JP4630767B2 - Radar equipment - Google Patents
Radar equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP4630767B2 JP4630767B2 JP2005247852A JP2005247852A JP4630767B2 JP 4630767 B2 JP4630767 B2 JP 4630767B2 JP 2005247852 A JP2005247852 A JP 2005247852A JP 2005247852 A JP2005247852 A JP 2005247852A JP 4630767 B2 JP4630767 B2 JP 4630767B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pulse
- signal
- weight
- radar apparatus
- step frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
本発明は、クラッタを抑圧し、高い距離分解能を形成して目標を検出するステップ周波数方式のレーダ装置に関する。 The present invention relates to a step-frequency radar device that suppresses clutter and forms a high distance resolution to detect a target.
直線状のFM変調を加えたチャープ信号を空間に向けて送信するパルス圧縮レーダによれば、受信時のパルス圧縮により、距離方向に高い分解能を得ることができる。(例えば、非特許文献1参照。)。
According to the pulse compression radar that transmits a chirp signal to which linear FM modulation is applied toward the space, high resolution in the distance direction can be obtained by pulse compression at the time of reception. (For example, refer
パルス圧縮レーダは、送信パルス信号におけるチャープ帯域幅ΔFを広げることで、より高い距離分解能を得ることができるが、周波数が連続するチャープ帯域幅ΔFの拡大は、送受信における瞬時帯域の広がりが大となり、アンテナや送受信器の構成を困難にするので、チャープ帯域幅ΔFを拡大してより距離分解能を高めるのには限界がある。 The pulse compression radar can obtain higher distance resolution by widening the chirp bandwidth ΔF in the transmission pulse signal. However, the expansion of the chirp bandwidth ΔF with continuous frequency increases the instantaneous bandwidth in transmission and reception. Since the configuration of the antenna and the transmitter / receiver is difficult, there is a limit to increase the distance resolution by increasing the chirp bandwidth ΔF.
そこで、瞬時帯域を大きく広げることなく高い距離分解能を得るために、狭帯域の周波数をステップ状に変化させて送受信するステップ周波数方式のレーダ装置が提案されている。(例えば、非特許文献2のpp.200-209、及び非特許文献3参照。)。
Therefore, in order to obtain a high distance resolution without greatly expanding the instantaneous band, a step frequency type radar apparatus that transmits and receives by changing the frequency of the narrow band in steps has been proposed. (See, for example, pp. 200-209 of
ステップ周波数方式のレーダ装置によれば、狭帯域周波数をステップ状に変化させたN(複数)個のパルス(f1,f2,・・fn,・・・fN)からなるパルス信号を送信し、受信時において、各パルスに対するパルス圧縮と、FFT(高速フーリエ変換;Fast Fourier Transform)合成によるステップ周波数合成とによって、広帯域なチャープ信号によるのと等価な高い距離分解能を得ることができる。 According to the step frequency type radar apparatus, a pulse signal composed of N (plural) pulses (f1, f2,... Fn,..., FN) in which a narrowband frequency is changed in steps is transmitted and received. Sometimes, a high distance resolution equivalent to that of a broadband chirp signal can be obtained by pulse compression for each pulse and step frequency synthesis by FFT (Fast Fourier Transform) synthesis.
従来のステップ周波数方式のレーダ装置は、図7に示したように構成されている。 A conventional step-frequency radar device is configured as shown in FIG.
すなわち、ステップ&チャープ信号生成器1は、ステップ周波数からなるパルス信号を生成して送信増幅器2に供給する。
That is, the step &
ステップ&チャープ信号生成器1において生成されるパルス信号は、図8(a)に示したように、パルス幅τを有し、パルス繰り返し周期(PRI)でつらなるパルスで構成され、隣接するパルス間では、図8(b)に対応して示したように、ステップ周波数Δfの間隔(ステップ)を有し、CPI(Coherent Processing Interval)の期間内において、すなわち受信時におけるMTI(Moving Target Indicator)やDFT(Digital Fourier Transform)などの処理が完了するのに必要な期間内において、周波数Fの範囲にわたり変化するように形成されている。ステップ周波数方式のレーダ装置では、周波数Fの範囲が広ければ広いほど、受信時においてより高い距離分解能を得ることができる。
As shown in FIG. 8A, the pulse signal generated in the step &
ステップ&チャープ信号生成器1で生成されたパルス信号は、アンテナから送信するのに必要な周波数にアップコンバートされて送信増幅器2に供給され、送信増幅器2において送信増幅された後、サーキュレータ3及びアダプティブアレイからなるアンテナ4を介して空間に放射される。
The pulse signal generated by the step &
アンテナ4を介して空間に放射され、目標で反射されてアンテナ4を介して受信された反射パルス信号は、サーキュレータ3を介して受信器5に供給される。 The reflected pulse signal radiated to the space via the antenna 4, reflected by the target and received via the antenna 4 is supplied to the receiver 5 via the circulator 3.
