JP2008304220A - レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電波を生成する送信機1と、電波を送信する送信アンテナ2と、送信アンテナ2から送信されて目標3で反射された電波を受信波として受信する受信アンテナ4と、受信波の帯域制限および位相検波を行い目標3に対応した目標信号を生成する受信機5と、目標3の移動に起因したドップラー効果による目標信号のドップラー周波数を推定して、ドップラー周波数推定値を求めるドップラー推定処理部と、ドップラー効果による目標信号の位相回転を補正して目標信号の時間遅延を推定する時間遅延推定処理部とを備えている。
【選択図】図1
Description
図38において、従来のレーダ装置は、パルス変調の施された電波を生成する送信機1と、目標3に向けて電波(送信波)を送信する送信アンテナ2と、目標3で反射された電波(受信波)を受信する受信アンテナ4と、受信波に帯域制限や位相検波を施す受信機5と、アナログ信号からなる受信信号をディジタル信号に変換するA/D変換器6と、ディジタル信号に変換された受信信号s(1)、・・・、s(Nr)を処理する超分解能時間遅延推定処理部10とを備えている。
図39において、超分解能処理手段20は、相関行列Rを生成する相関行列生成手段49と、固有ベクトルe(K+1)、・・・、e(Md)を算出する固有ベクトル算出手段50と、固有ベクトルe(K+1)、・・・、e(Md)を処理するMUSIC(MUltiple SIgnal Classification)処理手段51と、により構成されている。
相関行列生成手段49により式(2)から得られた相関行列Rは、固有ベクトル算出手段50に入力される。固有ベクトル算出手段50は、相関行列Rの固有値νe(1)、・・・、νe(Md)(νe(1)>νe(2)>・・・>νe(Md))と、各固有値νe(i)(1≦i≦Md)に対応した固有ベクトルe(i)とを求め、雑音空間を構成する固有ベクトルe(K+1)、・・・、e(Md)を出力する。
図1はこの発明の実施の形態1に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。図1において、送信機1、送信アンテナ2、目標3、受信アンテナ4、受信機5、A/D変換器6および超分解能時間遅延推定処理部10については、前述(図38参照)と同一符号を付して詳述を省略する。
ドップラー補正手段9は、信号検出処理手段8の出力信号に含まれる目標信号に対し、目標3の移動に起因したドップラー効果による位相回転の補正を施した補正信号を、超分解能時間遅延推定処理部10に入力する。
図2は複数回(Nf回)の送受信における各信号の時間関係を示す説明図であり、横軸は時間に対応している。図2においては、チップ幅T(ここでは、サンプリング間隔Tと同一値に設定されている)でチップ数Nsのパルスからなる送信信号と、受信信号s1(1)、・・・、s1(Nr)、・・・、sNf(1)、・・・、sNf(Nr)との間の遅れ時間(時間遅延)を示している。
以下、受信信号は、受信機5により帯域制限され、かつ位相検波されてA/D変換器6に入力される。A/D変換器6は、サンプリング間隔T(送信パルスのチップ幅Tと同一値)でサンプリングを行う。このとき、A/D変換器6は、Nrチップ(レーダ装置の観測領域長に相当する)だけ、受信信号(1回目であれば、s1(1)、・・・、s1(Nr))をサンプリングして出力する。
目標ドップラービン検出処理手段12は、まず、スレッショルド比較などにより目標信号を検出する。このとき、図4のように、時間遅延ビンに関して、nτdビンからnτd+Nsビンにわたって目標信号が検出され、時間遅延ビンnτdは、以下の式(4)で表される。
続いて、目標ドップラービン検出処理手段12は、目標信号のドップラー周波数観測値fdを、以下の式(5)により算出する。
なお、上記実施の形態1(図1参照)では、従来装置(図38参照)と同様の超分解能時間遅延推定処理部10を用いたが、図5のように、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14を用いてもよい。
図5はこの発明の実施の形態2に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。図5において、前述(図1参照)と同様の送信機1、送信アンテナ2、目標3、受信アンテナ4、受信機5、A/D変換器6、パルス方向FFT7(#1)〜7(#Nr)、ドップラー補正手段9については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14は、短く区切った時間ゲートに限定して、目標信号の時間遅延を超分解能に推定する。
図7において、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14は、時間ゲート処理手段16と、前述(図38参照)のFFT処理手段17および除算信号生成手段18と、デシメーション処理手段19と、前述(図38参照)の超分解能処理手段20とにより構成されている。
