JP3619783B2

JP3619783B2 - Radar equipment

Info

Publication number: JP3619783B2
Application number: JP2001042437A
Authority: JP
Inventors: 誠一志村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: JP2002243852A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高分解能で特定の画面表示方法を用いたレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダ装置の一つに、対象物の細部を画像として捕らえることを目的とした高分解能レーダがある。そして高分解能レーダの代表的なものとして逆合成開口レーダ（Inverse Synthetic ApertureRadar：以下ＩＳＡＲと言う）がある。ＩＳＡＲについて説明する。
図１２は従来のＩＳＡＲの基本構成図である。図において、４は送信種信号を発生する受信機、１は受信機４の出力を増幅し送信信号を生成する送信機、２は送信機１の出力をアンテナ３に供給するとともにアンテナ３からの受信信号を受信機４に供給するサーキュレータである。
５は受信機４の出力に基づき高分解能処理（ＩＳＡＲ処理）を行うＩＳＡＲ処理部５d 、目標を追尾する追尾処理部５ｂ、アンテナビーム方位を演算するビーム制御部５ａ、表示データを処理する表示処理部５c を有する信号処理器である。６は信号処理器５の出力に基づき目標の高分解能画像を表示するとともに、オペレータが操作する操作表示器、７は信号処理器５が出力する角度信号によりアンテナビーム方位を制御するアンテナ制御器である。ここで、一連の送受信信号の偏波は単一偏波である。
【０００３】
次に動作について説明する。受信機４で発生した送信種信号を送信機１で増幅し高周波信号（ＲＦ信号）を生成する。ＲＦ信号はサーキュレータ２を経由してアンテナ３から自由空間へ放射される。そして、放射された信号は図示しない目標より反射される。アンテナ３により受信された反射エコーは、サキュレータ２を経由して受信機４に入力される。反射エコーは受信機４においてレンジ方向（アンテナ３からの距離方向）の高分解能化を図るためパルス圧縮がなされた後、Ａ／Ｄ変換されたディジタルのレーダビデオになる。レーダビデオは、レーダからの距離に対応して区分されたレンジセルに量子化されて格納される。
【０００４】
一方、ＩＳＡＲは開口面について合成を行うことによりクロスレンジ方向（レンジ方向に直交する方向）についての高分解能化を図る。このＩＳＡＲ処理によるクロスレンジ方向についての高分解能化と前述のパルス圧縮によるレンジ方向についての高分解能化により、ＩＳＡＲ処理部５ｄで目標の画像信号が生成される。表示処理部５ｃは画像信号を表示信号に変換し、操作表示部６へ出力する。
追尾処理部５ｂでは、レーダビデオから目標を検出し、追尾フィルタを用いて追尾演算処理を行い、目標のＡＺ（方位角）及びＥＬ（仰角）の方位を算出する。
ビーム制御部５ａでは追尾処理部５ｂで演算したＡＺ及びＥＬの目標方位とアンテナ制御器７からの角度信号により、ビーム制御信号を生成する。
【０００５】
次に目標とレーダの位置関係と画像の形態について、目標が船舶である例により説明する。図１４に示すように、合成開口の開始時距離Ｒ_０から合成開口終了時Ｒ_Ｅまで、船舶目標がレーダに接近する場合は、レーダのｎｅａｒレンジが船首、ｆａｒレンジが船尾となり、図１５ａ）図のようなＩＳＡＲ画像９８、１５ｂ）図のようなレンジプロファイル９９が生成され操作表示部６で表示される。ここで、ＩＳＡＲ画像の二次元表示９８において、ＩＳＡＲ処理後のレンジ情報を横方向に、ドップラ情報を縦方向にそれぞれ表示する。また、レンジプロファイルの二次元表示９９において、レーダ受信信号のレンジ情報を横方向に、強度情報を縦方向にそれぞれ表示する。なお、レンジプロファイル及びＩＳＡＲ画像の表示形態（船首及び船尾方向）に対応した光学画像は図１５ｃ）のとお
りである。
【０００６】
ここで、ＩＳＡＲ処理の内容を図１６のフローチャートに沿って説明する。ＩＳＡＲ処理部５ｄでは、レーダビデオデータに対し時間軸上でデータの距離／振幅情報より目標を追尾し、パルスヒット毎のレンジセル単位の移動量を距離補償量として算出する。この距離補償量により目標の移動による距離のずれをレンジセル単位でレーダビデオを距離補償する。その結果、目標をあたかも静止しているように扱うことが可能となる。次に、周波数軸上で時間／周波数情報よりオートフォーカスし、追尾速度より目標のドップラ周波数、ドップラ周波数を積分した位相量を位相補償量として算出する。その位相補償量により、目標の移動によるドップラシフトを複素乗算によりレーダビデオデータを補償する。その補償後のレーダビデオデータに対しＦＦＴを行い、目標の動揺（ロール、ピッチ、ヨーの周波数）成分を弁別する。そして、信号の振幅を検出し、画像信号を生成・出力する。
【０００７】
画像処理部５ｄでは、画像信号を操作表示部６の解像度、表示輝度ダイナミックレンジ、操作情報等に合致した表示信号へ変換・出力し、操作表示部６では図１２に示すように、ＩＳＡＲ画像について、横方向にレンジ情報を、縦方向にドップラ情報、輝度に反射強度を単一に表示する。さらに、アンテナ制御器７では信号処理器５からのビーム制御信号とアンテナ３からの角度信号から、アンテナ駆動信号を生成しアンテナを制御する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置は以上のように構成されており、レンジ、ドップラ、反射強度の情報しか表現できず、ＩＳＡＲの本来の目的である目標の画像化による目標識別を行うに際し、識別確度が低いという問題点があった。
【０００９】
この発明は前記の様な問題点を解消するためになされたもので、識別確度を向上させたレーダ装置及び識別角度を向上させる画像表示方法を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明によるレーダ装置は、送信信号を発生する送信機、前記送信信号をその偏波面を指令に応じて互いに直交する第１、第２の２つの面に切り換えて放射するとともに、前記送信信号を放射された目標からの前記偏波面の反射信号を受信するアンテナ、
