JP2009103510A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンジ・グレーティングローブが発生する場合であっても高い距離分解能を得ることができるレーダ装置。
【解決手段】チャープ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する送信信号を生成するステップ＆チャープ信号生成器１と、送信信号を送信して得られた反射波を受信して受信信号を生成する受信器５と、Σ信号およびΔ信号のパルス圧縮用のウェイトを発生するパルス圧縮ウェイト制御器１０と、受信信号に対してウェイトを用いてパルス圧縮を行ってΣ信号およびΔ信号を生成するパルス圧縮器６と、パルス圧縮により得られたΣ信号およびΔ信号の各々について、ステップ周波数による合成を行うステップ周波数合成器７と、合成により得られたΣ信号とΔ信号の絶対値のレベルを比較する比較器８と、この比較により、Σ信号のレベルがΔ信号のレベルより大きい場合の信号を用いて目標距離を検出する検出器９を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、目標を検出するレーダ装置に関し、特に目標までの距離分解能を高める技術に関する。

レーダ装置において、高い距離分解能を得るために、広帯域のチャープ信号を送受信し、パルス圧縮処理を行って距離方向にパルスを圧縮するパルス圧縮方式が知られている。この場合、チャープ帯域を広げることは、瞬時帯域を広げることを意味し、送受信器やアンテナの制約により実現できない場合があった。

そこで、狭帯域の信号の周波数を順次ステップ状に変化させて、ＦＦＴ（高速フーリエ変換；Fast Fourier Transform）合成することにより、等価的に広帯域の信号として距離分解能を向上させるステップ周波数方式が提案されている（例えば非特許文献１、非特許文献２参照）。

図１５は、このようなステップ周波数方式を採用した従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、ステップ＆チャープ信号生成器１、送信増幅器２、サーキュレータ３、アンテナ４、受信器５、パルス圧縮器６およびステップ周波数合成器７を備えている。

ステップ＆チャープ信号生成器１は、チャープ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する送信信号を生成する。ステップ＆チャープ信号生成器１において生成される送信信号は、図１６（ａ）に示すように、パルス幅τを有するチャープ信号のパルスが、パルス繰り返し周期（ＰＲＩ；Pulse Repetition Interval）で出現し、隣接するパルスは、図１６（ｂ）に示すように、ステップ周波数Δｆの間隔（ステップ）を有し、ＣＰＩ(Coherent Processing Interval)の期間内において、すなわち、受信時におけるＭＴＩ（Moving Target Indicator）やＤＦＴ(Digital Fourier Transform)などの処理が完了するのに必要な期間内において、周波数ｆの範囲にわたって変化するように形成されている。ステップ周波数方式のレーダ装置では、周波数ｆの範囲が広ければ広いほど、受信時において、より高い距離分解能を得ることができる。

ステップ＆チャープ信号生成器１で生成された送信信号は、図示しない励振器によって送信に必要な周波数にアップコンバートされ、送信増幅器２に送られる。そして、送信増幅器２において増幅された後、サーキュレータ３を介してアンテナ４に送られ、このアンテナ４から送信波として空間に放射される。

アンテナ４から空間に放射された送信波は、目標で反射されてアンテナ４に入力される。アンテナ４は、入力された反射波を電気信号に変換し、サーキュレータ３を介して受信器５に送る。

受信器５は、高周波増幅回路、周波数変換回路およびＡ／Ｄ変換回路（いずれも図示しない）を備えており、アンテナ４からサーキュレータ３を介して送られてくる信号を高周波増幅回路で増幅し、周波数変換回路で中間周波数信号（ＩＦ）に変換し、さらに、Ａ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換した後に、受信信号としてパルス圧縮器６に送る。

パルス圧縮器６は、受信器５から送られてきた受信信号に対してパルス圧縮を実行する。なお、パルス圧縮については、非特許文献３〜非特許文献５に説明されている。このパルス圧縮器６でパルス圧縮された信号は、ステップ周波数合成器７に送られる。

