JP5705057B2

JP5705057B2 - パッシブレーダ装置

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Publication number: JP5705057B2
Application number: JP2011165577A
Authority: JP
Inventors: 聡宏伊藤; 晋一森田; 龍平高橋; 平田　和史; 和史平田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-07-28
Also published as: JP2013029420A

Description

本発明は、送信レーダからの直接波と目標に反射した目標反射波を用いて目標の位置を同定するパッシブレーダ装置に関する。

従来より、送信レーダから直接伝搬するレーダ波信号（以下、直接波という）と、送信レーダの照射レーダ波が目標で反射したレーダ波信号（以下、目標反射波という）とを受信して目標の位置を同定するパッシブレーダ装置がある。このようなパッシブレーダ装置は、直接波観測データと目標反射波観測データについて、パルス圧縮、ヒット間積分、相互相関演算等の処理を行う。これらの処理により、パッシブレーダ装置では直接波と目標反射波の到来時間差の情報（以下、レンジと記載）や、ドップラ周波数等の有意情報を取得する。

このようなパッシブレーダ装置において、有意情報を取得するためには、送信パルス波形、パルス幅、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency、パルス繰り返し周波数）等の、送信レーダの送信諸元が必要となる。
しかし、パッシブレーダ装置と同期しない既存のレーダ等を送信源として使用する場合には、同期に必要な送信諸元全ての情報を事前に得ることは難しいという問題がある。
このような問題に対し、例えば特許文献１に示すように、送信パルス諸元の候補である諸元テーブルを既知情報としてパッシブレーダ装置が保有し、受信信号とそのテーブルを照合することで、送信諸元を導出し信号処理を行う手法があった。

特開２０１０−１１７３３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたようなパッシブレーダ装置では、送信レーダの送信諸元が未知である場合は対応できないという問題があった。

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、送信レーダの送信諸元が未知であっても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することのできるパッシブレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るパッシブレーダ装置は、複数ヒットごとにＰＲＦを切り替えてレーダ波の送信を行うグループスタガ方式の送信レーダからの直接波と、レーダ波の目標からの目標反射波を受信するパッシブレーダ装置であって、直接波を観測する直接波受信系と、直接波受信系により観測した直接波観測データから複数のＰＲＩまたは複数のＰＲＦを前記送信レーダの送信信号の未知諸元として推定し、推定された未知諸元である複数のＰＲＩまたは複数のＰＲＦの個々に対応したレンジドップラマップを直接波観測データ及び目標反射波受信系により観測した目標反射波観測データを用いて生成し、生成されたレンジドップラマップを用いて目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を推定する信号処理手段とを備えたものである。

この発明のパッシブレーダ装置は、グループスタガ方式の送信レーダの送信信号に対して、複数のＰＲＦなどの送信諸元が未知であっても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得できる。

この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置を含むレーダシステムの構成図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置の構成図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置の信号処理部の構成および信号処理フローを示す説明図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置の直接波観測データからＴＯＡ列への変換を示す説明図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置のＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトル生成とＰＲＩ推定を示す説明図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置のＰＲＩフィルタによるＴＯＡ列の分離を示す説明図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置のドップラアンビギュイティ時のレンジドップラマップ上のピーク位置を示す説明図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置のレンジアンビギュイティ時のレンジドップラマップ上のピーク位置を示す説明図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置の信号処理部の第２の例の構成および信号処理フローを示す説明図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置の信号処理部の第３の例の構成および信号処理フローを示す説明図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置の信号処理部の第４の例の構成および信号処理フローを示す説明図である。この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置の他の例を含むレーダシステムの構成図である。この発明の実施の形態２によるパッシブレーダ装置の信号処理部の構成および信号処理フローを示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置１００を含むレーダシステムの構成図である。また、図２は、パッシブレーダ装置１００の構成図である。
図１に示すレーダシステムは、送信レーダ１から目標２に向かってレーダ波が照射される。パッシブレーダ装置１００は送信レーダ１とは異なる位置に存在し、送信レーダ１からパッシブレーダ装置１００に直接伝搬する直接波を受信する直接波アンテナ３と、送信レーダ１の照射レーダ波が目標２で反射された目標反射波を受信する目標反射波アンテナ３Ａを備え、それら両アンテナで受信された直接波観測データおよび目標反射波観測データについて、パッシブレーダ装置１００内の信号処理部１０１においてパルス圧縮、ヒット間積分、相互相関演算等の処理を行う。これらの処理により、パッシブレーダ装置１００では直接波と目標反射波の到来時間差の情報（以下、レンジと記載）や、ドップラ周波数等の有意情報を取得する。

