JP2013137253A - 誘導装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラットフォームを高精度に目標位置に誘導することのできる誘導装置を得る。
【解決手段】レーダ画像再生部９は、複数の受信機６〜８で受信された受信電波に基づき、目標のレーダ動画像を再生する。目標位置及び自機運動推定部１１は、レーダ画像再生部９で連続的に再生された複数のレーダ動画像を用いて目標の位置及び自機の運動を推定する。進行方向決定部１６は、推定した目標位置及び自機運動情報から自機の進行方向を決定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、移動するプラットフォームに搭載したレーダの観測値から、目標の３次元空間上の位置を推定し、自機の進行方向を決定する誘導装置に関する。

高分解能なレーダを実現するレーダ装置として合成開口処理があり、その１つにＤＢＳ（Doppler Beam Sharpening）がある（例えば、非特許文献１参照）。ＤＢＳ処理では、アンテナを移動体に搭載し、各位置における受信データを空間的に合成することにより、等価的にアンテナ開口を拡大して高い分解能を得るものである。
ＤＢＳ処理により得られる高分解能なデータを空間的に表示したものをＤＢＳ画像と呼ぶ。

ＤＢＳ画像から得られる目標に関する情報は、自機から目標までの距離とドップラー周波数である。なお、ドップラー周波数は自機の進行方向に対する目標の視線方向のベクトルにより依存し、次式（１）により表される。

なお、ｆ_ｄはドップラー周波数、Ｖ_ｐｌｔは自機の速さ、λは波長、ηは自機の進行方向と目標に向かう視線ベクトルの成す角である。

上記の式（１）からも明らかなように、観測されたドップラー周波数から直接計測できる目標位置に関する情報は、自機の速度ベクトルと目標に向かう視線ベクトルの成す角ηであるが、３次元空間上において、速度ベクトルに対して角度ηとなるベクトルは、速度ベクトルを軸とする円錐上に存在するため、ηを得られただけでは、目標と等距離のドップラー周波数をもつ多数の点と目標の分離を行うことが出来ず、目標の３次元位置を一意に特定することは出来ない。

以上に述べたように、ＤＢＳ処理を利用する既存の誘導装置には、高い分解能を得られるものの、３次元空間上に存在する目標との等距離のドップラー周波数点との分離が出来ず、プラットフォームを目標に移動させる場合に正しくプラットフォームを誘導できない問題があった。

このような問題を解決する方式として、例えば、特許文献１に記載されているようなモノパルス測角方式により得られた目標の測角値を用いた方式がある。同方式によれば、ＤＢＳ処理とモノパルス測角処理を組み合わせることで、目標位置を推定することが可能となることが記されている。なお、モノパルス測角処理については、例えば非特許文献２に記載されているように公知である。

特開２００５−８３８１４号公報

Merrill Skolnik，"RADAR HANDBOOK Third Edition，"McGrawHill (2008)，pp.5.24-5.36. 吉田考 著"改訂レーダ技術、"電子情報通信学会（1996）、pp.260-264

しかしながら、一般的に小型のプラットフォームに搭載したレーダを用いたモノパルス測角処理においては、プラットフォームの大きさの制約からモノパルスアンテナ間の間隔を十分に確保することが出来ず、信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）や信号対クラッター比（ＳＣＲ：Signal to Clutter Ratio）が十分でない場合には、高精度な測角が出来ない問題があった。

一般的に、低ＳＮＲ環境下におけるモノパルス測角処理の精度向上では、複数回の測角結果の平均処理等により行われるが、高速で移動するプラットフォームに搭載したレーダによる観測の場合、複数回の観測で自機の位置が大きく変化するため、自機位置と目標位置の相対位置も大きく変化する。このため、複数回の観測結果の統合には、自機位置や自機速度といった情報が高精度に得られている必要があるが、自機の位置については、ＩＮＳ等による計測値を用いるため、計測誤差を含む。これは、各観測位置の関連性について見誤ることに他ならないので、これらの統合結果についても誤差が生じてしまい、正しい目標位置を推定することが困難になる問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、プラットフォームを高精度に目標位置に誘導することのできる誘導装置を得ることを目的とする。

