JP5601881B2 - Passive radar system and passive radar method - Google Patents

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本発明は、自らは電波を送信せず、自己の周辺に既に存在する電波(既存の電波)が移動目標に当たることで生成される散乱波を受信し、一方で、既に存在する電波の電波源から直接到来する直接波を受信し、散乱波と直接波の到来時間差、およびドップラ周波数差、さらに自己のアレーアンテナによる測角値を元に、移動目標の位置を標定するパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法に関するものである。   The present invention does not transmit radio waves by itself and receives scattered waves generated when radio waves that already exist around itself (existing radio waves) hit a moving target, while radio wave sources of radio waves that already exist A passive radar system and a passive radar that receive a direct wave coming directly from the satellite and locate the position of the moving target based on the arrival time difference between the scattered wave and the direct wave, the Doppler frequency difference, and the angle measured by the own array antenna It is about the method.

図10は、従来のパッシブレーダ装置の内部構成図である(例えば、特許文献1参照)。図10における従来のパッシブレーダ装置100は、第1のアンテナ11a〜11d、第2のアンテナ11e、第1の受信機13a〜13d、第2の受信機13e、第1のA/D変換器14a〜14d、第2のA/D変換器14e、第1の記憶部15a、第2の記憶部15b、相互相関演算手段16、および目標標定手段17を備えている。また、第1のアンテナ11a〜11dにより、アレーアンテナ12が構成されている。   FIG. 10 is an internal configuration diagram of a conventional passive radar device (see, for example, Patent Document 1). The conventional passive radar device 100 in FIG. 10 includes a first antenna 11a to 11d, a second antenna 11e, a first receiver 13a to 13d, a second receiver 13e, and a first A / D converter 14a. To 14d, a second A / D converter 14e, a first storage unit 15a, a second storage unit 15b, a cross-correlation calculating unit 16, and a target locating unit 17. Moreover, the array antenna 12 is comprised by the 1st antennas 11a-11d.

パッシブレーダ装置100は、散乱波1と直接波2を受信する。そして、散乱波1は、第1のアンテナ11a〜11dを有するアレーアンテナ12を介して第1の受信機13a〜13dで受信され、第1のA/D変換器14a〜14dによりA/D変換され、アレーアンテナ12に含まれる第1のアンテナ11a〜11dの番号(素子番号)に対応付けられて第1の記憶部15aに記憶される。   The passive radar device 100 receives the scattered wave 1 and the direct wave 2. The scattered wave 1 is received by the first receivers 13a to 13d via the array antenna 12 having the first antennas 11a to 11d, and A / D conversion is performed by the first A / D converters 14a to 14d. And stored in the first storage unit 15a in association with the numbers (element numbers) of the first antennas 11a to 11d included in the array antenna 12.

一方、直接波2は、第2のアンテナ11eを介して第2の受信機13eで受信され、第2のA/D変換器14eによりA/D変換され、第2の記憶部15bに記憶される。ここで、第2のアンテナ11e、第2の受信機13e、第2のA/D変換器14eは、それぞれ、第1のアンテナ11a〜11d、第1の受信機13a〜13d、第1のA/D変換器14a〜14dと同一機能を有するものである。   On the other hand, the direct wave 2 is received by the second receiver 13e via the second antenna 11e, A / D converted by the second A / D converter 14e, and stored in the second storage unit 15b. The Here, the second antenna 11e, the second receiver 13e, and the second A / D converter 14e are respectively a first antenna 11a to 11d, a first receiver 13a to 13d, and a first A. This has the same function as the / D converters 14a to 14d.

次に、従来のパッシブレーダ装置の一般的な目標標定原理について説明する。
散乱波1は、電波源が送出した電波が目標に当たることで、パッシブレーダ装置100に到来する。従って、電波源から直接パッシブレーダ装置100に到来する直接波よりも、同じ波形諸元を持っているが、到来時間が遅れている。
Next, a general target orientation principle of a conventional passive radar device will be described.
The scattered wave 1 arrives at the passive radar device 100 when the radio wave transmitted from the radio wave source hits the target. Therefore, although it has the same waveform specifications as compared with the direct wave arriving at the passive radar device 100 directly from the radio wave source, the arrival time is delayed.

