WO2016125400A1

WO2016125400A1 - 信号処理装置、レーダ装置、及び信号処理方法

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Publication number: WO2016125400A1
Application number: PCT/JP2015/085008
Authority: WO
Inventors: 文弥中谷
Original assignee: 古野電気株式会社
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2016-08-11
Also published as: EP3255454B1; EP3255454A4; JP6343356B2; US20180284255A1; CN107209260A; EP3255454A1; US10677912B2; CN107209260B; JPWO2016125400A1

Abstract

【課題】捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を正確に検出するとともに、その検出のための演算負荷を小さくする。【解決手段】捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を検出する信号処理装置であって、受波部で受波された受信波から生成される複素受信信号、の瞬時周波数の変化速度である瞬時周波数変化速度を算出する瞬時周波数変化速度算出部２１と、遭難信号の周波数掃引速度である基準周波数掃引速度、に基づく値を記憶する記憶部２２と、瞬時周波数変化速度算出部２１で算出された瞬時周波数変化速度と、記憶部２２で記憶されている基準周波数掃引速度に基づく値と、の比較結果に基づいて、捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号の有無を判定する遭難信号判定部２８と、を備えた信号処理装置を構成する。

Description

信号処理装置、レーダ装置、及び信号処理方法

　本発明は、信号処理装置、レーダ装置、及び信号処理方法に関する。

　従来より、船舶や救命ボートには捜索救助用レーダトランスポンダ（SART：Search　And　Rescue　Transponder）が装備される。ＳＡＲＴは遭難時に電源が入れられると、船舶や航空機からの９ＧＨｚ帯レーダ電波を受信した直後に、同じ９ＧＨｚ帯で遭難信号（ＳＡＲＴ遭難信号）を発信する。このＳＡＲＴ遭難信号はのこぎり状に周波数掃引されたパルス状の応答信号である。船舶用レーダの受信帯域幅を遭難信号の周波数掃引帯域が横切るように設定されているため、レーダ装置は遭難信号を一定間隔のパルスとして受信することができ、レーダ映像にはＳＡＲＴ遭難信号がＳＡＲＴ位置を始点として距離方向に複数個の短点として現れる。

　上述のようなＳＡＲＴ遭難信号を検出するレーダ装置としては、例えば特許文献１に開示されるレーダ装置が知られている。このレーダ装置では、ＳＡＲＴ遭難信号と略等しい一定周期の信号と、レーダ装置により探知された探知データとを相互相関処理することにより、ＳＡＲＴ遭難信号の有無を判定している。

特開２００１－１４１８１７号公報

　ところで、上述したレーダ装置でＳＡＲＴ遭難信号を検出する場合、ＳＡＲＴ遭難信号を構成する複数個（具体的には、１２個）のパルスのいくつかが他のエコー信号によってマスクされた場合、ＳＡＲＴ遭難信号を正確に検出できなくなる虞が生じる。しかも、上述したレーダ装置では、ある程度の長さ（ＳＡＲＴ遭難信号の受信期間程度）を有する波形信号同士の相関演算が必要となるため、信号の処理負荷が比較的大きくなってしまう。

　本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を正確に検出するとともに、その検出のための演算負荷を小さくすることである。

　（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る信号処理装置は、捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を検出する信号処理装置であって、受波部で受波された受信波から生成される複素受信信号、の瞬時周波数の変化速度である瞬時周波数変化速度を算出する瞬時周波数変化速度算出部と、遭難信号の周波数掃引速度である基準周波数掃引速度、に基づく値を記憶する記憶部と、前記瞬時周波数変化速度算出部で算出された前記瞬時周波数変化速度と、前記記憶部で記憶されている前記基準周波数掃引速度に基づく値と、の比較結果に基づいて、前記捜索救助用レーダトランスポンダからの前記遭難信号の有無を判定する遭難信号判定部と、を備えている。

　（２）好ましくは、前記信号処理装置は、前記複素受信信号の位相を時間微分することにより前記瞬時周波数を算出する瞬時周波数算出部を更に備え、前記瞬時周波数変化速度算出部は、前記瞬時周波数算出部によって算出された前記瞬時周波数を時間微分すること
により前記瞬時周波数変化速度を算出する。

　（３）好ましくは、前記記憶部は、前記基準周波数掃引速度以上の値を有する上限閾値と、前記基準周波数掃引速度以下の値を有する下限閾値とを記憶し、前記遭難信号判定部は、前記瞬時周波数変化速度が前記上限閾値以下且つ前記下限閾値以上であることを条件として、前記複素受信信号の中に前記遭難信号が含まれていると判定する。

　（４）更に好ましくは、前記瞬時周波数変化速度算出部は、複数のタイミングで前記瞬時周波数変化速度を算出し、前記遭難信号判定部は、前記上限閾値以下且つ前記下限閾値以上である前記瞬時周波数変化速度が所定数以上連続して出現することを条件として、前記複素受信信号の中に前記遭難信号が含まれていると判定する。

　（５）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るレーダ装置は、受信波を受波する受波部と、前記受波部で受波された前記受信波から生成される複素受信信号を処理することにより、捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を検出するとともに探知領域内のレーダ映像を生成する、上述したいずれかの信号処理装置と、前記信号処理装置で検出された前記遭難信号に関する情報、及び前記レーダ映像を表示する表示器と、を備えている。

　（６）好ましくは、前記信号処理装置は、前記探知領域内における少なくとも一部の領域としての第１領域について、当該第１領域内において前記遭難信号が検出されなかった領域では、送信波としての周波数変調パルスの反射波から得られる前記複素受信信号をパルス圧縮処理することにより前記レーダ映像を生成し、前記第１領域内において前記遭難信号が検出された領域では、送信波としての周波数無変調パルスの反射波から得られる前記複素受信信号を用いて前記レーダ映像を生成する。

