JP2015025669A - レーダシステム、レーダ装置およびレーダ信号処理装置 - Google Patents
レーダシステム、レーダ装置およびレーダ信号処理装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】受信側においてフーリエ変換を行う際に高速フーリエ変換を利用し、演算の高速化を図る。【解決手段】レーダ装置１は、観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔とし、レーダ信号処理装置２は、レーダ装置１による観測結果を示す信号に対してレンジ圧縮を行うことで、周期性のある信号系列に分離する信号分離部２０１と、信号分離部２０１により分離された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成し、当該合成した信号を時間領域に戻す信号復元部２０２と、信号復元部２０２により得られた信号に対して画像再生を行うことで、再生画像１２を得る画像再生部２０３とを備えた。【選択図】図３
Description
この発明は、目標の観測を行うレーダ装置と、レーダ装置による観測結果を示す信号を処理するレーダ信号処理装置とを備えたレーダシステム、レーダ装置およびレーダ信号処理装置に関するものである。
合成開口画像レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ）の観測幅や、パルスドップラーレーダの探知距離を決定する要因の一つに、パルス繰返し間隔（ＰＲＩ：Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）がある。この理由の一つとして、ＰＲＩによって特定のレンジがブラインドレンジとなるため、このレンジを含まない範囲でレーダシステムを設計しなくてはならないことが挙げられる。
この課題に対し、ＰＲＩを不等間隔とすることによってブラインドレンジを拡散し、レーダの観測幅や探知距離を増大する方式が提案されている（例えば非特許文献１参照）。
この課題に対し、ＰＲＩを不等間隔とすることによってブラインドレンジを拡散し、レーダの観測幅や探知距離を増大する方式が提案されている（例えば非特許文献１参照）。
N.Gebert,G.Keieger"Ultra-Wide Swath SAR Imaging with Continuous PRF Variation",EuSAR2010,pp.1-4.June 2010.
J.L.Brown,"Multi-channel sampling of low-pass signals,"IEEE Trans.Circuits Syst.,vol.28,no.2,pp.101-106,1981.
Lan G.Cumming and Frank H.Wong,"digital processing of SYNTHETIC APERTURE RADAR",ARTECH HOUSE
Gharles V.Jakowatz Jr.,Daniel E.Wahl,Palu H.Eichel,Dennis C.Ghiglia and Paul A.Thompson,"SPOTLIGHT-MODE SYNTHETIC APERTURE RADAR:A SIGNAL PROCESSING APPROACH",KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS
しかしながら、ＰＲＩを不等間隔とすると、アジマス方向にフーリエ変換を行う際に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が利用できない問題が発生する。そのため、その演算の高速化が課題となっている。
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、受信側においてフーリエ変換を行う際に高速フーリエ変換を利用することができ、演算の高速化を図ることができるレーダシステム、レーダ装置およびレーダ信号処理装置を提供することを目的としている。
この発明に係るレーダシステムは、目標の観測を行うレーダ装置と、レーダ装置による観測結果を示す信号を処理するレーダ信号処理装置とを備え、レーダ装置は、観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔とし、レーダ信号処理装置は、レーダ装置による観測結果を示す信号に対してレンジ圧縮を行うことで、周期性のある信号系列に分離する信号分離部と、信号分離部により分離された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成し、当該合成した信号を時間領域に戻す信号復元部と、信号復元部により得られた信号に対して画像再生を行うことで、再生画像を得る画像再生部とを備えたものである。
また、この発明に係るレーダシステムは、目標の観測を行うレーダ装置と、レーダ装置による観測結果を示す信号を処理するレーダ信号処理装置とを備え、レーダ装置は、観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔とし、レーダ信号処理装置は、レーダ装置による観測結果を示す信号に対してレンジ圧縮を行うことで、周期性のある信号系列に分離する信号分離部と、信号分離部により分離された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成する信号復元部と、信号復元部により得られた信号に基づいて、目標を検出する目標検出部と、目標検出部による検出結果に基づいて、目標までの距離および当該目標の移動速度を推定する距離／速度推定部とを備えたものである。
