WO2019239584A1 - レーダ装置および目標距離算出方法 - Google Patents

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WO2019239584A1
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target
gate
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reception
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聡 影目
康秀 野中
照幸 原
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三菱電機株式会社
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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/18—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein range gates are used

Definitions

  • the present invention relates to a radar apparatus that calculates a target distance.
  • a transmission high-frequency signal (hereinafter referred to as a transmission RF signal) is radiated into the air, and a reflected high-frequency signal (hereinafter referred to as reflection) of the transmission RF signal reflected by the target. (Referred to as RF signal).
  • a conventional radar apparatus generates a sum signal and a difference signal by setting reception gates having different gate widths with respect to the reception signal, and a ratio between the sum signal and the difference signal and a distance to a target (hereinafter referred to as a target distance). The target distance is measured using a discrete pattern indicating the relationship with
  • the present invention solves the above-described problem, and an object of the present invention is to obtain a radar apparatus that can accurately measure a target distance even when a plurality of targets are present in a reception gate.
  • the radar apparatus includes a transmission unit, a reception unit, a gate processing unit, a frequency domain conversion unit, and a target distance calculation unit.
  • the transmission unit radiates a transmission signal to space.
  • the reception unit receives a reception signal that is a signal that is transmitted and reflected by a target in space.
  • the gate processing unit performs gate processing in which a plurality of reception gates are set on the reception signal, and generates a signal after gate processing.
  • the frequency domain transform unit performs frequency domain transform on the gate-processed signal to generate a frequency domain signal.
  • the target distance calculation unit calculates the target distance based on at least one of a real part and an imaginary part of the frequency domain signals of the plurality of reception gates generated by the frequency domain conversion unit.
  • a gate process in which a plurality of reception gates are set is performed on a reception signal, a frequency domain conversion process is performed on the signal after the gate process, and a real part of a frequency domain signal of the plurality of reception gates And a target distance is calculated based on at least one of the imaginary part.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a transmission unit according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a receiving unit in Embodiment 1.
  • FIG. 4A is a block diagram showing a hardware configuration for realizing the function of the radar apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 4B is a block diagram illustrating a hardware configuration for executing software that implements the functions of the radar apparatus according to Embodiment 1.
  • 3 is a flowchart showing an operation of the radar apparatus according to the first embodiment.
  • 3 is a flowchart illustrating an operation of a transmission unit in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of a reception unit in the first embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a waveform of a transmission RF signal.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating a waveform of a reception RF signal.
  • FIG. 8C is a diagram illustrating a waveform of a received video signal.
  • 3 is a flowchart showing operations of a gate processing unit and a frequency domain conversion unit in the first embodiment.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating a waveform of a received video signal.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating a waveform of a signal after gate processing of gate number 10.
  • FIG. 10C is a diagram illustrating a waveform of a signal after gate processing of gate number 11.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating a waveform of a transmission RF signal.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating a waveform of a reception RF signal.
  • FIG. 8C
  • FIG. 10D is a diagram illustrating a waveform of a signal after gate processing of gate number 12.
  • FIG. 11A is a diagram illustrating observed values of signals in a plurality of target frequency domains in the reception gate.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating a frequency-domain signal for each target in the reception gate. It is a figure which shows the amplitude of the received signal reflected by the some target in a receiving gate.
  • FIG. 13A is a diagram showing a reception signal ratio of reflected signals reflected by a target in the reception gate.
  • FIG. 13B is a diagram illustrating a waveform of a received video signal.
  • FIG. 13C is a diagram illustrating a waveform of a signal after gate processing of gate number 10.
  • FIG. 13D is a diagram illustrating a waveform of a signal after gate processing of gate number 11.
  • FIG. 13E is a diagram illustrating a waveform of a signal after gate processing of gate number 12.
  • FIG. 14A is a diagram showing a phase relationship of sampling numbers in the frequency domain where the signal in the frequency domain of target 1 has a maximum amplitude value.
  • FIG. 14B is a diagram showing a phase relationship of sampling numbers in the frequency domain in which the signal in the frequency domain of target 2 has a maximum amplitude value.
  • FIG. 15A is a diagram showing, for each target, the reception signal ratio of the reflected signal reflected by the target in the reception gate and the real part of the reflected signal reflected by the target.
  • 15B is a diagram showing, for each target, the reception signal ratio of the reflected signal reflected by the target in the reception gate and the imaginary part of the reflected signal reflected by the target.
  • 3 is a flowchart illustrating an operation example of a target distance calculation unit in the first embodiment.
  • 10 is a flowchart illustrating another example of the operation of the target distance calculation unit according to the first embodiment. It is a figure which shows the relationship between the combination of the sampling number of the target 1, the sampling number of the target 2, and the evaluation value of a target distance candidate. It is a block diagram which shows the structure of the signal processing part of the radar apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation example of a target distance calculation unit in the second embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the radar apparatus 1 radiates a transmission RF signal to space, receives a reception RF signal that is a reflected RF signal reflected by the target, and calculates a distance to the target (target distance) based on the reception RF signal. It is a device to calculate.
  • the radar apparatus 1 includes an antenna 2, a transmission unit 3, a transmission / reception switching unit 4, a reception unit 5, a signal processing unit 6, and a display 7.
  • the signal processing unit 6 includes a gate processing unit 60, a frequency domain conversion unit 61, and a target distance calculation unit 62.
  • the transmission unit 3 radiates a transmission RF signal to space via the antenna 2.
  • the transmission / reception switching unit 4 switches the output of the transmission RF signal from the transmission unit 3 to the antenna 2 and the output of the reception RF signal from the antenna 2 to the reception unit 5 at the timing set by the transmission unit 3.
  • the receiving unit 5 receives the received RF signal via the antenna 2.
  • the signal processing unit 6 is a component that calculates the target distance based on the received RF signal, and causes the display 7 to display the calculated target distance.
  • the gate processing unit 60 receives the received RF signal from the receiving unit 5, performs gate processing in which a plurality of reception gates are set on the received RF signal, and generates a signal after gate processing.
  • the frequency domain transform unit 61 performs a frequency domain transform process on the signal after the gate processing by the gate processing unit 60 to generate a frequency domain signal.
  • the target distance calculation unit 62 calculates the target distance based on at least one of the real part and the imaginary part of the frequency domain signals of the plurality of reception gates generated by the frequency domain conversion unit 61.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the transmission unit 3.
  • the transmission unit 3 includes a transmitter 30, a pulse modulator 31, and a local oscillator 32.
  • the transmitter 30 outputs the transmission signal pulsed by the pulse modulator 31 to the antenna 2 through the transmission / reception switching unit 4.
  • the pulse modulator 31 performs pulse modulation on the local oscillation signal input from the local oscillator 32 to generate a transmission RF signal.
  • the local oscillator 32 generates a local oscillation signal and outputs it to the receiving unit 5 and the pulse modulator 31.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the receiving unit 5.
  • the receiving unit 5 includes a receiver 50 and an A / D converter 51.
  • the receiver 50 inputs the received RF signal received by the antenna 2 through the transmission / reception switching unit 4 and outputs it to the A / D converter 51.
  • the A / D converter 51 converts the received RF signal input from the receiver 50 into a digital signal and outputs the digital signal to the gate processing unit 60 included in the signal processing unit 6.
  • the radar apparatus 1 includes a processing circuit for executing processes from step ST1 to step ST5 described later with reference to FIG.
  • This processing circuit may be dedicated hardware, or may be a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in the memory.
  • CPU Central Processing Unit
  • FIG. 4A is a block diagram showing a hardware configuration for realizing the functions of the radar apparatus 1.
  • FIG. 4B is a block diagram illustrating a hardware configuration that executes software that implements the functions of the radar apparatus 1.
  • the antenna 100 is the antenna 2 shown in FIG. 1
  • the display device 101 is the display device 7 shown in FIG.
  • the input / output interface 102 is an interface that relays the output of the transmission RF signal from the transmission unit 3 shown in FIG. 1 to the antenna 100 and the output of the reception RF signal from the antenna 100 to the reception unit 5 shown in FIG. is there. That is, the input / output interface 102 has the function of the transmission / reception switching unit 4 shown in FIG. Further, the input / output interface 102 also functions as an interface that relays an output signal to the display device 101.
  • the external storage device 103 is a storage device that stores various setting data and signal data used for signal processing performed by the signal processing unit 6 shown in FIG.
  • the external storage device 103 may be a volatile memory such as a synchronous dynamic random access memory (SDRAM), a hard disk drive device (HDD), or a solid state drive device (SSD).
  • SDRAM synchronous dynamic random access memory
  • HDD hard disk drive device
  • SSD solid state drive device
  • a program including an operating system (OS) may be stored in the external storage device 103.
  • the memory 107 shown in FIG. 4B may be constructed in the external storage device 103.
  • the external storage device 103 may be a storage device that is provided independently of the radar device 1 and is communicably connected to the radar device 1, for example, a storage device provided on a cloud.
  • the signal path 105 is a bus through which signal data is transmitted.
  • the input / output interface 102, the external storage device 103, and the processing circuit 104 are connected to each other by the signal path 105.
  • the input / output interface 102, the external storage device 103, the processor 106, and the memory 107 are connected to each other by a signal path 105.
  • the processing circuit 104 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, or an ASIC (Application Specific Integrated). Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • the functions of the transmitter 3, the receiver 5, the gate processor 60, the frequency domain converter 61, and the target distance calculator 62 in the radar apparatus 1 may be realized by separate processing circuits. It may be realized by one processing circuit.
  • the processing circuit is the processor 106 shown in FIG. 4B
  • the functions of the transmission unit 3, the reception unit 5, the gate processing unit 60, the frequency domain conversion unit 61, and the target distance calculation unit 62 in the radar apparatus 1 are software and firmware. Alternatively, it is realized by a combination of software and firmware.
  • the software or firmware is described as a program and stored in the memory 107.
  • the processor 106 reads out and executes the program stored in the memory 107, thereby functioning the transmitter 3, the receiver 5, the gate processor 60, the frequency domain converter 61, and the target distance calculator 62 in the radar device 1.
  • the radar apparatus 1 includes a memory 107 for storing a program that, when executed by the processor 106, results in the processing from step ST1 to step ST5 shown in FIG. These programs cause the computer to execute the procedure or method of the transmission unit 3, the reception unit 5, the gate processing unit 60, the frequency domain conversion unit 61, and the target distance calculation unit 62.
  • the memory 107 may be a computer-readable storage medium storing a program for causing a computer to function as the transmission unit 3, the reception unit 5, the gate processing unit 60, the frequency domain conversion unit 61, and the target distance calculation unit 62. .
  • the memory 107 includes, for example, a non-volatile memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), an EEPROM (Electrically-EPROM), or a volatile memory.
  • a non-volatile memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), an EEPROM (Electrically-EPROM), or a volatile memory.
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
  • EEPROM Electrically-EPROM
  • Magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, DVDs, and the like are applicable.
  • a part of the functions of the transmission unit 3, the reception unit 5, the gate processing unit 60, the frequency domain conversion unit 61, and the target distance calculation unit 62 may be realized by dedicated hardware, and a part may be realized by software or firmware.
  • the transmission unit 3 and the reception unit 5 realize the functions by the processing circuit 104 that is dedicated hardware, and the processor 106 stores the gate processing unit 60, the frequency domain conversion unit 61, and the target distance calculation unit 62 in the memory 107.
  • the function is realized by reading and executing the stored program.
  • the processing circuit can realize the above functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the radar apparatus 1 according to the first embodiment, and shows the target distance calculation method according to the first embodiment.
  • the transmission unit 3 radiates a transmission RF signal to space via the antenna 2 (step ST1).
  • the receiving unit 5 receives a reception RF signal that is a reflected RF signal that is returned after the transmission RF signal is reflected by a target in space (step ST2).
  • the gate processing unit 60 performs gate processing in which a plurality of reception gates are set on the reception RF signal, and generates a signal after gate processing (step ST3).
  • the frequency domain transform unit 61 performs frequency domain transform on the signal after the gate processing by the gate processing unit 60 to generate a frequency domain signal (step ST4).
  • the target distance calculation unit 62 calculates a target distance based on at least one of the real part and the imaginary part of the frequency domain signals of the plurality of reception gates generated by the frequency domain conversion unit 61 (step ST5).