また、目標が移動している場合には、移動目標に当たった電波は、目標の移動速度に応じて周波数がシフトする。これをドップラ周波数差と呼ぶ。パッシブレーダ装置100内の相互相関演算手段16は、記憶部15aに記憶された散乱波1の時系列データと、記憶部15bに記憶された直接波2の時系列データを用いて、次式(1)の評価関数に関する演算を行う。   When the target is moving, the frequency of the radio wave hitting the moving target is shifted according to the moving speed of the target. This is called a Doppler frequency difference. The cross-correlation calculating means 16 in the passive radar device 100 uses the time series data of the scattered wave 1 stored in the storage unit 15a and the time series data of the direct wave 2 stored in the storage unit 15b, using the following formula ( The calculation related to the evaluation function 1) is performed.

Figure 0005601881
Figure 0005601881

ここで、上式(1)内の各記号は、以下のものを意味する。
s(t):散乱波受信信号
d(t):直接波受信信号
t:A/D変換器のサンプル番号
T:1回の観測フレームに用いるデータサンプル数
P:評価関数
τ:散乱波受信信号s(t)と直接波受信信号d(t)との到来時間差
Δf:散乱波受信信号s(t)と直接波受信信号d(t)のドップラ周波数差
Here, each symbol in the above formula (1) means the following.
s (t): scattered wave reception signal d (t): direct wave reception signal t: A / D converter sample number T: number of data samples used in one observation frame P: evaluation function τ: scattered wave reception signal Arrival time difference between s (t) and direct wave reception signal d (t) Δf: Doppler frequency difference between scattered wave reception signal s (t) and direct wave reception signal d (t)

このように、到来時間差をτとすると、s(t)×d(t−τ)で、評価関数は最大値をとる。同時に、散乱波1のドップラ周波数差を補正するために、上式(1)では、exp(−j2πΔft)により補正をかけている。なお、この場合の観測時間t=1〜Tの間、移動目標は、ある定点に留まっているという仮定をおいている。   As described above, when the arrival time difference is τ, the evaluation function takes a maximum value of s (t) × d (t−τ). At the same time, in order to correct the Doppler frequency difference of the scattered wave 1, in the above equation (1), correction is performed by exp (−j2πΔft). In this case, it is assumed that the moving target remains at a certain fixed point during the observation time t = 1 to T.

図11は、従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段16における評価関数の捜索範囲を示した説明図である。相互相関演算手段16は、上式(1)の評価関数に関し、想定される到来時間差τの範囲、ドップラ周波数差Δfの範囲で走査するため、図11に示すように、2次元の全面捜索が必要となる。この結果、多大な演算量を処理しなければならない。   FIG. 11 is an explanatory diagram showing the search range of the evaluation function in the cross-correlation calculating means 16 of the conventional passive radar device. Since the cross-correlation calculating means 16 scans within the range of the estimated arrival time difference τ and the Doppler frequency difference Δf with respect to the evaluation function of the above equation (1), a two-dimensional full-scale search is performed as shown in FIG. Necessary. As a result, a large amount of computation must be processed.

図12は、従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段16における評価関数の演算結果の一例を3次元グラフとして示した説明図である。図12に示すように、まずは、ドップラ周波数差=0の反応が多く見られる。これは、山や人工建造物などの固定物による反射によるものであり、移動目標を標定対象とするレーダ装置から見ると障害物(固定クラッタ)に相当する。   FIG. 12 is an explanatory view showing an example of the calculation result of the evaluation function in the cross correlation calculation means 16 of the conventional passive radar device as a three-dimensional graph. As shown in FIG. 12, first, many reactions with a Doppler frequency difference = 0 are observed. This is due to reflection by a fixed object such as a mountain or an artificial building, and corresponds to an obstacle (fixed clutter) when viewed from a radar device that targets a moving target.

注目すべきは、図12中の点線の楕円で囲んだ部分に、ドップラ周波数差=0でないピークが見られる点である。これは、標定対象としている移動目標による反応であり、このピーク位置から、移動目標に対する到来時間差τ、およびドップラ周波数差Δfを得ることができる。 It should be noted that a peak other than Doppler frequency difference = 0 can be seen in a portion surrounded by a dotted-line ellipse in FIG. This is a reaction by the moving target that is the target of orientation, and the arrival time difference τ 1 and the Doppler frequency difference Δf 1 with respect to the moving target can be obtained from this peak position.

