JP7499995B1 - レーダ信号処理装置、レーダ信号処理方法及びレーダ装置 - Google Patents

Abstract

アレーアンテナ（１６）に含まれている複数のアンテナ素子（１６－１）～（１６－Ｋ）のそれぞれにパルスが受信される毎に、それぞれのアンテナ素子（１６－ｋ）（ｋ＝１，・・・，Ｋ）からパルスの受信信号を取得する受信信号取得部（２１）と、受信信号取得部（２１）により取得されたそれぞれの受信信号をスロータイム方向にフーリエ変換するフーリエ変換部（２２）とを備えるように、レーダ信号処理装置（３）を構成した。また、レーダ信号処理装置（３）は、フーリエ変換部（２２）によるフーリエ変換後の信号が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させる雑音低減部（２３）と、雑音低減部（２３）による成分低減後の信号をスロータイム方向に逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部（２４）と、逆フーリエ変換部（２４）による逆フーリエ変換後の信号に基づいて、目標の角度スペクトルを算出する角度スペクトル算出部（２５）とを備えている。

Description

本開示は、レーダ信号処理装置、レーダ信号処理方法及びレーダ装置に関するものである。

追尾対象の目標の角度情報として、目標の角度スペクトルを算出するレーダ信号処理方法がある。
このようなレーダ信号処理方法として、例えば、非特許文献１には、互いに離れた位置に設置されている２つのアンテナの受信信号を干渉させることによって、目標の角度情報として、目標の角速度を算出する方法が開示されている。

J. A. Nanzer and K. S. Zilevu, "Dual interferometric-Doppler measurements of the radial and angular velocity of humans," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 62, no. 3, pp. 1513-1517, Mar. 2014,.

非特許文献１に開示されている方法は、干渉によって信号の積をとるために、アンテナの受信信号の信号対雑音比（以下「ＳＮＲ」という）が低減することがある。ＳＮＲの低下に伴って、目標の角速度の算出精度が劣化してしまうことがあるという課題があった。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、受信信号のＳＮＲが低い環境下における目標の角度情報の算出精度の劣化を防ぐことができるレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。

本開示に係るレーダ信号処理装置は、アレーアンテナに含まれている複数のアンテナ素子のそれぞれにパルスが受信される毎に、それぞれのアンテナ素子からパルスの受信信号を取得する受信信号取得部と、受信信号取得部により取得されたそれぞれの受信信号をスロータイム方向にフーリエ変換するフーリエ変換部とを備えている。また、レーダ信号処理装置は、フーリエ変換部によるフーリエ変換後の信号が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させる雑音低減部と、雑音低減部による成分低減後の信号をスロータイム方向に逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部と、逆フーリエ変換部による逆フーリエ変換後の信号に基づいて、目標の角度スペクトルを算出し、算出した角度スペクトルに基づいてスロータイム毎の方位角を算出し、算出した方位角の時間変化から目標の角速度を算出する角度スペクトル算出部とを備えている。

本開示によれば、受信信号のＳＮＲが低い環境下における目標の角度情報の算出精度の劣化を防ぐことができる。

実施の形態１に係るレーダ装置を示す構成図である。 パルス送受信装置１を示す構成図である。 実施の形態１に係るレーダ信号処理装置３を示す構成図である。 実施の形態１に係るレーダ信号処理装置３のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 レーダ信号処理装置３が、ソフトウェア又はファームウェア等によって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。 レーダ信号処理装置３の処理手順であるレーダ信号処理方法を示すフローチャートである。 レーダ信号処理装置３のレーダ信号処理を示す説明図である。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示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、実施の形態１に係るレーダ装置を示す構成図である。
図１に示すレーダ装置は、パルス送受信装置１、信号記憶装置２及びレーダ信号処理装置３を備えている。
図２は、パルス送受信装置１を示す構成図である。
パルス送受信装置１は、パルス生成部１１、アナログ変換部１２、周波数変換部１３、信号増幅部１４、切り替え部１５、アンテナ素子１６－１～１６－Ｋ、帯域外成分除去部１７－１～１７－Ｋ、周波数変換部１８－１～１８－Ｋ及びデジタル変換部１９－１～１９－Ｋを備えている。Ｋは、２以上の整数である。

