WO2020148802A1 - ビーム形成装置、レーダ装置及びビーム形成方法 - Google Patents

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龍平 高橋
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Definitions

  • the present invention relates to a beam forming device that forms an adaptive beam, a radar device, and a beam forming method.
  • a high frequency surface wave radar is a radar that detects an unanticipated target existing beyond the horizon by utilizing the characteristic that radio waves in the short wave band propagate on the surface of the sea.
  • a transmission wave which is a radio wave radiated from HFSWR, propagates on the surface of the sea and is reflected by a target or the like existing on the sea.
  • the transmission wave reflected on the target or the like is received by the HFSWR as a target signal.
  • a part of the transmitted wave radiated from HFSWR is propagated to the sky and reflected by the ionosphere in the atmosphere.
  • the transmitted wave reflected by the ionosphere is received by the HFSWR as ionosphere clutter.
  • the signal-to-noise ratio (SCNR: Signal to Clutter Noiser Ratio) is deteriorated and the target detection capability is deteriorated. ..
  • SCNR Signal to Clutter Noiser Ratio
  • a method to improve the deterioration of the target detection capability there is a method of generating an adaptive beam in which a null is formed in the arrival direction of the ionospheric clutter and receiving the target signal that arrives within the main beam of the generated adaptive beam. is there.
  • the adaptive weight used for forming the adaptive beam is obtained for each range bin in order to suppress the ionospheric clutter having different characteristics for each range bin.
  • the target signal is mixed in the received signal for each range bin including the ionospheric clutter
  • HFSWR forms an adaptive beam by using the adaptive weight obtained for each range bin
  • the target signal is also suppressed together with the ionospheric clutter. I may end up doing it.
  • Patent Document 1 discloses a radar that avoids a situation in which a target signal is suppressed together with ionospheric clutter.
  • the radar disclosed in Patent Document 1 forms a beam from the received signal of the radio wave using a preset weight when the reception array receives the radio wave containing the ionospheric clutter and the target signal, and the formed beam
  • the Doppler spectrum is calculated from
  • the Doppler spectrum calculated from the formed beam includes, in addition to the Doppler spectrum of the target signal having the peak power, the Doppler spectrum of the ionospheric clutter having a wider bandwidth than the Doppler spectrum of the target signal.
  • the radar disclosed in Patent Document 1 compares the calculated power of the Doppler spectrum with a threshold value to search for a peak power larger than the power of the Doppler spectrum of the ionospheric clutter in the calculated Doppler spectrum.
  • the peak power that is larger than the power of the Doppler spectrum of the ionospheric clutter is the peak power of the Doppler spectrum of the target signal.
  • the radar disclosed in Patent Document 1 forms an adaptive beam for each range bin by using a received signal other than the received signal of the Doppler bin corresponding to the searched peak power among the received signals for each range bin including the ionospheric clutter. ..
  • the radar disclosed in Patent Document 1 compares the calculated power of the Doppler spectrum with the threshold value, It is difficult to detect the peak power of the Doppler spectrum of the target signal.
  • the radar disclosed in Patent Document 1 has a problem that, when the peak power of the Doppler spectrum of the target signal cannot be detected, it is impossible to avoid the situation of suppressing the target signal together with the ionospheric clutter. It was
  • the present invention has been made to solve the above problems, and suppresses the target signal together with the ionospheric clutter even when the peak power of the Doppler spectrum of the target signal is smaller than the power of the Doppler spectrum of the ionospheric clutter.
  • An object of the present invention is to obtain a beam forming device, a radar device, and a beam forming method that can avoid such a situation.
  • a beam forming apparatus calculates a Doppler spectrum from a reception signal of each reception antenna among a plurality of reception antennas, and calculates a reception signal vector including a Doppler spectrum calculated from the reception signal of each reception antenna.
  • Doppler analysis unit a correlation matrix calculation unit that calculates a correlation matrix regarding the received signal vector calculated by the Doppler analysis unit, the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculation unit and the received signal vector calculated by the Doppler analysis unit From, the target signal existing in the target Doppler bin detected by the Doppler bin detection unit, from the correlation matrix calculated by the Doppler bin detection unit that detects the target Doppler bin that is the target signal Doppler bin, and the correlation matrix calculation unit ,
  • the target signal elimination unit that calculates the correlation matrix after the target signal elimination, and the adaptive matrix of the received signal vector calculated by the Doppler analysis unit from the correlation matrix after the target signal elimination calculated by the target signal elimination unit
  • a weight calculation unit that calculates weights, and a beam forming unit that forms an adaptive beam from
  • a Doppler bin detection unit that detects the target Doppler bin that is the Doppler bin in which the target signal exists
  • a target signal elimination unit that excludes the target signal existing in the target Doppler bin detected by the Doppler bin detection unit and calculates the correlation matrix after the elimination of the target signal
  • a weight calculation unit for calculating the adaptive weight of the received signal vector calculated by the Doppler analysis unit is provided, and the beam forming unit is calculated by the Doppler analysis unit.
  • the beam forming apparatus is configured to form an adaptive beam from the received signal vector and the adaptive weight calculated by the weight calculating unit. Therefore, the beam forming apparatus according to the present invention avoids a situation in which the target signal is suppressed together with the ionospheric clutter even when the peak power of the Doppler spectrum of the target signal is smaller than the power of the Doppler spectrum of the ionospheric clutter. be able to.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a radar device including a beam forming device according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a hardware configuration diagram showing hardware of a signal processing unit 2 and a target detection unit 9 in the beam forming apparatus according to the first embodiment. It is a hardware block diagram of a computer in case the signal processing part 2 and the target detection part 9 are implement
  • 6 is a flowchart showing a beam forming method which is a processing procedure of the signal processing unit 2.
  • 5 is a configuration diagram showing a Doppler bin detection unit 5 in the beam forming apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a radar device including a beam forming device according to a second embodiment.
  • FIG. FIG. 6 is a hardware configuration diagram showing hardware of a signal processing unit 2 and a target detection unit 9 in the beam forming apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a radar apparatus including the beam forming apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing hardware of the signal processing unit 2 and the target detection unit 9 in the beam forming apparatus according to the first embodiment.
  • the receiving antenna 1-m receives the target signal and the ionospheric clutter, and outputs the received signal including the target signal and the ionospheric clutter to the Doppler analysis unit 3.
  • a transmission antenna or the like (not shown) of the radar device radiates radio waves in the short wave band as transmission waves, for example.
  • the target signal is a reflected wave of the transmitted wave that is transmitted from the transmitting antenna, propagates on the surface of the sea, is reflected by the target existing on the sea, and then returns to the radar device.
  • the ionospheric clutter is a reflected wave of the transmitted wave that is transmitted from the transmitting antenna, propagates to the sky, is reflected by the ionosphere in the atmosphere, and then returns to the radar device.
  • the signal processing unit 2 includes a Doppler analysis unit 3, a correlation matrix calculation unit 4, a Doppler bin detection unit 5, a target signal elimination unit 6, a weight calculation unit 7, and a beam forming unit 8.
  • the Doppler analysis unit 3 includes M Doppler analysis processing units 3a-1 to 3a-M and a received signal vector calculation unit 3b.
  • the Doppler analysis unit 3 receives, for each range bin (k), a received signal vector x k including M Doppler spectra x m,k (n) in the range bin (k) calculated from the received signals of the respective receiving antennas 1-m. Calculate (n). The Doppler analysis unit 3 outputs the calculated received signal vector x k (n) for each range bin (k) to the correlation matrix calculation unit 4, the Doppler bin detection unit 5, and the beam forming unit 8.
  • the Doppler analysis processing units 3a-m are realized by, for example, the Doppler analysis processing circuit 21 shown in FIG.
  • the Doppler analysis processing unit 3a-m calculates the Doppler spectrum x m,k (n) for each range bin (k) by, for example, Fourier transforming the received signal of the receiving antenna 1-m.
  • the Doppler analysis processing unit 3a-m outputs the calculated Doppler spectrum x m,k (n) for each range bin (k) to the reception signal vector calculation unit 3b.
  • the reception signal vector calculation unit 3b is realized by, for example, the vector calculation circuit 22 shown in FIG.
  • the reception signal vector calculation unit 3b includes reception for each range bin (k) including M Doppler spectra x m,k (n) in the range bin (k) calculated by the Doppler analysis processing units 3a-1 to 3a-M.
  • the signal vector x k (n) is calculated.
  • the reception signal vector calculation unit 3b outputs the calculated reception signal vector x k (n) for each range bin (k) to the correlation matrix calculation unit 4, the Doppler bin detection unit 5, and the beam forming unit 8.
  • the correlation matrix calculation unit 4 is realized by, for example, the correlation matrix calculation circuit 23 shown in FIG.
  • the correlation matrix calculation unit 4 calculates, for each range bin (k), a correlation matrix R x,k hat for the received signal vector x k (n) for each range bin (k) calculated by the Doppler analysis unit 3.
  • the symbol " ⁇ " cannot be added above the letters "R x,k " due to electronic filing, so it is written as "R x,k hat”. There is.
  • the correlation matrix calculation unit 4 outputs the calculated correlation matrix R x,k hat to each of the Doppler bin detection unit 5 and the target signal elimination unit 6.
  • the Doppler bin detection unit 5 is realized by, for example, the Doppler bin detection circuit 24 shown in FIG.
  • the Doppler bin detection unit 5 calculates the correlation matrix R x,k hat for each range bin (k) calculated by the correlation matrix calculation unit 4 and the received signal vector x k (for each range bin (k) calculated by the Doppler analysis unit 3. From n), the target Doppler bin n s,k that is the Doppler bin in which the target signal exists is detected for each range bin (k).
  • the Doppler bin detection unit 5 outputs the detected target Doppler bins n s,k for each range bin (k) to the target signal elimination unit 6.
  • the target signal elimination unit 6 is realized by, for example, the target signal elimination circuit 25 shown in FIG.
  • the target signal elimination unit 6 uses the correlation matrix R x,k hat for each range bin (k) calculated by the correlation matrix calculation unit 4 to calculate the target Doppler bin n s for each range bin (k) detected by the Doppler bin detection unit 5 .
  • the target signal existing in k is excluded, and the correlation matrix R x,k (Pro) hat after the target signal is excluded is calculated for each range bin (k).
  • the symbol “ ⁇ " cannot be added above the letters "R x,k (Pro) " due to electronic filing, so "R x,k (Pro) hat” It is written as.
  • the target signal excluding unit 6 outputs the calculated correlation matrix R x,k (Pro) hat after excluding the target signal for each range bin (k) to the weight calculating unit 7.
  • the weight calculation unit 7 is realized by, for example, the weight calculation circuit 26 shown in FIG.
  • the weight calculation unit 7 uses the correlation matrix R x,k (Pro) hat after the target signal elimination for each range bin (k) calculated by the target signal elimination unit 6 to obtain the received signal vector x k (for each range bin (k). Compute the adaptive weight w A,k of n).
  • the weight calculator 7 outputs the calculated adaptive weights w A,k for each range bin (k) to the beam former 8.
