WO2019082269A1

WO2019082269A1 - レーダ装置

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Inventors: 健太郎磯田
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Abstract

レンジドップラデータ生成部（６）により生成された複数のレンジドップラデータにおいて、目標との相対速度によって生じる目標までの距離誤差に基づいて、複数の送信信号の間の周波数差に対応する位相差をそれぞれ補正する位相補正部（７）を設け、目標検出部（８）が、位相補正部（７）により位相差が補正された複数のレンジドップラデータから目標を検出する。

Description

レーダ装置

　この発明は、目標を検出するレーダ装置に関するものである。

　レーダ装置が、ビームを形成して目標を検出する技術として、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）レーダ技術が知られている。
　ＭＩＭＯレーダ技術は、複数のアンテナが、互いに直交する信号を目標に向けてそれぞれ送信したのち、複数のアンテナが、目標に反射された信号である反射信号をそれぞれ受信する。
　そして、ＭＩＭＯレーダ技術は、受信した複数の反射信号をそれぞれ復調して、複数の復調した信号を合成することでビームを形成し、形成したビームから目標を検出する技術である。

　互いに直交する信号としては、互いに周波数が異なる信号が考えられる。
　レーダ装置が互いに直交する信号を用いる方式は、周波数分割方式と呼ばれ、以下の特許文献１には、周波数分割方式の基本的な構成が開示されている。
　周波数分割方式は、各々の送信信号の間で周波数が異なるため、目標までの距離に応じて、各々の復調信号の位相を補正する必要がある。
　なお、レーダ装置において、目標までの距離の分解能を高める方式として、各々の送信信号に周波数変調を施す方式が知られている。
　各々の送信信号に周波数変調を施す方式として、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）方式や、ＬＦＭ（Ｌｉｎｅｒ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルス圧縮方式などがある。

特開２０１６－１３６１１６号公報

　従来のレーダ装置で用いられている周波数分割方式と、ＦＭＣＷ方式又はＬＦＭパルス圧縮方式とを併用した場合、目標が移動してしまうと、目標との相対速度に応じて、距離シフトが生じる。距離シフトは、目標までの距離誤差に相当する。
　距離シフトが生じてしまうと、目標までの距離に誤差が含まれてしまうため、目標までの距離に応じて、各々の復調信号の位相補正を実施しても、正しく補正することができず、目標の検出精度が劣化してしまうという課題があった。

　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、目標までの距離の分解能を高める方式と周波数分割方式とを併用しても、目標の検出精度の劣化を抑えることができるレーダ装置を得ることを目的とする。

　この発明に係るレーダ装置は、互いに周波数が異なり、かつ、周波数が変調されている複数の送信信号を生成する送信信号生成部と、送信信号生成部により生成された複数の送信信号のそれぞれを空間に放射する信号送信部と、信号送信部により放射された複数の送信信号のそれぞれが目標に反射された信号である反射信号をそれぞれ受信する信号受信部と、信号受信部により受信された複数の反射信号のそれぞれをフーリエ変換することで、距離と速度軸のデータであるレンジドップラデータをそれぞれ生成するレンジドップラデータ生成部と、レンジドップラデータ生成部により生成された複数のレンジドップラデータにおいて、目標との相対速度によって生じる目標までの距離誤差に基づいて、複数の送信信号の間の周波数差に対応する位相差をそれぞれ補正する位相補正部とを設け、目標検出部が、位相補正部により位相差が補正された複数のレンジドップラデータから目標を検出するようにしたものである。

　この発明によれば、レンジドップラデータ生成部により生成された複数のレンジドップラデータにおいて、目標との相対速度によって生じる目標までの距離誤差に基づいて、複数の送信信号の間の周波数差に対応する位相差をそれぞれ補正する位相補正部を設け、目標検出部が、位相補正部により位相差が補正された複数のレンジドップラデータから目標を検出するように構成したので、目標までの距離の分解能を高める方式と周波数分割方式とを併用しても、目標の検出精度の劣化を抑えることができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１によるレーダ装置の信号処理部５のハードウェア構成を示すハードウェア構成図である。信号処理部５がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。信号処理部５がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合の処理手順を含むレーダ装置の動作内容を示すフローチャートである。送信信号生成部１により生成される複数の送信信号を示す説明図である。空間の座標系を示す説明図である。この発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。送信信号生成部２１により生成される複数の送信信号を示す説明図である。