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the transmission unit 3, and shows the details of the processing in step ST1 of FIG.
  • the transmitter 3 includes a transmitter 30, a pulse modulator 31, and a local oscillator 32.
  • the local oscillator 32 generates a local oscillation signal L 0 (t) having a constant frequency expressed by the following formula (1) (step ST1a).
  • the local oscillator 32 outputs the local oscillation signal L 0 (t) to the pulse modulator 31 and the receiving unit 5.
  • t is the time
  • a L is the amplitude of the local oscillation signal L 0 (t)
  • f 0 is the transmission frequency.
  • ⁇ 0 is the initial phase of the local oscillation signal L 0 (t)
  • T obs is the observation time
  • j is an imaginary unit.
  • the pulse modulator 31 performs pulse modulation according to the following equation (2) on the local oscillation signal L 0 (t) using a preset pulse repetition period T pri and pulse width T 0 , and transmits a transmission RF signal.
  • Tx (t) is generated (step ST2a).
  • the transmission RF signal Tx (t) is output from the pulse modulator 31 to the transmitter 30 of the transmission unit 3.
  • h is a hit number and H is the number of hits.
  • the hit number H is expressed by the following formula (3).
  • floor (X) means an integer obtained by rounding down the decimal point of the variable X.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a waveform of the transmission RF signal Tx (t).
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the receiving unit 5, and shows details of the processing in step ST2 of FIG.
  • the receiving unit 5 includes a receiver 50 and an A / D converter 51.
  • the reflected RF signal which is the reflected RF signal radiated from the air and reflected by the target, is incident on the antenna 2.
  • the antenna 2 receives the incident reflected RF signal and outputs it to the receiver 50 as a received RF signal Rx (t) expressed by the following equation (4) (step ST1b).
  • n tgt is a target number
  • N tgt is a target number
  • the received RF signal Rx ntgt (t) of the target number n tgt is expressed by the following equation (5).
  • a R, Ntgt is the amplitude of the received RF signal Rx ntgt (t) of the target number n tgt
  • R 0, ntgt is the initial target relative distance of the received RF signal Rx ntgt (t) of the target number n tgt
  • v ntgt is the target relative speed of the received RF signal Rx ntgt (t) of the target number n tgt
  • C is the speed of light.
  • the receiver 50 down-converts the received RF signal Rx (t) input from the antenna 2 using the local oscillation signal L 0 (t) expressed by the above formula (1) (step ST2b).
  • the receiver 50 passes the down-converted received RF signal Rx (t) through a bandpass filter, performs amplification and phase detection, and receives the received video signal V 0 represented by the following equation (6).
  • (T) is generated and output to the A / D converter 51.
  • V 0, ntgt (t) is a received video signal having a target number n tgt represented by the following equation (7)
  • AV ntgt is a received video signal having a target number n tgt.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating a waveform of the reception RF signal Rx (t).
  • the reception RF signal Rx (t) is a signal obtained by combining the reception RF signals reflected from the plural targets.
  • FIG. 8B shows a case where the target has a target of target number 1 and a target of target number 2, and the received RF signal indicated by symbol b is reflected from the target of target number 1 indicated by symbol b1.
  • This is a signal obtained by combining the received RF signal and the received RF signal reflected from the target of the target number 2 indicated by symbol b2.
  • the received video signal V 0 (t) is also a signal obtained by synthesizing the received video signal derived from the received RF signal reflected from each of the plural targets.
  • the received video signal indicated by reference symbol c is a signal obtained by combining the received video signal corresponding to target number 1 indicated by reference symbol c1 and the received video signal corresponding to target number 2 indicated by reference symbol c2.
  • mod (X, Y) represents the remainder after the variable X is divided by the variable Y.
  • the A / D converter 51 performs A / D conversion on the received video signal V 0 (t) input from the receiver 50 to generate a received video signal V (m ′) represented by the following equation (8) ( Step ST3b).
  • the received video signal V (m ′) is output from the A / D converter 51 to the signal processing unit 6.
  • V 0, n tgt (m ′) is a received video signal obtained by A / D converting the received video signal V 0, n tgt (t) corresponding to the target number n tgt represented by the following equation (9).
  • m ′ is the sampling number
  • M ′ is the number of samplings
  • ⁇ t is the sampling interval of the received video signal after A / D conversion.
  • the received video signal V (m ′) shown in FIG. 8C is a sampled signal.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operations of the gate processing unit 60 and the frequency domain conversion unit 61, and shows details of the processing of step ST3 and step ST4 of FIG.
  • the gate processing unit 60 is based on a preset gate slide amount ⁇ m G and a gate width for the received video signal V (m ′).
  • the signal V G (n G , m ′) after gate processing is generated according to the following equation (10) (step ST1c).
  • n G is a gate number.
  • FIG. 10A is a diagram showing a waveform of the received video signal V (m ′).
  • FIG. 10B is a diagram illustrating a waveform of the signal V G (10, m ′) after gate processing of the gate number 10.
  • FIG. 10C is a diagram illustrating a waveform of the signal V G (11, m ′) after the gate processing of the gate number 11.
  • FIG. 10D is a diagram illustrating a waveform of the signal V G (12, m ′) after the gate processing of the gate number 12.
  • the gate processing unit 60 receives the received video signal V (m ′) of the symbol c shown in FIG. 10A, and receives the received gates G10 to G12 having gate numbers 10 to 12, for example, with respect to the received video signal V (m ′). To set the gate. As a result, a signal V G (10, m ′) after gate processing indicated by the symbol d in FIG. 10B is generated, and a signal V G (11, m ′) after gate processing indicated by the symbol e in FIG. 10C is generated. , The gate-processed signal V G (12, m ′) indicated by the symbol f in FIG. 10D is generated.
  • the gated signal V G (n G , m ′) is also a signal obtained by synthesizing the gated signal derived from the received RF signal reflected from each of the plural targets.
  • the signal V G (10, m ′) after gate processing indicated by reference symbol d is the target number 1 of gate number 10 indicated by reference symbol d1.
  • a signal after gate processing corresponding to the target number 2 of the gate number 10 indicated by the symbol d2 are synthesized.
  • the gate-processed signal V G (11, m ′) indicated by reference sign e is a gate-processed signal corresponding to target number 1 of gate number 11 indicated by reference sign e1 and gate number 11 indicated by reference sign e2.
  • the signal after the gate processing corresponding to the target number 2 is a synthesized signal.
  • the gate-processed signal V G (12, m ′) indicated by reference numeral f is the signal after gate processing corresponding to the target number 1 of gate number 12 indicated by reference numeral f1 and the gate number 12 indicated by reference numeral f2. This is a signal obtained by combining the gate-processed signal corresponding to the target number 2.
  • the reception gate G11 is a gate that is slid by the gate slide amount ⁇ m G from the reception gate G10
  • the reception gate G12 is a gate that is further slid by the gate slide amount ⁇ m G from the reception gate G11.
  • the gate processing unit 60 performs narrow-band filter processing (band-pass filter processing) for allowing the signal V G (n G , m ′) after gate processing to pass a signal in the band around the center spectrum in the frequency domain.
  • the gate processing unit 60 re-samples the signal V G (n G , m) after the narrow band filter processing (after the band pass filter processing) represented by the following formula (11), which is resampled as a sine wave. Is generated (step ST2c).
  • m is the sampling number of the signal after the narrowband filter processing
  • M is the sampling number of the signal after the narrowband filter processing.
  • V G, ntgt (n G , m) is a signal after the narrow band filter processing of the gate number n G of the target number n tgt represented by the following equation (12).
  • a nG, ntgt is the amplitude of the signal after the narrow band filter processing of the gate number n G of the target number n tgt .
  • the gate processing unit 60 outputs the signal V G (n G , m) after the narrowband filter processing to the frequency domain conversion unit 61. Further, the gate processing unit 60 outputs the signal after the gate processing to the frequency domain conversion unit 61 even when the narrowband filter processing is not performed.
  • the frequency domain transform unit 61 performs a Fourier transform process according to the following equation (13) as a frequency domain transform process on the signal V G (n G , m) after the narrowband filter process input from the gate processing unit 60.
  • the frequency domain signal f d (n G , k) is generated (step ST3c).
  • k is a sampling number in the frequency domain
  • M fft is the number of frequency domain transform points.
  • the frequency domain is represented by discrete Fourier transform, but the frequency domain transform processing may be realized by fast Fourier transform or chirp z transform.
  • the frequency domain conversion unit 61 similarly performs frequency domain conversion according to the following equation (13). To generate a frequency domain signal f d (n G , k). The frequency domain converter 61 outputs the frequency domain signal f d (n G , k) to the target distance calculator 62.
  • FIG. 11A is a diagram illustrating observed values of signals in a plurality of target frequency domains in the reception gate.
  • a signal waveform S is a synthesized wave obtained by synthesizing the target 1 signal and the target 2 signal.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating a frequency-domain signal for each target in the reception gate.
  • the signal waveform S1 is the signal waveform of the target 1
  • the signal waveform S2 is the signal waveform of the target 2.
  • the conventional technique described in Patent Document 1 is used. Even the target distance can be calculated. However, if the target 1 and the target 2 have the same speed, the target cannot be separated based on the Doppler frequency as shown in FIG. 11A. For this reason, when there are a plurality of target numbers at the same speed, it becomes difficult to calculate the target distance due to interference of a plurality of signals. That is, as shown in FIG. 11B, when there are reflected RF signals from a plurality of targets having the same speed in the reception gate, the discrepancy pattern is different from the case where the number of targets is one. It becomes difficult to calculate.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the amplitude of the received RF signal reflected by a plurality of targets in the reception gate.
  • the amplitude and phase of the signals observed at each of the gate number n G by a difference of a plurality of targets of amplitude and phase (composite wave) are different, it is difficult to calculate the respective target distance become.
  • m G (n G ) is a sampling number m ′ corresponding to the gate start bin of the gate number n G.
  • the target distance calculation unit 62 in the first embodiment has the same speed as the target and there are reflected RF signals from a plurality of targets that cannot be separated based on the Doppler frequency in the reception gate, A target distance for each of the plurality of targets can be calculated.
  • the target number N tgt is 2 will be described as an example.
  • the frequency domain signal f d (n G , k) is given by This is a composite wave of the frequency domain signals f d, ntgt (n G , k) of a plurality of target numbers n tgt represented by (14).
  • the signal f d, ntgt (n G , k) in the frequency domain of the target number n tgt at the gate number n G is expressed by the following equation (15). From the following equation (15), when the relationship of the following equation (16) is satisfied, the signal f d, ntgt (n G , k) in the frequency domain of the target number n tgt at the gate number n G indicates the maximum amplitude value. .
  • the frequency domain signal f d, ntgt (n G , k) of the target number n tgt for the gate number n G is the frequency domain sampling number k indicating the maximum amplitude value, and the frequency domain sampling It is represented by the number k peak .
  • the frequency domain signal f d, ntgt (n G , k peak ) of the target number n tgt of the sampling number k peak of the frequency domain indicating the maximum amplitude value can be developed as in the following equation (17).
  • x (m G (n G ), m ntgt ) is a ratio (reception signal ratio) that the reflected RF signal from the target of the target number n tgt is present in the reception gate of the gate number n G.
  • M p is the number of sampling points of the pulse
  • a ntgt is the amplitude when all the reflected RF signals of the target number n tgt are present in the reception gate.
  • m Ntgt is the sampling number of the initial relative distance of the target number n tgt R 0, ntgt the incoming video signal V (m '), ⁇ ntgt is an initial relative distance R 0, Ntgt phase of the target number n tgt ,
  • is the absolute value of the variable X.
  • the sampling number m ntgt of the received video signal V (m ′) of the initial relative distance R 0, ntgt of the target number n tgt is expressed by the following equation (18). Note that the sampling number m ntgt does not have to be an integer as shown in the following formula (18), and may have a value after the decimal point.
  • FIG. 13A is a diagram showing a reception signal ratio of a reflected RF signal reflected by a target in the reception gate.
  • FIG. 13B is a diagram illustrating a waveform of a received video signal.
  • FIG. 13C is a diagram illustrating a waveform of a signal after gate processing of gate number 10.
  • FIG. 13D is a diagram illustrating a waveform of a signal after gate processing of gate number 11.
