JP7735199B2 - レーダシステム及びレーダ信号処理方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、遠距離の小目標を検出するレーダシステム及びレーダ信号処理方法に関する。

従来のレーダシステムでは、積分ヒット数が多い場合や、ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval：パルス繰り返し周期）が長く、ＣＰＩ（Coherent Pulse Interval：コヒーレントパルス周期）が長い長時間積分を行う場合に、レンジウォークやドップラウォークにより、積分ロスが生じる課題があった。

この対策として、例えば特許文献１、２に示される積分系列最大化の手法がある。特許文献１の手法は、チャープ帯域全体を利用し、レンジ周波数軸について、０埋めにより擬似的に高分解能化して、slow-time軸の積分系列を探索法で最大化する手法である。しかしながら、この手法では、レンジウォークが大きい場合に、探索法の適用範囲が増大してしまい、処理規模が増えてしまう。また、特許文献２に示される手法は、速度及び加速度の探索法で、積分系列を最大化する手法である。しかしながら、この手法でも、レンジウォークやドップラウォークが大きい場合に探索法の範囲を増えてしまい、処理規模が増えてしまう問題がある。

特許第４８８１２３９号公報 特許第５０２５４０３号公報 特許第５０７２６９４号公報

SAR（Synthetic Aperture Radar: 合成開口レーダ）方式（レンジ圧縮）、大内、‘リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎’、東京電機大学出版局、pp.131-149(2003) CFAR（Constant False Alarm Rate）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996) PGA（Phase gradient autofocus: 位相勾配オートフォーカス），Charles V.Jakowatz,‘Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar: A Signal Processing Approach’, Springer, pp.251-256(1996) 窓関数、武部、‘ディジタルフィルタの設計’、東海大学出版会、pp.62-65(1985)

以上述べたように、従来のレーダシステムには、レンジウォーク及びドップラウォークによる積分ロスを低減する目的で、積分系列を最大化する手法があるが、長時間積分の場合は、長時間のＦＦＴを探索範囲にわたって処理する必要があり、全体の処理規模が増大してしまう課題がある。

本実施形態の課題は、長時間積分時にも、少ない処理規模で、レンジウォーク及びドップラウォークによる積分ロスを低減することのできるレーダシステム及びレーダ信号処理方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、実施形態に係るレーダシステムは、ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval：パルス繰り返し周期）間隔で送信される単パルスまたは変調したＮ（Ｎ≧２）ヒットのパルス信号の反射波を受信し、その受信信号から目標信号を抽出するもので、前記受信信号から前記ＰＲＩ間のslow-time軸とレンジセル毎のfast-time軸の２次元データであるＣＰＩ（Coherent Pulse Interval：コヒーレントパルス周期）信号を生成し、前記ＣＰＩ信号を第１の系統と第２の系統に分配する。前記第１の系統では、分配された前記ＣＰＩ信号のfast-time軸をＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理してレンジ周波数軸に変換し、前記レンジ周波数軸をＭf（Ｍf≧２）分割して帯域制限されたＭf個の分割信号を生成し、前記Ｍf個の分割信号を順次選択して選択された分割信号の帯域外を０埋めした状態で逆ＦＦＴ処理することで狭帯域レンジ圧縮された信号に変換し、前記ＣＰＩ信号のslow-time軸をＭs（Ｍs≧２）分割して時間制限されたＭs個の分割信号を生成し、前記Ｍs個の分割信号を順次選択してＦＦＴ処理することでドップラ軸に変換し、前記狭帯域レンジ圧縮及び前記ドップラ軸変換されたＭf×Ｍs通りの信号をそれぞれ振幅積分し、前記振幅積分されたＭf×Ｍs通りの信号から所定振幅以上の反射点を仮検出して仮検出レンジセルＲt（ｔ＝１～Ｐt：Ｐtは仮検出数）を抽出する。前記第２の系統では、分配された前記ＣＰＩ信号を受信帯域全体で広帯域レンジ圧縮し、前記仮検出レンジセルＲtのレンジ毎に、Ｓv通りの速度、Ｓa通りの加速度、Ｓb通りのレンジバイアスによるＳv×Ｓa×Ｓb通りの積分系列を仮検出毎のレンジウォークサーチ範囲として設定し、前記Ｓv×Ｓa×Ｓb通りの積分系列から最大値となる最大積分系列をサーチし、前記仮検出レンジセルの信号をサーチした最大積分系列の信号に置き換えてレンジウォーク及びドップラウォークを補正し、slow-time軸ＦＦＴ処理によってレンジ－ドップラ信号に変換し、そのレンジ－ドップラ信号から所定値以上の反射点の信号を目標信号として出力する。すなわち、周波数帯域制限及びslow-time軸制限を行い、反射点の仮検出を行い、全帯域のレンジ圧縮を行い、レンジウォーク及びドップラウォークを補正し、全slow-time軸のＦＦＴ処理を行って目標信号を検出する。