この発明に係る誘導装置は、目標に対して送信電波を照射する送信機と、送信電波が目標で反射された反射電波を、互いに異なる位置に配置された複数の受信用アンテナを介して受信する複数の受信機と、複数の受信機で受信された受信電波に基づき、目標のレーダ動画像を再生するレーダ画像再生部と、レーダ画像再生部で連続的に再生された複数のレーダ動画像を用いて目標の位置及び自機の運動を推定する目標位置及び自機運動推定部と、推定した目標位置及び自機運動情報から自機の進行方向を決定する進行方向決定部を備えたものである。

この発明の誘導装置は、レーダ画像再生部で連続的に再生された複数のレーダ動画像を用いて目標の位置及び自機の運動を推定するようにしたので、プラットフォームを高精度に目標位置に誘導することができる。

この発明の実施の形態１による誘導装置を示す構成図である。 この発明の誘導装置における動作原理の説明図である。 この発明の誘導装置におけるＤＢＳ画像の説明図である。 この発明の実施の形態２による誘導装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による誘導装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による誘導装置を示す構成図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による誘導装置を示す構成図である。
図２は、この発明の誘導装置における動作原理の説明図である。以下では、まず、図２を用いて、各実施の形態に係る誘導装置の動作原理を説明する。なお、各実施の形態においては、高分解能画像としてＤＢＳ画像を対象として記載するが、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）方式やＩＳＡＲ（Inverse SAR）方式などの他の高分解能画像を用いたものについても、同様の原理が成立する。

図２は観測のジオメトリを示している。まず、目標は１つ以上の複数の孤立反射点からなる静止目標であると考える。図２において、点５０は観測シーンに存在する孤立反射点の１つＰ_ｋ（ｋ＝１，２，３，…，Ｋ）である。なお、Ｋは観測シーンに存在する孤立反射点の数である。

さらに、各時刻ｔにおけるプラットフォームの位置ベクトルは、

となる。なお、ｔ＝０のときのプラットフォームの位置が原点となるように設定している。

一般的に、レーダを搭載したプラットフォームが等加速度運動を続けることはないが、短い時間の間、近似的に等加速度運動をしているとみなすことは可能である。
図２に示す通り、ｔ＝０のプラットフォーム位置を原点とする直交座標系ｘ，ｙ，ｚ座標を定義する。ｘ，ｙ，ｚ座標の軸の向きは任意であるが、例えばｘ，ｙ平面が水平面を表し、ｚが鉛直方向上向きを表すと考えてもよい。

図２において、点１００，２００，３００は、それぞれ、送受信アンテナ１と受信用補助アンテナ２，３（図１参照）の位置を表している。また、送受信アンテナ１、受信用補助アンテナ２、受信用補助アンテナ３の位置ベクトルをそれぞれ、

とする。さらに、送受信アンテナ１からそれぞれの受信用補助アンテナ２と３に向かうベクトルを基線ベクトルと呼び、次式（３）（４）で定義する。

観測において、送受信アンテナ１は、繰り返し周期（ＰＲＩ：Pulse Repetition Interval）ｔ_ｐｒｉで広帯域パルスの送受信を繰り返す。また、送受信アンテナ１と同時に受信用補助アンテナ２と受信用補助アンテナ３においても信号を受信する。すると、各アンテナで受信された信号を用いて、それぞれＤＢＳ画像の動画像（取得時刻の異なるＤＢＳ画像）を再生することが出来る。

図３は、各アンテナで受信された信号を用いて得られるＤＢＳ画像の概念図である。図３において、画像６１，６２，６３は、送受信アンテナ１、受信用補助アンテナ２、受信用補助アンテナ３の受信信号を用いて、それぞれ再生されたＤＢＳ動画像である。ＤＢＳ動画像の１枚目のフレームは、１パルス目からＨパルス目のデータを用いて生成され、２フレーム目は１＋Ｊパルス目からＨ＋Ｊパルス目のデータを用いて再生されるものとする。これは３枚フレーム目以降の再生においても同様であり、ｎフレーム目の画像は１＋（ｎ−１）Ｊパルス目からＨ＋（ｎ−１）Ｊパルス目のデータを用いて再生される。このとき、動画像のフレーム間の時間間隔ｔ_ｆｒは次式（８）で表される。