前記反射信号を処理し前記偏波面に対応したビデオ信号を生成する受信機、
前記受信信号にもとづき前記目標を追尾するとともに追尾情報を出力する追尾処理部、
前記追尾情報にもとづき目標方向を演算する信号処理部、
前記切り替えられた２つの偏波面のそれぞれに対応したビデオ信号に対して、前記目標方向情報を用いて合成開口処理を行い、前記切り替えられた２つの偏波面のそれぞれに対応したレーダ画像信号を生成する信号処理器、
前記切り替えられた２つの偏波面に対応した複数のレーダ画像信号を一つの表示面内に、横方向にレンジ情報を、縦方向にドップラ情報を、輝度に反射強度を表示するように、並べて表示する操作表示器、
前記送信信号と前記受信信号の前記偏波面の角度を制御する偏波切替器を備えたものである。
【００１１】
また、偏波面は、垂直偏波と水平偏波であり、偏波切替器は偏波面の切替えを１送信パルスごとに行うものである。
【００１２】
また、信号処理器が生成するレーダ画像信号は、受信信号の振幅にもとづくレーダ画像と、合成開口時間分の振幅値を積分したレンジプロファイルを含むものである。
【００１３】
また、操作表示器に表示された垂直偏波のレーダ画像と水平偏波のレーダ画像は、両画像の実長さを合わせ一画面上に互いに上下に縦列配置されているものである。
【００１４】
また、操作表示器に表示された垂直偏波のレーダ画像と水平偏波のレーダ画像は、両画像のドップラ周波数０の画面上での高さ位置を合わせて一画面上に互いに横列に表示されているものである。
【００１５】
また、操作表示器に表示された垂直偏波のレンジプロファイルと水平偏波のレンジプロファイルは、両レンジプロファイルの実長さを合わせて一画面上に縦列に表示されているものである。
【００１６】
また、操作表示器に表示された垂直偏波のレンジプロファイルと水平偏波のレンジプロファイルは、両レンジプロファイルのドップラ周波数０の画面上での高さ位置を合わせて一画面上に互いに横列に表示されているものである。
【００１７】
また、垂直偏波のレーダ画像とレンジプロファイル、水平偏波のレーダ画像とレンジプロファイルは、両画像の実長さを合わせて一画面上に縦列に表示されるものである。
【００１８】
また、垂直偏波のレーダ画像とレンジプロファイルは一画面上に互いに縦列に、また、水平偏波のレーダ画像とレンジプロファイルは一画面上に互いに縦列に表示されるとともに、垂直偏波のレーダ画像とレンジプロファイル及び、水平偏波のレーダ画像とレンジプロファイルは、両画像および両レンジプロファイルのドップラ周波数０の画面上での高さ位置を合わせて、互いに横列に表示されているものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を図１に基づいて説明する。図に於いて、４は送信種信号を発生する受信機、１は受信機４の出力を増幅し送信信号を生成する送信機、２は送信機１の出力をアンテナ３０に供給するとともにアンテナ３０からの受信信号を受信機４に供給するサーキュレータである。ここでアンテナ３０は送信、受信する電波の偏波面を任意に切り換え可能な機能を備えている。
【００２０】
５は受信機４の出力に基づき高分解能処理（ＩＳＡＲ処理）を行う、垂直偏波受信信号用ＩＳＡＲ処理部５ｅＶ、水平偏波受信信号用ＩＳＡＲ処理部５ｅＨ、目標を追尾する追尾処理部５ｂ、アンテナビーム方位を演算するビーム制御部５ａ、表示データを処理する表示処理部５ｃを有する信号処理器である。
６は信号処理器５の出力に基づき目標の高分解能画像を表示するとともに、オペレータが操作する操作表示器、７０は信号処理器５が出力する角度信号及び偏波切替信号によりアンテナビーム方位及び送受信電波の偏波面を制御するアンテナ制御／偏波切替器である。
【００２１】
次に動作について説明する。受信機４で発生した送信種信号を送信機１では増幅し高周波信号（ＲＦ信号）を生成する。ＲＦ信号はサーキュレータ２を経由して、アンテナ制御／偏波切替器７で制御された偏波によって、アンテナ３から自由空間へ放射される。そして、放射された信号は図示しない目標より反射される。アンテナ３により受信された反射エコーは、サキュレータ２を経由して受信機４に入力される。反射エコーは受信機４においてレンジ方向（アンテナ３からの距離方向）の高分解能化を図るためパルス圧縮がなされた後、Ａ／Ｄ変換されたディジタルのレーダビデオになる。レーダビデオは、レーダからの距離に対応して区分されたレンジセルに量子化されて格納される。
ここで、送信中に、任意の周期で（例えば送信１パルスごとに）送受信の偏波面を切替えるものとする。
【００２２】
一方、ＩＳＡＲは開口面について合成を行うことによりクロスレンジ方向（レンジ方向に直交する方向）についての高分解能化を図る。このＩＳＡＲ処理によるクロスレンジ方向についての高分解能化と前述のパルス圧縮によるレンジ方向についての高分解能化により、ＩＳＡＲ処理部５ｅＶでは任意の複数パルスを受信してまとめた垂直偏波の受信信号に対し、ＩＳＡＲ処理部５ｅＨでは任意の複数パルスを受信してまとめた水平偏波の受信信号に対し、目標のＩＳＡＲ画像信号が生成される。表示処理部５ｃＨＶは画像信号を表示信号に変換し操作表示部６へ出力する。追尾処理部５ｂではレーダビデオから目標を検出し、追尾フィルタを用いて追尾演算処理を行い、目標のＡＺ及びＥＬの方位を算出する。
ビーム制御部５ａでは、追尾処理部５ｂで演算したＡＺ及びＥＬの目標方位とアンテナ制御器からの角度信号より、ビーム制御信号を生成し、さらに、任意の周期で偏波を切替える偏波切替信号を生成する。
【００２３】
次に目標とレーダの位置関係と、画像の形態について説明する。従来例について説明した図１４に示すように、合成開口の開始時距離Ｒ_０から合成開口終了時Ｒ_Ｅまで、目標（例として船舶の図を用いる）がレーダに接近する場合は、レーダのｎｅａｒレンジが船首、ｆａｒレンジが船尾となり、図１５ａ）図のようなＩＳＡＲ画像が生成され、操作表示部６で表示される。ここで、ＩＳＡＲ画像においてＩＳＡＲ処理後のレンジ情報を横方向に、ドップラ情報を縦方向にそれぞれ表示する。なお、ＩＳＡＲ画像の表示形態（船首及び船尾方向）に対応した光学画像は図１５ｃ）図のとおりである。
【００２４】
ここで、ＩＳＡＲ処理の内容を図３のフローチャートに沿って説明する。ＩＳＡＲ処理部５ｅＶ及び５ｅＨでは、レーダビデオデータに対し、時間軸上でデータの距離／振幅情報より目標を追尾し、パルスヒット毎のレンジセル単位の移動量を距離補償量として算出する（ステップＳ３１）。