　以下、この発明をより詳細に説明するために、この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、この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
　図２は、この発明の実施の形態１によるレーダ装置の信号処理部５のハードウェア構成を示すハードウェア構成図である。
　図１及び図２において、送信信号生成部１は、互いに周波数が異なり、かつ、周波数が変調されている複数の送信信号を生成し、複数の送信信号を信号送信部２及び受信処理部４に出力する。

　信号送信部２は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の送信アンテナ２－０～２－（Ｎ－１）を備えており、送信信号生成部１から出力された複数の送信信号のそれぞれを空間に放射する。
　送信アンテナ２－０～２－（Ｎ－１）は、半波長ダイポールアンテナなどの素子アンテナであってもよいし、いくつかの素子アンテナで構成されているサブアレイアンテナであってもよい。
　信号受信部３は、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の受信アンテナ３－０～３－（Ｍ－１）を備えており、信号送信部２により放射された複数の送信信号のそれぞれが目標に反射された信号である反射信号をそれぞれ受信し、複数の反射信号を受信処理部４に出力する。
　受信アンテナ３－０～３－（Ｍ－１）は、半波長ダイポールアンテナなどの素子アンテナであってもよいし、いくつかの素子アンテナで構成されているサブアレイアンテナであってもよい。
　図１では、レーダ装置が信号送信部２及び信号受信部３を備えている例を示しているが、複数の送信信号の放射と複数の反射信号の受信とを兼ねる送受信アンテナを備えることで、信号送信部２及び信号受信部３が一体化されている構成であってもよい。

　受信処理部４は、周波数変換部４ａ及びアナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」と称する）４ｂを備えている。
　周波数変換部４ａは、送信信号生成部１から出力された複数の送信信号のそれぞれを用いて、信号受信部３から出力された複数の反射信号の周波数をそれぞれ変換する。
　Ａ／Ｄ変換器４ｂは、周波数変換部４ａにより周波数が変換された複数の反射信号のそれぞれをアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換した複数のデジタル信号を受信信号として信号処理部５に出力する。

　信号処理部５は、レンジドップラデータ生成部６、位相補正部７及び目標検出部８を備えている。
　レンジドップラデータ生成部６は、例えば図２に示すレンジドップラデータ生成回路１１で実現される。
　レンジドップラデータ生成部６は、受信処理部４のＡ／Ｄ変換器４ｂから出力された複数の受信信号のそれぞれをフーリエ変換することで、距離と速度軸のデータであるレンジドップラデータをそれぞれ生成し、複数のレンジドップラデータを位相補正部７に出力する処理を実施する。

　位相補正部７は、例えば図２に示す位相補正回路１２で実現される。
　位相補正部７は、レンジドップラデータ生成部６から出力された複数のレンジドップラデータにおいて、目標との相対速度によって生じる目標までの距離誤差に基づいて、複数の送信信号の間の周波数差に対応する位相差をそれぞれ補正し、位相差補正後の複数のレンジドップラデータを目標検出部８に出力する処理を実施する。

　目標検出部８は、ＭＩＭＯビーム形成部９及び目標検出処理部１０を備えており、位相補正部７より出力された位相差補正後の複数のレンジドップラデータから目標を検出する処理を実施する。
　ＭＩＭＯビーム形成部９は、例えば図２に示すビーム形成回路１３で実現される。
　ＭＩＭＯビーム形成部９は、位相補正部７から出力された位相差補正後の複数のレンジドップラデータに対して、後述する空間位相差を補正する係数を乗算することで、ＭＩＭＯビームを形成する処理を実施する。
　目標検出処理部１０は、例えば図２に示す目標検出処理回路１４で実現される。
　目標検出処理部１０は、ＭＩＭＯビーム形成部９により形成されたＭＩＭＯビームに対して、例えばＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｆａｌｓｅ　Ａｌａｒｍ　Ｒａｔｉｏ）処理を適用することで、目標を検出する処理を実施する。