図9において、デシメーション処理手段19は、除算信号x’nf,ig(1)、・・・、x’nf,ig(Nd+Ns)に各重み係数w(m)(1≦m≦Ndeci)を乗算する乗算器と、乗算結果をブロックごとに加算する加算器とにより構成されている。
一方、目標ドップラービン検出処理手段15からは、さらに、目標信号の時間遅延ビンnτdが出力されて、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14に入力される。
除算信号生成手段18は、前述と同様に、送信波スペクトルΓ(1)、・・・、Γ(Nd+Ns)を用いて、以下の式(7)により、除算信号x’nf,ig(1)、・・・、x’nf,ig(Nd+Ns)を生成する。
図9において、デシメーション処理手段19は、デシメーションフィルタの特性を定める重み係数w(m)(1≦m≦Ndeci)を用いて、デシメーション処理を施した除算信号xnf,ig(1)、・・・、xnf,ig(Nd)を、以下の式(8)により生成する。
デシメーション処理信号xnf,ig(1)、・・・、xnf,ig(Nd)は、超分解能処理手段20に入力される。以下、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14内の超分解能処理手段20により、前述と同様に、目標3に対応した目標信号の遅延時間推定値τk^(1≦k≦K)が求められる。
なお、上記実施の形態1(図1参照)では、パルス圧縮を考慮しない信号検出処理手段8を用いたが、図10〜図12に示すように、パルス圧縮型信号検出処理手段22を用いてもよい。
図10はこの発明の実施の形態3に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、図11は図10内のパルス圧縮型信号検出処理手段22を具体的に示すブロック図である。また、図12は図13内のパルス圧縮手段23(23(#1)〜23(#Nr))を具体的に示すブロック図である。
まず、図10において、前述と同様に電波の送受信が行われると、パルス方向FFT7(#nr)(1≦nr≦Nr)から信号z01(nr)、・・・、z0Nf(nr)が出力されて、パルス圧縮型信号検出処理手段22およびメモリ回路21に入力される。
目標ドップラービン検出処理手段26は、スレッショルド比較などにより、目標信号成分z1nf(nτd)を検出し、目標信号のドップラー周波数観測値fdを出力する。ドップラー周波数観測値fdは、ドップラー補正手段9およびメモリ回路21(図10参照)に入力される。
以下、ドップラー補正手段9からの補正信号に基づいて、超分解能時間遅延推定処理部10により、前述と同様に、目標信号の時間遅延推定値τk^(1≦k≦K)が求められる。
なお、上記実施の形態3(図10、図11参照)では、ドップラー周波数観測値fdを出力するパルス圧縮型信号検出処理手段22と、超分解能時間遅延推定処理部10とを用いたが、図13および図14に示すように、ドップラー周波数観測値に対応した目標信号ドップラービン(nfドップラービン)および時間遅延ビンnτdを出力するパルス圧縮型信号検出処理手段27と、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14とを用いてもよい。
図13において、前述(図5、図10参照)と同様の送信機1、送信アンテナ2、目標3、受信アンテナ4、受信機5、A/D変換器6、パルス方向FFT7(#1)〜7(#Nr)、ドップラー補正手段9、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14、メモリ回路21については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
この場合、パルス圧縮型信号検出処理手段27は、パルス圧縮処理によりS/Nを改善した後、目標信号を検出し、目標信号ドップラービン(ドップラー周波数観測値)および時間遅延ビンnτdを出力する。
まず、図13において、前述と同様に電波が送受信されると、パルス方向FFT7(#nr)(1≦nr≦Nr)から信号z01(nr)、・・・、z0Nf(nr)が出力され、パルス圧縮型信号検出処理手段27およびメモリ回路21に入力される。
また、パルス圧縮型信号検出処理手段27におけるパルス圧縮により、S/Nが改善されるので、超分解能時間遅延推定処理に際して行われる目標検出処理の検出性能を改善することができる。
なお、上記実施の形態1(図1、図3参照)では、時間方向出力手段11および目標ドップラービン検出処理手段12を有する信号検出処理手段8を用いたが、図15に示すように、時間方向出力手段29のみを用いてもよい。
図15はこの発明の実施の形態5に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、図15において、前述(図1参照)と同様の送信機1、送信アンテナ2、目標3、受信アンテナ4、受信機5、A/D変換器6、パルス方向FFT7(#1)〜7(#Nr)については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
ドップラー方向出力手段29は、パルス方向に並ぶ信号を時間遅延方向の並びに変換し、目標信号のドップラー周波数観測値fdと、目標信号ドップラービン(nfドップラービン)の受信信号とを出力する。