また、この発明に係るレーダシステムは、目標の観測を行うレーダ装置と、レーダ装置による観測結果を示す信号を処理するレーダ信号処理装置とを備え、レーダ装置は、観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔とし、送出された送信パルスに対して反射された信号を受信する複数の受信系統と、各受信系統により受信された信号に対してデジタルビーム形成を行うことで、周期性のある信号系列に分離するデジタルビーム形成部とを備え、レーダ信号処理装置は、デジタルビーム形成部により分離された各信号系列に対してレンジ圧縮を行うレンジ圧縮部と、レンジ圧縮部によりレンジ圧縮された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成し、当該合成した信号を時間領域に戻す信号復元部と、信号復元部により得られた信号に対して画像再生を行うことで、再生画像を得る画像再生部とを備えたものである。
この発明によれば、上記のように構成したので、受信側においてフーリエ変換を行う際に高速フーリエ変換を利用することができ、演算の高速化を図ることができる。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
実施の形態１では、パルス繰返し周期（ＰＲＩ）が周期性を残しつつ不等間隔となっているレーダシステム（ＳＡＲシステム）について示す。図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダシステムの構成を示す図である。
レーダシステムは、図１に示すように、レーダ装置（合成開口レーダ装置）１およびレーダ信号処理装置２から構成されている。
実施の形態１．
実施の形態１では、パルス繰返し周期（ＰＲＩ）が周期性を残しつつ不等間隔となっているレーダシステム（ＳＡＲシステム）について示す。図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダシステムの構成を示す図である。
レーダシステムは、図１に示すように、レーダ装置（合成開口レーダ装置）１およびレーダ信号処理装置２から構成されている。
レーダ装置１は、合成開口を実現するため一定の速度で動きながら目標の観測を行うものである。このレーダ装置１は、図２に示すように、局部発振器１０１、信号生成部１０２、乗算器１０３、増幅器１０４、切換器１０５、アンテナ１０６、増幅器１０７、乗算器１０８およびＡ／Ｄコンバータ１０９から構成されている。
局部発振器１０１は、所定周波数の局部発振信号を出力するものである。
信号生成部１０２は、チャープパルスを生成するものである。この際、信号生成部１０２は、ＰＲＩを周期性を残しながら不等間隔とする。
信号生成部１０２は、チャープパルスを生成するものである。この際、信号生成部１０２は、ＰＲＩを周期性を残しながら不等間隔とする。
乗算器１０３は、局部発振器１０１から出力された局部発振信号を用いて、信号生成部１０２により生成された信号をアップコンバートするものである。
増幅器１０４は、乗算器１０３によりアップコンバートされた信号を増幅するものである。
増幅器１０４は、乗算器１０３によりアップコンバートされた信号を増幅するものである。
切換器１０５は、増幅器１０４とアンテナ１０６との間または増幅器１０７とアンテナ１０６との間を接続するものである。この切換器１０５は、増幅器１０４とアンテナ１０６との間を接続することで、増幅器１０４により増幅された信号をアンテナ１０６に出力し、また、増幅器１０７とアンテナ１０６との間を接続することで、アンテナ１０６により受信された信号を増幅器１０７に出力する。
アンテナ１０６は、切換器１０５を経由して増幅器１０４から出力された信号（送信パルス）を外部（目標）に送出し、また、外部からの送信パルスに対して反射された信号（エコー）を受信するものである。なお、アンテナ１０６は、レンジアンビギュイティを含むような広い観測幅で観測を行うものとする。
増幅器１０７は、アンテナ１０６により受信され、切換器１０５を経由して出力された信号を増幅するものである。
乗算器１０８は、局部発振器１０１から出力された局部発振信号を用いて、増幅器１０７により増幅された信号をダウンコンバートするものである。
乗算器１０８は、局部発振器１０１から出力された局部発振信号を用いて、増幅器１０７により増幅された信号をダウンコンバートするものである。
Ａ／Ｄコンバータ１０９は、乗算器１０８によりダウンコンバートされた信号に対してＡ／Ｄ変換を行うことで、デジタル化するものである。このＡ／Ｄコンバータ１０９によりデジタル化された信号は生データ１１としてレーダ信号処理装置２に出力される。
レーダ信号処理装置２は、レーダ装置１により得られた生データ１１（観測結果を示す信号）を処理するものである。このレーダ信号処理装置２は、図３に示すように、信号分離部２０１、信号復元部２０２および画像再生部２０３から構成されている。
信号分離部２０１は、レーダ装置１により得られた生データ１１に対してレンジ圧縮を行うことで、周期性のある信号系列に分離するものである。