　図１では、レーダ装置における信号処理部５の構成要素であるレンジドップラデータ生成部６、位相補正部７、ＭＩＭＯビーム形成部９及び目標検出処理部１０のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアで実現されるものを想定している。即ち、レンジドップラデータ生成回路１１、位相補正回路１２、ビーム形成回路１３及び目標検出処理回路１４で実現されるものを想定している。
　ここで、レンジドップラデータ生成回路１１、位相補正回路１２、ビーム形成回路１３及び目標検出処理回路１４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。

　信号処理部５の構成要素は、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理部５がソフトウェア、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で実現されるものであってもよい。
　ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、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、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
　図３は、信号処理部５がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。

　信号処理部５がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合、レンジドップラデータ生成回路１１、位相補正回路１２、ビーム形成回路１３及び目標検出処理回路１４の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムをメモリ３２に格納し、コンピュータのプロセッサ３１がメモリ３２に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
　図４は、信号処理部５がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合の処理手順を含むレーダ装置の動作内容を示すフローチャートである。

　次に動作について説明する。
　この実施の形態１では、目標までの距離の分解能を高める方式として、ＦＭＣＷ方式を使用し、ＦＭＣＷ方式と周波数分割方式とを併用する例を説明する。
　送信信号生成部１は、互いに周波数が異なり、かつ、周波数が変調されている複数の送信信号を生成する（図４のステップＳＴ１）。複数の送信信号は、ＦＭＣＷ方式で周波数変調が施されているＦＭＣＷ信号である。
　送信信号生成部１は、生成した複数の送信信号を信号送信部２及び受信処理部４に出力する。

　ここで、図５は、送信信号生成部１により生成される複数の送信信号を示す説明図である。
　図５において、横軸は時間ｔ、縦軸は周波数ｆである。
　ｆ_ｃは、送信信号生成部１から信号送信部２の送信アンテナ２－０に出力される送信信号の最小周波数、ｆ_ｏｆｆは、送信信号生成部１から送信アンテナ２－ｎ（ｎ＝０，１，・・・，Ｎ－２）に出力される送信信号の周波数と、送信信号生成部１から送信アンテナ２－（ｎ＋１）に出力される送信信号の周波数との差（以下、オフセット周波数と称する）である。
　Ｔ_ＷＲＩは、チャープ幅である掃引時間、Ｂは、掃引帯域幅である。
　図５では、各々の掃引期間であるスイープを、０スイープ目、１スイープ目、・・・、（Ｌ－１）スイープ目のように区別している。

　信号送信部２の送信アンテナ２－０～２－（Ｎ－１）は、送信信号生成部１から出力されたＮ個の送信信号のそれぞれを空間に放射する（図４のステップＳＴ２）。
　送信アンテナ２－０～２－（Ｎ－１）から空間に放射されたＮ個の送信信号は、目標に反射された後、反射信号としてレーダ装置に戻ってくる。
　信号受信部３の受信アンテナ３－０～３－（Ｍ－１）は、目標に反射された信号であるＮ個の反射信号のそれぞれを受信し、Ｎ個の反射信号を受信処理部４に出力する（図４のステップＳＴ３）。
　送信信号の個数がＮ個で、受信アンテナ３－０～３－（Ｍ－１）の個数がＭ個であるため、Ｎ×Ｍ個の反射信号が受信されて、Ｎ×Ｍ個の反射信号が受信処理部４に出力される。

　受信処理部４の周波数変換部４ａは、送信信号生成部１から出力されたＮ個の送信信号のそれぞれを用いて、信号受信部３から出力されたＮ×Ｍ個の反射信号の周波数をそれぞれ変換する（図４のステップＳＴ４）。
　例えば、受信アンテナ３－ｍ（ｍ＝０，１，・・・，Ｍ－１）により受信された反射信号に着目すると、周波数変換部４ａは、反射信号をＮ個の信号に分配し、分配したＮ個の信号のうち、ｎ（ｎ＝０，１，・・・，Ｎ－１）番目の信号には、送信信号生成部１から送信アンテナ２－ｎ（ｎ＝０，１，・・・，Ｎ－１）に出力された送信信号を乗算することで、ｎ番目の信号の周波数を変換する。

　例えば、０スイープ目での目標までの距離がＲ、０スイープ目での目標との相対速度がｖ_Ｄであれば、送信アンテナ２－ｎから空間に放射された送信信号に対応する周波数変換後の反射信号ｓ_{Ｒｘ，ｎ，０}（ｔ）は、以下の非特許文献１の記載を参酌すると、以下の式（１）のように表される。