ステップ周波数合成器７は、パルス圧縮器６から送られてくるパルス圧縮された信号に対し、ＦＦＴ合成を行って出力する。このステップ周波数合成器７から出力される信号は、図示しない検出部に送られる。検出部は、パルス幅が１／ｆのパルスと同等の高い距離分解能で目標を検出し、目標検出信号として出力する。

このように、ステップ周波数方式のレーダ装置によれば、連続した広い周波数帯域を占有することができないという電波取得の制約等により、連続した広帯域のチャープ信号を形成できない場合であっても、狭帯域のチャープ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する信号の送受信により、距離方向に高い分解能を得ることができる。

ステップ周波数方式のレーダ装置において、狭帯域のチャープ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する信号を形成するのは、チャープ帯域の拡大が送受信器の構成を困難にするという理由の他に、上述した電波取得上の制約があるからである。したがって、電波取得の制約上から、周波数ｆにわたって周波数がステップ状に変化する信号を形成するとき、ステップ周波数Δｆの間隔を広げざるを得ない場合が発生する。

ステップ周波数Δｆの間隔を広げた場合は、ステップ数が少なくなり、図１６（ｃ）に示すように、ＦＦＴ合成を行った後に、グレーティングによるサイドローブであるレンジ・グレーティングローブが発生し、距離分解能が低下することにより、追尾能力が低下するという問題があった。

このような問題に対処するために、レンジ・グレーティングローブが発生する距離に、パルス圧縮波形のヌルを生成する技術が開発されている（特許文献１参照）。この技術は、ステップ周波数を用いたレーダ装置において、ウェイト制御器を設け、パルス圧縮器における複素ウェイトを制御し、レンジ・サイドローブが上昇する距離領域における、受信感度応答特性の低減を図る。
特開２００７−６４６７１号公報 Donald R.Wehner,"High-Resolution Radar Second Edition",Artech House(1995),pp.200-209 Jae Sok Son," Range-Doppler Radar Imaging and Motion Compensation",Artec House(2001), pp13-15 電子情報通信学会、"改訂レーダ技術"、pp.275-278(1996) Donald R.Wehner,"High-Resolution Radar Second Edition",Artech House(1995),pp.149-153 Donald R.Wehner,"High-Resolution Radar Second Edition",Artech House(1995),pp.174-177

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、パルス圧縮比が小さい場合には、自由度が不足し、十分なヌルを生成するのが困難になる場合があるという問題がある。

本発明の課題は、ステップ周波数の間隔に制約があってレンジ・グレーティングローブが発生する場合であっても、高い距離分解能を得ることができるレーダ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明は、チャープ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する送信信号を生成するステップ＆チャープ信号生成器と、ステップ＆チャープ信号生成器で生成された送信信号を送信することにより得られた反射波を受信して受信信号を生成する受信器と、Σ信号およびΔ信号のパルス圧縮用のウェイトを発生するパルス圧縮ウェイト制御器と、受信器からの受信信号に対して、パルス圧縮ウェイト制御器からのウェイトを用いてパルス圧縮を行ってΣ信号およびΔ信号を生成するパルス圧縮器と、パルス圧縮器におけるパルス圧縮により得られたΣ信号およびΔ信号の各々について、ステップ周波数による合成を行うステップ周波数合成器と、ステップ周波数合成器で合成することにより得られたΣ信号とΔ信号の絶対値のレベルを比較する比較器と、比較器による比較により、Σ信号のレベルがΔ信号のレベルより大きいことを示している場合のΣ信号を用いて目標を検出し、目標距離を出力する検出器を備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、Σ信号およびΔ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する送信信号を生成するステップ＆ΣΔ信号生成器と、ステップ＆ΣΔ信号生成器で生成された送信信号を送信することにより得られた反射波を受信して受信信号を生成する受信器と、受信器から受信信号に含まれるΣ信号とΔ信号の各々について、ステップ周波数による合成を行うステップ周波数合成器と、ステップ周波数合成器で合成することにより得られたΣ信号とΔ信号の絶対値のレベルを比較する比較器と、比較器による比較により、Σ信号のレベルがΔ信号のレベルより大きいことを示している場合のΣ信号を用いて目標を検出し、目標距離を出力する検出器を備えたことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、検出器で複数の目標距離が検出された場合に、最も近い目標までの目標距離に対応する信号を抽出し、該抽出した信号を用いて測角を行う測角部を備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、チャープ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する信号を送受信した場合のステップ周波数合成後の距離サイドローブの形状は、パルス圧縮後の距離軸上の波形とステップ周波数合成による距離軸上の波形との乗算であるので、Σ信号とΔ信号のレベル差を利用して、Σ信号のレベルがΔ信号のレベルより高い付近の信号のみを抽出して目標を検出するので、レンジ・グレーティングローブの影響を抑えた測距が可能になる。