パルス生成部１１は、パルスを繰り返し生成し、生成したパルスを順番にアナログ変換部１２に出力する。
アナログ変換部１２は、パルス生成部１１からパルスが出力される毎に、パルスをアナログ信号に変換し、アナログ信号を周波数変換部１３に出力する。

周波数変換部１３は、アナログ変換部１２からアナログ信号が出力される毎に、アナログ信号の周波数をアップコンバートすることによって、アナログ信号をＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号に変換する。
周波数変換部１３は、ＲＦ信号を信号増幅部１４に出力する。
信号増幅部１４は、周波数変換部１３からＲＦ信号が出力される毎に、ＲＦ信号を増幅し、増幅後のＲＦ信号を切り替え部１５に出力する。
切り替え部１５は、信号増幅部１４から出力されたＲＦ信号をアンテナ素子１６－１に出力し、アンテナ素子１６－１から出力された受信信号を帯域外成分除去部１７－１に出力する。

アレーアンテナ１６は、Ｋ個のアンテナ素子１６－１～１６－Ｋを備えている。Ｋ個のアンテナ素子１６－１～１６－Ｋは、概ね直線状に配置されている。
アンテナ素子１６－１は、切り替え部１５から出力されたＲＦ信号に係る電波を目標に向けて放射する一方、目標等に反射された電波の反射波であるパルスを受信し、パルスの受信信号を切り替え部１５に出力する。目標は、例えば、飛翔体等の追尾対象である。ただし、目標は、追尾対象の目標に限るものではない。
アンテナ素子１６－ｋ（ｋ＝２，・・・，Ｋ）は、目標等に反射された電波の反射波であるパルスを受信し、パルスの受信信号を帯域外成分除去部１７－ｋに出力する。

帯域外成分除去部１７－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、例えば、バンドパスフィルタによって実現される。
帯域外成分除去部１７－ｋは、アンテナ素子１６－ｋから出力された受信信号の帯域外成分を除去する。
帯域外成分除去部１７－ｋは、帯域外成分除去後の受信信号を周波数変換部１８－ｋに出力する。

周波数変換部１８－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、帯域外成分除去部１７－ｋによる帯域外成分除去後の受信信号の周波数をダウンコンバートすることによって、当該受信信号をベースバンド信号に変換する。
周波数変換部１８－ｋは、ベースバンド信号をデジタル変換部１９－ｋに出力する。
デジタル変換部１９－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、周波数変換部１８－ｋから出力されたベースバンド信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号を信号記憶装置２に出力する。

信号記憶装置２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ハードディスク、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、あるいは、ミニディスクによって実現される。
信号記憶装置２は、デジタル変換部１９－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）から出力されたデジタル信号を記憶する。
以下、信号記憶装置２により記憶されるデジタル信号は、ｓ（ｈ，ｋ）で表されるものとする。ｋは、アンテナ素子１６－ｋを識別する記号である。ｈは、パルス生成部１１によりパルスが生成された順番を示す記号であって、パルスのスロータイム方向を示す記号である。ｈ＝１，・・・，Ｈであり、Ｈは、２以上の整数である。
したがって、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）は、アレー方向とスロータイム方向との２次元の信号である。

図３は、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置３を示す構成図である。
図４は、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置３のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
レーダ信号処理装置３は、受信信号取得部２１、フーリエ変換部２２、雑音低減部２３、逆フーリエ変換部２４及び角度スペクトル算出部２５を備えている。
レーダ信号処理装置３は、例えば追尾対象の目標の角度情報として、目標の角度スペクトルを算出する。

受信信号取得部２１は、例えば、図４に示す受信信号取得回路３１によって実現される。
受信信号取得部２１は、アンテナ素子１６－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）にパルスが受信される毎に、アンテナ素子１６－ｋからパルスの受信信号を取得する。
即ち、受信信号取得部２１は、信号記憶装置２から、パルスの受信信号として、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）を取得する。
受信信号取得部２１は、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）をフーリエ変換部２２に出力する。

フーリエ変換部２２は、例えば、図４に示すフーリエ変換回路３２によって実現される。
フーリエ変換部２２は、受信信号取得部２１から、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）を取得する。
フーリエ変換部２２は、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）をスロータイム方向にフーリエ変換する。
フーリエ変換部２２は、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）を雑音低減部２３に出力する。ｆ_ｄは、ドップラー周波数ビンを示す記号である。

