送信アンテナ１４を介してレーザ波として送信する。また、送信器１３は、当該送信信号を信号処理器２に直接出力する。

次いで、ビート周波数追尾手段３は、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに目標のビート周波数を得る（ステップＳＴ３３）。以下では、アップチャープ用追尾フィルタ１９による処理の詳細について説明する。

さらに、式（１７）に示すように、新たな仮目標に対するトラック品質ＴＱ値として０を設定し、仮目標の総数Ｍを１増加させる。
また、登録済みの仮目標ｍに関して相関のあるビート周波数が得られなかった場合はメモリトラックとして、式（２２），（２３）のように処理し、さらにＴＱ値を１減少させる（式（２４））。このときＴＱ値が事前に設定した下限値ＴＱｍｉｎを下回る場合はＴＱｍｉｎで固定する。

また、目標検出部６で距離・速度推定値を算出するため、相関の取れたビート周波数を示すデータをビート周波数記憶部４に時系列に記憶させておく。

そして、予測部１９４は、上記のように初期化部１９２又は平滑部１９３により得られた平滑値に対して、当該平滑値に付与された取得時刻又は更新時刻と新たにビート周波数ピーク検出部１８によって供給されたビート周波数観測時刻との差Δｔを算出し、式（７）の状態推移行列を算出後、式（２５），（２６）によってビート周波数観測時刻に状態量を合わせて予測ビート周波数を算出する。

なお、アップチャープ用追尾フィルタ１９では、式（５）〜（２６）を用いて処理を行う場合について示しているが、ビート周波数と同時に角度や信号電力が利用できる場合は、これらのパラメータを状態ベクトルに追加し、機能拡張することは可能である。また、上記では追尾処理としてカルマンフィルタを用いた例を示したが、α−β（−γ）フィルタなど、他の追尾フィルタを用いてもよい。さらに、式（５）では、目標の運動モデルが速度一定モデルであるとして、ビート周波数とビート周波数変化率（ビート周波数の１階時間微分）を追尾フィルタの状態ベクトルとした場合について示しているが、目標の運動モデルが非速度一定モデルであるとして、上記にビート周波数の２階時間微分を加えた状態ベクトルとしてもよい。
また、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０についても、上記アップチャープ用追尾フィルタ１９と同様の処理が実施される。なお、式（５）〜（２６）における状態ベクトルの上付きｕはｄに変更する。

次いで、目標検出部６は、アップチャープ用追尾フィルタ１９からの信号に基づいて、仮目標として追尾処理されたビート周波数のＴＱ値より目標検出判定を実施し、アップチャープ用追尾フィルタ１９によって得られた仮目標ｍと相関の取れたビート周波数時系列データに基づいて、目標の距離・速度推定値を算出する（ステップＳＴ３４）。
以下では、目標検出部６による処理の詳細について説明する。なお、目標検出部６では、下式（２７）〜（３４）に従って処理を行う。

目標検出部６では、まず、仮目標ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）のＴＱ値を入力し、ＴＱ値が事前に定めたＴＱｔｈｒｅ（閾値）を超えた場合に目標検出と判断する。なお、目標検出と判定された仮目標を検出目標と呼ぶ。
検出目標はアップチャープ用追尾フィルタ１９により追尾処理が実施されているため、相関の取れたアップチャープ時のビート周波数時系列データ、すなわち異なるサンプリング時刻におけるビート周波数の集まりを取得できる。

目標検出部６では、ビート周波数時系列データより目標番号ｍの距離と速度を算出するために、基準サンプリング時刻ｔ０における目標の距離と速度を式（２８）に示すように定義し、式（２９）に示すように任意のサンプリング時刻における目標の距離と速度をモデル化する。すると、基準時刻ｔ０と任意のサンプリング時刻の時間差Δにより状態遷移行列を式（３１）のように定義できるため、式（２７）記載の任意の時刻におけるアップチャープ時のビート周波数を基準時刻における距離と速度で表現できる。従って、基準時刻における目標の距離と速度を連立方程式によって算出できる。
また任意のサンプリング時刻における距離・速度推定値は式（３０）〜（３２）より得る事ができる。例えば、ビート周波数時系列データが少なくとも２サンプル蓄積されていれば、式（３３），（３４）の連立方程式を用いて基準時刻における目標の距離・速度推定値が算出可能となる。

また、目標検出部７についても同様に、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０からの信号に基づいて、仮目標として追尾処理されたビート周波数のＴＱ値より目標検出判定を実施し、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０によって得られた仮目標ｍと相関の取れたダウンチャープ時のビート周波数の時系列データに基づいて、目標の距離・速度推定値を算出する。なお、式（２７）〜（３４）における状態ベクトルの上付きｕはｄに変更する。また、式（２７）の右辺第２項に負号（−）を付ける。
ここで、目標検出部６，７において、算出する目標の距離・速度の基準時刻を合わせておけば、同一基準時刻における目標の距離・速度推定値を算出できる。

次いで、同一目標判定部８は、目標検出部６，７からのチャープごとの目標の距離・速度推定値を示すデータに基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する（ステップＳＴ３５）。なお、同一目標判定部８では、下式（３５）〜（４３）等に従って処理を行う。

同一目標判定部８において式（３５），（３６）を同時に満足又は式（３７）を満足する組み合わせが複数存在する場合は、式（３５），（３６）又は式（３７）の評価値が最小となる組み合わせを選択し、アップチャープとダウンチャープにおけるビート周波数のペアを出力する。

また、同一目標の判定方法としてカイ二乗検定を用いる方法もある。例えば式（４０）が成立する場合を同一目標の可能性があると判断する。なお式（４０）右辺のｄは自由度２のカイ二乗分布表より定める。

なお、前述したようにペアの組み合わせは複数存在し、割り当て重複が発生する可能性もある。そこで、相関行列を式（４１）のように作成する。相関行列において、行の要素はアップチャープの検出目標番号を表している。一方、列の要素はダウンチャープの検出目標番号を表す。式（４１）を満足するアップチャープとダウンチャープの組み合わせに相当する行と列の要素に１を入れる。満足しない場合は０を設定し、最適な組み合わせを選択する。
例えば、アップチャープ・ダウンチャープ共に２目標が存在し、式（４０）の判定式による結果、式（４２）の相関行列が生成されたものとする。式（４２）より、アップチャープ・ダウンチャープにおける検出目標の組み合わせとしては、式（４３）のような組み合わせが想定される。これらは下記に示す２通りの仮説を表している。
仮説１：「アップチャープの検出目標１とダウンチャープの検出目標１」かつ「アップチャープの検出目標２とダウンチャープの検出目標２」
仮説２：「アップチャープの検出目標２とダウンチャープの検出目標１」
さらに、式（４３）で表される個々の組み合わせに関する仮説より、最良の仮説を選択する。例えば、式（４０）の結果の和が最小となる組み合わせを選択する。

次いで、ダウンチャープ用同一目標判定部９は、目標検出部６で扱われた目標のうち、同一目標判定部８により同一目標ではないと判定された目標の距離・速度推定値をダウンチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、ダウンチャープにおけるビート周波数との同一目標判定を実施する（ステップＳＴ３６）。
以下では、ダウンチャープ用同一目標判定部９による処理の詳細について説明する。なお、ダウンチャープ用同一目標判定部９では、下式（４４），（４５）に従って処理を行う。

また、ダウンチャープ用同一目標判定部９において式（４５）を満たす組み合わせが複数存在する場合は、式（４５）の評価値が最小となる組み合わせを選択し、アップチャープとダウンチャープにおけるビート周波数のペアを出力する。

また、アップチャープ用同一目標判定部１０についても、上記ダウンチャープ用同一目標判定部９と同様の処理が実施される。なお、式（４４），（４５）における状態ベクトルの上付きｄはｕに変更する。

次いで、距離・速度算出部１１は、同一目標判定部８、ダウンチャープ用同一目標判定部９及びアップチャープ用同一目標判定部１０からのペアリングされたビート周波数を示すデータに基づいて、式（３），（４）を用いて、目標の距離・速度を算出する（ステップＳＴ３７）。

以上のように、実施の形態１によれば、多目標環境においてアップチャープで得たビート周波数の追尾処理、及びダウンチャープで得たビート周波数の追尾処理を個別に行い、時間方向の相関をとるように構成したので、従来のアップチャープとダウンチャープ間のペアリングで問題となるオフセットの影響を受けず、目標に対して高い相関性能を実現することができる。そして、各追尾処理で相関済みのビート周波数時系列データより距離・速度推定値を算出し、その距離・速度推定値を介してアップチャープとダウンチャープ間のビート周波数ペアリングを行うように構成したので、誤ペアの発生を抑えることができる。さらに、距離・速度の推定精度についても従来ペアリングと同等の精度を確保することができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示す図である。図４に示す実施の形態２に係るレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーダ装置のビート周波数記憶部４，５及び目標検出部６，７を削除し、ビート周波数追尾手段３をビート周波数追尾手段３ｂに変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

ビート周波数追尾手段３ｂは、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに得た目標のビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するものである。このビート周波数追尾手段３ｂは、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂ及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｂを有している。

アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂは、信号処理器２からのアップチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのアップチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得て、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するものである。このアップチャープ用追尾フィルタ１９ｂにより得られた目標のビート周波数、及び、算出された目標の距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。
ダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｂは、信号処理器２からのダウンチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのダウンチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得て、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するものである。このダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｂにより得られた目標のビート周波数、及び、算出された目標の距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。

次に、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂ及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｂの構成について、図５を用いて説明する。なお、以下では、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂの構成についてのみ図示し、説明を行うが、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｂの構成についても同様である。
アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂは、図５に示すように、相関部１９１ｂ、初期化部１９２ｂ、平滑部１９３ｂ及び予測部１９４ｂから構成されている。

