技術 パルスレーダ装置

0001

本発明は、目標との間の距離を測定するパルスレーダ装置に関する。

0002

パルスレーダ装置は、生成したパルスレプリカ信号（パルス信号のコピー）を送信し、送信したパルスレプリカ信号と、目標で反射して返ってくる受信パルス信号との間でパルス圧縮処理を行う。このパルスレーダ装置は、パルス圧縮処理によって得られる信号の距離次元のピークに基づいて、パルスレーダ装置と目標との間の距離を測定している。

0003

特許文献１のパルスレーダ装置は、送信するパルス信号を位相変調し、受信した反射パルス信号（受信パルス信号）を符号変調することで、パルス圧縮処理後の信号の距離次元のピークを先鋭化し、距離検出の精度を向上させている。

0004

特開平４−３６３６８６号公報

0005

しかしながら、上記特許文献１の技術では、著しくＳＮ（Signal-to-Noise）比が低い受信パルス信号に対しては、受信パルス信号がノイズ信号に埋もれるので、パルス圧縮処理を行っても距離次元のピークを検出できず、目標との間の距離を検出できないという問題があった。

0006

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＳＮ比が低い場合であっても目標との間の距離を検出できるパルスレーダ装置を得ることを目的とする。

0007

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、目標との間の距離を測定するパルスレーダ装置において、送信信号を送信する送信アンテナと、目標で反射された送信信号を第１の受信信号として受信する受信アンテナと、を備える。また、パルスレーダ装置は、第１の受信信号の受信信号系列から特定系列長を持つブロックを構築し、受信信号系列の中から構築したブロックに対する受信信号系列を抜き出し、構築したブロック以外の受信信号系列に０を埋めることによって第２の受信信号を生成し、第２の受信信号と送信信号に対応するパルスレプリカ信号との間で相関演算を行う相関演算部と、相関演算の処理結果であるマッチドフィルタ出力に基づいて、目標までの距離を検出する検出部と、を備える。相関演算部は、第１の受信信号に対するブロックの位置をずらして第２の受信信号を生成する処理と、第２の受信信号毎に相関演算を行う処理と、を実行し、検出部は、第２の受信信号毎のマッチドフィルタ出力に基づいて、目標までの距離を検出する。

0008

本発明によれば、ＳＮ比が低い場合であっても目標との間の距離を検出できるという効果を奏する。

0009

実施の形態１にかかるパルスレーダ装置の構成を示す図
比較例のパルスレーダ装置の構成を示す図
比較例のパルスレーダ装置が実行するパルス圧縮処理を説明するための図
比較例のパルスレーダ装置が実行するパルス圧縮処理を説明するための図
実施の形態１にかかるパルスレーダ装置によるブロックの構築処理を説明するための図
実施の形態１にかかるパルスレーダ装置によるパルス圧縮処理を説明するための図
実施の形態２にかかるパルスレーダ装置の構成を示す図
実施の形態３にかかるパルスレーダ装置の構成を示す図
実施の形態１にかかる信号処理部の第１のハードウェア構成例を示す図
実施の形態１にかかる信号処理部の第２のハードウェア構成例を示す図

0010

以下に、本発明にかかるパルスレーダ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

0011

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるパルスレーダ装置の構成を示す図である。パルスレーダ装置１Ａは、パルス状の電波であるパルスレプリカ信号を送信した時間を基準時間とし、目標９９で反射して返ってくる信号（受信パルス信号）を受信するまでの基準時間からの遅延を測ることで、パルスレーダ装置１Ａと目標９９との間の相対距離を測定する。

0012

パルスレーダ装置１Ａは、パルスレプリカ信号と、目標９９で反射されて返ってくる受信信号との間でパルス圧縮処理を行い、パルス圧縮処理で得られた信号に基づいて、パルスレーダ装置１Ａと目標９９との間の距離を測定する。なお、パルス圧縮は、レンジ圧縮とも呼ばれる。

0013

本実施の形態のパルスレーダ装置１Ａは、受信信号の受信信号系列から任意の系列長（特定系列長）を持つブロックを構成し、ブロックに対応する受信信号系列を抜き出し、このブロック以外の受信信号系列に０を埋めて、パルスレプリカ信号と受信信号とのマッチドフィルタ出力を計測する。パルスレーダ装置１Ａは、各ブロックに対して、マッチドフィルタ出力を計測し、マッチドフィルタ出力を得られる受信信号に基づいて、目標９９までの距離を測定する。

0014

パルスレーダ装置１Ａは、送信部２と、送信アンテナ３と、受信アンテナ４と、受信部５と、信号処理部１０Ａとを備えている。信号処理部１０Ａは、パルスレプリカ記憶部１１と、送信変調部１２と、パルス圧縮部２１と、ブロック構築部２２と、検出部１３と、表示部１４とを有している。

0015

パルスレプリカ記憶部１１は、パルスレプリカ信号を記憶しておくメモリなどである。送信変調部１２は、パルスレプリカ記憶部１１からパルスレプリカ信号を読み出して、パルスレプリカ信号に位相変調、符号変調などの変調を行う。送信変調部１２は、変調したパルスレプリカ信号を送信部２に送る。