まず、前述と同様に、電波が送受信されると、時間方向出力手段29に信号z01(nr)、・・・、z0Nf(nr)(1≦nr≦Nr)が入力される。
時間方向出力手段29は、ドップラー方向の並びで入力された信号z01(nr)、・・・、z0Nf(nr)を、時間方向の並びに変換して、信号z0if(1)、・・・、z0if(Nr)(1≦if≦Nf)を出力するとともに、ドップラービンifに対応するドップラー周波数fd(if)を、以下の式(9)により算出して出力する。
以下、ドップラー補正手段9(#if)からの補正信号に基づいて、超分解能時間遅延推定処理部10(#if)により、前述と同様に、目標信号の存在するnfドップラービンに関する超分解能時間遅延推定処理部10(#nf)から、時間遅延推定値τk^(1≦k≦K)が求められる。
なお、上記実施の形態1(図1参照)では、送信パルスの切り換えについて考慮しなかったが、図16に示すように、H/L−PRF発生装置30を設けて、送信パルスを切り換えてもよい。
図16はこの発明の実施の形態6に係るレーダ装置を示すブロック構成図であり、図17は図16内の信号検出処理手段32を具体的に示すブロック図である。
また、H/L−PRF発生装置30は、HPRFの送信パルスを選択した場合に、切換スイッチ30aを、図示した通常状態から、ドップラー周波数推定手段31側に切り換える。
まず、図16において、送信機1および送信アンテナ2は、H/L−PRF発生装置30からの指示に応答してHPRFのパルスを送信し、受信アンテナ4および受信機5は、目標3からの反射波を受信する。このとき、切換スイッチ30aは、図示された状態から切り換えられて、ドップラー周波数推定手段31側に導通されている。
これにより、HPRFのパルス送受信時にA/D変換器6から出力された受信信号s’1、・・・、s’Nfは、ドップラー周波数推定手段31に入力される。
以下、前述と同様に、信号検出処理手段32に信号z01(nr)、・・・、z0Nf(nr)(1≦nr≦Nr)が入力される。
また、ドップラー補正手段9には、目標信号ドップラービンの受信信号のみならず、ドップラー周波数推定手段31からのドップラー周波数推定値fd^も入力される。以下、ドップラー補正手段9からの補正信号に基づいて、超分解能時間遅延推定処理部10により、前述と同様に、時間遅延推定値τk^(1≦k≦K)が求められる。
このように、ドップラー周波数推定手段31において、HPRFを用いて、ドップラー周波数帯域を広くしてドップラー周波数を推定することにより、アンビギュイティのないドップラー周波数を推定することができるので、目標信号のドップラー補正の精度を改善することができる。
なお、上記実施の形態6(図16、図17参照)では、目標信号ドップラービンの受信信号のみを出力する信号検出処理手段32と、超分解能時間遅延推定処理部10とを用いたが、図18および図19に示すように、目標信号ドップラービンの受信信号および時間遅延を出力する信号検出処理手段34と、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14とを用いてもよい。
図18において、前述(図16参照)と同様の送信機1、送信アンテナ2、目標3、受信アンテナ4、受信機5、A/D変換器6、パルス方向FFT7(#1)〜7(#Nr)、ドップラー補正手段9、H/L−PRF発生装置30、ドップラー周波数推定手段31については、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14は、前述の実施の形態4(図13参照)と同様のものである。
まず、前述と同様に、図18において、送信機1および送信アンテナ2は、H/L−PRF発生装置30からの指示に応答してHPRFのパルスを送信し、受信アンテナ4および受信機5は、目標3からの反射波を受信する。A/D変換器6から出力された受信信号s’1、・・・、s’Nfは、ドップラー周波数推定手段31に入力され、ドップラー周波数推定手段31において、目標信号のドップラー信号sf’nfが検出され、目標信号ドップラービン(nfドップラービン)からドップラー周波数推定値fd^が求められて、ドップラー補正手段9に入力される。
目標ドップラービン検出処理手段35は、目標信号を検出し、目標信号ドップラービンの受信信号z0nf(1)、・・・、z0nf(Nr)を出力するとともに、時間遅延ビンnτdを出力する。以下、ドップラー補正手段9からの補正信号に基づいて、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14により、前述と同様に、時間遅延推定値τk^(1≦k≦K)が求められる。
なお、上記実施の形態6(図16、図17参照)では、パルス圧縮を考慮せずに目標信号ドップラービンの受信信号を出力する信号検出処理手段32を用いたが、図20に示すように、前述の実施の形態3(図10、図11参照)と同様のパルス圧縮型信号検出処理手段22を用いてもよい。
まず、前述と同様に、H/L−PRF発生装置30の指示により、HPRFのパルスを送受信してドップラー周波数推定値fd^を求め、続いて、LPRFのパルスを送受信する。これにより、パルス方向FFTの出力信号がパルス圧縮型信号検出処理手段22およびメモリ回路21に入力される。