次に、目標標定手段17の動作について説明する。図13は、従来のパッシブレーダシステムの運用イメージ図であり、具体的には、1台のパッシブレーダ装置100内の目標標定手段17による移動目標30の標定方法を図解したものである。目標標定手段17は、相互相関演算手段16で得られた到来時間差τから目標の存在する候補を生成する。 Next, the operation of the target locating means 17 will be described. FIG. 13 is an operation image diagram of a conventional passive radar system. Specifically, the method of locating the moving target 30 by the target locating means 17 in one passive radar device 100 is illustrated. The target locating unit 17 generates a candidate having a target from the arrival time difference τ 1 obtained by the cross correlation calculating unit 16.

ここで、説明を簡略化するために、この問題を2次元平面で考えることとする。一般に、電波源20とパッシブレーダ装置100の位置が既知であるため、到来時間差がτとなる候補は、電波源20とパッシブレーダ装置100の位置を焦点とする楕円上に限定される。この楕円を等距離楕円という。 Here, in order to simplify the explanation, this problem is considered on a two-dimensional plane. In general, since the positions of the radio wave source 20 and the passive radar device 100 are known, candidates for which the arrival time difference is τ 1 are limited to an ellipse with the position of the radio wave source 20 and the passive radar device 100 as a focal point. This ellipse is called an equidistant ellipse.

そして、最終的に、パッシブレーダ装置100に備わるアレーアンテナ12による測角値から、散乱波1の到来方向を求めることで、等距離楕円と到来方向との交点が移動目標30の推定位置として特定される。   Finally, the intersection of the equidistant ellipse and the arrival direction is specified as the estimated position of the moving target 30 by obtaining the arrival direction of the scattered wave 1 from the measured angle value by the array antenna 12 provided in the passive radar device 100. Is done.

特開2008−134256号公報JP 2008-134256 A

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のパッシブレーダ装置では、相互相関演算手段16が出力するドップラ周波数差Δfの情報は、先の図12において、移動目標を固定クラッタから分離するためだけに使用されている。そして、移動目標の速度諸元(移動速度、方向など)は、複数観測フレームにおける位置の変化率(特許文献1の表3における速度の計算式に該当)からしか求めていない。したがって、従来技術で求めていた移動目標の速度諸元は、複数フレームにおける位置から導出した平均移動ベクトルであり、瞬時速度ベクトルを求めることはできない。
However, the prior art has the following problems.
In the conventional passive radar device, the information of the Doppler frequency difference Δf 1 output from the cross-correlation calculating means 16 is used only to separate the moving target from the fixed clutter in FIG. The speed specifications (movement speed, direction, etc.) of the movement target are obtained only from the rate of change of position in a plurality of observation frames (corresponding to the speed calculation formula in Table 3 of Patent Document 1). Therefore, the speed specification of the moving target obtained in the conventional technique is an average moving vector derived from positions in a plurality of frames, and an instantaneous speed vector cannot be obtained.

一般に、パッシブレーダ装置が運用される際の電波源は、FM放送波、アナログテレビジョン放送波、デジタルテレビジョン放送波、携帯電話基地局電波など、全周のユーザ(視聴者)に対して公平に電波が到達するように、電波源の送信アンテナは、無指向性であることがほとんどである。この場合、送信電力がある値に規定されているため、そのエネルギーが全周に分散する。   In general, radio wave sources when passive radar devices are operated are fair to all-round users (viewers) such as FM broadcast waves, analog television broadcast waves, digital television broadcast waves, and mobile phone base station radio waves. In most cases, the transmission antenna of the radio wave source is omnidirectional so that the radio wave can reach. In this case, since the transmission power is regulated to a certain value, the energy is dispersed all around.

従って、ある特定の方向や領域に対して、自己に備わるアンテナの特性を変化させることで、送信エネルギーを集中して送信可能なレーダ装置(狭義には、モノスタティックレーダ装置と呼ぶ)のような、電力集中作用(送信アンテナ指向性利得)を得ることができない。   Therefore, a radar device (referred to as a monostatic radar device in a narrow sense) that can transmit the transmission energy in a concentrated manner by changing the characteristics of the antenna provided for itself in a specific direction or region. The power concentration effect (transmitting antenna directivity gain) cannot be obtained.