また、第２の発明によれば、Σ信号およびΔ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する信号を送受信した場合のステップ周波数合成後の距離サイドローブの形状は、距離軸上の波形とステップ周波数合成による距離軸上の波形との乗算であるので、Σ信号とΔ信号のレベル差を利用して、Σ信号のレベルがΔ信号のレベルより高い付近の信号のみを抽出して目標を検出するので、レンジ・グレーティングローブの影響を抑えた測距が可能になる。

また、第３の発明によれば、ステップ周波数合成後のレンジ・グレーティングローブの影響を抑えた高い距離分解能で、マルチパス環境下の直接波と間接波（マルチパス）とを分離し、距離の近い直接波を抽出して目標検出および測角を行うので、高精度な測角値が得られる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、背景技術の欄で説明した従来のレーダ装置の構成部分に相当する部分には、背景技術の欄で使用した符号と同じ符号を付して説明を省略または簡単化する。

図１は、本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、ステップ＆チャープ信号生成器１、送信増幅器２、サーキュレータ３、アンテナ４、受信器５、パルス圧縮器６、ステップ周波数合成器７、比較器８、検出器９およびパルス圧縮ウェイト制御器１０を備えている。

ステップ＆チャープ信号生成器１は、図２に示すような、チャープ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する送信信号（背景技術の欄で、図１６を参照しながら説明した送信信号と同じ）を生成する。このステップ＆チャープ信号生成器１で生成された送信信号は、図示しない励振器によって送信に必要な周波数にアップコンバートされ、送信増幅器２に送られる。そして、送信増幅器２において増幅された後、サーキュレータ３を介してアンテナ４に送られ、このアンテナ４から送信波として空間に放射される。

アンテナ４から空間に放射された送信波は、目標で反射されてアンテナ４に入力される。アンテナ４は、入力された反射波を電気信号に変換し、サーキュレータ３を介して受信器５に送る。

受信器５は、高周波増幅回路、周波数変換回路およびＡ／Ｄ変換回路（いずれも図示しない）を備えており、アンテナ４からサーキュレータ３を介して送られてくる信号を高周波増幅回路で増幅し、周波数変換回路で中間周波数信号（ＩＦ）に変換し、さらに、Ａ／Ｄ変換回路で直交デジタル（Ｉ，Ｑ）信号ｘ（ｒ，ｎ）（ｒ；レンジセル、ｎ；周波数番号）に変換した後に、受信信号としてパルス圧縮器６に送る。

パルス圧縮ウェイト制御器１０は、Σ信号およびΔ信号用の位相を付与するために、Σ信号およびΔ信号のパルス圧縮用のウェイトＷを生成する。この圧縮ウェイト制御器１０で生成されたウェイトＷは、パルス圧縮器６に送られる。

パルス圧縮器６は、受信器５から送られてきた受信信号ｘ（ｒ，ｎ）に対して、パルス圧縮ウェイト制御器１０から送られてくるΣ信号およびΔ信号のパルス圧縮用のウェイトＷを用いて、パルス圧縮を実行する。パルス圧縮は、次式にしたがって実施することができる。