また、目標位置を推定するために用いる動画像のフレーム数をＮとするならば、全体の観測に必要な送信パルス数はＨ＋（Ｎ−１）Ｊパルスであり、観測時間は｛Ｈ＋（Ｎ−１）Ｊ｝ｔ_ｐｒｉとなる。

以上に示した式（９）〜式（１２）の関係を用いることで、原理的には目標の位置及び自機の速度、加速度を推定することが可能である。以下では、図１を用いて、この発明の実施の形態１に係る誘導装置の機能構成及び動作について説明する。

図１に示す誘導装置は、送受信アンテナ１、受信用補助アンテナ２，３、送信機４、送受切換器５、受信機６〜８、レーダ画像再生部９、画像履歴蓄積部１０、目標位置及び自機運動推定部１１、進行方向決定部１６及び表示部１７を備えている。また、目標位置及び自機運動推定部１１は、反射点抽出部１２、フレーム間反射点対応部１３、位相差算出部１４、パラメータ推定部１５を有し、目標位置及び自機運動推定部１１で算出された結果は、進行方向決定部１６において、目標位置及び自機運動推定部１１で推定された目標位置から自機の進行方向を決定する。また、表示部１７で自機位置と各目標との位置関係を表示する。

送信機４は、周知の発振器および変調器などを含み、送受切換器５および受信機６〜８と共に、送受信制御部（図示せず）の制御下で駆動される。送受信アンテナ１は、目標に向けて送信パルスを出射する送信用アンテナとしての機能を有すると共に、送信パルスが目標で反射されて戻ってくる反射電波を受信電波として受信する受信用アンテナとしての機能も有している。このとき、受信用補助アンテナ２，３も同時に目標からの反射電波を受信電波として受信する。

受信機６〜８は、それぞれ送受信アンテナ１および受信用補助アンテナ２，３で受信された電波を増幅、検波して得られた受信信号をレーダ画像再生部９に送る。そして、前述した通り、実施の形態１に係る画像レーダ装置においては、以上のようなパルスの送受信を繰り返し周期ｔ_ｐｒｉで繰り返す。

レーダ画像再生部９では、前述の通り、それぞれ送受信アンテナ１、受信用補助アンテナ２、受信用補助アンテナ３の受信信号を用いてＩＳＡＲ動画像６１，６２，６３（図３参照）を再生する。ここで、ηフレーム目を再生するためには１＋（ｎ−１）Ｊパルス目からＨ＋（ｎ−１）Ｊパルス目のデータを用いる。

画像履歴蓄積部１０では、レーダ画像再生部９で再生された動画像６１，６２，６３をメモリに蓄積する。目標位置及び自機運動推定部１１では、画像履歴蓄積部１０に一旦格納された動画像６１，６２，６３の情報を利用して、目標位置と自機運動に関する情報を推定して、進行方向決定部１６において、自機の進行方向を決定する。さらに、推定結果の形状を表示部１７に出力する。

以下では、目標位置及び自機運動推定部１１の構成と動作を説明する。まず、反射点抽出部１２では、動画像の各フレームにおいて、輝点（輝度の強い点）を検出し、その位置と複素振幅を計測する。輝点の検出には一般に良く知られたＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理などを用いればよい。以下では、反射点抽出部１２において、動画像の各フレームにおいてＫ点ずつの点目標が検出されたと仮定して説明を進める。反射点抽出部１２は、検出処理の結果として、Ｋ点の点目標について、レーダの視線方向の位置ｒ_ｋ（ｔ）とドップラー周波数ｆ_ｄｋ（ｔ）、および輝点のピーク複素振幅Ｓ_０ｋ（ｔ），Ｓ_１ｋ（ｔ），Ｓ_２ｋ（ｔ）を出力する（ｋ＝１，２，…、Ｋ）。

フレーム間反射点対応部１３では、各フレームで検出された輝点同士を対応付ける。ここでは、レーダの目標追尾などに利用される追尾方式などを利用して対応付けを行う。反射点抽出部１２の出力結果において、ｎ＋１フレーム目におけるｋ番目の輝点の信号と、ｎフレーム目におけるｋ番目の輝点の信号が、同じ孤立反射点からの信号に対応しているとは限らない。フレーム間反射点対応部１３における対応付け処理（追尾処理）によって、フレーム間での輝点の対応付けがなされ、その結果、同じ孤立反射点Ｐ_ｋの信号が全てのフレームにおいて、ｋ番目の信号としてラベル付けされる。