以下、前述の実施の形態6と同様に、ドップラー補正手段9からの補正信号に基づいて、超分解能時間遅延推定処理部10により、目標信号の時間遅延推定値τk^(1≦k≦K)が求められる。
なお、上記実施の形態8(図20参照)では、ドップラー周波数観測値fdを出力するパルス圧縮型信号検出処理手段22と、超分解能時間遅延推定処理部10とを用いたが、図21に示すように、前述の実施の形態4(図13、図14参照)と同様の目標信号ドップラービン(ドップラー周波数観測値)および時間遅延ビンnτdを出力するパルス圧縮型信号検出処理手段27と、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14とを用いてもよい。
まず、前述と同様に、H/L−PRF発生装置30の指示により、HPRFおよびLPRFのパルス送受信が行われ、ドップラー周波数推定値fd^がドップラー補正手段9に入力されるとともに、パルス方向FFTの出力信号がパルス圧縮型信号検出処理手段27およびメモリ回路21に入力される。
また、ドップラー周波数観測値fdに対応する目標信号ドップラービン(nfドップラービン)の受信信号がメモリ回路21からドップラー補正手段9に入力される。
以上のように、この発明の実施の形態9によれば、時間遅延推定範囲を時間ゲート範囲に限定することにより、ドップラー補正する超分解能時間遅延推定の処理負荷を低減させることができる。
また、パルス圧縮によりS/Nが改善されるので、超分解能時間遅延推定処理に際して行われる目標検出処理の検出性能を改善することができる。
なお、上記実施の形態6(図16参照)では、前述の実施の形態1(図1参照)の構成に、H/L−PRF発生装置30、切換スイッチ30aおよびドップラー周波数推定手段31を設けるとともに、ドップラービンの受信信号のみを出力する信号検出処理手段32を用いたが、図22に示すように、前述(図1)の構成に、マルチPRF切換手段36およびドップラーアンビギュイティ補正手段37を設けてもよい。
ドップラーアンビギュイティ補正手段37は、ドップラー周波数のアンビギュイティを解いてドップラー周波数を推定し、目標信号を含むnfドップラービンの受信信号と、ドップラー周波数推定値fd^とを出力して、ドップラー補正手段9に入力する。
まず、送信機1および送受アンテナ2は、マルチPRF切換手段36からの指示に応答して、パルス変調の施された電波を第1のパルス繰り返し周波数fPRF1で送信する。このとき、第1のパルス繰り返し周波数fPRF1は、或る整数NPRF1に関して、以下の式(11)のように表されるものとする。
ドップラーアンビギュイティ補正手段37は、まず、以下の式(13)により、ドップラービン推定値nτd^を算出する。
また、nτd1は、第1のドップラー周波数観測値fd1に対応するドップラービンを表し、nτd2は、第2のドップラー周波数観測値fd2に対応するドップラービンを表している。また、N’PRF1は、以下の式(14)を満足する整数とする。
なお、上記実施の形態10(図22参照)では、前述の実施の形態1(図1、図3参照)と同様の信号検出処理手段8および超分解能時間遅延推定処理部10を用いたが、図23に示すように、前述の実施の形態2(図5、図6参照)と同様の信号検出処理手段13および時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14を用いてもよい。
まず、前述(図22)と同様に、パルス変調の施された電波が第1のパルス繰り返し周波数fPRF1で送信されると、信号検出処理手段13から、目標信号の第1のドップラー周波数観測値fd1と、目標信号ドップラービンの第1の受信信号z0nf1(1)、・・・、z0nf1(Nr)と、目標信号の時間遅延ビンnτd1とが、ドップラーアンビギュイティ補正手段38に入力される。また、ドップラーアンビギュイティ補正手段38には、マルチPRF切換手段36から第1のパルス繰り返し周波数fPRF1も入力される。
なお、上記実施の形態10(図22参照)では、前述の実施の形態1(図1、図3参照)と同様の信号検出処理手段8を用いたが、図24に示すように、前述の実施の形態3(図10、図11参照)と同様のパルス圧縮型信号検出処理手段22を用いるとともに、メモリ回路21を設けてもよい。
まず、パルス変調の施された電波が第1のパルス繰り返し周波数fPRF1で送信されると、パルス圧縮型信号検出処理手段22から、目標信号の第1のドップラー周波数観測値fd1が、ドップラーアンビギュイティ補正手段37に入力される。また、ドップラーアンビギュイティ補正手段37には、マルチPRF切換手段36から第1のパルス繰り返し周波数fPRF1が入力されるとともに、メモリ回路21から目標信号ドップラービンの第1の受信信号z0nf1(1)、・・・、z0nf1(Nr)が入力される。