信号復元部２０２は、信号分離部２０１により分離された各信号系列を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により周波数領域に変換し、当該変換した各信号系列を合成し、当該合成した信号を逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）により時間領域に戻すものである。
画像再生部２０３は、信号復元部２０２により得られた信号に対して画像再生を行うことで、再生画像１２を得るものである。
信号復元部２０２は、信号分離部２０１により分離された各信号系列を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により周波数領域に変換し、当該変換した各信号系列を合成し、当該合成した信号を逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）により時間領域に戻すものである。
画像再生部２０３は、信号復元部２０２により得られた信号に対して画像再生を行うことで、再生画像１２を得るものである。
次に、上記のように構成されたレーダシステムの処理手順について、図４〜９を参照しながら説明する。まず、レーダ装置１の処理手順について説明する。
レーダ装置１の送信動作では、図４に示すように、まず、信号生成部１０２は、チャープパルスを生成する（ステップＳＴ４０１）。この際、信号生成部１０２は、図６に示すように、チャープレートが異なる３種類の波形（直交符号または当該直交符号に順ずる符号）を順番に用いる。また、このときのＰＲＩは、図７（ａ）に示すように、周期性を残しながら不等間隔とする。このＰＲＩを具体的に説明すると、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように同一の波形によるパルスの間隔は常に一定となるように周期性を残しつつ、パルス間の間隔はブラインドレンジが拡散するように不等間隔とする。
レーダ装置１の送信動作では、図４に示すように、まず、信号生成部１０２は、チャープパルスを生成する（ステップＳＴ４０１）。この際、信号生成部１０２は、図６に示すように、チャープレートが異なる３種類の波形（直交符号または当該直交符号に順ずる符号）を順番に用いる。また、このときのＰＲＩは、図７（ａ）に示すように、周期性を残しながら不等間隔とする。このＰＲＩを具体的に説明すると、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように同一の波形によるパルスの間隔は常に一定となるように周期性を残しつつ、パルス間の間隔はブラインドレンジが拡散するように不等間隔とする。
次いで、乗算器１０３は、局部発振器１０１から出力された局部発振信号を用いて、信号生成部１０２により生成された信号をアップコンバートする（ステップＳＴ４０２）。
次いで、増幅器１０４は、乗算器１０３によりアップコンバートされた信号を増幅する（ステップＳＴ４０３）。
次いで、増幅器１０４は、乗算器１０３によりアップコンバートされた信号を増幅する（ステップＳＴ４０３）。
次いで、アンテナ１０６は、増幅器１０４により増幅され切換器１０５を経由して出力された信号（送信パルス）を外部（目標）に送出する（ステップＳＴ４０４）。このとき送信パルスは、レンジアンビギュイティが発生するような広範囲にわたって照射されるものとする。
次に、レーダ装置１の受信動作では、まず、アンテナ１０６は、レンジアンビギュイティを含むような広い観測幅で観測を行い、ステップＳＴ４０４において送出した送信パルスに対するエコー（信号）を受信する（ステップＳＴ４０５）。
次いで、増幅器１０７は、アンテナ１０６により受信され切換器１０５を経由して出力された信号を増幅する（ステップＳＴ４０６）。
次いで、乗算器１０８は、局部発振器１０１から出力された局部発振信号を用いて、増幅器１０７により増幅された信号をダウンコンバートする（ステップＳＴ４０７）。
次いで、乗算器１０８は、局部発振器１０１から出力された局部発振信号を用いて、増幅器１０７により増幅された信号をダウンコンバートする（ステップＳＴ４０７）。
次いで、Ａ／Ｄコンバータ１０９は、乗算器１０８によりダウンコンバートされた信号に対してＡ／Ｄ変換を行うことで、デジタル化する（ステップＳＴ４０８）。
次いで、Ａ／Ｄコンバータ１０９は、デジタル化した信号を生データ１１としてレーダ信号処理装置２に出力する（ステップＳＴ４０９）。
次いで、Ａ／Ｄコンバータ１０９は、デジタル化した信号を生データ１１としてレーダ信号処理装置２に出力する（ステップＳＴ４０９）。
次に、レーダ信号処理装置２の処理手順について説明する。
レーダ信号処理装置２の動作では、図５に示すように、まず、信号分離部２０１は、レーダ装置１により得られた生データ１１を３つにコピーする（ステップＳＴ５０１）。
次いで、信号分離部２０１は、信号生成部１０２で用いたチャープレートが異なる３種類の波形のそれぞれの参照関数を用いて、コピーした３つの生データ１１に対してレンジ圧縮を行うことで、周期性のある信号系列に分離する（ステップＳＴ５０２）。
レーダ信号処理装置２の動作では、図５に示すように、まず、信号分離部２０１は、レーダ装置１により得られた生データ１１を３つにコピーする（ステップＳＴ５０１）。
次いで、信号分離部２０１は、信号生成部１０２で用いたチャープレートが異なる３種類の波形のそれぞれの参照関数を用いて、コピーした３つの生データ１１に対してレンジ圧縮を行うことで、周期性のある信号系列に分離する（ステップＳＴ５０２）。