受信器5は、高周波増幅回路及び周波数変換回路及びA/D変換回路を備え、サーキュレータ3を介して供給された目標反射パルス信号は、増幅され、中間周波数信号(IF)に変換され、さらにデジタル信号への変換が行われた後、パルス圧縮器6に供給される。
The receiver 5 includes a high-frequency amplifier circuit, a frequency conversion circuit, and an A / D conversion circuit. The target reflected pulse signal supplied via the circulator 3 is amplified, converted into an intermediate frequency signal (IF), and further digitally converted. After conversion to a signal, the signal is supplied to the
パルス圧縮器6に供給された反射パルス信号は、狭帯域な各パルスに対するパルス圧縮を受けた後、ステップ周波数合成器7に供給される。
The reflected pulse signal supplied to the
ステップ周波数合成器7は、パルス圧縮された反射パルス信号に対しFFT合成を行い、パルス幅が1/Fからなる距離方向に高分解能の目標検出信号を生成出力する。
The
このステップ周波数合成器7の出力信号は、目標に対する測角や測距処理や移動目標検出等の処理を経て、不図示の表示器等に供給表示される。
The output signal of the
なお、図7において、レーダ制御器8は、レーダの送受信機能を統括制御するとともに、送信パルス信号を生成するのに必要なタイミング信号をステップ&チャープ信号生成器1に供給する。
上記説明のように、電波取得の制約等により、連続した周波数範囲の広いチャープ信号を形成できない場合でも、ステップ周波数方式のレーダ装置によれば、狭帯域の周波数がステップ状に広がるパルス信号の送受信により、距離方向に高い分解能を得ることができる。 As described above, even if a chirp signal with a wide continuous frequency range cannot be formed due to radio wave acquisition restrictions, etc., the stepped frequency radar device can transmit and receive pulse signals that spread in a narrow band of steps. Thus, a high resolution in the distance direction can be obtained.
ステップ周波数方式のレーダ装置において、狭帯域の周波数がステップ状に広がるパルス信号を形成するのは、前述のように、チャープ帯域の拡大が送受信機器の構成を困難にするという理由のほかに、連続した広い周波数帯域を占有することができないという電波取得上の制約があるからである。 In the step-frequency radar device, the pulse signal that forms a narrow-band frequency in a step-like manner is formed in addition to the reason that the expansion of the chirp band makes the configuration of the transmitting / receiving device difficult, as described above. This is because there is a restriction on radio wave acquisition that the wide frequency band cannot be occupied.
従ってまた、電波取得の制約上から、周波数Fにわたりステップ周波数信号を形成するとき、どうしても飛び飛びにステップ周波数Δfの間隔を広げざるを得ない場合が発生する。 Therefore, due to radio wave acquisition restrictions, when the step frequency signal is formed over the frequency F, there may be a case where the step frequency Δf must be increased in an unavoidable manner.
しかしながら、たとえ距離方向に高い分解能が得られるとしても、ステップ周波数方式のレーダ装置において、ステップ周波数Δfの間隔が広がり、結果的にステップ数(N個)が少なくなると、図8(c)に合成振幅を示したように、距離サイドローブのレベルが上昇し、主ローブLとは1/Δfの間隔を隔てた距離にグレーティングローブS1,S2が周期性を有して発生する。 However, even if a high resolution is obtained in the distance direction, if the step frequency Δf is widened and the number of steps (N) is reduced as a result in the step frequency type radar apparatus, the result shown in FIG. As shown in the amplitude, the level of the distance side lobe rises, and the grating lobes S1 and S2 are generated with periodicity at a distance of 1 / Δf from the main lobe L.
このように、ステップ周波数Δfの間隔が広がれば広がるほど、より主ローブLに近い距離領域にグレーティングローブS1,S2が発生するので、たとえ高い距離分解能が得られたとしても、クラッタ等の影響により目標検出機能や目標追尾能力が低下するという現象が発生した。 In this way, the grating lobes S1 and S2 are generated in the distance region closer to the main lobe L as the interval of the step frequency Δf increases, so even if a high distance resolution is obtained, it is affected by the influence of clutter or the like. Phenomenon that target detection function and target tracking ability declined occurred.
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するもので、グレーティングローブを抑制し、距離方向に高い分解能を得つつ、クラッタを抑圧して良好な目標検出機能や目標追尾能力が得られるレーダ装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention solves the above-described conventional problems, and provides a radar device that can suppress a grating lobe and obtain a high resolution in the distance direction while suppressing clutter and obtaining a good target detection function and target tracking capability. The purpose is to provide.
第1の本発明は、ステップ周波数からなりチャープ信号がステップ状に配列されて構成されたパルス信号をアンテナを介して空間に放射し、反射パルス信号をパルス圧縮合成して目標を検出するレーダ装置において、前記アンテナを介して受信された反射パルス信号を導入し、複素ウェイトに基づきパルス圧縮するパルス圧縮手段と、このパルス圧縮手段によりパルス圧縮された前記反射パルス信号に対してFFT合成を行い出力するステップ周波数合成手段と、前記パルス圧縮手段のパルス圧縮時の複素ウェイトを制御するウェイト制御手段とを具備し、前記ウェイト制御手段は、前記ステップ周波数合成手段の出力信号におけるレンジサイドローブの受信感度が低減するように複素ウェイトを制御することを特徴とする。 The first of the present invention, a radar chirp signal Ri Do steps frequency pulse signals are arranged in this stepwise and radiated into space through the antenna, detecting a target reflected pulse signals by pulse-compressed combined In the apparatus, the reflected pulse signal received via the antenna is introduced, pulse compression means for pulse compression based on complex weights, and FFT synthesis is performed on the reflected pulse signal pulse-compressed by the pulse compression means. Output step frequency synthesis means, and weight control means for controlling complex weights during pulse compression of the pulse compression means, the weight control means receiving range side lobes in the output signal of the step frequency synthesis means The complex weight is controlled so as to reduce the sensitivity.