図２に示すように直接波アンテナ３及び目標反射波アンテナ３Ａで受信された観測データは、それぞれＲＦ回路４，４Ａを介してＡ／Ｄ変換部５，５Ａに入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換される。これらＡ／Ｄ変換部５，５Ａの直接波受信系の出力と目標反射波受信系の出力は信号処理部１０１に入力され、この信号処理部１０１において、後述する信号処理が行われる。

図３は、信号処理部１０１の構成及びその信号処理フローを示す説明図である。
信号処理部１０１は、時間帯選択部６，６Ａ、レプリカ抽出部７、パルス圧縮部８，８Ａ、ＴＯＡ（Time of Arrival、到来時刻）列算出部９、ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval、パルス繰り返し周期）変換・ＰＲＩ推定部１０、ＰＲＩフィルタ部１１、各ＰＲＩの窓関数作成部１２、レンジドップラマップ生成部１３、レンジドップラマップのピーク比較部１４を備えている。

ここで、レプリカ抽出部７は、直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段を構成している。パルス圧縮部８，８Ａは、レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段を構成している。ＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定部１０は、直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、そのＰＲＩスペクトルからＰＲＦの推定を行うＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段を構成している。ＰＲＩフィルタ部１１および各ＰＲＩの窓関数作成部１２は、グループスタガ方式の信号に対してＰＲＩフィルタを用いることで複数ＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段を構成している。レンジドップラマップ生成部１３は、ＰＲＦの推定値を用いてヒット間積分処理を行うヒット間積分手段と、信号分離手段で信号分離された各信号に対してレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段を構成している。レンジドップラマップのピーク比較部１４は、複数のレンジドップラマップのピーク位置を比較し、レンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段を構成している。

図３の構成および信号処理フローでは、前提として送信レーダ１の送信パルス波形、ＰＲＦが未知の場合を想定している。また、送信信号は複数ヒットごとにＰＲＦの値を切り替えるグループスタガ方式を用いており、そのＰＲＦ切り替えタイミングも受信側では未知であるとする。

図３に示すパッシブレーダ装置１００の信号処理フローでは、直接波観測データと目標反射波観測データが入力となる。直接波観測データと目標反射波観測データは、それぞれ直接波アンテナ３と目標反射波アンテナ３Ａで観測され、ＲＦ回路４，４Ａを通過した後、Ａ／Ｄ変換部５，５Ａにより任意のサンプリング周波数でサンプリングされたデジタル信号である。

まず、図３のこの発明の実施の形態１に係るパッシブレーダ装置の信号処理方式では、前述のように送信信号の送信パルス波形が未知であるため、レプリカ抽出部７において、パルス圧縮に用いるレプリカ信号として、任意の１パルスを直接波観測データから取得する。また、一般的に送信レーダはビーム指向方向を走査していることが想定され、直接波観測データ中の各パルス波形の信号強度は、送信ビーム走査に合わせて時間変動する場合がある。そのような場合、レプリカ抽出部７では、信号強度が時間変動している多数のパルスの中から、最も信号強度の強い１つのパルスをパルス圧縮用のレプリカ信号として抽出する。

時間帯選択部６，６Ａでは、直接波観測データ、目標反射波観測データの両データについて、後段の処理によりレンジドップラマップの導出を行う任意の時間範囲の切り出しを行う。

パルス圧縮部８，８Ａでは、時間帯選択部６，６Ａで時間範囲の切り出しを行った直接波観測データおよび目標反射波観測データに対し、レプリカ抽出部７で直接波観測データから抽出した送信パルス波形のレプリカ信号を使用しパルス圧縮を行う。以上のように、直接波観測データからレプリカ信号を抽出することで、送信パルス波形未知の状況でのパルス圧縮処理が実現される。

次に、受信信号のパルスヒット間でのコヒーレント積分を行うため、ＰＲＦ情報の取得を直接波観測データにＰＲＩ変換を適用することで実現する。ＰＲＩはＰＲＦの逆数となる関係があり、ＰＲＩ情報の推定はＰＲＦ情報の推定と等価である。