  • the beam forming unit 8 is realized by, for example, the beam forming circuit 27 shown in FIG.
  • the beam forming unit 8 receives the received signal vector x k (n) for each range bin (k) calculated by the Doppler analysis unit 3 and the adaptive weight w A,k for each range bin (k) calculated by the weight calculation unit 7. To form an adaptive beam y k (n) for each range bin (k).
  • the beam forming unit 8 outputs the formed adaptive beam y k (n) for each range bin (k) to the target detecting unit 9.
  • the target detection unit 9 is realized by, for example, the target detection circuit 28 shown in FIG.
  • the target detection unit 9 detects a target from the adaptive beam y k (n) for each range bin (k) formed by the beam forming unit 8.
  • the Doppler analysis processing units 3a-1 to 3a-M which are the components of the signal processing unit 2, the reception signal vector calculation unit 3b, the correlation matrix calculation unit 4, the Doppler bin detection unit 5, the target signal elimination unit 6, and the weight.
  • the calculation unit 7, the beam formation unit 8, and the target detection unit 9 are realized by dedicated hardware as shown in FIG. That is, the signal processing unit 2 is realized by the Doppler analysis processing circuit 21, the vector calculation circuit 22, the correlation matrix calculation circuit 23, the Doppler bin detection circuit 24, the target signal elimination circuit 25, the weight calculation circuit 26, and the beam forming circuit 27. Is assumed. Further, it is assumed that the target detection unit 9 is realized by the target detection circuit 28.
  • each of the Doppler analysis processing circuit 21, the vector calculation circuit 22, the correlation matrix calculation circuit 23, the Doppler bin detection circuit 24, the target signal elimination circuit 25, the weight calculation circuit 26, the beam forming circuit 27, and the target detection circuit 28 is, for example, , A single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • the components of the signal processing unit 2 and the target detection unit 9 are not limited to those realized by dedicated hardware, and the signal processing unit 2 and the target detection unit 9 may be software, firmware, or software and firmware. It may be realized by a combination of.
  • Software or firmware is stored in the memory of the computer as a program.
  • the computer means hardware that executes a program, and corresponds to, for example, a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor).
  • FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a computer when the signal processing unit 2 and the target detection unit 9 are realized by software, firmware, or the like.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a beam forming method which is a processing procedure of the signal processing unit 2.
  • FIG. 2 shows an example in which the constituent elements of the signal processing unit 2 and the target detecting unit 9 are realized by dedicated hardware, and in FIG. 3, the signal processing unit 2 and the target detecting unit 9 are software or firmware.
  • the example shown in FIG. this is only an example, and some of the components or the target detection unit 9 in the signal processing unit 2 are realized by dedicated hardware, and the remaining components or the target detection unit 9 are implemented by software or firmware. It may be realized.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing the Doppler bin detection unit 5 in the beam forming apparatus according to the first embodiment.
  • the eigenvector calculator 51 calculates for each range bin (k), the correlation matrix R x for each range bin calculated by the correlation matrix calculating section 4 (k), a plurality of k hat eigenvector e m, the k .
  • Eigenvector computing section 51 outputs a plurality of eigenvectors e m for each calculated range bin (k), each of k unique beamformer 52.
  • Eigenbeam forming unit 52 a plurality of eigenvectors calculated by the eigenvector computing section 51 e m, the k, as beam weights for the received signal calculated by the Doppler analysis unit 3 vector x k (n), a plurality of eigenvectors e m , K and the received signal vector x k (n) form a plurality of eigenbeams z m,k (n) for each range bin (k).
  • the eigenbeam forming unit 52 outputs each of the formed eigenbeams z m,k (n) for each range bin (k) to the detection processing unit 53.
  • the detection processing unit 53 compares the Doppler spectra of the plurality of eigenbeams z m,k (n) formed by the eigenbeam forming unit 52 with the threshold Th for each range bin (k).
  • the detection processing unit 53 detects the target Doppler bin n s,k based on the comparison result of the Doppler spectrum of the plurality of eigenbeams z m,k (n) and the threshold Th.
  • the detection processing unit 53 outputs the detected target Doppler bins n s,k for each range bin (k) to the target signal elimination unit 6.
  • the threshold value Th may be stored in the internal memory of the detection processing unit 53 or may be given from the outside.
  • the transmission wave radiated from the transmission antenna of the radar device shown in FIG. 1 or the transmission wave radiated from the transmission antenna of the device different from the radar device shown in FIG. 1 propagates on the surface of the sea and exists on the sea. It is reflected in the target.
  • the transmission wave reflected by the target propagates on the surface of the sea as a target signal and is received by the receiving antennas 1-1 to 1-M.
  • a part of the transmitted wave is propagated to the sky and reflected by the ionosphere in the atmosphere.
  • the transmitted wave reflected by the ionosphere in the atmosphere is propagated through the air as ionospheric clutter and is received by the receiving antennas 1-1 to 1-M.
  • the receiving antenna 1-m receives the target signal and the ionospheric clutter, and outputs the received signal including the target signal and the ionospheric clutter to the Doppler analysis processing unit 3a-m. ..
  • the Doppler analysis processing unit 3a-m calculates the Doppler spectrum x m,k (n) for each range bin (k) by, for example, Fourier transforming the received signal of the receiving antenna 1-m (step of FIG. 4). ST1).
  • the Doppler analysis processing unit 3a-m outputs the calculated Doppler spectrum x m,k (n) for each range bin (k) to the reception signal vector calculation unit 3b.
  • the reception signal vector calculation unit 3b calculates M Dopplers in the range bin (k) calculated by the Doppler analysis processing units 3a-1 to 3a-M for each range bin (k).
  • a received signal vector x k (n) including the spectrum x m,k (n) is calculated (step ST2 in FIG. 4). Since the received signal vector x k (n) is a vector, x k (n) is shown in bold in Expression (1). However, in the text of the specification, characters cannot be written in bold due to electronic filing, so x k (n) is written in thin text in the text of the specification.
  • the received signal vector x k (n) includes a target signal vector s k (n), an ionosphere clutter vector c k (n), and a noise vector noise k (n) as shown in the following equation (2). .. Since the target signal vector s k (n), the ionospheric clutter vector c k (n), and the noise vector noise k (n) are vectors, respectively, in the formula (2), s k (n), c k (n) And noise k (n) are shown in bold type. However, in the text of the description, characters cannot be written in bold due to electronic filing, so s k (n), ck (n) and noise k (n) are used in the text of the description. Is written in fine print.
  • the Doppler spectrum x k (n) includes one target signal vector s k (n) and one ionospheric clutter vector c k (n) for simplification of description.
  • the Doppler spectrum x k (n) may include two or more target signal vectors s k (n).
  • the Doppler spectrum x k (n) may include two or more ionospheric clutter vectors c k (n).
  • sea clutter received by the receiving antenna 1-m is omitted in the equation (2). Sea clutter is a reflected wave from the sea surface.
  • the Doppler bin in which the Doppler spectrum of the sea clutter is distributed is determined by the Bragg scattering frequency determined by the wavelength of the transmitted wave.
  • the reception signal vector calculation unit 3b can remove the sea clutter from the reception signal vector x k (n) by changing the reception signal of the Doppler bin in which the Doppler spectrum of the sea clutter is distributed to zero.
  • the target signal vector s k (n) for each range bin (k) is expressed by the following equation (3).
  • s k (n) written in bold is the target signal vector in the range bin (k)
  • s k (n) written in thin is the target signal in the range bin (k).
  • a k ( ⁇ s,k ) is a steering vector related to the arrival direction ⁇ s,k of the target signal in the range bin (k). Since the steering vector a k ( ⁇ s,k ) is a vector, in the formula (3), a k ( ⁇ s,k ) is shown in bold type.
  • a k ( ⁇ s,k ) is written in thin text in the text of the specification.
  • p s,k is the power of the target signal in the range bin (k) received by the receiving antenna 1-m
  • n s,k is the target Doppler bin in the range bin (k)
  • ⁇ s,k is in the range bin (k).
  • the initial phase for the target signal, sinc(n-ns ,k ), is a sinc function that represents the shape of the Doppler spectrum s k (n) of the target signal.
  • the target signal Doppler spectrum s k (n) is expressed as the following equation (4), in which the complex sine wave is time-series data of the target signal and N-point Fourier transform.
  • Equation (5) The ionospheric clutter vector c k (n) for each range bin (k) is expressed by the following equation (5).
  • Equation (5) c k (n) shown in bold is the ionospheric clutter vector in the range bin (k), and c k (n) shown in fine is the ionospheric clutter in the range bin (k).
  • a k ( ⁇ c,k ) is a steering vector related to the arrival direction ⁇ c,k of the ionospheric clutter in the range bin (k).
  • a k ( ⁇ c,k ) is shown in bold type.
  • characters cannot be written in bold due to electronic filing. Therefore, a k ( ⁇ c, k ) is written in thin text in the text of the specification.
  • the Doppler spectrum c k (n) of the ionospheric clutter has a wider bandwidth than the Doppler spectrum s k (n) of the target signal.
  • the extent of the bandwidth in the Doppler spectrum c k (n) of the ionospheric clutter and the shape of the Doppler spectrum c k (n) differ depending on the state of the ionosphere.
  • the noise vector noise k (n) for each range bin (k) is a white noise spectrum that is uncorrelated with the received signals respectively received by the receiving antennas 1-1 to 1-M.
  • the average noise power of the noise vector noise m,k (n) in the range bin (k) received by each of the receiving antennas 1-1 to 1-M is ⁇ 2 .
  • a correlation matrix R x,k hat for the received signal vector x k (n) of the range bin (k) is calculated (step ST3 in FIG. 4).
  • H is a symbol indicating transposition.
  • the correlation matrix calculation unit 4 outputs the calculated correlation matrix R x,k hat for each range bin (k) to the Doppler bin detection unit 5 and the target signal elimination unit 6.
  • Equation (7) D is the rank of the arrival wave for the ionospheric clutter and the rank of the arrival wave for the target signal, and D ⁇ M.
  • eigenvectors e m of the arriving wave, a subspace k spanned, steering vectors for DOA theta s, k of the target signal a k ( ⁇ s, k) and the arrival direction of the ionospheric clutter theta c, k Is the same as the subspace spanned by the steering vector a k ( ⁇ c,k ).
  • the subspace apan (e 1,k , e 2,k ) spanned by the eigenvectors e 1,k , e 2,k of the incoming wave and the steering vector a k ( ⁇ s,k ), a k ( ⁇ c, k) spanned subspace apan the (a k ( ⁇ s, k ), a k ( ⁇ c, k)), is expressed by the following equation (8).
  • the eigenvectors e 1,k , e 2,k of the arriving wave in the range bin (k) are represented by steering vector a k ( ⁇ s,k ), a k as shown in the following equations (9) to (10). It can be represented by a linear combination of ( ⁇ c,k ).
  • ⁇ 11 , ⁇ 12 , ⁇ 21 , and ⁇ 22 are coupling coefficients.
  • the Doppler bin detection unit 5 uses the correlation matrix R x,k hat for each range bin (k) and the received signal vector x k (n) for each range bin (k) calculated by the Doppler analysis unit 3 to determine the range bin (k). Each time, the target Doppler bin n s,k is detected (step ST4 in FIG. 4). The Doppler bin detection unit 5 outputs the detected target Doppler bins n s,k for each range bin (k) to the target signal elimination unit 6.
  • the detection process of the target Doppler bin n s,k by the Doppler bin detector 5 will be specifically described.
  • Eigenvector computing section 51 calculates for each range bin (k), the correlation matrix R x for each range bin calculated by the correlation matrix calculating section 4 (k), eigenvectors e m of the plurality of incoming waves at k hat, a k.
  • the eigenvector calculation unit 51 outputs each of the calculated eigenvectors em , k of the incoming waves to the eigenbeamforming unit 52.
