JP2005195339A - Radar signal processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーダ信号処理装置に関し、特にMUSIC(Multiple Signal Classification)法を利用してメインローブ妨害環境下で目標を検出するレーダ信号処理装置に関する。 The present invention relates to a radar signal processing device, and more particularly to a radar signal processing device that detects a target in a main lobe interference environment using a MUSIC (Multiple Signal Classification) method.
従来、レーダ装置において使用されるレーダ信号処理装置が知られている。このレーダ信号処理装置は、目標に向けて送信した送信パルスが目標で反射されることにより得られる受信信号を処理して目標の移動によるドップラ成分を抽出し、このドップラ成分に基づき移動する目標を検出している。 Conventionally, a radar signal processing device used in a radar device is known. This radar signal processing apparatus extracts a Doppler component due to movement of a target by processing a reception signal obtained by reflecting a transmission pulse transmitted toward the target and reflecting the target, and sets a target moving based on the Doppler component. Detected.
このような従来のレーダ信号処理装置の構成を図4に示す。このレーダ信号処理装置は、送信器1、サーキュレータ2、空中線3、受信器4及び信号処理部5から構成されている。信号処理部5は、更に、パルス圧縮処理部51、離散フーリエ変換(DFT)処理部52及び目標検出/測角/測距処理部53から構成されている。
The configuration of such a conventional radar signal processing apparatus is shown in FIG. This radar signal processing apparatus includes a transmitter 1, a
送信器1は、変調により周波数帯域を広げた広パルス幅信号としての送信種信号(チャープ信号)とローカル信号とを混合して高周波信号に変換し、所定のレベルまで増幅してサーキュレータ2に送る。
The transmitter 1 mixes a transmission type signal (chirp signal) as a wide pulse width signal whose frequency band is expanded by modulation and a local signal, converts the signal into a high frequency signal, amplifies it to a predetermined level, and sends it to the
サーキュレータ2は、送信器1からの高周波信号を空中線3に出力するか、空中線2からの受信信号を受信器4に出力するかの切り替えを行なう。空中線3は、例えばアレイアンテナ等から構成され、サーキュレータ2を介して送信器1から入力した高周波信号を目標に向けて送信すると共に、目標からの反射波を受信し、その受信信号をサーキュレータ2へ出力する。
The
受信器4は、サーキュレータ2を介して空中線3から入力した受信信号を低雑音増幅し、これを中間周波信号に変換し、更にA/D変換することにより直交デジタル(I,Q)信号X(t)(以下、単に「信号X(t)」という)を得る。この受信器4で得られた信号X(t)はパルス圧縮処理部51に送られる。
The receiver 4 amplifies the received signal input from the antenna 3 via the
パルス圧縮処理部51は、受信器4からの信号X(t)に対してパルス圧縮処理を行なう。パルス圧縮は、送信時に変調により周波数帯域が広げられた広パルス幅信号を、受信時にレンジ(距離)方向の相関処理によって狭パルス幅信号に変換する技術であり、パルスが送信されてから受信されるまでの時間をtjとし、受信パルス信号を時間tの関数X(t−tj)とすると、これとリファレンス信号X*(−t)(*:複素共役)とを周波数領域で複素乗算してスペクトルの位相成分を全周波数に亙って一定にし、更にこれを時間領域に戻すことにより、信号エネルギーは1箇所に集中して狭パルス幅信号に変換される。
The pulse
離散フーリエ変換(DFT)処理部52は、パルス圧縮処理部51からの信号に対して離散フーリエ変換を行うことにより、時間データを周波数データに変換し、目標検出/測角/測距処理部53に送る。即ち、目標の相対速度を検出するために受信信号を目標の速度成分であるドップラ成分に分解し、目標検出/測角/測距処理部53送る。目標検出/測角/測距処理部53は、DFT処理部51からのドップラ成分を抽出することにより移動目標を抽出し、測角及び測距を行う(特許文献1参照)。
上述した従来のレーダ信号処理装置では、メインローブに対して妨害波が存在するメインローブ妨害環境下においては、図5(a)に示すように、目標からの反射波が妨害波に埋もれてしまい、目標を検出することができない。そこで、図5(b)に示すように、妨害波の到来方向にいる目標に対して送信エネルギーを集中させる、つまり目標方向へのパルスヒット数を増加させるバーンスルー方式によって信号電力対妨害電力比(S/J比)を改善し、目標検出を実施している。 In the conventional radar signal processing apparatus described above, in a main lobe interference environment where an interference wave exists with respect to the main lobe, as shown in FIG. 5A, the reflected wave from the target is buried in the interference wave. Unable to detect the goal. Therefore, as shown in FIG. 5 (b), the signal power to jamming power ratio is increased by a burn-through method in which transmission energy is concentrated on a target in the arrival direction of the jamming wave, that is, the number of pulse hits in the target direction is increased. (S / J ratio) is improved and target detection is performed.