ＴＯＡ列算出部９では、図４に記載の様に、パルス圧縮部８，８Ａにおいてパルス圧縮が施された直接波観測データから、閾値処理等により各パルスの到来時刻情報（ＴＯＡ列）を算出する。

ＴＯＡ列算出部９で算出された直接波観測データのＴＯＡ列情報を用いて、ＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定部１０でＰＲＩスペクトルの計算と、スペクトルピークの探索によるＰＲＩ推定が行われる（図５参照）。図３の信号処理フローでは、グループスタガ方式の送信レーダを想定しているため、図５ではＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定部１０における処理の結果、複数のＰＲＩが推定される。図３の信号処理フローでは、３つのＰＲＩが推定された場合について記載している。以上の処理により、ＰＲＦが未知の状況での、ヒット間積分のためのＰＲＦ情報取得が実現される。

次にグループスタガ方式の送信信号における、未知のＰＲＦ切り替えタイミングの問題に対応するため、ＰＲＩフィルタ部１１によりＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定部１０で推定された各ＰＲＦ成分へのＴＯＡ列の分離が行われる。図６に、ＰＲＩフィルタ部１１によるＴＯＡ列の分離の様子を示す。このＰＲＩフィルタ部１１はＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定部１０で推定されたＰＲＦの数だけ生成される。図３の信号処理フローでは３つのＰＲＩが推定されているので、図６の様に３つのＰＲＩフィルタ部１１が構成されている。

図６に記載の様に、ＰＲＩフィルタ部１１の出力はＰＲＦごとに分離された直接波観測データおよび目標反射波観測データ（時間波形）そのものではなく、ＰＲＦごとに分離されたＴＯＡ列である。そのため、これらのＰＲＦごとに分離されたＴＯＡ列を元に、直接波観測データと目標反射波観測データを各ＰＲＦ成分に分離するための窓関数が、各ＰＲＦの窓関数生成部１２で生成される。

その後、各ＰＲＦの窓関数生成部１２で生成された窓関数と直接波観測データ、目標反射波観測データの積算を行うことで、両観測データの各ＰＲＦ成分への分離が行われる。

レンジドップラマップ生成部１３では、それらの各ＰＲＦ成分に分離された直接波観測データと目標反射波データ間での相関演算と、各ＰＲＦの値に応じたヒット間積分により、各ＰＲＦ成分のレンジドップラマップを生成する。

レンジドップラマップのピーク比較部１４では、レンジドップラマップ生成部１３で算出した各ＰＲＦ成分のレンジドップラマップ間で、ピーク位置の比較を行う。送信信号が低ＰＲＦのパルス列で、かつ目標が高速移動目標の場合、レンジドップラマップ上の目標に対応したピークのドップラビン位置には、あいまいさが生じる（以下、これをドップラアンビギュイティという）。通常、このようなドップラアンビギュイティ環境下では、１つのＰＲＦ成分のレンジドップラマップからドップラ周波数を一意に推定することはできない。しかし、グループスタガ方式のレーダの場合、異なるＰＲＦ成分間でのドップラビン位置の比較により、一意にドップラ周波数を推定できる。

ドップラアンビギュイティ環境下での、異なるＰＲＦ成分のレンジドップラマップの関係を図７に示す。図７に示すように、ドップラアンビギュイティにより、ＰＲＦの異なるレンジドップラマップ間でレンジビンは同一であるがドップラビンは異なっている。データを用い、このドップラの差とＰＲＦの関係から、ドップラ軸方向で何回折り返しが発生しているか、以下の式（１）および式（２）から決定できるので、目標のドップラ周波数を推定できる。

ｆ_ｄ＝ｆ_１＋ｎ_１×ＰＲＦ_１（１）
ｆ_ｄ＝ｆ_２＋ｎ_２×ＰＲＦ_２（２）

式（１）および式（２）において、ｆ_ｄは目標のドップラ周波数、ＰＲＦ_１およびＰＲＦ_２は各レンジドップラマップに対応したＰＲＦ、ｆ_１およびｆ_２は各ＰＲＦ成分のレンジドップラマップから読み取れるドップラ周波数を、ｎ_１およびｎ_２は各ＰＲＦ成分のレンジドップラマップでのドップラ方向の折り返し回数（整数値）を表している。このときｎ_１およびｎ_２の取り得る値は、実際の目標の想定速度とＰＲＦ_１およびＰＲＦ_２から、限られた値（例えば−１，０，１の３通り等）となる。そのため式（１）および式（２）から、容易に尤もらしいｎ_１およびｎ_２を決定できるので、ドップラ周波数ｆ_ｄを求めることができる。