ここで、信号分離部２０１による信号分離処理を図８に示す。図８では、ある１点の目標からのエコーを示している。図８に示すエコーＡは図７に示すパルスＡに対するエコーであり、同様に、エコーＢはパルスＢに対するエコーであり、エコーＣはパルスＣに対するエコーである。そして、信号分離部２０１によりそれぞれのエコーを分離すると、送信側でＰＲＩを周期性を残して不等間隔とした効果によって、図８（ｂ）〜（ｄ）に示すように、各エコーの系列が等間隔になる。この信号分離部２０１により分離された各信号系列（３つのエコーの系列）は信号復元部２０２に出力される。
次いで、信号復元部２０２は、信号分離部２０１により分離された各信号系列（３つのエコーの系列）を、ヒット方向のＦＦＴによりドップラー周波数領域の信号系列に変換する（ステップＳＴ５０３）。ここで、各信号系列がそれぞれ等間隔となっているため、ＦＦＴを用いることができる点が本発明の効果の一つである。
次いで、信号復元部２０２は、ドップラー周波数領域に変換した信号系列（３つのエコーの周波数スペクトル）に対して復元アルゴリズム（例えば非特許文献２参照）を用いることで信号の合成を行い、エイリアシングのない広帯域信号のスペクトルを復元する（ステップＳＴ５０４）。
次いで、信号復元部２０２は、復元した広帯域信号のスペクトルを、ヒット方向のＩＦＦＴにより、時間領域の信号に戻す（ステップＳＴ５０５）。
このように、信号復元部２０２によって、不等間隔の信号をドップラー周波数領域に変換して合成してエイリアシングのない広帯域信号を復元し、その後時間領域に戻すことで、補間を高速かつ高精度に行うことができる点が本発明の効果の一つである。
このように、信号復元部２０２によって、不等間隔の信号をドップラー周波数領域に変換して合成してエイリアシングのない広帯域信号を復元し、その後時間領域に戻すことで、補間を高速かつ高精度に行うことができる点が本発明の効果の一つである。
なお、実施の形態１では、３つのパルスに対するエコーがすべて受信できるレンジに目標が存在することを仮定して説明を行った。しかし、レンジの位置によっては、拡散したブラインドレンジの影響を受け、一部のエコーが受信できない場合がある。このレンジの位置により、エコーが受信できない様相を図９に示す。図９（ａ）に示すレンジＶでは３つのパルスのエコーがすべて受信できるのに対し、図９（ｂ）〜（ｄ）に示すレンジＷ，Ｘ，Ｙでは一部のエコーが受信できていない。これらのエコーの系列に対しても復元アルゴリズムを用いて広帯域信号に合成することは可能であるが、サンプリング点数が減っている分、観測帯域が狭くなる。したがって、アジマスのビーム幅は、レンジＷ，Ｘ，Ｙといったエコーの受信ができない場合のサンプリング点数に基づいて設計する必要がある。
また、本発明では、ＰＲＩに周期性を残しているため、図９（ｅ）に示すレンジＺのように、ブラインドレンジとなるレンジが存在する。しかしながら、このような場合であっても、ＰＲＩが等間隔である場合よりも、ブラインドレンジの間隔を延長することができ、観測幅を広げることができる点が本発明の効果の一つである。
また、本発明では、ＰＲＩに周期性を残しているため、図９（ｅ）に示すレンジＺのように、ブラインドレンジとなるレンジが存在する。しかしながら、このような場合であっても、ＰＲＩが等間隔である場合よりも、ブラインドレンジの間隔を延長することができ、観測幅を広げることができる点が本発明の効果の一つである。
次いで、画像再生部２０３は、信号復元部２０２により得られたレンジ圧縮済みの広帯域な信号に対して画像再生を行うことで、再生画像１２を得る（ステップＳＴ５０６）。ここで、画像再生部２０３が用いる画像再生方法としては、非特許文献３，４に開示されるポーラフォーマット法や、チャープスケーリング法、レンジドップラー法、ω−ｋ法などが挙げられる。なお、チャープスケーリング法を用いる場合には、レンジ圧縮の逆処理を行ってもよい。
以上のように、この実施の形態１によれば、レーダ装置１は、観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔とし、レーダ信号処理装置２は、レーダ装置１による観測結果を示す信号に対してレンジ圧縮を行うことで、周期性のある信号系列に分離する信号分離部２０１と、信号分離部２０１により分離された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成し、当該合成した信号を時間領域に戻す信号復元部２０２と、信号復元部２０２により得られた信号に対して画像再生を行うことで、再生画像１２を得る画像再生部２０３とを備えたので、受信側においてフーリエ変換を行う際に高速フーリエ変換を利用することができ、演算の高速化・高精度化を図ることができる。
実施の形態２．
実施の形態２では、ＰＲＩが周期性を残しつつ不等間隔となっており、また、レーダ装置１の受信側でデジタルビーム形成（ＤＢＦ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）を行うレーダシステム（ＳＡＲシステム）について示す。図１０はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置１の構成を示す図であり、図１１はこの発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置２の構成を示す図である。