このため、パッシブレーダ装置では、自己が送信エネルギーを集中して送信可能なレーダ装置に比較して、ある特定の方向や領域に存在する移動目標からの反射電力が極めて低く、長時間の観測データを用いて積分利得を稼ぐ方法が不可欠である。   For this reason, passive radar equipment has extremely low reflected power from a moving target that exists in a specific direction or region compared to radar equipment that can transmit its transmission energy in a concentrated manner. A method of gaining integral gain using is essential.

一方、長時間の観測データを得て、効率的な積分利得を得るためには、移動目標の瞬時速度ベクトル(その瞬間の移動速度と方向)を推定する必要がある。なぜならば、移動目標は、1回の観測フレームデータt=1〜Tではある定点に留まっているという仮定をおいていても、これを複数の観測フレーム(すなわち、長時間観測)で行えば、この仮定が成立しなくなるためである。   On the other hand, in order to obtain long-time observation data and obtain an efficient integral gain, it is necessary to estimate the instantaneous velocity vector (moving velocity and direction at that moment) of the moving target. This is because even if it is assumed that the moving target remains at a fixed point in one observation frame data t = 1 to T, if this is performed in a plurality of observation frames (that is, long-time observation), This is because this assumption does not hold.

つまり、最初の観測フレームから最後の観測フレームにかけて、移動目標の位置は、変化している。例えば、300m/secの速度で移動している民間航空機の場合、1msecの観測フレームに対しての位置の変化は、0.3mである。   That is, the position of the moving target changes from the first observation frame to the last observation frame. For example, in the case of a civil aircraft moving at a speed of 300 m / sec, the change in position for an observation frame of 1 msec is 0.3 m.

しかしながら、この観測フレームを1000回繰返し、全体で1秒間観測したことと等価とした場合には、観測の最初と最後での移動目標の位置変化は、300mに増大してしまう。パッシブレーダ装置100内のA/D変換器14の変換速度が100MHzとすると、1レンジビンは、1/(100×10)×光速≒3mである。このことから、1msecの単一観測フレームでは、1つのレンジ内に収まるが、1秒の全体観測では、実に約100レンジビン移動することになる。これをレンジウォークと呼ぶ。 However, if this observation frame is repeated 1000 times and equivalent to observation for 1 second as a whole, the change in position of the moving target at the beginning and end of the observation increases to 300 m. If the conversion speed of the A / D converter 14 in the passive radar device 100 is 100 MHz, one range bin is 1 / (100 × 10 6 ) × light velocity≈3 m. For this reason, a single observation frame of 1 msec fits within one range, but the entire observation of 1 second actually moves about 100 range bins. This is called a range walk.

次に、レンジウォークが存在するとなぜ不都合なのかを説明する。
1秒間の観測時系列データを用いて、上式(1)から評価関数Pを求めるとする。このとき、移動目標は、同じ位置に存在し続けているわけではないので、散乱波s(t)の到来時間差τは、刻々と変化している。
Next, I will explain why it is inconvenient if there is a range walk.
Assume that the evaluation function P is obtained from the above equation (1) using observation time series data for 1 second. At this time, since the moving target does not continue to exist at the same position, the arrival time difference τ 1 of the scattered wave s (t) changes every moment.

それに対し、直接波d(t−τ)をかけて得られる評価関数Pの値は、観測開始時のτ(1)から終了時のτ(T)まで分散してしまい、t=1〜Tの積分効果が弱まることになる。この結果、先の図12ではピークとして得られた移動目標の反応が、低いピーク、もしくはなだらかな丘状になってしまう。 On the other hand, the value of the evaluation function P obtained by applying the direct wave d (t−τ) is dispersed from τ 1 (1) at the start of observation to τ 1 (T) at the end, and t = 1. The integration effect of ~ T will be weakened. As a result, the reaction of the movement target obtained as a peak in FIG. 12 becomes a low peak or a gentle hill shape.

