JP2014119381A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】建築物等からの不要なエコーを抑圧して、目標物の検出精度を高めることができるようにする。
【解決手段】送受信機２−１〜２−Ｎから出力された受信信号に含まれているグランドクラッタを抑圧するＳＴＡＰ部３を設け、目標物検出部４が、送受信機２−１から出力された受信信号から目標候補を抽出するとともに、ＳＴＡＰ部３によりグランドクラッタが抑圧された受信信号から目標候補を抽出し、双方の目標候補の抽出結果を比較して目標物を検出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、目標物に反射して戻ってきたパルス電波の受信信号に含まれている静止物体（目標物以外の物体）からの不要反射エコーであるクラッタを抑圧して、目標物を検出するレーダ装置に関するものである。

一般的に、レーダ装置では、パルス状の電波を空間に放射して、目標物に反射されて戻ってきたパルス状の電波を受信することで、目標物までの距離を計測するが、受信時の電波には、目標物からの反射エコーの他に、目標物以外の他の物体からの不要な反射エコー（以下、「クラッタ」と称する）が含まれていることが多い。
また、動いていない物体からの反射エコーは「静止クラッタ」と呼ばれ、特に地表面からの反射エコーは「グランドクラッタ」と呼ばれる。

ここで、ＳＴＡＰ（Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）は、上記のグランドクラッタを抑圧するために、複数の素子アンテナがプラットフォームの進行方向に並べられているアレーアンテナを用いて、側方の目標物の検出を行う航空機搭載レーダなどで使用される技術である。
ＳＴＡＰは、時間と空間の２次元のフィルタリング処理を行うことにより、時間方向だけの１次元のフィルタリング処理や、空間方向だけの１次元のフィルタリング処理よりも、クラッタの抑圧効果を高めて、フィルタリング処理後の目標検出性能を高めることができる。特に、低速で移動する目標物の検出性能を高めることができる（例えば、非特許文献１を参照）。

例えば、車両のように地上を移動している目標物を検出する場合、目標物よりも遥かに受信電力が大きい地面からの不要反射波であるグランドクラッタを同時に受信することが想定される。
ＳＴＡＰは、受信信号に加えて、別途入手した目標物の大まかな方位とドップラー周波数とに基づいて、目標物の方位及びドップラー周波数に対して利得がピークになる一方、グランドクラッタが存在する方位及びドップラー周波数の領域に対して利得が小さくなる２次元フィルタを自動的に形成する。
その結果、ＳＴＡＰでは、受信電力が小さい目標物に係る信号（目標信号）が増幅されて、目標物の検出の妨げになるグランドクラッタが抑圧されるため、所望の目標信号のみを抽出することができる。

しかしながら、航空機搭載レーダでは、機材設置スペースの制限を受けるため、アレーアンテナを構成する素子アンテナの本数を多くすることができず、アンテナ開口長で決まるビーム幅が広くなってしまうことがある。そのため、受信ビームを向けた方向以外からの反射エコーが多く含まれることになる。
このとき、ビームの端で受信した静止物は、アレーアンテナに対して速度成分を持つため、レーダでは、移動目標として観測されることになる。
例えば、距離方向にあまり広がりがなく、方位方向に面積の大きな建造物がビーム端で受信された場合、所望の移動目標を大きく上回る電力で受信される。
このような信号成分を含んでいる受信信号に対してＳＴＡＰを実施すると、本来、グランドクラッタの一部である建造物の反射エコーが移動目標としてＳＴＡＰの出力信号中に残存する可能性がある。

ＳＴＡＰは、時間軸と空間軸から形成される時空間スペクトル平面において、グランドクラッタが本来分布する領域にはヌルを形成することができるが、このグランドクラッタの存在領域から外れた建造物の反射エコーに対してはヌルを形成することはできない。このような反射エコーは、ＳＴＡＰのフィルタ特性のサイドローブで受信されることになる。
したがって、ＳＴＡＰのフィルタのサイドローブで受信された建造物の反射エコーの受信電力がサイドローブレベルと比較して十分に大きければ、所望の目標信号の電力と比較して無視できないレベルでＳＴＡＰの出力信号に含まれてしまうため、後段の閾値による目標自動検出処理で目標信号として、誤検出されてしまうことになる。

Ｊａｍｅｓ Ｗａｒｄ，"ＳＰＡＣＥ−ＴＩＭＥ ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＦＯＲ ＡＩＲＢＯＲＮＥ ＲＡＤＡＲ，"Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ， ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９９５．ＩＣＡＳＳＰ−９５，ｖｏｌ．５，ｐｐ．２８０９−２８１２，１９９５．

従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、ＳＴＡＰを実施しても、受信信号中の孤立した建築物等からの不要なエコーを十分に抑圧することができない。このため、建築物等からの不要なエコーを誤目標として検出してしまって、目標物の検出精度が劣化してしまう課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、建築物等からの不要なエコーを抑圧して、目標物の検出精度を高めることができるレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、パルス電波を空間に放射する一方、目標物に反射して戻ってきた上記パルス電波を受信して、そのパルス電波の受信信号を出力する送受信手段と、送受信手段から出力された受信信号に含まれている不要信号を抑圧する不要信号抑圧手段とを設け、目標物検出手段が、送受信手段から出力された受信信号から目標候補を抽出するとともに、不要信号抑圧手段により不要信号が抑圧された受信信号から目標候補を抽出し、双方の目標候補の抽出結果を比較して目標物を検出するようにしたものである。