雑音低減部２３は、例えば、図４に示す雑音低減回路３３によって実現される。
雑音低減部２３は、目標抽出部２３ａ及び０挿入部２３ｂを備えている。
雑音低減部２３は、フーリエ変換部２２から、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）を取得する。
雑音低減部２３は、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させる。
雑音低減部２３は、成分低減後の信号ｓ_２（ｆ_ｄ，ｋ）を逆フーリエ変換部２４に出力する。

目標抽出部２３ａは、フーリエ変換部２２から、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）を取得する。
目標抽出部２３ａは、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域を特定する。
０挿入部２３ｂは、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標抽出部２３ａにより特定された目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を０にすることによって、目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させる。
０挿入部２３ｂは、成分低減後の信号ｓ_２（ｆ_ｄ，ｋ）を逆フーリエ変換部２４に出力する。

逆フーリエ変換部２４は、例えば、図４に示す逆フーリエ変換回路３４によって実現される。
逆フーリエ変換部２４は、雑音低減部２３から、成分低減後の信号ｓ_２（ｆ_ｄ，ｋ）を取得する。
逆フーリエ変換部２４は、成分低減後の信号ｓ_２（ｆ_ｄ，ｋ）をスロータイム方向に逆フーリエ変換する。
逆フーリエ変換部２４は、逆フーリエ変換後の信号ｓ_２（ｈ，ｋ）を角度スペクトル算出部２５に出力する。

角度スペクトル算出部２５は、例えば、図４に示す角度スペクトル算出回路３５によって実現される。
角度スペクトル算出部２５は、逆フーリエ変換部２４から、逆フーリエ変換後の信号ｓ_２（ｈ，ｋ）を取得する。
角度スペクトル算出部２５は、逆フーリエ変換後の信号ｓ_２（ｈ，ｋ）に基づいて、目標の角度スペクトルを算出する。

図３では、レーダ信号処理装置３の構成要素である受信信号取得部２１、フーリエ変換部２２、雑音低減部２３、逆フーリエ変換部２４及び角度スペクトル算出部２５のそれぞれが、図４に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、レーダ信号処理装置３が、受信信号取得回路３１、フーリエ変換回路３２、雑音低減回路３３、逆フーリエ変換回路３４及び角度スペクトル算出回路３５によって実現されるものを想定している。
受信信号取得回路３１、フーリエ変換回路３２、雑音低減回路３３、逆フーリエ変換回路３４及び角度スペクトル算出回路３５のそれぞれは、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）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

レーダ信号処理装置３の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、レーダ信号処理装置３が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、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）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ 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５は、レーダ信号処理装置３が、ソフトウェア又はファームウェア等によって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。
レーダ信号処理装置３が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、受信信号取得部２１、フーリエ変換部２２、雑音低減部２３、逆フーリエ変換部２４及び角度スペクトル算出部２５におけるそれぞれ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がメモリ４１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ４２がメモリ４１に格納されているプログラムを実行する。

また、図４では、レーダ信号処理装置３の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図５では、レーダ信号処理装置３がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、レーダ信号処理装置３における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。

次に、図１に示すレーダ装置の動作について説明する。
パルス生成部１１は、パルスを繰り返し生成する。
パルス生成部１１は、パルスを生成する毎に、パルスをアナログ変換部１２に出力する。
アナログ変換部１２は、パルス生成部１１からパルスが出力される毎に、パルスをアナログ信号に変換する。
アナログ変換部１２は、アナログ信号を周波数変換部１３に出力する。

周波数変換部１３は、アナログ変換部１２からアナログ信号が出力される毎に、アナログ信号の周波数をアップコンバートすることによって、アナログ信号をＲＦ信号に変換する。
周波数変換部１３は、ＲＦ信号を信号増幅部１４に出力する。
信号増幅部１４は、周波数変換部１３からＲＦ信号が出力される毎に、ＲＦ信号を増幅する。
信号増幅部１４は、増幅後のＲＦ信号を切り替え部１５に出力する。
切り替え部１５は、信号増幅部１４から増幅後のＲＦ信号を受けると、ＲＦ信号をアンテナ素子１６－１に出力する。