ここで、
ＦＴｒ ：レンジセルｒに関するフーリエ変換
ＦＴ ：フーリエ変換
ＩＦＴｆ ：ｆに対する逆フーリエ変換
＊ ：複素共役
ｆ ：チャープ周波数（ｆ＝１〜Ｒ）
ｘ（ｒ、ｎ） ：受信信号
ｒ ：レンジセル番号（ｒ＝１〜Ｒ）
ｎ ：ステップ周波数の周波数番号（ｎ＝１〜Ｎ）
Ｘ（ｆ、ｎ） ：ｘ（ｔ）のフーリエ変換
Ｗ（ｆ、ｎ） ：パルス圧縮時のウェイト（ｆ＝１〜Ｒ）
ｘｒ（ｒ、ｎ）：パルス圧縮後の波形
ｒｅｆ ：パルス圧縮用参照信号
パルス圧縮用参照信号ｒｅｆは、次式で表すことができる。

ここで、
Ｂ： チャープ帯域幅
τ： パルス幅
ｔ： 時間
また、ウェイトＷは、Σ信号およびΔ信号の各々について、例えば一様分布の場合は、次のウェイト形状とすることができる。

なお、レンジ・サイドローブを低減する場合には、窓関数として、テイラー分布やチェビシェフ分布等といった他の分布を用いるように構成することができる。

このパルス圧縮器６におけるパルス圧縮により得られたパルス圧縮後の信号ｘｒ（ｒ、ｎ）は、Σ信号およびΔ信号毎に、ステップ周波数合成器７に送られる。

ステップ周波数合成器７は、パルス圧縮器６から送られてくるパルス圧縮後の信号ｘｒ（ｒ、ｎ）を用いて、Σ信号およびΔ信号の各々について、フーリエ変換することにより、ステップ周波数による合成を行う（非特許文献１、非特許文献２参照）。このステップ周波数合成器７でステップ周波数合成された信号は比較器８に送られる。

ステップ周波数による合成を行う際に、目標の動きがある場合には、目標速度を抽出して、位置を補正する必要がある。図３および図４は、この補正の原理を説明するための図である。目標速度を抽出するために、図３（ａ）に示すステップ周波数ｆ１、ｆ２、…、ｆＮの各々に対して複数パルス列を送受信してＦＦＴ処理を実行することにより、図３（ｂ）に示すドップラフィルタバンクが得られる。この中の最大値となるドップラフィルタバンクに目標Ｓ１、Ｓ２、…ＳＮが含まれるので、図３（ｃ）に示すように、そのフィルタバンクより、次式を用いて目標速度ｖが算出される。

ここで、
ｆｄ：ドップラ周波数（バンク）
λ ：波長
もし、目標速度に対してＰＲＦ（パルス繰り返し周波数）が低く、目標速度にアンビギュイティが生じる場合には、追随時の観測位置より目標速度の概略値を算出し、フィルタバンクにより精度の高い目標速度を算出するように構成できる。

目標速度が同定できれば、図３（ｄ）に示すように、各パルス列の時間と速度を用いて、次式により位相補正できる。この位相補正の様子を、図４に示す。

ここで、
φｎ：位相補正量
ｖｎ：ステップ周波数ｆｎの際の目標速度（ｎ＝１〜Ｎ）
Ｔ ：ステップ周波数ｆｎの時間
λｎ：波長（ｎ＝１〜Ｎ）
目標信号をｘｒ_Σ、ｘｒ_Δとすると、速度補正後の信号は、次式となる。

ここで、
ｊ： 虚数単位
この速度補正後の信号を、次式に示すようにフーリエ変換すれば、速度補償されたステップ周波数合成後の信号が得られ、この信号が、比較器８に送られる。