その距離補償量により、目標の移動による距離のずれをレンジセル単位でレーダビデオを距離補償する（ステップＳ３２）。
その結果、目標はあたかも静止しているように扱える。
次に、周波数軸上で時間／周波数情報よりオートフォーカスし（ステップＳ３３）、追尾速度より目標のドップラ周波数、ドップラ周波数を積分して位相量を位相補償量として算出する。
【００２５】
その位相補償量により、目標の移動によるドップラシフトを複素乗算によりレーダビデオデータを補償する（ステップＳ３４）。その補償後のレーダビデオデータに対しＦＦＴを行い、目標の動揺（ロール、ピッチ、ヨーの周波数）成分を弁別する（ステップＳ３５）。そして、信号の振幅を検出し、ＩＳＡＲ画像信号を生成・出力する（ステップＳ３６）。
また、一合成開口時間分の同一レンジ方向の振幅値を積分したレンジプロファイルの画像信号を生成する。表示処理部５ｃＨＶでは、両画像信号の実長さを合せ、上下に並列表示となるよう両画像を配置し、操作表示部６の解像度、表示輝度ダイナミックレンジ、操作情報等に合致した表示信号へ変換・出力し、操作表示部６では図２に示すように、例えば上側に垂直偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｖを、下側に水平偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｈを配置する。この際、ＩＳＡＲ画像は、横方向にレンジ情報を、縦方向にドップラ情報、輝度に反射強度が表示される。この表示形態により、レンジ方向の反射強度分布とドップラ周波数の関係が明確になる。さらに、アンテナ制御／偏波切替器７０では、信号処理器５からのビーム制御信号及び偏波切替信号とアンテナ３０からの角度信号から、アンテナ駆動信号を生成し、アンテナ３０及び偏波面を制御する。
以上の説明に於いて、偏波面の切り替えは１送信パルスごとに切り替えてもよいし、複数パルスごとに切り替えてもよい。また状況に応じて、単位時間内に発信される垂直／水平偏波のパルス数を異ならしめてもよい。
ＩＳＡＲ画像はこの発明に言うレーダ画像である。
【００２６】
実施の形態２．
垂直偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｖと水平偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｈの他の表示方法について説明する。表示処理部５ｃＨＶにおいて、両偏波の画像信号のドップラ周波数０の画面上での高さ位置を合わせ、縦方向の位置調整を行い、両画像を横列表示するための画像信号を生成する。その結果、図４に示すように垂直偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｖと、水平偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｈが横列表示され、ドップラ方向の反射強度分布の関係が黙視したとききわめて明確になる。
【００２７】
実施の形態３．
垂直偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｖと水平偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｈの他の表示方法について説明する。表示処理部５ｃＨＶにおいて、両偏波の画像信号の実長さを合せ、重畳表示となるよう両画像を配置し、画像信号を生成する。その結果、図５に示すように（図５では説明の都合上、両画面を少しずらして図示しているが、上記趣旨では、両画像はぴったり重なるのである）、垂直偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｖと、水平偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｈが重畳表示され、レンジ方向の反射強度分布とドップラ周波数の関係が、画面を見たとき極めて明確に認識できる。
【００２８】
実施の形態４．
垂直偏波によるレンジプロファイル９９Ｖと、水平偏波によるレンジプロファイル９９Ｈの他の表示方法について説明する。ＩＳＡＲ処理部５ｅＶと５ｅＨで各々高分解能処理され、生成されたレンジプロファイルを、５ｃＨＶの表示処理部において両レンジプロファイルの実長さを合せ、縦列表示となるようレンジプロファイルを配置し、画像信号を生成する。その結果、図６に示すように垂直偏波によるレンジプロファイル９９Ｖと、水平偏波によるレンジプロファイル９９Ｈが縦列表示され、レンジ方向の反射強度分布の関係が画面をみたとき極めて明確に認識できる。
【００２９】
実施の形態５．
垂直偏波によるレンジプロファイル９９Ｖと水平偏波によるレンジプロファイル９９Ｈの他の表示方法について説明する。ＩＳＡＲ処理部５ｅＶと５ｅＨで各々高分解能処理され、生成されるレンジプロファイルを、表示処理部５ｃＨＶにおいて、両偏波のレンジプロファイルの反射強度０の画面上での高さ位置を合わせ、縦方向の位置調整を行い、両画像を横列表示するための画像信号を生成する。その結果、図８に示すように垂直偏波によるレンジプロファイル９９Ｖと、水平偏波によるレンジプロファイル９９Ｈが横列表示され、レンジ方向の反射強度分布の関係が明確になる。
【００３０】
実施の形態６．
垂直偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｖと水平偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｈ及びそれぞれのレンジプロファイルの他の表示方法について説明する。ＩＳＡＲ処理部５ｅＶと５ｅＨで各々高分解能処理され、生成されるＩＳＡＲ画像とレンジプロファイルを、表示処理部５ｃＨＶにおいて、画面上の実長さを合わせ、重畳表示となるよう両画像を配置した画像信号を生成する。その結果、図９に示すように（図９では、説明の都合上、両者をずらして示している）、垂直偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｖとレンジプロファイル９９Ｖ、及び、水平偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｈとレンジプロファイル９９Ｈが縦列表示され、レンジ方向の反射強度分布の関係が明確になる。