なお、反射点抽出部１２において、全てのフレームにおいて点目標が必ずＫ点検出されるとは限らない。例えば、ｎ番目のフレームにおいてＫ点検出されていて、ｎ＋１番目のフレームにおいてＫ−１点しか検出されなければ、ｎ番目で検出された輝点のうち一つは、ｎ＋１番目のフレームで検出された輝点と対応付けられないことになる。このような場合は、フレーム間反射点対応部１３において対応付けできない旨を判定して記録する。

次いで、位相差算出部１４では、送受信アンテナ１と、受信用補助アンテナ２，３で得られた信号の位相差を、各フレーム、各検出信号に対して次式（１３）（１４）によって算出する。

すなわち、本発明において推定すべきパラメータを解くためには、３フレーム以上の観測が必要となる。

最適解の探索については、最小二乗法などの一般的な非線形計画法で用いられる方式であれば、何を用いても構わず、特に限定されるものではない。

以上の処理を各孤立反射点についてそれぞれ行うことで各孤立反射点の位置を推定することが可能である。

目標位置及び自機運動推定部１１において算出された各孤立反射点の位置に向かうように進行方向決定部１６にて自機の舵を制御する。また、表示部１７に推定結果を表示することで、目標位置及び自機位置や進行方向など目視にて認識することも可能である。

このように、実施の形態１では、送受信アンテナ１に加えて、受信用補助アンテナ２、３を有し、各アンテナに接続された受信機で受信した信号を用いて、それぞれＤＢＳ動画像を生成することにより、これらのＤＢＳ動画像から観測された視線方向の距離及びドップラー周波数に加えて、観測信号の位相差情報を利用できるように構成したので、レーダの観測信号を用いることで、自機と目標の位置と自機の速度及び加速度といった運動に関する情報を同時に推定することが可能となり、プラットフォームを目標に制度よく誘導することが可能となる効果を有する。

以上説明したように、実施の形態１の誘導装置によれば、目標に対して送信電波を照射する送信機と、送信電波が前記目標で反射された反射電波を、互いに異なる位置に配置された複数の受信用アンテナを介して受信する複数の受信機と、複数の受信機で受信された受信電波に基づき、目標のレーダ動画像を再生するレーダ画像再生部と、レーダ画像再生部で連続的に再生された複数のレーダ動画像を用いて目標の位置及び自機の運動を推定する目標位置及び自機運動推定部と、推定した目標位置及び自機運動情報から自機の進行方向を決定する進行方向決定部を備えたので、プラットフォームを高精度に目標位置に誘導することができる。

また、実施の形態１の誘導装置によれば、目標位置及び自機運動推定部は、レーダ画像再生部において再生されたレーダ動画像の各フレームから、目標となる視線方向の位置とドップラー周波数および複素振幅の情報を抽出する反射点抽出部と、各フレームにおいて反射点抽出部で抽出された点をフレーム間で対応付けるフレーム間反射点対応部と、異なる受信機で受信された信号に基づく動画像で観測された対応する点同士の複素振幅の位相差を算出する位相差算出部と、視線方向の目標位置及びドップラー周波数、位相差を利用して目標の三次元の座標及び自機の三次元の速度及び加速度を推定するパラメータ推定部とを有するようにしたので、自機と目標の位置と自機の速度及び加速度といった運動に関する情報を同時に推定することが可能となる。

また、実施の形態１の誘導装置によれば、受信用アンテナは、送受信を兼ねる送受信用アンテナを１つ、受信用補助アンテナを２つ有し、送受信用アンテナと受信用補助アンテナのうちの一つをつなぐ２本の基線ベクトルが互いに直交するようにして、３つのアンテナが配置されているようにしたので、効率よく目標位置と自機運動の推定を行うことができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る誘導装置を示す機能ブロック図である。
実施の形態２の誘導装置は、送受信アンテナ１、受信用補助アンテナ２，３、送信機４、送受切換器５、受信機６〜８、レーダ画像再生部９、相関動画像利用目標位置及び自機運動推定部１１ａ、進行方向決定部１６、表示部１７、相関処理部１８、相関画像履歴蓄積部１９からなる。また、相関動画像利用目標位置及び自機運動推定部１１ａは、相関反射点抽出部２０、フレーム間反射点対応部１３、パラメータ推定部１５ａで構成されている。