  • Eigen-beamforming unit 52 obtains the beam weight for range bin received signal vector x k for (k) (n), the eigenvector e m for each range bin calculated by eigenvector computing section 51 (k), the k. From the acquired eigenvectors em ,k for each range bin (k) and the received signal vector x k (n) for each range bin (k), the eigenbeamforming unit 52 determines a plurality of incoming waves for each range bin (k). Form an eigenbeam z m,k (n). The eigenbeam forming unit 52 outputs each of the formed eigenbeams z m,k (n) of the incoming waves for each range bin (k) to the detection processing unit 53.
  • the eigenbeam z 1,k (n) of the incoming wave is expressed by the following equation (11).
  • the approximation of the final line in the equation (11) is based on the approximation shown in the following equation (14), assuming that the arrival direction ⁇ s,k of the target signal and the arrival direction ⁇ c,k of the ionospheric clutter are separated from each other. It is a thing.
  • the amplitudes of the eigenbeams z 1,k (n), z 2,k (n) of the arriving wave are as shown in Expression (11) and Expression (15), and the target Doppler bins having a peak in the target Doppler bin n s,k It is a combination of the spectrum and the ionospheric clutter with a broadened bandwidth.
  • the amplitude of the noise eigenbeam is a white noise spectrum.
  • the detection processing unit 53 compares the Doppler spectra of the plurality of eigenbeams z m,k (n) formed by the eigenbeam forming unit 52 with the threshold Th for each range bin (k). Detection processing unit 53, a plurality of eigenbeam z m, based on a result of comparison between the Doppler spectrum with a threshold value Th of k (n), the Doppler bin corresponding to large Doppler spectrum than the threshold Th, the target Doppler bin n s, k To detect as. The detection processing unit 53 outputs the detected target Doppler bins n s,k for each range bin (k) to the target signal elimination unit 6.
  • the method of setting the threshold Th used for comparison with the eigenbeams z m,k (n) is not particularly limited, but the detection processing unit 53 may use, for example, a constant false alarm rate (CFAR).
  • the process can be used to set the threshold Th.
  • the detection processing unit 53 outputs the detected target Doppler bin n s,k to the target signal elimination unit 6.
  • the detection processing unit 53 compares the Doppler spectra of all the eigenbeams z m,k (n) formed by the eigenbeam forming unit 52 with the threshold Th because the eigenbeam of the incoming wave and the eigenbeam of the noise are compared. This is because it is difficult to classify the beam and the beam in advance.
  • the target signal elimination unit 6 calculates the correlation matrix R x,k hat for each range bin (k) calculated by the correlation matrix calculation unit 4 , and the target Doppler bin n s for each range bin (k) detected by the Doppler bin detection unit 5 . get k and.
  • the target signal elimination unit 6 calculates the target signal existing in the target Doppler bin n s,k of the range bin (k) from the correlation matrix R x,k hat of the range bin (k) as shown in the following formula (20).
  • the correlation matrix R x,k (Pro) hat after the target signal is excluded is calculated for each range bin (k) (step ST5 in FIG. 4).
  • the target signal excluding unit 6 outputs the calculated correlation matrix R x,k (Pro) hat after excluding the target signal for each range bin (k) to the weight calculating unit 7.
  • the weight calculation unit 7 acquires the correlation matrix R x,k (Pro) hat after the target signal elimination for each range bin (k) calculated by the target signal elimination unit 6.
  • the weight calculator 7 calculates the range bin (k) from the correlation matrix R x,k (Pro) hat after the target signal is excluded from the range bin (k) for each range bin (k) as shown in the following equation (21).
  • the adaptive weight w A,k of the received signal vector x k (n) is calculated (step ST6 in FIG. 4). Since the adaptive weight w A,k is a vector, w A,k is shown in bold type in Expression (21). However, in the text of the specification, characters cannot be written in bold due to electronic filing, so w A,k is written in thin text in the text of the specification.
  • ⁇ 0 is the directivity of the main beam in the adaptive beam y k (n) formed by the beam forming unit 8 described later, and ⁇ is the normalization coefficient.
  • the normalization coefficient ⁇ may be stored in the internal memory of the weight calculation unit 7 or may be given from the outside.
  • the value of the standardization coefficient ⁇ may be any value as long as it standardizes the adaptive weights w A,k .
  • the weight calculator 7 outputs the calculated adaptive weights w A,k for each range bin (k) to the beam former 8.
  • the beam forming unit 8 receives the received signal vector x k (n) for each range bin (k) calculated by the Doppler analysis unit 3 and the adaptive weight w A,k for each range bin (k) calculated by the weight calculation unit 7. And get.
  • the beam forming unit 8 calculates the reception signal vector x k (n) of the range bin (k) and the adaptive weight w A,k of the range bin (k) for each range bin (k) as shown in the following equation (22). From that, the adaptive beam y k (n) is formed (step ST7 in FIG. 4).
  • the adaptive beam y k (n) of the range bin (k) formed by the beam forming unit 8 has a null formed in the arrival direction ⁇ c,k of the ionospheric clutter in the range bin (k), and the target signal arrives in the main beam. It is a beam to do.
  • the beam forming unit 8 outputs the formed adaptive beam y k (n) for each range bin (k) to the target detecting unit 9.
  • the target detection unit 9 acquires the adaptive beam y k (n) for each range bin (k) formed by the beam forming unit 8.
  • the target detection unit 9 detects the target from the adaptive beam y k (n) of the range bin (k) by performing a target detection process such as MUSIC (Multiple Signal Classification) method for each range bin (k). To do.
  • MUSIC Multiple Signal Classification
  • the first embodiment described above detects the Doppler bin that is the Doppler bin in which the target signal exists from the correlation matrix calculated by the correlation matrix calculator 4 and the received signal vector calculated by the Doppler analyzer 3. From the correlation matrix calculated by the detection unit 5 and the correlation matrix calculation unit 4, the target signal existing in the target Doppler bin detected by the Doppler bin detection unit 5 is excluded, and the correlation matrix after the target signal exclusion is calculated.
  • a target signal elimination unit 6 and a weight calculation unit 7 that calculates the adaptive weight of the received signal vector calculated by the Doppler analysis unit 3 from the correlation matrix after the target signal elimination calculated by the target signal elimination unit 6 are provided.
  • a beam forming device was constructed.
  • the beam forming unit 8 of the beam forming apparatus forms an adaptive beam from the received signal vector calculated by the Doppler analysis unit 3 and the adaptive weight calculated by the weight calculation unit 7. Therefore, the beam forming apparatus can avoid the situation of suppressing the target signal together with the ionospheric clutter even when the peak power of the Doppler spectrum of the target signal is smaller than the power of the Doppler spectrum of the ionospheric clutter.
  • Embodiment 2 a beam forming apparatus including a signal combining unit 10 that generates a combined signal of one or more received signals will be described.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing a radar apparatus including the beam forming apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a hardware configuration diagram showing hardware of the signal processing unit 2 and the target detection unit 9 in the beam forming apparatus according to the second embodiment.
  • the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 indicate the same or corresponding portions, and thus the description thereof will be omitted.
  • the signal synthesis unit 10 is realized by, for example, the signal synthesis circuit 29 illustrated in FIG. 7.
  • the signal combining unit 10 combines, for each combination of one or more received signals among the J received signals in the receiving antennas 1-1 to 1-J, one or more received signals included in the combination. Generate a signal.
  • the signal combining unit 10 outputs the generated combined signals to the Doppler analysis processing units 3a-1 to 3a-M.
  • the signal combining unit 10 which is a component of the signal processing unit 2, the Doppler analysis processing units 3a-1 to 3a-M, the reception signal vector calculation unit 3b, the correlation matrix calculation unit 4, the Doppler bin detection unit 5, and the target signal.
  • the excluding unit 6, the weight calculating unit 7, the beam forming unit 8, and the target detecting unit 9 are realized by dedicated hardware as shown in FIG. 7. That is, the signal processing unit 2 includes the signal synthesizing circuit 29, the Doppler analysis processing circuit 21, the vector calculating circuit 22, the correlation matrix calculating circuit 23, the Doppler bin detecting circuit 24, the target signal excluding circuit 25, the weight calculating circuit 26, and the beam forming circuit 27. It is supposed to be realized by.
  • the target detection unit 9 is realized by the target detection circuit 28.
  • the signal synthesizing circuit 29, the Doppler analysis processing circuit 21, the vector calculating circuit 22, the correlation matrix calculating circuit 23, the Doppler bin detecting circuit 24, the target signal excluding circuit 25, the weight calculating circuit 26, the beam forming circuit 27, and the target detecting circuit 28 corresponds to a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or a combination thereof.
  • the components of the signal processing unit 2 and the target detection unit 9 are not limited to those realized by dedicated hardware, and the signal processing unit 2 and the target detection unit 9 may be software, firmware, or software and firmware. It may be realized by a combination of.
  • the signal synthesis unit 10 the Doppler analysis processing units 3a-1 to 3a-M, the received signal vector calculation unit 3b, the correlation matrix calculation unit 4
  • a program for causing a computer to execute the processing procedures of the Doppler bin detector 5, the target signal remover 6, the weight calculator 7, the beam former 8, and the target detector 9 is stored in the memory 31 shown in FIG.
  • the processor 32 of the computer shown in FIG. 3 executes the program stored in the memory 31.
  • the receiving antenna 1-m receives the target signal and the ionospheric clutter, and outputs the received signal including the target signal and the ionospheric clutter to the signal combining unit 10.
  • the signal combining unit 10 acquires J reception signals output from the reception antennas 1-1 to 1-J.
  • M combinations are determined in advance as a combination of one or more received signals among the J received signals.
  • the M combinations may be any combination and are stored in the internal memory of the signal synthesis unit 10.
  • the M combinations may be given externally.
  • M combinations of two reception signals a combination of a reception signal of the reception antenna 1-1 and a reception signal of the reception antenna 1-2, a reception signal of the reception antenna 1-2 and a reception of the reception antenna 1-3 Combination of signals,..., Combination of reception signal of reception antenna 1-(J-1) and reception signal of reception antenna 1-J, reception signal of reception antenna 1-J and reception antenna 1-1 Combinations with signals are possible.
  • a combination of the received signal and the received signal of the receiving antenna 1-J can be considered.
  • the signal combining unit 10 generates, for each combination, a combined signal of one or more received signals included in the combination, and outputs each of the generated M combined signals to the Doppler analysis processing units 3a-1 to 3a-M. Output to.
  • the combined signal generated by the signal combining unit 10 corresponds to a sub-array beam, and the signal combining unit 10 can form a sub-array beam in a direction according to a combination of one or more received signals. By forming the sub-array beam in the desired direction, the signal combining unit 10 can detect the target existing in the desired direction.
  • the Doppler analysis processing unit 3a-m performs Fourier transform on one of the M combined signals output from the signal combining unit 10 in place of the received signal of the receiving antenna 1-m, thereby performing the range bin ( The Doppler spectrum x m,k (n) for each k ) is calculated.
  • the Doppler analysis processing unit 3a-m outputs the calculated Doppler spectrum x m,k (n) for each range bin (k) to the reception signal vector calculation unit 3b. Subsequent processing is the same as that of the radar device shown in FIG.
  • the invention of the present application is capable of freely combining the respective embodiments, modifying any constituent element of each embodiment, or omitting any constituent element in each embodiment. ..
  • the present invention is suitable for a beam forming device that forms an adaptive beam, a radar device, and a beam forming method.