相関部１９１ｂは、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数を示すデータに対して、予測部１９４ｂからの仮目標の予測ビート周波数との相関処理を実施するものである。そして、相関部１９１ｂは、相関なしとみなした場合には当該ビート周波数を示すデータを初期化部１９２ｂに出力する。一方、相関部１９１ｂは、相関ありとみなした場合には当該ビート周波数を示すデータを平滑部１９３ｂに出力する。また、相関部１９１ｂは相関ありとみなした最新時刻におけるビート周波数を示すデータを同一目標判定部８に出力する。

初期化部１９２ｂは、相関部１９１ｂにより相関なしと判定されたビート周波数に基づいて、新たな仮目標のビート周波数の初期平滑値（距離・速度推定値）を設定するものである。なお、初期化部１９２ｂにより設定された平滑値にはビート周波数の取得時刻が付与されている。この初期化部１９２ｂにより設定された仮目標の平滑値を示すデータは予測部１９４ｂに出力される。

平滑部１９３ｂは、相関部１９１ｂにより相関ありと判定されたビート周波数に基づいて、仮目標の平滑値（距離・速度推定値）を更新するものである。なお、平滑部１９３ｂにより更新された仮目標の平滑値にはビート周波数の更新時刻が付与されている。この平滑部１９３ｂにより更新された仮目標の平滑値を示すデータは予測部１９４ｂ及び同一目標判定部８に出力される。

予測部１９４ｂは、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数観測時刻を示すデータ、及び、初期化部１９２ｂ又は平滑部１９３ｂからの仮目標の平滑値を示すデータに基づいて、仮目標の予測ビート周波数を算出するものである。この予測部１９４ｂにより算出された予測ビート周波数を示すデータは相関部１９１ｂに出力される。

なお、同一目標判定部８は、ビート周波数追尾手段３ｂからのチャープごとの目標の距離・速度推定値を示すデータに基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する。

次に、上記のように構成されたレーダ装置の動作について、図６を参照しながら説明する。なお以下では、実施の形態１に係るレーダ装置と動作の異なる部分についてのみ説明を行う。
レーダ装置の動作では、図６に示すように、ステップＳＴ６３において、ビート周波数追尾手段３ｂは、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに得た目標のビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出する。以下では、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂによる処理の詳細について説明する。

このアップチャープ用追尾フィルタ１９ｂでは、基本的には、実施の形態１のアップチャープ用追尾フィルタ１９と同様に式（５）〜（２６）に従って処理を行う。ただし、一部異なる箇所があるため以下に示す。

そして、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂでは、まず、相関部１９１ｂは、式（１２）を用いて、ビート周波数ピーク検出部１８からのアップチャープにおけるビート周波数に対して、予測部１９４ｂからの仮目標の予測ビート周波数との相関処理を実施する。
ここで、相関部１９１ｂは、ビート周波数が式（１２）の不等式を満足する仮目標が存在すると判断した場合には、相関ありとみなす。

一方、相関部１９１ｂは、ビート周波数が式（１２）の不等式を満足する仮目標が存在しないと判断した場合には、相関なしとみなし、初期化部１９２ｂは、そのビート周波数に基づいて、新たな仮目標を設定する。設定した新たな仮目標については、次スキャン以降に相関のとれるビート周波数がある場合、新たな仮目標を含め２スキャン以上のビート周波数が蓄積した段階で、速度一定という前提の下、式（３３），（３４）の連立方程式を解くことで、式（４９）のように距離と速度で構成される平滑ベクトル初期値を設定する。

その他の処理は実施の形態１と同様のため省略する。

以上のように、実施の形態２によれば、チャープごとに得たビート周波数を用いて、目標の距離・速度推定値を直接算出するように構成したので、実施の形態１と比較して、ビート周波数時系列データを記憶しておく必要がなくなり、また、ビート周波数追尾処理後に距離と速度を算出する機能（目標検出部６，７）も不要となるため、演算負荷やメモリの削減を可能とする。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示す図である。図７に示す実施の形態３に係るレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーダ装置のビート周波数記憶部４，５、目標検出部６，７、ダウンチャープ用同一目標判定部９及びアップチャープ用同一目標判定部１０を削除し、時刻補正部２１，２２、距離・速度変換部２３，２４、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５、ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６及び座標変換部２７を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

なお、実施の形態３では、図２に示すアップチャープ用追尾フィルタ１９において、相関部１９１からビート周波数記憶部４へのビート周波数を示すデータの出力は行われず、平滑部１９３から目標検出部６への平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）を示すデータの出力が行われる。また、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０についても同様である。

時刻補正部２１は、アップチャープ用追尾フィルタ１９からのアップチャープにおける目標の平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）に付与された更新時刻と、時刻補正部２２に入力された更新時刻とに基づいて、所定の時刻に合わせるように当該平滑値を補正するものである。
時刻補正部２２は、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０からのダウンチャープにおける目標の平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）に付与された更新時刻と、時刻補正部２１に入力された更新時刻とに基づいて、所定の時刻に合わせるように当該平滑値を補正するものである。
この際、時刻補正部２１，２２は、チャープごとの平滑値に付与された更新時刻を所定の時刻（例えば最新時刻）に合わせるため、当該ビート周波数変化率推定値に基づいて、当該ビート周波数推定値を当該所定の時刻に外挿する。この時刻補正部２１，２２により補正された平滑値を示すデータはそれぞれの距離・速度変換部２３，２４に出力される。

距離・速度変換部２３は、時刻補正部２１からのアップチャープにおける平滑値を距離・速度推定値に変換するものである。この距離・速度変換部２３により変換された距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。
距離・速度変換部２４は、時刻補正部２２からのダウンチャープにおける平滑値を距離・速度推定値に変換するものである。この距離・速度変換部２４により変換された距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。

アップチャープ用角度追尾フィルタ２５は、信号処理部２からのアップチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出するものである。このアップチャープ用角度追尾フィルタ２５により算出されたアップチャープにおける目標の角度・角速度推定値を示すデータは座標変換部２７に出力される。
ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６は、信号処理部２からのダウンチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出するものである。このダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６により算出されたダウンチャープにおける目標の角度・角速度推定値を示すデータは座標変換部２７に出力される。
なお、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６の構成については後述する。

座標変換部２７は、距離・速度算出部１１からの目標の距離・速度推定値を示すデータ、及び、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６からのチャープごとの目標の角度・角速度推定値を示すデータを、目標の２次元位置・速度に変換するものである。

なお、同一目標判定部８は、距離・速度変換部２３，２４からの目標の距離・速度推定値を示すデータ、及び、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６からのチャープごとの目標の角度・角速度推定値を示すデータに基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する。

次に、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６の構成について、図８を用いて説明する。なお、以下では、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５の構成についてのみ図示し、説明を行うが、ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６の構成についても同様である。
アップチャープ用角度追尾フィルタ２５は、図８に示すように、相関部２５１、初期化部２５２、平滑部２５３及び予測部２５４から構成されている。

相関部２５１は、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数に付与された測角値（角度）に対して、予測部２５４からの仮目標の予測角度との相関処理を実施するものである。そして、相関部２５１は、相関なしとみなした場合には当該角度を示すデータを初期化部２５２に出力する。一方、相関部２５１は、相関ありとみなした場合には当該角度を示すデータを平滑部２５３に出力する。

初期化部２５２は、相関部２５１により相関なしと判定された角度に基づいて、新たな仮目標の初期平滑値（角度・角速度推定値）を設定するものである。なお、初期化部２５２により設定された平滑値には角度の取得時刻が付与されている。この初期化部２５２により設定された仮目標の平滑値を示すデータは予測部２５４に出力される。

平滑部２５３は、相関部２５１により相関ありと判定された角度に基づいて、仮目標の平滑値（角度・角速度推定値）を更新するものである。なお、平滑部２５３により更新された仮目標の平滑値には角度の更新時刻が付与されている。この平滑部２５３により更新された仮目標の平滑値を示すデータは予測部２５４、同一目標判定部８及び座標変換部２７に出力される。

予測部２５４は、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数観測時刻を示すデータ、及び、初期化部２５２又は平滑部２５３からの仮目標の平滑値を示すデータに基づいて、仮目標の予測角度を算出するものである。この予測部２５４により算出された予測角度を示すデータは相関部２５１に出力される。

次に、上記のように構成されたレーダ装置の動作について、図９を参照しながら説明する。なお以下では、実施の形態１に係るレーダ装置と動作の異なる部分についてのみ説明を行う。
レーダ装置の動作では、図９に示すように、ステップＳＴ９４において、時刻補正部２１，２２は、アップチャープ用追尾フィルタ１９及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０からの各チャープにおける目標の平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）及び更新時刻を示すデータをそれぞれ入力し、当該更新時刻を所定の時刻に合わせるように当該平滑値を補正する。
以下、時刻補正部２１による処理の詳細について、図１０を用いて説明する。図１０は、図１７に示すような送信パターンに対するアップチャープ・ダウンチャープにおけるビート周波数平滑値を表している。また、時刻補正部２１では、下式（５０）〜（５２）に従って処理を行う。

図１０に示すように、ビート周波数変化率が大きい場合は、スキャン間のみならず、アップチャープ（図１０に示す符号ａ）とダウンチャープ（図１０に示す符号ｂ）の取得時刻の差によってビート周波数が変動する。そこで、このビート周波数の変動を補償するために、アップチャープとダウンチャープの平滑値の時刻を合わせることとする。例えば、アップチャープにおける平滑値の更新時刻ｔｕ（例えば図１０に示すｔ１）と任意の時刻ｔ（例えば図１０に示すｔ１’）との差をΔｔ（例えば図１０に示すＴ）とした場合、式（５１）によって任意の時刻における平滑値を算出することができる。ダウンチャープについても同様のため、省略する。

この時刻補正部２１，２２の処理によって、例えば、図１０に示すようなアップチャープとダウンチャープにおける取得時刻に差が生じる送信パターンについても、ビート周波数の変動を補償することが可能となる。

次いで、距離・速度変換部２３は、時刻補正部２１からのアップチャープにおける平滑値を距離・速度推定値に変換する（ステップＳＴ９５）。この際、例えば平滑値を２スキャン分蓄積し、式（３３），（３４）を用いることで、距離・速度推定値を算出する。