相関処理部１８は、レーダ画像再生部９で連続的に再生された異なる受信機で受信された信号に基づき生成されたレーダ動画像間の画素ごとの相関を算出して相関動画像を得る処理部であり、相関画像履歴蓄積部１９は、相関処理部１８で生成された相関動画像を蓄積する記憶部である。相関動画像利用目標位置及び自機運動推定部１１ａは、相関画像履歴蓄積部１９に蓄積された相関動画像を用いて目標の位置及び自機の運動を推定する目標位置及び自機運動推定部である。

相関動画像利用目標位置及び自機運動推定部１１ａにおける相関反射点抽出部２０は、相関動画像の中から、振幅あるいは電力値の大きい輝点を検出し、Ｋ点の点目標について、レーダの視線方向の位置ｒ_ｋ（ｔ）、とドップラー周波数ｆ_ｄｋ（ｔ）、および輝点のピーク位置における位相差φ_１ｋ（ｔ），φ_２ｋ（ｔ）を出力する（ｋ＝１，２，…，Ｋ）処理部である。また、フレーム間反射点対応部１３は、各フレームにおいて相関反射点抽出部２０で抽出された点をフレーム間で対応付ける機能を有し、パラメータ推定部１５ａは、相関反射点抽出部２０の出力結果とフレーム間反射点対応部１３の出力結果に基づいて目標の位置と自機の運動に関する情報を推定するよう構成されている。
その他の構成については、実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

次に、実施の形態２の誘導装置の動作について説明する。
図３に示すＤＢＳ動画像６１，６２，６３の各フレームの画素数をレンジ方向にＩ画素、ドップラー周波数方向にＪ個とする。ＤＢＳ動画像６１，６２，６３の（ｉ，ｊ）における画素の観測値をそれぞれ、Ｓ_０ｋ（ｔ）（ｉ，ｊ），Ｓ_１ｋ（ｔ）（ｉ，ｊ），Ｓ_２ｋ（ｔ）（ｉ，ｊ）とすると、相関処理部１８では、動画像６１と動画像６２、動画像６１と動画像６３の相関を次式（１８）（１９）により算出する。

ここで、算出されたｃ_１０ｋ（ｔ）（ｉ，ｊ）とｃ_２０ｋ（ｔ）（ｉ，ｊ）を、以下では相関動画像と呼ぶ。式（１８）（１９）では、簡略化のため、画素単位で複素共役を掛け合わせる処理のみを記してあるが、相関処理部１８では、相関を計算する画像のうち一方をサブピクセル単位でずらしながら、画素毎の相関値の二乗和が最大となるような計算をして、２つの画像の位置合わせを実施するように構成しても良い。このようにすることによって、送受信アンテナ１および受信用補助アンテナ２，３で観測された動画像６１，６２，６３の位置合わせを実施することが出来る。相関処理部１８によって算出されたこれらの相関動画像は、相関画像履歴蓄積部１９に送られてメモリに一旦格納される。

相関反射点抽出部２０は、相関動画像の中から、振幅あるいは電力値の大きい輝点を検出する。ここでの処理は、反射点抽出部１２と同様にＣＦＡＲ処理などによって実現できる。相関反射点抽出部２０は検出処理の結果として、Ｋ点の点目標について、レーダの視線方向の位置ｒ_ｋ（ｔ）、とドップラー周波数ｆ_ｄｋ（ｔ）および輝点のピーク位置における位相差φ_１ｋ（ｔ），φ_２ｋ（ｔ）を出力する（ｋ＝１，２，…，Ｋ）。

以降の基本的な動作は実施の形態１と同様であるが、相関反射点抽出部２０において既に位相差が算出されているので、実施の形態１で必要であった位相差算出部１４は不要となる。

このように、実施の形態２では、送受信アンテナ１と受信用補助アンテナ２，３に接続された受信機で受信した信号を用いてそれぞれＩＳＡＲ動画像を生成し、最初にこれらのＩＳＡＲ動画像のフレーム毎に相関動画像を算出する際にサブピクセル単位で画像間の位置合わせを実施するため、位相差の推定精度が向上し、ひいては目標位置や自機運動に関する情報の推定精度を向上できる効果がある。