反対に送信レーダが高ＰＲＦの場合には、レンジドップラマップ上の目標に対応したレンジビンにあいまいさが生じる（以下、これをレンジアンビギュイティという）。レンジアンビギュイティの場合も、１つのＰＲＦ成分のレンジドップラマップから、レンジ情報を一意に推定することはできない。しかし、異なるＰＲＦ成分のレンジドップラマップを比較することで、レンジ情報を一意に推定できる。

ｒ＝ｒ_１＋ｍ_１／ＰＲＦ_１（３）
ｒ＝ｒ_２＋ｍ_２／ＰＲＦ_２（４）

式（３）および式（４）において、ｒは目標のレンジ、ｒ_１およびｒ_２は各ＰＲＦ成分のレンジドップラマップから読み取れるレンジを、ｍ_１およびｍ_２は各ＰＲＦ成分のレンジドップラマップでのレンジ方向の折り返し回数（整数値）を表している。ドップラアンビギュイティ環境下と同様に、ｍ_１およびｍ_２の取り得る値は、実際の目標の想定距離範囲とＰＲＦ_１およびＰＲＦ_２から値を限定できるので、式（３）および式（４）からレンジｒを求めることができる。

レンジアンビギュイティ環境下での、異なるＰＲＦ成分のレンジドップラマップの関係を図８に示す。図８では図７の場合とは反対に、レンジアンビギュイティにより、ＰＲＦの異なるレンジドップラマップ間で、ドップラビンは同一であるがレンジビンは異なっている。このレンジの差とＰＲＦの関係から、目標のレンジを一意に推定できる。

本発明の実施の形態１に係るパッシブレーダ装置の図３記載の信号処理フローでは、パッシブレーダでありながらＰＲＩフィルタ部１１により各ＰＲＦ成分のレンジドップラマップを生成できるので、上記のようにドップラアンビギュイティおよびレンジアンビギュイティ環境下でも、レンジおよびドップラ周波数を一意に推定できる。

図３の信号処理部１０１の構成及び信号処理フローは、前述の複数の送信諸元全てが未知の場合に対応しているが、実際には複数の送信諸元の一部のみが未知の場合も想定される。その場合には、図３の構成において既知諸元に対応した構成および処理を省略することができる。そのような場合も本発明のパッシブレーダ装置の信号処理の範囲内である。

その一例として、送信波形が既知であり、パルス圧縮のレプリカ信号を受信側で保持している場合の構成および信号処理フローを図９に示す。図９に記載の構成および信号処理フローでは、図３に記載の構成および信号処理フローからレプリカ抽出部７を削除したものである。この例では、パルス圧縮のレプリカ信号を保持しているため、パルス圧縮部８，８Ａ以降の信号処理については図３に示す信号処理と同様である。

同様に、送信信号のＰＲＦの情報が既知の場合の構成および信号処理フローを図１０に示す。図１０に記載のパッシブレーダ装置の信号処理フローでは、送信ＰＲＦが既知であることから、図３に記載したパッシブレーダ装置の構成および信号処理フローから、ＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定部１０が削除されている。後段のＰＲＩフィルタ部１１およびレンジドップラマップ生成部１３では、既知のＰＲＦ情報を用いて、ＰＲＩフィルタの形成やヒット間積分が行われる。

また、送信信号が単一のＰＲＦで構成される非グループスタガ信号時の信号処理フローを図１１に示す。図１１に記載したパッシブレーダ装置の構成および信号処理フローでは、各ＰＲＦ成分への信号分離が不要であるため、図３に記載の構成および信号処理フローから、ＰＲＩフィルタ部１１が削除されている。また、送信信号が単一のＰＲＦで構成されるため、図３に記載のレンジドップラマップのピーク比較部１４に代えて、レンジドップラマップ生成部１３で生成されたレンジドップラマップに基づいて、レンジドップラマップのピークを探索するレンジドップラマップのピーク探索部１５が設けられている。

以上のように、本発明の実施の形態１に係るパッシブレーダ装置では、図３記載の信号処理フローにおける全ての信号処理が必ずしも揃っている必要は無い。送信信号の状態や送信諸元の未知情報の種類に応じて、処理を一部省略したあらゆる処理の組み合わせが、本発明の実施の形態１の範囲となる。また、その処理の組み合わせは図９から図１１に記載した以外にも存在することは、容易に理解されるところである。