なお、上記実施の形態12(図24参照)では、前述の実施の形態3(図10、図11参照)と同様のパルス圧縮型信号検出処理手段22と、前述の実施の形態10(図22参照)と同様のドップラーアンビギュイティ補正手段37および超分解能時間遅延推定処理部10とを用いたが、図25に示すように、前述の実施の形態4(図13、図14参照)と同様のパルス圧縮型信号検出処理手段27と、前述の実施の形態11(図23参照)と同様のドップラーアンビギュイティ補正手段38および時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14とを用いてもよい。
まず、パルス変調の施された電波が第1のパルス繰り返し周波数fPRF1で送信されると、パルス圧縮型信号検出処理手段27から、目標信号の第1のドップラー周波数観測値fd1と第1の時間遅延ビンnτd1とが、ドップラーアンビギュイティ補正手段38に入力される。また、ドップラーアンビギュイティ補正手段38には、マルチPRF切換手段36から第1のパルス繰り返し周波数fPRF1が入力されるとともに、メモリ回路21から目標信号ドップラービンの第1の受信信号(1)、・・・、z0nf1(Nr)が入力される。
また、パルス圧縮によりS/Nが改善されるので、超分解能時間遅延推定処理に際して行われる目標検出処理の検出性能を改善することができる。
なお、上記実施の形態10(図22参照)では、前述の実施の形態1(図1参照)の構成に、マルチPRF切換手段36およびドップラーアンビギュイティ補正手段37を設けたが、図26に示すように、前述(図1)の構成に、送信周波数切換手段39およびドップラーアンビギュイティ補正手段40を設けてもよい。
ドップラーアンビギュイティ補正手段40は、ドップラー周波数のアンビギュイティを解いてドップラー周波数を推定し、目標信号ドップラービンの受信信号およびドップラー周波数推定値fd^を出力する。
まず、送信周波数切換手段39からの指示に応答して、送信機1および送信アンテナ2から、パルス変調の施された電波が、第1の送信周波数c/λ1(第1の波長λ1)で送信される。ここで、第1の波長λ1は、或る単位δλおよび整数Nλ1を用いて、以下の式(17)のように表されるものとする。
続いて、信号検出処理手段8から、目標信号の第2のドップラー周波数観測値fd2と、第2の波長λ2に基づく目標信号ドップラービンの第2の受信信号z0nλ2(1)、・・・、z0nλ2(Nr)とが、ドップラーアンビギュイティ補正手段40に入力される。ここで、第2のドップラー周波数観測値fd2は、以下の式(20)により、単位δλに応じた第2の目標速度観測値nλ2として求められる。
また、ドップラーアンビギュイティ補正手段40は、ドップラー周波数推定値fd^を出力して、ドップラー補正手段9に入力する。
なお、上記実施の形態14(図26参照)では、図1の構成に送信周波数切換手段39およびドップラーアンビギュイティ補正手段40を設けたが、図27に示すように、前述の実施の形態2(図5参照)の構成に、送信周波数切換手段39およびドップラーアンビギュイティ補正手段41を設けてもよい。
まず、前述と同様に、送信周波数切換手段39の指示に応答して、送信機1および送信アンテナ2から第1の送信周波数c/λ1のパルス変調の施された電波が送信される。
これにより、信号検出処理手段13から、ドップラーアンビギュイティ補正手段41に対して、目標信号の第2のドップラー周波数観測値fd2と、目標信号ドップラービンの受信信号z0nλ2(1)、・・・、z0nλ2(Nr)と、目標信号の時間遅延ビンnλ2とが入力される。また、ドップラーアンビギュイティ補正手段41には、送信周波数切換手段39から、送信波長設定値(第1の波長λ2)が入力される。
以上のように、このように15によれば、時間遅延推定範囲を時間ゲート範囲に限定することにより、アンビギュイティを考慮してドップラー補正する超分解能時間遅延推定の処理負荷を低減させることができる。
なお、上記実施の形態14(図26参照)では、図1の構成に送信周波数切換手段39およびドップラーアンビギュイティ補正手段40を設けたが、図28に示すように、前述の実施の形態3(図10参照)の構成に、送信周波数切換手段39およびドップラーアンビギュイティ補正手段40を設けてもよい。
まず、送信機1および送信アンテナ2から、第1の送信周波数c/λ1のパルス変調の施された電波を送信し、パルス圧縮型信号検出処理手段22から、ドップラーアンビギュイティ補正手段40に対して、目標信号の第1のドップラー周波数観測値fd1と、目標信号ドップラービンの受信信号z0nλ1(1)、・・・、z0nλ1(Nr)とを入力する。このとき、ドップラーアンビギュイティ補正手段40には、送信周波数切換手段39からの送信波長設定値(第1の波長λ1)も入力される。
以上のように、この発明の実施の形態16によれば、パルス圧縮型信号検出処理手段22でのパルス圧縮処理によりS/Nを改善しているので、超分解能時間遅延推定処理部10で実行される目標検出処理の検出性能を改善することができる。
なお、上記実施の形態15(図27参照)では、前述の実施の形態2(図5)の構成に送信周波数切換手段39およびドップラーアンビギュイティ補正手段41を設けたが、図29に示すように、前述の実施の形態4(図13参照)の構成に、送信周波数切換手段39およびドップラーアンビギュイティ補正手段41を設けてもよい。