　式（１）において、ｃは光速である。
　ただし、非特許文献１では、送信信号と反射信号の周波数差であるビート周波数が示されているが、後段の位相補正部７の説明のため、式（１）では、送信信号の周波数による位相項も含めて記載している。また、送信アンテナ２－ｎ、受信アンテナ３－ｍ及び目標との角度による空間位相差については、後述する式（４）に含めるものとして、式（１）には含めていない。
［非特許文献１］W.L.Melvin,他, PRINCIPLES OF MODERN RADAR;Vol.3RADAR APPLICATIONS,Scitech,2014.

　ｌ（ｌ＝０，１，・・・，Ｌ－１）スイープ目では、目標までの距離がＲ－ｖ_ＤｌＴ_ＷＲＩとなるため、ｌスイープ目での周波数変換後の反射信号ｓ_{Ｒｘ，ｎ，ｌ}（ｔ）は、以下の式（２）のように表される。

　式（２）において、スイープ間での目標の距離移動は、距離分解能と比べて小さいため、無視できるものとしている。

　受信処理部４のＡ／Ｄ変換器４ｂは、周波数変換部４ａにより周波数が変換された複数の反射信号のそれぞれをアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を受信信号として信号処理部５に出力する（図４のステップＳＴ５）。
　ここで、Ａ／Ｄ変換器４ｂのサンプリング周期をδｔとして、ｔ＝ｋδｔ（ｋ＝０～Ｋ－１）を式（２）に代入すると、ｌスイープ目での受信信号ｓ_{Ｒｘ，ｎ，ｌ}［ｋ，ｌ］は、以下の式（３）のように表される。

　送信アンテナ２－ｎ、受信アンテナ３－ｍ及び目標の角度による空間位相差を、図６に示す空間の座標系で考慮するものとする。図６は、空間の座標系を示す説明図である。
　目標方向の単位方向ベクトルをｉ、送信アンテナ２－ｎの位置ベクトルをｄ_ｎ ^Ｔｘ、受信アンテナ３－ｍの位置ベクトルをｄ_ｍ ^Ｒｘとすると、送信アンテナ２－ｎ、受信アンテナ３－ｍ及び目標との角度による空間位相差は、以下の式（４）のように表される。

　式（４）において、Ａ＋Ｂが、空間位相差となる。

　式（４）を式（３）に乗算することで、空間位相差を含む受信信号ｓ_Ｒｘ［ｎ，ｍ，ｋ，ｌ］が得られる。空間位相差を含む受信信号ｓ_Ｒｘ［ｎ，ｍ，ｋ，ｌ］は、以下の式（５）のように表される。

　この実施の形態１では、式（５）のように表される空間位相差を含む受信信号ｓ_Ｒｘ［ｎ，ｍ，ｋ，ｌ］が、受信処理部４のＡ／Ｄ変換器４ｂから信号処理部５に出力される。

　信号処理部５のレンジドップラデータ生成部６は、受信処理部４のＡ／Ｄ変換器４ｂから出力された受信信号ｓ_Ｒｘ［ｎ，ｍ，ｋ，ｌ］をフーリエ変換することで、距離と速度軸のデータであるレンジドップラデータを生成し、レンジドップラデータを位相補正部７に出力する（図４のステップＳＴ６）。
　即ち、レンジドップラデータ生成部６は、受信処理部４のＡ／Ｄ変換器４ｂから出力された受信信号ｓ_Ｒｘ［ｎ，ｍ，ｋ，ｌ］を式（５）に示すｋ方向（スイープ内）にフーリエ変換することで、距離次元のデータを得る。
　また、レンジドップラデータ生成部６は、ｋ方向にフーリエ変換した受信信号を式（５）に示すｌ方向（スイープ間）にフーリエ変換することで、速度次元のデータを得る。
　これにより、距離と速度軸のデータであるレンジドップラデータが得られる。

　以下、レンジドップラデータ生成部６によるレンジドップラデータの生成処理を具体的に説明する。
　式（５）は、変数を用いて、以下の式（６）のように表す。

　式（６）をｋ方向にフーリエ変換し、かつ、ｌ方向にフーリエ変換すると、以下の式（８）のように表される。

　式（８）において、ｋ_ｆは、レンジビンを示す番号、ｌ_ｆは、ドップラビンを示す番号である。
　また、Ｋ_ＦＦＴは、ｋ方向のフーリエ変換を行う際にゼロパッティングしたＦＦＴ点数、Ｌ_ＦＦＴは、ｌ方向のフーリエ変換を行う際にゼロパッティングしたＦＦＴ点数である。ＵＰチャープの場合、ビート周波数は負の周波数となる。
　ここでは、目標までの距離が遠くなるほど、レンジビンを示す番号ｋ_ｆが増加すると定義し、ｌは、ドップラ周波数の正負も考慮して、ｌ＝－Ｌ／２～Ｌ／２－１としている。

　式（７）を式（８）に代入すると、レンジドップラデータｓ_ｂ［ｎ，ｍ，ｋ_ｆ，ｌ_ｆ］は、以下の式（９）のように表される。

　信号処理部５の位相補正部７は、レンジドップラデータ生成部６から出力されたレンジドップラデータｓ_ｂ［ｎ，ｍ，ｋ_ｆ，ｌ_ｆ］において、目標との相対速度に応じて生じる距離シフトに基づいて、オフセット周波数ｆ_ｏｆｆに対応する位相差を補正する（図４のステップＳＴ７）。
　位相補正部７は、位相差補正後のレンジドップラデータを目標検出部８に出力する。

　以下、位相補正部７によるレンジドップラデータに対する位相差の補正処理を具体的に説明する。
　後段のＭＩＭＯビーム形成部９では、位相補正部７による位相差補正後のレンジドップラデータに対して、空間位相差を補正する係数を乗算することで、ＭＩＭＯビームを形成する。
　しかし、レンジドップラデータｓ_ｂ［ｎ，ｍ，ｋ_ｆ，ｌ_ｆ］を示す式（９）において、１番目のｅｘｐの項は、Ｎ個の送信アンテナ２－０～２－（Ｎ－１）から放射されるＮ個の送信信号の周波数がオフセット周波数ｆ_ｏｆｆずつ異なっているため、Ｎ個の送信信号の位相が異なることを示している。
　したがって、Ｎ個の送信アンテナ２－０～２－（Ｎ－１）のそれぞれから送信信号が放射された後、目標に反射された送信信号である複数の反射信号の間に、位相誤差が生じるため、複数の反射信号をコヒーレントに積み上げることができない。
　このため、レンジドップラデータ生成部６から出力されたレンジドップラデータｓ_ｂ［ｎ，ｍ，ｋ_ｆ，ｌ_ｆ］において、オフセット周波数ｆ_ｏｆｆに対応する位相差を補正する必要がある。

　オフセット周波数ｆ_ｏｆｆに対応する位相差は、以下の式（１０）に示す補正係数ｗを式（９）に示すレンジドップラデータｓ_ｂ［ｎ，ｍ，ｋ_ｆ，ｌ_ｆ］に乗算することで補正することができる。

　式（１０）において、Ｒは、目標までの距離である。
　目標までの距離Ｒは、事前に求めることができないため、レンジビンｋ_ｆ毎に位相を補正する。
　式（９）より、目標までの距離Ｒと、ビート周波数ビンとの関係は、以下の式（１１）で表される。

　ただし、式（１１）から分かるように、目標までの距離Ｒは、目標との相対速度ｖ_Ｄにも依存しているため、ドップラ周波数毎に補正係数ｗを変更する必要がある。
　式（９）より、目標との相対速度ｖ_Ｄとドップラビンｌ_ｆとの関係は、以下の式（１２）で表される。

　式（１２）を式（１１）に代入し、その代入結果を式（１０）に代入することで、ドップラ周波数毎に補正係数ｗを補正する。
　以下の式（１３）は、補正後の補正係数ｗ［ｎ，ｍ，ｋ_ｆ，ｌ_ｆ］を表している。

　位相補正部７は、式（１３）に示す補正係数ｗ［ｎ，ｍ，ｋ_ｆ，ｌ_ｆ］をレンジドップラデータ生成部６から出力されたレンジドップラデータｓ_ｂ［ｎ，ｍ，ｋ_ｆ，ｌ_ｆ］に乗算することで、オフセット周波数ｆ_ｏｆｆに対応する位相差を補正する。
　これにより、目標との相対速度ｖ_Ｄに応じて距離シフトが生じても、オフセット周波数ｆ_ｏｆｆに対応する位相差を正確に補正することができる。

　目標検出部８のＭＩＭＯビーム形成部９は、位相補正部７から出力された位相差補正後のレンジドップラデータに対して、空間位相差を補正する係数である以下の式（１４）に示すウェイトａ_ＭＩＭＯを乗算することで、以下の式（１５）に示すＭＩＭＯビームｓ_ＭＩＭＯ［ｋ_ｆ，ｌ_ｆ，θ_ｂ，φ_ｂ］を形成する（図４のステップＳＴ８）。

　式（１４）及び式（１５）において、ｉ_ｂは、ビーム指向方向の単位方向ベクトルである。
　φ_ｂは、ビーム指向方向の方位角、θ_ｂは、ビーム指向方向の仰角である。

　目標検出部８の目標検出処理部１０は、ＭＩＭＯビーム形成部９により形成されたＭＩＭＯビームｓ_ＭＩＭＯ［ｋ_ｆ，ｌ_ｆ，θ_ｂ，φ_ｂ］に対して、例えばＣＦＡＲ処理を適用することで、目標を検出する処理を実施する（図４のステップＳＴ９）。
　ＣＦＡＲ処理は、例えば、以下の非特許文献２に開示されている。
［非特許文献２］Chen, V. C., "Time-Frequency transforms for Radar Imaging and Signal Analysis", ISBN-10: 1580532888, 1 January 2002.

　以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、レンジドップラデータ生成部６により生成された複数のレンジドップラデータにおいて、目標との相対速度によって生じる目標までの距離誤差に基づいて、複数の送信信号の間の周波数差に対応する位相差をそれぞれ補正する位相補正部７を設け、目標検出部８が、位相補正部７により位相差が補正された複数のレンジドップラデータから目標を検出するように構成したので、目標までの距離の分解能を高める方式と周波数分割方式とを併用しても、目標の検出精度の劣化を抑えることができる効果を奏する。

　この実施の形態１では、目標までの距離の分解能を高める方式として、ＦＭＣＷ方式を用いる例を示している。
　しかし、これに限るものではなく、例えば、ＦＭＩＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）方式を用いるようにしてもよい。
　ＦＭＩＣＷ方式は、ＦＭＣＷ方式で周波数変調が施されているＦＭＣＷ信号をパルス化し、送信アンテナ２－ｎからパルスが放射されていない期間に、目標に反射されたパルスの反射信号を受信する方式である。
　ＦＭＩＣＷ方式を用いる場合でも、信号処理部５の処理内容は変わらない。ＦＭＩＣＷ方式は、例えば、非特許文献３に開示されている。
［非特許文献３］仲功，他，短波地表レーダによる船舶探知実験，電子情報通信学会論文誌B Vol.J82-B, No.3,pp.461-168,1999.

実施の形態２．
　上記実施の形態１では、目標までの距離の分解能を高める方式として、ＦＭＣＷ方式を用いる例を示している。
　この実施の形態２では、目標までの距離の分解能を高める方式として、ＬＦＭパルス圧縮方式を用いる例を説明する。

　図７は、この発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。
　図７において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　送信信号生成部２１は、互いに周波数が異なり、かつ、周波数が変調されている複数の送信信号を生成し、複数の送信信号を信号送信部２及び受信処理部４に出力する。
　複数の送信信号は、ＬＦＭパルス圧縮方式で周波数変調が施されているＬＦＭパルス信号である。

　図８は、送信信号生成部２１により生成される複数の送信信号を示す説明図である。
　図８において、横軸は時間ｔ、縦軸は周波数ｆである。
　ｆ_ｃは、送信信号生成部２１から信号送信部２の送信アンテナ２－０に出力される送信信号の最小周波数、ｆ_ｏｆｆは、送信信号生成部２１から送信アンテナ２－ｎ（ｎ＝０，１，・・・，Ｎ－２）に出力される送信信号の周波数と、送信信号生成部２１から送信アンテナ２－（ｎ＋１）に出力される送信信号の周波数との差（オフセット周波数）である。
　Ｔ_Ｐは、パルス幅、Ｔ_ＷＲＩは、パルス繰り返し周期、Ｂは、掃引帯域幅である。
　図８では、各々のパルスを、０パルス、・・・、（Ｌ－１）パルス目のように区別している。