以上説明したように、実施の形態２の誘導装置によれば、レーダ画像再生部で連続的に再生された異なる受信機で受信された信号に基づき生成されたレーダ動画像間の画素ごとの相関を算出して相関動画像を得る相関処理部を設けると共に、目標位置及び自機運動推定部は、相関処理部で算出された相関動画像を用いて目標の位置及び自機の運動を推定するようにしたので、プラットフォームを高精度に目標位置に誘導することができる。

また、実施の形態２の誘導装置によれば、目標位置及び自機運動推定部は、相関動画像の各フレームから、相関値の大きい点の視線方向の位置とドップラー周波数および複素振幅の情報を抽出する相関反射点抽出部と、各フレームにおいて相関反射点抽出部で抽出された点をフレーム間で対応付けるフレーム間反射点対応部と、相関反射点抽出部とフレーム間反射点対応部から出力される情報から目標位置及び自機運動を推定するパラメータ推定部とを備えたので、目標位置や自機運動に関する情報の推定精度を向上させることができる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る誘導装置を示す機能ブロック図である。
実施の形態３の誘導装置が実施の形態１の誘導装置と異なる点は、目標位置及び自機運動推定部として外部装置利用目標位置及び自機運動推定部１１ｂを備えていることである。外部装置利用目標位置及び自機運動推定部１１ｂは、自機の運動に関する外部装置の計測値を使用して目標位置及び自機運動を推定するよう構成され、反射点抽出部１２、フレーム間反射点対応部１３、位相差算出部１４、パラメータ推定部１５ｂ、自機運動観測値格納部２１、探索範囲決定部２２を備えている。

自機運動観測値格納部２１は、ＩＮＳ（Inertial Navigation System）やＧＰＳ（Global Positioning System）などといった外部装置の計測値の格納部であり、探索範囲決定部２２は、自機運動観測値格納部２１の計測値に基づいて、パラメータ推定部１５ｂにおける最適解探索における範囲を限定するための条件を決定する処理部である。また、パラメータ推定部１５ｂは、探索範囲決定部２２から与えられた最適解探索の範囲で、目標位置及び自機速度、加速度の推定を行うよう構成されている。
その他の構成については、実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

次に、実施の形態３の誘導装置の動作について説明する。
実施の形態１及び実施の形態２で説明したように、本発明は、式（１７）に示した最適化問題を解くことで、目標位置及び自機速度、加速度を推定するが、最適解を探索するためには推定すべき９つのパラメータを全ての実数で入力する必要があり、最適解の探索に時間を要する可能性がある。本発明の実施の形態３では、推定処理の高速化のために、予め最適解探索における範囲を限定することで、推定処理の高速化を図る。

パラメータ推定部１５ｂでは、決定された探索範囲で、目標位置や自機運度に関する情報の推定を行う。なお、上記の式（２０）〜（２２）においては、想定される計測誤差の範囲を一様に探索範囲として設定したが、ＩＮＳ誤差の傾向を事前に把握している場合には、その特性に準じた重み付けすることも可能である。

このように、実施の形態３では、目標位置や自機運度に関する情報を推定する際の最適解探索処理において、プラットフォームに搭載したＩＮＳやＧＰＳ等の計測値を用いた探索範囲の設定を行うように構成したので、目標位置や自機運度に関する情報の推定に要する時間を短縮することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態３の誘導装置によれば、目標位置及び自機運動推定部は、自機の運動に関する外部装置の計測値を使用して目標位置及び自機運動を推定するようにしたので、プラットフォームを高精度に目標位置に誘導することができると共に、目標位置や自機運度に関する情報の推定に要する時間を短縮することができる。

また、実施の形態３の誘導装置によれば、目標位置及び自機運動推定部は、外部装置の特性に準じた重み付けを行うようにしたので、目標位置や自機運度に関する情報の推定に要する時間をさらに短縮することができる。