Landscapes

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Abstract

相関行列算出部（４）により算出された相関行列とドップラ解析部（３）により算出された受信信号ベクトルとから、目標信号が存在しているドップラビンである目標ドップラビンを検出するドップラビン検出部（５）と、相関行列算出部（４）により算出された相関行列から、ドップラビン検出部（５）により検出された目標ドップラビンに存在している目標信号を排除して、目標信号排除後の相関行列を算出する目標信号排除部（６）と、目標信号排除部（６）により算出された目標信号排除後の相関行列から、受信信号ベクトルのアダプティブウェイトを算出するウェイト算出部（７）とを備え、ビーム形成部（８）が、ドップラ解析部（３）により算出された受信信号ベクトルとウェイト算出部（７）により算出されたアダプティブウェイトとからアダプティブビームを形成するように、ビーム形成装置を構成した。

Description

ビーム形成装置、レーダ装置及びビーム形成方法
　この発明は、アダプティブビームを形成するビーム形成装置、レーダ装置及びビーム形成方法に関するものである。
　短波帯表面波レーダ（ＨＦＳＷＲ：Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｗａｖｅ　Ｒａｄａｒ）は、短波帯の電波が海上表面を伝搬する特性を利用して、水平線以遠に存在している見通し外の目標を検出するレーダである。
　ＨＦＳＷＲから放射された電波である送信波は、海上表面を伝搬されて、海上に存在している目標等に反射される。目標等に反射された送信波は、目標信号として、ＨＦＳＷＲに受信される。
　ＨＦＳＷＲから放射された送信波の一部は、上空へ伝搬されて、大気中の電離層に反射される。電離層に反射された送信波は、電離層クラッタとして、ＨＦＳＷＲに受信される。
　ＨＦＳＷＲは、レンジドップラセルにおいて、目標信号と電離層クラッタとが混在している電波を受信した場合、信号対雑音比（ＳＣＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｃｌｕｔｔｅｒ　Ｎｏｉｓｅｒ　Ｒａｔｉｏ）が劣化して、目標の検出能力が劣化する。
　目標の検出能力の劣化を改善する方法として、電離層クラッタの到来方位にヌルが形成されているアダプティブビームを生成し、生成したアダプティブビームのメインビーム内に到来してくる目標信号を受信する方法がある。
　上記の方法では、レンジビン毎に、特性の異なる電離層クラッタの抑圧を行うために、アダプティブビームの形成に用いるアダプティブウェイトをレンジビン毎に求める。しかし、電離層クラッタを含むレンジビン毎の受信信号に目標信号が混入している場合、ＨＦＳＷＲが、レンジビン毎に求めたアダプティブウェイトを用いて、アダプティブビームを形成すると、電離層クラッタと一緒に目標信号も抑圧してしまうことがある。
　以下の特許文献１には、電離層クラッタと一緒に目標信号を抑圧してしまう状況を回避しているレーダが開示されている。
　特許文献１に開示されているレーダは、受信アレーが電離層クラッタと目標信号とを含んでいる電波を受信すると、設定済のウェイトを用いて、電波の受信信号からビームを形成し、形成したビームからドップラスペクトルを算出する。
　形成したビームから算出したドップラスペクトルは、ピーク電力を有する目標信号のドップラスペクトルの他に、目標信号のドップラスペクトルよりも、帯域幅が拡がっている電離層クラッタのドップラスペクトルが混在している。
　特許文献１に開示されているレーダは、算出したドップラスペクトルの電力と閾値とを比較することで、算出したドップラスペクトルの中で、電離層クラッタのドップラスペクトルの電力よりも大きいピーク電力を探索する。電離層クラッタのドップラスペクトルの電力よりも大きいピーク電力は、目標信号のドップラスペクトルのピーク電力である。
　特許文献１に開示されているレーダは、電離層クラッタを含むレンジビン毎の受信信号のうち、探索したピーク電力に対応するドップラビンの受信信号以外の受信信号を用いて、レンジビン毎にアダプティブビームを形成する。
米国特許第０７１４５５０３号
　目標信号のドップラスペクトルのピーク電力が、電離層クラッタのドップラスペクトルの電力よりも小さい場合、目標信号のドップラスペクトルのピーク電力が、電離層クラッタのドップラスペクトルの電力に埋もれてしまう。したがって、特許文献１に開示されているレーダは、目標信号のドップラスペクトルのピーク電力が、電離層クラッタのドップラスペクトルの電力よりも小さい場合、算出したドップラスペクトルの電力と閾値とを比較しても、目標信号のドップラスペクトルのピーク電力を検出することが困難である。
　特許文献１に開示されているレーダは、目標信号のドップラスペクトルのピーク電力を検出することができない場合、電離層クラッタと一緒に目標信号を抑圧してしまう状況を回避することができない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、目標信号のドップラスペクトルのピーク電力が、電離層クラッタのドップラスペクトルの電力よりも小さい場合でも、電離層クラッタと一緒に目標信号を抑圧してしまう状況を回避することができるビーム形成装置、レーダ装置及びビーム形成方法を得ることを目的とする。
　この発明に係るビーム形成装置は、複数の受信アンテナの中の、それぞれの受信アンテナの受信信号からドップラスペクトルを算出し、それぞれの受信アンテナの受信信号から算出したドップラスペクトルを含む受信信号ベクトルを算出するドップラ解析部と、ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルに関する相関行列を算出する相関行列算出部と、相関行列算出部により算出された相関行列とドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルとから、目標信号が存在しているドップラビンである目標ドップラビンを検出するドップラビン検出部と、相関行列算出部により算出された相関行列から、ドップラビン検出部により検出された目標ドップラビンに存在している目標信号を排除して、目標信号排除後の相関行列を算出する目標信号排除部と、目標信号排除部により算出された目標信号排除後の相関行列から、ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルのアダプティブウェイトを算出するウェイト算出部と、ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルとウェイト算出部により算出されたアダプティブウェイトとからアダプティブビームを形成するビーム形成部とを備えるようにしたものである。
　この発明によれば、相関行列算出部により算出された相関行列とドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルとから、目標信号が存在しているドップラビンである目標ドップラビンを検出するドップラビン検出部と、相関行列算出部により算出された相関行列から、ドップラビン検出部により検出された目標ドップラビンに存在している目標信号を排除して、目標信号排除後の相関行列を算出する目標信号排除部と、目標信号排除部により算出された目標信号排除後の相関行列から、ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルのアダプティブウェイトを算出するウェイト算出部とを備え、ビーム形成部が、ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルとウェイト算出部により算出されたアダプティブウェイトとからアダプティブビームを形成するように、ビーム形成装置を構成した。したがって、この発明に係るビーム形成装置は、目標信号のドップラスペクトルのピーク電力が、電離層クラッタのドップラスペクトルの電力よりも小さい場合でも、電離層クラッタと一緒に目標信号を抑圧してしまう状況を回避することができる。
実施の形態１に係るビーム形成装置を含むレーダ装置を示す構成図である。 実施の形態１に係るビーム形成装置における信号処理部２及び目標検出部９のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 信号処理部２及び目標検出部９が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。 信号処理部２の処理手順であるビーム形成方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係るビーム形成装置におけるドップラビン検出部５を示す構成図である。 実施の形態２に係るビーム形成装置を含むレーダ装置を示す構成図である。 実施の形態２に係るビーム形成装置における信号処理部２及び目標検出部９のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
　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、実施の形態１に係るビーム形成装置を含むレーダ装置を示す構成図である。
　図２は、実施の形態１に係るビーム形成装置における信号処理部２及び目標検出部９のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
　図１及び図２において、受信アレー１は、Ｍ（Ｍは、２以上の整数）本の受信アンテナ１－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）を有している。
　受信アンテナ１－ｍは、目標信号と電離層クラッタとを受信し、目標信号及び電離層クラッタのそれぞれを含む受信信号をドップラ解析部３に出力する。
　レーダ装置の図示せぬ送信アンテナ等は、例えば、短波帯の電波を送信波として放射する。目標信号は、送信アンテナから放射された送信波が、海上表面を伝搬されて、海上に存在している目標に反射されたのち、レーダ装置に戻ってきた送信波の反射波である。
　電離層クラッタは、送信アンテナから放射された送信波が、上空へ伝搬されて、大気中の電離層に反射されたのち、レーダ装置に戻ってきた送信波の反射波である。
　信号処理部２は、ドップラ解析部３、相関行列算出部４、ドップラビン検出部５、目標信号排除部６、ウェイト算出部７及びビーム形成部８を備えている。
　ドップラ解析部３は、Ｍ個のドップラ解析処理部３ａ－１～３ａ－Ｍ及び受信信号ベクトル算出部３ｂを備えている。
　ドップラ解析部３は、受信アンテナ１－１～１－Ｍの中の、それぞれの受信アンテナ１－ｍの受信信号から、レンジビン（ｋ）毎に、ドップラスペクトルｘｍ，ｋ（ｎ）を算出する。ｎは、ドップラビンを示す変数であり、ｎ＝１，・・・，Ｎである。Ｎは、２以上の整数である。ｋは、レンジビンを示す変数であり、ｋ＝１，・・・，Ｋである。Ｋは、１以上の整数である。
　ドップラ解析部３は、レンジビン（ｋ）毎に、それぞれの受信アンテナ１－ｍの受信信号から算出したレンジビン（ｋ）におけるＭ個のドップラスペクトルｘｍ，ｋ（ｎ）を含む受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）を算出する。
　ドップラ解析部３は、算出したレンジビン（ｋ）毎の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）を相関行列算出部４、ドップラビン検出部５及びビーム形成部８のそれぞれに出力する。
　ドップラ解析処理部３ａ－ｍは、例えば、図２に示すドップラ解析処理回路２１によって実現される。
　ドップラ解析処理部３ａ－ｍは、例えば、受信アンテナ１－ｍの受信信号をフーリエ変換することで、レンジビン（ｋ）毎に、ドップラスペクトルｘｍ，ｋ（ｎ）を算出する。
　ドップラ解析処理部３ａ－ｍは、算出したレンジビン（ｋ）毎のドップラスペクトルｘｍ，ｋ（ｎ）を受信信号ベクトル算出部３ｂに出力する。
　受信信号ベクトル算出部３ｂは、例えば、図２に示すベクトル算出回路２２によって実現される。
　受信信号ベクトル算出部３ｂは、レンジビン（ｋ）毎に、ドップラ解析処理部３ａ－１～３ａ－Ｍにより算出されたレンジビン（ｋ）におけるＭ個のドップラスペクトルｘｍ，ｋ（ｎ）を含む受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）を算出する。
　受信信号ベクトル算出部３ｂは、算出したレンジビン（ｋ）毎の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）を相関行列算出部４、ドップラビン検出部５及びビーム形成部８のそれぞれに出力する。