図１０に示す実施の形態２に係るレーダ装置１は、図２に示す実施の形態１に係るレーダ装置１から切換器１０５を削除し、アンテナ１０６、増幅器１０７、乗算器１０８およびＡ／Ｄコンバータ１０９を送信用のアンテナ１０６−Ｎ＋１と複数の受信系統であるアンテナ１０６−１〜１０６−Ｎ、増幅器１０７−１〜１０７−Ｎ、乗算器１０８−１〜１０８−ＮおよびＡ／Ｄコンバータ１０９−１〜１０９−Ｎに変更し、デジタルビーム形成部１１０を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
また、図１１に示す実施の形態２に係るレーダ信号処理装置２は、図３に示す実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２から信号分離部２０１を削除し、レンジ圧縮部２０４を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
実施の形態２では、ＰＲＩが周期性を残しつつ不等間隔となっており、また、レーダ装置１の受信側でデジタルビーム形成（ＤＢＦ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）を行うレーダシステム（ＳＡＲシステム）について示す。図１０はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置１の構成を示す図であり、図１１はこの発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置２の構成を示す図である。
図１０に示す実施の形態２に係るレーダ装置１は、図２に示す実施の形態１に係るレーダ装置１から切換器１０５を削除し、アンテナ１０６、増幅器１０７、乗算器１０８およびＡ／Ｄコンバータ１０９を送信用のアンテナ１０６−Ｎ＋１と複数の受信系統であるアンテナ１０６−１〜１０６−Ｎ、増幅器１０７−１〜１０７−Ｎ、乗算器１０８−１〜１０８−ＮおよびＡ／Ｄコンバータ１０９−１〜１０９−Ｎに変更し、デジタルビーム形成部１１０を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
また、図１１に示す実施の形態２に係るレーダ信号処理装置２は、図３に示す実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２から信号分離部２０１を削除し、レンジ圧縮部２０４を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
デジタルビーム形成部１１０は、Ａ／Ｄコンバータ１０９−１〜１０９−Ｎによりデジタル化された信号に対してＤＢＦを行うことで、周期性のある信号系列に分離するものである。このデジタルビーム形成部１１０により分離された各信号系列は生データ１１−１〜１１−３としてレーダ信号処理装置２に出力される。
レンジ圧縮部２０４は、レーダ装置１により得られた生データ１１−１〜１１−３に対してレンジ圧縮を行うものである。このレンジ圧縮部２０４によりレンジ圧縮された各信号系列は信号復元部２０２に出力される。
なお、特に区別する必要がない場合には、各符号のうち系統を示すハイフン以降の記載を省略する。
なお、特に区別する必要がない場合には、各符号のうち系統を示すハイフン以降の記載を省略する。
次に、上記のように構成されたＳＡＲシステムの処理手順について、図１２〜１６を参照しながら説明する。まず、レーダ装置１の処理手順について説明する。なお、レーダ装置１は合成開口を実現するため一定の速度で動いているものとする。
レーダ装置１の送信動作では、図１２に示すように、まず、信号生成部１０２は、チャープパルスを生成する（ステップＳＴ１２０１）。この際、各ヒットにおけるチャープパルスは同一でもよい。また、このときのＰＲＩは、実施の形態１と同様、図１４に示すように、周期性を残しながら不等間隔とする。
レーダ装置１の送信動作では、図１２に示すように、まず、信号生成部１０２は、チャープパルスを生成する（ステップＳＴ１２０１）。この際、各ヒットにおけるチャープパルスは同一でもよい。また、このときのＰＲＩは、実施の形態１と同様、図１４に示すように、周期性を残しながら不等間隔とする。
次いで、乗算器１０３は、局部発振器１０１から出力された局部発振信号を用いて、信号生成部１０２により生成された信号をアップコンバートする（ステップＳＴ１２０２）。
次いで、増幅器１０４は、乗算器１０３によりアップコンバートされた信号を増幅する（ステップＳＴ１２０３）。
次いで、アンテナ１０６−Ｎ＋１は、増幅器１０４により増幅された信号（送信パルス１３）を外部（目標）に送出する（ステップＳＴ１２０４）。
次いで、増幅器１０４は、乗算器１０３によりアップコンバートされた信号を増幅する（ステップＳＴ１２０３）。
次いで、アンテナ１０６−Ｎ＋１は、増幅器１０４により増幅された信号（送信パルス１３）を外部（目標）に送出する（ステップＳＴ１２０４）。
次に、レーダ装置１の受信動作では、まず、アンテナ１０６−１〜１０６−Ｎは、レンジアンビギュイティを含むような広い観測幅で観測を行い、ステップＳＴ１２０４において送出した送信パルス１３に対する外部からのエコー（信号）を受信する（ステップＳＴ１２０５）。
次いで、増幅器１０７−１〜１０７−Ｎは、対応するアンテナ１０６−１〜１０６−Ｎにより受信された信号を増幅する（ステップＳＴ１２０６）。