　信号処理部５は、レンジドップラデータ生成部２２、位相補正部７及び目標検出部８を備えている。
　レンジドップラデータ生成部２２は、例えば図２に示すレンジドップラデータ生成回路１１で実現される。
　レンジドップラデータ生成部２２は、受信処理部４のＡ／Ｄ変換器４ｂから出力された複数の受信信号をパルス繰り返し周期Ｔ_ＷＲＩ内でフーリエ変換し、周波数軸上で、フーリエ変換した結果に、送信信号の周波数領域の複素共役である参照関数を乗算することで、受信信号をパルス圧縮する。
　レンジドップラデータ生成部２２は、パルス圧縮した受信信号を逆フーリエ変換することで、距離次元データを得る。
　また、レンジドップラデータ生成部２２は、距離次元データをパルス繰り返し周期Ｔ_ＷＲＩ間でフーリエ変換することで、速度次元データを得て、レンジドップラデータを得る。
　ＬＦＭパルス圧縮方式においても、ドップラによる距離シフトが、ＦＭＣＷ方式と変わらないため、上記実施の形態１で示した位相補正部７の処理で位相補正を実施することができる。

　この実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様に、目標までの距離の分解能を高める方式と周波数分割方式とを併用しても、目標の検出精度の劣化を抑えることができる。

　この実施の形態２では、目標までの距離の分解能を高める方式として、ＬＦＭパルス圧縮方式を用いる例を示している。
　しかし、これに限るものではなく、例えば、周波数変調を非線形としているＮＬＦＭ（ＮｏＬｉｎｅｒ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルス圧縮方式を用いるようにしてもよい。
　ＮＬＦＭ方式を用いる場合でも、信号処理部５の処理内容は変わらない。

　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

　この発明は、目標を検出するレーダ装置に適している。

　１　送信信号生成部、２　信号送信部、２－０～２－（Ｎ－１）　送信アンテナ、３　信号受信部、３－０～３－（Ｍ－１）　受信アンテナ、４　受信処理部、４ａ　周波数変換部、４ｂ　Ａ／Ｄ変換器、５　信号処理部、６　レンジドップラデータ生成部、７　位相補正部、８　目標検出部、９　ＭＩＭＯビーム形成部、１０　目標検出処理部、１１　レンジドップラデータ生成回路、１２　位相補正回路、１３　ビーム形成回路、１４　目標検出処理回路、２１　送信信号生成部、２２　レンジドップラデータ生成部、３１　プロセッサ、３２　メモリ。

Claims

　互いに周波数が異なり、かつ、周波数が変調されている複数の送信信号を生成する送信信号生成部と、
　前記送信信号生成部により生成された複数の送信信号のそれぞれを空間に放射する信号送信部と、
　前記信号送信部により放射された複数の送信信号のそれぞれが目標に反射された信号である反射信号をそれぞれ受信する信号受信部と、
　前記信号受信部により受信された複数の反射信号のそれぞれをフーリエ変換することで、距離と速度軸のデータであるレンジドップラデータをそれぞれ生成するレンジドップラデータ生成部と、
　前記レンジドップラデータ生成部により生成された複数のレンジドップラデータにおいて、前記目標との相対速度によって生じる前記目標までの距離誤差に基づいて、前記複数の送信信号の間の周波数差に対応する位相差をそれぞれ補正する位相補正部と、
　前記位相補正部により位相差が補正された複数のレンジドップラデータから前記目標を検出する目標検出部と
　を備えたレーダ装置。
　前記送信信号生成部は、前記送信信号として、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）方式、または、ＦＭＩＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）方式で、周波数を変調した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。
　前記送信信号生成部は、前記送信信号として、ＬＦＭ（Ｌｉｎｅｒ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルス圧縮方式、または、ＮＬＦＭ（ＮｏＬｉｎｅｒ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルス圧縮方式で、周波数を変調したパルス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。