  • FIG. 13E is a diagram illustrating a waveform of a signal after gate processing of gate number 12. Since the gate processing unit 60 is provided with a plurality of reception gates, as shown in FIG. 13A, from the above equation (17), the ratio of the reflected RF signal from each target (reception signal ratio) x ( m G (n G ), m ntgt ) is different for each reception gate.
  • the passage start of the reception gate with the gate number 12 starts from the sampling number 12.
  • the frequency domain transform unit 61 starts the frequency domain transform process from the same time (same sampling number) regardless of the position of each reception gate, as shown in the above equation (13). Therefore, it is possible to perform control such that the phase of the sampling number k peak in the frequency domain indicating the maximum amplitude value of the signal after frequency domain conversion of each target does not change. That is, the phase ⁇ ntgt of the initial relative distance R 0, ntgt of the target number n tgt is shown regardless of the gate number n G. As a result, since the unknowns are reduced, it is possible to obtain a radar apparatus that can calculate a plurality of target distances with a small number of calculations.
  • the real part z ⁇ (n G ) and imaginary part z ⁇ of the signal f d (n G , k peak ) in the frequency domain of the sampling number k peak in the frequency domain of the gate number n G (N G ) is observed.
  • ⁇ 1 is the real part of the signal in the frequency domain of target 1 that has the maximum amplitude value.
  • ⁇ 1 is the imaginary part of the signal in the frequency domain of target 1 that has the maximum amplitude value.
  • ⁇ 2 is the real part of the signal in the frequency region of target 2 that is the maximum amplitude value.
  • ⁇ 2 is the imaginary part of the signal in the frequency domain of target 2 that is the maximum amplitude value.
  • ⁇ ′ 1 is the real part of the signal in the frequency domain of target 1 when target 1 is present in the reception gate of gate number n ′ G indicating the maximum amplitude
  • ⁇ ′ 1 is the target 1 is an imaginary part of the signal in the frequency domain of the target 1 when present in the receiving gate of the gate number n 'G showing the amplitude maximum value
  • ⁇ ′ 2 is the real part of the signal in the frequency domain of the target 2 when the target 1 exists in the reception gate of the gate number n ′ G indicating the maximum amplitude
  • ⁇ ′ 2 is the maximum amplitude of the target 1 an imaginary part of the signal in the frequency domain of the target 2 when present in gate number n 'in the receiving gate of G shown.
  • ⁇ ′′ 1 is the real part of the signal in the frequency domain of target 1 when target 2 is present in the receiving gate of gate number n ′′ G indicating the maximum amplitude
  • ⁇ ′′ 1 is the target 2 is the imaginary part of the signal in the frequency domain of the target 1 when it exists in the reception gate of the gate number n ′′ G indicating the maximum amplitude value.
  • ⁇ ′′ 2 is the real part of the signal in the frequency domain of the target 2 when the target 2 exists in the reception gate of the gate number n ′′ G indicating the maximum amplitude
  • ⁇ ′′ 2 is the maximum amplitude of the target 2 This is the imaginary part of the signal in the frequency domain of the target 2 when it exists in the reception gate of the gate number n ′′ G indicating the value.
  • gate number n "G gate number n 'G and the target second target 1 indicates the amplitude maximum value indicates a maximum amplitude value may be a real number.
  • gate number n Regardless of G without changing the phase ⁇ ntgt of each target, only the ratio at which the reflected RF signal from each target is present in the receiving gate is changed based on the gate number n G.
  • FIG. 15A is a diagram showing, for each target, the reception signal ratio of the reflected RF signal reflected by the target in the reception gate and the real part of the reflected RF signal reflected by the target.
  • C3 is the real part of the observed value of the reflected RF signal from the target present in the receiving gate of the gate number n G.
  • FIG. 15B is a diagram showing, for each target, the reception signal ratio of the reflected RF signal reflected by the target in the reception gate and the imaginary part of the reflected RF signal reflected by the target.
  • D3 is the imaginary part of the observed value of the reflected RF signal from the target present in the receiving gate of the gate number n G.
  • the gate processing is performed so that only the real part and the imaginary part of the reflected RF signal (received RF signal) are changed.
  • the target distance calculation unit 62 can calculate each target distance even when a plurality of targets having different target distances that cannot be separated from each other at the Doppler frequency exist in the reception gate. It is.
  • FIG. 16 is a flowchart showing an operation example of the target distance calculation unit 62 in the first embodiment, and shows details of the processing in step ST5 of FIG.
  • FIG. 17 is a flowchart showing another example of the operation of the target distance calculation unit 62 in the first embodiment.
  • the real part z ⁇ (n G ) and the imaginary part z ⁇ (n G ) of the reflected RF signal existing in the reception gate of the observed gate number n G are expressed by the following formula (19) and the following formula (20). Is done.
  • the sampling number of the target 1 to be assumed is calculated using the following equation (21).
  • M ′ 1 the sampling number of the target 2 to be assumed is m ′ 2
  • a simultaneous equation is derived, and the simultaneous equations are solved according to the following equation (22), whereby the sampling number m ′ 1 of the target 1 and the target 2
  • the real part ⁇ ′ 1, m′1, m′2 of the reflected RF signal from the target of the target number n tgt 1 when the sampling number is m ′ 2 and the sampling numbers m ′ 1 and 2 of the target 1
  • the imaginary part ⁇ ′ 2, m′1, and m′2 of the reflected RF signal from are calculated. The process so far is step ST1d.
  • m st is a combination of a plurality of target distance assumed (hereinafter referred to as the target distance candidate) is a target sampling starting number of, Delta] m, the interval of the sampling number of the target envisaged, m ed is assumed N G, 1 is a gate number of a preset number 1 and n G, 2 is a gate number of a preset number 2.
  • the real part and imaginary part of the signal in the frequency domain within the plurality of reception gates the real part and imaginary part of the signal used for calculating the target distance may be selected based on the signal strength of the signal.
  • the target distance calculation unit 62 when using the observed value of a number of received gate than the target number N tgt when calculating the target distance, according to the following equation (24), the sampling number of the target 1 to assume m '1 and then, it derives the simultaneous equations sampling number of the target 2 as m '2.
  • the following formula (24) shows a case where all the reception gates are used, but it is sufficient that there are more reception values of reception gates than the target number N tgt .
  • the target distance calculation unit 62 performs partial differentiation on the simultaneous equations represented by the following expression (24) by the reception signal ratio x (m G (n G ), m ntgt ), and the target distance candidate is determined according to the following expression (25). An evaluation value is calculated. Subsequently, the target distance calculation unit 62 defines the following formula (25) as the following formula (26).
  • the matrix X m′1, m′2 related to the signal ratio, the matrix A m′1, m′2 related to the real part and the imaginary part of the target signal, and the matrix Z m′1, m′2 related to the observed value are as follows : It is represented by equation (27).
  • the target distance calculation unit 62 solves the above equation (26) by the least square method according to the following equation (28), thereby obtaining a matrix A m′1 related to the real part and the imaginary part of the reflected RF signal from the target.
  • M′2 is calculated (step ST1e).
  • Y ⁇ 1 represents an inverse matrix of the matrix Y.
  • the target distance calculation unit 62 performs real part ⁇ ′ ntgt, m′1, m′2 of each combination of the sampling number m ′ 1 of the target 1 and the sampling number m ′ 2 of the target 2 according to the following equation (29). And the imaginary part ⁇ ′ ntgt, m′1, m′2 and the real part z ⁇ (n G ) and the imaginary part z ⁇ (n G ) of the observed value, that is, the real part residual ⁇ ⁇ (M ′ 1 , m ′ 2 ) and imaginary part residual ⁇ ⁇ (m ′ 1 , m ′ 2 ) are calculated.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the combination of the sampling number of the target 1 and the sampling number of the target 2 and the evaluation value of the target distance candidate.
  • the vertical axis is the sampling number m ′ 1 for target 1
  • the horizontal axis is the sampling number m ′ 2 for target 2.
  • the target distance calculation unit 62 uses the real part residual ⁇ ⁇ (m ′ 1 , m ′ 2 ) and the imaginary part residual ⁇ ⁇ (m ′ 1 , m ′ 2 ).
  • the evaluation value ⁇ (m ′ 1 , m ′ 2 ) is calculated according to the following formula (30).
  • the target distance calculation unit 62 calculates the sampling number m ′′ 1 of target 1 and the sampling number m ′′ 2 of target 2 that maximize the evaluation value ⁇ (m ′ 1 , m ′ 2 ) according to the following equation (31). To do.
  • argmax ⁇ (p, q) is a function for calculating arguments p and q that maximize the evaluation value ⁇ (p, q) of the target distance candidate.
  • the target distance calculation unit 62 calculates the target distance R ′′ 0, ntgt of the target number n tgt using the following equation (32) (step ST2d, step ST2e).
  • the target distance calculation unit 62 can calculate a plurality of target distances even if only the real part or the imaginary part is used. Further, the target distance calculation unit 62 can calculate the target distance even if the target number is one. When the target number is 1, it may be calculated as m ′ 1 only.
  • the target distance calculation unit 62 outputs the target distance R ′′ 0, ntgt of the target number n tgt to the display unit 7.
  • the display unit 7 outputs the target distance R ′′ 0 of the target number n tgt input from the target distance calculation unit 62. , Ntgt are displayed on the screen as target information.
  • the radar apparatus 1 performs gate processing in which a plurality of reception gates are set on the received RF signal, performs frequency domain conversion processing on the signal after gate processing, and performs multiple processing.
  • the target distance is calculated based on at least one of the real part and the imaginary part of the signal in the frequency domain of the receiving gate.
  • the gate processing unit 60 sets a plurality of reception gates, generates a signal after narrowband filtering so that signals in a target frequency domain existing in each reception gate have the same phase, and performs frequency domain conversion.
  • the unit 61 performs frequency domain conversion on the signal existing in each reception gate from the same sampling number to generate a frequency domain signal.
  • the gate processor 60 regardless of the gate number n G, for performing gated such that only the real part and the imaginary part of each of the target is changed, the target distance calculation unit 62, by utilizing this characteristic, assuming The target distance is calculated based on at least one of the received signal ratio and the observed and real part and imaginary part even if there are reflected signals from multiple targets in the receiving gate at the same speed can do.
  • the target distance calculation unit 62 uses at least one of the real part and the imaginary part of the signals in the frequency domain of the plurality of reception gates, and uses the target in each reception gate.
  • the target distance candidate simultaneous equation based on the ratio of received signals from is solved to calculate an evaluation value of the target distance candidate, and the target distance is calculated based on the evaluation value of the target distance candidate.
  • the evaluation value it is possible to calculate a plurality of target distances with a small amount of calculation.
  • the target distance calculation unit 62 uses at least one of the real part and the imaginary part of the signals in the frequency domain of the plurality of reception gates, and the target in each reception gate.
  • a target distance candidate simultaneous equation is derived based on the ratio of received signals from, and the target distance candidate evaluation value is calculated by solving the derived simultaneous equation using the least squares method. Based on this, the target distance is calculated. Since the evaluation value is calculated using the least square method, the influence of noise is further reduced, and the ranging accuracy is improved.
  • the target number N tgt is set to 2, but even if it is a natural number other than 2, it is possible to calculate the target distance for the target number similarly.
  • FIG. FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of the signal processing unit 6A of the radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the radar apparatus according to the second embodiment includes an antenna 2, a transmission unit 3, a transmission / reception switching unit 4, a reception unit 5, and a display 7, as in FIG.
  • a signal processing unit 6A is provided instead of the signal processing unit 6.
  • the signal processing unit 6A includes a gate processing unit 60, a frequency domain conversion unit 61, a target distance calculation unit 62A, and a target candidate detection unit 63.
  • the target distance calculation unit 62A calculates the target distance based on at least one of the real part and the imaginary part of the signal in the frequency domain of the target candidate detected by the target candidate detection unit 63.
  • the target candidate detection unit 63 detects a target candidate based on the signal strength of the frequency domain signal generated by the frequency domain conversion unit 61.
  • the frequency domain transform unit 61 outputs the frequency domain signal f d (n G , k) to the target candidate detection unit 63.