また、図１のレーダシステムの構成図では直接波アンテナ３と、目標反射波アンテナ３Ａの２つのアンテナを備えたパッシブレーダ装置１００の例を記載していた。しかし、本発明のパッシブレーダ装置は必ずしもこのようなハードウェア構成である必要は無い。例えば図１２に記載するようなパッシブレーダ装置１００ａの構成でも問題無い。

図１２に記載のパッシブレーダ装置１００ａでは、アレー構成の直接波・目標反射波共用アンテナ３Ｂを備えている。この直接波・目標反射波共用アンテナ３Ｂにおいて、アレーアンテナのビーム指向方向制御により、直接波用ビームと目標反射波用ビームを生成することで、直接波観測データと目標反射波観測データをそれぞれ観測し、図３に記載の本発明の実施の形態１の信号処理フローの入力とする。

このように、本発明の実施の形態１においては、信号処理への入力として、直接波観測データと目標反射波観測データが存在することのみを条件としており、そのデータを取得するためのアンテナ等のハードウェア構成について、特に限定するものではない。

また、本発明のパッシブレーダ装置は、送信レーダ１、パッシブレーダ１００，１００ａ共に、固定プラットフォームのみならず、移動プラットフォームにも適用可能である。そのような場合も、本発明の範囲となる。

以上説明したように、実施の形態１のパッシブレーダ装置によれば、レーダ波の送信を行う送信レーダからの直接波と、レーダ波の目標からの目標反射波を受信するパッシブレーダ装置であって、直接波を観測する直接波受信系と、目標反射波を観測する目標反射波受信系と、直接波受信系により観測した直接波観測データから送信レーダの送信信号の未知諸元を推定し、直接波観測データと目標反射波受信系により観測した目標反射波観測データとに基づいて、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を推定する信号処理手段とを備えたので、送信レーダの送信諸元が未知であっても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態１のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段とを備えたので、パルス圧縮のレプリカ信号を保持していない場合でも目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態１のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、ＰＲＩスペクトルからＰＲＦの推定を行うＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、ＰＲＦの推定値を用いてヒット間積分処理を行うヒット間積分手段とを備えたので、ＰＲＦの情報が未知であっても目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態１のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、グループスタガ方式の信号に対してＰＲＩフィルタを用いることで複数ＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、信号分離された各信号に対してレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、複数のレンジドップラマップのピーク位置を比較し、レンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたので、グループスタガ方式の信号に対しても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態１のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段と、直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、ＰＲＩスペクトルからＰＲＦの推定を行うＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、ＰＲＦの推定値を用いてヒット間積分処理を行うヒット間積分手段とを備えたので、パルス圧縮のレプリカ信号を保持せず、また、ＰＲＦの情報が未知であっても目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態１のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段と、グループスタガ方式の信号に対してＰＲＩフィルタを用いることで複数ＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、信号分離された各信号に対してレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、複数のレンジドップラマップのピーク位置を比較し、レンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたので、グループスタガ方式の信号に対して、パルス圧縮のレプリカ信号を保持していない場合であっても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態１のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、ＰＲＩスペクトルからＰＲＦの推定を行うＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、グループスタガ方式の信号に対して推定したＰＲＦによるＰＲＩフィルタを用いることで複数ＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、信号分離された各信号に対してレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、複数のレンジドップラマップのピーク位置を比較し、レンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたので、グループスタガ方式の信号に対して、ＰＲＦの情報が未知であっても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態１のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段と、直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、ＰＲＩスペクトルからＰＲＦの推定を行うＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、グループスタガ方式の信号に対して推定したＰＲＦによるＰＲＩフィルタを用いることで複数ＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、信号分離された各信号に対してレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、複数のレンジドップラマップのピーク位置を比較し、レンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたので、グループスタガ方式の信号に対して、パルス圧縮のレプリカ信号を保持せず、また、ＰＲＦの情報が未知であっても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態１のパッシブレーダ装置によれば、レプリカ抽出手段として、任意の１パルスを取得するようにしたので、パルス圧縮のレプリカ信号を保持していない場合でも目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態１のパッシブレーダ装置によれば、レプリカ抽出手段として、受信強度の最も強い１パルスを取得するようにしたので、信号強度が時間変動している場合でも適切なレプリカ信号を抽出することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るパッシブレーダ装置について、図１３を参照して説明を行う。図１３はこの発明の実施の形態２に係るパッシブレーダ装置における信号処理手段の構成と信号処理フローを示すものである。実施の形態２の信号処理手段では、時間帯選択部６，６Ａ、レプリカ抽出部７、パルス圧縮部８，８Ａ、ＴＯＡ列算出部９、ＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定部１０、ＰＲＩフィルタ部１１、レンジドップラマップのピーク探索部１５、不等間隔ヒット情報生成部１６、不等間隔ヒット間積分を用いたレンジドップラマップ生成部１７を備えている。