この発明によれば、パルス電波を空間に放射する一方、目標物に反射して戻ってきた上記パルス電波を受信して、そのパルス電波の受信信号を出力する送受信手段と、送受信手段から出力された受信信号に含まれている不要信号を抑圧する不要信号抑圧手段とを設け、目標物検出手段が、送受信手段から出力された受信信号から目標候補を抽出するとともに、不要信号抑圧手段により不要信号が抑圧された受信信号から目標候補を抽出し、双方の目標候補の抽出結果を比較して目標物を検出するように構成したので、建築物等からの不要なエコーを抑圧して、目標物の検出精度を高めることができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の目標物検出処理部７を示す構成図である。 ＳＴＡＰ部３により構成される時空間適応フィルタのフィルタ特性及びレンジビン毎の出力信号の一例を示す説明図である。 目標物検出部４による目標物の検出処理を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。 パルスヒットに対応するＳＴＡＰを示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
図１において、素子アンテナ１−１〜１−Ｎはアレーアンテナを構成しており、送受信機２−１〜２−Ｎにより生成されたパルス電波（パルス状の電波）を空間に放射する一方、目標物に反射して戻ってきた上記パルス電波を受信する。
送受信機２−１〜２−Ｎは例えばパルス電波生成器、送受信切替器及び受信機などから構成されており、送受信切替器がパルス電波生成器を素子アンテナ１−１〜１−Ｎに接続して、パルス電波生成器により生成されたパルス電波を素子アンテナ１−１〜１−Ｎに出力することで当該パルス電波を空間に放射し、また、送受信切替器が受信機を素子アンテナ１−１〜１−Ｎに接続することで、受信機が素子アンテナ１−１〜１−Ｎにより受信されたパルス電波に対する各種の受信処理を実施して、その電波の受信信号を出力するなどの処理を実施する。
なお、素子アンテナ１−１〜１−Ｎ及び送受信機２−１〜２−Ｎから送受信手段が構成されている。

ＳＴＡＰ部３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、送受信機２−１〜２−Ｎから出力された受信信号に対するＳＴＡＰを実施することで時空間適応フィルタを構成し、その時空間適応フィルタを用いて、その受信信号に含まれているグランドクラッタ（不要信号）を抑圧する処理を実施する。なお、ＳＴＡＰ部３は不要信号抑圧手段を構成している。
目標物検出部４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、送受信機２−１から出力された受信信号から目標候補を抽出するとともに、ＳＴＡＰ部３によりグランドクラッタが抑圧された受信信号から目標候補を抽出し、双方の目標候補の抽出結果を比較して目標物を検出する処理を実施する。なお、目標物検出部４は目標物検出手段を構成している。

目標物検出部４の目標候補有無判定部５はレンジビン毎に、送受信機２−１から出力された受信信号の振幅又は電力と閾値Ｔｈ_１（第１の閾値）を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する処理を実施する。なお、目標候補有無判定部５は第１の有無判定部を構成している。
目標候補有無判定部６はレンジビン毎に、ＳＴＡＰ部３によりグランドクラッタが抑圧された受信信号の振幅又は電力と閾値Ｔｈ_２（第２の閾値）を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する処理を実施する。なお、目標候補有無判定部６は第２の有無判定部を構成している。

目標物検出処理部７はレンジビン毎に、目標候補有無判定部５の判定結果と目標候補有無判定部６の判定結果とを比較して、目標物を検出する処理を実施する。
目標物表示部８はＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や液晶ディスプレイなどから構成されており、目標物検出部４により検出された目標物を表示する処理を実施する。

図１の例では、レーダ装置の構成要素である素子アンテナ１−１〜１−Ｎ、送受信機２−１〜２−Ｎ、ＳＴＡＰ部３、目標物検出部４及び目標物表示部８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーダ装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、レーダ装置のＳＴＡＰ部３、目標物検出部４及び目標物表示部８がコンピュータで構成されている場合、ＳＴＡＰ部３、目標物検出部４及び目標物表示部８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の目標物検出処理部７を示す構成図である。
図２において、論理積回路１１はレンジビン毎に、目標候補有無判定部５の判定結果と目標候補有無判定部６の判定結果との論理積を算出する回路である。
減算器１２はレンジビン毎に、目標候補有無判定部６の判定結果から論理積回路１１の算出結果を減算し、その減算結果を目標物の検出結果として出力する。

次に動作について説明する。
送受信機２−１〜２−Ｎは、パルス電波を生成して、そのパルス電波を素子アンテナ１−１〜１−Ｎに出力する。
これにより、アレーアンテナを構成している素子アンテナ１−１〜１−Ｎからパルス電波が空間に放射される。
素子アンテナ１−１〜１−Ｎから放射されたパルス電波の一部は、目標物や不要反射体（例えば、地表、建造物など）に反射して戻ってくるので、素子アンテナ１−１〜１−Ｎが戻ってきたパルス電波を受信する。