  • the target candidate detection unit 63 detects a target candidate based on the signal strength of the signal f d (n G , k) in the frequency domain. For example, the target candidate detection unit 63 detects a target candidate by CA-CFAR (Cell Average Constant False Alarm Rate) processing.
  • CA-CFAR Cell Average Constant False Alarm Rate
  • FIG. 20 is a diagram illustrating the relationship between the amplitude of the reflected RF signal from the target in the reception gate, the amplitude of the reflected RF signal from the target candidate, and noise.
  • E1 is the amplitude of the reflected RF signal from the target present in the receiving gate of the gate number n G.
  • z ⁇ (n G ) is the real part of the reflected RF signal of gate number n G
  • z ⁇ (n G ) is the imaginary part.
  • E3 is noise.
  • the target candidate detection unit 63 receives the frequency domain signal f d (n G , k) input from the frequency domain conversion unit 61 and the gate number n G, tgt of the reception gate where the target candidate n tgt detected by the CFAR processing is present. And the sampling number k in the frequency domain are output to the target distance calculation unit 62A.
  • FIG. 21 is a flowchart illustrating an operation example of the target distance calculation unit 62A in the second embodiment.
  • the range of the target number to be assumed is 1 to N ′ tgt .
  • the target distance calculation unit 62A sets the target number n ′ tgt within the range of the assumed target number (step ST1f).
  • the target distance calculation unit 62A derives simultaneous equations according to the following equation (33) according to the assumed target number n ′ tgt .
  • m G (n G, tgt ) is a sampling number m ′ corresponding to the gate start bin of the gate number n G, tgt of the target candidate n tgt .
  • the target distance calculation unit 62A uses the simultaneous equations expressed by the above equation (33) as a ratio (reception signal ratio) x (m G (n G ) that the reflected RF signal from each target exists in the reception gate. , Tgt ), mn'tgt ), and is expressed by the following formula (34). Next, the target distance calculation unit 62A defines the following formula (34) as the following formula (35).
  • the matrices Z m′1,..., M′n′tgt are represented by the following formula (36).
  • the target distance calculation unit 62A solves the above equation (36) by the least square method according to the following equation (37) , whereby the matrix A m′1,..., M′n′tgt related to the real and imaginary parts of the target signal. Is calculated (step ST2f).
  • Y ⁇ 1 is an inverse matrix of the matrix Y
  • Y T represents the transpose of the matrix Y.
  • the target distance calculation unit 62A follows the following formula (38), and the real part ⁇ ′ n′tgt, m′1,... Of the combination of the sampling numbers m n′tgt of each target when the target number is n ′ tgt .
  • the target distance calculation unit 62A includes a real part residual ⁇ ⁇ (m ′ 1 ,..., M ′ n′tgt ) and an imaginary part residual ⁇ ⁇ (m ′ 1 ,..., M ′ n ′.
  • the target distance candidate evaluation value ⁇ (m ′ 1 , m ′ 2 ) is calculated according to the following formula (39) using tgt ).
  • Target distance calculation unit 62A in accordance with the following equation (40), the evaluation value ⁇ of the target distance candidate (m '1, ⁇ , m 'n'tgt) to maximize the target number N "tgt, each The target sampling number mn'tgt is calculated, where argmax ⁇ (q, p, ..., q) maximizes the evaluation value ⁇ (q, p, ..., q) of the target distance candidate. This is a function for calculating a variable q and arguments p,.
  • the target distance calculation unit 62A calculates the target distance R ′′ 0, ntgt of the target number n tgt according to the following formula (41) (step ST3f).
  • the amount of information is increased and the ranging accuracy is improved, and the target distances of a plurality of targets can be calculated using only one of the real part and the imaginary part.
  • the target distance calculation unit 62A derives the simultaneous equations expressed by the above equation (33) according to the target number, and further solves the simultaneous equations by the least square method according to the above equation (37), thereby , M′n′tgt related to the imaginary part and the imaginary part are calculated, and the evaluation value ⁇ (m ′ 1 ,..., M ′ n′tgt of the target distance candidate is calculated according to the above equation (40). ) To obtain the maximum target number N ′′ tgt and each target sampling number mn′tgt . Therefore, even if the target number is set in advance, the relative distance corresponding to the target number is calculated. Can be calculated.
  • the radar apparatus detects the target candidate based on the signal strength of the frequency domain signal f d (n G , k) generated by the frequency domain transform unit 61.
  • a portion 63 is provided.
  • the target distance calculation unit 62A calculates the target distance based on at least one of the real part and the imaginary part of the frequency domain signal f d (n G , k) of the target candidate detected by the target candidate detection unit 63. . That is, since the target distance candidate is calculated based on the observation value of the signal in the target candidate reception gate, it is not necessary to set the reception gate in advance.
  • the target candidate detection unit 63 since the target candidate is detected based on the signal strength, the target distance is calculated in a situation where the signal-to-noise ratio is high. Thereby, the target distance can be calculated with high accuracy.
  • the target candidate detection unit 63 further selects a target candidate based on the signal strength, so that the target distance can be calculated with higher accuracy.
  • the radar apparatus according to the present invention can accurately measure the target distance even when there are a plurality of targets in the reception gate, it can be used for various radar apparatuses.
  • 1 radar device 2,100 antenna, 3, transmission unit, 4 transmission / reception switching unit, 5 reception unit, 6, 6A signal processing unit, 7, 101 display, 30 transmitter, 31 pulse modulator, 32 local oscillator, 50 reception Machine, 51 A / D converter, 60 gate processing unit, 61 frequency domain conversion unit, 62, 62A target distance calculation unit, 63 target candidate detection unit, 102 input / output interface, 103 external storage device, 104 processing circuit, 105 signal Road, 106 processor, 107 memory.

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Abstract

本発明は、受信ゲート内に複数の目標が存在する場合であっても目標距離を正確に計測することができるレーダ装置を得ることを目的とする。本発明のレーダ装置（１）は、送信信号を空間に放射する送信部（３）と、前記送信信号が空間内の目標で反射されて戻った信号である受信信号を受信する受信部（５）と、前記受信信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号を生成するゲート処理部（６０）と、前記ゲート処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、周波数領域の信号を生成する周波数領域変換部（６１）と、前記周波数領域変換部によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出する目標距離算出部（６２）とを備えたことを特徴とする。

Description

レーダ装置および目標距離算出方法
　本発明は、目標距離を算出するレーダ装置に関する。
　例えば、特許文献１に記載される従来のレーダ装置では、送信高周波信号（以下、送信ＲＦ信号と記載する）を空中に放射し、目標で反射された送信ＲＦ信号の反射高周波信号（以下、反射ＲＦ信号と記載する）を受信する。従来のレーダ装置は、受信信号に対して異なるゲート幅の受信ゲートを設定して和信号および差信号を生成し、和信号と差信号との比と目標までの距離（以下、目標距離と記載する）との関係を示すディスクリパターンを用いて目標距離を計測する。