実施の形態４．
図６は、実施の形態４に係る誘導装置を示す機能ブロック図である。
実施の形態４の誘導装置が実施の形態１の誘導装置と異なる点は、目標位置及び自機運動推定部として粗推定結果利用目標位置及び自機運動推定部１１ｃを備えていることである。粗推定結果利用目標位置及び自機運動推定部１１ｃは、モノパルス測角処理により粗推定した目標位置の測位結果を利用して、目標位置及び自機運動を推定するよう構成され、反射点抽出部１２、フレーム間反射点対応部１３、位相差算出部１４、パラメータ推定部１５ｃ、目標位置粗推定処理部２３、粗推定結果平均処理部２４を備えている。

目標位置粗推定処理部２３は、位相差モノパルス測角処理等により、目標位置の測位を行う処理部である。粗推定結果平均処理部２４は、目標位置粗推定処理部２３で粗推定した目標位置を平均処理するよう構成され、パラメータ推定部１５ｃは、粗推定結果平均処理部２４で平均処理された目標位置に基づいて、目標位置や自機運度に関する情報を推定するよう構成されている。
その他の構成については、実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

次に、実施の形態４の動作について説明する。

この推定値を最適解の探索に際して、初期値として割り当てることで、推定の高速化を図る。

目標位置粗推定処理部２３では、位相差算出部１４にて算出した孤立輝点に関する送受信アンテナ１に対する受信用補助アンテナ２及び受信用補助アンテナ３での観測値の位相差φ_１ｋ（ｔ）とφ_２ｋ（ｔ）を用いて、目標位置の測位を行う。

目標位置の測位は、例えば、非特許文献２に記載されているような位相差モノパルス測角処理を観測値の位相差φ_１ｋ（ｔ）とφ_２ｋ（ｔ）についてそれぞれ実施し、推定された目標の２つの測角値から、目標位置を推定する。なお、位相差モノパルス測角処理については公知の処理であるため、その説明を割愛する。

ただし、本処理による推定結果は、ＳＮＲもしくはＳＣＲが十分でない場合には測位誤差を有するため、これらの影響を排除するために、各ＤＢＳ動画像を用いて粗推定した目標位置を、粗推定結果平均処理部２４にて平均処理し、ランダム性の測位誤差を排除する。

平均処理は、次式（２３）により行う。

なお、Ｎは取得したＤＢＳ動画像のフレーム数、ｔ_ｎはＤＢＳ動画像の各取得時刻である。

パラメータ推定部１５ｃの処理については、粗推定結果平均処理部２４の結果を用いて行う点以外は実施の形態１のパラメータ推定部１５の処理と同様である。

このように、実施の形態４では、最適解の探索を行う前に、目標位置に関する情報を、予め測位した値を用いることで、最適解の探索時における探索範囲を削減することが可能となり、目標位置や自機の運動に関する情報を推定に要する時間を短縮することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態４の誘導装置によれば、目標位置及び自機運動推定部は、モノパルス測角処理により粗推定した目標位置の測位結果を利用して、目標位置及び自機運動を推定するようにしたので、プラットフォームを高精度に目標位置に誘導することができると共に、目標位置や自機運度に関する情報の推定に要する時間を短縮することができる。

また、実施の形態４の誘導装置によれば、目標位置及び自機運動推定部は、目標位置の測位結果の平均処理を行った結果を用いて目標位置及び自機運動を推定するようにしたので、さらに目標位置や自機運度に関する情報の推定に要する時間を短縮することができる。

また、実施の形態４の誘導装置によれば、目標位置及び自機運動推定部は、自機の運動に関する外部装置の計測値を使用するか、モノパルス測角処理により粗推定した目標位置の測位結果を利用するかのいずれかを選択して目標位置及び自機運動を推定するようにしたので、観測環境に合わせて目標位置や自機運度に関する情報の推定を高精度に行うことができる。

また、実施の形態４の誘導装置によれば、目標位置及び自機運動推定部は、自機の運動に関する外部装置の計測値と、モノパルス測角処理により粗推定した目標位置の測位結果とを平均処理した結果を用いて目標位置及び自機運動を推定するようにしたので、より高精度に目標位置や自機運度に関する情報の推定を行うことができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 送受信アンテナ、２，３ 受信用補助アンテナ、４ 送信機、５ 送受切換器、６，７，８ 受信機、９ レーダ画像再生部、１０ 画像履歴蓄積部、１１ 目標位置及び自機運動推定部、１１ａ 相関動画像利用目標位置及び自機運動推定部、１１ｂ 外部装置利用目標位置及び自機運動推定部、１１ｃ 粗推定結果利用目標位置及び自機運動推定部、１２ 反射点抽出部、１３ フレーム間反射点対応部、１４ 位相差算出部、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ パラメータ推定部、１６ 進行方向決定部、１７ 表示部、１８ 相関処理部、１９ 相関画像履歴蓄積部、２０ 相関反射点抽出部、２１ 自機運動観測値格納部、２２ 探索範囲決定部、２３ 目標位置粗推定処理部、２４ 粗推定結果平均処理部、６１〜６３ 動画像。