しかしながら、この方法では、S/J比を改善させるために非常に多くの送信エネルギーを必要とするため、場合によっては、妨害波の到来方向にある目標のみにすべての送信エネルギーを集中させなければならず、他の方角への捜索等が不可能になるという問題がある。 However, since this method requires a large amount of transmission energy to improve the S / J ratio, in some cases, it is necessary to concentrate all the transmission energy only on the target in the direction of arrival of the jamming wave. However, there is a problem that searching in other directions becomes impossible.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、妨害波の到来方向にある目標に対して、全送信エネルギーを集中させることなく、その目標を検出することができるレーダ信号処理装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and radar signal processing capable of detecting a target in the direction of arrival of an interference wave without concentrating all transmission energy. To provide an apparatus.
上述した課題を解決するために、本発明に係るレーダ装置信号処理は、パルス信号を送信する送信器と、送信器から送信されたパルス信号に対する反射波及び該反射波の到来方向に近い方向から到来する妨害波が含まれるメインローブ環境下で到来波を受信する受信器と、受信器で受信された到来波に基づく受信信号をMUSIC法を用いて処理することによりMUSICスペクトラムを生成するMUSIC処理器と、MUSIC処理器で生成されたMUSICスペクトラムのピークの個数及びピークが存在する角度に基づき目標を検出する目標検出処理器とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the radar apparatus signal processing according to the present invention includes a transmitter that transmits a pulse signal, a reflected wave with respect to the pulse signal transmitted from the transmitter, and a direction close to the arrival direction of the reflected wave. A MUSIC process for generating a MUSIC spectrum by processing a receiver that receives an incoming wave in a main lobe environment including an incoming disturbing wave, and a received signal based on the incoming wave received by the receiver using the MUSIC method And a target detection processor for detecting a target based on the number of peaks of the MUSIC spectrum generated by the MUSIC processor and the angle at which the peaks exist.
また、目標検出処理器は、MUSIC処理器で生成されたMUSICスペクトラムに妨害波に対応する第1ピークの他に第2ピークが存在する場合に、該第2ピークが反射波に対応することを認識し、該第2ピークの角度に基づき目標の方位を推定することを特徴とする。 Further, the target detection processor determines that the second peak corresponds to the reflected wave when the MUSIC spectrum generated by the MUSIC processor has a second peak in addition to the first peak corresponding to the interference wave. Recognizing and estimating a target azimuth based on the angle of the second peak.
また、目標検出処理器は、MUSIC処理器で生成されたMUSICスペクトラムの個数並びに第1ピーク及び第2ピークが存在する角度をレンジビン単位で検出し、第2ピークが検出されたレンジビンに基づいて目標までの距離を算出することを特徴とする。 The target detection processor detects the number of the MUSIC spectrum generated by the MUSIC processor and the angle at which the first peak and the second peak exist in a range bin unit, and based on the range bin in which the second peak is detected. The distance is calculated.
本発明に係るレーダ信号処理装置によれば、MUSICスペクトラムのピークの個数及びピークが存在する角度に基づき目標を検出するようにしたので、妨害波の到来方向にある目標に対して全送信エネルギーを集中させることなく、その目標を検出できるレーダ信号処理装置を提供できる。 According to the radar signal processing apparatus of the present invention, since the target is detected based on the number of peaks of the MUSIC spectrum and the angle at which the peaks exist, the total transmission energy is reduced with respect to the target in the arrival direction of the jamming wave. A radar signal processing apparatus capable of detecting the target without being concentrated can be provided.