【００３１】
実施の形態７．
垂直偏波による、及び、水平偏波によるＩＳＡＲ画像及びレンジプロファイルの他の表示方法について説明する。ＩＳＡＲ処理部５ｅＶと５ｅＨで各々高分解能処理され、生成されるＩＳＡＲ画像及びレンジプロファイルを、表示処理部５ｃＨＶにおいて、両画像信号の実長さを合せ、縦列表示となるようＩＳＡＲ画像及びレンジプロファイルを配置した画像信号を生成する。
その結果、図９に示すように垂直偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｖ及びレンジプロファイル９９Ｖと、水平偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｈ及びレンジプロファイル９９Ｈが縦列表示され、レンジ方向の反射強度分布とドップラ周波数の関係が明確になる。
【００３２】
実施の形態８．
垂直偏波と、水平偏波によるＩＳＡＲ画像及びレンジプロファイルの他の表示方法について説明する。ＩＳＡＲ処理部５ｅＶと５ｅＨで各々高分解能処理され、生成されるＩＳＡＲ画像及びレンジプロファイルを、表示処理部５ｃＨＶにおいて、両偏波のＩＳＡＲ画像及びレンジプロファイルのドップラ周波数０及び反射強度０の画面上での高さ位置をそれぞれ合わせ、縦方向の位置調整を行い、両画像を横列表示するための画像信号を生成する。その結果、図１０に示すように垂直偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｖ及びレンジプロファイル９９Ｖと、水平偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｈ及びレンジプロファイル９９Ｈが横列表示され、ドップラ方向の反射強度分布とレンジ方向の反射強度の関係が明確になる。
【００３３】
実施の形態９．
垂直偏波及び水平偏波によるＩＳＡＲ画像とレンジプロファイルの他の表示方法について説明する。ＩＳＡＲ処理部５ｅＶと５ｅＨで各々高分解能処理され、生成されるＩＳＡＲ画像及びレンジプロファイルを、表示処理部５ｃＨＶにおいて、実長さを合わせ、重畳表示となるよう両画像を配置した画像信号を生成する。その結果、図１１に示すように（図１１では説明の都合上、両画像を少しずらして示している）垂直偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｖ及びレンジプロファイル９９Ｖと、水平偏波によるＩＳＡＲ画像９８Ｈ及びレンジプロファイル９９Ｈが縦列表示され、レンジ方向の反射強度分布とドップラ周波数の関係が明確になる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明のレーダ装置は、送受信電波の偏波面を直交する２つの面に制御可能なアンテナを備え、合成開口処理を偏波面ごとに行い、得られた偏波面ごとの画像を一つの画面内に、横方向にレンジ情報を、縦方向にドップラ情報、輝度に反射強度を表示する。この表示形態により、レンジ方向の反射強度分布とドップラ周波数の関係が明確になり、目標の識別確度が向上する。
【００３５】
また、２つの偏波面は垂直偏波面と、水平偏波面としているので、両者の特徴が明確に得られ、目標の識別確度が向上する。
【００３６】
また、レーダ画像信号は、レーダ画像とレンジプロファイルとしているのでレンジ方向の反射強度分布とドップラ周波数の関係が明確になり、目標の識別確度が向上する。
【００３７】
また、両偏波のレーダ画像の縦列表示により、レンジ方向の反射強度分布とドップラ周波数の関係が明確になり、目標の識別確度が向上する。
【００３８】
また、両偏波のレーダ画像の横列表示により、ドップラ方向の反射強度分布の関係が明確になり、目標の識別確度が向上する。
【００３９】
また、両偏波のレンジプロファイルの縦列表示により、レンジ方向の反射強度分布の関係が明確になり、目標の識別確度が向上する。
【００４０】
また、両偏波のレンジプロファイルの横列表示により、レンジ方向の反射強度分布の関係が明確になり、目標の識別確度が向上する。
【００４１】
また、両偏波のレーダ画像及びレンジプロファイルの縦列表示により、レンジ方向の反射強度分布とドップラ周波数の関係が明確になり、目標の識別確度が向上する。
【００４２】
また、両偏波のレーダ画像及びレンジプロファイルの横列表示により、ドップラ方向の反射強度分布とドップラ周波数の関係が明確になり、目標の識別確度が向上する。
【００４３】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のレーダ装置の構成図である。
【図２】図１のレーダ装置のレーダ画像の画像表示の説明図である。
【図３】図１のレーダ装置の構成の一部の動作フローを示すフローチャートである。
【図４】実施の形態２による画像表示の説明図である。
【図５】実施の形態３による画像表示の説明図である。
【図６】実施の形態４による画像表示の説明図である。
【図７】実施の形態５による画像表示の説明図である。
【図８】実施の形態６による画像表示の説明図である。
【図９】実施の形態７による画像表示の説明図である。
【図１０】実施の形態８による画像表示の説明図である。
【図１１】実施の形態９による画像表示の説明図である。
【図１２】従来のレーダ装置の構成図である。
【図１３】従来のレーダ画像表示の説明図である。
【図１４】目標とレーダの位置関係の説明図である。
【図１５】目標のレーダ画像の説明図である。
【図１６】図１２の構成の一部の処理フローを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１送信機、２サーキュレータ、３アンテナ、４受信機、
５信号処理器、５ａビーム制御部、５ｂ追尾処理部、５ｃ表示処理部（垂直／水平偏波）、５ｅＶＩＳＡＲ処理部（垂直偏波）、
５ｅＨＩＳＡＲ処理部（水平偏波）、６操作表示器、７アンテナ制御／偏波切替器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to radar apparatus using the particular screen display method with high resolution.