このことは、観測した環境のS/N比や移動目標の散乱断面積(RCS:Radar Cross Section)によっては、図12のフロアノイズに埋もれてしまう可能性があり、移動目標の検出ができなくなってしまうという問題を意味している。   This may be buried in the floor noise of FIG. 12 depending on the observed S / N ratio of the environment and the scattering cross section (RCS) of the moving target, and the moving target cannot be detected. It means the problem of end.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、長時間積分時にも評価関数Pの先鋭度が劣化せず、低S/N環境下やステルス目標など低RCSの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. The sharpness of the evaluation function P does not deteriorate even during long-time integration, and the movement of the low RCS such as in a low S / N environment or a stealth target is achieved. An object of the present invention is to obtain a passive radar system and a passive radar method that can improve detection / location accuracy even for a target.

本発明に係るパッシブレーダシステムは、自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波を受信する第1のアンテナと、複数の第1のアンテナから構成されるアレーアンテナと、アレーアンテナの各素子に対して個別に備わり、アレーアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す複数の第1の受信機と、複数の第1の受信機の出力信号のそれぞれをデジタルデータに変換する複数の第1のA/D変換器と、複数の第1のA/D変換器が出力する時系列データがアレーアンテナの素子番号と対応付けられて記憶される第1の記憶部と、既存の電波を送出する電波源からの直接波を受信する第2のアンテナと、第2のアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す第2の受信機と、第2の受信機の出力信号をデジタルデータに変換する第2のA/D変換器と、第2のA/D変換器が出力する時系列データが記憶される第2の記憶部と、第1の記憶部から読み出した素子数分の時系列データに、第2の記憶部から読み出した同時刻の時系列データを、時間と周波数の2変数として想定される範囲内を全面捜索して相互相関を演算し、移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定する相互相関演算手段と、相互相関演算手段が出力する観測情報と、アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を得る目標標定手段とを備えるパッシブレーダ装置を異なる位置に複数台配置してなるパッシブレーダシステムであって、複数台のパッシブレーダ装置のそれぞれは、自己の相互相関演算手段で特定した観測情報を他のパッシブレーダ装置に送信するとともに、他のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段で特定された観測情報を受信する通信手段と、すべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定する瞬時速度ベクトル推定手段とをさらに備え、相互相関演算手段は、瞬時速度ベクトル推定手段により推定された瞬時速度ベクトルを用いて、次の観測フレームにおける移動目標の存在位置を予測し、予測した存在位置における移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を第2の観測情報として算出し、算出した第2の観測情報を現在の観測フレームに対して特定された観測情報に一致させるような補正処理を行い、補正処理後の第2の観測情報を次の観測フレームにおける観測情報として特定することで、フレーム間に渡る長時間の相互相関演算を行ったと等価な観測情報を取得するものである。 The passive radar system according to the present invention includes a first antenna that receives a scattered wave generated when an existing radio wave hits a moving target without radiating the radio wave, and a plurality of first antennas. An array antenna composed of antennas, a plurality of first receivers that are individually provided for each element of the array antenna, and that extract signals in a desired frequency band from the received signals of the array antenna, and a plurality of first receptions A plurality of first A / D converters for converting each of the output signals of the unit into digital data, and time series data output by the plurality of first A / D converters are associated with the element numbers of the array antenna. A first storage unit that is stored, a second antenna that receives a direct wave from a radio wave source that transmits an existing radio wave, and a signal in a desired frequency band from a reception signal of the second antenna A second receiver to be extracted, a second A / D converter that converts the output signal of the second receiver into digital data, and time-series data output from the second A / D converter are stored. It is assumed that the time-series data for the number of elements read from the second storage unit and the first storage unit is the same time-series data read from the second storage unit as two variables of time and frequency. Cross-correlation is calculated by searching the entire range to calculate cross-correlation, and the arrival time difference and Doppler frequency difference with respect to the moving target are specified as observation information, observation information output from the cross-correlation calculation means, and angle measurement by the array antenna A passive radar system comprising a plurality of passive radar devices arranged at different positions and having target locating means for obtaining unknown parameters such as position, altitude and angle of a moving target using value information. Each of the passive radar devices transmits the observation information specified by its own cross-correlation calculation means to other passive radar devices and receives the observation information specified by the cross-correlation calculation means of the other passive radar devices. The apparatus further comprises communication means and instantaneous speed vector estimation means for estimating the instantaneous speed vector of the moving target based on the respective observation information specified by all the passive radar devices, and the cross-correlation calculation means is configured to estimate the instantaneous speed vector. Using the instantaneous velocity vector estimated by the means, predicting the presence position of the moving target in the next observation frame, calculating the arrival time difference and the Doppler frequency difference with respect to the moving target at the predicted existence position as second observation information; Match the calculated second observation information with the observation information specified for the current observation frame By performing such correction processing and specifying the second observation information after the correction processing as observation information in the next observation frame, observation information equivalent to a long-time cross-correlation calculation between frames is acquired. Is.