0016

送信部２は、パルスレプリカ信号を受け付けると、パルスレプリカ信号に周波数変換、増幅などを行って、送信アンテナ３に送る。送信アンテナ３は、送信部２から送られてきたパルスレプリカ信号を送信信号として出力する。これにより、電波である送信信号が、空間に放射される。

0017

送信アンテナ３が出力した送信信号は、測距対象とする目標９９で反射される。受信アンテナ４は、目標９９で反射されて返ってきた信号を受信し、受信信号として受信部５に送る。受信部５は、受信信号の周波数変換などを行い、周波数変換などを行なった受信信号をブロック構築部２２に送る。

0018

ブロック構築部２２は、１ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）に対する受信信号系列から、特定長のレンジセル（測定できる距離の最小単位：レンジ分解能）で規定された受信信号を抜き出してブロックを構築し、構築したブロック以外のレンジセルに対する受信信号を強制的に０にする。ブロック構築部２２は、受信信号に対して種々の時間のブロックを順番に構築する。すなわち、ブロック構築部２２は、受信信号を複数の時間帯に分割し、時間帯毎のブロックを構築する。ブロック構築部２２は、構築した各ブロックをパルス圧縮部２１に送る。

0019

パルス圧縮部２１は、ブロック構築部２２からブロックが設定された受信信号を受け付ける。また、パルス圧縮部２１は、パルスレプリカ記憶部１１からパルスレプリカ信号を読み出す。パルス圧縮部２１は、パルスレプリカ信号と受信信号の双方に対してパルス圧縮処理を行い、パルス圧縮処理の処理結果であるマッチドフィルタ出力を検出部１３に送る。パルス圧縮部２１は、１ＰＲＩ内を、１レンジセルごとにパルスレプリカ信号と受信信号とをスライディング相関演算することによってパルス圧縮処理を行う。スライディング相関演算の演算結果が、マッチドフィルタ出力である。すなわち、マッチドフィルタ出力は、パルスレプリカ信号と受信信号との間の相関の度合いに対応している。

0020

このように、パルスレーダ装置１Ａでは、ブロック構築部２２およびパルス圧縮部２１が、パルスレプリカ信号と受信信号との間で相関演算を行う相関演算部の機能を有している。すなわち、相関演算部は、受信アンテナ４が受信した第１の受信信号の受信信号系列から特定系列長を持つブロックを抽出して構築し、受信信号系列の中から構築したブロックに対する受信信号系列を抜き出し、構築したブロック以外の受信信号系列に０を埋めた第２の受信信号を生成し、第２の受信信号と送信信号に対応するパルスレプリカ信号との間で相関演算を行う。検出部１３は、マッチドフィルタ出力で信号を検出できるレンジセルに基づいて、目標９９との間の距離を検出し、検出した距離を表示部１４に表示させる。

0021

なお、送信アンテナ３と受信アンテナ４とを１つのアンテナで構成し、送信時と受信時とで共用してもよい。また、送信部２と受信部５とを同一装置の中の別構成としてもよい。

0022

本実施の形態のパルスレーダ装置１Ａは、信号対雑音比であるＳＮ比が低い場合であっても目標９９との間の距離を検出できる。ここで、ＳＮ比が高い場合に、比較例のパルスレーダ装置が、目標９９との間の距離を検出する処理について説明する。

0023

図２は、比較例のパルスレーダ装置の構成を示す図である。図２の各構成要素のうち図１に示すパルスレーダ装置１Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

0024

比較例のパルスレーダ装置１Ｘは、パルスレーダ装置１Ａと比較して、信号処理部１０Ａの代わりに信号処理部１０Ｘを備えている。また、信号処理部１０Ｘは、信号処理部１０Ａと比較して、パルス圧縮部２１およびブロック構築部２２の代わりに、パルス圧縮部２９を有している。パルス圧縮部２９は、受信部５、パルスレプリカ記憶部１１、および検出部１３に接続されている。

0025

ＳＮ比が高い場合、パルスレーダ装置１Ｘは、パルス状の信号である受信パルス信号を受信することができる。パルス圧縮部２９は、パルスレプリカ記憶部１１からパルスレプリカ信号を読み出す。パルス圧縮部２９は、パルスレプリカ信号と受信パルス信号との双方に対しパルス圧縮処理を行う。このとき、パルス圧縮部２９は、１ＰＲＩ内を、１レンジセルごとにスライディング相関演算する。パルス圧縮部２９は、演算結果であるマッチドフィルタ出力を検出部１３に送る。

0026

検出部１３は、スライディング相関演算の結果であるパルス圧縮後の出力（パルス圧縮後信号）をレンジセルに対して並べ、パルス圧縮後信号の距離次元のピークの位置に基づいて、目標９９までの距離を検出する。検出部１３は、ピークに対応する距離を、表示部１４に表示させる。

0027

図３は、比較例のパルスレーダ装置が実行するパルス圧縮処理を説明するための図である。図３では、１段目（Ａ１）にパルスレプリカ信号を示し、２段目（Ａ２）に受信信号を示し、３段目（Ａ３）にパルス圧縮後信号を示している。

0028

パルス圧縮処理に用いられるパルスレプリカ信号は、パルスレーダ装置１Ｘが送信する送信パルス信号のリファレンスであり、ノイズおよび他の混入信号の要素を含まない理想的な信号としてパルスレプリカ記憶部１１で記憶されている。