　（７）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る信号処理方法は、捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を検出する信号処理方法であって、受波部で受波された受信波から生成される複素受信信号、の瞬時周波数の変化速度である瞬時周波数変化速度を算出するステップと、遭難信号の周波数変化速度である基準周波数掃引速度、に基づく値を記憶するステップと、前記瞬時周波数変化速度を算出するステップで算出された前記瞬時周波数変化速度と、前記記憶するステップで記憶された前記基準周波数掃引速度に基づく値と、の比較結果に基づいて、前記捜索救助用レーダトランスポンダからの前記遭難信号の有無を判定するステップと、を含む。

　本発明によれば、捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を正確に検出するとともに、その検出のための演算負荷を小さくできる。

本発明の実施形態に係るレーダ装置のブロック図である。図１に示すレーダ装置の送信タイミングを示す図である。図１に示すレーダ装置のレーダ映像構成図である。ＳＡＲＴ遭難信号とレーダ受信信号のタイミングを示す図である。ＳＡＲＴ遭難信号のレーダ映像構成図である。図１に示すトランスポンダ応答波検出部のブロック図である。図６に示すトランスポンダ応答波検出部の動作を示すフローチャートである。無変調パルスの送受信期間の延長動作を説明するための図である。無変調パルスの送受信期間の延長した場合のレーダ映像構成図である。パルス圧縮処理されたＳＡＲＴ遭難信号の映像表示例を示す図である。

　以下、本発明の実施形態に係るレーダ装置１について図面を参照しつつ説明する。本発明は、信号処理装置、レーダ装置、及び受信波から生成される受信信号を処理する信号処理方法として広く適用することができる。

　レーダ装置１は、固体化レーダ装置の１つであるパルス圧縮レーダ装置によって構成されている。レーダ装置１は、トランスポンダ（本実施形態の場合、捜索救助用レーダトランスポンダ）の応答信号である遭難信号（ＳＡＲＴ遭難信号）を検出してレーダ映像を生成する。

　図１は、レーダ装置１のブロック図である。レーダ装置１は、送信側システムの構成要素として、送信タイミング制御部２ａ、送信波形生成部２ｂ及び送信機３を備えている。また、レーダ装置１は、受信側システムの構成要素として、受信機６、無変調エコー信号処理部７、変調エコー信号処理部８、パルス合成部９及びトランスポンダ応答波検出部１０を備えている。また、レーダ装置１は、その他に、サーキュレータ４、レーダアンテナ５、レーダ映像描画部１１、及び表示器１３を備えている。上述した送信タイミング制御部２ａ、送信波形生成部２ｂ、送信機３、サーキュレータ４、受信機６、無変調エコー信号処理部７、変調エコー信号処理部８、パルス合成部９、トランスポンダ応答波検出部１０、及びレーダ映像描画部１１によって、信号処理装置１５が構成される。

　送信タイミング制御部２ａは、送信波形生成部２ｂが出力するレーダパルスの出力タイミングを制御するための送信トリガを出力する。送信タイミング制御部２ａは、送信トリガによって変調パルスの送受信期間と無変調パルスの送受信期間とを制御する。無変調パルスの送受信期間に遭難信号を検出した場合は、無変調パルスの送受信期間を遭難信号の出現領域の終了点まで延長するように送受信タイミングを制御する。

　送信波形生成部２は、送信タイミング制御部２ａが出力する送信トリガに基づいて、レーダパルスを出力する。このパルス圧縮レーダ装置は、周波数変調されていない無変調パルスと、周波数変調されている変調パルスとをレーダパルスとして切り替えながら送信できるように構成されている。無変調パルスは、例えば０．１μ秒から１μ秒程度の短いパルス幅を有するように生成され、変調パルスは、例えば数μ秒から数十μ秒程度の長いパルス幅を有するように生成される。送信波形生成部２ｂは、図２に示すように、送信トリガに同期して、無変調パルスと変調パルスとを送信パルスとして時分割で交互に送信する。

　送信機３は、送信波形生成部２ｂが出力するレーダパルスを所定帯域までアップコンバートすると共にパワー増幅して出力する。生成されたレーダパルスはサーキュレータ４を介してレーダアンテナ５へ供給される。レーダアンテナ５は、送信と受信とで兼用される送受信アンテナ（受波部）である。レーダアンテナ５は、ビーム指向性を持って回転する。

　受信機６は、受信信号を増幅するアンプ、受信信号に含まれる所望周波数帯域の信号をダウンコンバートするミキサ、ダウンコンバートされた信号を直交検波して複素信号（複素受信信号）を出力する各種フィルタ（ＬＰＦ）及びＡＤ変換器等で構成される。レーダアンテナ５から放射されたレーダパルス（無変調パルス又は変調パルス）を受信したＳＡＲＴが応答信号（遭難信号）を発信した場合、受信機６へ入力される受信信号に遭難信号が含まれる。

　無変調エコー信号処理部７は、無変調パルス信号のパルス幅の逆数程度に相当する周波数幅の通過帯域を有するフィルタ等（例えば、ＬＰＦ又はＢＰＦ）で構成される。無変調エコー信号処理部７は、無変調パルスの送受信期間に受信信号を取り込んで受信エコーを受信処理して近距離領域（第２領域）の受信エコーデータを抽出する。