第2の本発明は、ステップ周波数からなりチャープ信号がステップ状に配列されて構成されたパルス信号をアンテナを介して空間に放射し、反射パルス信号をパルス圧縮合成して目標を検出するレーダ装置において、前記アンテナを介して受信された前記反射パルス信号に対してFFT合成を行い出力するステップ周波数合成手段と、このステップ周波数合成手段で合成された前記反射パルス信号を複素ウェイトに基づきパルス圧縮して出力するパルス圧縮手段と、このパルス圧縮手段のパルス圧縮時の複素ウェイトを制御するウェイト制御手段とを具備し、前記ウェイト制御手段は、前記パルス圧縮手段の出力信号におけるレンジサイドローブの受信感度が低減するように複素ウェイトを制御することを特徴とする。 The second of the present invention, a radar chirp signal Ri Do steps frequency pulse signals are arranged in this stepwise and radiated into space through the antenna, detecting a target reflected pulse signals by pulse-compressed combined In the apparatus, step frequency synthesizing means for performing FFT synthesis on the reflected pulse signal received via the antenna and outputting it, and pulse-compressing the reflected pulse signal synthesized by the step frequency synthesizing means based on a complex weight And a weight control means for controlling a complex weight at the time of pulse compression of the pulse compression means. The weight control means receives the range side lobe in the output signal of the pulse compression means. The complex weight is controlled so as to reduce the sensitivity.
上記第1及び第2の本発明は、ステップ周波数方式のレーダ装置において、受信時におけるパルス圧縮及びステップ周波数合成による出力波形は、パルス圧縮後における距離軸上の信号波形と、ステップ周波数合成による距離軸上の信号波形との乗算によるものであり、パルス圧縮における複素ウェイトを制御することにより、サイドローブレベルが上昇する距離領域における受信感度の応答特性を低下させることができることに着目してなされたものである。 In the first and second aspects of the present invention, in the step frequency type radar apparatus, the output waveform by pulse compression and step frequency synthesis at the time of reception is the signal waveform on the distance axis after pulse compression and the distance by step frequency synthesis. This is due to multiplication with the signal waveform on the axis, and it was made by focusing on the fact that the response characteristic of the reception sensitivity in the distance region where the side lobe level increases can be reduced by controlling the complex weight in pulse compression. Is.
すなわち、第1及び第2の本発明のレーダ装置は、ウェイト制御手段を設け、グレーティングローブが形成される距離領域の受信感度の応答特性が低下するように、パルス圧縮手段における複素ウェイトを制御するので、たとえ電波取得の制約上、ステップ周波数Δfの間隔を広げざるを得ない場合でも、距離方向に高い分解能を形成しつつ、クラッタを抑圧し良好な目標検出機能や目標追尾能力を得ることができる。 That is, the radar apparatus according to the first and second aspects of the present invention includes weight control means, and controls the complex weight in the pulse compression means so that the response characteristic of the reception sensitivity in the distance region where the grating lobe is formed is lowered. Therefore, even when the interval of the step frequency Δf has to be widened due to restrictions on radio wave acquisition, it is possible to obtain a good target detection function and target tracking capability by suppressing clutter while forming a high resolution in the distance direction. it can.
以下、本発明に係るレーダ装置の一実施例を図1ないし図6を参照して説明する。なお、図7及び図8に示した従来の構成と同一構成には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 An embodiment of a radar apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. The same components as those of the conventional configuration shown in FIGS. 7 and 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図1は、本発明に係るレーダ装置の第1の実施例を示した構成図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a radar apparatus according to the present invention.
すなわち、レーダ制御器8から供給されるタイミング信号に基づき、ステップ&チャープ信号生成器1は、ステップ周波数からなるパルス信号を生成するとともに、アンテナから送信するのに必要な周波数にアップコンバートした後、送信増幅器2に供給する。
That is, based on the timing signal supplied from the
ステップ&チャープ信号生成器1で生成されるパルス信号は、CPIの期間内に、N(複数)個(f1,f2,・・・fn,・・・fN)の狭帯域のパルスが周波数Fの範囲に広がるように配列され、図2(a)に拡大して示したように、パルス幅τの各パルスは、パルス繰り返し周期(PRI)を有し、隣接するパルス信号間では、図2(b)に示したように、ステップ周波数Δfの間隔を有するように形成されている。なお、ステップ周波数において、ステップ状の各パルスの周波数は、それぞれ一定である場合もあるが、本実施例ではそれぞれ狭帯域のチャープ周波数からなるものとして説明する。
The pulse signal generated by the step &
ステップ&チャープ信号生成器1から送信増幅器2に供給されたパルス信号は、サーキュレータ3及びアンテナ4を介して空間に放射され、アンテナ4を介して空間に放射されたパルス信号は目標で反射されてアンテナ4で受信され、サーキュレータ3を介して受信器5に供給される。
The pulse signal supplied from the step &
受信器5は、高周波増幅回路及び周波数変換回路及びA/D変換回路を備え、サーキュレータ3を介して供給された受信パルス信号を高周波増幅し、中間周波数信号(IF)に変換するとともに、A/Dによりデジタル信号に変換して出力する。 The receiver 5 includes a high-frequency amplification circuit, a frequency conversion circuit, and an A / D conversion circuit. The reception pulse signal supplied via the circulator 3 is high-frequency amplified and converted into an intermediate frequency signal (IF). D is converted into a digital signal and output.