0029

パルスレーダ装置１Ｘは、１ＰＲＩ内の特定タイミングにおいて、パルス幅Ｔｗのパルスレプリカ信号に対応する送信信号を送信する。パルスレーダ装置１Ｘは、ＰＲＩ毎に送信信号を送信し、目標９９で反射されて返ってくる受信信号（目標９９からの反射信号）を受信する。この受信信号は、パルスレプリカ信号の特徴を概ね保存しているが、受信信号ノイズ１０１の影響を受けているので、完全に特徴を保存しているわけではない。

0030

パルスレーダ装置１Ｘは、パルス圧縮処理の際に、１ＰＲＩ内を、１レンジセルごとにスライディング相関演算を実行する。各レンジセルに対するスライディング相関演算による結果において、パルスレプリカ信号と受信パルス信号との間の信号の一致度が高いほど、レンジセルに対する相関演算値は大きくなる。一致度が低い他のレンジセルでは相関演算値は小さくなる。スライディング相関演算の結果であるパルス圧縮後の出力（パルス圧縮後信号）をレンジセルに対して並べると、パルス幅Ｔｗの単峰性の形状が得られる。この単峰性の形状は、相関演算値に対応している。

0031

単峰性の形状のうち、ピーク以外のパルス圧縮後信号は、パルスレプリカ信号と異なる時刻における目標９９からの反射信号の複素積１０３を示している。また、パルス圧縮後信号のうち、単峰性の形状以外の領域は、パルスレプリカ信号と受信パルス信号とで異なる時刻間におけるノイズの複素積１０２を示している。単峰性の形状がピークとなっている位置、すなわちパルス圧縮後信号でピークが発生する位置が、目標９９までの距離に対応している。

0032

図４は、比較例のパルスレーダ装置が実行するパルス圧縮処理を説明するための図である。図４では、１段目（Ｂ１）にパルスレプリカ信号を示し、２段目（Ｂ２）に受信信号を示し、３段目（Ｂ３）にマッチドフィルタの状態を示し、４段目（Ｂ４）にマッチドフィルタ出力を示している。

0033

パルス圧縮部２９は、スライディング相関演算処理（パルス圧縮処理）の際に、パルスレプリカ信号を１レンジセル単位で移動させて、受信パルス信号との相関を演算する。すなわち、パルス圧縮部２９は、パルスレプリカ信号の左端をレンジセルＮｏ．１、レンジセルＮｏ．２、レンジセルＮｏ．３の順に右側に移動させる。

0034

パルスレプリカ信号は、特定のレンジセルに移動した場合に、受信パルス信号に重なる。ここでは、スライディング相関演算処理を分かりやすくするために、パルスレプリカ信号と受信パルス信号とが完全に重なった状態を示している。パルス圧縮部２９は、スライディング相関演算処理の際に、同一レンジセルのパルスレプリカ信号と受信パルス信号との一致度をマッチドフィルタによって計測する。ここでのマッチドフィルタは、矢印の向きによって位相を表現している。マッチドフィルタの上段の矢印がパルスレプリカ信号の位相を示し、マッチドフィルタの下段の矢印が受信パルス信号の位相を示している。マッチドフィルタの上段と下段とで同じ矢印のレンジセルは、パルスレプリカ信号と受信パルス信号とで位相が同じである。マッチドフィルタは、パルスレプリカ信号および受信パルス信号の双方の複素数内積を計算する処理である。複素数内積の出力が最大となるのは振幅（実数成分）と位相（虚数成分）が一致するときである。

0035

図４において、パルスレプリカ信号の先端（右端）がレンジセルＮｏ．１２にスライドしたとき、レンジセルＮｏ．５〜Ｎｏ．１２までのマッチドフィルタ出力が最大になるので、レンジセルＮｏ．８の位置にピークが現れる。以下、パルスレプリカが１レンジセル移動する毎に、受信パルスとの位相成分にずれが生ずるので、マッチドフィルタ出力は減少していき、各マッチドフィルタ出力は、レンジセルＮｏ．８におけるマッチドフィルタ出力よりも低い高さとなる。このようにして、検出部１３は、マッチドフィルタ出力が最大となるレンジセルＮｏ．８に対応する距離をモニタすることで、パルスレーダ装置１Ｘと目標９９との間の距離を計測する。

0036

ところが、レンジセルＮｏ．５およびレンジセルＮｏ．１２においても、パルスレプリカ信号と受信パルス信号とが一部重なっている。レンジセルＮｏ．５およびレンジセルＮｏ．１２では、マッチドフィルタ出力があるにもかかわらず、マッチドフィルタ出力がノイズに埋もれてしまっている。これは別の視点で考えると、著しく低いＳＮ比の状況下では、マッチドフィルタ出力が最大となるレンジセルＮｏ．８においても、マッチドフィルタ出力の高さが低くなり、マッチドフィルタ出力の全体がノイズに埋もれる場合があるということである。この場合、パルスレーダ装置１Ｘでは、パルスレーダの測距機能が働かないという問題が生ずる。