Claims (11)

1. 目標に対して送信電波を照射する送信機と、
   前記送信電波が前記目標で反射された反射電波を、互いに異なる位置に配置された複数の受信用アンテナを介して受信する複数の受信機と、
   前記複数の受信機で受信された前記受信電波に基づき、前記目標のレーダ動画像を再生するレーダ画像再生部と、
   前記レーダ画像再生部で連続的に再生された複数のレーダ動画像を用いて目標の位置及び自機の運動を推定する目標位置及び自機運動推定部と、
   推定した目標位置及び自機運動情報から自機の進行方向を決定する進行方向決定部を備えた誘導装置。
2. 目標位置及び自機運動推定部は、
   レーダ画像再生部において再生されたレーダ動画像の各フレームから、目標となる視線方向の位置とドップラー周波数および複素振幅の情報を抽出する反射点抽出部と、
   各フレームにおいて前記反射点抽出部で抽出された点をフレーム間で対応付けるフレーム間反射点対応部と、
   異なる受信機で受信された信号に基づく動画像で観測された対応する点同士の前記複素振幅の位相差を算出する位相差算出部と、
   視線方向の目標位置及びドップラー周波数、位相差を利用して目標の三次元の座標及び自機の三次元の速度及び加速度を推定するパラメータ推定部とを有することを特徴とする請求項１記載の誘導装置。
3. レーダ画像再生部で連続的に再生された異なる受信機で受信された信号に基づき生成されたレーダ動画像間の画素ごとの相関を算出して相関動画像を得る相関処理部を設けると共に、
   目標位置及び自機運動推定部は、前記相関処理部で算出された相関動画像を用いて目標の位置及び自機の運動を推定することを特徴とする請求項１記載の誘導装置。
4. 目標位置及び自機運動推定部は、
   相関動画像の各フレームから、相関値の大きい点の視線方向の位置とドップラー周波数および複素振幅の情報を抽出する相関反射点抽出部と、
   各フレームにおいて前記相関反射点抽出部で抽出された点をフレーム間で対応付けるフレーム間反射点対応部と、
   前記相関反射点抽出部と前記フレーム間反射点対応部から出力される情報から目標位置及び自機運動を推定するパラメータ推定部とを備えたことを特徴とする請求項３記載の誘導装置。
5. 受信用アンテナは、送受信を兼ねる送受信用アンテナを１つ、受信用補助アンテナを２つ有し、前記送受信用アンテナと前記受信用補助アンテナのうちの一つをつなぐ２本の基線ベクトルが互いに直交するようにして、３つのアンテナが配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の誘導装置。
6. 目標位置及び自機運動推定部は、自機の運動に関する外部装置の計測値を使用して目標位置及び自機運動を推定することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の誘導装置。
7. 目標位置及び自機運動推定部は、外部装置の特性に準じた重み付けを行うことを特徴とする請求項６記載の誘導装置。
8. 目標位置及び自機運動推定部は、モノパルス測角処理により粗推定した目標位置の測位結果を利用して、目標位置及び自機運動を推定することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の誘導装置。
9. 目標位置及び自機運動推定部は、目標位置の測位結果の平均処理を行った結果を用いて目標位置及び自機運動を推定することを特徴とする請求項８記載の誘導装置。
10. 目標位置及び自機運動推定部は、自機の運動に関する外部装置の計測値を使用するか、モノパルス測角処理により粗推定した目標位置の測位結果を利用するかのいずれかを選択して目標位置及び自機運動を推定することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の誘導装置。
11. 目標位置及び自機運動推定部は、自機の運動に関する外部装置の計測値と、モノパルス測角処理により粗推定した目標位置の測位結果とを平均処理した結果を用いて目標位置及び自機運動を推定することを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の誘導装置。

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