受信パルス信号は、受信器5のA/D変換回路により、直交デジタル(I,Q)信号x(r,n)に変換され、パルス圧縮器6に供給される。
The received pulse signal is converted into a quadrature digital (I, Q) signal x (r, n) by the A / D conversion circuit of the receiver 5 and supplied to the
なお、パルス圧縮器6に供給される直交デジタル(I,Q)信号x(r,n)、すなわち受信信号x(r,n)において、rはレンジ(距離)セル番号(r=1〜R(複数))を、nはステップ周波数の周波数番号(n=1〜N)を表わすものとする。
In the quadrature digital (I, Q) signal x (r, n) supplied to the
そこで、この第1の実施例に係るレーダ装置は、図7に示した従来のレーダ装置とは異なり、以下説明するように、パルス圧縮器6は、供給される受信信号x(r,n)に対し、ウェイト制御器9から供給される複素ウェイトに基づき、レンジサイドローブ領域の受信感度が低減するようにパルス圧縮を行い、ステップ周波数合成器7に供給する。
Therefore, the radar apparatus according to the first embodiment is different from the conventional radar apparatus shown in FIG. 7, and the
受信信号x(r,n)に対する、複素ウェイトに基づくパルス圧縮器6のパルス圧縮動作と、図7に示した従来のレーダ装置におけるパルス圧縮器6におけるパルス圧縮動作を対比し、その相違点を以下説明する。
The pulse compression operation of the
図2(c)の実線で示した特性曲線は、図8(c)に示した従来のレーダ装置におけるステップ周波数合成信号の振幅波形に対応し、図1に示したステップ周波数合成器7におけるステップ周波数合成の信号振幅波形を示したものである。
The characteristic curve shown by the solid line in FIG. 2C corresponds to the amplitude waveform of the step frequency synthesized signal in the conventional radar apparatus shown in FIG. 8C, and the step in the
一方、図2(c)に点線で示した特性曲線は、図1に示したパルス圧縮器6において、ウェイト制御器9から供給される複素ウェイトに基づき形成される受信感度の応答特性を示したものである。
On the other hand, the characteristic curve indicated by the dotted line in FIG. 2C shows the response characteristic of the reception sensitivity formed based on the complex weight supplied from the weight controller 9 in the
すなわち、図1に示したこの第1の実施例におけるレーダ装置において、受信器5から供給される受信信号x(r,n)は、パルス圧縮器6において、ウェイト制御器9から供給される複素ウェイトに基づき、周波数が順次ステップ状に変化する狭帯域の受信パルス信号に対するパルス圧縮が施されるものであり、パルス圧縮器6におけるパルス圧縮は、下記(1)式により行われる。なお、下記(1)式に基づくパルス圧縮は、例えば前記非特許文献1、並びに非特許文献2の特にpp149−153、及びpp174−177に記載されている。
但し、
FTr : レンジセルrに関するフーリエ変換
FT : フーリエ変換
IFTf : チャープ周波数f(f=1〜R)に対する逆フーリエ変換
* : 複素共役
f : チャープ周波数
X(f,n) : x(t)のフーリエ変換
W(f,n) : パルス圧縮時の複素ウェイト
xr(r,n) : パルス圧縮後の信号
rf : パルス圧縮用参照信号
を表す。
That is, in the radar apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1, the received signal x (r, n) supplied from the receiver 5 is complexed from the weight controller 9 in the
However,
FTr: Fourier transform for range cell r FT: Fourier transform IFTf: Inverse Fourier transform for chirp frequency f (f = 1 to R) *: Complex conjugate f: Chirp frequency X (f, n): Fourier transform of x (t) W (F, n): Complex weight at the time of pulse compression xr (r, n): Signal after pulse compression rf: Reference signal for pulse compression
Represents.
すなわち、パルス圧縮器6におけるパルス圧縮は、ウェイト制御器9からの複素ウェイトW(f,n)に基づき、ウェイト制御器9を介して、レーダ制御器8から供給される既知のパルス圧縮用参照信号rfと、受信器5から供給される受信信号x(r,n)との相関演算を行うものであり、上記説明のように、相関演算を上記(1)式に示したFFTの演算により行なわれる。なお、レーダ制御器8から供給されるパルス圧縮用参照信号rfは、下記(2)式で表わされる。
但し、
B : チャープ帯域幅
τ : パルス幅
t : 時間
を表す。
That is, the pulse compression in the
However,
B: Chirp bandwidth
τ: Pulse width
t: represents time.
そこで、図1に示したレーダ装置において、パルス圧縮器5は、ウェイト制御器9から供給される複素ウェイトW(f,n)に基づきパルス圧縮を行ったとき、そのパルス圧縮による受信信号x(r,n)に対する受信感度の応答特性は図2(c)に点線で示したように現れる。 Therefore, in the radar apparatus shown in FIG. 1, when the pulse compressor 5 performs the pulse compression based on the complex weight W (f, n) supplied from the weight controller 9, the received signal x ( The response characteristic of the reception sensitivity with respect to r, n) appears as shown by the dotted line in FIG.
そこで、ウェイト制御器9は、図3に要部を拡大して示したように、主ローブLの観測範囲を挟み距離方向に発生する各グレーティングローブS1,S2の領域にわたり、受信感度応答特性のヌル点が複数(M)個(1,2,・・・m,・・・M)形成されるように、下記(3)式による演算により、十分収束した時点の複素ウェイトW(f,n,p=収束時点)を生成してパルス圧縮器6に供給する。
Therefore, as shown in an enlarged view of the main part in FIG. 3, the weight controller 9 has a reception sensitivity response characteristic over the areas of the grating lobes S1 and S2 generated in the distance direction across the observation range of the main lobe L. The complex weight W (f, n at the time of sufficient convergence is obtained by calculation according to the following equation (3) so that a plurality (M) (1, 2,..., M) of null points are formed. , P = convergence time) is generated and supplied to the
下記(3)式は、フィードバックループのMSN(Maximum Signal to Noise Ratio)方式の演算であり、下記(3)式に示したMSN方式の演算により、サイドローブレベルが上昇し、グレーティングローブが形成される距離領域において、受信感度応答特性上ヌル点を形成されるように、複素ウェイトW(f,n,p=収束時点)を生成し、パルス圧縮器6に供給される。なお、フィードバックループのMSN方式については、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.67−86に記載されている。
但し、
p : 収束するまでの演算回数
μ : ステップサイズ
m : ヌル形成ポイント番号(m=1〜M)
F(n) :ステップ周波数(n=1〜N)
t0 : パルス圧縮処理の基準レンジセルに対応する時間
tm : パルス圧縮時にヌルを形成するレンジセルに対応する時間
R0 : パルス圧縮処理の基準レンジに対応する距離
Rm : パルス圧縮処理の基準レンジに対応するヌルを形成するレンジ
c : 光速
を示す。
Equation (3) below is an MSN (Maximum Signal to Noise Ratio) method of the feedback loop. The MSN method shown in Equation (3) below increases the side lobe level and forms a grating lobe. The complex weight W (f, n, p = convergence time) is generated and supplied to the
However,
p: Number of operations until convergence
μ: Step size
m: Null formation point number (m = 1 to M)
F (n): Step frequency (n = 1 to N)
t0: Time corresponding to the reference range cell for pulse compression processing
tm: time corresponding to a range cell that forms null during pulse compression
R0: Distance corresponding to the reference range of pulse compression processing
Rm: Range that forms a null corresponding to the reference range of pulse compression processing
c: Indicates the speed of light.