　相関行列算出部４は、例えば、図２に示す相関行列算出回路２３によって実現される。
　相関行列算出部４は、レンジビン（ｋ）毎に、ドップラ解析部３により算出されたレンジビン（ｋ）毎の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）に関する相関行列Ｒｘ，ｋハットを算出する。明細書の文章中では、電子出願の関係上、「Ｒｘ，ｋ」の文字の上に「＾」の記号を付することができないので、「Ｒｘ，ｋハット」のように表記している。
　相関行列算出部４は、算出した相関行列Ｒｘ，ｋハットをドップラビン検出部５及び目標信号排除部６のそれぞれに出力する。
　ドップラビン検出部５は、例えば、図２に示すドップラビン検出回路２４によって実現される。
　ドップラビン検出部５は、相関行列算出部４により算出されたレンジビン（ｋ）毎の相関行列Ｒｘ，ｋハットと、ドップラ解析部３により算出されたレンジビン（ｋ）毎の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）とから、レンジビン（ｋ）毎に、目標信号が存在しているドップラビンである目標ドップラビンｎｓ，ｋを検出する。
　ドップラビン検出部５は、検出したレンジビン（ｋ）毎の目標ドップラビンｎｓ，ｋを目標信号排除部６に出力する。
　目標信号排除部６は、例えば、図２に示す目標信号排除回路２５によって実現される。
　目標信号排除部６は、相関行列算出部４により算出されたレンジビン（ｋ）毎の相関行列Ｒｘ，ｋハットから、ドップラビン検出部５により検出されたレンジビン（ｋ）毎の目標ドップラビンｎｓ，ｋに存在している目標信号を排除して、レンジビン（ｋ）毎に、目標信号排除後の相関行列Ｒｘ，ｋ （Ｐｒｏ）ハットを算出する。明細書の文章中では、電子出願の関係上、「Ｒｘ，ｋ （Ｐｒｏ）」の文字の上に「＾」の記号を付することができないので、「Ｒｘ，ｋ （Ｐｒｏ）ハット」のように表記している。
　目標信号排除部６は、算出したレンジビン（ｋ）毎の目標信号排除後の相関行列Ｒｘ，ｋ （Ｐｒｏ）ハットをウェイト算出部７に出力する。
　ウェイト算出部７は、例えば、図２に示すウェイト算出回路２６によって実現される。
　ウェイト算出部７は、目標信号排除部６により算出されたレンジビン（ｋ）毎の目標信号排除後の相関行列Ｒｘ，ｋ （Ｐｒｏ）ハットから、レンジビン（ｋ）毎の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）のアダプティブウェイトｗＡ，ｋを算出する。
　ウェイト算出部７は、算出したレンジビン（ｋ）毎のアダプティブウェイトｗＡ，ｋをビーム形成部８に出力する。
　ビーム形成部８は、例えば、図２に示すビーム形成回路２７によって実現される。
　ビーム形成部８は、ドップラ解析部３により算出されたレンジビン（ｋ）毎の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）とウェイト算出部７により算出されたレンジビン（ｋ）毎のアダプティブウェイトｗＡ，ｋとから、レンジビン（ｋ）毎にアダプティブビームｙｋ（ｎ）を形成する。
　ビーム形成部８は、形成したレンジビン（ｋ）毎のアダプティブビームｙｋ（ｎ）を目標検出部９に出力する。
　目標検出部９は、例えば、図２に示す目標検出回路２８によって実現される。
　目標検出部９は、ビーム形成部８により形成されたレンジビン（ｋ）毎のアダプティブビームｙｋ（ｎ）から、目標を検出する。
　図１では、信号処理部２の構成要素であるドップラ解析処理部３ａ－１～３ａ－Ｍ、受信信号ベクトル算出部３ｂ、相関行列算出部４、ドップラビン検出部５、目標信号排除部６、ウェイト算出部７及びビーム形成部８と、目標検出部９とが、図２に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、信号処理部２が、ドップラ解析処理回路２１、ベクトル算出回路２２、相関行列算出回路２３、ドップラビン検出回路２４、目標信号排除回路２５、ウェイト算出回路２６及びビーム形成回路２７によって実現されるものを想定している。また、目標検出部９が目標検出回路２８によって実現されるものを想定している。
　ここで、ドップラ解析処理回路２１、ベクトル算出回路２２、相関行列算出回路２３、ドップラビン検出回路２４、目標信号排除回路２５、ウェイト算出回路２６、ビーム形成回路２７及び目標検出回路２８のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
　信号処理部２の構成要素及び目標検出部９は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、信号処理部２及び目標検出部９が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
　ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
　図３は、信号処理部２及び目標検出部９が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
　信号処理部２及び目標検出部９が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、ドップラ解析処理部３ａ－１～３ａ－Ｍ、受信信号ベクトル算出部３ｂ、相関行列算出部４、ドップラビン検出部５、目標信号排除部６、ウェイト算出部７、ビーム形成部８及び目標検出部９の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ３１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。
　図４は、信号処理部２の処理手順であるビーム形成方法を示すフローチャートである。
　また、図２では、信号処理部２の構成要素及び目標検出部９が、専用のハードウェアによって実現される例を示し、図３では、信号処理部２及び目標検出部９が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、信号処理部２における一部の構成要素又は目標検出部９が、専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素又は目標検出部９が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。
　図５は、実施の形態１に係るビーム形成装置におけるドップラビン検出部５を示す構成図である。
　図５において、固有ベクトル算出部５１は、レンジビン（ｋ）毎に、相関行列算出部４により算出されたレンジビン（ｋ）毎の相関行列Ｒｘ，ｋハットにおける複数の固有ベクトルｅｍ，ｋを算出する。
　固有ベクトル算出部５１は、算出したレンジビン（ｋ）毎の複数の固有ベクトルｅｍ，ｋのそれぞれを固有ビーム形成部５２に出力する。
　固有ビーム形成部５２は、固有ベクトル算出部５１により算出された複数の固有ベクトルｅｍ，ｋを、ドップラ解析部３により算出された受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）に対するビームウェイトとして、複数の固有ベクトルｅｍ，ｋと受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）とから、レンジビン（ｋ）毎に、複数の固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）を形成する。
　固有ビーム形成部５２は、形成したレンジビン（ｋ）毎の複数の固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）のそれぞれを検出処理部５３に出力する。
　検出処理部５３は、レンジビン（ｋ）毎に、固有ビーム形成部５２により形成された複数の固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）のドップラスペクトルと閾値Ｔｈとをそれぞれ比較する。
　検出処理部５３は、複数の固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）のドップラスペクトルと閾値Ｔｈとの比較結果に基づいて、目標ドップラビンｎｓ，ｋを検出する。
　検出処理部５３は、検出したレンジビン（ｋ）毎の目標ドップラビンｎｓ，ｋを目標信号排除部６に出力する。
　閾値Ｔｈは、検出処理部５３の内部メモリに格納されていてもよいし、外部から与えられるものであってもよい。
　次に、図１に示すレーダ装置の動作について説明する。
　図１に示すレーダ装置の送信アンテナから放射された送信波、又は、図１に示すレーダ装置と別の装置の送信アンテナから放射された送信波は、海上表面を伝搬されて、海上に存在している目標に反射される。
　目標に反射された送信波は、目標信号として、海上表面を伝搬されて、受信アンテナ１－１～１－Ｍにより受信される。
　また、送信波の一部は、上空へ伝搬されて、大気中の電離層に反射される。
　大気中の電離層に反射された送信波は、電離層クラッタとして、空中を伝搬されて、受信アンテナ１－１～１－Ｍにより受信される。
　受信アンテナ１－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｍ）は、目標信号と電離層クラッタとを受信し、目標信号及び電離層クラッタのそれぞれを含む受信信号をドップラ解析処理部３ａ－ｍに出力する。
　ドップラ解析処理部３ａ－ｍは、例えば、受信アンテナ１－ｍの受信信号をフーリエ変換することで、レンジビン（ｋ）毎に、ドップラスペクトルｘｍ，ｋ（ｎ）を算出する（図４のステップＳＴ１）。
　ドップラ解析処理部３ａ－ｍは、算出したレンジビン（ｋ）毎のドップラスペクトルｘｍ，ｋ（ｎ）を受信信号ベクトル算出部３ｂに出力する。
　受信信号ベクトル算出部３ｂは、以下の式（１）に示すように、レンジビン（ｋ）毎に、ドップラ解析処理部３ａ－１～３ａ－Ｍにより算出されたレンジビン（ｋ）におけるＭ個のドップラスペクトルｘｍ，ｋ（ｎ）を含む受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）を算出する（図４のステップＳＴ２）。受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）は、ベクトルであるため、式（１）では、ｘｋ（ｎ）を太字で表記している。しかし、明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字を太字で表記することができないため、明細書の文章中では、ｘｋ（ｎ）を細字で表記している。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）は、以下の式（２）に示すように、目標信号ベクトルｓｋ（ｎ）、電離層クラッタベクトルｃｋ（ｎ）及び雑音ベクトルｎｏｉｓｅｋ（ｎ）を含んでいる。目標信号ベクトルｓｋ（ｎ）、電離層クラッタベクトルｃｋ（ｎ）及び雑音ベクトルｎｏｉｓｅｋ（ｎ）は、それぞれベクトルであるため、式（２）では、ｓｋ（ｎ）、ｃｋ（ｎ）及びｎｏｉｓｅｋ（ｎ）を太字で表記している。しかし、明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字を太字で表記することができないため、明細書の文章中では、ｓｋ（ｎ）、ｃｋ（ｎ）及びｎｏｉｓｅｋ（ｎ）を細字で表記している。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　式（２）では、説明の簡単化のため、ドップラスペクトルｘｋ（ｎ）が、１つの目標信号ベクトルｓｋ（ｎ）と、１つの電離層クラッタベクトルｃｋ（ｎ）とを含んでいる。しかし、これは一例に過ぎず、ドップラスペクトルｘｋ（ｎ）が、２つ以上の目標信号ベクトルｓｋ（ｎ）を含んでいてもよい。また、ドップラスペクトルｘｋ（ｎ）が、２つ以上の電離層クラッタベクトルｃｋ（ｎ）を含んでいてもよい。
　なお、式（２）では、受信アンテナ１－ｍにより受信されるシークラッタを省略している。シークラッタは、海面からの反射波である。
　シークラッタのドップラスペクトルが分布するドップラビンは、送信波の波長等から定まるブラッグ散乱周波数で決定される。受信信号ベクトル算出部３ｂは、シークラッタのドップラスペクトルが分布するドップラビンの受信信号をゼロに変更することで、受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）からシークラッタを除去することができる。
　レンジビン（ｋ）毎の目標信号ベクトルｓｋ（ｎ）は、以下の式（３）のように表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003