　変調エコー信号処理部８は、周波数変調された送信パルスとなる変調パルス信号と相関の高い係数が設定されたマッチドフィルタを備えて構成される。変調エコー信号処理部８は、変調パルスの送受信期間に受信信号を取り込んで受信エコーをパルス圧縮し、第１領域となる遠距離領域の受信エコーデータを抽出する。パルス圧縮される受信エコーは変調パルス信号の反射波であるので、マッチドフィルタによって変調パルス信号の受信エコーに対してピークを示す。すなわち、変調パルス信号のパルス幅に相当する長いパルス幅を有する受信エコーがパルス圧縮された１つのピーク波形に変換される。パルス圧縮されたピーク波形は、変調パルス信号のパルス幅に応じたピークレベルを示す。変調パルス信号は無変調パルスに比べてパルス幅が長いので、Ｓ／Ｎ比が改善される。

　パルス合成部９は、無変調エコー信号処理部７から出力される無変調パルスの受信エコーと変調エコー信号処理部８から出力される変調パルスの受信エコーとを合成する。無変調エコー信号処理部７から出力される無変調パルスの受信エコーが近距離の受信エコーを表し、変調エコー信号処理部８から出力される変調パルスの受信エコーが遠距離の受信エコーを表すので、この２つの受信エコーを合成することにより、近距離から遠距離までの広範囲の受信エコーが得られる。変調パルスの送受信期間における近距離の不感地帯が無変調パルスの受信エコーの映像によって補われる。レーダ映像描画部１１は、パルス合成部９から出力されるＲθ座標系の受信信号（レーダエコー）をＸＹ座標系に変換しながら表示器１３へ転送する。パルス合成部９及びレーダ映像描画部１１がレーダ映像を生成するレーダ映像生成部１２を構成する。レーダ映像生成部１２は、近距離の受信エコーデータと遠距離の受信エコーデータとを合成してレーダ映像を生成し、トランスポンダ応答波検出部１０の検出結果に基づいて、トランスポンダ応答波が出現する領域では、パルス圧縮処理された受信信号を用いずにレーダ映像を構成する。表示器１３はレーダ映像生成部１２から入力されるレーダ映像を表示する。

　ここで、無変調パルスと変調パルスを時分割送信することによって得られる受信エコーについて説明する。通常、船舶用レーダでは１つのレーダアンテナ５で送信と受信を行う。このため、送信期間中は送信波が直接受信機６に回り込む。この回り込み電波は受信エコーに対して極めて強いため受信エコーはマスクされてしまう。したがって、送信パルスのパルス幅に相当する距離範囲は不感地帯となる。パルス圧縮レーダでは、パルス圧縮処理後のＳ／Ｎ比を向上させるために比較的パルス幅の長い変調パルスを送信する。この結果、不感地帯も広くなってしまう。例えば、変調パルスのパルス幅が１０μ秒であれば、船舶レーダから約１５００ｍの範囲が不感地帯となる。

　そこで、パルス圧縮レーダでは、変調パルスによるレーダ探知の不感地帯を、無変調パルスの送受信で補うように構成される。すなわち、エコー受信時にパルス圧縮処理を実施する変調パルスの送受信と、パルス圧縮処理を実施しない無変調パルスの送受信を時分割で行い、後に合成することでレーダ映像を生成する。図３は無変調パルスと変調パルスを時分割送信することによって得られる受信エコーを合成することで形成されるレーダ映像の模式図である。同図において中心のバツ印はパルス圧縮レーダ装置の位置である。パルス圧縮レーダ装置の位置を中心とした近距離範囲（第２領域）は無変調パルスの送受信時に検出された受信エコーに基づいた映像表示領域である。近距離範囲の外側に形成される遠距離範囲（第１領域）は変調パルスの送受信時に検出された受信エコーに基づいた映像表示領域である。なお、無変調パルスの送受信期間ではパルス圧縮利得（Ｓ／Ｎ向上）が得られない。しかし、無変調パルスの適用距離範囲をできるだけ自船近傍（変調パルスの
パルス幅程度）に制限すれば、実用上問題にはならない。

　トランスポンダ応答波検出部１０は、パルス圧縮レーダにおいて、受信信号の中からＳＡＲＴ遭難信号を検出する機能を備える。トランスポンダ応答波検出部１０による検出結果に応じて送信タイミング制御部２ａ及びパルス合成部９の動作が制御される。

　本実施形態では、トランスポンダとしてＳＡＲＴを想定している。この場合のトランスポンダ応答波はＳＡＲＴ遭難信号である。ＳＡＲＴ遭難信号は、のこぎり状に周波数掃引されたパルスであり、表１のように規定されている。

　図４に、ＳＡＲＴがレーダ電波を受けてＳＡＲＴ遭難信号を発信してから、レーダ装置でレーダ受信信号が得られるまでの模式的なタイミングチャートが示されている。ＳＡＲＴは、レーダ電波を受けると（図４Ａ）、１００μ秒の送信期間のＳＡＲＴ遭難信号を発信する（図４Ｂ）。ＳＡＲＴ遭難信号の周波数掃引帯域は９２００～９５００ＭＨｚであり、１回の送信動作ではのこぎり状に周波数掃引された１２個のパルスが連続送信される（図４Ｃ）。一般的な船舶用レーダの受信帯域幅は例えば９４００ＭＨｚを中心周波数として１～４０ＭＨｚ程度である。したがって、レーダ装置は、ＳＡＲＴ遭難信号が下りの周波数掃引過程でレーダ受信帯域を横切る際に、ＳＡＲＴ遭難信号をパルスとして受信する（図４Ｄ）。ＳＡＲＴ遭難信号が上りの周波数掃引過程でもレーダ受信帯域を横切る際にＳＡＲＴ遭難信号を受信するが、図４Ｃに示すように上りの周波数掃引は下りの周波数掃引に比べて傾きが急峻であるので、パルスとして検出されないか又は非常に信号レベルが小さくなる。図４ＤにはＳＡＲＴ遭難信号が下りの周波数掃引過程で受信されたＳＡＲＴ遭難信号がレーダ受信信号として示されている。表示器１３に表示されるレーダ映像には、図５に示すように、ＳＡＲＴ位置を始点として距離方向に１２個の短点として現れる。レーダ操作者は、この特徴的なパターンから直ちに遭難船の存在を知ることができ、所定の管理局へ通報、救助に向かうことができる。

　［トランスポンダ応答波検出部の構成］
　トランスポンダ応答波検出部１０は、受信信号の中からＳＡＲＴ遭難信号を検出する。以下にトランスポンダ応答波検出部１０の具体的な構成例について説明する。

　図６は、トランスポンダ応答波検出部１０の機能ブロックを示す図である。トランスポンダ応答波検出部１０は、瞬時周波数算出部２０、瞬時周波数変化速度算出部２１、記憶部２２、第１比較判定部２３、受信レベル算出部２４、第２比較判定部２５、論理積演算部２６、カウンタ部２７、遭難信号判定部２８、を備えている。

　瞬時周波数算出部２０は、受信機６から出力された複素受信信号の瞬時周波数ｆ（ｔ）
を算出する。具体的には、瞬時周波数算出部２０は、複素受信信号の位相を時間微分することにより、瞬時周波数ｆ（ｔ）を算出する。瞬時周波数算出部２０は、一定の間隔で、各タイミングにおける瞬時周波数ｆ（ｔ）を算出し、算出した各タイミングにおける瞬時周波数ｆ（ｔ）を、瞬時周波数変化速度算出部２１へ順次、出力する。

　瞬時周波数変化速度算出部２１は、瞬時周波数算出部２０で算出された瞬時周波数ｆ（ｔ）に基づいて、瞬時周波数ｆ（ｔ）の変化速度（瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ））を算出する。具体的には、瞬時周波数変化速度算出部２１は、瞬時周波数ｆ（ｔ）を時間微分することにより、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）を算出する。瞬時周波数変化速度算出部２１は、瞬時周波数算出部２０から順次、出力される瞬時周波数ｆ（ｔ）のそれぞれに対して瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）を算出し、それを第１比較判定部２３へ順次、出力する。

　記憶部２２には、上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨ、下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷ、及び第１閾値Ｔｈ１が記憶されている。上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨとしては、規格によって定められているＳＡＲＴ遭難信号の周波数掃引速度（基準周波数掃引速度）よりもやや高い値が設定される。一方、下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷとしては、上述した基準周波数掃引速度よりもやや低い値が設定される。また、第１閾値Ｔｈ１としては、ＳＡＲＴ遭難信号の信号強度に応じた値が設定される。具体的には、第１閾値Ｔｈ１の値としては、ＳＡＲＴ遭難信号の信号強度より低く、ノイズ、小エコーの信号強度より高い値が好ましい。また、自船位置とＳＡＲＴとの距離が離れるほどＳＡＲＴ遭難信号の信号強度は減衰するため、第１閾値Ｔｈ１は、近距離から遠距離にかけて徐々に減衰するカーブであることが好ましい。この第１閾値Ｔｈ１は、ノイズ、小エコーを検出対象から除外するために用いられる。

　第１比較判定部２３は、瞬時周波数変化速度算出部２１から順次、出力される瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）の値に応じて、フラグ１としての１又は０を、論理積演算部２６に出力する。具体的には、第１比較判定部２３は、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷ以上且つ上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨ以下の場合には、フラグ１としての１を論理積演算部２６に出力する。一方、第１比較判定部２３は、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷ未満又は上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨを超える場合には、フラグ１としての０を論理積演算部２６に出力する。すなわち、第１比較判定部２３は、瞬時周波数変化速度算出部２１からの瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が、ＳＡＲＴ遭難信号の周波数掃引速度と概ね同じである場合には１を出力する一方、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）がＳＡＲＴ遭難信号の周波数掃引速度と大きく異なる場合には０を出力する。

　受信レベル算出部２４は、受信機６から出力される複素受信信号のレベル（受信信号レベルＬ（ｔ））を算出する。受信レベル算出部２４は、受信機６から順次、出力される各タイミングでの複素受信信号の受信信号レベルＬ（ｔ）を算出する。

　第２比較判定部２５は、受信レベル算出部２４から順次、出力される受信信号レベルＬ（ｔ）の値に応じて、フラグ２としての１又は０を、論理積演算部２６に出力する。具体的には、第２比較判定部２５は、上記受信信号レベルＬ（ｔ）の値が第１閾値Ｔｈ１以上の場合には、フラグ２としての１を論理積演算部２６に出力する。一方、第２比較判定部２５は、上記受信信号レベルＬ（ｔ）の値が第１閾値Ｔｈ１未満の場合には、フラグ１としての０を論理積演算部２６に出力する。すなわち、第２比較判定部２５は、上記受信信号レベルＬ（ｔ）の値が比較的大きく、当該受信信号がＳＡＲＴ遭難信号である可能性が高い場合には１を出力する一方、上記受信信号レベルＬ（ｔ）の値が比較的小さく、当該受信信号がＳＡＲＴ遭難信号である可能性が低い場合には０を出力する。

　論理積演算部２６は、第１比較判定部２３から出力されるフラグ１の値（０又は１）と
、第２比較判定部２５から出力されるフラグ２の値（０又は１）との論理積を算出し、その算出結果をフラグ３としてカウンタ部２７へ出力する。言い換えれば、論理積演算部２６は、フラグ１の値が１であり、且つ当該フラグ１と対応するフラグ２の値が１である場合に、フラグ３としての１をカウンタ部２７へ出力し、それ以外の場合には、フラグ３としての０をカウンタ部２７へ出力する。すなわち、論理積演算部２６は、あるサンプルデータが、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）及び受信信号レベルＬ（ｔ）の値の観点においてＳＡＲＴ遭難信号である可能性が高い場合には、フラグ３として１を出力し、そうでない場合には、フラグ３として０を出力する。論理積演算部２６は、第１比較判定部２３から順次、出力されるフラグ１の値と、第２比較判定部２５から順次、出力される、フラグ１に対応するフラグ２の値とに応じて、順次、フラグ３をカウンタ部２７へ出力する。

　カウンタ部２７は、論理積演算部２６から出力されるフラグ３の値が１の場合、当該カウンタ部２７で記憶しているカウント値に１を追加する。一方、カウンタ部２７は、論理積演算部２６から出力されるフラグ３の値が０の場合、当該カウンタ部２７で記憶しているカウント値をリセットして０にする。すなわち、カウンタ部２７で記憶されるカウント値は、論理積演算部２６から出力されたフラグ３としての１の値が連続して出現した数であって、その時点でフラグ３としての１の値が連続している場合に記憶されている値である。

　遭難信号判定部２８は、カウンタ部２７で記憶されるカウンタ値が所定の閾値（第２閾値Ｔｈ２）以上となった場合に、その複素受信信号にＳＡＲＴ遭難信号が含まれていると判定する。

　そして、送信タイミング制御部２ａ及びパルス合成部９は、上述のようにＳＡＲＴ遭難信号が検出されたら、ＳＡＲＴ遭難信号と判定した受信期間では、変調パルスの受信信号をレーダ映像に反映しないように、送信タイミング制御およびパルス合成を行う。

　［レーダ装置の動作］
　次に、以上のように構成された本実施形態に係るレーダ装置１の動作について具体的に説明する。以下では、まず、トランスポンダ応答波検出部１０におけるＳＡＲＴ遭難信号の検出動作について、図７を用いて説明する。そして次に、無変調パルスの送受信期間にＳＡＲＴ遭難信号が検出された場合、変調パルスの送受信期間にＳＡＲＴ遭難信号が検出された場合、の動作について説明する。

　図７は、トランスポンダ応答波検出部１０の動作を示すフローチャートである。なお、トランスポンダ応答波検出部１０での動作が開始される前、例えばレーダ装置１の製造時において、記憶部２２に、上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨ、下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷ、及び第１閾値Ｔｈ１が記憶される（ステップＳ１）。

　次に、ステップＳ２では、瞬時周波数算出部２０が、レンジ方向における所定の位置のサンプルを対象サンプルとし、当該対象サンプルの複素受信信号の瞬時周波数ｆ（ｔ）を算出する。具体的には、ステップＳ２では、上記複素受信信号の位相の時間微分が算出されることにより、該複素受信信号の瞬時周波数ｆ（ｔ）が算出される。

　次に、ステップＳ３では、瞬時周波数変化速度算出部２１が、ステップＳ２で算出された瞬時周波数ｆ（ｔ）の変化速度（瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ））を算出する。具体的には、ステップＳ３では、瞬時周波数ｆ（ｔ）の時間微分が算出されることにより、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が算出される。

　次に、ステップＳ４では、第１比較判定部２３によって、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ
）が下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷ以上且つ上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨ以下であるか否かが判定される。瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷ以上且つ上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨ以下である場合（ステップＳ４のＹｅｓ）、第１比較判定部２３は、フラグ１としての１を論理積演算部２６へ出力する（ステップＳ５）。一方、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が、下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷ未満又は上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨを超える場合（ステップＳ４のＮｏ）、第１比較判定部２３は、フラグ１としての０を論理積演算部２６へ出力する（ステップＳ６）。

　一方、以下で詳しく説明するステップＳ７からステップＳ１０までの工程は、上述したステップＳ２からステップＳ６までの工程と並行して、或いは上述したステップＳ２からステップＳ６までの工程の前又は後に、行われる。

　ステップＳ７では、受信レベル算出部２４が、レンジ方向における所定の位置のサンプル（上述したステップＳ２における対象サンプルと同じサンプル）を対象サンプルとし、当該対象サンプルの複素受信信号の受信信号レベルＬ（ｔ）を算出する。

　次に、ステップＳ８では、第２比較判定部２５によって、受信信号レベルＬ（ｔ）が第１閾値Ｔｈ１以上であるか否かが判定される。受信信号レベルＬ（ｔ）が第１閾値Ｔｈ１以上である場合（ステップＳ８のＹｅｓ）、第２比較判定部２５は、フラグ２としての１を論理積演算部２６へ出力する（ステップＳ９）。一方、受信信号レベルＬ（ｔ）が第１閾値Ｔｈ１未満である場合（ステップＳ８のＮｏ）、第２比較判定部２５は、フラグ２としての０を論理積演算部２６へ出力する（ステップＳ１０）。

　次に、ステップＳ１１では、論理積演算部２６が、フラグ１及びフラグ２の論理積を演算する。フラグ１及びフラグ２の論理積が１である場合（ステップＳ１１のＹｅｓ）、ステップＳ１４に進む。一方、フラグ１及びフラグ２の論理積が０である場合（ステップＳ１１のＮｏ）、ステップＳ１２に進む。

　ステップＳ１１においてフラグ１及びフラグ２の論理積が０である場合、ステップＳ１２では、カウンタ部２７で記憶されているカウンタ値がリセットされて０になる。

　次に、ステップＳ１３では、瞬時周波数ｆ（ｔ）及び受信信号レベルＬ（ｔ）の算出対象となる対象サンプルが、レンジ方向に（具体的には、レンジ方向における自船から遠い側に）ずらされる。そして、ステップＳ２及びステップＳ７に戻り、新たに設定された対象サンプルの複素受信信号に対して、瞬時周波数ｆ（ｔ）及び受信信号レベルＬ（ｔ）が算出される。

　一方、ステップＳ１１においてフラグ１及びフラグ２の論理積が１である場合、ステップＳ１４では、カウンタ部２７で記憶されているカウンタ値に１が加算される。

　次に、ステップＳ１５では、遭難信号判定部２８が、遭難信号の有無を判定する。具体的には、ステップＳ１５では、カウンタ部２７で記憶されているカウンタ値が第２閾値Ｔｈ２未満の場合（ステップＳ１５のＮｏ）、遭難信号判定部２８は遭難信号を検出しない。そして、次に、ステップＳ１３において対象サンプルがレンジ方向にずらされた後、新たに設定された対象サンプルの複素受信信号に対して、瞬時周波数ｆ（ｔ）及び受信信号レベルＬ（ｔ）が算出される（ステップＳ２及びステップＳ７）。一方、カウンタ値が第２閾値Ｔｈ２以上の場合（ステップＳ１５のＹｅｓ）、遭難信号判定部２８は、複素受信信号に遭難信号が含まれているとして、遭難信号を検出する（ステップＳ１６）。

　次に、無変調パルスの送受信期間にＳＡＲＴ遭難信号が検出された場合の動作について
説明する。上記したように、遭難信号判定部２８によってＳＡＲＴ遭難信号が検出される。ＳＡＲＴ遭難信号は、最初に検出された時刻から所定時間（例えば１００μｓ）は継続して受信される可能性が高いため、その間は変調パルスの送受信期間に移行せず、無変調パルスの送受信期間が維持される。すなわち、ＳＡＲＴ遭難信号の出現領域が終了するまで無変調パルスの送受信期間が延長されるように、次の送信トリガが遅らせられる。パルス合成部９は、ＳＡＲＴ遭難信号の終了点までは無変調パルスの受信信号を用いて、それ以降では変調パルスの受信信号を用いて合成信号を生成する。

　図８に無変調パルスの送受信期間でＳＡＲＴ遭難信号を検出しなかった場合（図８（Ａ））、無変調パルスの送受信期間でＳＡＲＴ遭難信号を検出した場合（図８（Ｂ））の送信タイミングをそれぞれ示す。無変調パルスの送受信期間にＳＡＲＴ遭難信号が検出された場合、ＳＡＲＴ遭難信号の出現領域が終了するまでは、変調パルスの送受信期間へは移行されない。

　図９に無変調パルスの送受信期間でＳＡＲＴ遭難信号を検出した場合に描画されるレーダ映像構成例を示す。無変調パルスの送受信期間にＳＡＲＴ遭難信号が検出された場合、ＳＡＲＴ遭難信号の受信期間は無変調パルスの送受信期間が維持されるので、パルス圧縮処理されない無変調エコー信号処理部７の出力信号（ＳＡＲＴ遭難信号）によってレーダ映像が描画される。この結果、本来は変調パルスによる映像表示領域であっても、無変調パルスの送受信期間がＳＡＲＴ遭難信号の出現領域の終了点まで延長され、ＳＡＲＴ遭難信号が出現する領域では無変調パルスのエコーでレーダ映像が描画される。

　レーダアンテナ５はビーム指向性を持って回転しているため、ＳＡＲＴ位置が送信パルスの放射範囲から外れる表示領域では、ＳＡＲＴ遭難信号は現れなくなる。そして、ＳＡＲＴ遭難信号が検出されなくなったら、無変調・変調パルスの送受信期間を初期状態に戻す。これにより、図９に示すように、ＳＡＲＴ遭難信号が検出されなくなる方位では、無変調パルスのエコーによる映像表示領域の外側に、変調パルスのエコーによるレーダ映像が描画される。

　図１０にパルス圧縮処理されたＳＡＲＴ遭難信号の映像表示例を示す。同図に示すように、１２個の短点パターンは、パルス圧縮処理によって距離方向に延びてしまい、各短点同士が完全につながってしまう。これでは、１２個の短点ではなくなるため、レーダ操作者はＳＡＲＴ遭難信号であると認識できなくなる。また、本来のＳＡＲＴ遭難信号の映像からは１２個の短点の始点位置付近に遭難船がいると認識できるが、ＳＡＲＴ遭難信号をパルス圧縮処理した場合、手前距離側にも短点が伸びてしまうため、遭難船までの距離が分からなくなる。さらに、ＳＡＲＴ遭難信号上に物標がいた場合は、短点の隙間にエコーが表示されることでその物標の存在を認識することができるが、パルス圧縮処理によって隙間が埋まってしまうと、エコーが遭難信号によって完全にマスクされる。

　本実施の形態では、ＳＡＲＴ遭難信号を検出したらＳＡＲＴ遭難信号が出現する領域（方位・距離範囲）では、パルス圧縮処理をともなう変調パルスの受信信号を使わずに、レーダ映像を生成するので、図９に示すようにＳＡＲＴ遭難信号は１２個の短点パターンとして表示でき、エコーが遭難信号によって完全にマスクされる不都合も回避される。

　次に、変調パルスの送受信期間にＳＡＲＴ遭難信号が検出された場合の動作について説明する。

　遭難信号判定部２８によってＳＡＲＴ遭難信号が検出されたら、判定したＳＡＲＴ遭難信号の受信期間に対応するパルス圧縮処理後データ（変調エコー信号処理部８の出力）は使わずに、パルス合成する。このときＳＡＲＴ遭難信号の受信期間として判定した受信期
間の映像データには、例えば前回の送受信期間（ＳＡＲＴ遭難信号を検出しなかった送受信期間）で得たパルス圧縮処理後データで代用する。

　また、続く送受信周期においても同様の距離範囲にわたってＳＡＲＴ遭難信号が出現する可能性が高い。上記のようにＳＡＲＴ遭難信号を検出する前のデータで代用し続けると、その方位に真に存在するエコーを把握できない。そこで、変調パルスの送受信期間にＳＡＲＴ遭難信号を検出した場合は、続く無変調パルスの送受信期間を、判定したＳＡＲＴ遭難信号の受信期間の終了点まで延長するように送受信タイミング制御を行う。こうすることで、ＳＡＲＴ遭難信号が出現する領域では、無変調パルスエコーでレーダ映像を描画可能となる。

　レーダアンテナ５はビーム指向性を持って回転しているため、上記いずれの場合でも、いずれＳＡＲＴ遭難信号は現れなくなる。ＳＡＲＴ遭難信号が検出されなくなったら、無変調・変調パルスの送受信期間を初期状態に戻す。

　このように本実施の形態に係るパルス圧縮レーダ装置は、受信信号の中からＳＡＲＴ遭難信号を検出し、ＳＡＲＴ遭難信号を検出したらＳＡＲＴ遭難信号が出現する領域（方位・距離範囲）では、パルス圧縮処理をともなう変調パルスの受信信号を使わずに、レーダ映像を生成する。これにより、従来技術ではＳＡＲＴ遭難信号をパルス圧縮処理しレーダ映像に表示した場合には、レーダ操作者がＳＡＲＴ遭難信号の特徴である１２個の短点を正常に認識できなくなる、という問題を解決できる。また、ＳＡＲＴ遭難信号がパルス圧縮により距離方向に伸びてしまうためにＳＡＲＴまでの距離を正確に把握できなくなる、他のエコーをマスクしてしまうという問題をも解決できる。

　なお、本実施の形態では、ＳＡＲＴ遭難信号を検出したらＳＡＲＴ遭難信号が出現する領域（方位・距離範囲）ではパルス圧縮処理をともなう変調パルスの受信信号を使わずに、レーダ映像を生成するように構成したが、次のような変形も可能である。

　すなわち、ＳＡＲＴ遭難信号を検出したら、検出したＳＡＲＴ遭難信号のレベルに基づいて、受信信号からＳＡＲＴ遭難信号成分のみを減算してからパルス圧縮処理する、という構成にしてもよい。

　または、ＳＡＲＴ遭難信号を検出したら、変調パルスの送信を一切行わずに、ＳＡＲＴ遭難信号が現れなくなるまで、全レーダ探知距離範囲にわたって無変調パルスの送受信のみでレーダ映像を生成する構成としてもよい。

　ところで、従来から知られているレーダ装置では、ＳＡＲＴ遭難信号と略等しい一定周期の信号と、レーダ装置により探知された探知データとを相互相関処理することにより、ＳＡＲＴ遭難信号の有無を判定している。しかし、この手法では、ＳＡＲＴ遭難信号を構成する複数個（具体的には、１２個）のパルスのいくつかが他のエコー信号によってマスクされた場合、ＳＡＲＴ遭難信号を正確に検出できなくなる虞が生じる。しかも、従来から知られているレーダ装置では、ある程度の長さ（ＳＡＲＴ遭難信号の受信期間程度）を有する波形信号同士の相関演算が必要となるため、信号の処理負荷が比較的大きくなってしまう。

　これに対して、本実施形態に係る本実施形態に係るレーダ装置１では、レーダアンテナ５で受波された受信波から生成された複素受信信号から得られる瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）と、規格により定められたＳＡＲＴ遭難信号の周波数掃引速度（基準周波数掃引速度）に基づく値（本実施形態の場合、上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨ及び下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷ）との比較結果に基づいて、捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号の有無が判定
されている。こうすると、ＳＡＲＴ遭難信号を構成する複数個のパルスのうちのいくつかがマスクされた場合であっても、検出精度の劣化を抑制することができる。しかも、レーダ装置１によれば、複素受信信号から得られる瞬時周波数変化速度と、ＳＡＲＴ遭難信号の周波数掃引速度との比較に基づいて捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号の有無が判定されるため、信号の処理負荷を従来と比べて小さくできる。

　［効果］
　以上のように、本実施形態の信号処理装置１５では、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）と上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨ及び下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷとの比較結果に基づいて、捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号の有無が判定されている。こうすると、従来の場合と比べて、ＳＡＲＴ遭難信号を構成する複数個のパルスのうちのいくつかがマスクされた場合であっても、検出精度の劣化を抑制することができるとともに、信号の処理負荷を従来と比べて小さくできる。

　従って、信号処理装置１５によれば、捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を正確に検出するとともに、その検出のための演算負荷を小さくできる。

　また、信号処理装置１５では、複素受信信号の位相を時間微分して瞬時周波数ｆ（ｔ）を算出し、更にその瞬時周波数ｆ（ｔ）を時間微分して瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）を算出している。すなわち、レーダ装置１では、複素受信信号の位相を二階時間微分して瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）を算出しているため、当該瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）の算出の際の処理負荷を比較的小さくできる。

　また、信号処理装置１５では、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が、基準周波数掃引速度以上の値を有する上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨと、基準周波数掃引速度以下の値を有する下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷとの間に含まれることを条件として、ＳＡＲＴ遭難信号が検出される。これにより、瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が、規格によって定められたＳＡＲＴ遭難信号の周波数掃引速度と概ね一致していることを条件としてＳＡＲＴ遭難信号を検出できるため、ＳＡＲＴ遭難信号を適切に検出できる。

　また、信号処理装置１５では、上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨ以下且つ前記下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷ以上である前記瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が所定数以上連続して出現することを条件として、複素受信信号の中に前記遭難信号が含まれていることが判定される。これにより、偶発的に上限閾値Ｔｈ__ＨｉＧＨ以下且つ前記下限閾値Ｔｈ__ＬＯＷ以上となった瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）を排除することができるため、より正確にＳＡＲＴ遭難信号を検出できる。