ここで、レンジドップラマップのピーク探索部１５は、レンジドップラマップのピーク位置からレンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段を構成している。また、不等間隔ヒット情報生成部１６および不等間隔ヒット間積分を用いたレンジドップラマップ生成部１７は、信号分離された各信号に対して不等間隔ヒット間積分によりレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段を構成している。尚、時間帯選択部６，６Ａ〜ＰＲＩフィルタ部１１の構成は実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

図１３の本発明の実施の形態２に係るパッシブレーダ装置の信号処理フローでも、実施の形態１と同様に前提として送信レーダの送信パルス波形とＰＲＦが未知であり、かつ送信信号はグループスタガ方式であることを想定している。

また、図１３の本発明の実施の形態２に係るパッシブレーダ装置の信号処理フローでも、Ａ／Ｄ変換後の直接波観測データと目標反射波観測データのデジタル信号が入力となる。

図１３に記載の本発明の実施の形態２に係るパッシブレーダ装置の信号処理フローにおいても、直接波観測データに対し、図３の実施の形態１に係る信号処理フローと同様に、パルス圧縮のためのレプリカ抽出部７によりレプリカ信号の抽出が行われる。直接波観測データと目標反射波観測データの両データに対し、時間帯選択部６，６Ａで任意の時間範囲の切り出しが行われた後、パルス圧縮部８，８Ａにおいてレプリカ抽出部７で取得したレプリカ信号を用いたパルス圧縮が行われる。

ＴＯＡ列算出部９では、パルス圧縮部８，８Ａにおいてパルス圧縮が施された直接波観測データから、閾値処理等により各パルスのＴＯＡ列が算出される。そのＴＯＡ列を用い、ＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定部１０においてＰＲＩスペクトルの推定と送信信号のＰＲＩの推定が行われる。ＰＲＩフィルタ部１１では推定されたＰＲＩの値を用いて、ＴＯＡ列の分離が行われる。以上、ここまでの処理は本発明の実施の形態１と同様である。

本発明の実施の形態１では、各ＰＲＦ成分のレンジドップラマップをそれぞれ生成していた。これに対し本発明の実施の形態２では、異なるＰＲＦ成分ごとに位相回転量を補償しながらヒット間積分を行い、レンジドップラマップを生成することで、１つのレンジドップラマップから一意にレンジとドップラ周波数を推定する。このヒット間積分は、離散フーリエ変換の形で以下の式（５）のように表すことができる。

式（５）において、ｙ（ｆ_ｄ）はドップラ周波数ｆ_ｄについてのヒット間積分結果、ｘ_ｉはｉヒット目の信号、Ｎはヒット数を、τ_ｉはグループスタガを反映した時系列となっている。通常のヒット間積分であれば、τ_ｉは１／ＰＲＦ間隔の等間隔時系列となるが、ここではＰＲＦが切り替わるため不等間隔となる。本発明の実施の形態２に係るパッシブレーダ装置では、後述する処理でτ_ｉを求めることで、式（５）中の位相項ｅｘｐ（−ｊ２πｆ_ｄτ_ｉ）による位相補償を実現する。

不等間隔ヒット情報生成部１６では、ＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定部１０において推定したＰＲＦと、ＰＲＩフィルタ部１１によって分離された各ＰＲＦ成分のＴＯＡ列から、不等間隔ヒット間積分を行うための、不等間隔ヒット時間情報τ_ｉを生成する。不等間隔ヒット間積分を用いたレンジドップラマップ生成部１７では、式（５）によってＰＲＦの変化に適応しながらヒット間積分を行う。