パルス圧縮器6において、主ローブLの観測範囲を挟んで発生するグレーティングローブS1,S2の距離領域に、受信感度における応答特性のヌル点を複数(M)個が形成された出力信号xr(r,n)は、ステップ周波数合成器7に供給される。
In the
ステップ周波数合成器7は、下記(4)式により、ステップ周波数に対するFFT(フーリエ変換)合成の実施により、各レンジセル番号r毎に、距離方向に更にNポイントに分割された出力信号Xstep(r)を得ることができる。
但し、
Xstep(r) : レンジセル番号r毎に更にNポイントに分割した信号
FTn : 周波数nに関するフーリエ変換
を表す。
The
However,
Xstep (r): signal further divided into N points for each range cell number r FTn: Fourier transform for frequency n.
なお、上記(4)式では、簡略化のため、フーリエ変換時に窓関数を含めない式で記述されているが、窓関数を含めた式としても良い。 In the above equation (4), for simplification, it is described as an equation that does not include a window function at the time of Fourier transform, but may be an equation that includes a window function.
上記説明のように、この実施例のレーダ装置は、パルス圧縮及びステップ周波数合成による出力振幅は、パルス圧縮後における距離軸上の信号波形と、ステップ周波数合成による距離軸上の信号波形との乗算によるものであり、パルス圧縮器6において、主ローブLの観測範囲を挟んで発生するグレーティングローブS1,S2の距離領域に、受信感度における応答特性のヌル点を複数(M)個が形成したので、サイドローブレベルが上昇する距離領域における受信感度の応答特性は低下し、クラッタを抑圧し良好な目標検出機能や目標追尾能力を得ることができる。
As described above, in the radar apparatus of this embodiment, the output amplitude by pulse compression and step frequency synthesis is obtained by multiplying the signal waveform on the distance axis after pulse compression by the signal waveform on the distance axis by step frequency synthesis. In the
上記説明において、ウェイト制御器9は、グレーティングローブS1,S2が発生する距離方向に受信感度応答特性のヌル点がM個形成されるように複素ウェイトを設定したが、図4に振幅波形図を示したように、受信感度の応答特性が、主ローブLを中心とした距離方向の観測範囲領域において一定となるように、いわゆるレベル拘束を付ける方式を採用しても良い。レベル拘束を付すMSN方式については、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.87−98に記載されている。 In the above description, the weight controller 9 sets the complex weight so that M null points of the reception sensitivity response characteristic are formed in the distance direction in which the grating lobes S1 and S2 are generated. As shown, a so-called level constraint may be adopted so that the response characteristic of the reception sensitivity is constant in the observation range region in the distance direction centered on the main lobe L. As for the MSN method with level constraint, Nobuyoshi Kikuma, “Adaptive signal processing by array antenna” Science and Technology Publication (1999), pp. 87-98.
また、パルス圧縮用の複素ウェイトは、ステップ周波数Δfに対応する各レンジセル(すなわち、フィルタバンク)毎に変えても良いが、パルス圧縮器6における処理負荷を軽減するために、各レンジセルにおいて、共通した複素ウェイトを使用するように構成しても良い。
Further, the complex weight for pulse compression may be changed for each range cell (that is, filter bank) corresponding to the step frequency Δf, but in order to reduce the processing load in the
各レンジセルで共通の複素ウェイトを使用する場合は、図4に示したように、距離方向の観測範囲内において、受信感度レベルが一定(1,2,・・・Mc)となり、それ以外では受信感度の応答特性が低減ないしはゼロに近づくようにして、他のレンジセルにおいてグレーティングローブS1,S2が発生しないようにすることができる。 When a common complex weight is used in each range cell, the reception sensitivity level is constant (1, 2,... Mc) within the observation range in the distance direction as shown in FIG. Sensitivity response characteristics are reduced or approached to zero so that grating lobes S1 and S2 do not occur in other range cells.
また、上記説明において、ウェイト制御器9における複素ウェイトの算出には、MSN方式等のフィードバックループにより行う旨説明したが、いわゆる逆フーリエ変換やSMI(Sampled Matrix Inversion)方式等の直接解法により複素ウェイトを算出しても、同様に、サイドローブが上昇する距離領域に受信感度の応答特性のヌル点を形成することができる。 In the above description, it has been described that the complex weight is calculated by the weight controller 9 using a feedback loop such as the MSN method. Similarly, the null point of the response characteristic of the reception sensitivity can be formed in the distance region where the side lobe rises.