特開昭６０－１６４２７５号公報
　特許文献１に記載される従来のレーダ装置では、受信ゲート内に複数の目標が存在する場合、複数の目標の状況（例えば、目標間の振幅の差または距離の差）ごとにディスクリパターンが異なるため、複数の目標のそれぞれについて目標距離が誤って計測されるという課題があった。
　本発明は上記課題を解決するものであり、受信ゲート内に複数の目標が存在する場合であっても目標距離を正確に計測することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
　本発明に係るレーダ装置は、送信部、受信部、ゲート処理部、周波数領域変換部および目標距離算出部を備えている。送信部は、送信信号を空間に放射する。受信部は、送信信号が空間内の目標で反射されて戻った信号である受信信号を受信する。ゲート処理部は、受信信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号を生成する。周波数領域変換部は、ゲート処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、周波数領域の信号を生成する。目標距離算出部は、周波数領域変換部によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて目標距離を算出する。
　本発明によれば、受信信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号に対して周波数領域変換処理を行い、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出する。これにより、受信ゲート内に複数の目標が存在する場合であっても目標距離を正確に計測することができる。
本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における送信部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における受信部の構成を示すブロック図である。 図４Ａは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図４Ｂは、実施の形態１に係るレーダ装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態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。 実施の形態１における送信部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１における受信部の動作を示すフローチャートである。 図８Ａは、送信ＲＦ信号の波形を示す図である。図８Ｂは、受信ＲＦ信号の波形を示す図である。図８Ｃは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。 実施の形態１におけるゲート処理部および周波数領域変換部の動作を示すフローチャートである。 図１０Ａは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。図１０Ｂは、ゲート番号１０のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１０Ｃは、ゲート番号１１のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１０Ｄは、ゲート番号１２のゲート処理後の信号の波形を示す図である。 図１１Ａは、受信ゲート内にある複数の目標の周波数領域の信号の観測値を示す図である。図１１Ｂは、受信ゲート内にある目標ごとの周波数領域の信号を示す図である。 受信ゲート内にある複数の目標で反射された受信信号の振幅を示す図である。 図１３Ａは、受信ゲート内にある目標で反射された反射信号の受信信号比率を示す図である。図１３Ｂは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。図１３Ｃは、ゲート番号１０のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１３Ｄは、ゲート番号１１のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１３Ｅは、ゲート番号１２のゲート処理後の信号の波形を示す図である。 図１４Ａは、目標１の周波数領域の信号が振幅最大値となる周波数領域のサンプリング番号の位相の関係を示す図である。図１４Ｂは、目標２の周波数領域の信号が振幅最大値となる周波数領域のサンプリング番号の位相の関係を示す図である。 図１５Ａは、受信ゲート内にある目標で反射された反射信号の受信信号比率と目標で反射された反射信号の実部とを目標ごとに示す図である。図１５Ｂは、受信ゲート内にある目標で反射された反射信号の受信信号比率と目標で反射された反射信号の虚部とを目標ごとに示す図である。 実施の形態１における目標距離算出部の動作例を示すフローチャートである。 実施の形態１における目標距離算出部の動作の別の例を示すフローチャートである。 目標１のサンプリング番号と目標２のサンプリング番号の組み合わせと目標距離候補の評価値との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 受信ゲート内にある目標からの反射信号の振幅と目標候補からの反射信号の振幅と雑音との関係を示す図である。 実施の形態２における目標距離算出部の動作例を示すフローチャートである。
　以下、本発明をより詳細に説明するため、本発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。
　レーダ装置１は、送信ＲＦ信号を空間に放射し、送信ＲＦ信号が目標で反射された反射ＲＦ信号である受信ＲＦ信号を受信し、受信ＲＦ信号に基づいて目標までの距離（目標距離）を算出する装置である。図１に示すように、レーダ装置１は、空中線２、送信部３、送受切替部４、受信部５、信号処理部６および表示器７を備える。信号処理部６は、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２を備える。
　送信部３は、空中線２を介して送信ＲＦ信号を空間に放射する。送受切替部４は、送信部３から設定されたタイミングで、送信部３から空中線２への送信ＲＦ信号の出力と空中線２から受信部５への受信ＲＦ信号の出力を切り替える。受信部５は、空中線２を介して受信ＲＦ信号を受信する。信号処理部６は、受信ＲＦ信号に基づいて目標距離を算出する構成要素であり、算出した目標距離を表示器７に表示させる。
　ゲート処理部６０は、受信部５から受信ＲＦ信号を入力し、受ＲＦ信信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を施してゲート処理後の信号を生成する。周波数領域変換部６１は、ゲート処理部６０によるゲート処理後の信号に対して周波数領域変換処理を行って周波数領域の信号を生成する。目標距離算出部６２は、周波数領域変換部６１によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出する。
　図２は、送信部３の構成を示すブロック図である。図２に示すように、送信部３は、送信機３０、パルス変調器３１および局部発振器３２を備える。送信機３０は、パルス変調器３１によってパルス化された送信信号を、送受切替部４を通して空中線２に出力する。パルス変調器３１は、局部発振器３２から入力した局部発振信号に対してパルス変調を施して送信ＲＦ信号を生成する。局部発振器３２は、局部発振信号を発生して、受信部５およびパルス変調器３１に出力する。
　図３は、受信部５の構成を示すブロック図である。図３に示すように、受信部５は、受信機５０およびＡ／Ｄ変換器５１を備える。受信機５０は、空中線２によって受信された受信ＲＦ信号を、送受切替部４を通して入力してＡ／Ｄ変換器５１に出力する。Ａ／Ｄ変換器５１は、受信機５０から入力した受信ＲＦ信号をデジタル信号に変換して、信号処理部６が備えるゲート処理部６０に出力する。
　次に、レーダ装置１の機能を実現するハードウェア構成について説明する。
　レーダ装置１における、送信部３、受信部５、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２の機能は、処理回路によって実現される。
　すなわち、レーダ装置１は、図５を用いて後述するステップＳＴ１からステップＳＴ５までの処理を実行するための処理回路を備える。この処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）であってもよい。
　図４Ａは、レーダ装置１の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図４Ｂは、レーダ装置１の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、空中線１００は、図１に示した空中線２であり、表示器１０１は、図１に示した表示器７である。入出力インタフェース１０２は、図１に示した送信部３から空中線１００への送信ＲＦ信号の出力と、空中線１００から図１に示した受信部５への受信ＲＦ信号の出力とを中継するインタフェースである。すなわち、入出力インタフェース１０２は、図１に示した送受切替部４の機能を有する。さらに、入出力インタフェース１０２は、表示器１０１への出力信号を中継するインタフェースとしても機能する。
　外部記憶装置１０３は、図１に示した信号処理部６が行う信号処理に用いられる各種の設定データおよび信号データを記憶する記憶装置である。例えば、外部記憶装置１０３には、シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）といった、揮発性メモリ、ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ装置（ＳＳＤ）を用いてもよい。また、オペレーティングシステム（ＯＳ）を含むプログラムを外部記憶装置１０３に記憶してもよい。さらに、外部記憶装置１０３に、図４Ｂに示すメモリ１０７を構築してもよい。外部記憶装置１０３は、レーダ装置１とは独立して設けられて、レーダ装置１から通信接続が可能な記憶装置、例えば、クラウド上に設けられた記憶装置であってもよい。
　信号路１０５は、信号データが伝送されるバスであり、図４Ａにおいて、入出力インタフェース１０２、外部記憶装置１０３および処理回路１０４は、信号路１０５によって、相互に接続されている。また、図４Ｂでは、信号路１０５によって入出力インタフェース１０２、外部記憶装置１０３、プロセッサ１０６およびメモリ１０７が相互に接続されている。
　処理回路が、図４Ａに示す専用のハードウェアの処理回路１０４である場合、処理回路１０４は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。
　レーダ装置１における、送信部３、受信部５、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２の機能を別々の処理回路で実現してもよく、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
　処理回路が、図４Ｂに示すプロセッサ１０６である場合、レーダ装置１における、送信部３、受信部５、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ１０７に記憶される。
　プロセッサ１０６は、メモリ１０７に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、レーダ装置１における、送信部３、受信部５、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２の機能を実現する。すなわち、レーダ装置１は、プロセッサ１０６によって実行されるときに、図５に示すステップＳＴ１からステップＳＴ５までの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ１０７を備える。これらのプログラムは、送信部３、受信部５、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２の手順または方法をコンピュータに実行させる。メモリ１０７は、コンピュータを、送信部３、受信部５、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
　メモリ１０７には、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。
　送信部３、受信部５、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２の機能について一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、送信部３および受信部５は、専用のハードウェアである処理回路１０４で機能を実現し、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１および目標距離算出部６２は、プロセッサ１０６がメモリ１０７に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって機能を実現する。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせにより上記機能を実現することができる。
　次に動作について説明する。
　図５は、実施の形態１に係るレーダ装置１の動作を示すフローチャートであり、実施の形態１に係る目標距離算出方法を示している。
　送信部３が、空中線２を介して送信ＲＦ信号を空間に放射する（ステップＳＴ１）。
　受信部５が、送信ＲＦ信号が空間内の目標で反射されて戻ってきた反射ＲＦ信号である受信ＲＦ信号を受信する（ステップＳＴ２）。
　ゲート処理部６０が、受信ＲＦ信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号を生成する（ステップＳＴ３）。
　周波数領域変換部６１が、ゲート処理部６０によるゲート処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、周波数領域の信号を生成する（ステップＳＴ４）。
　目標距離算出部６２が、周波数領域変換部６１によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出する（ステップＳＴ５）。
　次に、送信部３による送信ＲＦ信号の送信処理について詳細を説明する。
　図６は、送信部３の動作を示すフローチャートであり、図５のステップＳＴ１の処理の詳細を示している。送信部３は、図２に示したように、送信機３０、パルス変調器３１、および局部発振器３２を備えている。
　局部発振器３２は、下記式（１）で表される一定周波数の局部発振信号Ｌ０（ｔ）を生成する（ステップＳＴ１ａ）。局部発振器３２は、局部発振信号Ｌ０（ｔ）をパルス変調器３１と受信部５とに出力する。ｔは時刻であり、ＡＬは局部発振信号Ｌ０（ｔ）の振幅であり、ｆ０は送信周波数である。さらに、φ０は局部発振信号Ｌ０（ｔ）の初期位相であり、Ｔｏｂｓは観測時間であり、ｊは虚数単位である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　次いで、パルス変調器３１は、予め設定したパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉおよびパルス幅Ｔ０を用いて、局部発振信号Ｌ０（ｔ）に対し、下記式（２）に従うパルス変調を行って送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）を生成する（ステップＳＴ２ａ）。送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）は、パルス変調器３１から送信部３の送信機３０へ出力される。ｈはヒット番号、Ｈはヒット数である。ヒット数Ｈは、下記式（３）で表される。ｆｌｏｏｒ（Ｘ）は、変数Ｘの小数点以下を切り捨てた整数を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　送信機３０は、パルス変調器３１から入力した送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）を送受切替部４に出力する。送受切替部４は、送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）を空中線２に出力する。空中線２は、送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）を空中（空間）に放射する（ステップＳＴ３ａ）。