まず、前述と同様に、第1の送信周波数c/λ1のパルス変調電波の送受信に基づき、パルス圧縮型信号検出処理手段27から、ドップラーアンビギュイティ補正手段41に対して、目標信号の第1のドップラー周波数観測値fd1および時間遅延ビンnτd1が入力される。また、ドップラーアンビギュイティ補正手段41には、送信周波数切換手段39からの送信波長設定値(第1の波長λ1)が入力される。
このうち、ドップラー周波数推定値fd^および受信信号z0nf(1)、・・・、z0nf(Nr)はドップラー補正手段9に入力され、時間遅延ビンnτdは、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14に入力される。
以下、前述の実施の形態4(図13)と同様に、目標信号の遅延時間推定値τk^が求められる。
また、パルス圧縮によりS/Nを改善しているので、超分解能時間遅延推定処理に際して行われる目標検出処理の検出性能を改善することができる。
なお、上記実施の形態1(図1参照)では、時間遅延推定値τk^の評価および評価結果に基づくアンビギュイティ補正について考慮しなかったが、図30に示すように、時間遅延推定値評価手段43を設け、評価結果に応じてドップラー補正手段42にアンビギュイティ補正指示信号を入力してもよい。
ドップラー補正手段42は、アンビギュイティ補正指示信号に基づくアンビギュイティを考慮して、ドップラー効果による目標信号の位相回転を補正する。
まず、前述と同様に、送信機1および送信アンテナ2からパルス変調の施された電波が送信されると、信号検出処理手段8から目標信号のドップラー周波数観測値fdと目標信号ドップラービンの受信信号z0nf(1)、・・・、z0nf(Nr)が出力されて、ドップラー補正手段42に入力される。
アンビギュイティ数nambにおけるドップラー補正信号z0’nf,namb(1)、・・・、z0’nf,namb(Nr)は、超分解能時間遅延推定処理部10および時間遅延推定評価手段43に入力される。
以上の処理を繰り返し実行することにより、評価関数値I(1)、I(2)、・・・、I(Namb)が算出され、評価関数値I(1)、I(2)、・・・、I(Namb)を最大にするアンビギュイティ数nambが調べられる。
これにより、ドップラー周波数のアンビギュイティを総当りで探索することができ、アンビギュイティの影響を受けることなくドップラー周波数を推定することができる。
なお、上記実施の形態18(図30参照)では、前述の実施の形態1(図1)の構成にドップラー補正手段42および時間遅延推定値評価手段43を適用したが、図31に示すように、前述の実施の形態2(図5参照)の構成に、ドップラー補正手段42および時間遅延推定値評価手段43を適用してもよい。
まず、前述(図5)と同様に、送信機1および送信アンテナ2からパルス変調の施された電波が送信されると、目標3で反射された電波が受信アンテナ4および受信機5を介して受信され、信号検出処理手段13から、目標信号ドップラービンの受信信号と、ドップラー周波数観測値と、目標信号の時間遅延ビンとが出力される。
以上のように、この発明の実施の形態19によれば、前述の実施の形態18の作用効果に加えて、時間遅延推定範囲を時間ゲート範囲に限定することにより、アンビギュイティを考慮してドップラー補正する超分解能時間遅延推定の処理負荷を低減させることができる。
なお、上記実施の形態19(図31参照)では、前述の実施の形態2(図5)の構成にドップラー補正手段42および時間遅延推定値評価手段43を適用したが、図32に示すように、前述の実施の形態3(図10参照)の構成に、ドップラー補正手段42および時間遅延推定値評価手段43を適用してもよい。
まず、前述(図10)と同様に、送信機1および送信アンテナ2からパルスが送信されると、目標3で反射された電波が受信アンテナ4および受信機5で受信されて、パルス圧縮型信号検出処理手段22からドップラー周波数観測値が出力されるとともに、メモリ回路21から目標信号ドップラービンの受信信号が出力される。
以上のように、この発明の実施の形態20によれば、前述の実施の形態18の作用効果に加えて、パルス圧縮によりS/Nが改善されるので、超分解能時間遅延推定処理に際して行われる目標検出処理の検出性能を改善することができる。
なお、上記実施の形態20(図32参照)では、前述の実施の形態3(図10)の構成にドップラー補正手段42および時間遅延推定値評価手段43を適用したが、図33に示すように、前述の実施の形態4(図13参照)の構成に、ドップラー補正手段42および時間遅延推定値評価手段43を適用してもよい。
まず、前述と同様に、送信機1および送信アンテナ2からパルスが送信されると、目標3で反射された電波が受信アンテナ4および受信機5で受信されて、パルス圧縮型信号検出処理手段27からドップラー周波数観測値および目標信号の時間遅延ビンが出力されるとともに、メモリ回路21から目標信号ドップラービンの受信信号が出力される。
以上のように、この発明の実施の形態21によれば、前述の実施の形態18の作用効果に加えて、時間遅延推定範囲を時間ゲート範囲に限定することにより、アンビギュイティを考慮してドップラー補正する超分解能時間遅延推定の処理負荷を低減させることができる。