不等間隔ヒット間積分のための時間情報τ_ｉとしては、ＴＯＡ列算出部９で求めたＴＯＡ列そのものを使用する方法もある。しかし、ＴＯＡ列算出部９の閾値処理による方法では、ＴＯＡ列に誤警報が存在するため、正確に不等間隔ヒット情報を生成するのは難しい。このＴＯＡ列の誤警報は、ＰＲＩフィルタ部１１においてフィルタリングが行われる際に抑圧される。そこで図１３に記載の実施の形態２に係るパッシブレーダ装置の信号処理では、ＰＲＩフィルタ部１１の出力ＴＯＡ列を利用し、不等間隔ヒット情報を生成しているのである。

レンジドップラマップのピーク探索部１５では、不等間隔ヒット間積分を用いたレンジドップラマップ生成部１７で作成したレンジドップラマップのピークを探索し、目標のレンジおよびドップラ周波数を取得する。

また、本発明の実施の形態２に係るパッシブレーダ装置の信号処理フローでも、図１３記載の信号処理フローにおける全ての信号処理が必ずしも揃っている必要は無い。送信信号の状態や送信諸元の未知情報の種類に応じて、処理を一部省略したあらゆる処理の組み合わせが、本発明の実施の形態２の範囲となる。

また、本発明の実施の形態２においても、信号処理への入力として、直接波観測データと目標反射波観測データが存在することのみを条件としており、そのデータを取得するためのアンテナ等のハードウェア構成について特に限定するものではない。

また、送信レーダ、パッシブレーダ装置共に固定プラットフォームのみならず、移動プラットフォームにも適用可能である。そのような場合も、本発明の実施の形態２の範囲となる。

以上説明したように、実施の形態２のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、グループスタガ方式の信号に対してＰＲＩフィルタを用いることで複数ＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、信号分離された各信号に対して不等間隔ヒット間積分によりレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、レンジドップラマップのピーク位置からレンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたので、グループスタガ方式の信号に対して、ＰＲＦの情報が未知であっても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態２のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段と、グループスタガ方式の信号に対してＰＲＩフィルタを用いることで複数ＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、信号分離された各信号に対して不等間隔ヒット間積分によりレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、レンジドップラマップのピーク位置からレンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたので、グループスタガ方式の信号に対して、パルス圧縮のレプリカ信号を保持せず、また、ＰＲＦの情報が未知であっても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態２のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、ＰＲＩスペクトルからＰＲＦの推定を行うＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、グループスタガ方式の信号に対して推定したＰＲＦによるＰＲＩフィルタを用いることで複数ＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、信号分離された各信号に対して不等間隔ヒット間積分によりレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、レンジドップラマップのピーク位置からレンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたので、グループスタガ方式の信号に対して、ＰＲＦの情報が未知であっても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

また、実施の形態２のパッシブレーダ装置によれば、信号処理手段として、直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段と、直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、ＰＲＩスペクトルからＰＲＦの推定を行うＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、グループスタガ方式の信号に対して推定したＰＲＦによるＰＲＩフィルタを用いることで複数ＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、信号分離された各信号に対して不等間隔ヒット間積分によりレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、レンジドップラマップのピーク位置からレンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたので、グループスタガ方式の信号に対して、パルス圧縮のレプリカ信号を保持せず、また、ＰＲＦの情報が未知であっても、目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を取得することができる。

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。

１送信レーダ、２目標、３直接波アンテナ、３Ａ目標反射波アンテナ、３Ｂ直接波・目標反射波共用アンテナ、４，４ＡＲＦ回路、５，５ＡＡ／Ｄ変換部、６，６Ａ時間帯選択部、７レプリカ抽出部、８，８Ａパルス圧縮部、９ＴＯＡ列算出部、１０ＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定部、１１ＰＲＩフィルタ部、１２各ＰＲＩの窓関数作成部、１３レンジドップラマップ生成部、１４レンジドップラマップのピーク比較部、１５レンジドップラマップのピーク探索部、１６不等間隔ヒット情報生成部、１７不等間隔ヒット間積分を用いたレンジドップラマップ生成部、１００，１００ａパッシブレーダ装置、１０１信号処理部。