0037

このため、本実施の形態のパルスレーダ装置１Ａは、ＳＮ比が低い場合であっても、目標９９までの距離を測定することができる処理を実行する。パルスレーダ装置１Ａは、受信パルス信号の存在するレンジセルにノイズ信号が残り、受信パルス信号の存在しないレンジセルにはノイズ信号が残らないようパルス圧縮処理を行う。すなわち、パルスレーダ装置１Ａは、受信信号の受信信号系列から特定系列長を持つブロックを構築し、受信信号系列の中から構築したブロックに対する受信信号系列を抜き出し、構築したブロック以外の受信信号系列に０を埋める。パルスレーダ装置１Ａは、構築したブロック以外の受信信号系列に０が埋められた受信信号と、パルスレプリカ信号とを用いてパルス圧縮処理を行い、処理結果に基づいて、目標９９までの距離を検出する。これにより、パルスレーダ装置１Ａは、ＳＮ比が著しく低い場合であっても、目標９９までの距離を検出することができる。以下、パルスレーダ装置１Ａによる、目標９９までの距離検出処理について具体的に説明する。なお、パルスレーダ装置１Ａが実行する処理のうち、比較例のパルスレーダ装置１Ｘが実行する処理と同様の処理については、その説明を省略する場合がある。

0038

図５は、実施の形態１にかかるパルスレーダ装置によるブロックの構築処理を説明するための図である。パルスレーダ装置１Ａは、パルスレーダ装置１Ｘと同様のパルスレプリカ信号を用いる。すなわち、パルスレーダ装置１Ａは、１ＰＲＩ内の特定タイミングにおいて、パルス幅Ｔｗのパルスレプリカ信号に対応する送信信号を送信する。パルスレーダ装置１Ａは、ＰＲＩ毎に送信信号を送信し、目標９９で反射されて返ってくる受信信号（目標９９からの反射信号）を受信する。図５では本実施の形態の効果を分かりやすくするために、ＳＮ比が著しい低ＳＮ比の状態であり、受信パルスがノイズ信号に埋もれて検出できない状態の受信信号を表している。

0039

図５の上段（Ｘ１）には、１ＰＲＩの受信信号（単純に受信部５の出力）を距離次元に変換して並べなおした信号（全Ｎ要素の受信信号ベクトル３１）を図示している。一番左側のレンジセル０がパルスレーダ装置１Ａからの距離が０、すなわち、パルスレーダ装置１Ａの位置である。τｎ（ｎは自然数）はレンジセル番号でありｎが大きくなるにしたがって、パルスレーダ装置１Ａからの距離が遠くなることを示している。このため、一番右側のレンジセルτＮが１ＰＲＩの受信信号において観測できる最大距離となる。この最大距離は、１ＰＲＩ×光速に対応している。

0040

ブロック構築部２２は、１ＰＲＩのＮ要素からなる受信信号系列から、特定長の受信信号をレンジセル単位で抜き出した第ｍブロック３２を構築し、同時に構築した第ｍブロック３２以外のレンジセル３３，３４に対する受信信号を強制的に０にする。すなわち、ブロック構築部２２は、抜き出した第ｍブロック３２以外の構成要素は、元の内容に関わらず、信号処理上で強制的にデータの０で埋める。この第ｍブロック３２を構築した状態を図５の下段（Ｘ２）に示している。図５の下段（Ｘ２）では、ブロックの長さがｋ（ｋは自然数）レンジセルであり、ブロック構築部２２が、全Ｎ要素の受信信号ベクトル３１から要素数をｋとする第ｍブロック３２を構築した場合の受信信号ベクトル３５を示している。

0041

ブロックを構築するｋレンジセル以外の部分には０が埋められるので、受信信号の全要素数（全レンジセル数）Ｎに変更はない。ブロック構築部２２は、ｋレンジセルの受信信号で構築したブロックを、レンジセル単位ではなくブロック単位ＢＵで移動させ、同じくｋレンジセルの受信信号で次のブロックを構築する。ブロック構築部２２は、次のブロック以外のブロックに対してもレンジセルに対する受信信号を強制的に０にする。ブロック構築部２２は、この操作をレンジセル０からレンジセルＮまで行う。すなわち、ブロック構築部２２は、受信信号に対するブロックの位置をｋレンジセルずつずらしてブロックを構築する処理と、ブロック以外のレンジセルの受信信号を０に設定する処理とを繰り返す。

0042

これにより、ブロック構築部２２は、１ＰＲＩの受信信号に対し、Ｎ／ｋ個のブロックを構築する。パルス圧縮部２１は、ブロック構築部２２によって構築された各ブロックのそれぞれに対してパルス圧縮処理を行う。すなわち、パルス圧縮部２１は、構築されたブロックを含んだ受信信号とパルスレプリカ信号とを用いたパルス圧縮処理を、構築されたブロックを含んだ受信信号毎に実行する。

0043

図６は、実施の形態１にかかるパルスレーダ装置によるパルス圧縮処理を説明するための図である。図６では、１段目（Ｙ１）にパルスレプリカ信号を示し、２段目（Ｙ２）に受信信号を示し、３段目（Ｙ３）にマッチドフィルタの状態を示し、４段目（Ｙ４）にマッチドフィルタ出力を示している。

0044

ここでは、前述した比較例のパルスレーダ装置１Ｘと比較しながらパルス圧縮処理を説明する。図６では、本実施の形態の効果を分かりやすくするために、図示したブロックの中に受信パルス信号が完全に含まれ、またブロック長ｋ＝パルス幅Ｔｗと仮定した。