以下、本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a radar signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。このレーダ信号処理装置は、発信器10、分配器11、K個(Kは正の整数)の移相器121〜12K、K個のサーキュレータ131〜13K、K個のアンテナ素子141〜14Kから成るアレイアンテナ14、受信機15、MUSIC処理器16及び目標検出処理器17から構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radar signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The radar signal processing apparatus includes a
発信器10は、目標に向けて送信するパルス信号を発生する。この発信器10で発生されたパルス信号は分配器11に送られる。
The
分配器11は、発信器10から送られてきたパルス信号を移相器121〜12Kに分配する。
The
移相器121〜12Kは、分配器11によって分配されたパルス信号の移相を調整し、送信信号としてサーキュレータ131〜13Kにそれぞれ送る。
The
サーキュレータ131〜13Kは、移相器121〜12Kから出力される送信信号をアレイアンテナ14を構成するアンテナ素子141〜14Kに出力するか、アンテナ素子141〜14Kからの受信信号を受信器15に出力するかを切り替える。
The circulators 13 1 to 13 K output transmission signals output from the
アンテナ素子141〜14Kは、分配器11から移相器121〜12n及びサーキュレータ131〜13Kをそれぞれ介して入力した送信信号を目標に向けて送信すると共に、目標からの反射波を受信し、その受信信号をサーキュレータ131〜13Kを介して受信器15に出力する。
The antenna elements 14 1 to 14 K transmit the transmission signals input from the
受信機15は、アンテナ素子141〜14Kからサーキュレータ131〜13Kを介して送られてくる受信信号を低雑音増幅し、これを中間周波数に周波数変換し、更にA/D変換することにより、アンテナ素子141〜14K毎の直交デジタル(I,Q)信号Xm(t)を得る。この信号Xm(t)は、時刻tにおけるm番目のアンテナ素子からの受信信号を表し、MUSIC処理器16に送られる。なお、Xm(t)としては、サブアレイ構成における信号を用いることもできる。
The
MUSIC処理器16は、MUSIC法に従って入射波の到来方向を推定するためのMUSICスペクトラムPMU(θ)を生成する。以下、MUSIC法について簡単に説明する。なお、MUSIC法の詳細は、例えば、菊間信良著、「アレーアンテナによる適応信号処理」、科学技術出版(1999) pp.191−209に記載されているので、必要に応じて参照されたい。
The
このMUSIC法では、相関行列の固有値、固有ベクトルが用いられる。相関行列Rxxは、下記式(1)で表される。
ここで、E[]は1次モーメント、Xm(t)は時刻tにおけるm番目のアンテナ素子からの受信信号、Hは複素共役転置をそれぞれ表す。 Here, E [] represents a first-order moment, Xm (t) represents a received signal from the m-th antenna element at time t, and H represents a complex conjugate transpose.
上記相関行列Rxxの固有値をλi(i=1、2、・・・K)、固有値に対応した固有ベクトルをeiとし、L波の到来波(平面波)が到来するものとすると、下記式(2)が成り立つ。
ここで、σ2は熱雑音電力である。 Here, σ 2 is thermal noise power.
このとき、固有ベクトル{e1、e2、・・・、eL}、{eL+1、・・・、eK}は、信号部分空間及び雑音部分空間を張る。従って、MUSICスペクトラムPMU(θ)を下記式(3)のように定義すると、MUSICスペクトラムPMU(θ)のピークを探すことにより、到来方向を推定できる。
ここで、a(θ)は方向ベクトルである。また、ENは固有ベクトルであり下記式(4)で与えられる。
MUSIC処理器16は、上述したMUSIC法に従って、サンプリング時間単位(レンジビン単位)でMUSICスペクトラムPMU(θ)を生成する。具体的には、図2(a)の破線で囲った領域Aに示すように、目標からの反射波が存在せずに妨害波のみが受信されている場合には、図2(b)に示すような、妨害波の到来方向(角度)にピークを有するMUSICスペクトラムPMU(θ)を生成する。
The
一方、図2(a)の実線で囲った領域Bに示すように、目標からの反射波及び妨害波の両方が受信されている場合には、図2(c)に示すように、妨害波の到来方向に第1ピークを有し、且つ反射波の到来方向に第2ピークを有するMUSICスペクトラムPMU(θ)を生成する。このMUSIC処理器16で生成されたMUSICスペクトラムPMU(θ)は、目標検出処理器17に送られる。
On the other hand, when both the reflected wave and the disturbing wave from the target are received as shown in the region B surrounded by the solid line in FIG. 2A, the disturbing wave is received as shown in FIG. A MUSIC spectrum PMU (θ) having a first peak in the arrival direction and a second peak in the arrival direction of the reflected wave is generated. The MUSIC spectrum PMU (θ) generated by the
目標検出処理器17は、MUSIC処理器16からサンプリング時間単位(レンジビン単位)で送られてくるMUSICスペクトラムPMU(θ)に基づいて目標検出処理を実行する。即ち、目標検出処理器17は、レンジビン単位でMUSICスペクトラムPMU(θ)の値と所定の閾値とを比較し、閾値を超えたMUSICスペクトラムPMU(θ)、つまりピークの数、角度及びそのときのレンジビンによって目標検出を行う。
The
具体的には、図2(b)に示すように、1つのピークを有するMUSICスペクトラムPMU(θ)が連続的に得られた場合には、ピークの角度から妨害波のみを受信していることを認識し、目標検出処理を実行しない。 Specifically, as shown in FIG. 2B, when a MUSIC spectrum PMU (θ) having one peak is continuously obtained, only the interference wave is received from the angle of the peak. And the target detection process is not executed.