また、パルス圧縮によりS/Nが改善されるので、超分解能時間遅延推定処理に際して行われる目標検出処理の検出性能を改善することができる。
なお、上記実施の形態2(図5参照)では、単にドップラー補正信号のみを出力するドップラー補正手段9を用いたが、図34および図35に示すように、パルス相関信号およびパルス圧縮に基づくドップラー補正信号および時間遅延ビンを出力するドップラー補正手段44を用いてもよい。
図35において、ドップラー補正手段44は、パルス相関処理手段45と、ドップラーアンビギュイティ制限手段46と、アンビギュイティ制限型ドップラー補正手段47と、パルス圧縮手段23と、ドップラー補正精度評価手段48とにより構成されている。
パルス圧縮手段23は、前述(図12参照)のように、FFT処理手段17およびIFFT処理手段25を含み、パルス圧縮処理が施された補正信号をドップラー補正精度評価手段48に出力する。
図36はパルス相関処理手段45を含むドップラー補正手段44の処理を示す説明図であり、パルス相関信号のドップラー周波数の分解能範囲内での信号検出処理手段13からの受信信号に基づく複数の目標信号成分候補を、ドップラー周波数視野Bd1ごとに示している。
パルス相関処理手段45は、受信信号z0nf(1)、・・・、z0nf(Nr)および時間遅延ビンnτdに基づき、目標3に反射されて受信されたパルスz0nf(nτd)、・・・、z0nf(nτd+Ns−1)を生成するとともに、送信パルス波形z0(1)、・・・、z0(Ns)を用いて、以下の式(30)により、パルス相関信号z1(1)、・・・、z1(Ns)を生成する。
パルス相関信号z1(1)、・・・、z1(Ns)にFFTを施し、FFT処理結果のピーク値から、チップ長で観測したときのドップラー周波数fd1を求める。ここで、ピークがiz1(1≦iz1≦Ns)ビンに存在した場合、チップ長で観測したときのドップラー周波数fd1は、以下の式(31)により表される。
以下、前述と同様に、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14において、目標信号の時間遅延推定値が求められる。
なお、上記実施の形態22(図34参照)では、前述の実施の形態2(図5参照)の構成にドップラー補正手段44を適用したが、図37に示すように、前述の実施の形態4(図13参照)の構成にドップラー補正手段44を適用してもよい。
前述と同様に、送信機1および送信アンテナ2からパルスが送信され、目標3で反射された電波が受信アンテナ4および受信機5で受信されると、パルス圧縮型信号検出処理手段27から、ドップラー周波数観測値および目標信号の時間遅延ビンが出力されて、ドップラー補正手段44に入力される。
また、ドップラー補正手段44には、メモリ回路21から、目標信号ドップラービンの受信信号が入力される。以下、前述と同様に、時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部14において、目標信号の時間遅延推定値が求まる。
また、時間遅延推定範囲を制限する時間ゲートを設けて、時間ゲートに限定したパルス圧縮処理や超分解能時間遅延推定処理を、時間ゲートをスライディングさせながら行い、遅延時間の全範囲の目標信号を検出する方式を採用することもできる。
Claims (10)
- 電波を生成する送信機と、
電波を送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信されて目標で反射された電波を受信波として受信する受信アンテナと、
前記受信波の帯域制限および位相検波を行い前記目標に対応した目標信号を生成する受信機と、
前記目標の移動に起因したドップラー効果による前記目標信号のドップラー周波数を推定して、ドップラー周波数推定値を求めるドップラー推定処理部と、
前記ドップラー効果による前記目標信号の位相回転を補正して前記目標信号の時間遅延を推定する時間遅延推定処理部と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 前記ドップラー推定処理部は、
前記受信機を介して得られる受信信号をディジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器を介してディジタル信号に変換された受信信号をパルスヒット方向にFFT処理するパルス方向FFTと、
前記パルス方向FFTの出力信号に基づいて前記目標信号の存在するドップラービンを検出する信号検出処理手段と、
前記ドップラー効果による前記目標信号の位相回転を補正するドップラー補正手段とを含み、
前記時間遅延推定処理部は、前記目標信号の時間遅延を超分解能推定する超分解能時間遅延推定処理部からなることを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記ドップラー推定処理部は、
前記受信機を介して得られる受信信号をディジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器を介してディジタル信号に変換された受信信号をパルスヒット方向にFFT処理するパルス方向FFTと、
前記パルス方向FFTの出力信号に基づいて前記目標信号の存在するドップラービンを検出する信号検出処理手段と、