0045

パルス圧縮部２１は、パルスレーダ装置１Ｘが備えるパルス圧縮部２９と同様のパルス圧縮処理を行う。図４に示した比較例のパルスレーダ装置１Ｘでは、パルスレプリカ信号と受信パルス信号とが重なる部分に対し、マッチドフィルタ出力が得られる。図６では、著しい低ＳＮ比であり、受信パルス信号の全体がノイズフロアに埋もれている状態を考える。

0046

構築されたブロックに含まれる受信信号は、レンジセルＮｏ．５〜Ｎｏ．１２に対するものであり、その他のレンジセルに対しては強制的に０に設定されている。すなわち、レンジセルＮｏ．５〜Ｎｏ．１２は、受信パルスが存在し、マッチドフィルタ出力が得られる部分であるが、低ＳＮ比であるために、受信パルス信号がノイズに埋もれている。

0047

この状態で、パルス圧縮部２１によるパルスレプリカ信号と受信信号とのパルス圧縮処理を考える。レンジセルＮｏ．１〜Ｎｏ．４では、パルスレプリカ信号と受信パルス信号との重なりが一切ないので、マッチドフィルタ出力は０である。さらに、レンジセルＮｏ．１〜Ｎｏ．４では、マッチドフィルタ出力が強制的に０に設定されているので、マッチドフィルタ出力と受信信号との積は０である。レンジセルＮｏ．１３〜Ｎｏ．１６でも、同様に、マッチドフィルタ出力と受信信号との積は０である。

0048

レンジセルＮｏ．５〜Ｎｏ．１２では、パルスレプリカ信号と受信パルス信号とに重なりがあるので、マッチドフィルタ出力が得られる。さらに、レンジセルＮｏ．５〜Ｎｏ．１２は、構築されたブロック内にあるので、受信信号が強制的に０にされておらず、ノイズ成分を含んだ受信信号そのものが維持されている。このため、ノイズがガウス分布を持っており、且つ完全に０にならなければ、マッチドフィルタ出力とノイズ成分とはともに存在するので、マッチドフィルタ出力と受信信号との積は０ではない。このように、仮に受信パルスがノイズに完全に埋もれている状態であっても、パルス幅Ｔｗの区間には微小な信号が現れる。

0049

また、パルスレプリカ信号がレンジセルＮｏ．１〜Ｎｏ．４である場合、すなわち、受信パルスが存在していない１つ前のブロックでは、パルスレプリカ信号の位相と受信パルス信号の位相とは大きく異なる。このため、受信パルスが存在していない１つ前のブロックでは、マッチドフィルタ出力にサイドローブが発生し、この結果、マッチドフィルタ出力は０に近いものとなる。レンジセルＮｏ．１３〜Ｎｏ．１６についても、マッチドフィルタ出力は０に近いものとなる。

0050

パルスレーダ装置１Ａの検出部１３は、パルス形状の、例えばパルスの先頭、中心、後端を基準として目標９９までの距離を測定することができるので、マッチドフィルタ出力が完全に０ではなく微小な信号が残余する部分を検出することで、測距機能を回復できる。すなわち、検出部１３は、低いＳＮ比の状況下であっても、パルス圧縮処理で得られる出力をノイズ成分に埋もれさせることなく、目標９９の測距性能を維持して、測距処理を高精度化することができる。一方、比較例のパルスレーダ装置１Ｘは、ＳＮ比が低い場合、全てのレンジセルでマッチドフィルタ出力の高さが低くなり、マッチドフィルタ出力の全体がノイズに埋もれる。このため、比較例のパルスレーダ装置１Ｘでは、ＳＮ比を回復することはできず、ピーク検出性能を回復することもできない。

0051

また、本実施の形態では、全Ｎレンジセルの受信信号からｋレンジセルのブロックを構築しているが、ブロック以外の受信信号系列には要素０を埋めており、切り捨てているわけではない。受信信号を切り捨てて系列長を減らすということは、受信信号に対して帯域制限を行っていることと等価である。帯域制限とは、受信信号が持つ帯域成分を部分的に切り捨てることであり、受信信号の特徴を変化させてしまう。本実施の形態では、受信信号系列に要素０を埋めているので、受信信号に対して帯域制限を行っているわけではない。このため、受信信号が持つ本来の特徴を維持できるという効果がある。

0052

このように実施の形態１によれば、受信信号からブロックを構築し、構築したブロック以外の受信信号系列に０を埋めた受信信号と、パルスレプリカ信号との間で相関演算を行うので、ＳＮ比が低い場合であっても目標９９との間の距離を検出することができる。

0053

実施の形態２．
つぎに、図７を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、位相補償型コヒーレント積分行列を用いて、ｋレンジセルからなるブロックを構築する処理と、構築するブロックに対する位相補償型コヒーレント積分処理（相関演算）と、を同時に実行する。

0054

図７は、実施の形態２にかかるパルスレーダ装置の構成を示す図である。図７の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１のパルスレーダ装置１Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

0055

パルスレーダ装置１Ｂは、送信部２と、送信アンテナ３と、受信アンテナ４と、受信部５と、信号処理部１０Ｂとを備えている。信号処理部１０Ｂは、パルスレプリカ記憶部１１と、送信変調部１２と、コヒーレント積分部２３と、検出部１３と、表示部１４とを有している。コヒーレント積分部２３は、受信部５と、パルスレプリカ記憶部１１と、検出部１３とに接続されている。