また、距離・速度変換部２４についても、上記距離・速度変換部２３と同様の処理が実施される。なお、ダウンチャープのため、各変数の上付き添え字ｕをｄに変更し、式（５４）の右辺第２項の符号を負号（−）に変更したものを使用する。

次いで、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５は、信号処理部２からのアップチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出する（ステップＳＴ９６）。
以下、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５による処理の詳細について説明する。なお、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５では、基本的には式（５）〜（２６）に従って処理を行うが、一部異なる箇所があるため以下に示す。

また、ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６についても、上記アップチャープ用角度追尾フィルタ２５と同様の処理が実施される。なお、ダウンチャープのため、各変数の上付き添え字ｕをｄに変更する。

次いで、同一目標判定部８は、距離・速度変換部２３，２４からの目標の距離・速度推定値を示すデータ、及び、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６からのチャープごとの目標の角度・角速度推定値を示すデータに基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する（ステップＳＴ９７）。また、チャープごとに検出された目標に信号強度の情報が付与されている場合は、信号強度も含めて同一目標判定を実施してもよい。例えば、付与された信号強度の差が大きい目標同士は同一目標とみなさないなどの処理の拡張は容易に実現可能である。

次いで、距離・速度算出部１１は、同一目標判定部８からのペアリングされたビート周波数を示すデータに基づいて、目標の距離・速度を算出する（ステップＳＴ９８）。ここで、距離・速度算出部１１は、式（３），（４）のビート周波数の代わりにビート周波数の平滑値を用いて距離・速度を算出し、距離・速度推定値とする。

次いで、座標変換部２７は、距離・速度算出部１１からの目標の距離・速度推定値を示すデータ、及び、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６からのチャープごとの目標の角度・角速度推定値を示すデータに基づいて、目標の２次元位置・速度を算出する（ステップＳＴ９９）。
以下、座標変換部２７による処理の詳細について説明する。なお、座標変換部２７では、下式（５８）〜（６０）に従って処理を行う。

その他の処理は実施の形態１と同様のため省略する。

以上のように、実施の形態３によれば、平滑値とそれに付与された更新時刻を用いて任意の時刻における平滑値に補正するように構成したので、アップチャープとダウンチャープにおけるビート周波数取得時刻の差（変調時間）が大きい場合であっても、アップチャープとダウンチャープ間のペアリングにおける推定精度を向上させる効果がある。
また、実施の形態１，２では、出力される距離・速度に観測誤差が含まれているため、所望の精度を得るには、後段で追尾フィルタなどを用いて誤差を抑圧する処理が必要となる。本実施の形態では、ビート周波数に含まれる観測誤差を追尾フィルタによって抑圧した後のビート周波数平滑値同士のペアと測角値に含まれる観測誤差を追尾処理によって抑圧した後の角度推定値より２次元位置及び速度を算出するため、推定精度が向上する。さらに、後段の追尾フィルタの処理を省略することも可能となる。

実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示す図である。図１１に示す実施の形態４に係るレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーダ装置のビート周波数記憶部４，５及び目標検出部６，７を削除し、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５、ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６、モデル判定部２８，２９を追加し、ビート周波数追尾手段３をビート周波数追尾手段３ｃに変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

モデル判定部２８は、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５からの角度・角速度平滑値を示すデータに基づいて、追尾フィルタの運動モデル（速度一定モデル又は非速度一定モデル）を選択するものである。
モデル判定部２９は、ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６からの角度・角速度平滑値を示すデータに基づいて、追尾フィルタの運動モデル（速度一定モデル又は非速度一定モデル）を選択するものである。

ビート周波数追尾手段３ｃは、モデル判定部２８，２９により選択された運動モデルに従い、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに得た目標のビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値、又は、目標の距離・速度・加速度推定値を算出するものである。このビート周波数追尾手段３ｃは、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｃ及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｃを有している。

アップチャープ用追尾フィルタ１９ｃは、モデル判定部２８により選択された運動モデルに従い、信号処理器２からのアップチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのアップチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得る。そして、選択された運動モデルに従い、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値、又は、目標の距離・速度・加速度推定値を算出するものである。このアップチャープ用追尾フィルタ１９ｃにより得られた目標のビート周波数、及び、算出された距離・速度推定値又は距離・速度・加速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。
ダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｃは、モデル判定部２９により選択された運動モデルに従い、信号処理器２からのダウンチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのダウンチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得る。そして、選択された運動モデルに従い、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値、又は、目標の距離・速度・加速度推定値を算出するものである。このダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｃにより得られた目標のビート周波数、及び、算出された距離・速度推定値又は距離・速度・加速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。

次に、上記のように構成されたレーダ装置の動作について、図１２を参照しながら説明する。なお以下では、実施の形態１に係るレーダ装置と動作の異なる部分についてのみ説明を行う。
レーダ装置の動作では、図１２に示すように、ステップＳＴ１２４において、モデル判定部２８は、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５からの角度・角速度平滑値を示すデータに基づいて、追尾フィルタの運動モデルを選択する。
以下、モデル判定部２８による処理の詳細について、図１３〜１５を参照しながら説明する。なお、モデル判定部２８では、下式（６１）〜（６４）に従って処理を行う。

ここで、図１３，１４のＡはレーダ装置、Ｂ，Ｃは等速で進行する目標である。図１３では、目標Ｂ，Ｃがレーダ装置Ａに対して遠ざかる方向に移動するため、視線方向の速度（ドップラ速度）が一定となる様子を表している。それに対して、図１４では、目標Ｂ，Ｃが視線方向以外の方向にも運動するため、等速運動であるもののドップラ速度は変化する様子を表している。
距離と速度で構成される状態ベクトルに基づく追尾処理（式（４６））は図１３に示すようにレーダ装置から視線方向に速度一定の目標を追尾する場合には適しているが、図１４の目の前を横行する目標など視線方向の速度が変化する場合には適していない。そこで、目標ごとに速度一定モデルか非速度一定モデルであるかを判定する。

また、モデル判定部２９についても、上記モデル判定部２８と同様の処理が実施される。なお、各変数の上付き添え字ｕをｄに変更する。

次いで、ビート周波数追尾手段３ｃは、モデル判定部２８，２９により選択された運動モデルに従い、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに得た目標のビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値、又は、目標の距離・速度・加速度推定値を算出する（ステップＳＴ１２５）。以下では、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｃによる処理の詳細について説明する。なお、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｃでは、下式（６５）〜（６７）に従って処理を行う。

その他の処理は実施の形態２と同様のため省略する。

以上のように、実施の形態４によれば、角度・角速度推定値を用いて追尾フィルタの運動モデルを切り替えて追尾処理を行うように構成したので、実施の形態１と比較して、距離・速度推定精度を向上させることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

以上のように、この発明に係るレーダ装置は、ビート周波数によりチャープごとに追尾処理を行って距離・速度推定値を算出し、当該距離・速度推定値によりアップチャープとダウンチャープのビート周波数を対応付けることで、距離・速度推定精度を向上することができるため、移動体の衝突防止や一定距離追従走行等に使用され、レーダ波の送受信により移動体の外部に存在する目標との相対速度や距離を検出するＦＭＣＷレーダ等のレーダ装置に用いるのに適している。

１ 送信手段、２ 信号処理器、３，３ｂ，３ｃ ビート周波数追尾手段、４，５ ビート周波数記憶部、６，７ 目標検出部、８ 同一目標判定部、９ ダウンチャープ用同一目標判定部、１０ アップチャープ用同一目標判定部、１１ 距離・速度算出部、１２ 三角波発生部、１３ 送信器、１４ 送信アンテナ、１５ 受信アンテナ、１６ 受信器、１７ Ａ／Ｄ変換器、１８ ビート周波数ピーク検出部、１９，１９ｂ，１９ｃ アップチャープ用追尾フィルタ、２０，２０ｂ，２０ｃ ダウンチャープ用追尾フィルタ、２１，２２ 時刻補正部、２３，２４ 距離・速度変換部、２５ アップチャープ用角度追尾フィルタ、２６ ダウンチャープ用角度追尾フィルタ、２７ 座標変換部、２８，２９ モデル判定部、１９１，１９１ｂ，２５１ 相関部、１９２，１９２ｂ，２５２ 初期化部、１９３，１９３ｂ，２５３ 平滑部、１９４，１９４ｂ，２５４ 予測部。

この発明は、移動体の衝突防止や一定距離追従走行等に使用され、レーダ波の送受信により移動体の外部に存在する目標との相対速度や距離を検出するＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダ等のレーダ装置に関するものである。

ここで、Ｂは送信信号の周波数変位幅、ｆ_０は送信信号の中心周波数、Ｔは１周期の変調に要する時間、ｃは光速を表す。なお、変調時間Ｔは短く、目標の距離Ｒと速度Ｖはアップチャープ−ダウンチャープ間で変化しないという前提がある。

以上のように、従来のレーダ装置では、アップチャープ時及びダウンチャープ時のビート周波数の対応付けにより、目標の距離及び速度を検出可能である。
ただし、アップチャープ・ダウンチャープのそれぞれで得られたビート周波数は同一目標のビート周波数だとしてもオフセットを生じている。特に、複数目標、すなわちビート周波数が複数存在する環境においては、アップチャープ時のどのビート周波数がダウンチャープ時のビート周波数に対応するかの判定が必要となり、その判定は極めて困難である。

上記課題について、図１７，１８を用いて説明する。
例えば、図１７に示すように、スキャンごとにアップチャープとダウンチャープを繰り返す送信パターンを用いて、図１８に示すように、アップチャープ・ダウンチャープごとに目標が検出されたとする。ここで、図１８の□印が目標１、○印が目標２、×印が不要信号であり、ダウンチャープでは目標２が検出されなかったとする。アップチャープとダウンチャープには目標速度によるオフセットが生じるため、複数の組み合わせが発生する。そのため、不要な目標が発生し、目標２のように検出不可能な目標もある。
この対策として、以下のような方法が開示されている（例えば特許文献１〜４参照）。