送受信機２−１〜２−Ｎは、素子アンテナ１−１〜１−Ｎがパルス電波を受信すると、そのパルス電波の位相検波を実施して、そのパルス電波の受信信号をベースバンドの受信信号に変換するとともに、その受信信号に対する標本化処理や量子化処理を実施することで、ディジタルの受信信号に変換し、ディジタルの受信信号をＳＴＡＰ部３に出力する。
なお、ディジタルの受信信号は、素子アンテナ１−１〜１−Ｎにより受信されたパルス電波の位相を保持しており、Ｉ信号（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ ｓｉｇｎａｌ）と、Ｑ信号（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ ｓｉｇｎａｌ）とを、それぞれ実部及び虚部に持つ複素信号である。以下、特に断りがなければ、受信信号は、このベースバンドのディジタル複素信号であるとする。

ＳＴＡＰ部３は、送受信機２−１〜２−Ｎからディジタルの受信信号を受けると、その受信信号に対するＳＴＡＰを実施することで時空間適応フィルタを構成し、その時空間適応フィルタを用いて、その受信信号に含まれているグランドクラッタを抑圧する。
以下、ＳＴＡＰ部３によるグランドクラッタの抑圧処理を具体的に説明する。

送受信機２−１〜２−ＮからＳＴＡＰ部３に出力されるディジタルの受信信号は、アンテナ素子番号、パルスヒット番号及びレンジビン番号の３つの変数からなる３次元データであると捉えることができる。
ここでは、アンテナ素子番号がｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の素子アンテナ１−ｎにより受信されるレンジビン番号ｋ、パルスヒット番号ｍの受信信号をｘ’_ｋ（ｍ，ｎ）で表記する。
ＳＴＡＰ部３は、送受信機２−１〜２−Ｎからディジタルの受信信号ｘ’_ｋ（ｍ，１）〜ｘ’_ｋ（ｍ，Ｎ）を受けると、その受信信号ｘ’_ｋ（ｍ，１）〜ｘ’_ｋ（ｍ，Ｎ）を用いて、下記の式（１）に示すようなベクトルｘ_ｋ（ｍ）を求める。

式（１）において、Ｎはアレーアンテナにおける素子アンテナの本数、Ｔは行列の転置を表している。

ＳＴＡＰ部３は、ベクトルｘ_ｋ（ｍ）を求めると、複数の素子アンテナの受信信号を１次元化するため、そのベクトルｘ_ｋ（ｍ）を用いて、下記の式（２）に示すように、１次元化した受信信号ベクトルＸ_ｋを求める。

式（２）において、Ｍはパルスヒット数である。

ＳＴＡＰ部３は、受信信号ベクトルＸ_ｋを求めると、時空間適応フィルタのフィルタ係数を得るために、下記の式（３）に示すように、クラッタの共分散行列Ｒを推定する。

式（３）において、Ｈは行列の複素共役転置を表している。
Ｋ’はクラッタの共分散行列Ｒを推定するために用いる参照レンジビン数であり、通常、ＳＴＡＰによるフィルタ処理を行うレンジビンの前後のデータベクトルを利用する。そのため、クラッタの統計的性質がレンジ方向で大きく変化していると、ＳＴＡＰによるクラッタ抑圧性能が劣化することになるが、実際はクラッタの統計的性質は距離に依存しないと仮定して、ＳＴＡＰを行うことが多い。

ＳＴＡＰ部３は、クラッタの共分散行列Ｒを推定すると、その共分散行列Ｒを用いて、時空間適応フィルタの荷重ｗ（フィルタ係数）を算出する。
時空間適応フィルタの荷重ｗの算出方法としては、最大ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）法が代表的である。
最大ＳＮＲ法では、推定したクラッタの共分散行列Ｒの逆行列と、目標信号の方位及びドップラー周波数からなる時空間ステアリングベクトルｓから、下記の式（４）に示すように、時空間適応フィルタの荷重ｗを算出する。

ただし、目標信号の時空間ステアリングベクトルｓには、目標の到来方向とドップラー周波数が含まれていることから、最大ＳＮＲ法では、目標の到来方向とドップラー周波数が既知である必要がある。

ＳＴＡＰ部３は、時空間適応フィルタの荷重ｗを算出すると、下記の式（５）に示すように、その時空間適応フィルタの荷重ｗと、フィルタ処理対象のレンジビンにおける受信信号ベクトルＸ_ｋとの内積を取ることで、その受信信号ベクトルＸ_ｋに含まれているグランドクラッタを抑圧する。

以上の処理によって、時空間適応フィルタである２次元ＭＳＮ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）フィルタが実現される。
ＳＴＡＰ部３は、この時空間適応フィルタによるフィルタ処理を所望の範囲の全てのレンジビンに実施することで得られる出力信号の振幅｜ｙ（ｋ）｜、あるいは、出力信号の電力｜ｙ（ｋ）｜^２を目標物検出部４に出力する。