Claims

複数ヒットごとにＰＲＦを切り替えてレーダ波の送信を行うグループスタガ方式の送信レーダからの直接波と、前記レーダ波の目標からの目標反射波を受信するパッシブレーダ装置であって、
前記直接波を観測する直接波受信系と、
前記目標反射波を観測する目標反射波受信系と、
前記直接波受信系により観測した直接波観測データから複数のＰＲＩまたは複数のＰＲＦを前記送信レーダの送信信号の未知諸元として推定し、前記推定された未知諸元である複数のＰＲＩまたは複数のＰＲＦの個々に対応したレンジドップラマップを前記直接波観測データ及び前記目標反射波受信系により観測した目標反射波観測データを用いて生成し、該生成されたレンジドップラマップを用いて目標のレンジおよびドップラ周波数の情報を推定する信号処理手段とを備えたパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、
前記レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、当該ＰＲＩスペクトルから前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦを推定するＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、
前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦの推定値を用いてヒット間積分処理を行うヒット間積分手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
前記直接波観測データに含まれるグループスタガ方式の信号に対してＰＲＩフィルタを用いることで前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、
前記信号分離された各信号に対して前記レンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、
前記複数のレンジドップラマップのピーク位置を比較し、レンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
前記直接波観測データに含まれるグループスタガ方式の信号に対してＰＲＩフィルタを用いることで前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、
前記信号分離された各信号に対して不等間隔ヒット間積分により前記レンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、
前記レンジドップラマップのピーク位置からレンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、
前記レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段と、
直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、当該ＰＲＩスペクトルから前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦを推定するＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、
前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦの推定値を用いてヒット間積分処理を行うヒット間積分手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、
前記レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段と、
前記直接波観測データに含まれるグループスタガ方式の信号に対してＰＲＩフィルタを用いることで前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、
前記信号分離された各信号に対して前記レンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、
前記複数のレンジドップラマップのピーク位置を比較し、レンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、
前記レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段と、
前記直接波観測データに含まれるグループスタガ方式の信号に対してＰＲＩフィルタを用いることで前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、
前記信号分離された各信号に対して不等間隔ヒット間積分により前記レンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、
前記レンジドップラマップのピーク位置からレンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、当該ＰＲＩスペクトルから前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦを推定するＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、
前記直接波観測データに含まれるグループスタガ方式の信号に対して前記推定したＰＲＦによるＰＲＩフィルタを用いることで前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、
前記信号分離された各信号に対して前記レンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、
前記複数のレンジドップラマップのピーク位置を比較し、レンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、当該ＰＲＩスペクトルから前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦを推定するＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、
前記直接波観測データに含まれるグループスタガ方式の信号に対して前記推定したＰＲＦによるＰＲＩフィルタを用いることで前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、
前記信号分離された各信号に対して不等間隔ヒット間積分により前記レンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、
前記レンジドップラマップのピーク位置からレンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、
前記レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段と、
直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、当該ＰＲＩスペクトルから前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦを推定するＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、
前記直接波観測データに含まれるグループスタガ方式の信号に対して前記推定したＰＲＦによるＰＲＩフィルタを用いることで前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、
前記信号分離された各信号に対して前記レンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、
前記複数のレンジドップラマップのピーク位置を比較し、レンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記信号処理手段として、
直接波観測データから１パルスをレプリカ信号として取得するレプリカ抽出手段と、
前記レプリカ信号を用いて直接波および目標反射波観測データに対してパルス圧縮を行うパルス圧縮手段と、
直接波観測データに対してＰＲＩ変換によるＰＲＩスペクトルの生成を行うと共に、当該ＰＲＩスペクトルから前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦを推定するＰＲＩ変換・ＰＲＩ推定手段と、
前記直接波観測データに含まれるグループスタガ方式の信号に対して前記推定したＰＲＦによるＰＲＩフィルタを用いることで前記複数のＰＲＩまたは前記複数のＰＲＦの各成分に信号分離を行う信号分離手段と、
前記信号分離された各信号に対して不等間隔ヒット間積分により前記レンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、
前記レンジドップラマップのピーク位置からレンジおよびドップラ周波数の情報を取得するレンジ・ドップラ観測値取得手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブレーダ装置。
前記レプリカ抽出手段として、任意の１パルスを取得することを特徴とする請求項２、請求項６から請求項８、請求項１１、請求項１２のうちのいずれか１項記載のパッシブレーダ装置。
前記レプリカ抽出手段として、受信強度の最も強い１パルスを取得することを特徴とする請求項２、請求項６から請求項８、請求項１１、請求項１２のうちのいずれか１項記載のパッシブレーダ装置。