特許文献１では、アップチャープ時及びダウンチャープ時に得られたビート周波数の対応付けにおいて、各掃引周期別に得られたビート周波数を昇順に並べ、並びが保存されるようにアップチャープ・ダウンチャープで得られたビート周波数の対応付けを実施している。これにより、複数目標環境に対応することができる。
しかしながら、この方法ではアップチャープ又はダウンチャープいずれかに誤警報が発生し、目標以外の不要信号成分によるビート周波数が存在する場合、すなわち目標の探知状況がアップチャープとダウンチャープで異なりビート周波数の数が合わない場合、ビート周波数の対応付け（以下、ペアリングと称す）が正確でなくなる可能性が高い。

また、特許文献２では、過去に検出された目標の距離及び速度に基づいて現在の目標の距離及び速度を予測し、この予測値に基づいてアップチャープとダウンチャープのビート周波数を算出する。そして、これらの予測ビート周波数ペアに対して周波数が近い検出ペアを真のペアとしている。また、特許文献３では、目標追尾後、追尾予測値を予測ビート周波数へ変換し、予測ビート周波数と入力されるビート周波数の対応付けを実施し、追尾推定値を更新している。
しかしながら、これらの方法では、過去に検出された目標もしくは追尾対象の目標が誤目標である場合は誤目標が継続して残ることとなり、目標検出には課題が残っている。

一方、特許文献４では、図１９に示すように、アップチャープ・ダウンチャープごとに得られるビート周波数を直接追尾し、時間方向に相関のとれたビート周波数時系列データを用いて、目標の距離と速度を算出している。
しかしながら、この方法では、各スキャン間で速度が変化しない（速度一定）という前提をおいて、距離と速度を算出するため、前提が成立しない条件では距離精度及び速度精度が劣化する。

特開平５−１４２３３７号公報 特開平１１-２７１４２９号公報 特開２００５−５５２４０号公報 特開２０１０-０１９８２４号公報

上述したように、特許文献１〜４に開示された従来の方法では、多目標環境や目標以外の不要信号成分によるビート周波数が存在する場合においてビート周波数の対応付けが正確でなくなる可能性が高く、時間方向にビート周波数を追尾し、チャープごとに距離・速度を算出する方法でもアップチャープ・ダウンチャープのペアに比べ推定精度が劣化するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ビート周波数によりチャープごとに追尾処理を行って距離・速度推定値を算出し、当該距離・速度推定値によりアップチャープとダウンチャープのビート周波数を対応付けることで、距離・速度推定精度を向上することができるレーダ装置を提供することを目的としている。

この発明に係るレーダ装置は、一定の変調幅で周波数が周期的に線形に増減する送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、送信手段により送信されたレーダ波に対する目標からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び送信信号に基づいてチャープごとにビート周波数を特定する信号処理器と、信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施して目標のビート周波数を得て、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するアップチャープ用追尾フィルタと、信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施して目標のビート周波数を得て、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するダウンチャープ用追尾フィルタと、信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出するアップチャープ用角度追尾フィルタと、信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出するダウンチャープ用角度追尾フィルタと、目標の距離・速度推定値、並びに、目標の角度・角速度推定値に基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する同一目標判定部と、同一目標判定部により同一目標であると判定された目標のチャープごとのビート周波数に基づいて、目標の距離・速度を算出する距離・速度算出部とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、ビート周波数によりチャープごとに追尾処理を行って距離・速度推定値を算出し、当該距離・速度推定値によりアップチャープとダウンチャープのビート周波数を対応付けることで、距離・速度推定精度を向上することができる。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるアップチャープ用追尾フィルタの構成を示す図である。 この発明の実施の形態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。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２におけるアップチャープ用追尾フィルタの構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３におけるアップチャープ用角度追尾フィルタの構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３における時刻補正部の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４におけるモデル判定部の動作を説明する図である（速度一定が成立するケース）。 この発明の実施の形態４におけるモデル判定部の動作を説明する図である（速度一定が成立しないケース）。 この発明の実施の形態４におけるモデル判定部の動作を示すフローチャートである。 従来のレーダ装置の動作原理を説明する図である。 従来のレーダ装置の送信パターン例を示す図である。 従来のレーダ装置のビート周波数のペアリングを示す図である。 従来のレーダ装置のビート周波数時系列データを示す図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この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はこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示す図である。
レーダ装置は、図１に示すように、送信手段１、信号処理器２、ビート周波数追尾手段３、ビート周波数記憶部４，５、目標検出部６，７、同一目標判定部８、ダウンチャープ用同一目標判定部９、アップチャープ用同一目標判定部１０及び距離・速度算出部１１から構成されている。

送信手段１は、一定の変調幅で周波数が周期的に線形に増減する送信信号を発生し、レーダ波として外部に送信するものである。この送信手段１は、三角波発生部１２、送信器１３及び送信アンテナ１４を有している。

三角波発生部１２は、所定の三角波状の変調信号を発生するものである。この三角波発生部１２により発生された変調信号は送信器１３に出力される。
送信器１３は、三角波発生部１２からの変調信号に従って周波数変調した送信信号を送信アンテナ１４を介してレーダ波として送信するものである。また、送信器１３は、当該送信信号を信号処理器２にも直接出力する。

信号処理器２は、送信手段１からのレーダ波に対する反射物（目標）からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び送信信号１から直接取得した送信信号に基づいて、チャープごとにビート周波数を特定するものである。この信号処理器２は、受信アンテナ１５、受信器１６、Ａ／Ｄ変換器１７及びビート周波数ピーク検出部１８を有している。

受信器１６は、目標からの反射波を受信アンテナ１５を介して受信して受信信号を発生すると共に、当該受信信号を送信手段１から直接受信した送信信号と混合することで、中間周波のビート信号を発生するものである。この受信器１６により発生されたビート信号はＡ／Ｄ変換器１７に出力される。
Ａ／Ｄ変換器１７は、受信器１６からのビート信号をディジタル信号に変換するものである。このＡ／Ｄ変換器１７によりディジタル信号に変換されたビート信号はビート周波数ピーク検出部１８に出力される。

ビート周波数ピーク検出部１８は、Ａ／Ｄ変換器１７からのビート信号に基づいて、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等によって周波数分析を行い、チャープごとにビート周波数を抽出するものである。なお、ビート周波数には、当該ビート周波数が得られた時刻（以下、ビート周波数観測時刻と称す）が付与されている。このビート周波数ピーク検出部１８により抽出されたアップチャープにおけるビート周波数を示すデータは後述するアップチャープ用追尾フィルタ１９に出力され、ダウンチャープにおけるビート周波数を示すデータは後述するダウンチャープ用追尾フィルタ２０に出力される。

ビート周波数追尾手段３は、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに目標のビート周波数を得るものである。このビート周波数追尾手段３は、アップチャープ用追尾フィルタ１９及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０を有している。

アップチャープ用追尾フィルタ１９は、信号処理器２からのアップチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのアップチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得るものである。このアップチャープ用追尾フィルタ１９により得られた目標のビート周波数を示すデータはビート周波数記憶部４に出力される。また、アップチャープ用追尾フィルタ１９は、ビート周波数記憶部４に記憶されたビート周波数時系列データを抽出して目標検出部６に出力する。
ダウンチャープ用追尾フィルタ２０は、信号処理器２からのダウンチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのダウンチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得るものである。このダウンチャープ用追尾フィルタ２０により得られた目標のビート周波数を示すデータはビート周波数記憶部５に出力される。また、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０は、ビート周波数記憶部５に記憶されたビート周波数時系列データを抽出して目標検出部７に出力する。
このアップチャープ用追尾フィルタ１９及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０の構成については後述する。

ビート周波数記憶部４は、アップチャープ用追尾フィルタ１９からの目標のビート周波数を示すデータを時系列に記憶するものである。また、ビート周波数記憶部４に記憶されたビート周波数時系列データはアップチャープ用追尾フィルタ１９により抽出される。
ビート周波数記憶部５は、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０からの目標のビート周波数を示すデータを時系列に記憶するものである。また、ビート周波数記憶部５に記憶されたビート周波数時系列データはダウンチャープ用追尾フィルタ２０により抽出される。

目標検出部６は、アップチャープ用追尾フィルタ１９からのアップチャープにおけるビート周波数時系列データに基づいて、目標の距離・速度推定値を算出するものである。この目標検出部６により算出された目標の距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。
目標検出部７は、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０からのダウンチャープにおけるビート周波数時系列データに基づいて、目標の距離・速度推定値を算出するものである。この目標検出部７により算出された目標の距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。

同一目標判定部８は、目標検出部６，７からのチャープごとの目標の距離・速度推定値を示すデータに基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるか（ビート周波数のペアリングが成立するか）を判定するものである。この同一目標判定部８による判定結果（ペアリングされたビート周波数）を示すデータはダウンチャープ用同一目標判定部９、アップチャープ用同一目標判定部１０及び距離・速度算出部１１に出力される。

ダウンチャープ用同一目標判定部９は、目標検出部６で扱われた目標のうち、同一目標判定部８により同一目標ではないと判定された（ビート周波数のペアリングが成立しなかった）目標の距離・速度推定値をダウンチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、ダウンチャープにおけるビート周波数との同一目標判定を実施する（信号処理器２からのダウンチャープにおけるビート周波数と相関をとり、ビート周波数のペアリングを行う）ものである。このダウンチャープ用同一目標判定部９による判定結果（ペアリングされたビート周波数）を示すデータは距離・速度算出部１１に出力される。

アップチャープ用同一目標判定部１０は、目標検出部７で扱われた目標のうち、同一目標判定部８により同一目標ではないと判定された（ビート周波数のペアリングが成立しなかった）目標の距離・速度推定値をアップチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、アップチャープにおけるビート周波数との同一目標判定を実施する（信号処理器２からのアップチャープにおけるビート周波数と相関をとり、ビート周波数のペアリングを行う）ものである。このアップチャープ用同一目標判定部１０による判定結果（ペアリングされたビート周波数）を示すデータは距離・速度算出部１１に出力される。