次いで、乗算器１０８−１〜１０８−Ｎは、局部発振器１０１から出力された局部発振信号を用いて、対応する増幅器１０７−１〜１０７−Ｎにより増幅された信号をダウンコンバートする（ステップＳＴ１２０７）。
次いで、乗算器１０８−１〜１０８−Ｎは、局部発振器１０１から出力された局部発振信号を用いて、対応する増幅器１０７−１〜１０７−Ｎにより増幅された信号をダウンコンバートする（ステップＳＴ１２０７）。
次いで、Ａ／Ｄコンバータ１０９−１〜１０９−Ｎは、対応する乗算器１０８−１〜１０８−Ｎによりダウンコンバートされた信号に対してＡ／Ｄ変換を行うことで、デジタル化する（ステップＳＴ１２０８）。
次いで、デジタルビーム形成部１１０は、Ａ／Ｄコンバータ１０９−１〜１０９−Ｎによりデジタル化された信号に対して、レンジアンビギュイティを抑圧してＰＲＩ毎のエコーを分離するようＤＢＦを行うことで、受信ビーム１４−１〜１４−３を形成する（ステップＳＴ１２０９）。このデジタルビーム形成部１１０によるＤＢＦによって得られた受信ビーム１４−１〜１４−３（信号）は、実施の形態１と同様に図１５のように表される。また、ブラインドレンジの影響は、実施の形態１と同様に図１６に示すような影響がある。
次いで、デジタルビーム形成部１１０は、形成した受信ビーム１４−１〜１４−３を生データ１１−１〜１１−３としてレーダ信号処理装置２に出力する（ステップＳＴ１２１０）。
次いで、デジタルビーム形成部１１０は、形成した受信ビーム１４−１〜１４−３を生データ１１−１〜１１−３としてレーダ信号処理装置２に出力する（ステップＳＴ１２１０）。
次に、レーダ信号処理装置２の処理手順について説明する。
レーダ信号処理装置２の動作では、図１３に示すように、まず、レンジ圧縮部２０４は、信号生成部１０２で用いたチャープレートの波形の参照関数を用いて、レーダ装置１により得られた生データ１１−１〜１１−３に対してレンジ圧縮を行う（ステップＳＴ１３０１）。このレンジ圧縮部２０４によりレンジ圧縮が行われた各信号系列は信号復元部２０２に出力される。以降の処理は実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
レーダ信号処理装置２の動作では、図１３に示すように、まず、レンジ圧縮部２０４は、信号生成部１０２で用いたチャープレートの波形の参照関数を用いて、レーダ装置１により得られた生データ１１−１〜１１−３に対してレンジ圧縮を行う（ステップＳＴ１３０１）。このレンジ圧縮部２０４によりレンジ圧縮が行われた各信号系列は信号復元部２０２に出力される。以降の処理は実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
以上のように、この実施の形態２によれば、レーダ装置１の受信側でＤＢＦを行うように構成したので、実施の形態１における効果に加え、送信パルスに直交波形を用いずにレンジアンビギュイティを抑圧しながら信号分離を行うことが可能となる。
実施の形態３．
実施の形態３では、ＰＲＩが周期性を残しつつ不等間隔となっているレーダシステム（パルスドップラーシステム）について示す。このパルスドップラーシステムは、実施の形態１，２に係るＳＡＲシステムと同様に、レーダ装置（パルスドップラーレーダ装置）１およびレーダ信号処理装置２から構成されている。ここで、実施の形態３に係るレーダ装置１は、図２，４に示す実施の形態１のレーダ装置１の構成・処理手順と同様であり、その説明を省略する。ただし、実施の形態３に係るレーダ装置１では合成開口を形成する必要がないため、移動体に搭載している状況ではない限り止っているものとする。
図１７はこの発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置２の構成を示す図である。図１７に示す実施の形態３に係るレーダ信号処理装置２は、図３に示す実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２から画像再生部２０３を削除して目標検出部２０５および距離／速度推定部２０６を追加し、信号復元部２０２を信号復元部２０２ｂに変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
実施の形態３では、ＰＲＩが周期性を残しつつ不等間隔となっているレーダシステム（パルスドップラーシステム）について示す。このパルスドップラーシステムは、実施の形態１，２に係るＳＡＲシステムと同様に、レーダ装置（パルスドップラーレーダ装置）１およびレーダ信号処理装置２から構成されている。ここで、実施の形態３に係るレーダ装置１は、図２，４に示す実施の形態１のレーダ装置１の構成・処理手順と同様であり、その説明を省略する。ただし、実施の形態３に係るレーダ装置１では合成開口を形成する必要がないため、移動体に搭載している状況ではない限り止っているものとする。
図１７はこの発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置２の構成を示す図である。図１７に示す実施の形態３に係るレーダ信号処理装置２は、図３に示す実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２から画像再生部２０３を削除して目標検出部２０５および距離／速度推定部２０６を追加し、信号復元部２０２を信号復元部２０２ｂに変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