[0002]
[Prior art]
One conventional radar apparatus is a high-resolution radar intended to capture details of an object as an image. As a representative high resolution radar, there is an inverse synthetic aperture radar (hereinafter referred to as ISAR). The ISAR will be described.
FIG. 12 is a basic configuration diagram of a conventional ISAR. In the figure, 4 is a receiver that generates a transmission seed signal, 1 is a transmitter that amplifies the output of the receiver 4 and generates a transmission signal, and 2 supplies the output of the transmitter 1 to the antenna 3 and from the antenna 3. It is a circulator that supplies a received signal to the receiver 4.
Reference numeral 5 denotes an ISAR processing unit 5d that performs high-resolution processing (ISAR processing) based on the output of the receiver 4, a tracking processing unit 5b that tracks a target, a beam control unit 5a that calculates an antenna beam direction, and a display processing that processes display data. This is a signal processor having a section 5c. Reference numeral 6 denotes a target high-resolution image based on the output of the signal processor 5 and an operation indicator operated by the operator. Reference numeral 7 denotes an antenna controller for controlling the antenna beam direction by the angle signal output from the signal processor 5. is there. Here, the polarization of the series of transmission / reception signals is a single polarization.
[0003]
Next, the operation will be described. The transmission seed signal generated by the receiver 4 is amplified by the transmitter 1 to generate a high frequency signal (RF signal). The RF signal is radiated from the antenna 3 to free space via the circulator 2. The emitted signal is reflected from a target (not shown). The reflected echo received by the antenna 3 is input to the receiver 4 via the circulator 2. The reflected echo is converted into an A / D converted digital radar video after pulse compression is performed in the receiver 4 in order to increase the resolution in the range direction (distance direction from the antenna 3). The radar video is quantized and stored in a range cell divided according to the distance from the radar.
[0004]
On the other hand, ISAR achieves high resolution in the cross-range direction (direction orthogonal to the range direction) by combining the aperture surfaces. The target image signal is generated by the ISAR processing unit 5d by the high resolution in the cross range direction by the ISAR processing and the high resolution in the range direction by the pulse compression described above. The display processing unit 5 c converts the image signal into a display signal and outputs it to the operation display unit 6.
The tracking processing unit 5b detects a target from the radar video, performs tracking calculation processing using a tracking filter, and calculates the AZ (azimuth) and EL (elevation) azimuth of the target.
The beam control unit 5 a generates a beam control signal based on the target azimuth of AZ and EL calculated by the tracking processing unit 5 b and the angle signal from the antenna controller 7.
[0005]
Next, the positional relationship between the target and the radar and the form of the image will be described using an example in which the target is a ship. As shown in FIG. 14, the start time of the distance _{R 0} of the synthetic aperture to synthetic aperture end _{R E,} if the ship target approaches the radar, radar near range bow, _far range becomes stern, FIG 15a) A range profile 99 as shown in the figure is generated and displayed on the operation display unit 6. Here, in the two-dimensional display 98 of the ISAR image, the range information after the ISAR processing is displayed in the horizontal direction, and the Doppler information is displayed in the vertical direction. In the two-dimensional display 99 of the range profile, the range information of the radar reception signal is displayed in the horizontal direction and the intensity information is displayed in the vertical direction. In addition, the optical image corresponding to the display form (head and stern direction) of the range profile and the ISAR image is as shown in FIG.
[0006]
Here, the contents of the ISAR process will be described with reference to the flowchart of FIG. In the ISAR processing unit 5d, the target is tracked from the distance / amplitude information of the data on the time axis with respect to the radar video data, and the movement amount in the range cell unit for each pulse hit is calculated as the distance compensation amount. This distance compensation amount compensates the distance of the radar video for each range cell with respect to the distance shift caused by the movement of the target. As a result, it is possible to treat the target as if it were stationary. Next, autofocus is performed from the time / frequency information on the frequency axis, and the target Doppler frequency and the phase amount obtained by integrating the Doppler frequency are calculated as the phase compensation amount from the tracking speed. Based on the amount of phase compensation, radar video data is compensated by complex multiplication of Doppler shift due to movement of the target. An FFT is applied to the compensated radar video data to discriminate target fluctuation (roll, pitch, yaw frequency) components. Then, the amplitude of the signal is detected, and an image signal is generated and output.
[0007]
The image processing unit 5d converts and outputs the image signal to a display signal that matches the resolution, display luminance dynamic range, operation information, etc. of the operation display unit 6, and the operation display unit 6 displays an ISAR image as shown in FIG. The range information is displayed in the horizontal direction, the Doppler information is displayed in the vertical direction, and the reflection intensity is displayed in a single luminance. Further, the antenna controller 7 generates an antenna drive signal from the beam control signal from the signal processor 5 and the angle signal from the antenna 3 to control the antenna.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional radar apparatus is configured as described above, and can express only information on range, Doppler, and reflection intensity, and has low identification accuracy when performing target identification by imaging a target, which is the original purpose of ISAR. There was a problem.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a radar apparatus with improved identification accuracy and an image display method with improved identification angle.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A radar apparatus according to the present invention radiates a transmitter that generates a transmission signal , switches the transmission signal to first and second planes orthogonal to each other according to a command, and radiates the transmission signal. An antenna for receiving a reflection signal of the polarization plane from a radiated target;
A receiver that processes the reflected signal to generate a video signal corresponding to the plane of polarization;
A tracking processing unit that tracks the target based on the received signal and outputs tracking information;
A signal processing unit for calculating a target direction based on the tracking information;
Synthetic aperture processing is performed on the video signal corresponding to each of the two switched polarization planes using the target direction information, and a radar image signal corresponding to each of the two switched polarization planes is generated. Signal processor,
A plurality of radar image signals corresponding to the two switched polarization planes are displayed side by side so as to display range information in the horizontal direction, Doppler information in the vertical direction, and reflection intensity in the luminance. Operation indicator,
A polarization switch that controls an angle between the polarization planes of the transmission signal and the reception signal;
[0011]
The polarization planes are vertical polarization and horizontal polarization, and the polarization switching unit performs polarization plane switching for each transmission pulse.