　式（３）において、太字で表記しているｓｋ（ｎ）は、レンジビン（ｋ）における目標信号ベクトルであり、細字で表記しているｓｋ（ｎ）は、レンジビン（ｋ）における目標信号のドップラスペクトルである。
　ａｋ（θｓ，ｋ）は、レンジビン（ｋ）における目標信号の到来方向θｓ，ｋに関するステアリングベクトルである。ステアリングベクトルａｋ（θｓ，ｋ）は、ベクトルであるため、式（３）では、ａｋ（θｓ，ｋ）を太字で表記している。しかし、明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字を太字で表記することができないため、明細書の文章中では、ａｋ（θｓ，ｋ）を細字で表記している。
　ｐｓ，ｋは、受信アンテナ１－ｍにより受信されたレンジビン（ｋ）における目標信号の電力、ｎｓ，ｋは、レンジビン（ｋ）における目標ドップラビン、φｓ，ｋは、レンジビン（ｋ）における目標信号に関する初期位相、ｓｉｎｃ（ｎ－ｎｓ，ｋ）は、目標信号のドップラスペクトルｓｋ（ｎ）の形状を表すｓｉｎｃ関数である。
　なお、目標信号のドップラスペクトルｓｋ（ｎ）は、以下の式（４）のように表され、目標信号の時系列データである複素正弦波をＮ点フーリエ変換したものである。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　レンジビン（ｋ）毎の電離層クラッタベクトルｃｋ（ｎ）は、以下の式（５）のように表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005

　式（５）において、太字で表記しているｃｋ（ｎ）は、レンジビン（ｋ）における電離層クラッタベクトルであり、細字で表記しているｃｋ（ｎ）は、レンジビン（ｋ）における電離層クラッタのドップラスペクトルである。
　ａｋ（θｃ，ｋ）は、レンジビン（ｋ）における電離層クラッタの到来方向θｃ，ｋに関するステアリングベクトルである。ステアリングベクトルａｋ（θｃ，ｋ）は、ベクトルであるため、式（５）では、ａｋ（θｃ，ｋ）を太字で表記している。しかし、明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字を太字で表記することができないため、明細書の文章中では、ａｋ（θｃ，ｋ）を細字で表記している。
　電離層クラッタのドップラスペクトルｃｋ（ｎ）は、目標信号のドップラスペクトルｓｋ（ｎ）よりも、帯域幅が拡がっている。電離層クラッタのドップラスペクトルｃｋ（ｎ）における帯域幅の拡がり具合及びドップラスペクトルｃｋ（ｎ）の形状は、それぞれ電離層の状態によって異なる。
　レンジビン（ｋ）毎の雑音ベクトルｎｏｉｓｅｋ（ｎ）は、受信アンテナ１－１～１－Ｍによりそれぞれ受信される受信信号の間で互いに無相関な白色雑音スペクトルである。受信アンテナ１－１～１－Ｍによりそれぞれ受信されるレンジビン（ｋ）における雑音ベクトルｎｏｉｓｅｍ，ｋ（ｎ）の平均雑音電力は、σ２である。
　相関行列算出部４は、受信信号ベクトル算出部３ｂからレンジビン（ｋ）毎の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）を受けると、以下の式（６）に示すように、レンジビン（ｋ）毎に、レンジビン（ｋ）の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）に関する相関行列Ｒｘ，ｋハットを算出する（図４のステップＳＴ３）。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006

　式（６）において、Ｈは、転置を示す記号である。
　相関行列算出部４は、算出したレンジビン（ｋ）毎の相関行列Ｒｘ，ｋハットをドップラビン検出部５及び目標信号排除部６のそれぞれに出力する。
　相関行列Ｒｘ，ｋハットに対して、固有値の分解及び固有ベクトルの分解が行われると、相関行列Ｒｘ，ｋハットは、以下の式（７）のように表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007

　式（７）において、Ｄは、電離層クラッタについての到来波の行列ランク及び目標信号についての到来波の行列ランクであり、Ｄ＜Ｍである。
　ＥＤ，ｋは、レンジビン（ｋ）における到来波の固有ベクトルｅｍ，ｋ（ｍ＝１，・・・，Ｄ）を並べた到来波の固有行列、λＤ，ｋは、レンジビン（ｋ）における到来波の固有ベクトルｅｍ，ｋ（ｍ＝１，・・・，Ｄ）に対応する固有値λｍ，ｋを対角項に並べた固有値行列である。
　Ｅｎ，ｋは、レンジビン（ｋ）における雑音の固有ベクトルｅｍ，ｋ（ｍ＝Ｄ＋１，・・・，Ｍ）を並べた雑音の固有行列、λｎ，ｋは、レンジビン（ｋ）における雑音の固有ベクトルｅｍ，ｋ（ｍ＝Ｄ＋１，・・・，Ｍ）に対応する固有値λｍ，ｋを対角項に並べた固有値行列である。
　レンジビン（ｋ）において、到来波の固有ベクトルｅｍ，ｋが張る部分空間と、目標信号の到来方向θｓ，ｋに関するステアリングベクトルａｋ（θｓ，ｋ）及び電離層クラッタの到来方向θｃ，ｋに関するステアリングベクトルａｋ（θｃ，ｋ）が張る部分空間とは、同じである。
　例えば、Ｄ＝２の場合、到来波の固有ベクトルｅ１，ｋ，ｅ２，ｋが張る部分空間ａｐａｎ（ｅ１，ｋ，ｅ２，ｋ）と、ステアリングベクトルａｋ（θｓ，ｋ），ａｋ（θｃ，ｋ）が張る部分空間ａｐａｎ（ａｋ（θｓ，ｋ），ａｋ（θｃ，ｋ））とは、以下の式（８）のように表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　したがって、レンジビン（ｋ）における到来波の固有ベクトルｅ１，ｋ、ｅ２，ｋは、以下の式（９）～（１０）に示すように、ステアリングベクトルａｋ（θｓ，ｋ），ａｋ（θｃ，ｋ）の線形結合で表すことができる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009

　式（９）～（１０）において、α１１，α１２，α２１，α２２は、結合係数である。
　ドップラビン検出部５は、レンジビン（ｋ）毎の相関行列Ｒｘ，ｋハットと、ドップラ解析部３により算出されたレンジビン（ｋ）毎の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）とから、レンジビン（ｋ）毎に、目標ドップラビンｎｓ，ｋを検出する（図４のステップＳＴ４）。
　ドップラビン検出部５は、検出したレンジビン（ｋ）毎の目標ドップラビンｎｓ，ｋを目標信号排除部６に出力する。
　以下、ドップラビン検出部５による目標ドップラビンｎｓ，ｋの検出処理を具体的に説明する。
　固有ベクトル算出部５１は、レンジビン（ｋ）毎に、相関行列算出部４により算出されたレンジビン（ｋ）毎の相関行列Ｒｘ，ｋハットにおける複数の到来波の固有ベクトルｅｍ，ｋを算出する。
　レンジビン（ｋ）において、例えば、Ｄ＝２の場合、到来波の固有ベクトルｅ１，ｋ，ｅ２，ｋは、上記の式（９）～（１０）によって算出することができる。
　固有ベクトル算出部５１は、算出した複数の到来波の固有ベクトルｅｍ，ｋのそれぞれを固有ビーム形成部５２に出力する。
　固有ビーム形成部５２は、レンジビン（ｋ）の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）に対するビームウェイトとして、固有ベクトル算出部５１により算出されたレンジビン（ｋ）毎の固有ベクトルｅｍ，ｋを取得する。
　固有ビーム形成部５２は、取得したレンジビン（ｋ）毎の固有ベクトルｅｍ，ｋとレンジビン（ｋ）毎の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）とから、レンジビン（ｋ）毎に、複数の到来波の固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）を形成する。
　固有ビーム形成部５２は、形成したレンジビン（ｋ）毎の複数の到来波の固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）のそれぞれを検出処理部５３に出力する。
　レンジビン（ｋ）において、例えば、Ｄ＝２の場合、到来波の固有ビームｚ１，ｋ（ｎ）は、以下の式（１１）のように表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011