距離・速度算出部１１は、同一目標判定部８、ダウンチャープ用同一目標判定部９及びアップチャープ用同一目標判定部１０からのペアリングされたビート周波数を示すデータに基づいて、目標の距離・速度を算出するものである。

次に、アップチャープ用追尾フィルタ１９及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０の構成について、図２を用いて説明する。なお、以下では、アップチャープ用追尾フィルタ１９の構成についてのみ図示し、説明を行うが、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０の構成についても同様である。
アップチャープ用追尾フィルタ１９は、図２に示すように、相関部１９１、初期化部１９２、平滑部１９３及び予測部１９４から構成されている。

相関部１９１は、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数を示すデータに対して、予測部１９４からの仮目標の予測ビート周波数との相関処理を実施するものである。そして、相関部１９１は、相関なしとみなした場合には当該ビート周波数を示すデータを初期化部１９２に出力する。一方、相関部１９１は、相関ありとみなした場合には当該ビート周波数を示すデータを平滑部１９３に出力する。
さらに、相関部１９１は、相関ありとみなしたビート周波数を示すデータをビート周波数記憶部４に出力し、時系列に記憶させる。そして、ビート周波数記憶部４に記憶されたビート周波数時系列データは、アップチャープ用追尾フィルタ１９により抽出されて目標検出部６に出力される。

初期化部１９２は、相関部１９１により相関なしと判定されたビート周波数に基づいて、新たな仮目標の初期平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）を設定するものである。なお、初期化部１９２により設定された平滑値にはビート周波数の取得時刻が付与されている。この初期化部１９２により設定された仮目標の平滑値を示すデータは予測部１９４に出力される。

平滑部１９３は、相関部１９１により相関ありと判定されたビート周波数に基づいて、仮目標の平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）を更新するものである。なお、平滑部１９３により更新された仮目標の平滑値にはビート周波数の更新時刻が付与されている。この平滑部１９３により更新された仮目標の平滑値を示すデータは予測部１９４及び目標検出部６に出力される。なお、図２では、平滑部１９３から目標検出部６への平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）を示すデータの出力について記載されているが、実施の形態１では、この出力は行われない。

予測部１９４は、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数観測時刻を示すデータ、及び、初期化部１９２又は平滑部１９３からの仮目標の平滑値を示すデータに基づいて、仮目標の予測ビート周波数を算出するものである。この予測部１９４により算出された予測ビート周波数を示すデータは相関部１９１に出力される。

次に、上記のように構成されたレーダ装置の動作について、図３を参照しながら説明する。
レーダ装置の動作では、図３に示すように、まず、送信手段１は、送信信号を発生してレーダ波として送信する（ステップＳＴ３１）。すなわち、まず、三角波発生部１２は、所定の三角波状の変調信号を発生する。そして、送信器１３は、当該変調信号に従って周波数変調した送信信号を送信アンテナ１４を介してレーザ波として送信する。また、送信器１３は、当該送信信号を信号処理器２に直接出力する。

次いで、ビート周波数追尾手段３は、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに目標のビート周波数を得る（ステップＳＴ３３）。以下では、アップチャープ用追尾フィルタ１９による処理の詳細について説明する。

さらに、式（１７）に示すように、新たな仮目標に対するトラック品質ＴＱ値として０を設定し、仮目標の総数Ｍを１増加させる。
また、登録済みの仮目標ｍに関して相関のあるビート周波数が得られなかった場合はメモリトラックとして、式（２２），（２３）のように処理し、さらにＴＱ値を１減少させる（式（２４））。このときＴＱ値が事前に設定した下限値ＴＱｍｉｎを下回る場合はＴＱｍｉｎで固定する。

また、目標検出部６で距離・速度推定値を算出するため、相関の取れたビート周波数を示すデータをビート周波数記憶部４に時系列に記憶させておく。

そして、予測部１９４は、上記のように初期化部１９２又は平滑部１９３により得られた平滑値に対して、当該平滑値に付与された取得時刻又は更新時刻と新たにビート周波数ピーク検出部１８によって供給されたビート周波数観測時刻との差Δｔを算出し、式（７）の状態推移行列を算出後、式（２５），（２６）によってビート周波数観測時刻に状態量を合わせて予測ビート周波数を算出する。

なお、アップチャープ用追尾フィルタ１９では、式（５）〜（２６）を用いて処理を行う場合について示しているが、ビート周波数と同時に角度や信号電力が利用できる場合は、これらのパラメータを状態ベクトルに追加し、機能拡張することは可能である。また、上記では追尾処理としてカルマンフィルタを用いた例を示したが、α−β（−γ）フィルタなど、他の追尾フィルタを用いてもよい。さらに、式（５）では、目標の運動モデルが速度一定モデルであるとして、ビート周波数とビート周波数変化率（ビート周波数の１階時間微分）を追尾フィルタの状態ベクトルとした場合について示しているが、目標の運動モデルが非速度一定モデルであるとして、上記にビート周波数の２階時間微分を加えた状態ベクトルとしてもよい。
また、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０についても、上記アップチャープ用追尾フィルタ１９と同様の処理が実施される。なお、式（５）〜（２６）における状態ベクトルの上付きｕはｄに変更する。

次いで、目標検出部６は、アップチャープ用追尾フィルタ１９からの信号に基づいて、仮目標として追尾処理されたビート周波数のＴＱ値より目標検出判定を実施し、アップチャープ用追尾フィルタ１９によって得られた仮目標ｍと相関の取れたビート周波数時系列データに基づいて、目標の距離・速度推定値を算出する（ステップＳＴ３４）。
以下では、目標検出部６による処理の詳細について説明する。なお、目標検出部６では、下式（２７）〜（３４）に従って処理を行う。

目標検出部６では、まず、仮目標ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）のＴＱ値を入力し、ＴＱ値が事前に定めたＴＱｔｈｒｅ（閾値）を超えた場合に目標検出と判断する。なお、目標検出と判定された仮目標を検出目標と呼ぶ。
検出目標はアップチャープ用追尾フィルタ１９により追尾処理が実施されているため、相関の取れたアップチャープ時のビート周波数時系列データ、すなわち異なるサンプリング時刻におけるビート周波数の集まりを取得できる。

目標検出部６では、ビート周波数時系列データより目標番号ｍの距離と速度を算出するために、基準サンプリング時刻ｔ０における目標の距離と速度を式（２８）に示すように定義し、式（２９）に示すように任意のサンプリング時刻における目標の距離と速度をモデル化する。すると、基準時刻ｔ０と任意のサンプリング時刻の時間差Δにより状態遷移行列を式（３１）のように定義できるため、式（２７）記載の任意の時刻におけるアップチャープ時のビート周波数を基準時刻における距離と速度で表現できる。従って、基準時刻における目標の距離と速度を連立方程式によって算出できる。
また任意のサンプリング時刻における距離・速度推定値は式（３０）〜（３２）より得る事ができる。例えば、ビート周波数時系列データが少なくとも２サンプル蓄積されていれば、式（３３），（３４）の連立方程式を用いて基準時刻における目標の距離・速度推定値が算出可能となる。

また、目標検出部７についても同様に、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０からの信号に基づいて、仮目標として追尾処理されたビート周波数のＴＱ値より目標検出判定を実施し、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０によって得られた仮目標ｍと相関の取れたダウンチャープ時のビート周波数の時系列データに基づいて、目標の距離・速度推定値を算出する。なお、式（２７）〜（３４）における状態ベクトルの上付きｕはｄに変更する。また、式（２７）の右辺第２項に負号（−）を付ける。
ここで、目標検出部６，７において、算出する目標の距離・速度の基準時刻を合わせておけば、同一基準時刻における目標の距離・速度推定値を算出できる。

次いで、同一目標判定部８は、目標検出部６，７からのチャープごとの目標の距離・速度推定値を示すデータに基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する（ステップＳＴ３５）。なお、同一目標判定部８では、下式（３５）〜（４３）等に従って処理を行う。

同一目標判定部８において式（３５），（３６）を同時に満足又は式（３７）を満足する組み合わせが複数存在する場合は、式（３５），（３６）又は式（３７）の評価値が最小となる組み合わせを選択し、アップチャープとダウンチャープにおけるビート周波数のペアを出力する。

また、同一目標の判定方法としてカイ二乗検定を用いる方法もある。例えば式（４０）が成立する場合を同一目標の可能性があると判断する。なお式（４０）右辺のｄは自由度２のカイ二乗分布表より定める。

なお、前述したようにペアの組み合わせは複数存在し、割り当て重複が発生する可能性もある。そこで、相関行列を式（４１）のように作成する。相関行列において、行の要素はアップチャープの検出目標番号を表している。一方、列の要素はダウンチャープの検出目標番号を表す。式（４１）を満足するアップチャープとダウンチャープの組み合わせに相当する行と列の要素に１を入れる。満足しない場合は０を設定し、最適な組み合わせを選択する。
例えば、アップチャープ・ダウンチャープ共に２目標が存在し、式（４０）の判定式による結果、式（４２）の相関行列が生成されたものとする。式（４２）より、アップチャープ・ダウンチャープにおける検出目標の組み合わせとしては、式（４３）のような組み合わせが想定される。これらは下記に示す２通りの仮説を表している。
仮説１：「アップチャープの検出目標１とダウンチャープの検出目標１」かつ「アップチャープの検出目標２とダウンチャープの検出目標２」
仮説２：「アップチャープの検出目標２とダウンチャープの検出目標１」
さらに、式（４３）で表される個々の組み合わせに関する仮説より、最良の仮説を選択する。例えば、式（４０）の結果の和が最小となる組み合わせを選択する。

次いで、ダウンチャープ用同一目標判定部９は、目標検出部６で扱われた目標のうち、同一目標判定部８により同一目標ではないと判定された目標の距離・速度推定値をダウンチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、ダウンチャープにおけるビート周波数との同一目標判定を実施する（ステップＳＴ３６）。
以下では、ダウンチャープ用同一目標判定部９による処理の詳細について説明する。なお、ダウンチャープ用同一目標判定部９では、下式（４４），（４５）に従って処理を行う。