ここで、
ｘｒ_Σ ：Σウェイトのパルス圧縮後の信号
ｘｒ_Δ ：Δウェイトのパルス圧縮後の信号
ｘｒ_Σｃ ：ｘｒ_Σの補正後信号
ｘｒ_Δｃ ：ｘｒ_Δの補正後信号
Ｘstep_Σ（ｒ）：レンジセルｒ毎に更にＮポイントに分割したΣ信号
Ｘstep_Δ（ｒ）：レンジセルｒ毎に更にＮポイントに分割したΔ信号
ＦＴｎ ： 周波数ｎに関するフーリエ変換
ｒ ： レンジセル番号
なお、上述した式は、簡単のため、フーリエ変換時に窓関数を含めないで記述されているが、レンジ・サイドローブを低減するために、窓関数を含めるように構成することもできる。

比較器８は、ステップ周波数合成器７から送られてくるＸ_Σ（ｒ）信号およびＸ_Δ（ｒ）信号を用いて、次式により、絶対値を算出する。

ここで、
ａｂｓ［ ］：絶対値
図５は、Σ信号とΔ信号のレンジ応答の様子を示す。ステップ周波数合成後の距離サイドローブの形状は、パルス圧縮後の距離軸上の波形とステップ周波数合成による距離軸上の波形との乗算であり、図５（ａ）に示す波形は、Σ信号およびΔ信号について、それぞれ図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すようになる。

比較器８は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、Ｘ_Σの方がＸ_Δよりも大きい場合には、信号がメインローブにあるものと判断する。一方、比較器８は、図６（ｃ）および図６（ｄ）に示すように、Ｘ_Σの方がＸ_Δよりも小さい場合には、グレーティングローブから信号が入力しているものと判断する。比較器８は、メインローブからの信号であると判断した場合は、Σ信号を検出器９に送る。

検出器９は、比較器８から送られてくるΣ信号と所定の検出用スレショルドと比較し、Σ信号が検出用スレショルドを超えた場合には目標である旨を検出し、この目標であるとして検出されたセルまでの距離を目標距離として外部に出力する。

なお、距離精度をあげるために、複数セルの情報をもとに、次式の重心演算を実施するように構成することもできる。

ここで、
ｒｍ：検出したレンジセルの回りのレンジ（１〜Ｍ）
ｒｇ：重心演算により求めたレンジセル
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、受信データが取得される（ステップＳ１１）。すなわち、ステップ＆チャープ信号生成器１は、チャープ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する送信信号を生成して送信増幅器２に送る。この送信信号は、送信増幅器２およびサーキュレータ３を介してアンテナ４に送られ、このアンテナ４から送信波として空間に放射される。アンテナ４から空間に放射された送信波は、目標で反射されてアンテナ４に入力され、サーキュレータ３を介して受信器５に送られる。受信器５は、サーキュレータ３から送られてくる信号を、受信信号としてパルス圧縮器６に送る。

次いで、Σパルス圧縮が行われる（ステップＳ１２）。すなわち、パルス圧縮器６は、受信器５から送られてきた受信信号に対して、パルス圧縮ウェイト制御器１０から送られてくるΣ信号のパルス圧縮用のウェイトＷを用いて、パルス圧縮を実行し、パルス圧縮後のΣ信号をステップ周波数合成器７に送る。

次いで、Σステップ周波数合成が行われる（ステップＳ１３）。すなわち、ステップ周波数合成器７は、パルス圧縮器６から送られてくるパルス圧縮後のΣ信号をフーリエ変換することにより、ステップ周波数による合成を行い、結果を比較器８に送る。

次いで、Δパルス圧縮が行われる（ステップＳ１４）。すなわち、パルス圧縮器６は、受信器５から送られてきた受信信号に対して、パルス圧縮ウェイト制御器１０から送られてくるΔ信号のパルス圧縮用のウェイトＷを用いて、パルス圧縮を実行し、パルス圧縮後のΔ信号をステップ周波数合成器７に送る。

次いで、Δステップ周波数合成が行われる（ステップＳ１５）。すなわち、ステップ周波数合成器７は、パルス圧縮器６から送られてくるパルス圧縮後のΔ信号をフーリエ変換することにより、ステップ周波数による合成を行い、結果を比較器８に送る。