以上のように、実施形態では、レンジ周波数軸を狭帯域及びslow-time軸制限により、レンジ分解能及びドップラ分解能を制限し、レンジウォーク及びドップラウォークの影響を軽減した上で、CFARにより仮検出し、広帯域のレンジ高分解能データおよびドップラ高分解能データを用いて、仮検出によるサーチ範囲を限定して処理規模を低減した上で、レンジウォーク（速度によるレンジセルずれ）とドップラウォーク（加速度によるドップラセルずれ）を補正して、slow-time軸でＦＦＴすることで、レンジ高分解能及びドップラ高分解能に目標を検出できる。

また、実施形態に係るレーダシステムは、送信系統から送信される単パルスまたは変調したＮ（Ｎ≧１）ヒットのパルス信号の反射波を受信し、その受信信号から目標信号を抽出するもので、第１ＦＦＴ処理手段と、第２ＦＦＴ処理手段と、検出手段とを備える。第１ＦＦＴ処理手段は、slow-time軸にＬs（Ｌs≧１）セル、fast-time軸にＮf（Ｎf≧１）セルある信号を、分割単位として順次入力して、各々の単位でslow-time軸で第１ＦＦＴ処理を行ってドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）を得る。第２ＦＦＴ処理手段は、既に処理したＭs（Ｍs≧２）個の分割単位を用いて、前記ドップラセル毎にＭsポイントの第２ＦＦＴ処理を行う。検出手段は、前記第２ＦＦＴ処理手段の処理結果を元のドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）毎に配列した信号を長時間積分して目標を検出する。

すなわち、順次入力する分割単位の第１ＦＦＴ処理と既に処理済みの複数の分割単位を用いて第２ＦＦＴ処理を行うことにより、処理規模を低減して、長時間のＦＦＴ処理を実現できる。

また、実施形態に係るレーダシステムは、送信系統から送信される単パルスまたは変調したＮ（Ｎ≧１）ヒットのパルス信号の反射波を受信し、その受信信号から目標信号を抽出するもので、まず、slow-time軸にＮs（Ｎs≧１）セル、fast-time軸にＮf（Ｎf≧１）セルある信号を用いて、fast-time軸でＦＦＴしてレンジ周波数軸にした後、レンジ周波数をＭf（Ｍf≧１）分割し、slow-time軸をＭs（Ｍs≧１）分割し、Ｍf×Ｍs分割した信号をそれ以外のＮf×Ｎs領域のうち、fast-time軸は０埋めし、slow-timeは０埋めしない信号を用いて、fast-time軸はレンジ圧縮し、slow-time軸はＦＦＴ処理したＭf×Ｍsの信号を振幅積分して、仮検出してＰt（Ｐt≧１）個のレンジセルＲt、ドップラセルＦtを抽出する。次に、レンジ周波数の全帯域の信号を用いてレンジ圧縮し、slow-time軸は、Ｍs分割した後、各々の分割単位でＭs回第２ＦＦＴし、各分割単位のドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）毎に、Ｍsポイントのslow-time軸のデータに対して、仮検出したＰt個のセルを中心に、所定の探索範囲の速度（Ｓv通り）及び加速度（Ｓa通り）とレンジセルのバイアス分（Ｓb通り）を用いて、slow-time軸に沿った積分系列（Ｓv×Ｓa×Ｓb）を設定し、各積分系列をレンジ軸でＲtセルになるように、レンジシフト量を、レンジ周波数軸の位相勾配で設定するにより、レンジウォーク補正して、slow-time軸で並べ替えた後にslow-time軸で第２ＦＦＴ（Ｍsポイント）したＳv×Ｓa×Ｓb通りの結果の最大値が最大となるＭsポイントの積分系列（slow-time軸ＦＦＴ前）を選定し、Ｍsポイントのslow-time軸で第２ＦＦＴした結果を、ドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）に置き換える。続いて、前記ドップラセル（ｌs＝１～Ｌs）を仮検出Ｐt毎に繰り返したレンジ－ドップラデータを用いて検出する。

すなわち、レンジ周波数軸狭帯域及びslow-time軸制限により、レンジ分解能及びドップラ分解能を制限し、レンジウォーク及びドップラウォークの影響を軽減した上で、ＣＦＡＲにより仮検出し、広帯域のレンジ高分解能データと、２段ＦＦＴによる高分解能ドップラデータを用いて、仮検出によるサーチ範囲を限定して処理規模を低減した上で、レンジウォーク（速度によるレンジセルずれ）とドップラウォーク（加速度によるドップラセルずれ）を補正して、レンジ高分解能及びドップラ高分解能に目標を検出できる。