0056

コヒーレント積分部２３は、位相補償型コヒーレント積分行列を用いてｋレンジセルからなるブロックを構築する処理と、構築するブロックに対する位相補償型コヒーレント積分処理と、を実行する。コヒーレント積分部２３は、後述する式（８）および式（９）を記憶しており、式（８）および式（９）を用いて、ブロックを構築する処理および位相補償型コヒーレント積分処理を実行する。実施の形態２では、コヒーレント積分部２３が相関演算部の処理を実行する。すなわち、実施の形態１では、相関演算部が、ブロック構築部２２およびパルス圧縮部２１を含んでいたが、実施の形態２では、相関演算部が、コヒーレント積分部２３を含んでいる。位相補償型コヒーレント積分行列については後述する。

0057

次に、パルスレーダ装置１Ｂの動作について説明する。実施の形態１では受信パルスが存在する部分を検出（測距機能を回復）したが、検出されているのは単峰性のマッチドフィルタ出力ではなくノイズ成分および受信パルス信号であった。実施の形態２では、このノイズ成分に埋もれた信号の中から受信パルス信号のみを回復する。以下の説明では、受信パルス信号を、所望信号という場合がある。受信信号は、所望信号（受信パルス信号）にノイズが付加されたものである。

0058

パルス圧縮処理は、ある時刻１回の観測で得た受信信号と、パルスレプリカ信号との相関演算である。本実施の形態では、このパルス圧縮処理を、複数の観測時刻の受信信号に対する位相補償型コヒーレント積分処理に置き換える。すなわち、パルスレーダ装置１Ｂは、位相補償型コヒーレント積分処理によって、受信信号とパルスレプリカ信号との相関演算を行う。

0059

コヒーレント積分部２３によるコヒーレント積分では、例えば１ＰＲＩ（ヒット）を信号処理単位とし、複数ヒットの処理結果を積み上げていく。これにより、パルスレーダ装置１Ｂは、ガウス分布のノイズを低減させることができる。また、パルスレーダ装置１Ｂは、時刻が異なることによって変動する所望信号の位相成分を補償することで複数ヒットの積み上がり効果を向上させることができる。

0060

ここで、式（１）から式（７）を用いて、比較例の位相補償型コヒーレント積分処理について説明する。以下の式（１）に示す行列Ａは、位相補償型コヒーレント積分行列でありＮ×Ｎ要素である。

0061

0062

式（１）に示す行列Ａの成分は、以下の式（２）によって表される。式（１）に示す行列Ａの成分は、距離による位相変動と周波数による位相変動と、の双方を補償する因子である。

0063

0064

第Ｐ（Ｐは自然数）ヒットの所望信号と第（Ｐ＋１）ヒットの所望信号との位相変動を補償するために、τは距離方向の位相変動を、ｆは周波数方向の位相変動をそれぞれ修正する効果を持つ。τj（ｊは自然数）は、レンジセルＮｏ．ｊに移動した場合の位相変動の修正を行い、ｆi（ｉは自然数）は、周波数ｉに移動した場合の位相変動の修正を行う。

0065

以下の式（３）に示すｍは、実施の形態１で示したブロック番号であり、ｍ＝１，２，・・・，Ｎ／ｋである。

0066

0067

式（１）の行列Ａは、実施の形態１で説明したブロック構築を行わずに、１ＰＲＩの全ての所望信号に対して位相補償することを目的としたものであり、Ｎ×Ｎの全要素に対して特定の成分を持っている。この行列Ａを用いた位相補償型コヒーレント積分の一連の流れについて説明する。

0068

以下の式（４）に示す受信信号ベクトルｘ（ｔ）は、１ＰＲＩに対する所望信号のベクトルであり、Ｎ×１要素である。

0069

0070

また、以下の式（５）に示すベクトルｎ（ｔ）は、ノイズ信号ベクトルであり、Ｎ×１要素である。

0071

0072

そして、以下の式（６）に示すように、受信信号ｙ（ｔ）は、所望信号のベクトルである受信信号ベクトルｘ（ｔ）に行列Ａを寄与させたものと、ノイズ信号ベクトルであるベクトルｎ（ｔ）との和である。

0073

0074

行列Ａは、Ｎ×Ｎの全要素に特定の値があるフルランクの行列である。以下、位相補償型コヒーレント積分処理については公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。以下の式（７）は、位相補償型コヒーレント積分処理の流れを示している。

0075

0076

式（７）によって最終的に得られる行列が受信信号共分散行列Ｒであり、１ＰＲＩの全レンジセル（距離）、および周波数要素に対する位相補償を行ったＮ×Ｎ行列である。Ｓは、所望信号行列、σ2は受信信号に含まれるノイズ電力であり、Ｈは複素共役転置であり、コヒーレント積分回数をＤ（Ｄヒット）とすると、ガウス分布のノイズ電力は１／（Ｄ1/2）に減少する。