[0012]
The radar image signal generated by the signal processor includes a radar image based on the amplitude of the received signal and a range profile obtained by integrating the amplitude value for the synthetic aperture time.
[0013]
In addition, the vertically polarized radar image and the horizontally polarized radar image displayed on the operation display are arranged vertically in a row on one screen with the actual lengths of both images combined .
[0014]
The vertically polarized radar image and the horizontally polarized radar image displayed on the operation display are displayed in a row on the same screen, with the height positions on the screen of the Doppler frequency 0 of both images aligned. It is what.
[0015]
In addition, the vertical polarization range profile and the horizontal polarization range profile displayed on the operation display are displayed in a column on one screen by combining the actual lengths of both range profiles .
[0016]
In addition, the vertical polarization range profile and horizontal polarization range profile displayed on the operation display are displayed in a row on the same screen, with the height positions on the screen of the Doppler frequency 0 of both range profiles aligned. It is what has been.
[0017]
The vertically polarized radar image and range profile, and the horizontally polarized radar image and range profile are displayed in a column on one screen with the actual lengths of both images combined .
[0018]
Also, vertically polarized radar images and range profiles are displayed in a column on one screen, and horizontally polarized radar images and range profiles are displayed in a column on one screen. The range profile and the horizontally polarized radar image and the range profile are displayed in a horizontal row with the height positions on the screen of the Doppler frequency 0 of both images and both range profiles .
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the configuration of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, 4 is a receiver that generates a transmission seed signal, 1 is a transmitter that amplifies the output of the receiver 4 to generate a transmission signal, and 2 supplies the output of the transmitter 1 to the antenna 30 and the antenna 30. It is a circulator which supplies the receiver 4 with the received signal from. Here, the antenna 30 has a function capable of arbitrarily switching the plane of polarization of radio waves to be transmitted and received.
[0020]
5 is a high-resolution processing (ISAR processing) based on the output of the receiver 4, a vertical polarization received signal ISAR processing unit 5 eV, a horizontal polarization received signal ISAR processing unit 5 e H, a target tracking processing unit 5 b, This is a signal processor having a beam control unit 5a for calculating the antenna beam direction and a display processing unit 5c for processing display data.
Reference numeral 6 denotes a target high-resolution image based on the output of the signal processor 5, and an operation indicator operated by an operator. Reference numeral 70 denotes an antenna beam azimuth and transmission / reception by an angle signal and a polarization switching signal output from the signal processor 5. It is an antenna control / polarization switcher that controls the plane of polarization of radio waves.
[0021]
Next, the operation will be described. The transmission seed signal generated by the receiver 4 is amplified by the transmitter 1 to generate a high frequency signal (RF signal). The RF signal is radiated from the antenna 3 to the free space via the circulator 2 by the polarization controlled by the antenna control / polarization switch 7. The emitted signal is reflected from a target (not shown). The reflected echo received by the antenna 3 is input to the receiver 4 via the circulator 2. The reflected echo is converted into an A / D converted digital radar video after pulse compression is performed in the receiver 4 in order to increase the resolution in the range direction (distance direction from the antenna 3). The radar video is quantized and stored in a range cell divided according to the distance from the radar.
Here, during transmission, the polarization plane of transmission / reception is switched at an arbitrary cycle (for example, every transmission pulse).
[0022]
On the other hand, ISAR achieves high resolution in the cross-range direction (direction orthogonal to the range direction) by combining the aperture surfaces. Due to the high resolution in the cross range direction by the ISAR processing and the high resolution in the range direction by the above-described pulse compression, the ISAR processing unit 5eV receives a plurality of arbitrary pulses, and receives vertically polarized reception signals. In the ISAR processing unit 5eH, a target ISAR image signal is generated with respect to a horizontally polarized wave reception signal obtained by receiving and combining arbitrary plural pulses. The display processing unit 5cHV converts the image signal into a display signal and outputs it to the operation display unit 6. The tracking processing unit 5b detects a target from the radar video, performs tracking calculation processing using a tracking filter, and calculates the AZ and EL directions of the target.
The beam control unit 5a generates a beam control signal from the target azimuth of AZ and EL calculated by the tracking processing unit 5b and the angle signal from the antenna controller, and further, a polarization switching signal for switching the polarization at an arbitrary cycle. Is generated.
[0023]
Next, the positional relationship between the target and the radar and the form of the image will be described. As shown in FIG. 14 for explaining the conventional example, if the target (using a ship diagram as an example) approaches the radar from the synthetic aperture start distance R ₀ to the synthetic aperture end R _E , the radar near The range is the bow and the far range is the stern, and an ISAR image as shown in FIG. 15 a) is generated and displayed on the operation display unit 6. Here, in the ISAR image, the range information after the ISAR processing is displayed in the horizontal direction, and the Doppler information is displayed in the vertical direction. The optical image corresponding to the display form of the ISAR image (the bow and stern directions) is as shown in FIG.
[0024]
Here, the contents of the ISAR process will be described with reference to the flowchart of FIG. In the ISAR processing units 5eV and 5eH, the target is tracked from the distance / amplitude information of the data on the time axis with respect to the radar video data, and the movement amount in the range cell unit for each pulse hit is calculated as the distance compensation amount (step S31). .
Based on the distance compensation amount, the distance of the radar video is compensated for in the range cell by the distance shift due to the movement of the target (step S32).
As a result, the target can be treated as if it were stationary.
Next, auto focus is performed from the time / frequency information on the frequency axis (step S33), and the target Doppler frequency and Doppler frequency are integrated from the tracking speed to calculate the phase amount as the phase compensation amount.
[0025]
Based on the amount of phase compensation, radar video data is compensated by complex multiplication of Doppler shift due to movement of the target (step S34). FFT is performed on the compensated radar video data to discriminate target fluctuation (roll, pitch, yaw frequency) components (step S35). Then, the amplitude of the signal is detected, and an ISAR image signal is generated and output (step S36).