また、本発明に係るパッシブレーダ方法は、自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波をアレーアンテナを介して受信し、既存の電波を送出する電波源からの直接波をアンテナを介して受信し、散乱波と直接波とに基づいて相互相関演算処理を行うことで移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定し、特定した観測情報と、アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を算出するパッシブレーダ装置を複数台用いたパッシブレーダ方法であって、他のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を、通信手段を介して取得するステップと、自己のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を含むすべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定するステップと、推定するステップにより推定された瞬時速度ベクトルを用いて、次の観測フレームにおける移動目標の存在位置を予測し、予測した存在位置における移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を第2の観測情報として算出し、算出した第2の観測情報を現在の観測フレームに対して特定された観測情報に一致させるような補正処理を行い、補正処理後の第2の観測情報を次の観測フレームにおける観測情報として特定することで、フレーム間に渡る長時間の相互相関演算を行ったと等価な観測情報を取得する補正ステップとを備えるものである。 In addition, the passive radar method according to the present invention receives the scattered waves generated when the existing radio waves in the surrounding space of the self hit the moving target without radiating the radio waves via the array antenna. The direct wave from the radio wave source that transmits the signal is received via the antenna, the cross-correlation calculation processing is performed based on the scattered wave and the direct wave, and the arrival time difference and the Doppler frequency difference with respect to the moving target are specified as observation information. A passive radar method using a plurality of passive radar devices that calculate unknown parameters such as the position, altitude, and angle of a moving target using identified observation information and angle measurement value information from an array antenna. Obtaining observation information identified by cross-correlation calculation processing by a passive radar device via a communication means; That based on the respective observation information identified in all the passive radar system including observation information specified in the mutual correlation operation, estimating the instantaneous velocity vector of the moving target, which is estimated by estimating instantaneous Using the velocity vector, the location of the moving target in the next observation frame is predicted, the arrival time difference and the Doppler frequency difference with respect to the moving target at the predicted location are calculated as second observation information, and the calculated second observation By performing correction processing to match the information with the observation information specified for the current observation frame, and specifying the second observation information after the correction processing as observation information in the next observation frame, And a correction step for obtaining observation information equivalent to performing cross-correlation calculation over a long period of time .

本発明に係るパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法によれば、2台以上の複数のパッシブレーダ装置による観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定しながら積分を行うことで、長時間積分時にも評価関数Pの先鋭度が劣化せず、低S/N環境下やステルス目標など低RCSの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。   According to the passive radar system and the passive radar method of the present invention, long-time integration is performed by performing integration while estimating the instantaneous velocity vector of the moving target based on observation information from two or more passive radar devices. A passive radar system and a passive radar method capable of improving detection / positioning accuracy even for a low RCS moving target such as a low S / N environment or a stealth target without the sharpness of the evaluation function P being deteriorated sometimes. Can be obtained.

本発明の実施の形態1のパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。It is an operation | movement image figure of the passive radar system of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1のパッシブレーダ装置の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the passive radar apparatus of Embodiment 1 of this invention. 移動目標の瞬時速度ベクトルvのベクトルBへの射影を説明する図である。It is a figure explaining the projection to the vector B of the instantaneous velocity vector v of a movement target. 本発明の実施の形態1のパッシブレーダシステムにおけるそれぞれの構成要素の配置、角度を定義する図である。It is a figure which defines the arrangement | positioning and angle of each component in the passive radar system of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2のパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。It is an operation | movement image figure of the passive radar system of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善を説明する図である。It is a figure explaining the integral gain improvement in the passive radar system of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善を、複数の観測フレームに対して行うことを説明する図である。It is a figure explaining performing integral gain improvement in a passive radar system of Embodiment 3 of the present invention to a plurality of observation frames. 本発明の実施の形態4のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段の実行内容を図11と対比させて説明する図である。It is a figure explaining the execution content of the cross correlation calculation means of the passive radar apparatus of Embodiment 4 of this invention in contrast with FIG. 本発明の実施の形態5のパッシブレーダ装置の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the passive radar apparatus of Embodiment 5 of this invention. 従来のパッシブレーダ装置の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the conventional passive radar apparatus. 従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段の実行内容をイメージ化した図である。It is the figure which imaged the execution content of the cross correlation calculation means of the conventional passive radar apparatus. 従来のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段による演算結果出力例である。It is an example of the calculation result output by the cross correlation calculation means of the conventional passive radar apparatus. 従来のパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。It is an operation image figure of the conventional passive radar system.