ここで、図３はＳＴＡＰ部３により構成される時空間適応フィルタのフィルタ特性及びレンジビン毎の出力信号の一例を示す説明図である。
図３における４枚の２次元図は、横軸を正規化空間周波数、縦軸を正規化ドップラー周波数とした場合のフィルタ振幅特性を等高線で表している。
図３の例では、グランドクラッタの成分は、横軸の正規化空間周波数軸に対して、４５度の傾きをもつ直線上に集中するため、４５度の傾きをもつ直線を包含する領域にヌルが形成されている。
また、正規化空間周波数が０で、正規化ドップラー周波数が０．３５の所に、目標物が存在することが事前に分かっているものとして、この方位及びドップラー周波数に対してフィルタ通過域のピークが来るようにフィルタ係数が計算されている。

図３での所望の目標信号は、レンジビン番号がＢのレンジビンに存在しており、フィルタ通過域のピークを設定した方位及びドップラー周波数と同じ諸元をもつ信号成分であることが分かる。
図３で示しているレンジビン番号のＡ〜Ｄは、任意のレンジビン番号であり、必ずしも隣り合ったレンジビンを示すものではない。

一般に地上を移動している目標物を検出する場合、目標物よりも遥かに受信電力が大きい地面からの不要反射波であるグランドクラッタを同時に受信する。
ＳＴＡＰ部３では、上記のような２次元ＭＳＮフィルタを自動的に形成し、受信電力が小さい目標信号を増幅して、目標物の検出の妨げになるグランドクラッタを抑圧することができるため、所望の目標信号だけを抽出することができる。
しかしながら、航空機搭載レーダでは、機材設置スペースの制限を受けるため、アレーアンテナを構成する素子アンテナの本数を多くすることができず、アンテナ開口長で決まるビーム幅が広くなってしまうことがある。そのため、受信ビームを向けた方向以外からの反射エコーが多く含まれることになる。

このとき、ビームの端で受信した静止物は、アレーアンテナに対して速度成分を持つため、レーダでは、移動目標として観測されることになる。
例えば、距離方向にあまり広がりがなく、方位方向に面積の大きな建造物がビーム端で受信された場合、所望の移動目標を大きく上回る電力で受信される。
このような信号成分を含んでいる受信信号に対してＳＴＡＰを実施すると、図３のレンジビンＡ，Ｃ，Ｄのような状態になり、グランドクラッタが本来分布する領域に対してヌルを形成することができるが、このグランドクラッタの存在領域から外れている建造物のエコー（孤立レンジ不要信号）に対してヌルを形成することができない（フィルタ特性のサイドローブで受信される）。

したがって、フィルタのサイドローブで受信された建造物のエコーの受信電力が十分大きければ、所望の目標信号の電力と比較して無視できないレベルで出力される。
例えば、図３の中央に示すように、所望の目標物が存在するレンジビンＢだけでなく、レンジビンＡ，Ｃ，Ｄの受信信号の中に孤立レンジの不要信号成分が残存してしまうことになる。
このような出力信号に対して通常の閾値による自動目標検出処理を行うと、レンジビンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの全てが目標信号として検出されてしまう。
そこで、この実施の形態１では、目標検出部４を設けて、上記のような孤立レンジの不要信号を検出しないようにしている。

目標物検出部４は、ＳＴＡＰ部３からグランドクラッタ抑圧後の受信信号（出力信号の振幅｜ｙ（ｋ）｜、あるいは、出力信号の電力｜ｙ（ｋ）｜^２）を受けると、その受信信号から目標候補を抽出する。
また、目標物検出部４は、送受信機２−１から出力されたディジタルの受信信号ｘ’_ｋ（ｍ，１）から目標候補を抽出し、双方の目標候補の抽出結果を比較して目標物を検出する。
目標物検出部４における目標物の検出処理としては、例えば、ＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｉｏ）のような自動目標検出処理を用いることができる。
ＣＦＡＲ処理には様々なバリエーションがあるが、基本的には、レンジビン毎の信号振幅又は信号電力と閾値を比較して、目標物の有無を判定するものである。
以下、目標物検出部４による目標物の検出処理を具体的に説明する。
図４は目標物検出部４による目標物の検出処理を示す説明図である。

目標物検出部４の目標候補有無判定部５は、レンジビン毎に、送受信機２−１から出力された受信信号ｘ’_ｋ（ｍ，１）の平均電力（あるいは、平均振幅）を算出し、その受信信号ｘ’_ｋ（ｍ，１）の平均電力（あるいは、平均振幅）と閾値Ｔｈ_１を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する。
即ち、目標候補有無判定部５は、受信信号の平均電力（あるいは、平均振幅）が閾値Ｔｈ_１以上であれば、目標候補が当該レンジビンに存在するものと判定して、そのレンジビンにフラグ“１”を設定する。
一方、受信信号の平均電力（あるいは、平均振幅）が閾値Ｔｈ_１未満であれば、目標候補が当該レンジビンに存在しないものと判定して、そのレンジビンにフラグ“０”を設定する。