次いで、ΣがΔより大きいかどうかが調べられる（ステップＳ１６）。すなわち、比較器８は、ステップ周波数合成器７から送られてくるΣ信号とΔ信号とを比較する。このステップＳ１６において、ΣがΔより大きいことが判断されると、目標検出が行われる（ステップＳ１７）。すなわち、比較器８は、メインローブからの信号であると判断すると、Σ信号を検出器９に送り、検出器９は、比較器８から送られてくるΣ信号と検出用スレショルドと比較し、Σ信号が検出用スレショルドを超えた場合には目標である旨を検出し、この目標であるとして検出されたセルまでの距離を目標距離として外部に出力する。その後、処理は終了する。

一方、ステップＳ１６において、ΣがΔより大きくないことが判断されると、目標非検出が行われる（ステップＳ１８）。すなわち、比較器８は、グレーティングローブからの信号であると判断すると、Σ信号を検出器９に送らない。これにより、検出部９における目標検出は行われず、処理は終了する。

本発明の実施例２に係るレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置のステップ周波数合成器が処理するパルス波形としてパルス圧縮後の波形を用いたのに対し、単パルスの波形を用いて、Σ信号とΔ信号に相当する波形を生成するようにしたものである。

図８は、本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置からパルス圧縮器６およびパルス圧縮ウェイト制御器１０が除去されて受信器５の出力がステップ周波数合成器７に送られるように変更されるとともに、ステップ＆チャープ信号生成器１が、ステップ＆ΣΔ信号生成器１ａに置き換えられて構成されている。以下、実施例１に係るレーダ装置と相違する部分を中心に説明する。

ステップ＆ΣΔ信号生成器１ａは、測距したい範囲について、Σ信号に比べてΔ信号のレベルを低くした単パルス（チャープ信号ではないパルス）の波形を有する送信信号を生成し、送信増幅器２に送る。

ステップ周波数合成器７は、受信器５から送られてくる受信信号を用いて、Σ信号およびΔ信号の各々について、フーリエ変換することにより、ステップ周波数による合成を行う。この場合、目標の動きがあれば、Σ信号とΔ信号を用いて、（４）〜（７）式による速度補正を行った後に、ステップ周波数による合成を行う。このステップ周波数合成器７でステップ周波数合成された信号が比較器８に送られる。

比較器８は、ステップ周波数合成器７から送られてくる信号を用いて、（８）式により、Ｘ_Σ信号およびＸ_Δ信号を取得し、これらの比較を行う。以下、実施例１と同様の処理により、レンジ・グレーティングローブを抑圧した高分解能の測距値が得られる。

次に、上記のように構成される本発明の実施例２に係るレーダ装置の動作を、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、実施例１に係るレーダ装置における処理（図７のフローチャート参照）に相当する処理を行う部分には、図７のフローチャートで使用した符号と同一の符号を付して説明する。

まず、受信データが取得される（ステップＳ１１）。すなわち、ステップ＆ΣΔ信号生成器１ａは、Σ信号に比べてΔ信号のレベルを低くしたパルス波形を有する送信信号を生成して送信増幅器２に送る。この送信信号は、送信増幅器２およびサーキュレータ３を介してアンテナ４に送られ、このアンテナ４から送信波として空間に放射される。アンテナ４から空間に放射された送信波は、目標で反射されてアンテナ４に入力され、サーキュレータ３を介して受信器５に送られる。受信器５は、サーキュレータ３から送られてくるΣ信号およびΔ信号をステップ周波数合成器７に送る。

次いで、Σステップ周波数合成が行われる（ステップＳ１３）。すなわち、ステップ周波数合成器７は、パルス圧縮器６から送られてくるΣ信号をフーリエ変換することにより、ステップ周波数による合成を行い、結果を比較器８に送る。

次いで、Δステップ周波数合成が行われる（ステップＳ１５）。すなわち、ステップ周波数合成器７は、パルス圧縮器６から送られてくるΔ信号をフーリエ変換することにより、ステップ周波数による合成を行い、結果を比較器８に送る。