すなわち、所望のレンジセル応答をres(r)としたとき、ウェイト制御器9は、下記(5)式による逆フーリエ変換の直接解法による複素ウェイトの算出により、グレーティングローブS1,S2の距離領域における受信感度応答特性のヌル点を形成して、グレーティングローブS1,S2を抑制することができる。なお、逆フーリエ変換については、日野幹雄著「スペクトル解析」朝倉書店(1977)pp.18−19に記載されている。
但し、
res(r): 所望のレンジセル応答
W(n) ; 複素ウェイト[W(1、n) W(2、n)・・W(R、n)]t
IFFTr[ ]; レンジセルrに対する逆フーリエ変換
を表す。
That is, when the desired range cell response is set to res (r), the weight controller 9 receives the complex weights in the distance region of the grating lobes S1 and S2 by calculating the complex weight by the direct solution of the inverse Fourier transform according to the following equation (5). It is possible to suppress the grating lobes S1 and S2 by forming a null point of the sensitivity response characteristic. For the inverse Fourier transform, see “Spectral Analysis” by Aki Shoten (1977) pp. 18-19.
However,
res (r): desired range cell response W (n); complex weight [W (1, n) W (2, n) ·· W (R, n)] t
IFFTr []; Inverse Fourier transform for range cell r
Represents.
また、直接解法にはSMI(Sample Matrix Inversion)方式が知られているが、ウェイト制御器9におけるSMI方式による複素ウェイトの算出では、下記(6)式により、所望の複素ウェイトWoptを算出し、同様にグレーティングローブS1,S2を抑制することができる。なお、SMI方式については、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.35−37に記載されている。
但し、
X(n) ; X(f,n)からなる行列
Rxx(n) ; 相関行列
Rxy(n) ; 相関行列
W0(f,n) ; 初期ウェイト
Wopt(n); 所望ウェイト[Wopt(1、n) Wopt(2、n)・・Wopt(R、n)]t
E[ ];平均
t ;転値
* ;複素共役
を表す。
In addition, the SMI (Sample Matrix Inversion) method is known as the direct solution method, but in the calculation of the complex weight by the SMI method in the weight controller 9, a desired complex weight Wopt is calculated by the following equation (6), Similarly, the grating lobes S1 and S2 can be suppressed. As for the SMI method, Nobuyoshi Kikuma, “Adaptive signal processing by array antenna” Science and Technology Publication (1999) pp. 35-37.
However,
X (n); matrix consisting of X (f, n) Rxx (n); correlation matrix Rxy (n); correlation matrix W0 (f, n); initial weight
Wopt (n); desired weight [Wopt (1, n) Wopt (2, n) · · Wopt (R, n)] t
E []; average
t: Inversion
* Represents a complex conjugate.
また、このSMI方式においても、拘束付出力最小化方式を適用することができ、拘束付出力最小化方式を適用した場合は、同じく図4に示したように、主ローブLを中心とした観測範囲においては、受信感度の応答特性が一定(1,2,・・・Mc)になるように、レベルを拘束した状態で、グレーティングローブのレベルを低減しても良い。なお、拘束付SMI方式については、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.98−99に記載されている。 Also in this SMI method, the constrained output minimization method can be applied, and when the constrained output minimization method is applied, the observation centered on the main lobe L as shown in FIG. In the range, the level of the grating lobe may be reduced while the level is constrained so that the response characteristic of the reception sensitivity is constant (1, 2,... Mc). For the SMI method with constraints, see Nobuyoshi Kikuma, “Adaptive Signal Processing with Array Antenna” Science and Technology Publication (1999) pp. 98-99.
以上説明のように、ウェイト制御器9において、フィードバック方式によることなく、直接解法による演算により複素ウェイト算出によっても、グレーティングローブS1,S2を抑圧する受信感度の応答特性を有するパルス圧縮信号を生成して、ステップ周波数合成器7に供給され、ステップ周波数合成器7では前記式(4)を用いたステップ周波数合成を実行する。
As described above, the weight controller 9 generates a pulse-compressed signal having a response characteristic of reception sensitivity that suppresses the grating lobes S1 and S2 by calculation of complex weights by calculation by direct solution without using the feedback method. The
以上要するに、本実施例のレーダ装置によれば、パルス圧縮及びステップ周波数合成による出力振幅は、パルス圧縮後における距離軸上の信号波形と、ステップ周波数合成による距離軸上の信号波形との乗算によることから、グレーティングローブ発生距離領域の受信感度応答を低減ないしはゼロに近付けるように、パルス圧縮時の複素ウェイトを制御するので、たとえ電波取得の制約上、ステップ周波数Δfの間隔を広げざるを得ない場合でも、高い距離分解能のもとで、クラッタを抑圧し良好な目標検出機能や目標追尾能力を得ることができる。 In short, according to the radar apparatus of this embodiment, the output amplitude by pulse compression and step frequency synthesis is obtained by multiplying the signal waveform on the distance axis after pulse compression by the signal waveform on the distance axis by step frequency synthesis. Therefore, the complex weight at the time of pulse compression is controlled so that the reception sensitivity response in the grating lobe generation distance region is reduced or brought close to zero, so the interval of the step frequency Δf must be widened due to restrictions on radio wave acquisition. Even in this case, it is possible to suppress clutter and obtain a good target detection function and target tracking capability under high distance resolution.