　図８Ａは、送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）の波形を示す図である。図８Ａに示すように、送信ＲＦ信号Ｔｘ（ｔ）は、予め設定されたパルス繰り返し周期Ｔｐｒｉおよびパルス幅ａ（＝Ｔ０）の信号である。
　次に、受信部５による受信ＲＦ信号の受信処理について詳細を説明する。
　図７は、受信部５の動作を示すフローチャートであり、図５のステップＳＴ２の処理の詳細を示している。受信部５は、図３に示したように、受信機５０およびＡ／Ｄ変換器５１を備えている。
　空中に放射された送信ＲＦ信号が目標で反射されて戻った反射ＲＦ信号は、空中線２に入射される。空中線２は、入射された反射ＲＦ信号を受信して、下記式（４）で表される受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）として受信機５０に出力する（ステップＳＴ１ｂ）。
　下記式（４）において、ｎｔｇｔは目標番号、Ｎｔｇｔは目標数である。目標番号ｎｔｇｔの受信ＲＦ信号Ｒｘｎｔｇｔ（ｔ）は、下記式（５）で表される。ＡＲ，ｎｔｇｔは目標番号ｎｔｇｔの受信ＲＦ信号Ｒｘｎｔｇｔ（ｔ）の振幅であり、Ｒ０，ｎｔｇｔは目標番号ｎｔｇｔの受信ＲＦ信号Ｒｘｎｔｇｔ（ｔ）の初期目標相対距離であり、ｖｎｔｇｔは目標番号ｎｔｇｔの受信ＲＦ信号Ｒｘｎｔｇｔ（ｔ）の目標相対速度である。また、ｃは光速である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　受信機５０は、空中線２から入力した受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）を、上記式（１）で表される局部発振信号Ｌ０（ｔ）を用いてダウンコンバートする（ステップＳＴ２ｂ）。
　次に、受信機５０は、ダウンコンバートした受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）を、帯域フィルタを通過させた後、増幅および位相検波を行って、下記式（６）で表される受信ビデオ信号Ｖ０（ｔ）を生成してＡ／Ｄ変換器５１に出力する。下記式（６）において、Ｖ０，ｎｔｇｔ（ｔ）は、下記式（７）で表される目標番号ｎｔｇｔの受信ビデオ信号であり、ＡＶ，ｎｔｇｔは、目標番号ｎｔｇｔの受信ビデオ信号Ｖ０，ｎｔｇｔ（ｔ）の振幅である。
　図８Ｂは、受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）の波形を示す図である。目標数が複数である場合、受信ＲＦ信号Ｒｘ（ｔ）は、複数の目標のそれぞれから反射された受信ＲＦ信号が合成された信号となる。例えば、図８Ｂでは、目標が、目標番号１の目標と目標番号２の目標がある場合を示しており、符号ｂで示す受信ＲＦ信号は、符号ｂ１で示す目標番号１の目標から反射された受信ＲＦ信号と符号ｂ２で示す目標番号２の目標から反射された受信ＲＦ信号とが合成された信号である。
　図８Ｃは、受信ビデオ信号Ｖ０（ｔ）の波形を示す図である。目標数が複数であると、受信ビデオ信号Ｖ０（ｔ）も、複数の目標のそれぞれから反射された受信ＲＦ信号に由来する受信ビデオ信号が合成された信号となる。例えば、図８Ｃでは、符号ｃで示す受信ビデオ信号は、符号ｃ１で示す目標番号１に対応する受信ビデオ信号と符号ｃ２で示す目標番号２に対応する受信ビデオ信号とが合成された信号である。ただし、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃにおいて、ｍｏｄ（Ｘ，Ｙ）は、変数Ｘを変数Ｙで割った後の剰余を表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　Ａ／Ｄ変換器５１は、受信機５０から入力した受信ビデオ信号Ｖ０（ｔ）をＡ／Ｄ変換し、下記式（８）で表される受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）を生成する（ステップＳＴ３ｂ）。受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）は、Ａ／Ｄ変換器５１から信号処理部６に出力される。
　Ｖ０，ｎｔｇｔ（ｍ’）は、下記式（９）で表される目標番号ｎｔｇｔに対応する受信ビデオ信号Ｖ０，ｎｔｇｔ（ｔ）がＡ／Ｄ変換された受信ビデオ信号である。ｍ’はサンプリング番号、Ｍ’はサンプリング数であり、Δｔは、Ａ／Ｄ変換された受信ビデオ信号のサンプリング間隔である。図８Ｃに示す受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）は、サンプリングされた信号となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　次に、ゲート処理部６０によるゲート処理および周波数領域変換部６１による周波数領域変換処理について詳細を説明する。
　図９は、ゲート処理部６０および周波数領域変換部６１の動作を示すフローチャートであり、図５のステップＳＴ３およびステップＳＴ４の処理の詳細を示している。
　ゲート処理部６０は、Ａ／Ｄ変換器５１から受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）を入力すると、受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）に対し、予め設定されたゲートスライド量ΔｍＧおよびゲート幅に基づいて、下記式（１０）に従いゲート処理後の信号ＶＧ（ｎＧ，ｍ’）を生成する（ステップＳＴ１ｃ）。ｎＧはゲート番号である。
　なお、ゲート処理部６０は、ゲート幅をパルス幅とみなしてゲート処理を行っている。ただし、ゲートの位置およびゲート幅は、任意に設定された値であってもよい。
　図１０Ａは、受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）の波形を示す図である。図１０Ｂは、ゲート番号１０のゲート処理後の信号ＶＧ（１０，ｍ’）の波形を示す図である。図１０Ｃは、ゲート番号１１のゲート処理後の信号ＶＧ（１１，ｍ’）の波形を示す図である。図１０Ｄは、ゲート番号１２のゲート処理後の信号ＶＧ（１２，ｍ’）の波形を示す図である。
　ゲート処理部６０は、図１０Ａに示す符号ｃの受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）を入力して、受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）に対して、例えばゲート番号１０～１２の受信ゲートＧ１０～Ｇ１２を設定してゲート処理を行う。これにより、図１０Ｂの符号ｄで示すゲート処理後の信号ＶＧ（１０，ｍ’）が生成され、図１０Ｃの符号ｅで示すゲート処理後の信号ＶＧ（１１，ｍ’）が生成され、図１０Ｄの符号ｆで示すゲート処理後の信号ＶＧ（１２，ｍ’）が生成される。目標数が複数であると、ゲート処理後の信号ＶＧ（ｎＧ，ｍ’）も複数の目標のそれぞれから反射された受信ＲＦ信号に由来するゲート処理後の信号が合成された信号となる。例えば、目標が、目標番号１の目標と目標番号２の目標がある場合、符号ｄで示すゲート処理後の信号ＶＧ（１０，ｍ’）は、符号ｄ１で示すゲート番号１０の目標番号１に対応するゲート処理後の信号と、符号ｄ２で示すゲート番号１０の目標番号２に対応するゲート処理後の信号とが合成された信号である。同様に、符号ｅで示すゲート処理後の信号ＶＧ（１１，ｍ’）は、符号ｅ１で示すゲート番号１１の目標番号１に対応するゲート処理後の信号と、符号ｅ２で示すゲート番号１１の目標番号２に対応するゲート処理後の信号とが合成された信号である。さらに、符号ｆで示すゲート処理後の信号ＶＧ（１２，ｍ’）は、符号ｆ１で示すゲート番号１２の目標番号１に対応するゲート処理後の信号と、符号ｆ２で示すゲート番号１２の目標番号２に対応するゲート処理後の信号とが合成された信号である。
　また、受信ゲートＧ１１は、受信ゲートＧ１０からゲートスライド量ΔｍＧスライドされたゲートであり、受信ゲートＧ１２は、受信ゲートＧ１１から、さらにゲートスライド量ΔｍＧスライドされたゲートである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　続いて、ゲート処理部６０は、ゲート処理後の信号ＶＧ（ｎＧ，ｍ’）に対し、周波数領域の中心スペクトル周辺の帯域の信号を通過させる狭帯域フィルタ処理（帯域通過フィルタ処理）を施す。これにより、ゲート処理部６０は、正弦波となってリサンプリングされた、下記式（１１）で表される狭帯域フィルタ処理後（帯域通過フィルタ処理後）の信号ＶＧ（ｎＧ，ｍ）を生成する（ステップＳＴ２ｃ）。
　なお、下記式（１１）において、ｍは、狭帯域フィルタ処理後の信号のサンプリング番号であり、Ｍは狭帯域フィルタ処理後の信号のサンプリング数である。
　ＶＧ，ｎｔｇｔ（ｎＧ，ｍ）は、下記式（１２）で表される目標番号ｎｔｇｔのゲート番号ｎＧの狭帯域フィルタ処理後の信号である。ＡｎＧ，ｎｔｇｔは、目標番号ｎｔｇｔのゲート番号ｎＧの狭帯域フィルタ処理後の信号の振幅である。
　狭帯域フィルタ処理を行うことで、周波数領域の中心スペクトルの情報を損なわずに、サンプリング間隔が粗いリサンプリングが可能となる。これにより、信号点数を減らしてもよくなって演算量が低減されるので、ハードウェア規模を小さくしたレーダ装置１を実現することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　ゲート処理部６０は、狭帯域フィルタ処理後の信号ＶＧ（ｎＧ，ｍ）を周波数領域変換部６１に出力する。また、ゲート処理部６０は、狭帯域フィルタ処理を行わない場合も、ゲート処理後の信号を周波数領域変換部６１に出力する。
　周波数領域変換部６１は、ゲート処理部６０から入力した狭帯域フィルタ処理後の信号ＶＧ（ｎＧ，ｍ）に対して、下記式（１３）に従うフーリエ変換処理を、周波数領域変換処理として行い、周波数領域の信号ｆｄ（ｎＧ，ｋ）を生成する（ステップＳＴ３ｃ）。ここで、ｋは、周波数領域のサンプリング番号であり、Ｍｆｆｔは、周波数領域変換点数である。下記式（１３）では、周波数領域を離散フーリエ変換で表しているが、高速フーリエ変換またはチャープｚ変換で周波数領域変換処理を実現してもよい。
　また、周波数領域変換部６１は、ゲート処理部６０から入力した信号が、狭帯域フィルタ処理が行われなかったゲート処理後の信号である場合も、同様に下記式（１３）に従い周波数領域変換を行って、周波数領域の信号ｆｄ（ｎＧ，ｋ）を生成する。
　周波数領域変換部６１は、周波数領域の信号ｆｄ（ｎＧ，ｋ）を目標距離算出部６２に出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　　次に、目標距離算出部６２による目標距離算出処理について詳細を説明する。
　図１１Ａは、受信ゲート内にある複数の目標の周波数領域の信号の観測値を示す図である。図１１Ａにおいて、信号波形Ｓは、目標１の信号と目標２の信号が合成された合成波である。図１１Ｂは、受信ゲート内にある目標ごとの周波数領域の信号を示す図である。図１１Ｂにおいて、信号波形Ｓ１は目標１の信号波形であり、信号波形Ｓ２は目標２の信号波形である。目標数が１つである場合、あるいは、目標数が複数であっても速度が異なるか、距離がパルス幅以上で十分に異なる場合であれば、特許文献１に記載された従来の技術であっても目標距離を算出することができる。ただし、目標１と目標２とが同じ速度であると、図１１Ａに示すように、ドップラー周波数に基づいて目標を分離することができなくなる。このため、同じ速度の目標数が複数である場合、複数の信号が干渉して目標距離を算出することが困難になる。すなわち、図１１Ｂに示すように、受信ゲート内に、同じ速度の複数の目標からの反射ＲＦ信号が存在する場合、目標数が１つである場合とはディスクリパターンが異なるため、目標距離を算出することが困難になる。
　図１２は、受信ゲート内にある複数の目標で反射された受信ＲＦ信号の振幅を示す図である。図１２において、振幅Ａ１は、ゲート番号ｎＧの目標番号ｎｔｇｔ＝１に対応する目標からの反射ＲＦ信号（受信ＲＦ信号）の振幅であり、振幅Ａ２は、ゲート番号ｎＧの目標番号ｎｔｇｔ＝２に対応する目標からの反射ＲＦ信号（受信ＲＦ信号）の振幅である。
　また、振幅Ａ３は、ゲート番号ｎＧの反射ＲＦ信号（受信ＲＦ信号）の観測値の振幅であり、Ａ３＝（ｚα（ｎＧ）２＋ｚβ（ｎＧ）２）１／２である。ｚα（ｎＧ）はゲート番号ｎＧの反射ＲＦ信号の実部であり、ｚβ（ｎＧ）は虚部である。
　図１２に示すように、複数の目標の振幅および位相の差によって各々のゲート番号ｎＧで観測される信号（合成波）の振幅および位相が異なるため、各々の目標距離を算出することが困難になる。ｍＧ（ｎＧ）は、ゲート番号ｎＧのゲート開始ビンに相当するサンプリング番号ｍ’である。
　実施の形態１における目標距離算出部６２は、目標が同じ速度であり、ドップラー周波数に基づいて分離することができない複数の目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在する場合であっても、複数の目標の各々の目標距離を算出することができる。以降、目標数Ｎｔｇｔが２である場合を例に挙げて説明する。
　目標が同じ速度であり、ドップラー周波数に基づいて分離することができない２つの目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在する場合、周波数領域の信号ｆｄ（ｎＧ，ｋ）は、下記式（１４）で表される、複数の目標番号ｎｔｇｔの周波数領域の信号ｆｄ，ｎｔｇｔ（ｎＧ，ｋ）の合成波となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
　ゲート番号ｎＧにおける目標番号ｎｔｇｔの周波数領域の信号ｆｄ，ｎｔｇｔ（ｎＧ，ｋ）は、下記式（１５）で表される。下記式（１５）から、下記式（１６）の関係になるときに、ゲート番号ｎＧにおける目標番号ｎｔｇｔの周波数領域の信号ｆｄ，ｎｔｇｔ（ｎＧ，ｋ）は、振幅最大値を示す。下記式（１６）において、ゲート番号ｎＧにおける目標番号ｎｔｇｔの周波数領域の信号ｆｄ，ｎｔｇｔ（ｎＧ，ｋ）は、振幅最大値を示す周波数領域のサンプリング番号ｋを、周波数領域のサンプリング番号ｋｐｅａｋで表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
　振幅最大値を示す周波数領域のサンプリング番号ｋｐｅａｋの目標番号ｎｔｇｔの周波数領域の信号ｆｄ，ｎｔｇｔ（ｎＧ，ｋｐｅａｋ）は、下記式（１７）のように展開することが可能である。ｘ（ｍＧ（ｎＧ），ｍｎｔｇｔ）は、目標番号ｎｔｇｔの目標からの反射ＲＦ信号が、ゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）である。Ｍｐは、パルスのサンプリング点数であり、Ａｎｔｇｔは、受信ゲート内に目標番号ｎｔｇｔの反射ＲＦ信号が全て存在する場合の振幅である。ｍｎｔｇｔは目標番号ｎｔｇｔの初期相対距離Ｒ０，ｎｔｇｔの受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）のサンプリング番号であり、θｎｔｇｔは、目標番号ｎｔｇｔの初期相対距離Ｒ０，ｎｔｇｔの位相であり、｜Ｘ｜は変数Ｘの絶対値である。
　なお、目標番号ｎｔｇｔの初期相対距離Ｒ０，ｎｔｇｔの受信ビデオ信号Ｖ（ｍ’）のサンプリング番号ｍｎｔｇｔは、下記式（１８）で表される。なお、サンプリング番号ｍｎｔｇｔは、下記式（１８）式に示すように、整数でなくてもよく小数点以下の値が存在してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
　図１３Ａは、受信ゲート内にある目標で反射された反射ＲＦ信号の受信信号比率を示す図である。図１３Ａにおいて、Ｂ１は、目標番号ｎｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）である。Ｂ２は目標番号ｎｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）である。図１３Ｂは、受信ビデオ信号の波形を示す図である。図１３Ｃは、ゲート番号１０のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１３Ｄは、ゲート番号１１のゲート処理後の信号の波形を示す図である。図１３Ｅは、ゲート番号１２のゲート処理後の信号の波形を示す図である。ゲート処理部６０が複数の受信ゲートを設けたため、図１３Ａに示すように、上記式（１７）から、各々の目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）ｘ（ｍＧ（ｎＧ），ｍｎｔｇｔ）が受信ゲートごとに異なる。
　一方、図１３Ｄに示すように、ゲート番号１１（ゲート番号ｎＧ＝１１）の受信ゲートの通過開始は、サンプリング番号１１からである。また、図１３Ｅに示すように、ゲート番号１２（ゲート番号ｎＧ＝１２）の受信ゲートの通過開始はサンプリング番号１２からである。このように、ゲート処理部６０によるゲート処理では、各々の受信ゲートの通過開始時刻は異なるが、ゲート処理後の信号ＶＧ（ｎＧ，ｍ’）および狭帯域フィルタ処理後の信号ＶＧ（ｎＧ，ｍ）は、受信ゲート間で時刻の同期がとられている。
　周波数領域変換部６１は、上記式（１３）に示したように、各々の受信ゲートの位置によらず、同時刻（同じサンプリング番号）から周波数領域変換処理を開始する。
　このため、各々の目標の周波数領域変換後の信号の振幅最大値を示す周波数領域のサンプリング番号ｋｐｅａｋの位相が変化しないような制御が可能になる。
　すなわち、ゲート番号ｎＧによらず、目標番号ｎｔｇｔの初期相対距離Ｒ０，ｎｔｇｔの位相θｎｔｇｔを示す。この結果、未知数が減るため、少ない演算で複数の目標距離が算出可能なレーダ装置を得ることが可能になる。
　図１４Ａは、目標１（目標番号ｎｔｇｔ＝１の目標）の周波数領域の信号が振幅最大値となる周波数領域のサンプリング番号ｋｐｅａｋの位相の関係を示す図である。図１４Ｂは、目標２（目標番号ｎｔｇｔ＝２の目標）の周波数領域の信号が振幅最大値となる周波数領域のサンプリング番号ｋｐｅａｋの位相の関係を示す図である。図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、ゲート番号ｎＧの周波数領域のサンプリング番号ｋｐｅａｋの周波数領域の信号ｆｄ（ｎＧ，ｋｐｅａｋ）の実部ｚα（ｎＧ）および虚部ｚβ（ｎＧ）が観測される。
　α１は、振幅最大値となる目標１の周波数領域の信号の実部である。
　β１は、振幅最大値となる目標１の周波数領域の信号の虚部である。
　α２は、振幅最大値となる目標２の周波数領域の信号の実部である。
　β２は、振幅最大値となる目標２の周波数領域の信号の虚部である。
　図１４Ａにおいて、α’１は、目標１が振幅最大値を示すゲート番号ｎ’Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標１の周波数領域の信号の実部であり、β’１は、目標１が振幅最大値を示すゲート番号ｎ’Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標１の周波数領域の信号の虚部である。α’２は、目標１が振幅最大値を示すゲート番号ｎ’Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標２の周波数領域の信号の実部で、β’２は目標１が振幅最大値を示すゲート番号ｎ’Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標２の周波数領域の信号の虚部である。
　図１４Ｂにおいて、α”１は、目標２が振幅最大値を示すゲート番号ｎ”Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標１の周波数領域の信号の実部であり、β”１は、目標２が振幅最大値を示すゲート番号ｎ”Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標１の周波数領域の信号の虚部である。α”２は、目標２が振幅最大値を示すゲート番号ｎ”Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標２の周波数領域の信号の実部であり、β”２は、目標２が振幅最大値を示すゲート番号ｎ”Ｇの受信ゲート内に存在する場合の目標２の周波数領域の信号の虚部である。
　ただし、目標１が振幅最大値を示すゲート番号ｎ’Ｇおよび目標２が振幅最大値を示すゲート番号ｎ”Ｇは実数であってもよい。図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、ゲート番号ｎＧによらず、各々目標の位相θｎｔｇｔを変化させずに、ゲート番号ｎＧに基づいて、各々の目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在する割合だけが変化する。
　図１５Ａは、受信ゲート内にある目標で反射された反射ＲＦ信号の受信信号比率と目標で反射された反射ＲＦ信号の実部とを目標ごとに示す図である。図１５Ａにおいて、Ｂ１は、目標番号ｎｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）である。Ｃ１は、ゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する目標番号ｎｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号の実部である。Ｂ２は目標番号ｎｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する受信信号比率である。Ｃ２は、ゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する目標番号ｎｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号の実部である。Ｃ３は、ゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する目標からの反射ＲＦ信号の観測値の実部である。
　図１５Ｂは、受信ゲート内にある目標で反射された反射ＲＦ信号の受信信号比率と目標で反射された反射ＲＦ信号の虚部とを目標ごとに示す図である。図１５Ｂにおいて、Ｂ１は、目標番号ｎｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する割合（受信信号比率）である。Ｄ１は、ゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する目標番号ｎｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号の虚部である。Ｂ２は目標番号ｎｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する受信信号比率である。Ｄ２は、ゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する目標番号ｎｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号の虚部である。Ｄ３は、ゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する目標からの反射ＲＦ信号の観測値の虚部である。
　ドップラー周波数で分離できない距離の異なる複数の目標からの反射ＲＦ信号がゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する場合に、反射ＲＦ信号の実部および虚部は、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す関係にある。この関係は目標数が１つである場合と異なっており、従来の技術では、目標距離を算出することが困難であった。
　一方、図１３Ａから図１３Ｅに示したように、ゲート番号ｎＧによらず、各々の目標の位相θｎｔｇｔを変化させずに、ゲート番号ｎＧに基づいて各々の目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在している割合だけが変化している。すなわち、実施の形態１に係るレーダ装置１では、反射ＲＦ信号（受信ＲＦ信号）の実部および虚部のみが変化するようにゲート処理が行われる。目標距離算出部６２では、この特性を利用して、ドップラー周波数で互いに分離できない目標距離の異なる複数の目標が受信ゲート内に存在する場合であっても、各々の目標距離を算出することが可能である。
　図１６は、実施の形態１における目標距離算出部６２の動作例を示すフローチャートであり、図５のステップＳＴ５の処理の詳細を示している。また、図１７は、実施の形態１における目標距離算出部６２の動作の別の例を示すフローチャートである。図１６に示すステップＳＴ２ｄの処理は、図１７に示すステップＳＴ２ｅと同じ処理である。
　図１６および図１７において、目標距離算出部６２は、予め設定された目標数Ｎｔｇｔ＝２である場合を前提として目標距離を算出する。
　観測されたゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する反射ＲＦ信号の実部ｚα（ｎＧ）と虚部ｚβ（ｎＧ）は、下記式（１９）および下記式（２０）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
　図１６において、目標距離算出部６２は、目標距離を算出するときに目標数Ｎｔｇｔと同数の受信ゲートの観測値を用いる場合、下記式（２１）を用いて、想定する目標１のサンプリング番号をｍ’１とし、想定する目標２のサンプリング番号をｍ’２として連立方程式を導出して、下記式（２２）に従い連立方程式を解くことにより、目標１のサンプリング番号ｍ’１および目標２のサンプリング番号ｍ’２である場合の目標番号ｎｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号の実部α’１，ｍ’１，ｍ’２と、目標１のサンプリング番号ｍ’１および目標２のサンプリング番号ｍ’２である場合の目標番号ｎｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号の実部α’２，ｍ’１，ｍ’２を算出する。
　さらに、目標距離算出部６２は、下記式（２３に従って連立方程式を解くことにより、目標１のサンプリング番号ｍ’１および目標２のサンプリング番号ｍ’２である場合の目標番号ｎｔｇｔ＝１の目標からの反射ＲＦ信号の虚部β’１，ｍ’１，ｍ’２と、目標１のサンプリング番号ｍ’１および目標２のサンプリング番号ｍ’２である場合の目標番号ｎｔｇｔ＝２の目標からの反射ＲＦ信号の虚部β’２，ｍ’１，ｍ’２とを算出する。
　ここまでの処理がステップＳＴ１ｄである。なお、ｍｓｔは、想定する複数の目標距離の組み合わせ（以下、目標距離候補と記載する）の目標のサンプリング開始番号であり、Δｍは、想定する目標のサンプリング番号の間隔、ｍｅｄは、想定する複数の目標距離候補の目標のサンプリング終了番号であり、ｎＧ，１は、予め設定された番号１のゲート番号、ｎＧ，２は、予め設定された番号２のゲート番号である。
　なお、複数の受信ゲート内の周波数領域の信号の実部および虚部のうち、目標距離の算出に用いる信号の実部および虚部は、当該信号の信号強度に基づいて選択してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016
　一方、目標距離算出部６２は、目標距離を算出するときに目標数Ｎｔｇｔより多数の受信ゲートの観測値を用いる場合、下記式（２４）に従って、想定する目標１のサンプリング番号をｍ’１とし、目標２のサンプリング番号をｍ’２として連立方程式を導出する。
　下記式（２４）は、全ての受信ゲートを用いた場合を示しているが、目標数Ｎｔｇｔより多い受信ゲートの観測値があればよい。なお、複数の受信ゲートのうち、受信ゲート内の信号の信号強度に基づいて、目標距離の算出に使用する受信ゲートを選択してもよい。
　目標距離算出部６２は、下記式（２４）で表される連立方程式を、受信信号比率ｘ（ｍＧ（ｎＧ），ｍｎｔｇｔ）で偏微分し、下記式（２５）に従って目標距離候補の評価値を算出する。続いて、目標距離算出部６２は、下記式（２５）を、下記式（２６）のように定義する。ここで、信号比率に関する行列Ｘｍ’１，ｍ’２、目標信号の実部および虚部に関する行列Ａｍ’１，ｍ’２、観測値に関する行列Ｚｍ’１，ｍ’２は、下記式（２７）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018
　図１７において、目標距離算出部６２は、上記式（２６）を下記式（２８）に従って、最小二乗法によって解くことにより、目標からの反射ＲＦ信号の実部および虚部に関する行列Ａｍ’１，ｍ’２を算出する（ステップＳＴ１ｅ）。Ｙ－１は、行列Ｙの逆行列を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000019
　目標距離算出部６２は、下記式（２９）に従い、目標１のサンプリング番号ｍ’１と目標２のサンプリング番号ｍ’２との各々の組み合わせの実部α’ｎｔｇｔ，ｍ’１，ｍ’２および虚部β’ｎｔｇｔ，ｍ’１，ｍ’２と、観測値の実部ｚα（ｎＧ）および虚部ｚβ（ｎＧ）との残差、すなわち、実部の残差εα（ｍ’１，ｍ’２）と虚部の残差εβ（ｍ’１，ｍ’２）とを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000020
　目標１のサンプリング番号ｍ’１と目標２のサンプリング番号ｍ’２との組み合わせが真値に近くなるほど、残差は小さくなる。従って、目標距離候補の評価値として、残差を分母にした場合、評価値が大きくなるほど、真値との差が小さくなる。
　図１８は、目標１のサンプリング番号と目標２のサンプリング番号の組み合わせと目標距離候補の評価値との関係を示す図である。図１８において、縦軸は目標１のサンプリング番号ｍ’１であり、横軸は目標２のサンプリング番号ｍ’２である。図１８に示すように、目標距離算出部６２は、実部の残差εα（ｍ’１，ｍ’２）および虚部の残差εβ（ｍ’１，ｍ’２）を用いて、下記式（３０）に従い、評価値ε（ｍ’１，ｍ’２）を算出する。目標距離算出部６２は、下記式（３１）に従い、評価値ε（ｍ’１，ｍ’２）を最大にする目標１のサンプリング番号ｍ”１と目標２のサンプリング番号ｍ”２とを算出する。ここで、ａｒｇｍａｘε（ｐ，ｑ）は、目標距離候補の評価値ε（ｐ，ｑ）を最大にする引数ｐ，ｑを算出する関数である。
　この後、目標距離算出部６２は、下記式（３２）を用いて、目標番号ｎｔｇｔの目標距離Ｒ”０，ｎｔｇｔを算出する（ステップＳＴ２ｄ、ステップＳＴ２ｅ）。
　このように実部および虚部の情報を用いることで、測距精度が向上する効果がある。
　目標距離算出部６２は、実部あるいは虚部のみを用いても、複数の目標距離算出は可能である。また、目標距離算出部６２は、目標数が１つであっても目標距離の算出が可能である。目標数が１である場合、ｍ’１のみとして算出すればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000021
　目標距離算出部６２は、目標番号ｎｔｇｔの目標距離Ｒ”０，ｎｔｇｔを表示器７に出力する。表示器７は、目標距離算出部６２から入力した目標番号ｎｔｇｔの目標距離Ｒ”０，ｎｔｇｔを目標情報として画面上に表示する。
　前述したように、実施の形態１に係るレーダ装置１は、受信ＲＦ信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号に対して周波数領域変換処理を行い、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて目標距離を算出する。これにより、受信ゲート内に複数の目標が存在する場合であっても目標距離を正確に計測することができる。
　例えば、ゲート処理部６０が、複数の受信ゲートを設定して狭帯域フィルタ後の信号を各々の受信ゲート内に存在する目標の周波数領域の信号が同じ位相になるように生成し、周波数領域変換部６１が、各々の受信ゲート内に存在する信号に対して同じサンプリング番号から周波数領域変換して周波数領域の信号を生成する。ゲート処理部６０は、ゲート番号ｎＧによらず、各々の目標の実部および虚部だけが変化するようにゲート処理を行うため、目標距離算出部６２は、この特性を利用して、想定する受信信号比率と観測値である実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、同じ速度で、受信ゲート内に複数の目標からの反射信号が存在した場合であっても目標距離を算出することができる。
　実施の形態１に係るレーダ装置１において、目標距離算出部６２は、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて、各々の受信ゲート内にある目標からの受信信号比率に基づく目標距離候補の連立方程式を解いて目標距離候補の評価値を算出し、目標距離候補の評価値に基づいて目標距離を算出する。評価値を用いることで、少ない演算量で複数の目標距離を算出することが可能である。
　実施の形態１に係るレーダ装置１において、目標距離算出部６２は、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて、各々の受信ゲート内にある目標からの受信信号比率に基づく目標距離候補の連立方程式を導出し、導出した前記連立方程式を、最小二乗法を用いて解くことにより目標距離候補の評価値を算出し、目標距離候補の評価値に基づいて目標距離を算出する。評価値を、最小二乗法を用いて算出するので、より雑音の影響が低減し、測距精度が向上する。
　なお、実施の形態１では、目標数Ｎｔｇｔを２としたが、２以外の自然数であっても同様に目標数分の目標距離を算出することは可能である。
実施の形態２．
　図１９は、本発明の実施の形態２に係るレーダ装置の信号処理部６Ａの構成を示すブロック図である。図１９において図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態２に係るレーダ装置は、図１と同様に、空中線２、送信部３、送受切替部４、受信部５および表示器７を備えている。実施の形態２に係るレーダ装置では、信号処理部６の代わりに、信号処理部６Ａが設けられている。
　信号処理部６Ａは、図１９に示すように、ゲート処理部６０、周波数領域変換部６１、目標距離算出部６２Ａおよび目標候補検出部６３を備える。
　目標距離算出部６２Ａは、目標候補検出部６３によって検出された目標候補の周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて目標距離を算出する。
　目標候補検出部６３は、周波数領域変換部６１によって生成された周波数領域の信号の信号強度に基づいて目標候補を検出する。
　周波数領域変換部６１は、周波数領域の信号ｆｄ（ｎＧ，ｋ）を目標候補検出部６３に出力する。目標候補検出部６３は、周波数領域の信号ｆｄ（ｎＧ，ｋ）の信号強度に基づいて目標候補を検出する。例えば、目標候補検出部６３は、ＣＡ－ＣＦＡＲ（Ｃｅｌｌ　Ａｖｅｒａｇｅ　Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｆａｌｓｅ　Ａｌａｒｍ　Ｒａｔｅ）処理によって目標候補を検出する。
　図２０は、受信ゲート内にある目標からの反射ＲＦ信号の振幅と目標候補からの反射ＲＦ信号の振幅と雑音との関係を示す図である。図２０において、Ｅ１は、ゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する目標からの反射ＲＦ信号の振幅である。Ｅ２は、ＣＦＡＲ処理で検出されたゲート番号ｎＧの受信ゲート内に存在する目標候補からの反射ＲＦ信号の振幅の観測値であって、Ｅ２＝（ｚα（ｎＧ）２＋ｚβ（ｎＧ）２）１／２である。ｚα（ｎＧ）はゲート番号ｎＧの反射ＲＦ信号の実部であり、ｚβ（ｎＧ）は虚部である。Ｅ３は、雑音である。
　図２０に示すように、ＣＦＡＲ処理を用いると、一定の誤警報確率Ｐｆａとなるように目標候補が検出される。このため、目標候補の誤検出を制御することで、雑音をなるべく検出せずに、信号強度に基づいて目標候補を検出することが可能となる。また、信号強度に基づいて目標候補を検出するため、目標候補の信号強度を制御でき、信号強度に基づく距離精度が得られる。目標候補検出部６３は、周波数領域変換部６１から入力した周波数領域の信号ｆｄ（ｎＧ，ｋ）と、ＣＦＡＲ処理で検出した目標候補ｎｔｇｔが存在する受信ゲートのゲート番号ｎＧ，ｔｇｔと、周波数領域のサンプリング番号ｋとを目標距離算出部６２Ａに出力する。
　図２１は、実施の形態２における目標距離算出部６２Ａの動作例を示すフローチャートである。以下、想定する目標数の範囲が１からＮ’ｔｇｔであると仮定して説明する。
　目標距離算出部６２Ａは、想定する目標数の範囲内で目標数ｎ’ｔｇｔを設定する（ステップＳＴ１ｆ）。目標距離算出部６２Ａは、想定する目標数ｎ’ｔｇｔに応じて下記式（３３）に従って連立方程式を導出する。ｍＧ（ｎＧ，ｔｇｔ）は、目標候補ｎｔｇｔのゲート番号ｎＧ，ｔｇｔのゲート開始ビンに相当するサンプリング番号ｍ’である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000022
　目標距離算出部６２Ａは、上記式（３３）で表された連立方程式を、各々の目標からの反射ＲＦ信号が受信ゲート内に存在している割合（受信信号比率）ｘ（ｍＧ（ｎＧ，ｔｇｔ），ｍｎ’ｔｇｔ）で偏微分して、下記式（３４）で表す。次に、目標距離算出部６２Ａは、下記式（３４）を下記式（３５）のように定義する。ここで、信号比率に関する行列Ｘｍ’１，・・・，ｍ’ｎ’ｔｇｔと、目標信号の実部および虚部に関する行列Ａｍ’１，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔと、観測値に関する行列Ｚｍ’１，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔとは、下記式（３６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000023

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000024

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000025
　目標距離算出部６２Ａは、上記式（３６）を、下記式（３７）に従い最小二乗法によって解くことにより、目標信号の実部および虚部に関する行列Ａｍ’１，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔを算出する（ステップＳＴ２ｆ）。ここで、Ｙ－１は行列Ｙの逆行列であり、ＹＴは行列Ｙの転置を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000026
　目標距離算出部６２Ａは、下記式（３８）に従い、目標数ｎ’ｔｇｔである場合における各々の目標のサンプリング番号ｍｎ’ｔｇｔの組み合わせの実部α’ｎ’ｔｇｔ，ｍ’１，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔおよび虚部β’ｎ’ｔｇｔ，　ｍ’１，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔと、観測値の実部ｚα（ｎＧ）および虚部ｚβ（ｎＧ）の残差、すなわち、実部の残差εα（ｍ’１，・・・，ｍ’ｎ’ｔｇｔ）および虚部の残差εβ（ｍ’１，・・・，ｍ’ｎ’ｔｇｔ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000027
　目標数ｎ’ｔｇｔである場合の各々の目標のサンプリング番号ｍｎ’ｔｇｔの組み合わせが真値に近いほど、残差は小さくなる。従って、残差を分母にした場合、目標距離候補の評価値が大きくなるほど、真値との差が小さくなる。
　目標距離算出部６２Ａは、実部の残差εα（ｍ’１，・・・，ｍ’ｎ’ｔｇｔ）および虚部の残差εβ（ｍ’１，・・・，ｍ’ｎ’ｔｇｔ）を用いて下記式（３９）に従い、目標距離候補の評価値ε（ｍ’１，ｍ’２）を算出する。
　目標距離算出部６２Ａは、下記式（４０）に従い、目標距離候補の評価値ε（ｍ’１，・・・，ｍ’ｎ’ｔｇｔ）を最大にする、目標数Ｎ”ｔｇｔと、各々の目標のサンプリング番号ｍｎ’ｔｇｔを算出する。なお、ａｒｇｍａｘε（ｑ，ｐ，・・・，ｑ）は、目標距離候補の評価値ε（ｑ，ｐ，・・・，ｑ）を最大にする変数ｑ、引数ｐ，・・・，ｑを算出する関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000028
　目標距離算出部６２Ａは、下記式（４１）に従って、目標番号ｎｔｇｔの目標の距離Ｒ”０，ｎｔｇｔを算出する（ステップＳＴ３ｆ）。このように、実部および虚部の情報を用いることで、情報量が増え、測距精度が向上する効果がある。実部および虚部のいずれかのみを用いても、複数の目標の目標距離の算出は可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000029
　目標距離算出部６２Ａは、目標数に応じて上記式（３３）で表される連立方程式を導出し、さらに上記式（３７）に従い最小二乗法によって上記連立方程式を解くことにより、目標信号の実部および虚部に関する行列Ａｍ’１，…，ｍ’ｎ’ｔｇｔを算出し、上記式（４０）に従い、目標距離候補の評価値ε（ｍ’１，・・・，ｍ’ｎ’ｔｇｔ）を、最大にする目標数Ｎ”ｔｇｔと、各々の目標のサンプリング番号ｍｎ’ｔｇｔを算出する。このため、予め目標数が設定されている場合であっても、目標数分の相対距離を算出することが可能になる。
　前述したように、実施の形態２に係るレーダ装置は、周波数領域変換部６１によって生成された周波数領域の信号ｆｄ（ｎＧ，ｋ）の信号強度に基づいて目標候補を検出する目標候補検出部６３を備えている。目標距離算出部６２Ａは、目標候補検出部６３によって検出された目標候補の周波数領域の信号ｆｄ（ｎＧ，ｋ）の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて目標距離を算出する。すなわち、目標候補の受信ゲート内の信号の観測値に基づいて目標距離候補が算出されるため、受信ゲートを予め設定する必要がない。また、信号強度に基づいて目標候補を検出するため、信号対雑音比が高い状況で目標距離が算出される。これにより、目標距離を高精度に算出することが可能となる。
　目標候補検出部６３によって検出された目標候補のうち、目標候補検出部６３がさらに信号強度に基づいて目標候補を選定することで、目標距離をさらに高精度に算出することが可能となる。
　なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
　本発明に係るレーダ装置は、受信ゲート内に複数の目標が存在する場合であっても目標距離を正確に計測することができるので、各種のレーダ装置に利用可能である。
　１　レーダ装置、２，１００　空中線、３　送信部、４　送受切替部、５　受信部、６，６Ａ　信号処理部、７，１０１　表示器、３０　送信機、３１　パルス変調器、３２　局部発振器、５０　受信機、５１　Ａ／Ｄ変換器、６０　ゲート処理部、６１　周波数領域変換部、６２，６２Ａ　目標距離算出部、６３　目標候補検出部、１０２　入出力インタフェース、１０３　外部記憶装置、１０４　処理回路、１０５　信号路、１０６　プロセッサ、１０７　メモリ。

Claims (13)

  1. 　送信信号を空間に放射する送信部と、
    　前記送信信号が空間内の目標で反射されて戻った信号である受信信号を受信する受信部と、
    　前記受信信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号を生成するゲート処理部と、
    　前記ゲート処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、周波数領域の信号を生成する周波数領域変換部と、
    　前記周波数領域変換部によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出する目標距離算出部とを備えたこと
    　を特徴とするレーダ装置。
  2. 　前記目標距離算出部は、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて、各々の受信ゲート内にある目標からの受信信号比率に基づく目標距離候補の連立方程式を解いて目標距離候補の評価値を算出し、目標距離候補の評価値に基づいて目標距離を算出すること
    　特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  3. 　前記目標距離算出部は、複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて、各々の受信ゲート内にある目標からの受信信号比率に基づく目標距離候補の連立方程式を導出し、導出した前記連立方程式を最小二乗法を用いて解くことにより目標距離候補の評価値を算出し、目標距離候補の評価値に基づいて目標距離を算出すること
    　特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  4. 　前記目標距離算出部は、目標距離候補と観測値に基づいて目標距離候補の評価値を算出すること
    　を特徴とする請求項２または請求項３記載のレーダ装置。
  5. 　前記目標距離算出部は、予め設定された目標数に基づいて目標距離を算出すること
    　を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  6. 　前記目標距離算出部は、目標距離候補の評価値に基づいて目標数を算出し、目標数分の目標距離を算出すること
    　を特徴とする請求項２または請求項３記載のレーダ装置。
  7. 　前記周波数領域変換部は、各々の受信ゲート内にある目標の周波数領域変換後の信号の位相が同じになるように、各々の受信ゲートの位置によらず、同時刻に周波数領域変換を開始すること
    　を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  8. 　前記ゲート処理部は、ゲート処理に加え、前記受信信号に対して帯域通過フィルタ処理を行い、帯域通過フィルタ処理後の信号を生成すること
    　を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  9. 　前記ゲート処理部は、各々の受信ゲート内にある目標の周波数領域変換後の信号の位相が同じになるように、各々の受信ゲートの位置によらず、同時刻に帯域通過フィルタ処理を開始すること
    　を特徴とする請求項８記載のレーダ装置。
  10. 　前記周波数領域変換部によって生成された周波数領域の信号の信号強度に基づいて目標候補を検出する目標候補検出部を備え、
    　前記目標距離算出部は、前記目標候補検出部によって検出された目標候補の周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出すること
    　を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  11. 　前記目標距離算出部は、予め設定した複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて目標距離を算出すること
    　特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  12. 　前記目標距離算出部は、信号強度に基づいて選択した複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方を用いて目標距離を算出すること
    　特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  13. 　送信部が、送信信号を空間に放射するステップと、
    　受信部が、前記送信信号が空間内の目標で反射されて戻った信号である受信信号を受信するステップと、
    　ゲート処理部が、前記受信信号に対して複数の受信ゲートを設定したゲート処理を行い、ゲート処理後の信号を生成するステップと、
    　周波数領域変換部が、前記ゲート処理後の信号に対して周波数領域変換を行い、周波数領域の信号を生成するステップと、
    　目標距離算出部が、前記周波数領域変換部によって生成された複数の受信ゲートの周波数領域の信号の実部および虚部のうちの少なくとも一方に基づいて、目標距離を算出するステップとを備えたこと
    　を特徴とする目標距離算出方法。
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