信号復元部２０２ｂは、信号分離部２０１により分離された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該変換した各信号を合成するものである。すなわち、実施の形態１における信号復元部２０２に対して、信号復元部２０２ｂでは合成した信号を時間領域に戻す処理を行わない。
目標検出部２０５は、信号復元部２０２ｂにより得られた信号に基づいて、目標を検出するものである。
距離／速度推定部２０６は、目標検出部２０５による検出結果に基づいて、目標までの距離および当該目標の移動速度を推定するものである。
距離／速度推定部２０６は、目標検出部２０５による検出結果に基づいて、目標までの距離および当該目標の移動速度を推定するものである。
次に、上記のように構成されたレーダ信号処理装置２の処理手順について、図１８を参照しながら説明する。
レーダ信号処理装置２の動作では、図１８に示すように、まず、信号分離部２０１は、レーダ装置１により得られた生データ１１を３つにコピーする（ステップＳＴ１８０１）。
次いで、信号分離部２０１は、信号生成部１０２で用いたチャーププレートが異なる３種類の波形のそれぞれの参照関数を用いて、コピーした３つの生データ１１に対してレンジ圧縮を行うことで、周期性のある信号系列に分離する（ステップＳＴ１８０２）。この信号分離部２０１の動作は実施の形態１と同様である。
レーダ信号処理装置２の動作では、図１８に示すように、まず、信号分離部２０１は、レーダ装置１により得られた生データ１１を３つにコピーする（ステップＳＴ１８０１）。
次いで、信号分離部２０１は、信号生成部１０２で用いたチャーププレートが異なる３種類の波形のそれぞれの参照関数を用いて、コピーした３つの生データ１１に対してレンジ圧縮を行うことで、周期性のある信号系列に分離する（ステップＳＴ１８０２）。この信号分離部２０１の動作は実施の形態１と同様である。
次いで、信号復元部２０２ｂは、信号分離部２０１により分離された各信号系列（３つのエコーの系列）を、ヒット方向のＦＦＴによりドップラー周波数領域の信号系列に変換する（ステップＳＴ１８０３）。
次いで、信号復元部２０２ｂは、ドップラー周波数領域に変換した各信号系列（３つのエコーの周波数スペクトル）に対して復元アルゴリズム（例えば非特許文献２参照）を用いることで信号の合成を行い、エイリアシングのない広帯域信号のスペクトルに復元する（ステップＳＴ１８０４）。
次いで、信号復元部２０２ｂは、ドップラー周波数領域に変換した各信号系列（３つのエコーの周波数スペクトル）に対して復元アルゴリズム（例えば非特許文献２参照）を用いることで信号の合成を行い、エイリアシングのない広帯域信号のスペクトルに復元する（ステップＳＴ１８０４）。
次いで、目標検出部２０５は、信号復元部２０２ｂにより復元された広帯域信号のスペクトルに対して雑音低減を目的とした移動平均処理を行う（ステップＳＴ１８０５）。
次いで、目標検出部２０５は、移動平均処理により得られたスペクトルに対して閾値判定を行うことで、目標を検出する（ステップＳＴ１８０６）。そして、目標検出部２０５は、検出した目標のレンジビン、ドップラー周波数ビンを目標分布情報として距離／速度推定部２０６に出力する。
次いで、目標検出部２０５は、移動平均処理により得られたスペクトルに対して閾値判定を行うことで、目標を検出する（ステップＳＴ１８０６）。そして、目標検出部２０５は、検出した目標のレンジビン、ドップラー周波数ビンを目標分布情報として距離／速度推定部２０６に出力する。
次いで、距離／速度推定部２０６は、目標検出部２０５により得られた目標分布情報に基づいて、レンジビンから目標までの距離を推定し、ドップラー周波数ビンから目標の移動速度を推定する（ステップＳＴ１８０７）。
以上のように、この実施の形態３によれば、ＳＡＲシステムに代えてパルスドップラーシステムを用いても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
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 レーダ装置（合成開口レーダ装置、パルスドップラーレーダ装置）、２ レーダ信号処理装置、１１ 生データ、１２ 再生画像、１３ 送信パルス、１４ 受信ビーム、１０１ 局部発振器、１０２ 信号生成部、１０３ 乗算器、１０４ 増幅器、１０５ 切換器、１０６ アンテナ、１０７ 増幅器、１０８ 乗算器、１０９ Ａ／Ｄコンバータ、１１０ デジタルビーム形成部、２０１ 信号分離部、２０２，２０２ｂ 信号復元部、２０３ 画像再生部、２０４ レンジ圧縮部、２０５ 目標検出部、２０６ 距離／速度推定部。
Claims (8)
- 目標の観測を行うレーダ装置と、前記レーダ装置による観測結果を示す信号を処理するレーダ信号処理装置とを備えたレーダシステムにおいて、
前記レーダ装置は、前記観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔とし、
前記レーダ信号処理装置は、
前記レーダ装置による観測結果を示す信号に対してレンジ圧縮を行うことで、前記周期性のある信号系列に分離する信号分離部と、
前記信号分離部により分離された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成し、当該合成した信号を時間領域に戻す信号復元部と、