上記方式を用いると、長時間積分時にも、少ない処理規模で実現でき、またレンジウォーク及びドップラウォークによるロスを低減することができる。

図１は、第１の実施形態に係るレーダシステムの送信系統及び受信系統の構成を示すブロック図である。 図２Ａは、第１の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャートである。 図２Ｂは、第１の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、第１の実施形態の受信系統の処理の様子を示す図である。 図４は、第１の実施形態で用いられる狭帯域レンジ圧縮処理の様子を示す図である。 図５は、第１の実施形態で用いられる時分割ＦＦＴ処理及び振幅積分処理の様子を示す図である。 図６は、第１の実施形態で用いられる広帯域レンジ圧縮処理の様子を示す図である。 図７Ａは、第１の実施形態で用いられるレンジウォーク及びドップラウォーク補正処理の様子を示す図である。 図７Ｂは、第１の実施形態で用いられるレンジウォーク及びドップラウォーク補正処理の様子を示す図である。 図８は、第１の実施形態で用いられるslow-time軸ＦＦＴ処理の様子を示す図である。 図９Ａは、第２の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャートである。 図９Ｂは、第２の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャートである。 図１０は、第２の実施形態において、積分系列探索法による誤検出発生対策処理の流れを示すフローチャートである。 図１１は、図１０に示す誤検出発生対策処理の様子を示す図である。 図１２Ａは、第３の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャートである。 図１２Ｂは、第３の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャートである。 図１３は、第３の実施形態において、ＰＧＡによる誤検出発生対策処理の流れを示すフローチャートである。 図１４は、図１３に示すＰＧＡによる誤検出発生対策処理の様子を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１乃至図５を参照して、第１の実施形態について説明する。

図１は第１の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図で、（ａ）が送信系統の構成を示すブロック図、（ｂ）が受信系統の構成を示すブロック図である。

図１（ａ）に示す送信系統では、信号生成器１１で送信種信号を生成し、変調器１２で送信種信号に伝送情報を変調多重し、周波数変換器１３で変調信号を高周波信号に変換し、パルス変調器１４で高周波信号をパルス変調して送信パルス列を生成し、送信アンテナ１５からＮ（Ｎ≧２）ヒットのパルスをＰＲＩ（Pulse Repetition Interval：パルス繰り返し周期）間隔で送信する。

図１（ｂ）に示す受信系統では、送信アンテナ１５から送信されたパルス信号の反射波を受信アンテナ２１で受信し、その受信信号を周波数変換器２２でベースバンドに周波数変換し、ＡＤ変換器２３でディジタル信号に変換してＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）信号（fast-time及びslow-time信号）を得る。

次に、ＡＤ変換器２３から出力されるＣＰＩ信信号を２系統に分配する。一方の系統では、狭帯域レンジ圧縮器２４による狭帯域レンジ圧縮、slow-time軸分割器２５によるslow-time軸の分割、slow-time軸ＦＦＴ処理器２６によるslow-time軸のＦＦＴ処理、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate：定誤警報率、非特許文献２参照）仮検出器（ＣＦＡＲでなくてもよい）２７による反射点観測値の仮検出を行う。狭帯域信号にするのは、レンジ分解能を低下させてレンジウォークの影響を抑圧するためであり、slow-time軸を分割するのは、ドップラ分解能を低下させてドップラウォークの影響を抑圧するためである。なお、レンジ周波数帯域の分割やslow-time軸の分割により、ＳＮが低下するため、分割単位毎の処理結果を振幅積分することにより、ＳＮ低下を防いで仮検出するようにしている。

他方の系統では、広帯域レンジ圧縮器２８により送信したチャープ帯域で広帯域レンジ圧縮を行い、レンジウォーク・ドップラウォーク補正器２９に入力する。この補正器２９において、ＣＦＡＲ仮検出器２７で仮検出された反射点の観測値で広帯域レンジ圧縮出力のレンジウォーク、ドップラウォークを補正して、slow-time軸ＦＦＴ処理器３０でslow-time軸のＦＦＴ処理を行って、仮検出点を通るslow-time軸信号に置き換えた後、ＣＦＡＲ検出器（ＣＦＡＲでなくてもよい）３１により反射点の観測値を検出して目標判定を行い、測距、測速、測角を行って目標情報として出力する。

なお、上記の送信系統と受信系統は、一体であってもよいし、互いに離れた場所に設置されていてもよい。

上記構成によるレーダシステムにおいて、図２乃至図８を参照して受信系統の受信データ取得後の処理動作を説明する。ここで、図２Ａ及び図２Ｂは第１の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャート、図３は第１の実施形態の受信系統のレンジ周波数帯域及びslow-time軸分割処理と仮検出までの処理の様子を示す図、図４は第１の実施形態で用いられる狭帯域レンジ圧縮処理の様子を示す図、図５は第１の実施形態で用いられる時分割ＦＦＴ処理及び振幅積分処理の様子を示す図、図６は第１の実施形態で用いられる広帯域レンジ圧縮処理の様子を示す図、図７Ａ及び図７Ｂは第１の実施形態で用いられるレンジウォーク及びドップラウォーク補正処理の様子を示す図、図８は第１の実施形態で用いられるslow-time軸ＦＦＴ処理の様子を示す図である。

まず、図１（ａ）に示した送信系統から送信されるＮ（Ｎ≧２）ヒットの送信パルスが目標等で反射した信号は、受信アンテナ２１で受信され、周波数変換器２でベースバンドに周波数変換されて、ＡＤ変換器２３によりディジタル信号に変換され、これによって受信データが取得される。このように、Ｎ（Ｎ≧２）ヒットの送信パルスを受信して得られた受信データをＰＲＩ（Pulse Repetition Interval：パルス繰り返し周期）データによるＣＰＩ（Coherent Pulse Interval：コヒーレントパルス周期）データと呼ぶ。このＣＰＩデータは、レンジセル毎のfast-time軸とＰＲＩ間のslow-time軸の２次元データである。