次いで、ΣがΔより大きいかどうかが調べられる（ステップＳ１６）。すなわち、比較器８は、ステップ周波数合成器７から送られてくるΣ信号とΔ信号とを比較する。このステップＳ１６において、ΣがΔより大きいことが判断されると、目標検出が行われる（ステップＳ１７）。すなわち、比較器８は、メインローブからの信号であると判断すると、Σ信号を検出器９に送り、検出器９は、比較器８から送られてくるΣ信号と検出用スレショルドと比較し、Σ信号が検出用スレショルドを超えた場合には目標である旨を検出し、検出器の位置からこの目標であるとして検出したセルまでの距離を目標距離として外部に出力する。その後、処理は終了する。

一方、ステップＳ１６において、ΣがΔより大きくないことが判断されると、目標非検出が行われる（ステップＳ１８）。すなわち、比較器８は、グレーティングローブからの信号であると判断すると、Σ信号を検出器９に送らない。これにより、検出部９における目標検出は行われず、処理は終了する。

本発明の実施例３に係るレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置に測角器を追加し、マルチパス環境下において、直接波と間接波（マルチパス波）が入力された場合に、直接波を抽出し、この抽出した直接波を用いて測角を行うものである。

図１０は、本発明の実施例３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置に測角器（直接波抽出を含む）１１が追加されて構成されている。

間接波（マルチパス波）は、地面や海面等で反射しているため、図１１に示すように、直接波に比べて距離が遠くなる。直接波と間接波の距離差に比べて距離分解能が低いレーダ装置では、直接波と間接波を分離できないが、高い距離分解能を有するように構成された実施例１に係るレーダ装置によれば、図１２に示すように、距離の短い直接波と距離の遠い間接波とを分離することができる。

検出器９は、比較器８から送られてくるΣ信号と検出用スレショルドと比較し、Σ信号が検出用スレショルドを超えた場合には目標である旨を検出し、この目標であるとして検出されたセルまでの距離を目標距離として測角部１１に送る。

測角部１１は、検出器９から送られてくる目標距離が複数存在する場合は、最も近い目標距離を抽出し、つまり直接波を抽出し、この抽出した直接波の信号を用いて測角処理を行う。測角処理においては、位相モノパルスの場合には、図１３（ａ）に示すように、ΣビームとΔビームに対して、次式により誤差電圧を求める。

ここで、
Ｅｍ；誤差電圧
Ｒｅ；複素数の実部
この誤差電圧Ｅと、図１２（ｂ）に示すような、あらかじめテーブル化しておいた測角曲線と比較することにより、測角値を得ることができる。なお、振幅比較測角の場合には、位相モノパルスのΔビームの代わりに、Σに対してスクイントしたΣＵビームを用いて、次式の誤差電圧により測角すればよい。

次に、上記のように構成される本発明の実施例３に係るレーダ装置の動作を、図１４に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、実施例１に係るレーダ装置における処理（図７のフローチャート参照）に相当する処理を行う部分には、図７のフローチャートで使用した符号と同一の符号を付して説明を簡略化する。

まず、受信データが取得される（ステップＳ１１）。次いで、Σパルス圧縮が行われる（ステップＳ１２）。次いで、Σステップ周波数合成が行われる（ステップＳ１３）。次いで、Δパルス圧縮が行われる（ステップＳ１４）。次いで、Δステップ周波数合成が行われる（ステップＳ１５）。

次いで、ΣがΔより大きいかどうかが調べられる（ステップＳ１６）。このステップＳ１６において、ΣがΔより大きいことが判断されると、目標検出が行われる（ステップＳ１７）。その後、ステップＳ１９に進む。一方、ステップＳ１６において、ΣがΔより大きくないことが判断されると、目標非検出が行われる（ステップＳ１８）。すなわち、目標検出は行われず、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１９においては、近距離目標が抽出される。すなわち、測角部１１は、検出器９から送られてくる目標距離が複数存在する場合は最も近い目標距離、つまり、直接波の信号を抽出する。次いで、測角が行われる（ステップＳ２０）。すなわち、測角部１１は、ステップＳ１９で抽出した直接波の信号を用いて測角処理を行い、測角値を出力する。以上により、処理は終了する。