一方、図2(c)に示すように、連続的な第1ピークと短時間の第2ピークが得られた場合には、第1ピークの角度から妨害波を受信し且つ第2ピークの角度から反射波を受信していることを認識し、第2ピークに対して目標検出処理を実行する。即ち、第2ピークの角度により目標の方位を判定し、第2ピークが出現するレンジビンによって目標までの距離を判定する。 On the other hand, as shown in FIG. 2C, when a continuous first peak and a short second peak are obtained, an interference wave is received from the angle of the first peak and the angle of the second peak. It recognizes that the reflected wave is received from, and executes target detection processing for the second peak. That is, the target direction is determined based on the angle of the second peak, and the distance to the target is determined based on the range bin where the second peak appears.
図3は目標検出処理器17が出力する判定結果を概念的に示す。妨害波が存在するときは、その妨害波の到来方向がレベルによって示される。また、目標が存在しないときには、その旨が所定レベルで表示され、目標が存在するときには、反射波の到来方向に応じて変化するレベルによって目標の方向が示されるとともに、原点からのレベルの変化点までの距離によって、目標までの距離が示される。
FIG. 3 conceptually shows the determination result output by the
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置によれば、MUSICスペクトラムPMU(θ)のピークの個数及びピークが存在する角度に基づき目標の到来方位を推定して、推定された目標の到来方位に基づき目標を検出するようにしたので、妨害波の到来方向にある目標に対して全送信エネルギーを集中させることなく、その目標を検出できるので、他の方角への捜索等が可能になる。 As described above, the radar signal processing apparatus according to the embodiment of the present invention estimates the target arrival direction based on the number of peaks of the MUSIC spectrum PMU (θ) and the angle at which the peaks exist, Since the target is detected based on the arrival direction of the target, the target can be detected without concentrating the total transmission energy with respect to the target in the direction of arrival of the jamming wave. Etc. becomes possible.
なお、上述した実施の形態では、サンプリング時間単位(レンジビン単位)でMUSICスペクトラムPMU(θ)を生成するように構成したが、レンジビン方向の平均処理を実施し、この平均処理が施されたMUSICスペクトラムPMU(θ)に基づいて目標を検出するように構成することもできる。この場合には、目標までの距離は、パルス信号を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて算出することができる。 In the above-described embodiment, the MUSIC spectrum PMU (θ) is generated in sampling time units (range bin units). However, the average processing in the range bin direction is performed, and the MUSIC spectrum subjected to the average processing is performed. It can also be configured to detect the target based on PMU (θ). In this case, the distance to the target can be calculated based on the time from when the pulse signal is transmitted until the reflected wave is received.
本発明は、パルス信号を送信することにより目標を検出するパルスレーダ装置に適用可能である。 The present invention can be applied to a pulse radar apparatus that detects a target by transmitting a pulse signal.
10 発信器
11 分配器
121〜12K 移相器
131〜13K サーキュレータ
14 アレイアンテナ
141〜14K アンテナ素子
15 受信器
16 MUSIC処理器
17 目標検出処理器
10
Claims (3)
前記送信器から送信されたパルス信号に対する反射波及び該反射波の到来方向に近い方向から到来する妨害波が含まれるメインローブ環境下で到来波を受信する受信器と、
前記受信器で受信された到来波に基づく受信信号をMUSIC法を用いて処理することによりMUSICスペクトラムを生成するMUSIC処理器と、
前記MUSIC処理器で生成されたMUSICスペクトラムのピークの個数及びピークが存在する角度に基づき目標を検出する目標検出処理器と、
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。 A transmitter for transmitting a pulse signal;
A receiver for receiving an incoming wave in a main lobe environment including a reflected wave with respect to a pulse signal transmitted from the transmitter and an interference wave coming from a direction close to the arrival direction of the reflected wave;
A MUSIC processor that generates a MUSIC spectrum by processing a received signal based on an incoming wave received by the receiver using a MUSIC method;
A target detection processor for detecting a target based on the number of peaks of the MUSIC spectrum generated by the MUSIC processor and the angle at which the peaks exist;
A radar signal processing apparatus comprising:
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Applications Claiming Priority (1)
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2003
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