0077

実施の形態１では、ブロック構築部２２が、Ｎレンジセルの受信信号から図５の下段（Ｘ２）のようにｋレンジセルのブロックを構築し、ｋレンジセル以外のレンジセルに対しては強制的に０を埋める操作を行なった。実施の形態２では、コヒーレント積分部２３が、後述する行列Ａハットを用いて、上記のブロック構築を行う。コヒーレント積分部２３による処理は、行列Ａハットのみによって、ｋレンジセルからなるブロックを構築する処理と、構築するブロックに対する位相補償型コヒーレント積分処理と、を同時に実行することに１つの特徴がある。以下、パルスレーダ装置１Ｂによる、目標９９までの距離検出処理について説明する。なお、パルスレーダ装置１Ｂが実行する処理のうち、比較例の位相補償型コヒーレント積分処理と同様の処理については、その説明を省略する場合がある。

0078

実施の形態２のパルスレーダ装置１Ｂが備えるコヒーレント積分部２３は、式（４）、および以下の式（８）から式（１３）を用いて位相補償型コヒーレント積分処理を行う。以下の式（８）に示す行列Ａハットは、行列Ａと同じ位相補償型コヒーレント積分行列でありＮ×Ｎ要素である。

0079

0080

行列Ａハットは、Ｎ×Ｎ要素でありながら、選択したブロックの部分のみに有効な要素を持ち、選択したブロックの部分以外の部分は０である。

0081

式（８）の四角で囲まれた要素が、図５の下段（Ｘ２）に示したブロック（選択されたブロック）に対応している。四角で囲まれた要素はｋ×ｋであり、これら以外の要素は全て０である。このように、コヒーレント積分部２３は、式（８）の行列Ａハットを式（４）の受信信号ベクトルｘ（ｔ）に寄与させることによって、図５の下段（Ｘ２）に示したブロック部分のみに位相補償型コヒーレント積分を実行することができる。

0082

以下の式（９）は、行列Ａハットを用いた位相補償型コヒーレント積分処理の流れを示している。

0083

0084

式（９）によって最終的に得られる行列が、受信信号共分散行列Ｒハットであり、所望信号行列Ｓおよびノイズ電力σ2は、フルランクの行列Ａに対する受信信号共分散行列Ｒと同一である。これの意味するところは、位相補償型コヒーレント積分行列は、フルランクの行列Ａ、およびランクｋの行列Ａハットの如何によらず、所望信号行列Ｓの特徴を保存し、同時にノイズ電力を１／（Ｄ1/2）に減少させる効果に変わりはないということである。さらに、演算量を比較すると、式（７）では行列ＡがフルランクであるからＮ2＋Ｎ≒Ｎ2であり、一方、式（９）では、ｋ2＋ｋ≒ｋ2であり、その比はＮ2／ｋ2である。ここで、Ｎ＝１００００００、ｋ＝１０００である（つまりＮ／ｋ＝１０００であり１０００ブロック構築可能）、と仮定すると、演算量は１／１００００００に削減できる。これにより、信号処理部１０Ｂ（プロセッサ）の演算負荷を減少させることができ、プロセッサの小型化、軽量化、処理速度の向上、消費電力の減少につながる。

0085

このように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、著しい低ＳＮ比の状態であり、パルス圧縮処理では受信パルス信号がノイズに埋もれて検出できない状態においても、ブロック構築によって受信パルス信号の存在レンジを検出できる。さらに、ブロック構築機能を、位相補償型コヒーレント積分処理を行う行列Ａハットに組み入れることで、受信パルス信号の検出精度が向上し、演算量を削減することができる。

0086

実施の形態３．
つぎに、図８を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、ｋレンジセルで構築したブロックをブロック単位で信号処理するという繰り返しステップを、１回の演算でまとめて実行する。

0087

図８は、実施の形態３にかかるパルスレーダ装置の構成を示す図である。図８の各構成要素のうち図７に示す実施の形態２のパルスレーダ装置１Ｂと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

0088

パルスレーダ装置１Ｃは、送信部２と、送信アンテナ３と、受信アンテナ４と、受信部５と、信号処理部１０Ｃとを備えている。信号処理部１０Ｃは、パルスレプリカ記憶部１１と、送信変調部１２と、コヒーレント積分部２４と、検出部１３と、表示部１４とを有している。すなわち、信号処理部１０Ｃは、信号処理部１０Ｂと比較して、コヒーレント積分部２３の代わりにコヒーレント積分部２４を有している。コヒーレント積分部２４は、受信部５と、パルスレプリカ記憶部１１と、検出部１３とに接続されている。

0089

実施の形態３では、コヒーレント積分部２４が相関演算部の処理を実行する。すなわち、実施の形態２では、相関演算部が、コヒーレント積分部２３を含んでいたが、実施の形態３では、相関演算部が、コヒーレント積分部２４を含んでいる。コヒーレント積分部２４は、後述する式（１０）から式（１３）を記憶しており、式（１０）から式（１３）を用いて、ブロックを構築する処理および位相補償型コヒーレント積分処理を実行する。

0090

コヒーレント積分部２４は、第ｍ番目のブロックに対する位相補償型コヒーレント積分演算子を要素とした行列をｍ＝１，２，・・・，Ｎとして対角項に並べた行列を、受信信号ベクトルｘ（ｔ）に作用させる。