アンテナ素子１６－１は、切り替え部１５からＲＦ信号を受けると、ＲＦ信号に係る電波を目標に向けて放射する。
アンテナ素子１６－１から放射された電波は、目標等によって反射される。
アンテナ素子１６－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、目標等に反射された電波の反射波であるパルスを受信する。
アンテナ素子１６－ｋは、パルスの受信信号を帯域外成分除去部１７－ｋに出力する。

帯域外成分除去部１７－１は、アンテナ素子１６－１から、切り替え部１５を介して、受信信号を取得する。
帯域外成分除去部１７－ｋ（ｋ＝２，・・・，Ｋ）は、アンテナ素子１６－ｋから、受信信号を取得する。
帯域外成分除去部１７－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、受信信号の帯域外成分を除去する。
帯域外成分除去部１７－ｋは、帯域外成分除去後の受信信号を周波数変換部１８－ｋに出力する。

周波数変換部１８－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、帯域外成分除去部１７－ｋから、帯域外成分除去後の受信信号を取得する。
周波数変換部１８－ｋは、帯域外成分除去後の受信信号の周波数をダウンコンバートすることによって、当該受信信号をベースバンド信号に変換する。
周波数変換部１８－ｋは、ベースバンド信号をデジタル変換部１９－ｋに出力する。

デジタル変換部１９－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）は、周波数変換部１８－ｋから、ベースバンド信号を取得する。
デジタル変換部１９－ｋは、ベースバンド信号をデジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）に変換し、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）を信号記憶装置２に出力する。デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）は、信号記憶装置２に記憶される。ｈ＝１，・・・，Ｈである。
デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）は、以下の式（１）のように表記される。式（１）では、雑音の表記が省略されている。

式（１）において、Ｔはパルスの繰返し周期、ｄはアンテナ素子１６－１～１６－Ｋにおける素子間隔、λは波長、ωは目標の角速度、φは目標の存在する方位角、ｒはアレーアンテナ１６と目標との間の距離である。

図６は、レーダ信号処理装置３の処理手順であるレーダ信号処理方法を示すフローチャートである。
図７は、レーダ信号処理装置３のレーダ信号処理を示す説明図である。
レーダ信号処理装置３の受信信号取得部２１は、信号記憶装置２から、パルスの受信信号として、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）（ｈ＝１，・・・，Ｈ：ｋ＝１，・・・，Ｋ）を取得する（図６のステップＳＴ１）。
図７の（１）は、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）を表しており、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）は、アレー方向とスロータイム方向との２次元の信号である。図中、「Ａｒｒａｙ」は、アレー方向を示し、「Ｓｌｏｗ ｔｉｍｅ」は、スロータイム方向を示している。
受信信号取得部２１は、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）をフーリエ変換部２２に出力する。

フーリエ変換部２２は、受信信号取得部２１から、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）を取得する。
フーリエ変換部２２は、図７の（２）に示すように、デジタル信号ｓ（ｈ，ｋ）をスロータイム方向にフーリエ変換する（図６のステップＳＴ２）。図中、「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ」は、ドップラー周波数を示している。
フーリエ変換部２２は、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）を雑音低減部２３に出力する。

雑音低減部２３の目標抽出部２３ａは、フーリエ変換部２２から、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）を取得する。
目標抽出部２３ａは、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域を特定する（図６のステップＳＴ３）。
具体的には、目標抽出部２３ａは、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）が含んでいる複数の周波数帯域の中で、最大電力を示すドップラー周波数ビンｆ_ｄｍａｘを特定する。
そして、目標抽出部２３ａは、ドップラー周波数ビンｆ_ｄｍａｘよりもＭの周波数ビンだけ低い周波数ビンｆ_ｄｍａｘ－Ｍから、ドップラー周波数ビンｆ_ｄｍａｘよりもＭの周波数ビンだけ高い周波数ビンｆ_ｄｍａｘ＋Ｍを、目標周波数帯域として特定する。つまり、目標周波数帯域は、（ｆ_ｄｍａｘ－Ｍ）～（ｆ_ｄｍａｘ＋Ｍ）の帯域である。Ｍは、任意に設定されるものであり、例えば、低減対象の雑音と、残したい目標成分の量との兼ね合いによって決定される。