送受信機２−１から出力された受信信号ｘ’_ｋ（ｍ，１）は、ＳＴＡＰ部３によるグランドクラッタの抑圧処理が施されていないため、その受信信号ｘ’_ｋ（ｍ，１）に含まれている車両等の目標信号は、グランドクラッタに埋もれてしまって検出することができない。
一方、その受信信号ｘ’_ｋ（ｍ，１）に含まれている孤立レンジの不要信号は、非常に大きな電力を有している。
図４の例では、レンジビンＡ，Ｃ，Ｄの受信信号の平均電力（あるいは、平均振幅）が閾値Ｔｈ_１以上になっており（孤立レンジの不要信号を検出）、レンジビンＡ，Ｃ，Ｄにフラグ“１”が設定され、レンジビンＢにフラグ“０”が設定されている。

ここでは、目標候補有無判定部５が、送受信機２−１から出力された受信信号ｘ’_ｋ（ｍ，１）の平均電力（あるいは、平均振幅）と閾値Ｔｈ_１を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する例を示しているが、送受信機２−１以外の送受信機（例えば、送受信機２−２）から出力された受信信号ｘ’_ｋ（ｍ，２）の平均電力（あるいは、平均振幅）と閾値Ｔｈ_１を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定するようにしてもよい。
また、複数の送受信機２から出力された受信信号を積分処理して、積分処理後の受信信号と閾値Ｔｈ_１を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定するようにしてもよい。

目標物検出部４の目標候補有無判定部６は、レンジビン毎に、ＳＴＡＰ部３から出力されたグランドクラッタ抑圧後の受信信号の電力｜ｙ（ｋ）｜^２（または、受信信号の振幅｜ｙ（ｋ）｜）を受けると、その受信信号の平均電力（あるいは、平均振幅）を算出し、その受信信号の平均電力（あるいは、平均振幅）と閾値Ｔｈ_２を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する。
即ち、目標候補有無判定部６は、受信信号の平均電力（あるいは、平均振幅）が閾値Ｔｈ_２以上であれば、目標候補が当該レンジビンに存在するものと判定して、そのレンジビンにフラグ“１”を設定する。
一方、受信信号の平均電力（あるいは、平均振幅）が閾値Ｔｈ_２未満であれば、目標候補が当該レンジビンに存在しないものと判定して、そのレンジビンにフラグ“０”を設定する。

ＳＴＡＰ部３から出力される受信信号は、グランドクラッタ抑圧後の受信信号であるため、その受信信号に含まれている車両等の目標信号は、グランドクラッタに埋もれておらず、検出することが可能である。
一方、その受信信号に含まれている孤立レンジの不要信号も、車両等の目標信号と同様に増幅されているため、非常に大きな電力を有している。
このため、車両等の目標信号が含まれているレンジビンＢの受信信号の平均電力（あるいは、平均振幅）についても閾値Ｔｈ_２以上になるため、図４の例では、全てのレンジビンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにフラグ“１”が設定されている。

ここでは、目標候補有無判定部５が用いている閾値Ｔｈ_１と目標候補有無判定部６が用いている閾値Ｔｈ_２とが異なるものを示しているが、閾値Ｔｈ_１と閾値Ｔｈ_２が同じ値であっても、異なる値であってもよい。

目標物検出部４の目標物検出処理部７は、レンジビン毎に、目標候補有無判定部５の判定結果と目標候補有無判定部６の判定結果とを比較して、目標物を検出する。
即ち、目標物検出処理部７の論理積回路１１は、レンジビン毎に、目標候補有無判定部５の判定結果と目標候補有無判定部６の判定結果との論理積を算出する。
図４の例では、目標候補有無判定部６の判定結果は、全てのレンジビンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのフラグが“１”である。一方、目標候補有無判定部５の判定結果は、レンジビンＢのフラグだけが“０”で、レンジビンＡ，Ｃ，Ｄのフラグが“１”である。
このため、論理積の算出結果において、フラグ“１”のレンジビンは、レンジビンＡ，Ｃ，Ｄになる。

目標物検出処理部７の減算器１２は、レンジビン毎に、目標候補有無判定部６の判定結果から論理積回路１１の算出結果を減算し、その減算結果を目標物の検出結果として出力する。
図４の例では、目標候補有無判定部６の判定結果は、全てのレンジビンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのフラグが“１”である。一方、論理積回路１１の算出結果は、レンジビンＡ，Ｃ，Ｄのフラグが“１”である。
このため、減算器１２の減算結果において、フラグ“１”のレンジビンは、レンジビンＢになる。
よって、所望の目標物がレンジビンＢに存在している旨の検出結果が目標物検出処理部７から出力される（図４の右上図を参照）。
目標物表示部８は、目標物検出部４から目標物の検出結果を受けると、その検出結果にしたがって画面上に目標物のシンボルを表示する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、素子アンテナ１−１〜１−Ｎを用いて、パルス電波を空間に放射する一方、素子アンテナ１−１〜１−Ｎを用いて、目標物に反射して戻ってきた上記パルス電波を受信して、そのパルス電波の受信信号を出力する送受信機２−１〜２−Ｎと、送受信機２−１〜２−Ｎから出力された受信信号に含まれているグランドクラッタを抑圧するＳＴＡＰ部３とを設け、目標物検出部４が、送受信機２−１から出力された受信信号から目標候補を抽出するとともに、ＳＴＡＰ部３によりグランドクラッタが抑圧された受信信号から目標候補を抽出し、双方の目標候補の抽出結果を比較して目標物を検出するように構成したので、建築物等からの不要なエコーを抑圧して、目標物の検出精度を高めることができる効果を奏する。
即ち、単にＳＴＡＰの出力信号と閾値を比較するだけでは、建築物等からの不要なエコーを誤って目標物として検出するような状況でも、所望の目標物だけを検出することができる効果を奏する。