In addition, an image signal of a range profile is generated by integrating the amplitude values in the same range direction for one synthetic aperture time. In the display processing unit 5cHV, the actual lengths of both the image signals are matched, and both images are arranged so as to be displayed in parallel vertically, so that the display signal matches the resolution, display luminance dynamic range, operation information, etc. of the operation display unit 6. As shown in FIG. 2, the operation display unit 6 arranges the ISAR image 98V with vertical polarization on the upper side and the ISAR image 98H with horizontal polarization on the lower side, as shown in FIG. At this time, the ISAR image displays range information in the horizontal direction, Doppler information in the vertical direction, and reflection intensity in the luminance. This display form makes the relationship between the reflection intensity distribution in the range direction and the Doppler frequency clear. Further, the antenna control / polarization switcher 70 generates an antenna drive signal from the beam control signal and the polarization switch signal from the signal processor 5 and the angle signal from the antenna 30, and controls the antenna 30 and the polarization plane. .
In the above description, the plane of polarization may be switched for each transmission pulse or for each of a plurality of pulses. Further, depending on the situation, the number of pulses of vertical / horizontal polarization transmitted within a unit time may be varied.
The ISAR image is a radar image referred to in the present invention.
[0026]
Embodiment 2. FIG.
Other display methods of the ISAR image 98V by vertical polarization and the ISAR image 98H by horizontal polarization will be described. In the display processing unit 5cHV, the height position on the screen of the Doppler frequency 0 of the image signal of both polarizations is adjusted, the position adjustment in the vertical direction is performed, and an image signal for displaying both images in a row is generated. As a result, as shown in FIG. 4, the ISAR image 98V by vertical polarization and the ISAR image 98H by horizontal polarization are displayed in a row, and the relationship between the reflection intensity distributions in the Doppler direction becomes very clear.
[0027]
Embodiment 3 FIG.
Other display methods of the ISAR image 98V by vertical polarization and the ISAR image 98H by horizontal polarization will be described. In the display processing unit 5cHV, the actual lengths of the image signals of both polarizations are matched, both images are arranged so as to be superimposed, and an image signal is generated. As a result, as shown in FIG. 5 (in FIG. 5, for convenience of explanation, the two screens are slightly shifted, but for the above purpose, the two images are exactly overlapped), as shown in FIG. The ISAR image 98H by horizontal polarization is superimposed and displayed, and the relationship between the reflection intensity distribution in the range direction and the Doppler frequency can be recognized very clearly when the screen is viewed.
[0028]
Embodiment 4 FIG.
Another display method of the range profile 99V by vertical polarization and the range profile 99H by horizontal polarization will be described. The ISAR processing units 5eV and 5eH respectively process the high resolution, and the generated range profile is matched to the actual length of both range profiles in the 5cHV display processing unit. Generate. As a result, as shown in FIG. 6, the range profile 99V based on the vertical polarization and the range profile 99H based on the horizontal polarization are displayed in tandem, and the relationship between the reflection intensity distributions in the range direction can be recognized very clearly when the screen is viewed.
[0029]
Embodiment 5 FIG.
Another display method of the range profile 99V by vertical polarization and the range profile 99H by horizontal polarization will be described. The range profile generated by high-resolution processing in each of the ISAR processing units 5eV and 5eH is aligned with the height position on the screen of the reflection intensity 0 of the range profile of both polarizations in the display processing unit 5cHV. Position adjustment is performed, and an image signal for displaying both images in a row is generated. As a result, as shown in FIG. 8, the range profile 99V by vertical polarization and the range profile 99H by horizontal polarization are displayed in a row, and the relationship between the reflection intensity distributions in the range direction becomes clear.
[0030]
Embodiment 6 FIG.
An ISAR image 98V using vertical polarization, an ISAR image 98H using horizontal polarization, and other display methods of the respective range profiles will be described. An image signal in which both images are arranged so that the ISAR image and the range profile generated by high-resolution processing by the ISAR processing units 5eV and 5eH are superimposed on the screen in the display processing unit 5cHV so as to be superimposed. Is generated. As a result, as shown in FIG. 9 (in FIG. 9, for convenience of explanation, both are shifted), an ISAR image 98V and a range profile 99V by vertical polarization, and an ISAR image 98H by horizontal polarization and The range profile 99H is displayed in a column, and the relationship of the reflection intensity distribution in the range direction becomes clear.
[0031]
Embodiment 7 FIG.
Another display method of the ISAR image and range profile by vertical polarization and horizontal polarization will be described. The ISAR image and the range profile, which are respectively processed with high resolution by the ISAR processing units 5eV and 5eH, are combined with the actual lengths of both image signals in the display processing unit 5cHV, and the ISAR image and the range profile are displayed in a column display. The arranged image signal is generated.
As a result, as shown in FIG. 9, the ISAR image 98V and range profile 99V by vertical polarization and the ISAR image 98H and range profile 99H by horizontal polarization are displayed in tandem, and the relationship between the reflection intensity distribution in the range direction and the Doppler frequency is shown. Become clear.
[0032]
Embodiment 8 FIG.
Other display methods of ISAR images and range profiles using vertical polarization and horizontal polarization will be described. The ISAR image and the range profile that are respectively processed with high resolution by the ISAR processing units 5eV and 5eH are displayed on the screen of the doppler frequency 0 and the reflection intensity 0 of the ISAR image and the range profile of both polarizations in the display processing unit 5cHV. Are adjusted in the vertical direction to generate an image signal for displaying both images in a row. As a result, as shown in FIG. 10, the ISAR image 98V and range profile 99V by vertical polarization and the ISAR image 98H and range profile 99H by horizontal polarization are displayed in a row, and the Doppler direction reflection intensity distribution and range direction reflection intensity are displayed. The relationship becomes clear.
[0033]
Embodiment 9 FIG.