前記ドップラー効果による前記目標信号の位相回転を補正するドップラー補正手段とを含み、
前記時間遅延推定処理部は、時間遅延推定範囲を限定して前記目標信号の時間遅延を超分解能推定する時間ゲート型超分解能時間遅延推定処理部からなることを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記ドップラー推定処理部は、
前記受信機を介して得られる受信信号をディジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器を介してディジタル信号に変換された受信信号をパルスヒット方向にFFT処理するパルス方向FFTと、
前記パルス方向FFTの出力信号に基づくパルス圧縮処理の施された目標信号を用いて、前記目標信号の存在するドップラービンを検出するパルス圧縮型信号検出処理手段と、
前記ドップラー効果による前記目標信号の位相回転を補正するドップラー補正手段とを含み、
前記時間遅延推定処理部は、前記目標信号の時間遅延を超分解能推定する超分解能時間遅延推定処理部からなることを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記送信機に送信切換指示を入力して、前記送信機からHPRFまたはLPRFの送信パルスを切り換えて送信させるためのH/L−PRF発生装置を備え、
前記ドップラー推定処理部は、前記HPRFの送信パルスに基づく送受信により前記目標信号のドップラー周波数を推定するドップラー周波数推定手段を含むことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記送信機に送信切換指示を入力して、前記送信機から、第1のパルス繰り返し周期PRF1の送信パルスと、前記第1のパルス繰り返し周期PRF1に対して互いに素の関係にある第2のパルス繰り返し周期PRF2の送信パルスとを、切り換えて送信させるためのマルチPRF切換手段を備え、
前記ドップラー推定処理部は、ドップラーアンビギュイティ補正手段を含み、
前記ドップラーアンビギュイティ補正手段は、
前記第1のパルス繰り返し周期PRF1の送信パルスで送受信したときに得られる目標信号の第1のドップラー周波数観測値と、
前記第2のパルス繰り返し周期PRF2の送信パルスで送受信したときに得られる目標信号の第2のドップラー周波数観測値とから、
前記ドップラー周波数のアンビギュイティを解くことにより、前記ドップラー周波数推定値を求めることを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記送信機に送信切換指示を入力して、前記送信機から第1の波長λ1の送信パルスと、前記第1の波長λ1に対して互いに素の関係にある第2の波長λ2の送信パルスとを、切り換えて送信させるための送信周波数切換手段を備え、
前記ドップラー推定処理部は、ドップラーアンビギュイティ補正手段を含み、
前記ドップラーアンビギュイティ補正手段は、
前記第1の波長λ1の送信パルスで送受信したときに得られる目標信号の第1のドップラー周波数観測値と、
前記第2の波長λ2の送信パルスで送受信したときに得られる目標信号の第2のドップラー周波数観測値とから、
前記ドップラー周波数のアンビギュイティを解くことにより、前記ドップラー周波数推定値を求めることを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記時間遅延推定処理部から入力された時間遅延推定値の精度を評価するためのアンビギュイティ推定部を含む時間遅延推定値評価手段を備え、
前記アンビギュイティ推定部は、
前記ドップラー周波数のアンビギュイティを未知パラメータとし、
前記時間遅延推定処理部の処理過程で算出されるMUSICスペクトルのピーク値を、前記未知パラメータに対する評価関数値として、
前記アンビギュイティを推定することを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記ドップラー推定処理部は、ドップラー補正手段を含み、
前記ドップラー補正手段は、FFT処理手段およびIFFT処理手段を含むパルス圧縮手段と、アンビギュイティ推定部を含むドップラー補正精度評価手段とを有し、
前記アンビギュイティ推定部は、
アンビギュイティを未知パラメータとし、
前記パルス圧縮手段によるパルス圧縮処理後のピーク値を、前記未知パラメータに対する評価関数値として、
前記アンビギュイティを推定することを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記アンビギュイティ推定部は、アンビギュイティ探索手段を含み、
前記アンビギュイティ探索手段は、
前記送信機および前記送信アンテナから送信される送信パルスと、前記受信アンテナおよび前記受信機により受信される受信パルスとの相関信号の位相変化から、
前記ドップラー周波数の範囲を特定し、前記ドップラー周波数の範囲に限定してアンビギュイティを探索することを特徴とする請求項8または請求項9に記載のレーダ装置。
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