次に、上記第1の実施例に係るレーダ装置は、図1に示したように、パルス圧縮器6におけるパルス圧縮を行って後、ステップ周波数合成器7においてFFT合成を行いサイドローブにおける受信感度を低減させる旨説明したが、パルス圧縮及びステップ周波数合成による出力は、パルス圧縮後における距離軸上の信号波形と、ステップ周波数合成による距離軸上の信号波形との乗算によるものであるから、パルス圧縮器6とステップ周波数合成器7との接続関係を逆にし、受信器5から供給される受信信号に対し、ステップ周波数合成器7が先にFFT合成を行い、その合成信号に対しパルス圧縮器6がウェイト制御によりパルス圧縮を行うように構成しても、同様な効果を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 1, the radar apparatus according to the first embodiment performs pulse compression in the
すなわち、図5は本発明におけるレーダ装置の第2の実施例を示した構成図で、図1に示した第1の実施例とは、パルス圧縮器6とステップ周波数合成器7との接続順序が異なるのみで、他の構成及び各構成における動作は上記第1の実施例と同様であり、ウェイト制御器9における複素ウェイトの演算方法は、上記第1の実施例において説明した種々の演算方法を採用することができる。
5 is a block diagram showing a second embodiment of the radar apparatus according to the present invention. The first embodiment shown in FIG. 1 differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in the connection order of the
従って、この第2の実施例におけるレーダ装置においても、ウェイト制御器9は第1の実施例におけると同様に、例えばフィードバック法によりあるいは直接解法により複素ウェイトを算出し、グレーティングローブS1,S2が形成されるサイドローブ領域における受信感度の応答特性を低減することができるので、第1の実施例と同様に、クラッタを抑圧し、目標検出機能や目標追尾能力の向上した信号を出力することができる。 Therefore, also in the radar apparatus according to the second embodiment, the weight controller 9 calculates complex weights by, for example, the feedback method or the direct solution method, as in the first embodiment, and the grating lobes S1 and S2 are formed. Since the response characteristic of the reception sensitivity in the side lobe area to be reduced can be reduced, the clutter can be suppressed and a signal with improved target detection function and target tracking capability can be output as in the first embodiment. .
なお、上記第1及び第2の各実施例では、レーダ装置は、電波取得に制約があるという観点から、ステップ周波数からなるパルス信号は、周波数軸上で隣接するパルス間に間隙を有して配列されているものとして説明したが、もしも比較的広い帯域を連続使用可能な周波数Fの領域を形成できる場合は、その周波数Fの領域を周波数軸上で複数に分割したステップ周波数を構成しても良い。 In each of the first and second embodiments, the radar apparatus has a gap between adjacent pulses on the frequency axis from the viewpoint that the radar apparatus has a limitation in radio wave acquisition. Although described as being arranged, if a region of frequency F that can continuously use a relatively wide band can be formed, a step frequency is formed by dividing the region of frequency F into a plurality of portions on the frequency axis. Also good.
すなわち、図2(a),(b)に対応したパルス信号波形図を図6(a),(b)に示したように、周波数ステップからなるパルス信号は、図6(b)に示したように、隣接するステップ周波数(f1,f2,・・・fN)が各隣接するパルスが数軸上で一部重複、ないしは連続してつらなるように形成しても良い。このように、ステップ&チャープ信号生成器1において、一部重複しつつも周波数Fの帯域を分割することで、各ステップにおける周波数帯域の制限により、受信器5等における信号処理が容易となり、回路規模を削減することができる。
That is, as shown in FIGS. 6A and 6B, the pulse signal waveform diagrams corresponding to FIGS. 2A and 2B are shown in FIG. 6B. As described above, the adjacent step frequencies (f1, f2,... FN) may be formed such that each adjacent pulse is partially overlapped or continuously formed on several axes. As described above, in the step &
1 ステップ&チャープ信号生成器
2 送信増幅器
3 サーキュレータ
4 アンテナ
5 受信器
6 パルス圧縮器(パルス圧縮手段)
7 ステップ周波数合成器(ステップ周波数合成手段)
8 ウェイト制御器(ウェイト制御手段)
9 レーダ制御器
1 Step &
7 Step frequency synthesizer (Step frequency synthesizer)
8 Weight controller (weight control means)
9 Radar controller
Claims (6)
前記アンテナを介して受信された反射パルス信号を導入し、複素ウェイトに基づきパルス圧縮するパルス圧縮手段と、
このパルス圧縮手段によりパルス圧縮された前記反射パルス信号に対してFFT合成を行い出力するステップ周波数合成手段と、
前記パルス圧縮手段のパルス圧縮時の複素ウェイトを制御するウェイト制御手段と
を具備し、
前記ウェイト制御手段は、前記ステップ周波数合成手段の出力信号におけるレンジサイドローブの受信感度が低減するように複素ウェイトを制御することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus Do Ri chirp signal from the step frequency of the pulse signal are arranged in this stepwise and radiated into space through the antenna, detecting a target reflected pulse signals by pulse-compressed combined,
Pulse compression means for introducing a reflected pulse signal received via the antenna and compressing the pulse based on a complex weight;
Step frequency synthesis means for performing FFT synthesis on the reflected pulse signal pulse-compressed by the pulse compression means and outputting;
Weight control means for controlling a complex weight at the time of pulse compression of the pulse compression means,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the weight control unit controls the complex weight so that reception sensitivity of the range side lobe in the output signal of the step frequency synthesis unit is reduced.