ここでは、目標抽出部２３ａは、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域を特定している。
目標抽出部２３ａは、ＳＮＲを高めるために、目標周波数帯域を特定する前に、以下の式（２）に示すように、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）をアレー方向にインコヒーレント積分するようにしてもよい。

この場合、目標抽出部２３ａは、インコヒーレント積分後の信号ｓ_ｉ（ｆ_ｄ）が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域を特定する。

０挿入部２３ｂは、図７の（３）に示すように、フーリエ変換後の信号ｓ（ｆ_ｄ，ｋ）が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標抽出部２３ａにより特定された目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を０にすることによって、目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させる（図６のステップＳＴ４）。
以下、０挿入部２３ｂによる成分低減後の信号は、ｓ_２（ｆ_ｄ，ｋ）で表されるものとする。

また、０挿入部２３ｂは、目標の角度スペクトルがアップサンプルされるように、成分低減後の信号ｓ_２（ｆ_ｄ，ｋ）におけるアレー方向の両側に３Ｋ／２個の０を挿入するようにしてもよい。この場合、サンプル数が４Ｋになり、アップサンプリング率が４倍になる。
ここでは、０挿入部２３ｂが、アップサンプル率を４倍にしている。しかし、これは一例に過ぎず、０挿入部２３ｂは、４倍以外のアップサンプル率になるように、アレー方向の両側に挿入する０の個数を変えてもよい。
０挿入部２３ｂは、成分低減後の信号ｓ_２’（ｆ_ｄ，ｋ）を逆フーリエ変換部２４に出力する。
信号ｓ_２’（ｆ_ｄ，ｋ）は、信号ｓ_２（ｆ_ｄ，ｋ）におけるアレー方向の両側に３Ｋ／２個の０が挿入された信号である。

逆フーリエ変換部２４は、雑音低減部２３から、成分低減後の信号ｓ_２（ｆ_ｄ，ｋ）として、信号ｓ_２’（ｆ_ｄ，ｋ）を取得する。
逆フーリエ変換部２４は、図７の（４）に示すように、信号ｓ_２’（ｆ_ｄ，ｋ）をスロータイム方向に逆フーリエ変換する（図６のステップＳＴ５）。
逆フーリエ変換部２４は、逆フーリエ変換後の信号ｓ_２（ｈ，ｋ）を角度スペクトル算出部２５に出力する。

角度スペクトル算出部２５は、逆フーリエ変換部２４から、逆フーリエ変換後の信号ｓ_２（ｈ，ｋ）を取得する。
角度スペクトル算出部２５は、図７の（５）に示すように、逆フーリエ変換後の信号ｓ_２（ｈ，ｋ）に基づいて、目標の角度スペクトルを算出する（図６のステップＳＴ６）。
以下、角度スペクトル算出部２５による角度スペクトルの算出処理を具体的に説明する。

角度スペクトル算出部２５は、逆フーリエ変換後の信号ｓ_２（ｈ，ｋ）をアレー方向にフーリエ変換することによって、周波数領域の信号ｓ_２（ｈ，ｆｋ’）を求める。
ここでは、逆フーリエ変換部２４が、成分低減後の信号ｓ_２（ｆ_ｄ，ｋ）として、信号ｓ_２’（ｆ_ｄ，ｋ）を取得しているため、ｆｋ’は、４Ｋ個の周波数ビンを識別するための記号である。

次に、角度スペクトル算出部２５は、スロータイムｈ毎に、周波数領域の信号ｓ_２（ｈ，ｆｋ’）が有する４Ｋ個の周波数ビンの中で、最大振幅の周波数ビンｘ（ｈ）を特定する。
次に、角度スペクトル算出部２５は、以下の式（３）に示すように、最大振幅の周波数ビンｘ（ｈ）よりも、１つ大きい周波数ビンｘ_＋（ｈ）を求める。
また、角度スペクトル算出部２５は、以下の式（４）に示すように、最大振幅の周波数ビンｘ（ｈ）よりも、１つ小さい周波数ビンｘ_－（ｈ）を求める。