この実施の形態１では、孤立レンジの不要信号が存在しない場合でも、通常のＳＴＡＰと同等の結果を得ることができるが、これは、目標候補有無判定部５が、全てのレンジビンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにフラグ“０”を設定する場合に相当するので、このような場合には、目標物検出処理部７が目標物の検出処理を実施せずに、目標候補有無判定部６の判定結果を目標物の検出結果として、目標物表示部８に出力するようにしてもよい。
これにより、目標物検出処理部７の処理がなくなる分だけ、演算負荷を軽減することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、大きな電力で受信される孤立レンジの不要信号による誤目標の検出を低減して、所望の目標物の検出精度を高める例を示したが、所望の目標物が小さな車両等の場合には、ＳＴＡＰを実施しても、目標物を検出する上で十分な目標信号の電力が得られないことがある。
そこで、この実施の形態２では、利用可能な総パルスヒット数を複数のブロックに分割し、各々のブロックで並列又は時分割でＳＴＡＰを実施した結果を積分処理することで、目標信号対雑音電力比を改善させて、低受信電力の目標物の検出性能を改善することが可能なレーダ装置について説明する。

図５はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
データブロック数設定部２１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、所望の目標物の最高速度を推定し、目標物がレンジビン移動をしない上限のパルスヒット数に基づいて、送受信機２−１〜２−Ｎから出力された受信信号を分割するブロック内のパルスヒット数Ｍ及び分割するブロック数Ｘを設定する処理を実施する。
データブロック形成部２２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、送受信機２−１〜２−Ｎから出力された受信信号を分割して、パルスヒット数ＭのデータブロックをＸ個生成する処理を実施する。
なお、データブロック数設定部２１及びデータブロック形成部２２から受信信号分割手段が構成されている。

不要信号抑圧部２３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、データブロック形成部２２により生成されたＸ個のデータブロックに対するＳＴＡＰを実施することで時空間適応フィルタを構成し、その時空間適応フィルタを用いて、そのデータブロックに含まれているグランドクラッタ（不要信号）を抑圧し、グランドクラッタ後の複数のデータブロックを加算する処理を実施する。なお、不要信号抑圧部２３は不要信号抑圧手段を構成している。

不要信号抑圧部２３のＳＴＡＰ部２４−１〜２４−Ｎはデータブロック形成部２２により生成されたＸ個のデータブロックに対するＳＴＡＰを実施することで時空間適応フィルタを構成し、その時空間適応フィルタを用いて、そのデータブロックに含まれているグランドクラッタを抑圧する処理を実施する。
不要信号抑圧部２３の積分処理部２５はＳＴＡＰ部２４−１〜２４−Ｎによるグランドクラッタ抑圧後のＸ個のデータブロックの振幅値又は電力値を計算して、レンジビン毎に、Ｘ個のデータブロックの加算平均処理を実施する。

図５の例では、レーダ装置の構成要素である素子アンテナ１−１〜１−Ｎ、送受信機２−１〜２−Ｎ、不要信号抑圧部２３、目標物検出部４及び目標物表示部８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーダ装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、レーダ装置の不要信号抑圧部２３、目標物検出部４及び目標物表示部８がコンピュータで構成されている場合、不要信号抑圧部２３、目標物検出部４及び目標物表示部８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に動作について説明する。
送受信機２−１〜２−Ｎは、上記実施の形態１と同様に、パルス電波を生成して、そのパルス電波を素子アンテナ１−１〜１−Ｎに出力する。
これにより、アレーアンテナを構成している素子アンテナ１−１〜１−Ｎからパルス電波が空間に放射される。
素子アンテナ１−１〜１−Ｎから放射されたパルス電波の一部は、目標物や不要反射体（例えば、地表、建造物など）に反射して戻ってくるので、素子アンテナ１−１〜１−Ｎが戻ってきたパルス電波を受信する。
送受信機２−１〜２−Ｎは、素子アンテナ１−１〜１−Ｎがパルス電波を受信すると、上記実施の形態１と同様に、そのパルス電波の位相検波を実施して、そのパルス電波の受信信号をベースバンドの受信信号に変換するとともに、その受信信号に対する標本化処理や量子化処理を実施することで、ディジタルの受信信号に変換し、ディジタルの受信信号を不要信号抑圧部２３に出力する。