　式（１１）における最終行の近似は、目標信号の到来方向θｓ，ｋと電離層クラッタの到来方向θｃ，ｋとが互いに離れているものとして、以下の式（１４）に示す近似に基づくものである。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
　レンジビン（ｋ）において、到来波の固有ビームｚ２，ｋ（ｎ）は、以下の式（１５）のように表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
　以下の式（１７）に示すように、雑音の固有ベクトルｅｍ，ｋとステアリングベクトルａｋ（θｓ，ｋ），ａｋ（θｃ，ｋ）とが直交しているため、ｍ＝３，・・・，Ｍに対応する雑音の固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）は、到来波を含んでおらず、以下の式（１８）のように表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014

　式（１９）において、αｍ１，αｍ２は、結合係数である。
　到来波の固有ビームｚ１，ｋ（ｎ）、ｚ２，ｋ（ｎ）の振幅は、式（１１）及び式（１５）に示すように、目標ドップラビンｎｓ，ｋにピークを有する目標ドップラスペクトルと、帯域幅が拡がった形状の電離層クラッタとが合成されたものである。また、雑音固有ビームの振幅は、白色雑音スペクトルである。
　検出処理部５３は、レンジビン（ｋ）毎に、固有ビーム形成部５２により形成された複数の固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）のドップラスペクトルと閾値Ｔｈとをそれぞれ比較する。
　検出処理部５３は、複数の固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）のドップラスペクトルと閾値Ｔｈとの比較結果に基づいて、閾値Ｔｈよりも大きなドップラスペクトルに対応するドップラビンを、目標ドップラビンｎｓ，ｋとして検出する。
　検出処理部５３は、検出したレンジビン（ｋ）毎の目標ドップラビンｎｓ，ｋを目標信号排除部６に出力する。
　固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）との比較に用いる閾値Ｔｈの設定方法については、特に限定するものではないが、検出処理部５３は、例えば、一定誤警報率（ＣＦＡＲ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｆａｌｓｅ　Ａｌａｒｍ　Ｒａｔｅ）処理を用いて、閾値Ｔｈを設定することができる。
　検出処理部５３は、検出した目標ドップラビンｎｓ，ｋを目標信号排除部６に出力する。
　なお、検出処理部５３が、固有ビーム形成部５２により形成された全ての固有ビームｚｍ，ｋ（ｎ）のドップラスペクトルと閾値Ｔｈとを比較するのは、到来波の固有ビームと雑音の固有ビームとを事前に分類することが困難なためである。
　目標信号排除部６は、相関行列算出部４により算出されたレンジビン（ｋ）毎の相関行列Ｒｘ，ｋハットと、ドップラビン検出部５により検出されたレンジビン（ｋ）毎の目標ドップラビンｎｓ，ｋとを取得する。
　目標信号排除部６は、以下の式（２０）に示すように、レンジビン（ｋ）の相関行列Ｒｘ，ｋハットから、レンジビン（ｋ）の目標ドップラビンｎｓ，ｋに存在している目標信号を排除して、レンジビン（ｋ）毎に、目標信号排除後の相関行列Ｒｘ，ｋ （Ｐｒｏ）ハットを算出する（図４のステップＳＴ５）。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015

　目標信号排除部６は、算出したレンジビン（ｋ）毎の目標信号排除後の相関行列Ｒｘ，ｋ （Ｐｒｏ）ハットをウェイト算出部７に出力する。
　ウェイト算出部７は、目標信号排除部６により算出されたレンジビン（ｋ）毎の目標信号排除後の相関行列Ｒｘ，ｋ （Ｐｒｏ）ハットを取得する。
　ウェイト算出部７は、以下の式（２１）に示すように、レンジビン（ｋ）毎に、レンジビン（ｋ）の目標信号排除後の相関行列Ｒｘ，ｋ （Ｐｒｏ）ハットから、レンジビン（ｋ）の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）のアダプティブウェイトｗＡ，ｋを算出する（図４のステップＳＴ６）。アダプティブウェイトｗＡ，ｋは、ベクトルであるため、式（２１）では、ｗＡ，ｋを太字で表記している。しかし、明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字を太字で表記することができないため、明細書の文章中では、ｗＡ，ｋを細字で表記している。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016

　式（２０）において、θ０は、後述するビーム形成部８により形成されるアダプティブビームｙｋ（ｎ）におけるメインビームの指向方位、βは、規格化係数である。
　規格化係数βは、ウェイト算出部７の内部メモリに格納されていてもよいし、外部から与えられるものであってもよい。また、規格化係数βの値は、アダプティブウェイトｗＡ，ｋを規格化するものであれば、どのような値であってもよい。
　ウェイト算出部７は、算出したレンジビン（ｋ）毎のアダプティブウェイトｗＡ，ｋをビーム形成部８に出力する。
　ビーム形成部８は、ドップラ解析部３により算出されたレンジビン（ｋ）毎の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）と、ウェイト算出部７により算出されたレンジビン（ｋ）毎のアダプティブウェイトｗＡ，ｋとを取得する。
　ビーム形成部８は、以下の式（２２）に示すように、レンジビン（ｋ）毎に、レンジビン（ｋ）の受信信号ベクトルｘｋ（ｎ）と、レンジビン（ｋ）のアダプティブウェイトｗＡ，ｋとから、アダプティブビームｙｋ（ｎ）を形成する（図４のステップＳＴ７）。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017

　ビーム形成部８により形成されたレンジビン（ｋ）のアダプティブビームｙｋ（ｎ）は、レンジビン（ｋ）における電離層クラッタの到来方位θｃ，ｋにヌルが形成され、メインビーム内に目標信号が到来するビームである。
　ビーム形成部８は、形成したレンジビン（ｋ）毎のアダプティブビームｙｋ（ｎ）を目標検出部９に出力する。
　目標検出部９は、ビーム形成部８により形成されたレンジビン（ｋ）毎のアダプティブビームｙｋ（ｎ）を取得する。
　目標検出部９は、レンジビン（ｋ）毎に、例えば、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ　ＳＩｇｎａｌ　Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法等の目標検出処理を実施することで、レンジビン（ｋ）のアダプティブビームｙｋ（ｎ）から、目標を検出する。
　以上の実施の形態１は、相関行列算出部４により算出された相関行列とドップラ解析部３により算出された受信信号ベクトルとから、目標信号が存在しているドップラビンである目標ドップラビンを検出するドップラビン検出部５と、相関行列算出部４により算出された相関行列から、ドップラビン検出部５により検出された目標ドップラビンに存在している目標信号を排除して、目標信号排除後の相関行列を算出する目標信号排除部６と、目標信号排除部６により算出された目標信号排除後の相関行列から、ドップラ解析部３により算出された受信信号ベクトルのアダプティブウェイトを算出するウェイト算出部７とを備えるように、ビーム形成装置を構成した。また、ビーム形成装置のビーム形成部８が、ドップラ解析部３により算出された受信信号ベクトルとウェイト算出部７により算出されたアダプティブウェイトとからアダプティブビームを形成している。したがって、ビーム形成装置は、目標信号のドップラスペクトルのピーク電力が、電離層クラッタのドップラスペクトルの電力よりも小さい場合でも、電離層クラッタと一緒に目標信号を抑圧してしまう状況を回避することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２では、１つ以上の受信信号の合成信号を生成する信号合成部１０を備えるビーム形成装置について説明する。
　図６は、実施の形態２に係るビーム形成装置を含むレーダ装置を示す構成図である。
　図７は、実施の形態２に係るビーム形成装置における信号処理部２及び目標検出部９のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
　図６及び図７において、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　図６に示すビーム形成装置では、説明の便宜上、受信アレー１が備える受信アンテナ１－ｍの本数が、Ｊ（Ｊは、２以上の整数）本であるとする。ｍ＝１，・・・，Ｊである。ただし、Ｊ＞Ｍであってもよいし、Ｊ＜Ｍであってもよいし、Ｊ＝Ｍであってもよい。
　信号合成部１０は、例えば、図７に示す信号合成回路２９によって実現される。
　信号合成部１０は、受信アンテナ１－１～１－ＪにおけるＪ個の受信信号の中の、１つ以上の受信信号の組み合わせ毎に、組み合わせに含まれている１つ以上の受信信号の合成信号を生成する。
　信号合成部１０は、生成したそれぞれの合成信号をドップラ解析処理部３ａ－１～３ａ－Ｍに出力する。
　図６では、信号処理部２の構成要素である信号合成部１０、ドップラ解析処理部３ａ－１～３ａ－Ｍ、受信信号ベクトル算出部３ｂ、相関行列算出部４、ドップラビン検出部５、目標信号排除部６、ウェイト算出部７及びビーム形成部８と、目標検出部９とが、図７に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、信号処理部２が、信号合成回路２９、ドップラ解析処理回路２１、ベクトル算出回路２２、相関行列算出回路２３、ドップラビン検出回路２４、目標信号排除回路２５、ウェイト算出回路２６及びビーム形成回路２７によって実現されるものを想定している。また、目標検出部９が目標検出回路２８によって実現されるものを想定している。
　ここで、信号合成回路２９、ドップラ解析処理回路２１、ベクトル算出回路２２、相関行列算出回路２３、ドップラビン検出回路２４、目標信号排除回路２５、ウェイト算出回路２６、ビーム形成回路２７及び目標検出回路２８のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
　信号処理部２の構成要素及び目標検出部９は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、信号処理部２及び目標検出部９が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
　信号処理部２及び目標検出部９が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、信号合成部１０、ドップラ解析処理部３ａ－１～３ａ－Ｍ、受信信号ベクトル算出部３ｂ、相関行列算出部４、ドップラビン検出部５、目標信号排除部６、ウェイト算出部７、ビーム形成部８及び目標検出部９の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図３に示すメモリ３１に格納される。そして、図３に示すコンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。
　次に、図６に示すレーダ装置の動作について説明する。
　受信アンテナ１－ｍ（ｍ＝１，・・・，Ｊ）は、目標信号と電離層クラッタとを受信し、目標信号及び電離層クラッタのそれぞれを含む受信信号を信号合成部１０に出力する。
　信号合成部１０は、受信アンテナ１－１～１－Ｊから出力されたＪ個の受信信号を取得する。
　信号合成部１０には、Ｊ個の受信信号の中の、１つ以上の受信信号の組み合わせとして、Ｍ個の組み合わせが事前に決定されている。
　Ｍ個の組み合わせは、どのような組み合わせでもよく、信号合成部１０の内部メモリに格納されていている。Ｍ個の組み合わせは、外部から与えられるものであってもよい。
　２つの受信信号によるＭ個の組み合わせの例として、受信アンテナ１－１の受信信号と受信アンテナ１－２の受信信号との組み合わせ、受信アンテナ１－２の受信信号と受信アンテナ１－３の受信信号との組み合わせ、・・・、受信アンテナ１－（Ｊ－１）の受信信号と受信アンテナ１－Ｊの受信信号との組み合わせ、受信アンテナ１－Ｊの受信信号と受信アンテナ１－１の受信信号との組み合わせなどが考えられる。
　３つの受信信号によるＭ個の組み合わせの例として、受信アンテナ１－１の受信信号と受信アンテナ１－２の受信信号と受信アンテナ１－３の受信信号との組み合わせ、受信アンテナ１－２の受信信号と受信アンテナ１－３の受信信号と受信アンテナ１－４の受信信号との組み合わせ、・・・、受信アンテナ１－（Ｊ－２）の受信信号と受信アンテナ１－（Ｊ－１）の受信信号と受信アンテナ１－Ｊの受信信号との組み合わせなどが考えられる。
　信号合成部１０は、組み合わせ毎に、組み合わせに含まれている１つ以上の受信信号の合成信号を生成し、生成したＭ個の合成信号のそれぞれをドップラ解析処理部３ａ－１～３ａ－Ｍに出力する。
　信号合成部１０により生成される合成信号は、サブアレービームに相当し、信号合成部１０は、１つ以上の受信信号の組み合わせに応じた方向にサブアレービームを形成することができる。
　信号合成部１０が、所望の方向にサブアレービームを形成することで、所望の方向に存在している目標を検出することが可能になる。
　ドップラ解析処理部３ａ－ｍは、受信アンテナ１－ｍの受信信号の代わりに、信号合成部１０から出力されたＭ個の合成信号のうちの１つの合成信号をフーリエ変換することで、レンジビン（ｋ）毎のドップラスペクトルｘｍ，ｋ（ｎ）を算出する。
　ドップラ解析処理部３ａ－ｍは、算出したレンジビン（ｋ）毎のドップラスペクトルｘｍ，ｋ（ｎ）を受信信号ベクトル算出部３ｂに出力する。
　以降の処理は、図１に示すレーダ装置と同様であるため、詳細な説明を省略する。
　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。
　この発明は、アダプティブビームを形成するビーム形成装置、レーダ装置及びビーム形成方法に適している。
　１　受信アレー、１－１～１－Ｍ，１－Ｊ　受信アンテナ、２　信号処理部、３　ドップラ解析部、３ａ－１～３ａ－Ｍ　ドップラ解析処理部、３ｂ　受信信号ベクトル算出部、４　相関行列算出部、５　ドップラビン検出部、６　目標信号排除部、７　ウェイト算出部、８　ビーム形成部、９　目標検出部、１０　信号合成部、２１　ドップラ解析処理回路、２２　ベクトル算出回路、２３　相関行列算出回路、２４　ドップラビン検出回路、２５　目標信号排除回路、２６　ウェイト算出回路、２７　ビーム形成回路、２８　目標検出回路、２９　信号合成回路、３１　メモリ、３２　プロセッサ、５１　固有ベクトル算出部、５２　固有ビーム形成部、５３　検出処理部。