次に、角度スペクトル算出部２５は、以下の式（５）に示すように、最大振幅の周波数ビンｘ（ｈ）のスペクトルの振幅に相当するｙ（ｈ）を求める。
また、角度スペクトル算出部２５は、以下の式（６）に示すように、周波数ビンｘ_＋（ｈ）のスペクトルの振幅に相当するｙ_＋（ｈ）を求める。
また、角度スペクトル算出部２５は、以下の式（７）に示すように、周波数ビンｘ_－（ｈ）のスペクトルの振幅に相当するｙ_－（ｈ）を求める。

角度スペクトル算出部２５は、以下の式（８）～（１０）に示すように、ｘ（ｈ）、ｘ_＋（ｈ）、ｘ_－（ｈ）、ｙ（ｈ）、ｙ_＋（ｈ）及びｙ_－（ｈ）を用いて、目標の到来方向の時間変化が反映されている周波数インデックスｆｋ”（ｈ）を算出する。周波数インデックスｆｋ”（ｈ）は、ｘ（ｈ）、ｘ_＋（ｈ）、ｘ_－（ｈ）、ｙ（ｈ）、ｙ_＋（ｈ）及びｙ_－（ｈ）を用いた、補間後の周波数領域の信号ｓ_２（ｈ，ｆｋ’）の最大値を示す周波数インデックスに相当する。

角度スペクトル算出部２５は、周波数インデックスｆｋ”（ｈ）を目標の到来方向の時間変化である目標の角度変化に変換する。周波数インデックスｆｋ”（ｈ）を目標の角度変化に変換する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
また、角度スペクトル算出部２５は、以下の式（１１）に示すように、スロータイム毎の目標の方位角φ（ｈ）を算出する。式（１１）は、アンテナ素子１６－１～１６－Ｋにおける素子間隔ｄが半波長である例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、アンテナ素子１６－１～１６－Ｋにおける素子間隔ｄは、半波長であるものに限るものではない。

また、角度スペクトル算出部２５は、目標の方位角φ（ｈ）の時間変化から、目標の角速度を推定する。
即ち、角度スペクトル算出部２５は、スロータイムｈと目標の方位角との２次元プロットであるφ（ｈ）に対して最小二乗法を適用することによって、適用後の１次の成分に着目すれば、目標の角速度を推定することができる。φ（ｈ）は、時間変化の情報であるため、φ（ｈ）には、方位角の情報と角速度の情報とが含まれている。方位角の情報は、最小二乗法適用後の０次の成分であり、角速度の情報は、最小二乗法適用後の１次の成分である。
また、角度スペクトル算出部２５は、角速度の変化率を求めることができる。
以降、レーダ装置は、例えば、目標の角度変化、目標の方位角φ（ｈ）、又は、目標の角速度を用いて、目標の追尾を行う。

以上の実施の形態１では、アレーアンテナ１６に含まれている複数のアンテナ素子１６－１～１６－Ｋのそれぞれにパルスが受信される毎に、それぞれのアンテナ素子１６－ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）からパルスの受信信号を取得する受信信号取得部２１と、受信信号取得部２１により取得されたそれぞれの受信信号をスロータイム方向にフーリエ変換するフーリエ変換部２２とを備えるように、レーダ信号処理装置３を構成した。また、レーダ信号処理装置３は、フーリエ変換部２２によるフーリエ変換後の信号が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させる雑音低減部２３と、雑音低減部２３による成分低減後の信号をスロータイム方向に逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部２４と、逆フーリエ変換部２４による逆フーリエ変換後の信号に基づいて、目標の角度スペクトルを算出する角度スペクトル算出部２５とを備えている。したがって、レーダ信号処理装置３は、受信信号のＳＮＲが低い環境下における目標の角度情報の算出精度の劣化を防ぐことができる。

図１に示すレーダ装置では、概ね直線状に配置されている、Ｋ個のアンテナ素子１６－１～１６－Ｋを含むアレーアンテナ１６を用いて、目標の角度スペクトルを算出している。しかし、これは一例に過ぎず、レーダ装置は、例えば、モノパルス測角の手法を用いて、目標の角度スペクトルを算出するようにしてもよい。また、レーダ装置は、例えば、平面アンテナを用いて、２次元的な角度スペクトルを算出するようにしてもよい。