0091

実施の形態１では、ｋレンジセルで構築したブロックをブロック単位で信号処理した後、このブロックをｋレンジセルだけ移動させたうえでｋレンジセルでブロックを構築する、という処理を繰り返すステッピング処理を行っている。すなわち、パルスレーダ装置１Ａは、Ｎ／ｋ回の繰返し処理を行っている。

0092

実施の形態３のパルスレーダ装置１Ｃは、Ｎ／ｋ回の繰返し処理を１度の処理で実行する。以下の式（１０）に示す行列ａmは、ｋ×ｋ行列であり、行列ａmの要素は第ｍ番目のブロックに対する位相補償型コヒーレント積分演算子である。

0093

0094

コヒーレント積分部２４は、この行列ａmをｍ＝１，２，・・・，Ｎとして対角項に並べて、以下の式（１１）に示す行列Ａチルダを用いる。

0095

0096

行列Ａチルダは、対角行列であり、受信信号に対するブロックの位置をｋレンジセルずつずらしてブロックを構築する処理と、ブロック以外のレンジセルの受信信号を０に設定する処理とを１回の演算で実行する行列である。行列ＡチルダはＮ×Ｎ行列である。この行列Ａチルダを以下の式（１２）のようにＮ×１の受信信号ベクトルｘ（ｔ）に作用させた結果得られる行列（以下、結果行列という）について説明する。

0097

0098

結果行列の第１列は、受信信号ベクトルｘ（ｔ）からｋ×１要素の第１ブロックを抜き出し残りの部分には０を埋めたベクトルであり、第２列は、受信信号ベクトルｘ（ｔ）からｋ×１要素の第２ブロックを抜き出し残りの部分には０を埋めたベクトルである。結果行列では、このようなベクトルが順次第（Ｎ／ｋ）ブロックまで続く。すなわち、実施の形態２で実行されたステッピング処理が、１つの行列Ａチルダの中に埋め込まれている。

0099

以下の式（１３）は、行列Ａチルダを用いた位相補償型コヒーレント積分処理の流れを示している。

0100

0101

式（１３）によって最終的に得られる行列が、受信信号共分散行列Ｒチルダであり、所望信号行列Ｓおよびノイズ電力σ2は、フルランクの行列Ａに対する受信信号共分散行列Ｒと同一である。

0102

このように、実施の形態３によれば、全Ｎレンジセルの受信信号をｋブロックに分割し、合計Ｎ／ｋ回のステッピング処理を一度の行列演算で実行するので、演算時間を短縮できる。すなわち、パルスレーダによる目標検出に要する時間を短縮化し、さらに目標検出後の動作アクションが鈍ることを防止できる。

0103

ここで、信号処理部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｘのハードウェア構成について説明する。なお、信号処理部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｘは、同様のハードウェア構成を有しているので、ここでは信号処理部１０Ａのハードウェア構成について説明する。

0104

図９は、実施の形態１にかかる信号処理部の第１のハードウェア構成例を示す図である。信号処理部１０Ａを構成する構成要素の一部又は全部の機能は、プロセッサ３０１、メモリ３０２、インタフェース３０４、および表示装置３０３により実現することができる。

0105

プロセッサ３０１の例は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）またはシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）である。メモリ３０２の例は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）である。

0106

信号処理部１０Ａの一部の機能は、プロセッサ３０１が、メモリ３０２で記憶されている、信号処理部１０Ａの動作を実行するためのプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、このプログラムは、信号処理部１０Ａの手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ３０２は、プロセッサ３０１が各種処理を実行する際の一時メモリにも使用される。

0107

信号処理部１０Ａのうちのパルス圧縮部２１、送信変調部１２、および検出部１３は、プロセッサ３０１およびメモリ３０２によって実現され、ブロック構築部２２は、プロセッサ３０１、メモリ３０２、およびインタフェース３０４によって実現される。表示部１４は、表示装置３０３によって実現され、パルスレプリカ記憶部１１は、メモリ３０２によって実現される。

0108

図１０は、実施の形態１にかかる信号処理部の第２のハードウェア構成例を示す図である。信号処理部１０Ａを構成する構成要素の一部又は全部の機能は、処理回路３０５、インタフェース３０４、および表示装置３０３により実現することができる。すなわち、信号処理部１０Ａは、プロセッサ３０１およびメモリ３０２の代わりに処理回路３０５を用いて実現されてもよい。

0109

処理回路３０５は、専用のハードウェアである。処理回路３０５は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ(Application Specific IntegratedCircuit)、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものである。

0110

なお、信号処理部１０Ａ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するようにしてもよい。すなわち、信号処理部１０Ａの一部の機能を図９に示したプロセッサ３０１、メモリ３０２、インタフェース３０４、および表示装置３０３で実現し、残りの機能を図１０に示した専用の処理回路３０５、インタフェース３０４、および表示装置３０３で実現するようにしてもよい。

0111

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

0112

１Ａ〜１Ｃ，１Ｘパルスレーダ装置、２ 送信部、３送信アンテナ、４受信アンテナ、５ 受信部、１０Ａ〜１０Ｃ，１０Ｘ信号処理部、１１パルスレプリカ記憶部、１２送信変調部、１３ 検出部、１４ 表示部、２１，２９パルス圧縮部、２２ブロック構築部、２３，２４コヒーレント積分部、９９目標、３０１プロセッサ、３０２メモリ、３０３表示装置、３０４インタフェース、３０５処理回路。