Another display method of the ISAR image and the range profile by vertical polarization and horizontal polarization will be described. A display processing unit 5cHV generates an image signal in which both images are arranged so as to be superposed and displayed in the display processing unit 5cHV by high-resolution processing in each of the ISAR processing units 5eV and 5eH. . As a result, as shown in FIG. 11 (in FIG. 11, for convenience of explanation, both images are slightly shifted) ISAR image 98V and range profile 99V by vertical polarization, and ISAR image 98H and range by horizontal polarization. The profile 99H is displayed in a column, and the relationship between the reflection intensity distribution in the range direction and the Doppler frequency becomes clear.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the radar apparatus according to the present invention includes an antenna that can control the planes of polarization of transmitted and received radio waves on two orthogonal planes, performs synthetic aperture processing for each plane of polarization, and displays an image for each plane of polarization obtained. In one screen , range information is displayed in the horizontal direction, Doppler information is displayed in the vertical direction, and reflection intensity is displayed in luminance. With this display form, the relationship between the reflection intensity distribution in the range direction and the Doppler frequency is clarified, and the target identification accuracy is improved.
[0035]
Further, since the two polarization planes are a vertical polarization plane and a horizontal polarization plane, the characteristics of both are clearly obtained, and target identification accuracy is improved.
[0036]
In addition, since the radar image signal has a radar image and a range profile, the relationship between the reflection intensity distribution in the range direction and the Doppler frequency is clarified, and target identification accuracy is improved.
[0037]
Moreover, the relationship between the reflection intensity distribution in the range direction and the Doppler frequency is clarified by tandem display of radar images of both polarizations, and target identification accuracy is improved.
[0038]
Moreover, the relationship between the reflection intensity distributions in the Doppler direction is clarified by the horizontal display of radar images of both polarizations, and the target identification accuracy is improved.
[0039]
Moreover, the relationship between the reflection intensity distributions in the range direction is clarified by the vertical display of the range profiles of both polarizations, and the target identification accuracy is improved.
[0040]
Further, the horizontal display of the range profiles of both polarizations makes the relationship between the reflection intensity distributions in the range direction clear, and the target identification accuracy is improved.
[0041]
Moreover, the relationship between the reflection intensity distribution in the range direction and the Doppler frequency is clarified by the radar image of both polarizations and the vertical display of the range profile, and the target identification accuracy is improved.
[0042]
Moreover, the relationship between the reflection intensity distribution in the Doppler direction and the Doppler frequency is clarified by the radar display of both polarized waves and the horizontal display of the range profile, and the target identification accuracy is improved.
[0043]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a radar apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of image display of a radar image of the radar apparatus of FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation flow of a part of the configuration of the radar apparatus of FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram of image display according to the second embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of image display according to the third embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of image display according to the fourth embodiment.
7 is an explanatory diagram of image display according to Embodiment 5. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram of image display according to the sixth embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram of image display according to the seventh embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram of image display according to an eighth embodiment.
FIG. 11 is an explanatory diagram of image display according to the ninth embodiment.
FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional radar apparatus.
FIG. 13 is an explanatory diagram of conventional radar image display.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a positional relationship between a target and a radar.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a target radar image;
16 is a flowchart for explaining a part of the processing flow of the configuration of FIG. 12;
[Explanation of symbols]
1 transmitter, 2 circulator, 3 antenna, 4 receiver,
5 signal processor, 5a beam control unit, 5b tracking processing unit, 5c display processing unit (vertical / horizontal polarization), 5eV ISAR processing unit (vertical polarization),
5eH ISAR processing unit (horizontal polarization), 6 operation indicator, 7 antenna control / polarization switcher.

Claims

A transmitter for generating a transmission signal,
The transmission signal is radiated by switching its plane of polarization to first and second planes that are orthogonal to each other in response to a command, and the transmission signal is received by the reflected signal of the plane of polarization from the radiated target. antenna,
A receiver that processes the reflected signal to generate a video signal corresponding to the plane of polarization;
A tracking processing unit that tracks the target based on the received signal and outputs tracking information;
A signal processing unit for calculating a target direction based on the tracking information;
Synthetic aperture processing is performed on the video signal corresponding to each of the two switched polarization planes using the target direction information, and a radar image signal corresponding to each of the two switched polarization planes is generated. Signal processor,
A plurality of radar image signals corresponding to the two switched polarization planes are displayed side by side so as to display range information in the horizontal direction, Doppler information in the vertical direction, and reflection intensity in the luminance. Operation indicator,
A radar apparatus comprising: a polarization switching device that controls an angle between the polarization planes of the transmission signal and the reception signal.

It said two polarization planes are vertical and horizontal, the polarization switching device is a radar device according to claim 1, wherein the switching the switching of the plane of polarization for each transmission pulse.

Radar image signal by the signal processor generates the radar according to claim 2, characterized in that it comprises a radar image based on the amplitude of the received signal, the synthetic aperture time duration and integrating the range Profiles amplitude value apparatus.

The vertically polarized radar image and the horizontally polarized radar image displayed on the operation display are arranged vertically in a row on one screen with the actual lengths of both image signals combined. Item 3. The radar device according to Item 2 .

The vertically polarized radar image and the horizontally polarized radar image displayed on the operation display are displayed in a row on one screen with the height positions on the screen of the Doppler frequency 0 of both images aligned. The radar apparatus according to claim 2 , wherein:

The range profile and range profile of horizontal polarization of the vertical polarization, which is displayed on the operation indicator according to claim 3, characterized in that the indication in tandem on a single screen combined actual length of both ranges profile The radar device described in 1.

The vertical polarization range profile and the horizontal polarization range profile displayed on the operation display are displayed in a row on one screen with the height position on the screen of the Doppler frequency 0 of both range profiles aligned. The radar apparatus according to claim 3 , wherein

Radar image and range profile of the vertically polarized wave, the radar image and the range profile of the horizontally polarized waves, according to claim 3, wherein the display in tandem on a single screen combined actual length of both the image signal Radar equipment.

Radar image and range profile of the vertical polarization is in tandem with each other on one screen, also, the radar image and the range profile of the horizontally polarized wave is displayed on the column together on one screen, the radar of the vertically polarized wave The image and the range profile, and the horizontally polarized radar image and the range profile are displayed in a row in parallel with the height position on the screen of the Doppler frequency 0 of both images and both range profiles. Item 4. The radar device according to item 3.