前記アンテナを介して受信された前記反射パルス信号に対してFFT合成を行い出力するステップ周波数合成手段と、
このステップ周波数合成手段で合成された前記反射パルス信号を複素ウェイトに基づきパルス圧縮して出力するパルス圧縮手段と、
このパルス圧縮手段のパルス圧縮時の複素ウェイトを制御するウェイト制御手段と
を具備し、
前記ウェイト制御手段は、前記パルス圧縮手段の出力信号におけるレンジサイドローブの受信感度が低減するように複素ウェイトを制御することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus Do Ri chirp signal from the step frequency of the pulse signal are arranged in this stepwise and radiated into space through the antenna, detecting a target reflected pulse signals by pulse-compressed combined,
Step frequency synthesizing means for performing FFT synthesis on the reflected pulse signal received via the antenna and outputting it;
Pulse compression means for pulse-compressing and outputting the reflected pulse signal synthesized by the step frequency synthesis means based on complex weights;
Weight control means for controlling a complex weight at the time of pulse compression of the pulse compression means,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the weight control means controls the complex weight so that the reception sensitivity of the range side lobe in the output signal of the pulse compression means is reduced.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005247852A JP4630767B2 (en) | 2005-08-29 | 2005-08-29 | Radar equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005247852A JP4630767B2 (en) | 2005-08-29 | 2005-08-29 | Radar equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007064671A JP2007064671A (en) | 2007-03-15 |
JP4630767B2 true JP4630767B2 (en) | 2011-02-09 |
Family
ID=37927058
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005247852A Expired - Fee Related JP4630767B2 (en) | 2005-08-29 | 2005-08-29 | Radar equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4630767B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104407329A (en) * | 2014-11-27 | 2015-03-11 | 南京大学 | Zero-sidelobe two-dimensional pulse compression method for region detection |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008256448A (en) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Toshiba Corp | High-resolution system |
JP5044358B2 (en) * | 2007-10-22 | 2012-10-10 | 株式会社東芝 | Radar equipment |
US8193974B2 (en) * | 2009-03-04 | 2012-06-05 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for suppressing ambiguous peaks from stepped frequency techniques |
US7688257B1 (en) * | 2009-03-24 | 2010-03-30 | Honeywell International Inc. | Marine radar systems and methods |
JP5491877B2 (en) * | 2010-01-21 | 2014-05-14 | 株式会社東芝 | Radar apparatus, flying object guidance apparatus, and target detection method |
JP2011185639A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Toshiba Corp | Signal processing parameter analyzer and radar device |
JP6271834B2 (en) * | 2012-11-20 | 2018-01-31 | 三菱電機株式会社 | Radar equipment |
JP6184220B2 (en) * | 2013-07-24 | 2017-08-23 | 三菱電機株式会社 | Radar system, radar apparatus and radar signal processing apparatus |
JP6523350B2 (en) * | 2017-01-20 | 2019-05-29 | 三菱電機株式会社 | Radar apparatus and object recognition method |
CN109581299B (en) * | 2018-12-11 | 2022-04-22 | 湖南华诺星空电子技术有限公司 | Ultra-wideband step-frequency continuous wave pulse compression sidelobe suppression method |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002168936A (en) * | 2000-12-01 | 2002-06-14 | Mitsubishi Electric Corp | Device and method for detecting wave source |
JP2003194924A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-09 | Mitsubishi Electric Corp | Doppler radar equipment |
JP2005009979A (en) * | 2003-06-18 | 2005-01-13 | Toshiba Corp | Pulse radar device and signal processing method therefor |
JP2005128011A (en) * | 2003-09-30 | 2005-05-19 | Toshiba Corp | Pulse compression processor |
JP2005201727A (en) * | 2004-01-14 | 2005-07-28 | Toshiba Corp | Radar apparatus |
JP2005315738A (en) * | 2004-04-28 | 2005-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | Pulse radar device |
-
2005
- 2005-08-29 JP JP2005247852A patent/JP4630767B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002168936A (en) * | 2000-12-01 | 2002-06-14 | Mitsubishi Electric Corp | Device and method for detecting wave source |
JP2003194924A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-09 | Mitsubishi Electric Corp | Doppler radar equipment |
JP2005009979A (en) * | 2003-06-18 | 2005-01-13 | Toshiba Corp | Pulse radar device and signal processing method therefor |
JP2005128011A (en) * | 2003-09-30 | 2005-05-19 | Toshiba Corp | Pulse compression processor |
JP2005201727A (en) * | 2004-01-14 | 2005-07-28 | Toshiba Corp | Radar apparatus |
JP2005315738A (en) * | 2004-04-28 | 2005-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | Pulse radar device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104407329A (en) * | 2014-11-27 | 2015-03-11 | 南京大学 | Zero-sidelobe two-dimensional pulse compression method for region detection |
CN104407329B (en) * | 2014-11-27 | 2017-06-16 | 南京大学 | A kind of zero secondary lobe Two-dimensional Pulsed compression method for region detection |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007064671A (en) | 2007-03-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4630767B2 (en) | Radar equipment | |
US9070972B2 (en) | Wideband beam forming device; wideband beam steering device and corresponding methods | |
Jensen et al. | Synthetic aperture ultrasound imaging | |
US6121917A (en) | FM-CW radar | |
US7436348B2 (en) | Interferometer-type radar | |
US7864106B2 (en) | Pulse doppler coherent radar or ultrasound detection method and system for SNR enhancement | |
US7511659B2 (en) | Radar device | |
JP6818541B2 (en) | Radar device and positioning method | |
US7812759B2 (en) | Radar apparatus for detection position information of a target by receiving reflection signals reflected by the target with a plurality of reception antennas | |
EP1580572A1 (en) | Digital beamforming radar apparatus | |
JP2016151425A (en) | Radar system | |
JPH0727021B2 (en) | Synthetic aperture radar device | |
JPWO2007020704A1 (en) | Target detection method and target detection apparatus | |
JPWO2006013614A1 (en) | Radar equipment | |
JP6279193B2 (en) | Object detection device and sensor device | |
JP5044358B2 (en) | Radar equipment | |
JP3367462B2 (en) | Active sonar and target detection method thereof | |
US11467242B2 (en) | Direction-of-arrival estimation apparatus, method, and non-transitory medium | |
JP2006145251A (en) | Radio wave arrival direction prediction system | |
JP2008286696A (en) | Radar device | |
JP2016136116A (en) | Radar device and radar signal processing method therefor | |
JP6573748B2 (en) | Radar equipment | |
Behar et al. | Optimization of sparse synthetic transmit aperture imaging with coded excitation and frequency division | |
JP5618494B2 (en) | Radar equipment | |
Shiva et al. | Improved monostatic pulse radar design using ultra wide band for range estimation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070907 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091112 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091124 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101019 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101115 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131119 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131119 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |