WO2021191991A1 - 信号処理装置、レーダ装置および信号処理方法 - Google Patents

信号処理装置、レーダ装置および信号処理方法 Download PDF

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primary
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spectrum
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洋 酒巻
生也 柿元
松田　知也
尚道 中溝
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三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/20—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves whereby multiple time-around echoes are used or eliminated

Definitions

  • the present disclosure relates to a signal processing device, a radar device, and a signal processing method.
  • the radar device repeatedly transmits a pulse signal as an electromagnetic wave into space, and processes the received signal of the reflected wave of the pulse wave reflected in the space to measure the distance to the object that reflected the pulse wave.
  • the reflected wave received by the radar device includes a primary echo, which is a reflected wave of the pulse wave reflected in space, and one or more after the pulse wave is transmitted and before the pulse wave of the next cycle is transmitted.
  • Non-Patent Document 1 when the pulse signal to be transmitted is subjected to phase modulation between pulses and the primary echo is restored, the secondary echo is made noise or removed.
  • the secondary echo When restoring the secondary echo, a technique for making the primary echo noisy or removing it is described. Since either one of the primary echo and the secondary echo is noisy or removed, it is possible to improve the estimation accuracy of the primary echo and the secondary echo.
  • the secondary multiple echo will be described, but the same applies to the secondary and higher multiple echoes.
  • the intensity of one echo is higher than the intensity of the other echo, or the spectral width of one echo is the other.
  • the spectrum width of the echo is wider than the spectrum width of the echo, there is a problem that the estimation accuracy of the other echo deteriorates.
  • the present disclosure solves the above problems, and an object of the present disclosure is to obtain a signal processing device, a radar device, and a signal processing method capable of improving the estimation accuracy of echoes.
  • the signal processing device is a signal processing device that repeatedly transmits a pulse wave to a space and processes the received signal of the reflected wave of the pulse wave reflected in the space, and phase-corrects the received signal of the reflected wave.
  • the intensity, Doppler velocity and spectrum of the primary echo based on the first echo restoration unit that restores the received signal in the primary echo region and the received signal in the secondary echo region and the received signal in the primary echo region.
  • the first primary echo parameter including the width is calculated, and the first secondary echo parameter including the intensity, Doppler velocity and spectral width of the secondary echo is calculated based on the received signal in the secondary echo region. Based on the echo parameter calculation unit of No.
  • a second echo state determination unit that sets the above and a second echo extraction method that extracts the primary echo and the secondary echo from the received signal of the reflected wave and restores the spectrum of the primary echo and the spectrum of the secondary echo.
  • a second echo that calculates a second primary echo parameter for the primary echo and a second secondary echo parameter for the secondary echo based on the echo restorer and the spectrum of the primary echo and the spectrum of the secondary echo. It includes a parameter calculation unit and an echo parameter output unit that outputs a second primary echo parameter and a second secondary echo parameter as an echo estimation result.
  • the spectra of the primary echo and the secondary echo are extracted by extracting the primary echo and the secondary echo from the received signal based on the echo extraction method according to the strength relationship between the primary echo and the secondary echo. Is calculated, and the primary echo parameter and the secondary echo parameter are calculated based on these spectra.
  • the primary echo and the secondary echo are extracted from the received signal according to the strength relationship between the primary echo and the secondary echo so that the echo extraction accuracy is high.
  • FIG. 6A is a conceptual diagram showing a spectrum of a strong echo
  • FIG. 6B is a conceptual diagram showing a spectrum of a weak echo having a large difference in intensity from the strong echo
  • FIG. 6C is a diagram in which the weak echo of FIG. 6B is superimposed.
  • FIG. 6A is a conceptual diagram showing the spectrum of the strong echo of FIG. 6A
  • FIG. 6D is a conceptual diagram showing the spectrum of the weak echo of FIG. 6B on which the strong echo of FIG. 6A is superimposed.
  • FIG. 7A is a conceptual diagram showing a spectrum of a strong echo
  • FIG. 7B is a conceptual diagram showing a spectrum of a weak echo having a small difference in intensity from the strong echo
  • FIG. 7C is a diagram in which the weak echo of FIG. 7B is superimposed.
  • 7A is a conceptual diagram showing the spectrum of the strong echo of FIG. 7A
  • FIG. 7D is a conceptual diagram showing the spectrum of the weak echo of FIG. 7B on which the strong echo of FIG. 7A is superimposed.
  • FIG. 7A is a conceptual diagram showing the spectrum of the strong echo of FIG. 7A
  • FIG. 7D is a conceptual diagram showing the spectrum of the weak echo of FIG. 7B on which the strong echo of FIG. 7A is superimposed.
  • FIG. 8A is a conceptual diagram showing a spectrum of a strong echo
  • FIG. 8B is a conceptual diagram showing a spectrum of a weak echo having a very large difference in intensity from the strong echo
  • FIG. 8C is a conceptual diagram showing a weak echo of FIG. 8B
  • 8A is a conceptual diagram showing the spectrum of the strong echo of FIG. 8A
  • FIG. 8D is a conceptual diagram showing the spectrum of the weak echo of FIG. 8B on which the strong echo of FIG. 8A is superimposed. It is explanatory drawing which shows the outline of the determination process whether or not the intensity of a strong echo is much larger than that of a weak echo.
  • FIG. 8A is a conceptual diagram showing a spectrum of a strong echo
  • FIG. 8B is a conceptual diagram showing a spectrum of a weak echo having a very large difference in intensity from the strong echo
  • FIG. 8C is a conceptual diagram showing a weak echo of FIG. 8B
  • 8A is a conceptual diagram showing the spectrum of the strong echo of
  • FIG. 10A is a block diagram showing a hardware configuration that realizes the function of the signal processing device according to the first embodiment
  • FIG. 10B is a block diagram that executes software that realizes the function of the signal processing device according to the first embodiment. It is a block diagram which shows the hardware configuration.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radar device 1 according to a first embodiment.
  • the radar device 1 shown in FIG. 1 repeatedly transmits a pulse signal as an electromagnetic wave into a space, and measures the distance to the object by processing the received signal of the reflected wave of the pulse wave reflected by the object in the space. do.
  • the radar device 1 includes a pulse transmission unit 11, a phase modulation unit 12, a phase control unit 13, a transmission unit 14, a transmission / reception switching unit 15, an antenna unit 16, a reception unit 17, and a signal processing device 18.
  • the pulse transmitting unit 11 repeatedly transmits a pulse signal.
  • the phase modulation unit 12 phase-modulates the time series of the pulse signals transmitted from the pulse transmission unit 11 to generate a transmission signal.
  • the phase control unit 13 generates a phase sequence used for phase modulation.
  • the phase modulation unit 12 phase-modulates the pulse train transmitted from the pulse transmission unit 11 according to the phase sequence generated by the phase control unit 13.
  • the phase sequence generated by the phase control unit 13 is output to the phase modulation unit 12 and the signal processing device 18.
  • the transmission unit 14 generates a transmission signal by amplifying and frequency-converting the pulse signal phase-modulated by the phase modulation unit 12.
  • the pulsed transmission signal generated by the transmission unit 14 is output to the antenna unit 16 through the transmission / reception switching unit 15.
  • the transmission / reception switching unit 15 switches the output destination of the input signal between the antenna unit 16 and the receiving unit 17. For example, the transmission / reception switching unit 15 outputs the transmission signal generated by the transmission unit 14 to the antenna unit 16, and outputs the signal received by the antenna unit 16 to the reception unit 17.
  • the antenna unit 16 transmits the transmission signal generated by the transmission unit 14 into the atmosphere, and receives the reflected wave in which the transmission signal is reflected by an object existing in the atmosphere.
  • the receiving unit 17 generates a received signal by performing frequency conversion and amplification on the signal received by the antenna unit 16.
  • the received signal generated by the receiving unit 17 is output to the signal processing device 18.
  • the signal processing device 18 demodulates the primary echo from the received signal based on the phase sequence used for phase modulation of the transmitted signal, and performs signal processing that suppresses the secondary echo.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the signal processing device 18 according to the first embodiment.
  • the signal processing device 18 includes a first echo restoration unit 181, a first echo parameter calculation unit 182, an echo state determination unit 183, a second echo restoration unit 184, a second echo parameter calculation unit 185, and the like.
  • the echo parameter output unit 186 is provided.
  • the first echo restoration unit 181 uses the phase sequence output from the phase control unit 13 to phase-correct the received signal of the reflected wave generated by the receiving unit 17, thereby performing the received signal in the primary echo region and the received signal in the primary echo region. Restore the received signal in the secondary echo area.
  • the first echo parameter calculation unit 182 calculates the first primary echo parameter including the intensity (received power) of the primary echo, the Doppler velocity, and the spectral width based on the received signal in the primary echo region. Further, the first echo parameter calculation unit 182 calculates the first secondary echo parameter including the intensity (amplitude intensity) of the secondary echo, the Doppler velocity, and the spectral width based on the received signal in the secondary echo region. ..
  • the first echo parameter may include the power spectrum of the echo, or may include the Doppler velocity width of the echo instead of the spectral width of the echo.
  • the echo state determination unit 183 determines the strength relationship between the primary echo and the secondary echo based on the first primary echo parameter and the first secondary echo parameter, and an echo extraction method according to the result of the determination. Is set in the second echo restoration unit 184.
  • the primary echo is stronger than the secondary echo, the primary echo is a strong echo and the secondary echo is a weak echo. If the secondary echo is stronger than the primary echo, the secondary echo is a strong echo and the primary echo is a weak echo.
  • the echo extraction method includes a first extraction method, a second extraction method, and a third extraction method according to the intensity difference between strong echo and weak echo.
  • the first extraction method is a method corresponding to a case where the intensity difference between the strong echo and the weak echo is large and the strength relationship between the two is clear.
  • the second extraction method is a method corresponding to the case where the intensity difference between the strong echo and the weak echo is small and the strength relationship between the two is unclear.
  • the third extraction method is a method corresponding to a case where the strong echo has a much higher intensity than the weak echo and it is difficult to extract the weak echo due to this strong echo.
  • the second echo restoration unit 184 extracts the primary echo and the secondary echo from the received signal of the reflected wave based on the echo extraction method set by the echo state determination unit 183, and extracts the spectrum and the secondary echo of the primary echo. Restore the echo spectrum.
  • the second echo parameter calculation unit 185 calculates the second primary echo parameter for the primary echo and the second secondary echo parameter for the secondary echo based on the spectrum of the primary echo and the spectrum of the secondary echo. do.
  • the echo parameter output unit 186 outputs the second primary echo parameter and the second secondary echo parameter as the estimation result of the echo. For example, the echo parameter output unit 186 converts the echo parameter into a constant output format so that it is displayed on the display device.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the first echo restoration unit 181.
  • the first echo restoration unit 181 includes a primary echo restoration unit 181a and a secondary echo restoration unit 181b.
  • the primary echo restoration unit 181a restores the reception signal in the primary echo region by phase-correcting the reception signal of the reflected wave generated by the reception unit 17 using the phase sequence output from the phase control unit 13. do.
  • the primary echo restoration unit 181a matches the phase of the received signal of the reflected wave with the phase of the received signal in the primary echo region. That is, the antiphase sequence of the phase sequence output from the phase control unit 13 is multiplied by the received signal of the reflected wave so that the phase sequence used for the phase modulation of the transmission signal is canceled.
  • the phase of the received signal is corrected so as to match the phase of the received signal in the primary echo region, and the received signal in the primary echo region is restored.
  • the secondary echo restoration unit 181b restores the reception signal in the secondary echo region by phase-correcting the reception signal of the reflected wave generated by the reception unit 17 using the phase sequence output from the phase control unit 13. do.
  • the secondary echo restoration unit 181b adjusts the phase of the received signal of the reflected wave to the phase of the received signal in the secondary echo region. That is, the phase sequence one cycle before the phase sequence used for the restoration of the primary echo with respect to the received signal of the reflected wave is canceled so that the phase sequence used for the phase modulation of the transmitted signal one cycle before is canceled.
  • the antiphase series of is multiplied. As a result, the phase of the received signal is corrected so as to match the phase of the received signal in the secondary echo region, and the received signal in the secondary echo region is restored.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the second echo restoration unit 184.
  • the phase sequence is input from the phase control unit 13 to the second echo restoration unit 184, the reception signal is input from the reception unit 17, and the echo extraction method is set by the echo state determination unit 183.
  • the strong echo and the weak echo obtained as a result of determining the strength relationship between the primary echo and the secondary echo by the echo state determination unit 183 are set in the second echo restoration unit 184.
  • the second echo restoration unit 184 is set with an echo extraction method according to the intensity difference between the strong echo and the weak echo. Since strong echoes or weak echoes are primary echoes or secondary echoes, they are managed in association with each other.
  • the second echo restoration unit 184 includes a strong echo restoration unit 184a, a strong echo removal unit 184b, a weak echo extraction unit 184c, a weak echo restoration unit 184d, a weak echo removal unit 184e, and a strong echo extraction unit.
  • 184f is provided.
  • the strong echo restoration unit 184a uses the phase sequence input from the phase control unit 13 to match the phase of the received signal input from the reception unit 17 with the phase of the strong echo set by the echo state determination unit 183.
  • the strong echo restoration unit 184a multiplies the received signal by the phase series so that the phase series input from the phase control unit 13 is offset.
  • the strong echo restoration unit 184a multiplies the received signal by the phase sequence so that the phase sequence used for phase modulation of the transmitted signal one cycle before is canceled. NS.
  • the phase of the received signal is corrected so as to match the phase of the strong echo, and the strong echo is restored.
  • the strong echo removing unit 184b detects and removes the spectral component of the strong echo from the power spectrum of the received signal matched to the phase of the strong echo by the strong echo restoring unit 184a.
  • the weak echo extraction unit 184c uses the phase sequence input from the phase control unit 13 to match the phase of the received signal from which the strong echo spectral component has been removed by the strong echo removal unit 184b to the phase of the weak echo. Then, the weak echo extraction unit 184c extracts the spectral component of the weak echo from the power spectrum of the received signal matched to the phase of the weak echo.
  • the weak echo restoration unit 184d uses the phase sequence input from the phase control unit 13 to match the phase of the received signal input from the reception unit 17 with the phase of the weak echo set by the echo state determination unit 183. For example, when the weak echo is a first-order echo, the weak echo restoration unit 184d multiplies the received signal by the phase sequence so that the phase sequence input from the phase control unit 13 cancels out. When the weak echo is a second-order echo, the weak echo restoration unit 184d multiplies the received signal by the phase sequence so that the phase sequence used for phase modulation of the transmitted signal one cycle before is canceled. NS. As a result, the phase of the received signal is corrected so as to match the phase of the weak echo, and the weak echo is restored.
  • the weak echo removal unit 184e detects and removes the weak echo spectral component from the power spectrum of the received signal matched to the weak echo phase by the weak echo restoration unit 184d.
  • the strong echo extraction unit 184f uses the phase sequence input from the phase control unit 13 to match the phase of the received signal from which the weak echo spectral component has been removed by the weak echo removal unit 184e to the phase of the strong echo. Then, the strong echo extraction unit 184f extracts the spectral component of the strong echo from the power spectrum of the received signal matched to the phase of the strong echo.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the signal processing method according to the first embodiment, and shows a series of processes until the echo parameter related to the echo estimated by the signal processing device 18 is output.
  • the first echo restoration unit 181 first-order echoes the phase of the received signal by multiplying the received signal input from the receiving unit 17 by a phase sequence that cancels the phase sequence of the phase modulation applied to the transmitted signal. To match the phase of. Then, the first echo restoration unit 181 calculated and calculated the power spectrum of the received signal by performing a fast Fourier transform (FFT) or a discrete Fourier transform (DFT) on the received signal matched to the phase of the primary echo. Remove the terrain echo from the power spectrum. A terrain echo is a large reflected wave from the ground or mountain within the same range cell as the primary echo. In this way, the received signal in the primary echo region is restored. The process up to this point is step ST11.
  • FFT fast Fourier transform
  • DFT discrete Fourier transform
  • the first echo restoration unit 181 multiplies the received signal input from the receiving unit 17 by a phase sequence that cancels the phase modulation phase sequence applied to the transmitted signal one cycle before, thereby multiplying the phase of the received signal. To match the phase of the second-order echo. Then, the first echo restoration unit 181 calculates the power spectrum of the received signal by FFT or DFT of the received signal matched to the phase of the secondary echo, and removes the terrain echo from the calculated power spectrum. In this way, the received signal in the secondary echo region is restored.
  • the process up to this point is step ST12.
  • the first echo parameter calculation unit 182 calculates the first primary echo parameter based on the power spectrum of the received signal in the primary echo region calculated by the first echo restoration unit 181 (step ST13). For example, the first echo parameter calculation unit 182 calculates the first primary echo parameter including the intensity of the primary echo, the Doppler velocity, and the spectral width based on the power spectrum of the received signal in the primary echo region. For example, the pulse pair method or the moment method is used to calculate the echo parameters.
  • the first echo parameter calculation unit 182 calculates the first secondary echo parameter based on the power spectrum of the received signal in the secondary echo region calculated by the first echo restoration unit 181 (step ST14). For example, the first echo parameter calculation unit 182 calculates the first secondary echo parameter including the intensity of the secondary echo, the Doppler velocity, and the spectral width based on the power spectrum of the received signal in the secondary echo region. Similar to the primary echo parameter, for example, the pulse pair method or the moment method is used to calculate the echo parameter.
  • the echo state determination unit 183 determines the strength relationship between the primary echo and the secondary echo (step ST15).
  • the echo state determination unit 183 sets the echo extraction method according to the determination result of the strength relationship between the primary echo and the secondary echo in the second echo restoration unit 184.
  • the primary echo is called a strong echo or a weak echo
  • the secondary echo is called a weak echo or a strong echo. That is, when the primary echo is stronger than the secondary echo, the primary echo is a strong echo and the secondary echo is a weak echo. If the secondary echo is stronger than the primary echo, the secondary echo is a strong echo and the primary echo is a weak echo.
  • FIG. 6A is a conceptual diagram showing a spectrum of strong echo.
  • FIG. 6B is a conceptual diagram showing a spectrum of a weak echo having a large difference in intensity from that of a strong echo.
  • FIG. 6C is a conceptual diagram showing the spectrum of the strong echo of FIG. 6A on which the weak echo of FIG. 6B is superimposed.
  • FIG. 6D is a conceptual diagram showing the spectrum of the weak echo of FIG. 6B on which the strong echo of FIG. 6A is superimposed.
  • the horizontal axis represents the Doppler velocity, which indicates the amplitude intensity of the echo with respect to the Doppler velocity.
  • vN is the Nyquist velocity.
  • the spectrum of the strong echo on which the weak echo is superimposed shown in FIG. 6C is the power spectrum of the echo that is in phase with the strong echo but not in phase with the weak echo.
  • the spectrum of the weak echo on which the strong echo is superimposed shown in FIG. 6D is the power spectrum of the echo that is in phase with the weak echo but not in phase with the strong echo.
  • the multi-order echoes that are out of phase are distributed as white noise over the entire frequency domain or are distributed so as to be lined up at regular intervals.
  • 6A, 6B, 6C and 6D show a case where the intensity difference between the strong echo and the weak echo is large.
  • the intensity of the strong echo A1 is larger than that of the weak echo B1, so that the power spectrum of the strong echo A1 clearly appears as shown in FIG. 6C.
  • the spectrum of the weak echo B2 is unclear because the intensity difference between the strong echo A2 and the weak echo B2 diffused over the entire frequency domain is small as shown in FIG. 6D. It becomes.
  • FIG. 7A is a conceptual diagram showing a spectrum of strong echo.
  • FIG. 7B is a conceptual diagram showing a spectrum of a weak echo having a small difference in intensity from the strong echo.
  • FIG. 7C is a conceptual diagram showing the spectrum of the strong echo of FIG. 7A on which the weak echo of FIG. 7B is superimposed.
  • FIG. 7D is a conceptual diagram showing the spectrum of the weak echo of FIG. 7B on which the strong echo of FIG. 7A is superimposed.
  • the horizontal axis represents the Doppler velocity, which indicates the amplitude intensity of the echo with respect to the Doppler velocity.
  • vN is the Nyquist velocity.
  • FIG. 7A, 7B, 7C and 7D show the case where the intensity difference between the strong echo and the weak echo is small.
  • the phase of the received signal is adjusted to the strong echo, as shown in FIG. 7C, the intensity difference between the peak of the strong echo A1 and the weak echo B1 diffused over the entire frequency domain is small, and the strong echo A1 becomes the weak echo B1. It becomes buried.
  • the phase of the received signal is adjusted to the weak echo, as shown in FIG. 7D, the intensity difference between the peak of the weak echo B2 and the strong echo A2 diffused over the entire frequency domain is small, and the weak echo B2 is a strong echo. It will be buried in A2. That is, the clarity of the spectrum of the strong echo and the weak echo is about the same regardless of whether the phase of the received signal is adjusted to the strong echo or the weak echo.
  • FIG. 8A is a conceptual diagram showing a spectrum of strong echo.
  • FIG. 8B is a conceptual diagram showing a spectrum of a weak echo having a very large difference in intensity from the strong echo.
  • FIG. 8C is a conceptual diagram showing the spectrum of the strong echo of FIG. 8A on which the weak echo of FIG. 8B is superimposed.
  • FIG. 8D is a conceptual diagram showing the spectrum of the weak echo of FIG. 8B on which the strong echo of FIG. 8A is superimposed.
  • the horizontal axis represents the Doppler velocity, which indicates the amplitude intensity of the echo with respect to the Doppler velocity.
  • vN is the Nyquist velocity.
  • FIG. 8A, 8B, 8C and 8D show the case where the strong echo is much stronger than the weak echo, for example, a terrain echo.
  • the intensity of the strong echo A1 is much higher than that of the weak echo B1, so that the power spectrum of the strong echo A1 appears clearly as shown in FIG. 8C.
  • the phase of the received signal is adjusted to the weak echo, as shown in FIG. 8D, the spectrum of the weak echo B2 is completely buried in the strong echo A2 diffused over the entire frequency domain. That is, it is difficult to extract the weak echo B2.
  • the echo state determination unit 183 determines the strength relationship between the primary echo and the secondary echo, and when the spectrum of the strong echo is clear with respect to the weak echo, the clarity of the spectrum between the strong echo and the weak echo Determine whether is the same or the strong echo is much stronger than the weak echo and the weak echo is difficult to extract.
  • the echo state determination unit 183 sets the echo extraction method corresponding to the case of determination in the second echo restoration unit 184.
  • the method of determining the strength relationship between the primary echo and the secondary echo includes, for example, the peak value in the power spectrum of the received signal in phase with the primary echo and the power spectrum of the received signal in phase with the secondary echo. There is a method using the peak value. However, before comparing the peak values in the power spectrum of the received signal, it is desirable that the spectral components of the terrain echo distributed near the Doppler velocity 0 in the power spectrum are removed.
  • the difference or ratio between the peak value of the power spectrum of the received signal in phase with the primary echo and the peak value of the power spectrum of the received signal in phase with the secondary echo is greater than the threshold value. If it is large, it is determined that there is a clear difference, and if it is smaller than the threshold value, it is determined that there is no clear difference.
  • the method of determining the strength relationship between the primary echo and the secondary echo includes, for example, the spectral width in the power spectrum of the received signal in phase with the primary echo and the power spectrum of the received signal in phase with the secondary echo. There is a method using the spectral width. Also in this method, it is desirable that the spectral components of the terrain echo distributed near the Doppler velocity 0 in the power spectrum are removed before comparing the peak values in the power spectrum of the received signal.
  • the difference or ratio between the spectral width of the power spectrum of the received signal in phase with the primary echo and the spectral width of the power spectrum of the received signal in phase with the secondary echo is greater than the threshold value. If it is large, it is determined that there is a clear difference, and if it is smaller than the threshold value, it is determined that there is no clear difference.
  • the spectral width is used to determine the strength relationship between the primary echo and the secondary echo, the loss given to the spectrum when the echo component is removed from the spectrum becomes smaller as the spectral width becomes narrower. That is, it is considered that when the echo having the narrow spectrum width is removed, the damage given to the echo having the wide spectrum width is small. Therefore, the echo state determination unit 183 determines that the echo intensity of the narrower spectrum width is higher, and prioritizes the determination of the echo intensity difference.
  • the intensity of one of the primary and secondary echoes is much higher than that of the other echo, the power spectrum of the received signal phased to the primary echo and the received signal phased to the secondary echo.
  • the strength relationship between the primary echo and the secondary echo can be determined. There is a way to judge.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an outline of a determination process of whether or not the intensity of the strong echo is much higher than that of the weak echo.
  • the horizontal axis represents the Doppler velocity, which indicates the amplitude intensity of the echo with respect to the Doppler velocity.
  • vN is the Nyquist speed.
  • the spectrum shown in FIG. 9 is the spectrum having the higher peak intensity of the power spectrum of the received signal in phase with the primary echo and the power spectrum of the received signal with the phase in phase with the secondary echo.
  • the echo state determination unit 183 sets a mask region having a constant width centered on the peak position of the spectrum, and detects the peak even from outside the mask region.
  • the masked region is indicated by hatching
  • peaks in the spectrum are indicated by downwardly convex black triangle marks
  • peaks outside the masked region are indicated by upwardly convex black triangle marks.
  • the width Vm of the mask region is set to, for example, 1/2 or 3/4 of the width of the entire frequency region which is the Doppler speed region.
  • the echo state determination unit 183 also uses the (absolute) intensity value of the peak in the comparison of the peak values, and when the (absolute) intensity value of both spectra is equal to or more than the threshold value, both spectra extract echoes with high accuracy. Is determined to be difficult.
  • the echo state determination unit 183 may determine the strength relationship between the primary echo and the secondary echo by combining the peak value of the spectrum of the received signal and the spectrum width.
  • the second echo restoration unit 184 restores the spectrum of the strong echo and the weak echo based on the strength relationship between the strong echo and the weak echo set by the echo state determination unit 183 (step ST16). For example, the second echo restoration unit 184 performs a process of matching the phase of the received signal input from the receiving unit 17 with a strong echo or a weak echo and a process of calculating the power spectrum. For the restoration of the spectra of the strong echo and the weak echo, the information on the echo restored by the first echo restoration unit 181 and the first echo parameter calculated by the first echo parameter calculation unit 182 are used. You can also do it. Further, in the restoration of the spectrum of the strong echo and the weak echo, a process of removing the terrain echo from the spectrum is performed as necessary.
  • the second echo restoration unit 184 calculates the power spectrum by matching the phase of the received signal with the strong echo. , Remove the terrain echo component from the calculated power spectrum. As a result, a strong echo is extracted and its power spectrum is calculated. The second echo restoration unit 184 calculates the power spectrum by matching the phase of the received signal with the strong echo, and removes the terrain echo component and the strong echo component from the calculated power spectrum. Then, the second echo restoration unit 184 calculates the power spectrum by matching the phase of the received signal from which the terrain echo component and the strong echo component have been removed to the weak echo, and calculates the terrain echo component on the weak echo side from the calculated power spectrum. Remove. As a result, a weak echo is extracted and its power spectrum is calculated.
  • the above processing is the restoration of the echo spectrum by the echo extraction method according to the case where the spectrum of the strong echo is clear with respect to the weak echo.
  • the second echo restoration unit 184 adjusts the phase of the received signal to the strong echo and power spectrum when the echo state determination unit 183 sets that the spectral clarity of the strong echo and the weak echo is about the same. Is calculated, and the terrain echo component and the strong echo component are removed from the calculated power spectrum. Then, the second echo restoration unit 184 calculates the power spectrum by matching the phase of the received signal from which the terrain echo component and the strong echo component have been removed to the weak echo, and calculates the terrain echo component on the weak echo side from the calculated power spectrum. Remove. As a result, a weak echo is extracted and its power spectrum is calculated.
  • the second echo restoration unit 184 calculates the power spectrum by matching the phase of the received signal with the weak echo, and removes the terrain echo component and the weak echo component from the calculated power spectrum. Then, the second echo restoration unit 184 calculates the power spectrum by matching the phase of the received signal from which the terrain echo component and the weak echo component have been removed to the strong echo, and calculates the terrain echo component on the strong echo side from the calculated power spectrum. Remove. As a result, a strong echo is extracted and its power spectrum is calculated.
  • the above processing is the restoration of the echo spectrum by the echo extraction method according to the case where the spectral clarity of the strong echo and the weak echo is the same.
  • the second echo restoration unit 184 receives from the echo state determination unit 183 when the strong echo has a much higher intensity than the weak echo and it is difficult to extract the weak echo by the strong echo.
  • the power spectrum is calculated by matching the phase of the signal with the strong echo, and the terrain echo component is removed from the calculated power spectrum to calculate the strong echo power spectrum.
  • the weak echo is replaced with, for example, white noise and invalidated. If both strong echo and weak echo are difficult to extract, both echoes are invalidated.
  • the second echo parameter calculation unit 185 calculates the second echo parameter based on the echo spectrum restored by the second echo restoration unit 184 (step ST17).
  • the second echo parameter includes, for example, a polarization parameter and a multi-lag estimate, in addition to the echo intensity, Doppler velocity and spectral width included in the first echo parameter.
  • Polarization parameters include radar cross section differences, interpolar phase differences, and interpolar correlation coefficients.
  • the second primary echo parameter for the primary echo and the second secondary echo parameter for the secondary echo are the echo parameter of the second strong echo and the second weak depending on the strength relationship between the primary echo and the secondary echo. It is used as an echo parameter of echo.
  • the echo parameter output unit 186 re-associates the second echo parameter for the strong echo and the weak echo calculated by the second echo parameter calculation unit 185 with the primary echo and the secondary echo, so that the primary echo parameter and the second echo parameter 2 It is output as the next echo parameter (step ST18). For example, the primary echo parameter and the secondary echo parameter are displayed on the display device.
  • FIG. 10A is a block diagram showing a hardware configuration that realizes the function of the signal processing device 18, and FIG. 10B is a block diagram showing a hardware configuration that executes software that realizes the function of the signal processing device 18.
  • the first interface 100 relays, for example, a phase sequence output from the phase control unit 13 to the signal processing device 18 and a received signal output from the receiving unit 17 to the signal processing device 18.
  • the second interface 101 is, for example, an interface that relays echo parameters output from the echo parameter output unit 186 to the display device.
  • the function of 186 is realized by the processing circuit. That is, the signal processing device 18 includes a processing circuit for executing the processing from step ST11 to step ST18 shown in FIG.
  • the processing circuit may be dedicated hardware, or may be a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in the memory.
  • the processing circuit 102 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). ), FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination of these.
  • the functions of 186 may be realized by separate processing circuits, or these functions may be collectively realized by one processing circuit.
  • the processing circuit is the processor 103 shown in FIG. 10B
  • the functions of the second echo parameter calculation unit 185 and the echo parameter output unit 186 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software or firmware is described as a program and stored in the memory 104.
  • the processor 103 By reading and executing the program stored in the memory 104, the processor 103 reads and executes the first echo restoration unit 181 in the signal processing device 18, the first echo parameter calculation unit 182, the echo state determination unit 183, and the second echo state determination unit 183.
  • the functions of the echo restoration unit 184, the second echo parameter calculation unit 185, and the echo parameter output unit 186 are realized.
  • the signal processing device 18 includes a memory 104 that stores a program in which processing is eventually executed from step ST11 to step ST18 shown in FIG. 5 when executed by the processor 103.
  • the memory 104 uses the computer as a first echo restoration unit 181 and a first echo parameter calculation unit 182, an echo state determination unit 183, a second echo restoration unit 184, a second echo parameter calculation unit 185, and an echo parameter output. It may be a computer-readable storage medium in which a program for functioning as unit 186 is stored.
  • the memory 104 may be, for example, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), an EEPROM (Electrolytically Magnetically Volatile-EROM), or the like. This includes disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, DVDs, and the like.
  • Some of the functions of 186 may be realized by dedicated hardware, and some may be realized by software or firmware.
  • the echo parameter output unit 186 realizes a function by a processing circuit 102 which is dedicated hardware, and has a first echo restoration unit 181, a first echo parameter calculation unit 182, an echo state determination unit 183, and a second echo parameter output unit 186.
  • the echo restoration unit 184 and the second echo parameter calculation unit 185 realize the functions by the processor 103 reading and executing the program stored in the memory 104.
  • the processing circuit can realize the above-mentioned functions by hardware, software, firmware or a combination thereof.
  • the signal processing device 18 extracts the primary echo and the secondary echo from the received signal based on the echo extraction method according to the strength relationship between the primary echo and the secondary echo. Then, the spectra of the primary echo and the secondary echo are calculated, and the primary echo parameter and the secondary echo parameter are calculated based on these spectra. The primary echo and the secondary echo are extracted from the received signal according to the strength relationship between the primary echo and the secondary echo so that the extraction accuracy of the echo is high. As a result, the signal processing device 18 can improve the estimation accuracy of the echo.
  • the echo state determination unit 183 determines the strength of the primary echo and the secondary echo based on the peak value of the spectrum of the primary echo and the peak value of the spectrum of the secondary echo. Determine the relationship. It is possible to accurately discriminate between the primary echo and the secondary echo, and it is possible to accurately determine the strength relationship between the primary echo and the secondary echo.
  • the echo state determination unit 183 determines the strength relationship between the primary echo and the secondary echo based on the spectral width of the primary echo and the spectral width of the secondary echo. .. As a result, the echo state determination unit 183 determines the strength of the primary echo and the secondary echo according to the residual state of the weak echo in the spectrum from which the strong echo component has been removed or the damage caused by the removal of the strong echo component to the weak echo. The relationship can be determined.
  • the echo state determination unit 183 determines the difference between the peak value in the spectrum of the primary echo or the secondary echo and the peak value in the spectrum region separated from the peak position by a certain distance or more. If the ratio is greater than or equal to the threshold, the primary or secondary echo is noisy, or both the primary and secondary echoes are noisy. In this way, the echo that is expected to deteriorate the estimation accuracy of the echo based on the strength relationship between the primary echo and the secondary echo is invalidated (noise-ized) without estimating the echo parameter. As a result, erroneous estimation of echo parameters can be suppressed.
  • the radar device 1 according to the first embodiment includes the signal processing device 18, the above-mentioned effect can be obtained.
  • the signal processing method according to the first embodiment is a series of processes shown in FIG. 5 carried out by the signal processing device 18, the above-mentioned effects can be obtained.
  • the radar device 1 uses the echo parameters of the secondary echo calculated by converting the primary echo into noise by the signal processing device 18, so that the radar device 1 can be used with an object existing beyond the distance measurement range from which the primary echo was obtained. The distance can be measured. Further, the signal processing device 18 can be applied not only to a radar device but also to an observation device using an electromagnetic wave or a sound wave as a pulse wave. In addition to the radar device, the observation device includes a lidar device (for example, a light wave radar) and a soda device which is a sound wave radar.
  • a lidar device for example, a light wave radar
  • soda device which is a sound wave radar.
  • the signal processing device can be used, for example, as a radar device.
  • 1 Radar device 11 Pulse transmission unit, 12 Phase modulation unit, 13 Phase control unit, 14 Transmission unit, 15 Transmission / reception switching unit, 16 Antenna unit, 17 Reception unit, 18 Signal processing device, 100 1st interface, 101 2nd Interface, 102 processing circuit, 103 processor, 104 memory, 181 first echo restoration unit, 181a primary echo restoration unit, 181b secondary echo restoration unit, 182 first echo parameter calculation unit, 183 echo state determination unit, 184 2nd echo restoration unit, 184a strong echo restoration unit, 184b strong echo removal unit, 184c weak echo extraction unit, 184d weak echo restoration unit, 184e weak echo removal unit, 184f strong echo extraction unit, 185 second echo parameters Calculation unit, 186 echo parameter output unit.

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Abstract

信号処理装置（１８）は、１次エコーと２次エコーとの強弱関係に応じたエコー抽出方法に基づいて、受信信号から１次エコーおよび２次エコーを抽出して１次エコーおよび２次エコーのスペクトルを算出し、これらのスペクトルに基づいて１次エコーパラメータおよび２次エコーパラメータを算出する。

Description

信号処理装置、レーダ装置および信号処理方法
　本開示は、信号処理装置、レーダ装置および信号処理方法に関する。
　レーダ装置は、パルス信号を電磁波として空間に繰り返し送信し、空間内で反射されたパルス波動の反射波の受信信号を信号処理することにより、パルス波動を反射した物体との距離を測定する。レーダ装置によって受信される反射波には、パルス波動が送信されてから次周期のパルス波動が送信される前に、空間で反射されたパルス波動の反射波である１次エコーと、１つ以上前の周期で送信されたパルス波動が、１次エコーが得られた測定範囲よりも以遠の物体で反射された反射波である多次エコーがある。
　多次エコーは、一般に、１次エコーとほぼ同じ距離測定範囲で発生するため、１次エコーと誤って認識されるか、多次エコーが重畳した１次エコーが本来の特性を過大または過小に評価させる要因となり得る。これに対し、例えば、非特許文献１には、送信するパルス信号に対してパルス間の位相変調を施し、１次エコーを復元する際には、２次エコーを雑音化またはその除去を行い、２次エコーを復元する際は、１次エコーを雑音化またはその除去を行う技術が記載されている。１次エコーおよび２次エコーのうちのいずれか一方が雑音化または除去されるので、１次エコーおよび２次エコーの推定精度を高めることが可能である。以降、２次の多次エコーについて説明するが、２次以上の多次エコーについても同様である。
Ｐａｕｌ　Ｊｏｅ，Ｒｉｃｈａｒｄ　Ｐａｓｓａｒｅｌｌｉ　Ｊｒ．，Ａｌａｎ　Ｓｉｇｇｉａ，Ｊｏｈｎ　Ｓｃｏｔｔ，　"ＲＡＮＤＯＭ　ＰＨＡＳＥ　ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ　ＦＯＲ　ＴＨＥ　ＲＥＣＯＶＥＲＹ　ＯＦ　ＳＥＣＯＮＤ　ＴＲＩＰ　ＥＣＨＯＥＳ"　，ＣＯＳＴ－７５，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｍｉｎａｒ，１９９４．
　非特許文献１に記載された従来の技術は、１次エコーおよび２次エコーのうち、一方のエコーの強度が他方のエコーの強度よりも高いか、もしくは、一方のエコーのスペクトル幅が他方のエコーのスペクトル幅よりも広い場合に、他方のエコーの推定精度が劣化するという課題があった。
　本開示は上記課題を解決するものであり、エコーの推定精度を向上させることができる信号処理装置、レーダ装置および信号処理方法を得ることを目的とする。
　本開示に係る信号処理装置は、パルス波動が空間に繰り返し送信され、空間で反射されたパルス波動の反射波の受信信号を信号処理する信号処理装置であって、反射波の受信信号を位相補正することにより１次エコー領域の受信信号および２次エコー領域の受信信号を復元する第１のエコー復元部と、１次エコー領域の受信信号に基づいて、１次エコーの強度、ドップラ速度およびスペクトル幅を含む第１の１次エコーパラメータを算出し、２次エコー領域の受信信号に基づいて、２次エコーの強度、ドップラ速度およびスペクトル幅を含む第１の２次エコーパラメータを算出する第１のエコーパラメータ算出部と、第１の１次エコーパラメータおよび第１の２次エコーパラメータに基づいて、１次エコーと２次エコーとの強弱関係を判定し、判定の結果に応じたエコー抽出方法を設定するエコー状態判定部と、エコー抽出方法に基づいて、反射波の受信信号から１次エコーおよび２次エコーを抽出して１次エコーのスペクトルおよび２次エコーのスペクトルを復元する第２のエコー復元部と、１次エコーのスペクトルおよび２次エコーのスペクトルに基づいて、１次エコーに関する第２の１次エコーパラメータと２次エコーに関する第２の２次エコーパラメータを算出する第２のエコーパラメータ算出部と、第２の１次エコーパラメータおよび第２の２次エコーパラメータを、エコーの推定結果として出力するエコーパラメータ出力部とを備える。
　本開示によれば、１次エコーと２次エコーとの強弱関係に応じたエコー抽出方法に基づいて、受信信号から１次エコーおよび２次エコーを抽出して１次エコーおよび２次エコーのスペクトルが算出され、これらのスペクトルに基づいて、１次エコーパラメータおよび２次エコーパラメータが算出される。エコーの抽出精度が高くなるように、１次エコーと２次エコーとの強弱関係に応じて、受信信号から１次エコーと２次エコーが抽出される。これにより、本開示に係る信号処理装置はエコーの推定精度を向上させることができる。
実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。 第１のエコー復元部の構成を示すブロック図である。 第２のエコー復元部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る信号処理方法を示すフローチャートである。 図６Ａは、強エコーのスペクトルを示す概念図であり、図６Ｂは、強エコーとの強度の差が大きい弱エコーのスペクトルを示す概念図であり、図６Ｃは、図６Ｂの弱エコーが重畳した図６Ａの強エコーのスペクトルを示す概念図であり、図６Ｄは、図６Ａの強エコーが重畳した図６Ｂの弱エコーのスペクトルを示す概念図である。 図７Ａは、強エコーのスペクトルを示す概念図であり、図７Ｂは、強エコーとの強度の差が小さい弱エコーのスペクトルを示す概念図であり、図７Ｃは、図７Ｂの弱エコーが重畳した図７Ａの強エコーのスペクトルを示す概念図であり、図７Ｄは、図７Ａの強エコーが重畳した図７Ｂの弱エコーのスペクトルを示す概念図である。 図８Ａは、強エコーのスペクトルを示す概念図であり、図８Ｂは、強エコーとの強度の差が非常に大きい弱エコーのスペクトルを示す概念図であり、図８Ｃは、図８Ｂの弱エコーが重畳した図８Ａの強エコーのスペクトルを示す概念図であり、図８Ｄは、図８Ａの強エコーが重畳した図８Ｂの弱エコーのスペクトルを示す概念図である。 強エコーの強度が弱エコーよりも非常に大きいか否かの判定処理の概要を示す説明図である。 図１０Ａは、実施の形態１に係る信号処理装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図であり、図１０Ｂは、実施の形態１に係る信号処理装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置１は、パルス信号を電磁波として空間に繰り返し送信し、当該空間内の物体において反射されたパルス波動の反射波の受信信号を信号処理することにより、物体との距離を測定する。レーダ装置１は、パルス発信部１１、位相変調部１２、位相制御部１３、送信部１４、送受切り替え部１５、空中線部１６、受信部１７および信号処理装置１８を備えて構成される。
　パルス発信部１１は、パルス信号を繰り返し発信する。位相変調部１２は、パルス発信部１１から発信されたパルス信号の時系列を位相変調して送信信号を生成する。位相制御部１３は、位相変調に用いる位相系列を生成する。位相変調部１２は、位相制御部１３によって生成された位相系列に従い、パルス発信部１１から発信されたパルス列を位相変調する。位相制御部１３によって生成された位相系列は位相変調部１２および信号処理装置１８に出力される。
　送信部１４は、位相変調部１２によって位相変調されたパルス信号に対して増幅および周波数変換を行うことにより送信信号を生成する。送信部１４によって生成されたパルス状の送信信号は、送受切り替え部１５を通じて空中線部１６に出力される。送受切り替え部１５は、入力信号の出力先を、空中線部１６と受信部１７で切り替える。例えば、送受切り替え部１５は、送信部１４によって生成された送信信号を空中線部１６に出力し、空中線部１６によって受信された信号を受信部１７に出力する。
　空中線部１６は、送信部１４によって生成された送信信号を大気中に送信し、大気中に存在する物体で送信信号が反射された反射波を受信する。受信部１７は、空中線部１６によって受信された信号に対して周波数変換および増幅を行うことにより、受信信号を生成する。受信部１７によって生成された受信信号は、信号処理装置１８に出力される。
　信号処理装置１８は、送信信号の位相変調に用いられた位相系列に基づいて、受信信号から１次エコーを復調し、２次エコーを抑圧する信号処理を行う。図２は、実施の形態１に係る信号処理装置１８の構成を示すブロック図である。図２において、信号処理装置１８は、第１のエコー復元部１８１、第１のエコーパラメータ算出部１８２、エコー状態判定部１８３、第２のエコー復元部１８４、第２のエコーパラメータ算出部１８５およびエコーパラメータ出力部１８６を備える。
　第１のエコー復元部１８１は、位相制御部１３から出力された位相系列を用いて、受信部１７によって生成された反射波の受信信号を位相補正することにより、１次エコー領域の受信信号および２次エコー領域の受信信号を復元する。
　第１のエコーパラメータ算出部１８２は、１次エコー領域の受信信号に基づいて、１次エコーの強度（受信電力）、ドップラ速度およびスペクトル幅を含む第１の１次エコーパラメータを算出する。さらに、第１のエコーパラメータ算出部１８２は、２次エコー領域の受信信号に基づいて、２次エコーの強度（振幅強度）、ドップラ速度およびスペクトル幅を含む第１の２次エコーパラメータを算出する。第１のエコーパラメータには、エコーのパワースペクトルが含まれてもよいし、エコーのスペクトル幅の代わりに、エコーのドップラ速度幅が含まれてもよい。
　エコー状態判定部１８３は、第１の１次エコーパラメータおよび第１の２次エコーパラメータに基づいて、１次エコーと２次エコーとの強弱関係を判定し、判定の結果に応じたエコー抽出方法を、第２のエコー復元部１８４に設定する。１次エコーが２次エコーよりも強度が大きい場合には、１次エコーが強エコーであり、２次エコーが弱エコーである。また、２次エコーが１次エコーよりも強度が大きければ、２次エコーが強エコーであり、１次エコーが弱エコーである。
　エコー抽出方法には、強エコーと弱エコーの強度差に応じた第１の抽出方法、第２の抽出方法および第３の抽出方法がある。第１の抽出方法は、強エコーと弱エコーの強度差が大きく、両者の強弱関係が明瞭である場合に対応した方法である。第２の抽出方法は、強エコーと弱エコーの強度差が小さく、両者の強弱関係が不明瞭である場合に対応した方法である。第３の抽出方法は、強エコーが弱エコーよりも非常に大きい強度を有し、この強エコーによって弱エコーの抽出が困難である場合に対応した方法である。
　第２のエコー復元部１８４は、エコー状態判定部１８３によって設定されたエコー抽出方法に基づいて、反射波の受信信号から１次エコーおよび２次エコーを抽出して１次エコーのスペクトルおよび２次エコーのスペクトルを復元する。第２のエコーパラメータ算出部１８５は、１次エコーのスペクトルおよび２次エコーのスペクトルに基づいて、１次エコーに関する第２の１次エコーパラメータと２次エコーに関する第２の２次エコーパラメータを算出する。
　エコーパラメータ出力部１８６は、第２の１次エコーパラメータおよび第２の２次エコーパラメータを、エコーの推定結果として出力する。例えば、エコーパラメータ出力部１８６は、エコーパラメータを一定の出力形式に変換することにより、表示装置に表示させる。
　図３は、第１のエコー復元部１８１の構成を示すブロック図である。第１のエコー復元部１８１は、図３に示すように、１次エコー復元部１８１ａと２次エコー復元部１８１ｂを備える。１次エコー復元部１８１ａは、位相制御部１３から出力された位相系列を用いて、受信部１７によって生成された反射波の受信信号を位相補正することにより、１次エコー領域の受信信号を復元する。例えば、１次エコー復元部１８１ａは、反射波の受信信号の位相を１次エコー領域の受信信号の位相に合わせる。すなわち、送信信号の位相変調に用いられた位相系列が相殺されるように、反射波の受信信号に対して、位相制御部１３から出力された位相系列の逆位相系列が乗算される。これにより、受信信号の位相が１次エコー領域の受信信号の位相に合うように補正されて、１次エコー領域の受信信号が復元される。
　２次エコー復元部１８１ｂは、位相制御部１３から出力された位相系列を用いて、受信部１７によって生成された反射波の受信信号を位相補正することにより、２次エコー領域の受信信号を復元する。例えば、２次エコー復元部１８１ｂは、反射波の受信信号の位相を２次エコー領域の受信信号の位相に合わせる。すなわち、１周期前の送信信号の位相変調に用いられた位相系列が相殺されるように、反射波の受信信号に対し、１次エコーの復元に用いられた位相系列の１周期前の位相系列の逆位相系列が乗算される。これにより、受信信号の位相が２次エコー領域の受信信号の位相に合うように補正されて、２次エコー領域の受信信号が復元される。
　図４は、第２のエコー復元部１８４の構成を示すブロック図である。第２のエコー復元部１８４には、位相制御部１３から位相系列が入力され、受信部１７から受信信号が入力され、エコー状態判定部１８３によりエコー抽出方法が設定される。例えば、エコー状態判定部１８３によって１次エコーと２次エコーの強弱関係が判定された結果として得られた強エコーおよび弱エコーが第２のエコー復元部１８４に設定される。これにより、第２のエコー復元部１８４には、強エコーと弱エコーの強度差に応じたエコー抽出方法が設定される。強エコーまたは弱エコーは、１次エコーまたは２次エコーであるので、これらは対応付けて管理される。
　第２のエコー復元部１８４は、図４に示すように、強エコー復元部１８４ａ、強エコー除去部１８４ｂ、弱エコー抽出部１８４ｃ、弱エコー復元部１８４ｄ、弱エコー除去部１８４ｅおよび強エコー抽出部１８４ｆを備える。強エコー復元部１８４ａは、位相制御部１３から入力した位相系列を用いて、受信部１７から入力した受信信号の位相を、エコー状態判定部１８３によって設定された強エコーの位相に合わせる。
　例えば、強エコーが１次エコーであった場合、強エコー復元部１８４ａは、位相制御部１３から入力した位相系列が相殺されるように、受信信号に対して当該位相系列が乗算される。また、強エコーが２次エコーである場合、強エコー復元部１８４ａは、１周期前の送信信号の位相変調に用いられた位相系列が相殺されるように、受信信号に当該位相系列が乗算される。これにより、受信信号の位相が強エコーの位相に合うように補正されて、強エコーが復元される。
　強エコー除去部１８４ｂは、強エコー復元部１８４ａが強エコーの位相に合わせた受信信号のパワースペクトルから、強エコーのスペクトル成分を検出して除去する。弱エコー抽出部１８４ｃは、位相制御部１３から入力した位相系列を用いて、強エコー除去部１８４ｂによって強エコーのスペクトル成分が除去された受信信号の位相を、弱エコーの位相に合わせる。そして、弱エコー抽出部１８４ｃは、弱エコーの位相に合わせた受信信号のパワースペクトルから、弱エコーのスペクトル成分を抽出する。
　弱エコー復元部１８４ｄは、位相制御部１３から入力した位相系列を用いて、受信部１７から入力した受信信号の位相を、エコー状態判定部１８３によって設定された弱エコーの位相に合わせる。例えば、弱エコーが１次エコーである場合、弱エコー復元部１８４ｄは、位相制御部１３から入力した位相系列が相殺されるように、受信信号に対して当該位相系列が乗算される。また、弱エコーが２次エコーである場合、弱エコー復元部１８４ｄは、１周期前の送信信号の位相変調に用いられた位相系列が相殺されるように、受信信号に当該位相系列が乗算される。これにより、受信信号の位相が弱エコーの位相に合うように補正されて、弱エコーが復元される。
　弱エコー除去部１８４ｅは、弱エコー復元部１８４ｄが弱エコーの位相に合わせた受信信号のパワースペクトルから、弱エコーのスペクトル成分を検出して除去する。強エコー抽出部１８４ｆは、位相制御部１３から入力した位相系列を用いて、弱エコー除去部１８４ｅによって弱エコーのスペクトル成分が除去された受信信号の位相を、強エコーの位相に合わせる。そして、強エコー抽出部１８４ｆは、強エコーの位相に合わせた受信信号のパワースペクトルから、強エコーのスペクトル成分を抽出する。
　信号処理装置１８による信号処理は、以下の通りである。
　図５は、実施の形態１に係る信号処理方法を示すフローチャートであり、信号処理装置１８によって推定されたエコーに関するエコーパラメータが出力されるまでの一連の処理を示している。
　第１のエコー復元部１８１は、受信部１７から入力した受信信号に対して、送信信号に施された位相変調の位相系列を相殺する位相系列を乗ずることにより、受信信号の位相を１次エコーの位相に合わせる。そして、第１のエコー復元部１８１は、１次エコーの位相に合わせた受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）もしくは離散フーリエ変換（ＤＦＴ）することによって、受信信号のパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルから地形エコーを除去する。地形エコーとは、１次エコーと同じレンジセル内にある地面あるいは山からの大きな反射波である。このようにして１次エコー領域の受信信号が復元される。ここまでの処理がステップＳＴ１１である。
　第１のエコー復元部１８１は、受信部１７から入力した受信信号に対して、１周期前の送信信号に施された位相変調の位相系列を相殺する位相系列を乗ずることにより、受信信号の位相を２次エコーの位相に合わせる。そして、第１のエコー復元部１８１は、２次エコーの位相に合わせた受信信号をＦＦＴもしくはＤＦＴすることによって、受信信号のパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルから地形エコーを除去する。このようにして、２次エコー領域の受信信号が復元される。ここまでの処理がステップＳＴ１２である。
　第１のエコーパラメータ算出部１８２は、第１のエコー復元部１８１によって算出された１次エコー領域の受信信号のパワースペクトルに基づいて、第１の１次エコーパラメータを算出する（ステップＳＴ１３）。例えば、第１のエコーパラメータ算出部１８２は、１次エコー領域の受信信号のパワースペクトルに基づいて、１次エコーの強度、ドップラ速度およびスペクトル幅を含む第１の１次エコーパラメータを算出する。エコーパラメータの算出には、例えば、パルスペア法またはモーメント法が用いられる。
　第１のエコーパラメータ算出部１８２は、第１のエコー復元部１８１によって算出された２次エコー領域の受信信号のパワースペクトルに基づいて、第１の２次エコーパラメータを算出する（ステップＳＴ１４）。例えば、第１のエコーパラメータ算出部１８２は、２次エコー領域の受信信号のパワースペクトルに基づいて、２次エコーの強度、ドップラ速度およびスペクトル幅を含む第１の２次エコーパラメータを算出する。１次エコーパラメータと同様に、エコーパラメータの算出には、例えば、パルスペア法またはモーメント法が用いられる。
　エコー状態判定部１８３は、１次エコーと２次エコーとの強弱関係を判定する（ステップＳＴ１５）。エコー状態判定部１８３は、１次エコーと２次エコーとの強弱関係の判定結果に応じたエコー抽出方法を第２のエコー復元部１８４に設定する。以下の処理では、１次エコーが強エコーまたは弱エコーと呼ばれ、２次エコーが弱エコーまたは強エコーと呼ばれる。すなわち、１次エコーが２次エコーよりも強度が大きい場合には、１次エコーが強エコーであり、２次エコーが弱エコーである。２次エコーが１次エコーよりも強度が大きければ、２次エコーが強エコーであり、１次エコーが弱エコーである。
　図６Ａは、強エコーのスペクトルを示す概念図である。図６Ｂは、強エコーとの強度の差が大きい弱エコーのスペクトルを示す概念図である。図６Ｃは、図６Ｂの弱エコーが重畳した図６Ａの強エコーのスペクトルを示す概念図である。図６Ｄは、図６Ａの強エコーが重畳した図６Ｂの弱エコーのスペクトルを示す概念図である。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄにおいて、横軸はドップラ速度を示しており、ドップラ速度に対するエコーの振幅強度を示しいる。ｖＮは、ナイキスト速度である。
　図６Ｃに示す弱エコーが重畳した強エコーのスペクトルは、強エコーに位相が合っているが、弱エコーには位相が合っていないエコーのパワースペクトルである。図６Ｄに示す強エコーが重畳した弱エコーのスペクトルは、弱エコーに位相が合っているが、強エコーには位相が合っていないエコーのパワースペクトルである。位相変調を用いた多次エコーの抑圧処理では、位相が合っていない多次エコーは、周波数領域全域に白色雑音的に分布するか、一定の間隔で並ぶように分布する。
　図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄは、強エコーと弱エコーとの強度差が大きい場合を示している。受信信号の位相が強エコーに合わせられた場合、強エコーＡ１の強度が弱エコーＢ１よりも大きいので、図６Ｃに示すように、強エコーＡ１のパワースペクトルが明瞭に現れる。受信信号の位相が弱エコーに合わせられた場合は、図６Ｄに示すように、周波数領域全域に拡散した強エコーＡ２と弱エコーＢ２との強度差が小さいので、弱エコーＢ２のスペクトルは不明瞭となる。
　図７Ａは、強エコーのスペクトルを示す概念図である。図７Ｂは、強エコーとの強度の差が小さい弱エコーのスペクトルを示す概念図である。図７Ｃは、図７Ｂの弱エコーが重畳した図７Ａの強エコーのスペクトルを示す概念図である。図７Ｄは、図７Ａの強エコーが重畳した図７Ｂの弱エコーのスペクトルを示す概念図である。図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃおよび図７Ｄにおいて、横軸はドップラ速度を示しており、ドップラ速度に対するエコーの振幅強度を示しいる。ｖＮは、ナイキスト速度である。
　図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃおよび図７Ｄは、強エコーと弱エコーとの強度差が小さい場合を示している。受信信号の位相が強エコーに合わせられた場合、図７Ｃに示すように、強エコーＡ１のピークと周波数領域全域に拡散した弱エコーＢ１との強度差が小さく、強エコーＡ１が弱エコーＢ１に埋もれた状態になる。受信信号の位相が弱エコーに合わせられた場合においても、図７Ｄに示すように、弱エコーＢ２のピークと周波数領域全域に拡散した強エコーＡ２との強度差が小さく、弱エコーＢ２が強エコーＡ２に埋もれた状態になる。すなわち、受信信号の位相が強エコーまたは弱エコーのいずれに合わせられても、強エコーと弱エコーのスペクトルの明瞭さは同程度になる。
　図８Ａは、強エコーのスペクトルを示す概念図である。図８Ｂは、強エコーとの強度の差が非常に大きい弱エコーのスペクトルを示す概念図である。図８Ｃは、図８Ｂの弱エコーが重畳した図８Ａの強エコーのスペクトルを示す概念図である。図８Ｄは、図８Ａの強エコーが重畳した図８Ｂの弱エコーのスペクトルを示す概念図である。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃおよび図８Ｄにおいて、横軸はドップラ速度を示しており、ドップラ速度に対するエコーの振幅強度を示しいる。ｖＮは、ナイキスト速度である。
　図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃおよび図８Ｄは、強エコーが、例えば、地形エコーのように、弱エコーに比べて非常に強度が大きい場合を示している。受信信号の位相が強エコーに合わせられた場合、強エコーＡ１の強度が弱エコーＢ１よりも非常に大きいので、図８Ｃに示すように、強エコーＡ１のパワースペクトルが明瞭に現れる。また、受信信号の位相が弱エコーに合わせられた場合には、図８Ｄに示すように、弱エコーＢ２のスペクトルが、周波数領域全域に拡散した強エコーＡ２に完全に埋もれた状態となる。すなわち、弱エコーＢ２の抽出は困難である。
　エコー状態判定部１８３は、１次エコーと２次エコーとの強弱関係を判定することで、弱エコーに対して強エコーのスペクトルが明瞭である場合、強エコーと弱エコーとのスペクトルの明瞭さが同程度である場合および強エコーが弱エコーよりも非常に大きい強度であり、弱エコーの抽出が困難である場合のいずれであるかを決定する。エコー状態判定部１８３は、決定した場合に対応するエコー抽出方法を、第２のエコー復元部１８４に設定する。
　１次エコーと２次エコーの強弱関係の判定方法には、例えば、１次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルにおけるピーク値と、２次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルにおけるピーク値とを用いる方法がある。ただし、受信信号のパワースペクトルにおけるピーク値を比較する前に、当該パワースペクトルにおけるドップラ速度０付近に分布する地形エコーのスペクトル成分が除去されていることが望ましい。
　エコー状態判定部１８３は、１次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルのピーク値と２次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルのピーク値との差もしくは比が、閾値よりも大きければ明瞭な差があると判定し、閾値よりも小さければ明瞭な差はないと判定する。
　１次エコーと２次エコーの強弱関係の判定方法には、例えば、１次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルにおけるスペクトル幅と、２次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルにおけるスペクトル幅とを用いる方法がある。この方法においても、受信信号のパワースペクトルにおけるピーク値を比較する前に、当該パワースペクトルにおけるドップラ速度０付近に分布する地形エコーのスペクトル成分が除去されていることが望ましい。
　エコー状態判定部１８３は、１次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルのスペクトル幅と２次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルのスペクトル幅との差もしくは比が、閾値よりも大きければ明瞭な差があると判定し、閾値よりも小さければ明瞭な差はないと判定する。ただし、１次エコーと２次エコーの強弱関係の判定にスペクトル幅を用いる場合、スペクトル幅が狭くなるに伴いエコー成分をスペクトルから除去したときにスペクトルに与える損失は小さくなる。すなわち、スペクトル幅が狭い方のエコーを除去したときにスペクトル幅が広い方のエコーへに与えるダメージが小さいと考えられる。そこで、エコー状態判定部１８３は、スペクトル幅が狭い方のエコーの強度が大きいと判定し、エコーの強度差の判定を優先して行う。
　１次エコーおよび２次エコーのうち、一方のエコーの強度が他方のエコーよりも非常に大きい場合、１次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルおよび２次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルのうち、ピーク強度が高い方のスペクトルにおいて、ピーク値とこのピーク位置から一定の距離以上離れた領域のピーク値とを比較することにより、１次エコーと２次エコーの強弱関係を判定する方法がある。
　図９は、強エコーの強度が弱エコーよりも非常に大きいか否かの判定処理の概要を示す説明図である。図９において、横軸はドップラ速度を示しており、ドップラ速度に対するエコーの振幅強度を示しいる。ｖＮはナイキスト速度である。図９に示すスペクトルは、１次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルおよび２次エコーに位相を合わせた受信信号のパワースペクトルのうち、ピーク強度が高い方のスペクトルである。
　エコー状態判定部１８３は、図９に示すように、スペクトルのピーク位置を中心として一定の幅のマスク領域を設定し、マスク領域外からもピークを検出する。図９において、マスク領域がハッチングで示され、スペクトルにおけるピークが、下に凸の黒三角形マークで示され、マスク領域外におけるピークが、上に凸の黒三角形マークで示されている。スペクトルのピーク値とマスク領域外のピーク値との差もしくは比が閾値以上である場合に、エコー状態判定部１８３は、強エコーのスペクトルのサイドローブが弱エコーのスペクトルが拡散した領域まで広がっており、弱エコーの抽出が困難であると判定する。
　マスク領域の幅Ｖｍは、例えば、ドップラ速度領域である全周波数領域の１／２または３／４の幅に設定される。なお、弱エコー側にも強度が高いエコーが存在する場合には、スペクトルのピーク値とマスク領域外のピーク値との強度差が小さくなると考えられる。そのため、エコー状態判定部１８３は、ピーク値の比較においてピークの（絶対）強度値を併用し、両スペクトルの（絶対）強度値が閾値以上である場合、両スペクトルがともに精度よくエコーを抽出することが困難であると判定する。
　なお、エコー状態判定部１８３は、受信信号のスペクトルのピーク値とスペクトル幅とを組み合わせて、１次エコーと２次エコーとの強弱関係を判定してもよい。
　第２のエコー復元部１８４は、エコー状態判定部１８３から設定された強エコーと弱エコーとの強弱関係に基づいて、強エコーと弱エコーとのスペクトルを復元する（ステップＳＴ１６）。例えば、第２のエコー復元部１８４は、受信部１７から入力した受信信号に対して、強エコーまたは弱エコーに位相を合わせる処理とパワースペクトルの算出処理を行う。なお、強エコーと弱エコーのスペクトルの復元には、第１のエコー復元部１８１によって復元されたエコーに関する情報、および、第１のエコーパラメータ算出部１８２によって算出された第１のエコーパラメータを用いることもできる。また、強エコーと弱エコーのスペクトルの復元では、必要に応じてスペクトルから地形エコーを除去する処理が行われる。
　第２のエコー復元部１８４は、エコー状態判定部１８３から弱エコーに対して強エコーのスペクトルが明瞭であることが設定された場合、受信信号の位相を強エコーに合わせてパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルから地形エコー成分を除去する。これにより、強エコーが抽出され、そのパワースペクトルが算出される。第２のエコー復元部１８４は、受信信号の位相を強エコーに合わせてパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルから地形エコー成分および強エコー成分を除去する。そして、第２のエコー復元部１８４は、地形エコー成分および強エコー成分を除去した受信信号の位相を弱エコーに合わせてパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルから弱エコー側の地形エコー成分を除去する。これにより、弱エコーが抽出され、そのパワースペクトルが算出される。以上の処理が、弱エコーに対して強エコーのスペクトルが明瞭である場合に応じたエコー抽出方法によるエコースペクトルの復元である。
　第２のエコー復元部１８４は、エコー状態判定部１８３から強エコーと弱エコーとのスペクトルの明瞭さが同程度であることが設定された場合、受信信号の位相を強エコーに合わせてパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルから地形エコー成分および強エコー成分を除去する。そして、第２のエコー復元部１８４は、地形エコー成分および強エコー成分を除去した受信信号の位相を弱エコーに合わせてパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルから弱エコー側の地形エコー成分を除去する。これにより、弱エコーが抽出され、そのパワースペクトルが算出される。
　さらに、第２のエコー復元部１８４は、受信信号の位相を弱エコーに合わせてパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルから地形エコー成分および弱エコー成分を除去する。そして、第２のエコー復元部１８４は、地形エコー成分および弱エコー成分を除去した受信信号の位相を強エコーに合わせてパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルから強エコー側の地形エコー成分を除去する。これにより、強エコーが抽出され、そのパワースペクトルが算出される。以上の処理が、強エコーと弱エコーとのスペクトルの明瞭さが同程度である場合に応じたエコー抽出方法によるエコースペクトルの復元である。
　第２のエコー復元部１８４は、エコー状態判定部１８３から、強エコーが弱エコーよりも非常に大きい強度を有し、強エコーによって弱エコーの抽出が困難であることが設定された場合、受信信号の位相を強エコーに合わせてパワースペクトルを算出し、算出したパワースペクトルから地形エコー成分を除去して強エコーのパワースペクトルを算出する。一方、弱エコーの抽出は困難であるため、弱エコーは、例えば白色雑音に置き換えられて無効値化される。また、強エコーと弱エコーがともに抽出が困難である場合は、両エコーともに無効値化される。
　続いて、第２のエコーパラメータ算出部１８５は、第２のエコー復元部１８４によって復元されたエコースペクトルに基づいて、第２のエコーパラメータを算出する（ステップＳＴ１７）。第２のエコーパラメータには、第１のエコーパラメータに含まれる、エコーの強度、ドップラ速度およびスペクトル幅に加え、例えば、偏波パラメータおよびマルチラグ推定値が含まれる。偏波パラメータには、レーダ反射因子差、偏波間位相差、および偏波間相関係数がある。１次エコーに関する第２の１次エコーパラメータおよび２次エコーに関する第２の２次エコーパラメータは、１次エコーと２次エコーの強弱関係により、第２の強エコーのエコーパラメータおよび第２の弱エコーのエコーパラメータとされる。
　エコーパラメータ出力部１８６は、第２のエコーパラメータ算出部１８５によって算出された強エコーおよび弱エコーに関する第２のエコーパラメータを１次エコーおよび２次エコーに再び対応付けることにより、１次エコーパラメータおよび２次エコーパラメータとして出力する（ステップＳＴ１８）。例えば、１次エコーパラメータおよび２次エコーパラメータは、表示装置に表示される。
　図１０Ａは、信号処理装置１８の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図であり、図１０Ｂは、信号処理装置１８の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて、第１のインタフェース１００は、例えば、位相制御部１３から信号処理装置１８へ出力される位相系列と、受信部１７から信号処理装置１８へ出力される受信信号とを中継するインタフェースである。第２のインタフェース１０１は、例えば、エコーパラメータ出力部１８６から表示装置へ出力されるエコーパラメータを中継するインタフェースである。
　信号処理装置１８における、第１のエコー復元部１８１、第１のエコーパラメータ算出部１８２、エコー状態判定部１８３、第２のエコー復元部１８４、第２のエコーパラメータ算出部１８５およびエコーパラメータ出力部１８６の機能は、処理回路によって実現される。すなわち、信号処理装置１８は、図５に示したステップＳＴ１１からステップＳＴ１８までの処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）であってもよい。
　処理回路が図１０Ａに示す専用のハードウェアの処理回路１０２である場合、処理回路１０２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）、または、これらを組み合わせたものが該当する。信号処理装置１８における、第１のエコー復元部１８１、第１のエコーパラメータ算出部１８２、エコー状態判定部１８３、第２のエコー復元部１８４、第２のエコーパラメータ算出部１８５およびエコーパラメータ出力部１８６の機能は、別々の処理回路で実現されてもよく、これらの機能がまとめて１つの処理回路で実現されてもよい。
　処理回路が図１０Ｂに示すプロセッサ１０３である場合、信号処理装置１８における、第１のエコー復元部１８１、第１のエコーパラメータ算出部１８２、エコー状態判定部１８３、第２のエコー復元部１８４、第２のエコーパラメータ算出部１８５およびエコーパラメータ出力部１８６の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ１０４に記憶される。
　プロセッサ１０３は、メモリ１０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、信号処理装置１８における第１のエコー復元部１８１、第１のエコーパラメータ算出部１８２、エコー状態判定部１８３、第２のエコー復元部１８４、第２のエコーパラメータ算出部１８５およびエコーパラメータ出力部１８６の機能を実現する。例えば、信号処理装置１８は、プロセッサ１０３によって実行されるときに、図５に示したステップＳＴ１１からステップＳＴ１８まで処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するメモリ１０４を備える。これらのプログラムは、第１のエコー復元部１８１、第１のエコーパラメータ算出部１８２、エコー状態判定部１８３、第２のエコー復元部１８４、第２のエコーパラメータ算出部１８５およびエコーパラメータ出力部１８６の手順または方法をコンピュータに実行させる。メモリ１０４は、コンピュータを、第１のエコー復元部１８１、第１のエコーパラメータ算出部１８２、エコー状態判定部１８３、第２のエコー復元部１８４、第２のエコーパラメータ算出部１８５およびエコーパラメータ出力部１８６として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
　メモリ１０４は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
　信号処理装置１８における、第１のエコー復元部１８１、第１のエコーパラメータ算出部１８２、エコー状態判定部１８３、第２のエコー復元部１８４、第２のエコーパラメータ算出部１８５およびエコーパラメータ出力部１８６の機能の一部が、専用のハードウェアで実現され、一部がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。例えば、エコーパラメータ出力部１８６は、専用のハードウェアである処理回路１０２により機能を実現し、第１のエコー復元部１８１、第１のエコーパラメータ算出部１８２、エコー状態判定部１８３、第２のエコー復元部１８４および第２のエコーパラメータ算出部１８５は、プロセッサ１０３がメモリ１０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって機能を実現する。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって、上記機能を実現することができる。
　以上のように、実施の形態１に係る信号処理装置１８は、１次エコーと２次エコーとの強弱関係に応じたエコー抽出方法に基づいて、受信信号から１次エコーおよび２次エコーを抽出して１次エコーおよび２次エコーのスペクトルを算出し、これらのスペクトルに基づいて、１次エコーパラメータおよび２次エコーパラメータを算出する。エコーの抽出精度が高くなるように、１次エコーと２次エコーとの強弱関係に応じて、受信信号から１次エコーおよび２次エコーが抽出される。これにより、信号処理装置１８は、エコーの推定精度を向上させることができる。
　実施の形態１に係る信号処理装置１８において、エコー状態判定部１８３が、１次エコーのスペクトルのピーク値と２次エコーのスペクトルのピーク値に基づいて、１次エコーと２次エコーとの強弱関係を判定する。１次エコーと２次エコーとを正確に弁別することができ、１次エコーと２次エコーの強弱関係の判定を精度よく行うことが可能である。
　実施の形態１に係る信号処理装置１８において、エコー状態判定部１８３が、１次エコーのスペクトル幅と２次エコーのスペクトル幅に基づいて、１次エコーと２次エコーとの強弱関係を判定する。これにより、エコー状態判定部１８３は、強エコー成分が除去されたスペクトルにおける弱エコーの残存状況または強エコー成分の除去が弱エコーに与えるダメージに応じて、１次エコーと２次エコーとの強弱関係を判定することができる。
　実施の形態１に係る信号処理装置１８において、エコー状態判定部１８３が、１次エコーまたは２次エコーのスペクトルにおけるピーク値とピーク位置から一定の距離以上離れたスペクトル領域におけるピーク値との差分または比が閾値以上である場合、１次エコーまたは２次エコーを雑音化する、あるいは、１次エコーおよび２次エコーをともに雑音化する。このように１次エコーと２次エコーの強弱関係に基づいてエコーの推定精度を劣化させると予想されるエコーは、エコーパラメータを推定せずに無効値化（雑音化）する。これにより、エコーパラメータの誤推定を抑止することができる。
　実施の形態１に係るレーダ装置１は、信号処理装置１８を備えるので、前述した効果が得られる。実施の形態１に係る信号処理方法は、信号処理装置１８によって実施される、図５に示す一連の処理であるので、前述した効果が得られる。
　なお、レーダ装置１は、信号処理装置１８によって１次エコーを雑音化して算出された２次エコーのエコーパラメータを用いることで、１次エコーが得られた距離測定範囲以遠に存在する物体との距離を測定可能である。また、信号処理装置１８は、レーダ装置のみならず、電磁波または音波をパルス波動として用いた観測装置に適用することができる。観測装置には、レーダ装置の他に、ライダー装置（例えば、光波レーダ）、音波レーダであるソーダ装置がある。
　なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
　本開示に係る信号処理装置は、例えば、レーダ装置に利用可能である。
１　レーダ装置、１１　パルス発信部、１２　位相変調部、１３　位相制御部、１４　送信部、１５　送受切り替え部、１６　空中線部、１７　受信部、１８　信号処理装置、１００　第１のインタフェース、１０１　第２のインタフェース、１０２　処理回路、１０３　プロセッサ、１０４　メモリ、１８１　第１のエコー復元部、１８１ａ　１次エコー復元部、１８１ｂ　２次エコー復元部、１８２　第１のエコーパラメータ算出部、１８３　エコー状態判定部、１８４　第２のエコー復元部、１８４ａ　強エコー復元部、１８４ｂ　強エコー除去部、１８４ｃ　弱エコー抽出部、１８４ｄ　弱エコー復元部、１８４ｅ　弱エコー除去部、１８４ｆ　強エコー抽出部、１８５　第２のエコーパラメータ算出部、１８６　エコーパラメータ出力部。

Claims (7)

  1. 　パルス波動が空間に繰り返し送信され、前記空間で反射された前記パルス波動の反射波の受信信号を信号処理する信号処理装置であって、
    　前記反射波の受信信号を位相補正することにより１次エコー領域の受信信号および２次エコー領域の受信信号を復元する第１のエコー復元部と、
    　前記１次エコー領域の受信信号に基づいて、１次エコーの強度、ドップラ速度およびスペクトル幅を含む第１の１次エコーパラメータを算出し、前記２次エコー領域の受信信号に基づいて、２次エコーの強度、ドップラ速度およびスペクトル幅を含む第１の２次エコーパラメータを算出する第１のエコーパラメータ算出部と、
    　前記第１の１次エコーパラメータおよび前記第１の２次エコーパラメータに基づいて、前記１次エコーと前記２次エコーとの強弱関係を判定し、判定の結果に応じたエコー抽出方法を設定するエコー状態判定部と、
    　前記エコー抽出方法に基づいて、前記反射波の受信信号から前記１次エコーおよび前記２次エコーを抽出して前記１次エコーのスペクトルおよび前記２次エコーのスペクトルを復元する第２のエコー復元部と、
    　前記１次エコーのスペクトルおよび前記２次エコーのスペクトルに基づいて、前記１次エコーに関する第２の１次エコーパラメータと前記２次エコーに関する第２の２次エコーパラメータを算出する第２のエコーパラメータ算出部と、
    　前記第２の１次エコーパラメータおよび前記第２の２次エコーパラメータを、エコーの推定結果として出力するエコーパラメータ出力部と、
    　を備えたことを特徴とする信号処理装置。
  2. 　前記エコー状態判定部は、前記１次エコーのスペクトルのピーク値と前記２次エコーのスペクトルのピーク値に基づいて、前記１次エコーと前記２次エコーとの強弱関係を判定すること
    　を特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  3. 　前記エコー状態判定部は、前記１次エコーのスペクトル幅と前記２次エコーのスペクトル幅に基づいて、前記１次エコーと前記２次エコーとの強弱関係を判定すること
    　を特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  4. 　前記エコー状態判定部は、前記１次エコーまたは前記２次エコーのスペクトルにおけるピーク値と、ピーク位置から一定の距離以上離れたスペクトル領域におけるピーク値との差分または比が閾値以上である場合、前記１次エコーまたは前記２次エコーを雑音化すること
    　を特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  5. 　前記エコー状態判定部は、前記１次エコーまたは前記２次エコーのスペクトルにおけるピーク値と、ピーク位置から一定の距離以上離れたスペクトル領域におけるピーク値との差分または比が閾値以上である場合、前記１次エコーおよび前記２次エコーをともに雑音化すること
    　を特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  6. 　空中線部を用いて前記パルス波動を前記空間に繰り返し送信する送信部と、
    　前記空中線部を用いて前記空間で反射された前記パルス波動の反射波を受信する受信部と、
    　請求項１から請求項５のいずれか１項記載の信号処理装置と、
    　を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  7. 　パルス波動が空間に繰り返し送信され、前記空間で反射された前記パルス波動の反射波の受信信号を信号処理する信号処理装置の信号処理方法であって、
    　第１のエコー復元部が、前記反射波の受信信号を位相補正することにより１次エコー領域の受信信号および２次エコー領域の受信信号を推定するステップと、
    　第１のエコーパラメータ算出部が、前記１次エコー領域の受信信号に基づいて、１次エコーの強度、ドップラ速度およびスペクトル幅を含む第１の１次エコーパラメータを算出し、前記２次エコー領域の受信信号に基づいて、２次エコーの強度、ドップラ速度およびスペクトル幅を含む第１の２次エコーパラメータを算出するステップと、
    　エコー状態判定部が、前記第１の１次エコーパラメータおよび前記第１の２次エコーパラメータに基づいて、前記１次エコーと前記２次エコーとの強弱関係を判定し、判定の結果に応じたエコー抽出方法を設定するステップと、
    　第２のエコー復元部が、前記エコー抽出方法に基づいて、前記反射波の受信信号から前記１次エコーおよび前記２次エコーを抽出して前記１次エコーのスペクトルおよび前記２次エコーのスペクトルを復元するステップと、
    　第２のエコーパラメータ算出部が、前記１次エコーのスペクトルおよび前記２次エコーのスペクトルに基づいて、前記１次エコーに関する第２の１次エコーパラメータと前記２次エコーに関する第２の２次エコーパラメータを算出するステップと、
    　エコーパラメータ出力部が、前記第２の１次エコーパラメータおよび前記第２の２次エコーパラメータを、エコーの推定結果として出力するステップと、
    　を備えたことを特徴とする信号処理方法。
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