図１に示すレーダ装置では、０挿入部２３ｂが、目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を０にすることによって、目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させている。０挿入部２３ｂは、目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を現状の成分よりも低減させればよく、目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を０にすることに限定するものではない。

なお、本開示は、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

本開示は、レーダ信号処理装置、レーダ信号処理方法及びレーダ装置に適している。

１ パルス送受信装置、２ 信号記憶装置、３ レーダ信号処理装置、１１ パルス生成部、１２ アナログ変換部、１３ 周波数変換部、１４ 信号増幅部、１５ 切り替え部、１６ アレーアンテナ、１６－１～１６－Ｋ アンテナ素子、１７－１～１７－Ｋ 帯域外成分除去部、１８－１～１８－Ｋ 周波数変換部、１９－１～１９－Ｋ デジタル変換部、２１ 受信信号取得部、２２ フーリエ変換部、２３ 雑音低減部、２３ａ 目標抽出部、２３ｂ ０挿入部、２４ 逆フーリエ変換部、２５ 角度スペクトル算出部、３１ 受信信号取得回路、３２ フーリエ変換回路、３３ 雑音低減回路、３４ 逆フーリエ変換回路、３５ 角度スペクトル算出回路、４１ メモリ、４２ プロセッサ。

Claims (5)

1. アレーアンテナに含まれている複数のアンテナ素子のそれぞれにパルスが受信される毎に、それぞれのアンテナ素子からパルスの受信信号を取得する受信信号取得部と、
   前記受信信号取得部により取得されたそれぞれの受信信号をスロータイム方向にフーリエ変換するフーリエ変換部と、
   前記フーリエ変換部によるフーリエ変換後の信号が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させる雑音低減部と、
   前記雑音低減部による成分低減後の信号をスロータイム方向に逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部と、
   前記逆フーリエ変換部による逆フーリエ変換後の信号に基づいて、前記目標の角度スペクトルを算出し、算出した角度スペクトルに基づいてスロータイム毎の方位角を算出し、算出した方位角の時間変化から前記目標の角速度を算出する角度スペクトル算出部と
   を備えたレーダ信号処理装置。
2. 前記雑音低減部は、
   前記目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を０にすることによって、前記目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させることを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
3. 前記角度スペクトル算出部は、
   それぞれの受信信号に対応する前記逆フーリエ変換後の信号をアレー方向にフーリエ変換することによって、前記目標の角度スペクトルを算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
4. アレーアンテナに含まれている複数のアンテナ素子のそれぞれにパルスが受信される毎に、受信信号取得部が、それぞれのアンテナ素子からパルスの受信信号を取得し、
   フーリエ変換部が、前記受信信号取得部により取得されたそれぞれの受信信号をスロータイム方向にフーリエ変換し、
   雑音低減部が、前記フーリエ変換部によるフーリエ変換後の信号が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させ、
   逆フーリエ変換部が、前記雑音低減部による成分低減後の信号をスロータイム方向に逆フーリエ変換し、
   角度スペクトル算出部が、前記逆フーリエ変換部による逆フーリエ変換後の信号に基づいて、前記目標の角度スペクトルを算出し、算出した角度スペクトルに基づいてスロータイム毎の方位角を算出し、算出した方位角の時間変化から前記目標の角速度を算出する、
   レーダ信号処理方法。
5. 複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナと、
   それぞれのアンテナ素子にパルスが受信される毎に、それぞれのアンテナ素子からパルスの受信信号を取得する受信信号取得部と、
   前記受信信号取得部により取得されたそれぞれの受信信号をスロータイム方向にフーリエ変換するフーリエ変換部と、
   前記フーリエ変換部によるフーリエ変換後の信号が含んでいる複数の周波数帯域のうち、目標の信号成分を含む周波数帯域である目標周波数帯域以外の周波数帯域の成分を低減させる雑音低減部と、
   前記雑音低減部による成分低減後の信号をスロータイム方向に逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部と、
   前記逆フーリエ変換部による逆フーリエ変換後の信号に基づいて、前記目標の角度スペクトルを算出し、算出した角度スペクトルに基づいてスロータイム毎の方位角を算出し、算出した方位角の時間変化から前記目標の角速度を算出する角度スペクトル算出部と
   を備えたレーダ装置。

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