ここで、本実施形態で用いる長時間積分方式について述べる。ＰＲＩ間隔で送信したパルス毎に、ＰＲＩ内のレンジセル単位でデータを取得する。この取得データを用いて長時間積分処理を実施する。長時間積分の場合には、目標の速度及び加速度により、slow-time軸に対してレンジセル及びドップラセルが動く。このため、高分解能なレンジ圧縮及びslow-time軸ＦＦＴ処理を行うと、目標ＳＮ（信号対雑音比）が低下する。この対策として、本実施形態では、レンジ分解能とドップラ分解能を低下させて、仮検出することを考える。

すなわち、本実施形態に係るレーダシステムでは、送信系統において、信号生成器１１で送信種信号を生成し、変調器１２で変調信号を生成し、周波数変換器１３で高周波信号に変換して、パルス変調器１４でパルス変調し、送信アンテナ１５から、Ｎ（Ｎ≧２）ヒットのパルスを送信する。

また、受信系統において、受信アンテナ２１で受信した信号は、周波数変換器２２で周波数変換され、ＡＤ変換器２３でディジタル信号に変換され、受信信号として出力される。次に、受信信号がパルス圧縮（非特許文献１参照）信号の場合は、帯域制限した狭帯域でパルス圧縮（レンジ圧縮）し（２４）、slow-time軸（ＮヒットのＰＲＩ軸）を分割し（２５）、分割したslow-time軸でＦＦＴ処理して（２６）、ＣＦＡＲ等により反射点を仮検出する（２７）。狭帯域信号にするのは、レンジ分解能を低下させてレンジウォークの影響を抑圧するためであり、slow-time軸を分割するのは、ドップラ分解能を低下させて、ドップラウォークの影響を抑圧するためである。なお、レンジ周波数帯域の分割や、slow-time軸の分割により、ＳＮが低下するため、分割単位毎の処理結果を振幅積分することにより、ＳＮ低下を防いで、仮検出する。

一方、ＡＤ変換器２３からのディジタル信号は、送信したチャープ帯域で広帯域レンジ圧縮し（２８）、仮検出した反射点を元に、レンジウォーク・ドップラウォーク補正して仮検出点を通るslow-time軸信号を置き換えた後（２９）、slow-time軸ＦＦＴ処理を行い（３０）、ＣＦＡＲ等により目標を検出して目標情報を得る（３１）。

上記構成において、図２Ａ及び図２Ｂ、図３を参照して、本実施形態の受信系統の処理について説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態の受信系統の処理の流れを示すフローチャートである。また、図３は、本実施形態の受信系統の処理の様子を示す図である。

本実施形態のレーダシステムでは、図２Ａに示すように、広帯域のパルス信号を送受信して（ステップＳ１１）、ＡＤ変換器２３からのＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）信号（fast-time及びslow-time信号、図３（ａ））を用いて、fast-time軸でＦＦＴして、レンジ周波数軸に変換する（ステップＳ１２、図３（ｂ））。この信号を用いて、レンジ周波数軸及びslow-time軸の信号をそれぞれ、Ｍf及びＭs分割し、Ｍf×Ｍs通りの信号を得る（ステップＳ１３，Ｓ１４、図３（ｃ））。レンジ周波数軸では分割信号以外は、０埋めとする。一方、slow-time軸では、ＦＦＴポイント数を減らすために、０埋めしない。このＭf×Ｍs通りの信号の各々で、fast-time軸でパルス圧縮（ステップＳ１５）、slow-time軸でＦＦＴして（ステップＳ１６）、レンジ軸及びドップラ軸で低分解能の信号を得て、更にＭf×Ｍs通りの信号を振幅積分し（ステップＳ１７～Ｓ２１）、ＣＦＡＲ等により仮検出点を求める（ステップＳ２２）。

この部分を定式化する。わかりやすくするために、レンジ圧縮とslow-time軸ＦＦＴについて、各々説明する。実際には、レンジ圧縮後、slow-time軸ＦＦＴまたは、その逆の順で処理を行う。

まず、図４を参照して、狭帯域レンジ圧縮について述べる（非特許文献１参照）。図４は、本実施形態で用いられる狭帯域レンジ圧縮処理の様子を示す図である。レンジ圧縮は、入力信号とレンジ圧縮用信号の相関処理であり、これを周波数領域で行う場合について定式化すると次の通りである。

まず、入力信号（図４（ａ１））と参照信号（図４（ａ２））をfast-time軸でＦＦＴすると（１）式（図４（ｂ１））、（２）式（図４（ｂ２））となり、これらを帯域制限すると（３）式（図４（ｃ１））、（４）式（図４（ｃ２））となり、帯域制限した信号と参照信号を共役乗算すると、（５）式（図４（ｄ１）、（図４（ｄ２））となる。
る。

時間軸上にするには、このsを次式のように逆フーリエ変換（図４（ｅ１）、（図４（ｅ２））すればよい。

上記の結果を振幅積分することで、仮検出セルが抽出される（図４（ｆ））。

以上により、狭帯域レンジ圧縮と広帯域レンジ圧縮のレンジセルの分解能を同じにでき、狭帯域レンジ圧縮で仮検出したセルをそのまま広帯域レンジ圧縮に対応させることができる。

次に、図５を参照して、時分割ＦＦＴ処理について定式化する。図５は、本実施形態で用いられる時分割ＦＦＴ処理の様子を示す図である。

まず、入力信号（図５（ａ））は（７）式となり、帯域制限を行ってslow-time軸を分割し（図５（ｂ））、slow-time軸でＦＦＴ処理すると（８）式となる（図５（ｃ））。

前述したように、レンジ圧縮からslow-time軸ＦＦＴに移行する場合は、（６）式を（７）式の入力信号に置き換えて、（７）、（８）式の処理を行えば、図５（ｃ）の信号に対するfast-time軸パルス圧縮及びslow-time軸ＦＦＴ処理を受けた信号を得る。そこで、さらに振幅積分すれば、図５（ｄ）の信号を得て、ＣＦＡＲ等により反射点を仮検出できる。

仮検出後の処理について、図２Ｂ及び図８を参照して説明する。
図２Ｂにおいて、仮検出後は、fast-time軸の広帯域でのレンジ圧縮を行い（ステップＳ２３）、slow-time軸を分割してＦＦＴ処理を行い（ステップＳ２４）、積分系列探索法によりレンジ及びドップラの積分系列を補正し（ステップＳ２５）、slow-time軸ＦＦＴ処理を行って（ステップＳ２６）、その結果を保存する（ステップＳ２７）。この時点で速度数を判断し（ステップＳ２８）、所定の速度数に達していない場合には、速度を変更して（ステップＳ２９）ステップＳ２５～Ｓ２８の処理を繰り返す。所定の速度数を超えた場合には、所定の加速度に達したか判断し（ステップＳ３０）、達していなければ加速度を変更して（ステップＳ３１）、ステップＳ２５～Ｓ３０の処理を繰り返す。所定の加速度に達した場合には、レンジバイアスの調整が終了したか判断し（ステップＳ３２）、調整が終了していなければ、レンジバイアスを変更して（ステップＳ３３）、ステップＳ２５～Ｓ３２の処理を繰り返す。レンジバイアスの調整が終了している場合には、ＦＦＴ処理結果から最大系列を抽出し（ステップＳ３４）、最大系列の置き換えを行って（ステップＳ３５）、仮検出数が最大値に到達したか判断し（ステップＳ３６）、達していなければ、仮検出数を変更してステップＳ２５～Ｓ３６の処理を繰り返し実行する。仮検出数が最大値に達した場合には、slow-time軸のＦＦＴ処理を行い（ステップＳ３８）、ＣＦＡＲ等により目標となるセルを検出する（ステップＳ３９）。

図６は、本実施形態で用いられる広帯域レンジ圧縮処理の様子を示す図である。すなわち、仮検出後は、元の入力信号（図６（ａ１））と参照信号（図６（ａ２））を用いて、fast-time軸の広帯域レンジ圧縮を行って、fast-time軸でＦＦＴを行い（図６（ｂ１）、（図６（ｂ２）））、両者の複素共役乗算を行う（図６（ｃ））。この時の処理は次式となる。

時間軸上にするには、このsを次式のように逆フーリエ変換すればよい（図６（ｄ））。

次に、図７Ａ及び図７Ｂを用いて、レンジウォーク及びドップラウォーク補正について説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、本実施形態で用いられるレンジウォーク及びドップラウォーク補正処理の様子を示す図である。

まず、狭帯域レンジ圧縮及び分割slow-time軸の処理結果に対して、ＣＦＡＲ等により仮検出し、仮検出毎にレンジセルを抽出して、レンジセルＲt（ｔ＝１～Ｐt：Ｐtは仮検出数）を得る。補正する単位として、slow-time軸で分割した信号を生成し、分割した信号毎にslow-time軸でＦＦＴ処理を行う（図７Ａ（ａ））。

次に、広帯域レンジ圧縮し、slow-time軸はＦＦＴ前の信号（ＲＤwide）を用いて、仮検出したＲtセルを中心に、所定の探索範囲の速度（Ｓv通り）及び加速度（Ｓa通り）とレンジセルのバイアス分（Ｓb通り）を用いて、slow-time軸に沿った積分系列（Ｓv×Ｓa×Ｓb）を設定する（図７Ａ（ｂ））。この積分系列は次式となる。

各積分系列を、レンジ軸でＲtセルになるようにレンジウォーク補正して、slow-time軸で並べ替える。このレンジウォーク補正では、レンジ周波数軸でシフトする手法（図７Ａ（ｃ））があり、後述する。ここの系列を全slow-time軸でＦＦＴ処理したＳv×Ｓa×Ｓb通りの結果の最大値が最大となる積分系列（slow-time軸ＦＦＴ処理前）を選定する（図７Ｂ（ｄ））。レンジＲt毎に、slow-time軸でＮセルのデータを最大となる積分系列に置き換える処理を仮検出のＰtセル分繰り返して、ＲＤcalデータを得る（図７Ｂ（ｅ））。このＲＤcalデータを用いて、slow-time軸ＦＦＴ処理してＣＦＡＲ等により検出する（図７Ｂ（ｆ））。この時の入力信号（図８（ａ））はslow-time軸のＦＦＴ処理により図８（ｂ）に示すようになる。