また、ダウンチャープ用同一目標判定部９において式（４５）を満たす組み合わせが複数存在する場合は、式（４５）の評価値が最小となる組み合わせを選択し、アップチャープとダウンチャープにおけるビート周波数のペアを出力する。

また、アップチャープ用同一目標判定部１０についても、上記ダウンチャープ用同一目標判定部９と同様の処理が実施される。なお、式（４４），（４５）における状態ベクトルの上付きｄはｕに変更する。

次いで、距離・速度算出部１１は、同一目標判定部８、ダウンチャープ用同一目標判定部９及びアップチャープ用同一目標判定部１０からのペアリングされたビート周波数を示すデータに基づいて、式（３），（４）を用いて、目標の距離・速度を算出する（ステップＳＴ３７）。

以上のように、実施の形態１によれば、多目標環境においてアップチャープで得たビート周波数の追尾処理、及びダウンチャープで得たビート周波数の追尾処理を個別に行い、時間方向の相関をとるように構成したので、従来のアップチャープとダウンチャープ間のペアリングで問題となるオフセットの影響を受けず、目標に対して高い相関性能を実現することができる。そして、各追尾処理で相関済みのビート周波数時系列データより距離・速度推定値を算出し、その距離・速度推定値を介してアップチャープとダウンチャープ間のビート周波数ペアリングを行うように構成したので、誤ペアの発生を抑えることができる。さらに、距離・速度の推定精度についても従来ペアリングと同等の精度を確保することができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成を示す図である。図４に示す実施の形態２に係るレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーダ装置のビート周波数記憶部４，５及び目標検出部６，７を削除し、ビート周波数追尾手段３をビート周波数追尾手段３ｂに変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

ビート周波数追尾手段３ｂは、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに得た目標のビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するものである。このビート周波数追尾手段３ｂは、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂ及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｂを有している。

アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂは、信号処理器２からのアップチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのアップチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得て、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するものである。このアップチャープ用追尾フィルタ１９ｂにより得られた目標のビート周波数、及び、算出された目標の距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。
ダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｂは、信号処理器２からのダウンチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのダウンチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得て、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するものである。このダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｂにより得られた目標のビート周波数、及び、算出された目標の距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。

次に、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂ及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｂの構成について、図５を用いて説明する。なお、以下では、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂの構成についてのみ図示し、説明を行うが、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｂの構成についても同様である。
アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂは、図５に示すように、相関部１９１ｂ、初期化部１９２ｂ、平滑部１９３ｂ及び予測部１９４ｂから構成されている。

相関部１９１ｂは、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数を示すデータに対して、予測部１９４ｂからの仮目標の予測ビート周波数との相関処理を実施するものである。そして、相関部１９１ｂは、相関なしとみなした場合には当該ビート周波数を示すデータを初期化部１９２ｂに出力する。一方、相関部１９１ｂは、相関ありとみなした場合には当該ビート周波数を示すデータを平滑部１９３ｂに出力する。また、相関部１９１ｂは相関ありとみなした最新時刻におけるビート周波数を示すデータを同一目標判定部８に出力する。

初期化部１９２ｂは、相関部１９１ｂにより相関なしと判定されたビート周波数に基づいて、新たな仮目標のビート周波数の初期平滑値（距離・速度推定値）を設定するものである。なお、初期化部１９２ｂにより設定された平滑値にはビート周波数の取得時刻が付与されている。この初期化部１９２ｂにより設定された仮目標の平滑値を示すデータは予測部１９４ｂに出力される。

平滑部１９３ｂは、相関部１９１ｂにより相関ありと判定されたビート周波数に基づいて、仮目標の平滑値（距離・速度推定値）を更新するものである。なお、平滑部１９３ｂにより更新された仮目標の平滑値にはビート周波数の更新時刻が付与されている。この平滑部１９３ｂにより更新された仮目標の平滑値を示すデータは予測部１９４ｂ及び同一目標判定部８に出力される。

予測部１９４ｂは、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数観測時刻を示すデータ、及び、初期化部１９２ｂ又は平滑部１９３ｂからの仮目標の平滑値を示すデータに基づいて、仮目標の予測ビート周波数を算出するものである。この予測部１９４ｂにより算出された予測ビート周波数を示すデータは相関部１９１ｂに出力される。

なお、同一目標判定部８は、ビート周波数追尾手段３ｂからのチャープごとの目標の距離・速度推定値を示すデータに基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する。

次に、上記のように構成されたレーダ装置の動作について、図６を参照しながら説明する。なお以下では、実施の形態１に係るレーダ装置と動作の異なる部分についてのみ説明を行う。
レーダ装置の動作では、図６に示すように、ステップＳＴ６３において、ビート周波数追尾手段３ｂは、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに得た目標のビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出する。以下では、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂによる処理の詳細について説明する。

このアップチャープ用追尾フィルタ１９ｂでは、基本的には、実施の形態１のアップチャープ用追尾フィルタ１９と同様に式（５）〜（２６）に従って処理を行う。ただし、一部異なる箇所があるため以下に示す。

そして、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｂでは、まず、相関部１９１ｂは、式（１２）を用いて、ビート周波数ピーク検出部１８からのアップチャープにおけるビート周波数に対して、予測部１９４ｂからの仮目標の予測ビート周波数との相関処理を実施する。
ここで、相関部１９１ｂは、ビート周波数が式（１２）の不等式を満足する仮目標が存在すると判断した場合には、相関ありとみなす。

一方、相関部１９１ｂは、ビート周波数が式（１２）の不等式を満足する仮目標が存在しないと判断した場合には、相関なしとみなし、初期化部１９２ｂは、そのビート周波数に基づいて、新たな仮目標を設定する。設定した新たな仮目標については、次スキャン以降に相関のとれるビート周波数がある場合、新たな仮目標を含め２スキャン以上のビート周波数が蓄積した段階で、速度一定という前提の下、式（３３），（３４）の連立方程式を解くことで、式（４９）のように距離と速度で構成される平滑ベクトル初期値を設定する。

その他の処理は実施の形態１と同様のため省略する。

以上のように、実施の形態２によれば、チャープごとに得たビート周波数を用いて、目標の距離・速度推定値を直接算出するように構成したので、実施の形態１と比較して、ビート周波数時系列データを記憶しておく必要がなくなり、また、ビート周波数追尾処理後に距離と速度を算出する機能（目標検出部６，７）も不要となるため、演算負荷やメモリの削減を可能とする。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示す図である。図７に示す実施の形態３に係るレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーダ装置のビート周波数記憶部４，５、目標検出部６，７、ダウンチャープ用同一目標判定部９及びアップチャープ用同一目標判定部１０を削除し、時刻補正部２１，２２、距離・速度変換部２３，２４、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５、ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６及び座標変換部２７を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

なお、実施の形態３では、図２に示すアップチャープ用追尾フィルタ１９において、相関部１９１からビート周波数記憶部４へのビート周波数を示すデータの出力は行われず、平滑部１９３から目標検出部６への平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）を示すデータの出力が行われる。また、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０についても同様である。

時刻補正部２１は、アップチャープ用追尾フィルタ１９からのアップチャープにおける目標の平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）に付与された更新時刻と、時刻補正部２２に入力された更新時刻とに基づいて、所定の時刻に合わせるように当該平滑値を補正するものである。
時刻補正部２２は、ダウンチャープ用追尾フィルタ２０からのダウンチャープにおける目標の平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）に付与された更新時刻と、時刻補正部２１に入力された更新時刻とに基づいて、所定の時刻に合わせるように当該平滑値を補正するものである。
この際、時刻補正部２１，２２は、チャープごとの平滑値に付与された更新時刻を所定の時刻（例えば最新時刻）に合わせるため、当該ビート周波数変化率推定値に基づいて、当該ビート周波数推定値を当該所定の時刻に外挿する。この時刻補正部２１，２２により補正された平滑値を示すデータはそれぞれの距離・速度変換部２３，２４に出力される。

距離・速度変換部２３は、時刻補正部２１からのアップチャープにおける平滑値を距離・速度推定値に変換するものである。この距離・速度変換部２３により変換された距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。
距離・速度変換部２４は、時刻補正部２２からのダウンチャープにおける平滑値を距離・速度推定値に変換するものである。この距離・速度変換部２４により変換された距離・速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。

アップチャープ用角度追尾フィルタ２５は、信号処理部２からのアップチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出するものである。このアップチャープ用角度追尾フィルタ２５により算出されたアップチャープにおける目標の角度・角速度推定値を示すデータは座標変換部２７に出力される。
ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６は、信号処理部２からのダウンチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出するものである。このダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６により算出されたダウンチャープにおける目標の角度・角速度推定値を示すデータは座標変換部２７に出力される。
なお、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６の構成については後述する。

座標変換部２７は、距離・速度算出部１１からの目標の距離・速度推定値を示すデータ、及び、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６からのチャープごとの目標の角度・角速度推定値を示すデータを、目標の２次元位置・速度に変換するものである。

なお、同一目標判定部８は、距離・速度変換部２３，２４からの目標の距離・速度推定値を示すデータ、及び、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６からのチャープごとの目標の角度・角速度推定値を示すデータに基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する。

次に、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６の構成について、図８を用いて説明する。なお、以下では、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５の構成についてのみ図示し、説明を行うが、ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６の構成についても同様である。
アップチャープ用角度追尾フィルタ２５は、図８に示すように、相関部２５１、初期化部２５２、平滑部２５３及び予測部２５４から構成されている。

相関部２５１は、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数に付与された測角値（角度）に対して、予測部２５４からの仮目標の予測角度との相関処理を実施するものである。そして、相関部２５１は、相関なしとみなした場合には当該角度を示すデータを初期化部２５２に出力する。一方、相関部２５１は、相関ありとみなした場合には当該角度を示すデータを平滑部２５３に出力する。

初期化部２５２は、相関部２５１により相関なしと判定された角度に基づいて、新たな仮目標の初期平滑値（角度・角速度推定値）を設定するものである。なお、初期化部２５２により設定された平滑値には角度の取得時刻が付与されている。この初期化部２５２により設定された仮目標の平滑値を示すデータは予測部２５４に出力される。