なお、上述した実施例３に係るレーダ装置は、実施例１に係るレーダ装置に測角部１１を設けたが、実施例２に係るレーダ装置に測角部１１を設けるように構成することもできる。この場合にも、上述した実施例３に係るレーダ装置と同様の作用および効果が得られる。

以上説明したように、本発明の実施例３に係るレーダ装置によれば、間接波の影響を抑圧して高精度な測角値が得られる。

本発明は、距離精度向上による追尾能力向上、マルチパス対処等のために、高い距離分解能を要するレーダ装置やソナー装置などに利用可能である。

本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置のステップ＆チャープ信号生成器で発生される送信信号を説明するための図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置において、目標の動きがある場合に行われるステップ周波数の速度補正の原理（その１）を説明するための図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置において、目標の動きがある場合に行われるステップ周波数の速度補正の原理（その２）を説明するための図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置におけるΣ信号とΔ信号によるレンジ応答を示す図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置の比較器における比較動作を説明するための図である。 本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例３に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３に係るレーダ装置において使用される直接波と間接波の距離差を説明するための図である。 本発明の実施例３に係るレーダ装置において得られる直接波と間接波を説明するための説明図である。 本発明の実施例３に係るレーダ装置において行われる測角を説明するための図である。 本発明の実施例３に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。 従来のレーダ装置の動作を説明するための図である。

符号の説明

１ ステップ＆チャープ信号発生器
１ａ ステップ＆ΣΔ信号発生器
２ 送信増幅器
３ アンテナ
４ サーキュレータ
５ 受信器
６ パルス圧縮器
７ ステップ周波数合成器
８ 比較器
９ 検出器
１０ パルス圧縮ウェイト制御器
１１ 測角器

Claims (3)

1. チャープ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する送信信号を生成するステップ＆チャープ信号生成器と、
   前記ステップ＆チャープ信号生成器で生成された送信信号を送信することにより得られた反射波を受信して受信信号を生成する受信器と、
   Σ信号およびΔ信号のパルス圧縮用のウェイトを発生するパルス圧縮ウェイト制御器と、
   前記受信器からの受信信号に対して、前記パルス圧縮ウェイト制御器からのウェイトを用いてパルス圧縮を行ってΣ信号およびΔ信号を生成するパルス圧縮器と、
   前記パルス圧縮器におけるパルス圧縮により得られたΣ信号およびΔ信号の各々について、ステップ周波数による合成を行うステップ周波数合成器と、
   前記ステップ周波数合成器で合成することにより得られたΣ信号とΔ信号の絶対値のレベルを比較する比較器と、
   前記比較器による比較により、Σ信号のレベルがΔ信号のレベルより大きいことを示している場合のΣ信号を用いて目標を検出し、目標距離を出力する検出器と、
   を備えたことを特徴とするレーダ装置。
2. Σ信号およびΔ信号のパルスの周波数がステップ状に変化する送信信号を生成するステップ＆ΣΔ信号生成器と、
   前記ステップ＆ΣΔ信号生成器で生成された送信信号を送信することにより得られた反射波を受信して受信信号を生成する受信器と、
   前記受信器から受信信号に含まれるΣ信号とΔ信号の各々について、ステップ周波数による合成を行うステップ周波数合成器と、
   前記ステップ周波数合成器で合成することにより得られたΣ信号とΔ信号の絶対値のレベルを比較する比較器と、
   前記比較器による比較により、Σ信号のレベルがΔ信号のレベルより大きいことを示している場合のΣ信号を用いて目標を検出し、目標距離を出力する検出器と、
   を備えたことを特徴とするレーダ装置。
3. 前記検出器で複数の目標が検出された場合に、最も近い目標までの目標距離に対応する信号を抽出し、該抽出した信号を用いて測角を行う測角部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダ装置。

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