前記信号復元部により得られた信号に対して画像再生を行うことで、再生画像を得る画像再生部とを備えた
ことを特徴とするレーダシステム。 - 目標の観測を行うレーダ装置と、前記レーダ装置による観測結果を示す信号を処理するレーダ信号処理装置とを備えたレーダシステムにおいて、
前記レーダ装置は、前記観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔とし、
前記レーダ信号処理装置は、
前記レーダ装置による観測結果を示す信号に対してレンジ圧縮を行うことで、前記周期性のある信号系列に分離する信号分離部と、
前記信号分離部により分離された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成する信号復元部と、
前記信号復元部により得られた信号に基づいて、前記目標を検出する目標検出部と、
前記目標検出部による検出結果に基づいて、前記目標までの距離および当該目標の移動速度を推定する距離／速度推定部とを備えた
ことを特徴とするレーダシステム。 - 前記レーダ装置は、前記送信パルスとして、異なる直交符号または当該直交符号に順ずる符号を用いて前記パルス繰返し間隔毎に異なるチャープパルスを送出し、
前記信号分離部は、前記レーダ装置により用いられた符号の直交性に基づいて、前記信号系列の分離を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダシステム。 - 目標の観測を行うレーダ装置と、前記レーダ装置による観測結果を示す信号を処理するレーダ信号処理装置とを備えたレーダシステムにおいて、
前記レーダ装置は、前記観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔とし、
前記送出された送信パルスに対して反射された信号を受信する複数の受信系統と、
前記各受信系統により受信された信号に対してデジタルビーム形成を行うことで、前記周期性のある信号系列に分離するデジタルビーム形成部とを備え、
前記レーダ信号処理装置は、
前記デジタルビーム形成部により分離された各信号系列に対してレンジ圧縮を行うレンジ圧縮部と、
前記レンジ圧縮部によりレンジ圧縮された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成し、当該合成した信号を時間領域に戻す信号復元部と、
前記信号復元部により得られた信号に対して画像再生を行うことで、再生画像を得る画像再生部とを備えた
ことを特徴とするレーダシステム。 - 目標の観測を行うレーダ装置において、
前記観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔とする
ことを特徴とするレーダ装置。 - 観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔として、目標の観測を行うレーダ装置による観測結果を示す信号を処理するレーダ信号処理装置において、
前記レーダ装置による観測結果を示す信号に対してレンジ圧縮を行うことで、前記周期性のある信号系列に分離する信号分離部と、
前記信号分離部により分離された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成し、当該合成した信号を時間領域に戻す信号復元部と、
前記信号復元部により得られた信号に対して画像再生を行うことで、再生画像を得る画像再生部と
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔として、目標の観測を行うレーダ装置による観測結果を示す信号を処理するレーダ信号処理装置において、
前記レーダ装置による観測結果を示す信号に対してレンジ圧縮を行うことで、前記周期性のある信号系列に分離する信号分離部と、
前記信号分離部により分離された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成する信号復元部と、
前記信号復元部により得られた信号に基づいて、前記目標を検出する目標検出部と、
前記目標検出部による検出結果に基づいて、前記目標までの距離および当該目標の移動速度を推定する距離／速度推定部と
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 観測を行うために送出する送信パルスのパルス繰返し間隔を、周期性を残しながら不等間隔として、前記送出された送信パルスに対して反射された信号を受信する複数の受信系統と、前記各受信系統により受信された信号に対してデジタルビーム形成を行うことで、前記周期性のある信号系列に分離するデジタルビーム形成部を備え、目標の観測を行うレーダ装置による観測結果を示す信号を処理するレーダ信号処理装置において、
前記デジタルビーム形成部により分離された各信号系列に対してレンジ圧縮を行うレンジ圧縮部と、
前記レンジ圧縮部によりレンジ圧縮された各信号系列を高速フーリエ変換により周波数領域に変換し、当該周波数領域に変換した信号系列を合成し、当該合成した信号を時間領域に戻す信号復元部と、
前記信号復元部により得られた信号に対して画像再生を行うことで、再生画像を得る画像再生部と
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
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