上記の処理手順により、仮検出によりサーチ範囲を限定して処理規模を低減した上で、レンジウォーク補正及びドップラウォーク補正をして、高いＳＮで処理できるため、誤検出は抑圧しつつ、目標を検出することができる。

以上のように、本実施形態では、単パルスまたは変調したslow-time軸にＮs（Ｎs≧１）セル、fast-time軸にＮf（Ｎf ≧１）セルある信号を用いて、まず、fast-time軸でＦＦＴ処理してレンジ周波数軸にした後、レンジ周波数をＭf（Ｍf≧１）分割し、またslow-time軸をＭs（Ｍs≧１）分割し、Ｍf×Ｍs分割した信号をそれ以外のＮf×Ｎs領域は０埋めした信号を用いて、fast-time軸はレンジ圧縮し、slow-time軸はＦＦＴ処理した Ｍf×Ｍsの信号を振幅積分して、ＣＦＡＲ等により仮検出してＰt（Ｐt≧１)個のレンジセルＲt、ドップラセルＦtを抽出する。次に、レンジ周波数の全帯域の信号を用いてレンジ圧縮し、slow-time軸は、全slow-time軸のＦＦＴ処理前の信号（ＲＤbef）を用いて、仮検出したＰt個のセルを中心に、所定の探索範囲の速度（Ｓv通り）及び加速度（Ｓa通り）とレンジセルのバイアス分（Ｓb通り）を用いて、slow-time軸に沿った積分系列（Ｓv×Ｓa×Ｓb）を設定し、各積分系列をレンジ軸でＲtセルになるようにレンジウォーク補正して、slow-time軸で並べ替えた後にslow-time軸でＦＦＴ処理したＳv×Ｓa×Ｓb通りの結果のピーク値（極大値）が最大となる積分系列（slow-time軸ＦＦＴ前）を選定し、slow-time軸ＦＦＴ前の信号（ＲＤbef）を置き換える(ＲＤaft)。これを仮検出Ｐt毎に繰り返したＲＤaft信号を用いてslow-time軸ＦＦＴ処理し、その結果を用いて、ＣＦＡＲ等により検出する。

すなわち、レンジ周波数軸狭帯域及びslow-time軸制限により、レンジ分解能及びドップラ分解能を制限し、レンジウォーク及びドップラウォークの影響を軽減した上で、ＣＦＡＲ等により仮検出し、広帯域のレンジ高分解能データ及びドップラ高分解能データを用いて、仮検出によるサーチ範囲を限定して処理規模を低減した上で、レンジウォーク（速度によるレンジセルずれ）とドップラウォーク（加速度によるドップラセルずれ）を補正して、slow-time軸でＦＦＴ処理することで、レンジ高分解能及びドップラ高分解能に目標を検出することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、レンジウォーク及びドップラウォーク補正の手法について述べた。ここで、レンジウォーク補正をレンジ周波数軸で実施する手法について述べる。各目標Ｐtの積分系列の候補（Ｓv×Ｓa×Ｓb通り）の各々について、レンジウォーク及びドップラウォーク補正するには、図７Ａ（ｃ）に示すように、slow-time軸のセル毎に、レンジ軸のシフトを補正する必要がある。この際、レンジセル単位でシフト量を決めると、シフト量に量子化誤差が発生し、slow-time軸でＦＦＴ処理する際のドップラ軸サイドローブが劣化し、ＳＮ（信号対雑音比）も低下し、誤検出が発生する。本実施形態は、この対策について、図９Ａ及び図９Ｂ、図１０及び図１１を参照して説明する。

図９Ａ及び図９Ｂは、第２の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャート、図１０は、第２の実施形態において、誤検出発生対策処理の流れを示すフローチャート、図１１は、図１０に示す誤検出発生対策処理の様子を示す図である。図９Ａ及び図９Ｂにおいて、図２Ａ及び図２Ｂと同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。

本実施形態の受信系統において、第１の実施形態と異なる点は、図９Ｂにおいて、ステップＳ４０の積分系列探索法のレンジ及びドップラの積分系列補正処理による誤検出発生対策処理にある。この処理は、レンジ圧縮後のslow-time軸のデータを入力して（ステップＳ４０１）、fast-time軸ＦＦＴ処理して、レンジ周波数－slow-time軸に変換する（ステップＳ４０２）。次に、積分系列（Ｓv×Ｓa×Ｓb通り）毎に、slow-time軸のセル毎にレンジシフト量を算出する（ステップＳ４０３、図１１（ａ））。さらに、slow-time軸のセル毎に、レンジシフト量に応じた位相勾配を次式により算出する（ステップＳ４０４、図１１（ｂ））。

slow-time軸のセル毎に位相勾配によりレンジ周波数軸を補正し（ステップＳ４０５）、そのレンジ周波数軸を逆ＦＦＴして、レンジ圧縮－slow-time軸の信号を得る（ステップＳ４０６）。

この結果を積分系列毎（Ｓv×Ｓa×Ｓb通り）に繰り返して、slow－time軸ＦＦＴ処理の結果が最大となる積分系列を抽出すれば、レンジウォーク及びドップラウォーク補正結果（図１１（ｃ））を得ることができる。

以上のように、本実施形態では、レンジウォーク補正について、レンジシフト量を、レンジ周波数軸の位相勾配で設定するようにしている。すなわち、レンジウォークをレンジ周波数軸の位相勾配でレンジセル単位以下の高精度に補正しているので、slow-time軸でＦＦＴ処理することで、目標をレンジ高分解能に検出できる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態、第２の実施形態では、レンジウォーク及びドップラウォーク（速度及び加速度）により、slow-time軸毎にレンジがずれることに対する補正手法について述べた。この際、レンジセルずれを補正しても、レンジセル内の速度、加速度による位相の補正まではできていない。本実施形態では、合成開口処理のオートフォーカス手法であるＰＧＡ（Phase gradient autofocus，非特許文献３参照）と類似の手法（特許文献３参照）を適用する例について、図１２乃至図１４を参照して説明する。図１２Ａ及び図１２Ｂは第３の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャート、図１３は第３の実施形態において、ＰＧＡによる誤検出発生対策処理の流れを示すフローチャート、図１４は図１３に示すＰＧＡによる誤検出発生対策処理の様子を示す図である。図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、図２Ａ及び図２Ｂ、図９Ａ及び図９Ｂと同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。

本実施形態において、第１、第２の実施形態と異なる点は、図１２Ｂの最大系列置き換え処理（ステップＳ３５）の後、仮検出数終了判断（ステップＳ３６）の前に、ＰＧＡによる誤検出発生対策処理（ステップＳ４１）を追加した点にある。

上記ＰＧＡによる誤検出発生対策処理は、まず、レンジウォーク及びドップラウォーク補正で仮検出されたレンジセルのレンジ圧縮－slow-time（ドップラ）軸信号を入力し（ステップＳ４１１、図１４（ａ１）、図１４（ａ２））、所定の振幅スレッショルド値を超えたピーク値（極大値）を抽出する（ステップＳ４１２、図１４（ｂ１）、図１４（ｂ２））。

次に、ピーク値をとドップラ軸でゼロ周波数にシフトするように、ドップラ軸の信号の並べ替えを行う（ステップＳ４１３）。これは、ピーク値のドップラ軸に対する位相勾配を除き、速度及び加速度による位相ずれのみを抽出するためである。

次に、ピーク値（０ドップラ）を中心に±Ｒ（Ｒ≧１）セルに窓関数（非特許文献４）を乗算し、窓関数の外側をゼロ埋めした信号ｓ0を生成し（ステップＳ４１４、図１４（ｂ１）、図１４（ｂ２））、この信号の逆ＦＦＴ処理を行う（ステップＳ４１５、図１４（ｃ））。これは、次式に示すように、位相ずれの振動成分を取り除き、安定した補正成分を得るためである。

次に、この信号Ｓ0(ts)の逆特性となる補正量Ｗc(ts)を、次式に示すようにslow-time軸の信号の補正値として算出して、入力信号を補正し（ステップＳ４１６、図１４（ｃ））、その補正後、ＦＦＴ処理を行ってドップラ軸の信号を得る。

このFs0(fs)を用いれば、速度や加速度変化による位相変化がある場合でも、高いＳＮで目標を検出することができる。

以上のように、本実施形態では、所定の振幅スレショルドを超えるドップラセルを中心に±Ｒセルの信号出力を抽出し、ドップラ周波数を０にシフトし、それ以外は０埋めした信号を逆ＦＦＴ処理し、その結果の共役複素値を補正係数として、slow-time軸の信号を補正するＰＧＡ処理を追加した。これにより、slow-time軸の位相変化を抽出して、逆補正することでドップラウォークを補正した後、slow-time軸でＦＦＴするようにしているので、目標を高感度に検出することができる。

なお、実施形態では、レーダ波を送受信するシステムについて述べたが、他のシステム（通信等を含む）の送信源を利用するパッシブレーダの場合にも適用できる。

また、本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…信号生成器、１２…変調器、１３…周波数変換器、１４…パルス変調器、１５…送信アンテナ、
２１…受信アンテナ、２２…周波数変換器、２３…ＡＤ変換器、２４…狭帯域レンジ圧縮器、２５…slow-time軸分割器、２６…slow-time軸ＦＦＴ処理器、２７…ＣＦＡＲ仮検出器、
２８…広帯域レンジ圧縮器、２９…レンジウォーク・ドップラウォーク補正器、３０…slow-time軸ＦＦＴ処理器、３１…ＣＦＡＲ検出器。

Claims (4)

1. ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval：パルス繰り返し周期）間隔で送信される単パルスまたは変調したＮ（Ｎ≧２）ヒットのパルス信号の反射波を受信し、その受信信号から目標信号を抽出するレーダシステムであって、
   前記受信信号から前記ＰＲＩ間のslow-time軸とレンジセル毎のfast-time軸の２次元データであるＣＰＩ（Coherent Pulse Interval：コヒーレントパルス周期）信号を生成し、
   前記ＣＰＩ信号を第１の系統と第２の系統に分配し、
   前記第１の系統に分配された前記ＣＰＩ信号のfast-time軸をＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理してレンジ周波数軸に変換し、前記レンジ周波数軸をＭf（Ｍf≧２）分割して帯域制限されたＭf個の分割信号を生成し、前記Ｍf個の分割信号を順次選択して選択された分割信号の帯域外を０埋めした状態で逆ＦＦＴ処理することで狭帯域レンジ圧縮された信号に変換し、前記ＣＰＩ信号のslow-time軸をＭs（Ｍs≧２）分割して時間制限されたＭs個の分割信号を生成し、前記Ｍs個の分割信号を順次選択してＦＦＴ処理することでドップラ軸に変換し、前記狭帯域レンジ圧縮及び前記ドップラ軸変換されたＭf×Ｍs通りの信号をそれぞれ振幅積分し、前記振幅積分されたＭf×Ｍs通りの信号から所定振幅以上の反射点を仮検出して仮検出レンジセルＲt（ｔ＝１～Ｐt：Ｐtは仮検出数）を抽出し、
   前記第２の系統に分配された前記ＣＰＩ信号を受信帯域全体で広帯域レンジ圧縮し、前記仮検出レンジセルＲtのレンジ毎に、Ｓv通りの速度、Ｓa通りの加速度、Ｓb通りのレンジバイアスによるＳv×Ｓa×Ｓb通りの積分系列を仮検出毎のレンジウォークサーチ範囲として設定し、前記Ｓv×Ｓa×Ｓb通りの積分系列から最大値となる最大積分系列をサーチし、前記仮検出レンジセルの信号をサーチした最大積分系列の信号に置き換えてレンジウォーク及びドップラウォークを補正し、slow-time軸ＦＦＴ処理によってレンジ－ドップラ信号に変換し、そのレンジ－ドップラ信号から所定値以上の反射点の信号を目標信号として出力する
   レーダシステム。
2. 前記レンジウォークの補正について、レンジ軸をfast-time軸ＦＦＴ処理してレンジ周波数軸に変換してレンジシフト量に応じた位相勾配を設定し、fast-time軸ＦＦＴ逆処理してレンジ軸に戻す請求項１記載のレーダシステム。
3. 前記第２の系統で広帯域レンジ圧縮され、レンジウォーク補正されてslow-time軸がドップラ軸に変換された前記レンジ－ドップラ信号を０ドップラにシフトして位相勾配を抑圧し、所定の振幅スレショルドを超えるドップラセルを中心に±Ｒセルの範囲内にある信号を抽出し、前記±Ｒセルの範囲外は０埋めした信号を逆ＦＦＴ処理し、その結果の共役複素信号を補正係数として前記レンジ－ドップラ信号の位相を補正する請求項１記載のレーダシステム。
4. ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval：パルス繰り返し周期）間隔で送信される単パルスまたは変調したＮ（Ｎ≧２）ヒットのパルス信号の反射波を受信し、その受信信号から目標信号を抽出するレーダ信号処理方法であって、
   前記受信信号から前記ＰＲＩ間のslow-time軸とレンジセル毎のfast-time軸の２次元データであるＣＰＩ（Coherent Pulse Interval：コヒーレントパルス周期）信号を生成し、
   前記ＣＰＩ信号を第１の系統と第２の系統に分配し、
   前記第１の系統に分配された前記ＣＰＩ信号のfast-time軸をＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理してレンジ周波数軸に変換し、前記レンジ周波数軸をＭf（Ｍf≧２）分割して帯域制限されたＭf個の分割信号を生成し、前記Ｍf個の分割信号を順次選択して選択された分割信号の帯域外を０埋めした状態で逆ＦＦＴ処理することで狭帯域レンジ圧縮された信号に変換し、前記ＣＰＩ信号のslow-time軸をＭs（Ｍs≧２）分割して時間制限されたＭs個の分割信号を生成し、前記Ｍs個の分割信号を順次選択してＦＦＴ処理することでドップラ軸に変換し、前記狭帯域レンジ圧縮及び前記ドップラ軸変換されたＭf×Ｍs通りの信号をそれぞれ振幅積分し、前記振幅積分されたＭf×Ｍs通りの信号から所定振幅以上の反射点を仮検出して仮検出レンジセルＲt（ｔ＝１～Ｐt：Ｐtは仮検出数）を抽出し、
   前記第２の系統に分配された前記ＣＰＩ信号を受信帯域全体で広帯域レンジ圧縮し、前記仮検出レンジセルＲtのレンジ毎に、Ｓv通りの速度、Ｓa通りの加速度、Ｓb通りのレンジバイアスによるＳv×Ｓa×Ｓb通りの積分系列を仮検出毎のレンジウォークサーチ範囲として設定し、前記Ｓv×Ｓa×Ｓb通りの積分系列から最大値となる最大積分系列をサーチし、前記仮検出レンジセルの信号をサーチした最大積分系列の信号に置き換えてレンジウォーク及びドップラウォークを補正し、slow-time軸ＦＦＴ処理によってレンジ－ドップラ信号に変換し、そのレンジ－ドップラ信号から所定値以上の反射点の信号を目標信号として出力する
   レーダ信号処理方法。