平滑部２５３は、相関部２５１により相関ありと判定された角度に基づいて、仮目標の平滑値（角度・角速度推定値）を更新するものである。なお、平滑部２５３により更新された仮目標の平滑値には角度の更新時刻が付与されている。この平滑部２５３により更新された仮目標の平滑値を示すデータは予測部２５４、同一目標判定部８及び座標変換部２７に出力される。

予測部２５４は、ビート周波数ピーク検出部１８からのビート周波数観測時刻を示すデータ、及び、初期化部２５２又は平滑部２５３からの仮目標の平滑値を示すデータに基づいて、仮目標の予測角度を算出するものである。この予測部２５４により算出された予測角度を示すデータは相関部２５１に出力される。

次に、上記のように構成されたレーダ装置の動作について、図９を参照しながら説明する。なお以下では、実施の形態１に係るレーダ装置と動作の異なる部分についてのみ説明を行う。
レーダ装置の動作では、図９に示すように、ステップＳＴ９４において、時刻補正部２１，２２は、アップチャープ用追尾フィルタ１９及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０からの各チャープにおける目標の平滑値（ビート周波数・ビート周波数変化率推定値）及び更新時刻を示すデータをそれぞれ入力し、当該更新時刻を所定の時刻に合わせるように当該平滑値を補正する。
以下、時刻補正部２１による処理の詳細について、図１０を用いて説明する。図１０は、図１７に示すような送信パターンに対するアップチャープ・ダウンチャープにおけるビート周波数平滑値を表している。また、時刻補正部２１では、下式（５０）〜（５２）に従って処理を行う。

図１０に示すように、ビート周波数変化率が大きい場合は、スキャン間のみならず、アップチャープ（図１０に示す符号ａ）とダウンチャープ（図１０に示す符号ｂ）の取得時刻の差によってビート周波数が変動する。そこで、このビート周波数の変動を補償するために、アップチャープとダウンチャープの平滑値の時刻を合わせることとする。例えば、アップチャープにおける平滑値の更新時刻ｔｕ（例えば図１０に示すｔ１）と任意の時刻ｔ（例えば図１０に示すｔ１’）との差をΔｔ（例えば図１０に示すＴ）とした場合、式（５１）によって任意の時刻における平滑値を算出することができる。ダウンチャープについても同様のため、省略する。

この時刻補正部２１，２２の処理によって、例えば、図１０に示すようなアップチャープとダウンチャープにおける取得時刻に差が生じる送信パターンについても、ビート周波数の変動を補償することが可能となる。

次いで、距離・速度変換部２３は、時刻補正部２１からのアップチャープにおける平滑値を距離・速度推定値に変換する（ステップＳＴ９５）。この際、例えば平滑値を２スキャン分蓄積し、式（３３），（３４）を用いることで、距離・速度推定値を算出する。

また、距離・速度変換部２４についても、上記距離・速度変換部２３と同様の処理が実施される。なお、ダウンチャープのため、各変数の上付き添え字ｕをｄに変更し、式（５４）の右辺第２項の符号を負号（−）に変更したものを使用する。

次いで、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５は、信号処理部２からのアップチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出する（ステップＳＴ９６）。
以下、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５による処理の詳細について説明する。なお、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５では、基本的には式（５）〜（２６）に従って処理を行うが、一部異なる箇所があるため以下に示す。

また、ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６についても、上記アップチャープ用角度追尾フィルタ２５と同様の処理が実施される。なお、ダウンチャープのため、各変数の上付き添え字ｕをｄに変更する。

次いで、同一目標判定部８は、距離・速度変換部２３，２４からの目標の距離・速度推定値を示すデータ、及び、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６からのチャープごとの目標の角度・角速度推定値を示すデータに基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する（ステップＳＴ９７）。また、チャープごとに検出された目標に信号強度の情報が付与されている場合は、信号強度も含めて同一目標判定を実施してもよい。例えば、付与された信号強度の差が大きい目標同士は同一目標とみなさないなどの処理の拡張は容易に実現可能である。

次いで、距離・速度算出部１１は、同一目標判定部８からのペアリングされたビート周波数を示すデータに基づいて、目標の距離・速度を算出する（ステップＳＴ９８）。ここで、距離・速度算出部１１は、式（３），（４）のビート周波数の代わりにビート周波数の平滑値を用いて距離・速度を算出し、距離・速度推定値とする。

次いで、座標変換部２７は、距離・速度算出部１１からの目標の距離・速度推定値を示すデータ、及び、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５及びダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６からのチャープごとの目標の角度・角速度推定値を示すデータに基づいて、目標の２次元位置・速度を算出する（ステップＳＴ９９）。
以下、座標変換部２７による処理の詳細について説明する。なお、座標変換部２７では、下式（５８）〜（６０）に従って処理を行う。

その他の処理は実施の形態１と同様のため省略する。

以上のように、実施の形態３によれば、平滑値とそれに付与された更新時刻を用いて任意の時刻における平滑値に補正するように構成したので、アップチャープとダウンチャープにおけるビート周波数取得時刻の差（変調時間）が大きい場合であっても、アップチャープとダウンチャープ間のペアリングにおける推定精度を向上させる効果がある。
また、実施の形態１，２では、出力される距離・速度に観測誤差が含まれているため、所望の精度を得るには、後段で追尾フィルタなどを用いて誤差を抑圧する処理が必要となる。本実施の形態では、ビート周波数に含まれる観測誤差を追尾フィルタによって抑圧した後のビート周波数平滑値同士のペアと測角値に含まれる観測誤差を追尾処理によって抑圧した後の角度推定値より２次元位置及び速度を算出するため、推定精度が向上する。さらに、後段の追尾フィルタの処理を省略することも可能となる。

実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４に係るレーダ装置の構成を示す図である。図１１に示す実施の形態４に係るレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーダ装置のビート周波数記憶部４，５及び目標検出部６，７を削除し、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５、ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６、モデル判定部２８，２９を追加し、ビート周波数追尾手段３をビート周波数追尾手段３ｃに変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

モデル判定部２８は、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５からの角度・角速度平滑値を示すデータに基づいて、追尾フィルタの運動モデル（速度一定モデル又は非速度一定モデル）を選択するものである。
モデル判定部２９は、ダウンチャープ用角度追尾フィルタ２６からの角度・角速度平滑値を示すデータに基づいて、追尾フィルタの運動モデル（速度一定モデル又は非速度一定モデル）を選択するものである。

ビート周波数追尾手段３ｃは、モデル判定部２８，２９により選択された運動モデルに従い、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに得た目標のビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値、又は、目標の距離・速度・加速度推定値を算出するものである。このビート周波数追尾手段３ｃは、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｃ及びダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｃを有している。

アップチャープ用追尾フィルタ１９ｃは、モデル判定部２８により選択された運動モデルに従い、信号処理器２からのアップチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのアップチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得る。そして、選択された運動モデルに従い、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値、又は、目標の距離・速度・加速度推定値を算出するものである。このアップチャープ用追尾フィルタ１９ｃにより得られた目標のビート周波数、及び、算出された距離・速度推定値又は距離・速度・加速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。
ダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｃは、モデル判定部２９により選択された運動モデルに従い、信号処理器２からのダウンチャープにおけるビート周波数（周波数ピーク）を示すデータに基づいて追尾処理を実施し、複数サンプリングのダウンチャープ間で相関の取れた周波数ピークを目標のビート周波数として得る。そして、選択された運動モデルに従い、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値、又は、目標の距離・速度・加速度推定値を算出するものである。このダウンチャープ用追尾フィルタ２０ｃにより得られた目標のビート周波数、及び、算出された距離・速度推定値又は距離・速度・加速度推定値を示すデータは同一目標判定部８に出力される。

次に、上記のように構成されたレーダ装置の動作について、図１２を参照しながら説明する。なお以下では、実施の形態１に係るレーダ装置と動作の異なる部分についてのみ説明を行う。
レーダ装置の動作では、図１２に示すように、ステップＳＴ１２４において、モデル判定部２８は、アップチャープ用角度追尾フィルタ２５からの角度・角速度平滑値を示すデータに基づいて、追尾フィルタの運動モデルを選択する。
以下、モデル判定部２８による処理の詳細について、図１３〜１５を参照しながら説明する。なお、モデル判定部２８では、下式（６１）〜（６４）に従って処理を行う。

ここで、図１３，１４のＡはレーダ装置、Ｂ，Ｃは等速で進行する目標である。図１３では、目標Ｂ，Ｃがレーダ装置Ａに対して遠ざかる方向に移動するため、視線方向の速度（ドップラ速度）が一定となる様子を表している。それに対して、図１４では、目標Ｂ，Ｃが視線方向以外の方向にも運動するため、等速運動であるもののドップラ速度は変化する様子を表している。
距離と速度で構成される状態ベクトルに基づく追尾処理（式（４６））は図１３に示すようにレーダ装置から視線方向に速度一定の目標を追尾する場合には適しているが、図１４の目の前を横行する目標など視線方向の速度が変化する場合には適していない。そこで、目標ごとに速度一定モデルか非速度一定モデルであるかを判定する。

また、モデル判定部２９についても、上記モデル判定部２８と同様の処理が実施される。なお、各変数の上付き添え字ｕをｄに変更する。

次いで、ビート周波数追尾手段３ｃは、モデル判定部２８，２９により選択された運動モデルに従い、信号処理器２からのチャープごとのビート周波数を示すデータに基づいて追尾処理をそれぞれ実施し、チャープごとに得た目標のビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値、又は、目標の距離・速度・加速度推定値を算出する（ステップＳＴ１２５）。以下では、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｃによる処理の詳細について説明する。なお、アップチャープ用追尾フィルタ１９ｃでは、下式（６５）〜（６７）に従って処理を行う。