データブロック数設定部２１は、事前に得られる目標種別から予想される速度、あるいは、事前の観測値及び別方式で計測された所望の目標物のドップラー周波数から求まる目標速度情報から、大まかな目標物の最高速度を推定する。
データブロック数設定部２１は、目標物の最高速度を推定すると、目標物が最高速度で移動するとき、送信パルス幅で規定される距離分解能の半分の距離を移動するのに要する時間ｔ_ｍａｘを算出する。
データブロック数設定部２１は、時間ｔ_ｍａｘを算出すると、アレーアンテナを構成している素子アンテナ１−１〜１−Ｎの本数をＮ、ＳＴＡＰ係数の計算に用いるレンジビン数をＲ_Ｂ、単体のＳＴＡＰ係数の計算に用いるパルスヒット数をＭ、送信パルスの繰り返し周期をＰＲＩとして、下記の式（７）を満足する分割ブロック数Ｘを探索する。
Ｍ＝Ｒ_Ｂ／２Ｎ （６）
Ｍ・Ｘ ＜ ｔ_ｍａｘ／ＰＲＩ （７）

ここで、Ｍ・Ｘは、図６に示すように、ＳＴＡＰで利用可能な受信信号の総パルスヒット数であり、総パルスヒット数Ｍ・Ｘは、想定する所望の目標物の移動速度を考慮して、レンジビン移動が発生しない程度に確保する必要がある。
分割ブロック数Ｘは、ＳＴＡＰ係数の計算に要する演算負荷と式（７）の条件を考慮して決定される。

データブロック形成部２２は、データブロック数設定部２１がパルスヒット数Ｍ及び分割ブロック数Ｘを設定すると、送受信機２−１〜２−Ｎから出力された受信信号をそれぞれ分割して、パルスヒット数ＭのデータブロックをＸ個生成し、Ｘ個のデータブロックをＳＴＡＰ部２４−１〜２４−Ｎに出力する。

不要信号抑圧部２３のＳＴＡＰ部２４−１〜２４−Ｎは、データブロック形成部２２からＸ個のデータブロックを受けると、Ｘ個のデータブロックに対するＳＴＡＰを実施することで時空間適応フィルタを構成し、その時空間適応フィルタを用いて、Ｘ個のデータブロックに含まれているグランドクラッタを抑圧する。
不要信号抑圧部２３の積分処理部２５は、ＳＴＡＰ部２４−１〜２４−Ｎによるグランドクラッタ抑圧後のＸ個のデータブロックの振幅値又は電力値を計算して、レンジビン毎に、Ｘ個のデータブロックの加算平均処理を実施する。
同一レンジビン毎に、複数のデータブロックを加算することで、所望の目標信号の電力を改善して、雑音成分の変動の影響を軽減することができる。

目標物検出部４の目標候補有無判定部５は、レンジビン毎に、データブロック形成部２２から出力されたデータブロックの平均電力（あるいは、平均振幅）を算出し、そのデータブロックの平均電力（あるいは、平均振幅）と閾値Ｔｈ_１を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する。
即ち、目標候補有無判定部５は、データブロックの平均電力（あるいは、平均振幅）が閾値Ｔｈ_１以上であれば、目標候補が当該レンジビンに存在するものと判定して、そのレンジビンにフラグ“１”を設定する。
一方、データブロックの平均電力（あるいは、平均振幅）が閾値Ｔｈ_１未満であれば、目標候補が当該レンジビンに存在しないものと判定して、そのレンジビンにフラグ“０”を設定する。

目標物検出部４の目標候補有無判定部６は、レンジビン毎に、積分処理部２５から出力された加算平均処理後のデータブロックの平均電力（あるいは、平均振幅）を算出し、そのデータブロックの平均電力（あるいは、平均振幅）と閾値Ｔｈ_２を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する。
即ち、目標候補有無判定部６は、加算平均処理後のデータブロックの平均電力（あるいは、平均振幅）が閾値Ｔｈ_２以上であれば、目標候補が当該レンジビンに存在するものと判定して、そのレンジビンにフラグ“１”を設定する。
一方、加算平均処理後のデータブロックの平均電力（あるいは、平均振幅）が閾値Ｔｈ_２未満であれば、目標候補が当該レンジビンに存在しないものと判定して、そのレンジビンにフラグ“０”を設定する。

目標物検出部４の目標物検出処理部７は、上記実施の形態１と同様に、レンジビン毎に、目標候補有無判定部５の判定結果と目標候補有無判定部６の判定結果とを比較して、目標物を検出する。
即ち、目標物検出処理部７の論理積回路１１は、レンジビン毎に、目標候補有無判定部５の判定結果と目標候補有無判定部６の判定結果との論理積を算出する。
目標物検出処理部７の減算器１２は、レンジビン毎に、目標候補有無判定部６の判定結果から論理積回路１１の算出結果を減算し、その減算結果を目標物の検出結果として出力する。
目標物表示部８は、目標物検出部４から目標物の検出結果を受けると、その検出結果にしたがって画面上に目標物のシンボルを表示する。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、データブロック形成部２２により生成されたＸ個のデータブロックに対するＳＴＡＰを実施することで時空間適応フィルタを構成し、その時空間適応フィルタを用いて、Ｘ個のデータブロックに含まれているグランドクラッタを抑圧するＳＴＡＰ部２４−１〜２４−Ｎを設け、積分処理部２５が、ＳＴＡＰ部２４−１〜２４−Ｎによるグランドクラッタ抑圧後のＸ個のデータブロックの振幅値又は電力値を計算して、レンジビン毎に、Ｘ個のデータブロックの加算平均処理を実施するように構成したので、受信電力が小さい所望の目標物の検出性能を改善することができる効果を奏する。