Claims (7)

  1. 　複数の受信アンテナの中の、それぞれの受信アンテナの受信信号からドップラスペクトルを算出し、それぞれの受信アンテナの受信信号から算出したドップラスペクトルを含む受信信号ベクトルを算出するドップラ解析部と、
    　前記ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルに関する相関行列を算出する相関行列算出部と、
    　前記相関行列算出部により算出された相関行列と前記ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルとから、目標信号が存在しているドップラビンである目標ドップラビンを検出するドップラビン検出部と、
    　前記相関行列算出部により算出された相関行列から、前記ドップラビン検出部により検出された目標ドップラビンに存在している目標信号を排除して、目標信号排除後の相関行列を算出する目標信号排除部と、
    　前記目標信号排除部により算出された目標信号排除後の相関行列から、前記受信信号ベクトルのアダプティブウェイトを算出するウェイト算出部と、
    　前記ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルと前記ウェイト算出部により算出されたアダプティブウェイトとからアダプティブビームを形成するビーム形成部と
    　を備えたビーム形成装置。
  2. 　前記複数の受信アンテナの受信信号の中の、１つ以上の受信信号の組み合わせ毎に、組み合わせに含まれる１つ以上の受信信号の合成信号を生成する信号合成部を備え、
    　前記ドップラ解析部は、前記信号合成部により生成されたそれぞれの合成信号からドップラスペクトルを算出し、それぞれの合成信号から算出したドップラスペクトルを含む受信信号ベクトルを算出することを特徴とする請求項１記載のビーム形成装置。
  3. 　前記ドップラ解析部は、それぞれの受信アンテナの受信信号から、レンジビン毎にドップラスペクトルを算出し、レンジビン毎に、それぞれの受信アンテナの受信信号から算出した当該レンジビンのドップラスペクトルを含む受信信号ベクトルを算出し、
    　前記相関行列算出部は、レンジビン毎に、前記ドップラ解析部により算出されたレンジビン毎の受信信号ベクトルに関する相関行列を算出し、
    　前記ドップラビン検出部は、前記相関行列算出部により算出されたレンジビン毎の相関行列と前記ドップラ解析部により算出されたレンジビン毎の受信信号ベクトルとから、レンジビン毎に、目標信号が存在しているドップラビンである目標ドップラビンを検出し、
    　前記目標信号排除部は、前記相関行列算出部により算出されたレンジビン毎の相関行列から、前記ドップラビン検出部により検出されたレンジビン毎の目標ドップラビンに存在している目標信号を排除して、レンジビン毎に、目標信号排除後の相関行列を算出し、
    　前記ウェイト算出部は、前記目標信号排除部により算出されたレンジビン毎の目標信号排除後の相関行列から、レンジビン毎の前記受信信号ベクトルのアダプティブウェイトを算出し、
    　前記ビーム形成部は、前記ドップラ解析部により算出されたレンジビン毎の受信信号ベクトルと前記ウェイト算出部により算出されたレンジビン毎のアダプティブウェイトとから、レンジビン毎にアダプティブビームを形成することを特徴とする請求項１記載のビーム形成装置。
  4. 　前記複数の受信アンテナの受信信号の中の、１つ以上の受信信号の組み合わせ毎に、組み合わせに含まれる１つ以上の受信信号の合成信号を生成する信号合成部を備え、
    　前記ドップラ解析部は、前記信号合成部により生成されたそれぞれの合成信号から、レンジビン毎にドップラスペクトルを算出し、レンジビン毎に、それぞれの合成信号から算出した当該レンジビンのドップラスペクトルを含む受信信号ベクトルを算出することを特徴とする請求項３記載のビーム形成装置。
  5. 　前記ドップラビン検出部は、
    　前記相関行列算出部により算出された相関行列における複数の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部と、
    　前記固有ベクトル算出部により算出された複数の固有ベクトルを、前記ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルに対するビームウェイトとして、前記複数の固有ベクトルと前記受信信号ベクトルとから、複数の固有ビームを形成する固有ビーム形成部と、
    　前記固有ビーム形成部により形成された複数の固有ビームのドップラスペクトルと閾値とをそれぞれ比較し、前記複数の固有ビームのドップラスペクトルと前記閾値との比較結果に基づいて、前記目標ドップラビンを検出する検出処理部とを備えていることを特徴とする請求項１記載のビーム形成装置。
  6. 　複数の受信アンテナの中の、それぞれの受信アンテナの受信信号からドップラスペクトルを算出し、それぞれの受信アンテナの受信信号から算出したドップラスペクトルを含む受信信号ベクトルを算出するドップラ解析部と、
    　前記ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルに関する相関行列を算出する相関行列算出部と、
    　前記相関行列算出部により算出された相関行列と前記ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルとから、目標信号が存在しているドップラビンである目標ドップラビンを検出するドップラビン検出部と、
    　前記相関行列算出部により算出された相関行列から、前記ドップラビン検出部により検出された目標ドップラビンに存在している目標信号を排除して、目標信号排除後の相関行列を算出する目標信号排除部と、
    　前記目標信号排除部により算出された目標信号排除後の相関行列から、前記受信信号ベクトルのアダプティブウェイトを算出するウェイト算出部と、
    　前記ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルと前記ウェイト算出部により算出されたアダプティブウェイトとからアダプティブビームを形成するビーム形成部と、
    　前記ビーム形成部により形成されたアダプティブビームから、目標を検出する目標検出部と
    　を備えたレーダ装置。
  7. 　ドップラ解析部が、複数の受信アンテナの中の、それぞれの受信アンテナの受信信号からドップラスペクトルを算出し、それぞれの受信アンテナの受信信号から算出したドップラスペクトルを含む受信信号ベクトルを算出し、
    　相関行列算出部が、前記ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルに関する相関行列を算出し、
    　ドップラビン検出部が、前記相関行列算出部により算出された相関行列と前記ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルとから、目標信号が存在しているドップラビンである目標ドップラビンを検出し、
    　目標信号排除部が、前記相関行列算出部により算出された相関行列から、前記ドップラビン検出部により検出された目標ドップラビンに存在している目標信号を排除して、目標信号排除後の相関行列を算出し、
    　ウェイト算出部が、前記目標信号排除部により算出された目標信号排除後の相関行列から、前記受信信号ベクトルのアダプティブウェイトを算出し、
    　ビーム形成部が、前記ドップラ解析部により算出された受信信号ベクトルと前記ウェイト算出部により算出されたアダプティブウェイトとからアダプティブビームを形成する
    　ビーム形成方法。
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