その他の処理は実施の形態２と同様のため省略する。

以上のように、実施の形態４によれば、角度・角速度推定値を用いて追尾フィルタの運動モデルを切り替えて追尾処理を行うように構成したので、実施の形態１と比較して、距離・速度推定精度を向上させることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 送信手段、２ 信号処理器、３，３ｂ，３ｃ ビート周波数追尾手段、４，５ ビート周波数記憶部、６，７ 目標検出部、８ 同一目標判定部、９ ダウンチャープ用同一目標判定部、１０ アップチャープ用同一目標判定部、１１ 距離・速度算出部、１２ 三角波発生部、１３ 送信器、１４ 送信アンテナ、１５ 受信アンテナ、１６ 受信器、１７ Ａ／Ｄ変換器、１８ ビート周波数ピーク検出部、１９，１９ｂ，１９ｃ アップチャープ用追尾フィルタ、２０，２０ｂ，２０ｃ ダウンチャープ用追尾フィルタ、２１，２２ 時刻補正部、２３，２４ 距離・速度変換部、２５ アップチャープ用角度追尾フィルタ、２６ ダウンチャープ用角度追尾フィルタ、２７ 座標変換部、２８，２９ モデル判定部、１９１，１９１ｂ，２５１ 相関部、１９２，１９２ｂ，２５２ 初期化部、１９３，１９３ｂ，２５３ 平滑部、１９４，１９４ｂ，２５４ 予測部。

この発明に係るレーダ装置は、一定の変調幅で周波数が周期的に線形に増減する送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、送信手段により送信されたレーダ波に対する目標からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び送信信号に基づいてチャープごとにビート周波数を特定する信号処理器と、信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施し、目標のビート周波数を得るアップチャープ用追尾フィルタと、信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施し、目標のビート周波数を得るダウンチャープ用追尾フィルタと、アップチャープ用追尾フィルタ及びダウンチャープ用追尾フィルタによりチャープごとに得られた目標のビート周波数を時系列に記憶するビート周波数記憶部と、ビート周波数記憶部にチャープごとに記憶されたビート周波数時系列データに基づいて、チャープごとに目標の距離・速度推定値を算出する目標検出部と、目標検出部によりチャープごとに算出された目標の距離・速度推定値に基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する同一目標判定部と、同一目標判定部により同一目標であると判定された目標のチャープごとのビート周波数に基づいて、目標の距離・速度を算出する距離・速度算出部と、同一目標判定部において同一目標ではないと判定されたアップチャープにおける目標の距離・速度推定値をダウンチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、当該ビート周波数推定値及び信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて当該目標が同一であるかを判定するダウンチャープ用同一目標判定部と、同一目標判定部において同一目標ではないと判定されたダウンチャープにおける目標の距離・速度推定値をアップチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、当該ビート周波数推定値及び信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて当該目標が同一であるかを判定するアップチャープ用同一目標判定部とを備えたことを特徴とする。

Claims (13)

1. 一定の変調幅で周波数が周期的に線形に増減する送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、
   前記送信手段により送信されたレーダ波に対する目標からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び前記送信信号に基づいてチャープごとにビート周波数を特定する信号処理器と、
   前記信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施し、目標のビート周波数を得るアップチャープ用追尾フィルタと、
   前記信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施し、目標のビート周波数を得るダウンチャープ用追尾フィルタと、
   前記アップチャープ用追尾フィルタ及び前記ダウンチャープ用追尾フィルタによりチャープごとに得られた目標のビート周波数を時系列に記憶するビート周波数記憶部と、
   前記ビート周波数記憶部にチャープごとに記憶されたビート周波数時系列データに基づいて、チャープごとに目標の距離・速度推定値を算出する目標検出部と、
   前記目標検出部によりチャープごとに算出された目標の距離・速度推定値に基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する同一目標判定部と、
   前記同一目標判定部により同一目標であると判定された目標のチャープごとのビート周波数に基づいて、目標の距離・速度を算出する距離・速度算出部とを備えた
   ことを特徴とするレーダ装置。
2. 一定の変調幅で周波数が周期的に線形に増減する送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、
   前記送信手段により送信されたレーダ波に対する目標からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び前記送信信号に基づいてチャープごとにビート周波数を特定する信号処理器と、
   前記信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施して目標のビート周波数を得て、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するアップチャープ用追尾フィルタと、
   前記信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施して目標のビート周波数を得て、当該ビート周波数に基づいて目標の距離・速度推定値を算出するダウンチャープ用追尾フィルタと、
   前記アップチャープ用追尾フィルタ及び前記ダウンチャープ用追尾フィルタによりチャープごとに算出された目標の距離・速度推定値に基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する同一目標判定部と、
   前記同一目標判定部により同一目標であると判定された目標のチャープごとのビート周波数に基づいて、目標の距離・速度を算出する距離・速度算出部とを備えた
   ことを特徴とするレーダ装置。
3. 前記信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出するアップチャープ用角度追尾フィルタと、
   前記信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出するダウンチャープ用角度追尾フィルタと、
   前記アップチャープ用角度追尾フィルタ及び前記ダウンチャープ用角度追尾フィルタによりチャープごとに算出された目標の角速度推定値に基づいて、追尾フィルタの運動モデルを選択するモデル判定部とを備え、
   前記アップチャープ用追尾フィルタ及び前記ダウンチャープ用追尾フィルタは、前記モデル判定部により選択された運動モデルに従って追尾処理を行う
   ことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
4. 前記同一目標判定部において同一目標ではないと判定されたアップチャープにおける目標の距離・速度推定値をダウンチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、当該ビート周波数推定値及び前記信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて当該目標が同一であるかを判定するダウンチャープ用同一目標判定部と、
   前記同一目標判定部において同一目標ではないと判定されたダウンチャープにおける目標の距離・速度推定値をアップチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、当該ビート周波数推定値及び前記信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて当該目標が同一であるかを判定するアップチャープ用同一目標判定部とを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
5. 前記同一目標判定部において同一目標ではないと判定されたアップチャープにおける目標の距離・速度推定値をダウンチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、当該ビート周波数推定値及び前記信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて当該目標が同一であるかを判定するダウンチャープ用同一目標判定部と、
   前記同一目標判定部において同一目標ではないと判定されたダウンチャープにおける目標の距離・速度推定値をアップチャープにおけるビート周波数推定値に変換し、当該ビート周波数推定値及び前記信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて当該目標が同一であるかを判定するアップチャープ用同一目標判定部とを備えた
   ことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
6. 前記同一目標判定部は、前記チャープごとに算出された目標の距離・速度推定値、及び、前記信号処理器により特定されたビート周波数に付与された測角値に基づいて、同一目標判定を行う
   ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
7. 前記同一目標判定部は、前記チャープごとに算出された目標の距離・速度推定値、及び、前記信号処理器により特定されたビート周波数に付与された測角値に基づいて、同一目標判定を行う
   ことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
8. 前記アップチャープ用追尾フィルタ及び前記ダウンチャープ用追尾フィルタは、前記モデル判定部により速度一定モデルが選択された場合には、目標の距離・速度推定値を算出し、非速度一定モデルが選択された場合には、目標の距離・速度・加速度推定値を算出する
   ことを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
9. 前記アップチャープ用追尾フィルタ及び前記ダウンチャープ用追尾フィルタは、前記モデル判定部により選択された運動モデルに応じて、追尾フィルタの駆動雑音を切り替える
   ことを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
10. 一定の変調幅で周波数が周期的に線形に増減する送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、
    前記送信手段により送信されたレーダ波に対する目標からの反射波を受信して受信信号を発生し、当該受信信号及び前記送信信号に基づいてチャープごとにビート周波数を特定する信号処理器と、
    前記信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施し、目標のビート周波数・ビート周波数変化率推定値を算出するアップチャープ用追尾フィルタと、
    前記信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に基づいて追尾処理を実施し、目標のビート周波数・ビート周波数変化率推定値を算出するダウンチャープ用追尾フィルタと、
    前記アップチャープ用追尾フィルタ及び前記ダウンチャープ用追尾フィルタによりチャープごとに算出された目標のビート周波数・ビート周波数変化率推定値に付与された時刻に基づいて、所定の時刻に合わせるように当該ビート周波数・ビート周波数変化率推定値を補正する時刻補正部と、
    前記時刻補正部により補正されたチャープごとのビート周波数・ビート周波数変化率推定値を目標の距離・速度推定値に変換する距離・速度変換部と、
    前記距離・速度変換部によりチャープごとに変換された目標の距離・速度推定値に基づいて、チャープごとに検出された目標が同一目標であるかを判定する同一目標判定部と、
    前記同一目標判定部により同一目標であると判定された目標のチャープごとのビート周波数推定値に基づいて、目標の距離・速度を算出する距離・速度算出部とを備えた
    ことを特徴とするレーダ装置。
11. 前記信号処理器により特定されたアップチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出するアップチャープ用角度追尾フィルタと、
    前記信号処理器により特定されたダウンチャープにおけるビート周波数に付与された測角値に基づいて追尾処理を実施し、目標の角度・角速度推定値を算出するダウンチャープ用角度追尾フィルタと、
    前記距離・速度算出部によりチャープごとに算出された目標の距離・速度推定値、及び、前記アップチャープ用角度追尾フィルタ及び前記ダウンチャープ用角度追尾フィルタによりチャープごとに算出された目標の角度・角速度推定値を、目標の２次元の位置・速度に変換する座標変換部とを備え、
    前記同一目標判定部は、前記チャープごとに変換された目標の距離・速度推定値、前記アップチャープ用角度追尾フィルタ及び前記ダウンチャープ用角度追尾フィルタによりチャープごとに算出された目標の角度・角速度推定値に基づいて、同一目標判定を行う
    ことを特徴とする請求項１０記載のレーダ装置。
12. 前記座標変換部は、前記アップチャープ用角度追尾フィルタ及び前記ダウンチャープ用追尾フィルタによりチャープごとに算出された目標の角度・角速度推定値を重み付け統合して用いる
    ことを特徴とする請求項１１記載のレーダ装置。
13. 前記時刻補正部は、前記ビート周波数変化率推定値に基づいて、前記ビート周波数推定値を前記所定の時刻に外挿する
    ことを特徴とする請求項１０記載のレーダ装置。

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