なお、この実施の形態２では、データブロック形成部２２が、受信信号を全て同じパルスヒット数Ｍから構成されるＸ個のデータブロックを生成するものを示したが、各データブロックのパルスヒット数が異なるような分割方法でも構わない。
また、隣接するデータブロックのパルスヒット番号が一部オーバーラップするようにデータブロックを構成しても構わない。

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。

１−１〜１−Ｎ 素子アンテナ（送受信手段）、２−１〜２−Ｎ 送受信機（送受信手段）、３ ＳＴＡＰ部（不要信号抑圧手段）、４ 目標物検出部（目標物検出手段）、５ 目標候補有無判定部（第１の有無判定部）、６ 目標候補有無判定部（第２の有無判定部）、７ 目標物検出処理部、８ 目標物表示部、１１ 論理積回路、１２ 減算器、２１ データブロック数設定部（受信信号分割手段）、２２ データブロック形成部（受信信号分割手段）、２３ 不要信号抑圧部（不要信号抑圧手段）、２４−１〜２４−Ｎ ＳＴＡＰ部、２５ 積分処理部。

Claims (6)

1. パルス電波を空間に放射する一方、目標物に反射して戻ってきた上記パルス電波を受信して、上記パルス電波の受信信号を出力する送受信手段と、
   上記送受信手段から出力された受信信号に含まれている不要信号を抑圧する不要信号抑圧手段と、
   上記送受信手段から出力された受信信号から目標候補を抽出するとともに、上記不要信号抑圧手段により不要信号が抑圧された受信信号から目標候補を抽出し、双方の目標候補の抽出結果を比較して目標物を検出する目標物検出手段と
   を備えたレーダ装置。
2. 送受信手段は、アレーアンテナを用いて、パルス電波を空間に放射する一方、上記アレーアンテナを用いて、パルス電波を受信して、上記アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの受信信号を出力し、
   不要信号抑圧手段は、上記送受信手段から出力された複数の素子アンテナの受信信号からなる受信信号ベクトルに含まれている不要信号を抑圧し、
   目標物検出手段は、上記送受信手段から出力された複数の素子アンテナの受信信号のうち、何れか１つの素子アンテナの受信信号から目標候補を抽出するとともに、上記不要信号抑圧手段により不要信号が抑圧された受信信号ベクトルから目標候補を抽出し、双方の目標候補の抽出結果を比較して目標物を検出する
   ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 目標物検出手段は、
   レンジビン毎に、送受信手段から出力された受信信号の振幅又は電力と第１の閾値を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する第１の有無判定部と、
   レンジビン毎に、不要信号抑圧手段により不要信号が抑圧された受信信号の振幅又は電力と第２の閾値を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する第２の有無判定部と、
   レンジビン毎に、上記第１の有無判定部の判定結果と上記第２の有無判定部の判定結果とを比較して、目標物を検出する目標物検出処理部と
   から構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
4. アレーアンテナを用いて、パルス電波を空間に放射する一方、上記アレーアンテナを用いて、目標物に反射して戻ってきた上記パルス電波を受信し、上記アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナの受信信号を出力する送受信手段と、
   上記送受信手段から出力された複数の素子アンテナの受信信号を所定のパルスヒット数毎に分割する受信信号分割手段と、
   上記受信信号分割手段により分割された複数の素子アンテナの受信信号に含まれている不要信号を抑圧し、不要信号抑圧後の複数の受信信号を加算する不要信号抑圧手段と、
   上記受信信号分割手段により分割された複数の素子アンテナの受信信号のうち、何れか１つの素子アンテナの受信信号から目標候補を抽出するとともに、上記不要信号抑圧手段による加算後の受信信号から目標候補を抽出し、双方の目標候補の抽出結果を比較して目標物を検出する目標物検出手段と
   を備えたレーダ装置。
5. 目標物検出手段は、
   レンジビン毎に、受信信号分割手段により分割された複数の素子アンテナの受信信号のうち、何れか１つの素子アンテナの受信信号の振幅又は電力と第１の閾値を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する第１の有無判定部と、
   レンジビン毎に、不要信号抑圧手段による加算後の受信信号の振幅又は電力と第２の閾値を比較して、各レンジビンにおける目標候補の有無を判定する第２の有無判定部と、
   レンジビン毎に、上記第１の有無判定部の判定結果と上記第２の有無判定部の判定結果とを比較して、目標物を検出する目標物検出処理部と
   から構成されていることを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
6. 目標物検出処理部は、
   レンジビン毎に、第１の有無判定部の判定結果と第２の有無判定部の判定結果との論理積を算出する論理積回路と、
   レンジビン毎に、上記第２の有無判定部の判定結果から上記論理積回路の算出結果を減算し、その減算結果を目標物の検出結果として出力する減算器と
   から構成されていることを特徴とする請求項３または請求項５記載のレーダ装置。

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