　また、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、遭難信号を正確に検出でき且つその検出のための演算負荷が小さい信号処理装置１５を備えたレーダ装置を構成することができる。

　また、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、レーダ装置で探知される探知領域のうち遭難信号が検出された領域については、パルス圧縮処理を行うことなくレーダ映像が生成されるため、表示器１３においてＳＡＲＴ遭難信号を距離方向に伸びてしまう不具合（図１０参照）を解消することができる。

　［変形例］
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

　（１）上述した実施形態では、遭難信号に関する情報として、ＳＡＲＴ遭難信号の映像（１２個の短点）をレーダ映像内に表示したが、これに限らない。具体的には、検出したＳＡＲＴ遭難信号に基づいて推測される救助対象（遭難船等）の位置を、レーダ映像上にアイコン等で表示してもよい。更には、検出したＳＡＲＴ遭難信号に基づいて推測される救助対象の位置（緯度及び経度等）を、表示器のディスプレイにおけるレーダ画像が表示されている部分以外の部分に表示してもよい。

　（２）上述した実施形態では、遭難信号判定部２８は、瞬時周波数変化速度算出部２１によって算出された瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が連続して複数以上（第２閾値Ｔｈ２以上）出現することを条件として遭難信号を検出したが、これに限らない。具体的には、例えば一例として、瞬時周波数変化速度算出部２１によって算出された瞬時周波数変化速度Δｆ（ｔ）が所定の周期で（具体的には、ＳＡＲＴ遭難信号の周期である７．５±１μｓの周期で）出現することを条件として、遭難信号を検出してもよい。

　１　　　　　　　　　　　レーダ装置
　５　　　　　　　　　　　レーダアンテナ（受波部）
　１５　　　　　　　　　　信号処理装置
　２１　　　　　　　　　　瞬時周波数変化速度算出部
　２２　　　　　　　　　　記憶部
　２８　　　　　　　　　　遭難信号判定部

Claims

　捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を検出する信号処理装置であって、
　受波部で受波された受信波から生成される複素受信信号、の瞬時周波数の変化速度である瞬時周波数変化速度を算出する瞬時周波数変化速度算出部と、
　遭難信号の周波数掃引速度である基準周波数掃引速度、に基づく値を記憶する記憶部と、
　前記瞬時周波数変化速度算出部で算出された前記瞬時周波数変化速度と、前記記憶部で記憶されている前記基準周波数掃引速度に基づく値と、の比較結果に基づいて、前記捜索救助用レーダトランスポンダからの前記遭難信号の有無を判定する遭難信号判定部と、
　を備えていることを特徴とする、信号処理装置。
　請求項１に記載の信号処理装置において、
　前記複素受信信号の位相を時間微分することにより前記瞬時周波数を算出する瞬時周波数算出部を更に備え、
　前記瞬時周波数変化速度算出部は、前記瞬時周波数算出部によって算出された前記瞬時周波数を時間微分することにより前記瞬時周波数変化速度を算出することを特徴とする、信号処理装置。
　請求項１又は請求項２に記載の信号処理装置において、
　前記記憶部は、前記基準周波数掃引速度以上の値を有する上限閾値と、前記基準周波数掃引速度以下の値を有する下限閾値とを記憶し、
　前記遭難信号判定部は、前記瞬時周波数変化速度が前記上限閾値以下且つ前記下限閾値以上であることを条件として、前記複素受信信号の中に前記遭難信号が含まれていると判定することを特徴とする、信号処理装置。
　請求項３に記載の信号処理装置において、
　前記瞬時周波数変化速度算出部は、複数のタイミングで前記瞬時周波数変化速度を算出し、
　前記遭難信号判定部は、前記上限閾値以下且つ前記下限閾値以上である前記瞬時周波数変化速度が所定数以上連続して出現することを条件として、前記複素受信信号の中に前記遭難信号が含まれていると判定することを特徴とする、信号処理装置。
　受信波を受波する受波部と、
　前記受波部で受波された前記受信波から生成される複素受信信号を処理することにより、捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を検出するとともに探知領域内のレーダ映像を生成する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の信号処理装置と、
　前記信号処理装置で検出された前記遭難信号に関する情報、及び前記レーダ映像を表示する表示器と、
　を備えていることを特徴とする、レーダ装置。
　請求項５に記載のレーダ装置において、
　前記信号処理装置は、前記探知領域内における少なくとも一部の領域としての第１領域について、当該第１領域内において前記遭難信号が検出されなかった領域では、送信波としての周波数変調パルスの反射波から得られる前記複素受信信号をパルス圧縮処理することにより前記レーダ映像を生成し、前記第１領域内において前記遭難信号が検出された領域では、送信波としての周波数無変調パルスの反射波から得られる前記複素受信信号を用いて前記レーダ映像を生成することを特徴とする、レーダ装置。
　捜索救助用レーダトランスポンダからの遭難信号を検出する信号処理方法であって、
　受波部で受波された受信波から生成される複素受信信号、の瞬時周波数の変化速度である瞬時周波数変化速度を算出するステップと、
　遭難信号の周波数変化速度である基準周波数掃引速度、に基づく値を記憶するステップと、
　前記瞬時周波数変化速度を算出するステップで算出された前記瞬時周波数変化速度と、前記記憶するステップで記憶された前記基準周波数掃引速度に基づく値と、の比較結果に基づいて、前記捜索救助用レーダトランスポンダからの前記遭難信号の有無を判定するステップと、
　を含むことを特徴とする、信号処理方法。