以下、本発明のパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a passive radar system and a passive radar method of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。図1に示すパッシブレーダシステムでは、2台のパッシブレーダ装置10a、10b、電波送信源20、および移動目標30を備えて構成された場合を例示している。従来のパッシブレーダシステムを示した図13の構成と比較すると、本実施の形態1のパッシブレーダシステムを示した図1の構成は、2台のパッシブレーダ装置10a、10bを備えている点が異なっており、この構成により、移動目標30の瞬時速度ベクトルvを求めることができる点を技術的特徴としている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an operation image diagram of the passive radar system according to Embodiment 1 of the present invention. The passive radar system illustrated in FIG. 1 illustrates a case where the passive radar system is configured to include two passive radar devices 10a and 10b, a radio wave transmission source 20, and a moving target 30. Compared with the configuration of FIG. 13 showing the conventional passive radar system, the configuration of FIG. 1 showing the passive radar system of the first embodiment is different in that it includes two passive radar devices 10a and 10b. The technical feature is that the instantaneous velocity vector v of the moving target 30 can be obtained by this configuration.

1台目のパッシブレーダ装置10aは、電波送信源20から送信された電波3が移動目標30により散乱して到来する散乱波1aと、電波送信源20から直接到来する直接波2aとを受信する。一方、2台目のパッシブレーダ装置10bは、電波送信源20から送信された電波3が移動目標30により散乱して到来する散乱波1bと、電波送信源20から直接到来する直接波2bとを受信する。   The first passive radar device 10 a receives the scattered wave 1 a that the radio wave 3 transmitted from the radio wave transmission source 20 is scattered by the moving target 30 and the direct wave 2 a that directly arrives from the radio wave transmission source 20. . On the other hand, the second passive radar device 10b generates a scattered wave 1b in which the radio wave 3 transmitted from the radio wave transmission source 20 is scattered by the moving target 30 and a direct wave 2b that arrives directly from the radio wave transmission source 20. Receive.

1台目のパッシブレーダ装置10a内の相互相関演算手段16aは、従来技術で説明したように、散乱波1aと直接波2aの到来時間差τから得られる等距離楕円40aを算出する。同様に、2台目のパッシブレーダ装置10b内の相互相関演算手段16bも、散乱波1bと直接波2bの到来時間差τから得られる等距離楕円40bを算出する。 The cross-correlation calculating means 16a in the first passive radar device 10a calculates the equidistant ellipse 40a obtained from the arrival time difference τ 1 between the scattered wave 1a and the direct wave 2a as described in the prior art. Similarly, the cross correlation calculating means 16b in the second passive radar device 10b also calculates the equidistant ellipse 40b obtained from the arrival time difference τ 2 between the scattered wave 1b and the direct wave 2b.

図2は、本発明の実施の形態1におけるパッシブレーダ装置の内部構成図であり、図1に示した1台目のパッシブレーダ装置10aおよび2台目のパッシブレーダ装置10bに共通の構成を示している。   FIG. 2 is an internal configuration diagram of the passive radar device according to the first embodiment of the present invention, and shows a configuration common to the first passive radar device 10a and the second passive radar device 10b shown in FIG. ing.

図2における本実施の形態1のパッシブレーダ装置10は、第1のアンテナ11a〜11d、第2のアンテナ11e、第1の受信機13a〜13d、第2の受信機13e、第1のA/D変換器14a〜14d、第2のA/D変換器14e、第1の記憶部15a、第2の記憶部15b、相互相関演算手段16、目標標定手段17、通信手段18、および瞬時速度ベクトル推定手段19を備えている。また、第1のアンテナ11a〜11dにより、アレーアンテナ12が構成されている。   The passive radar device 10 according to the first embodiment in FIG. 2 includes a first antenna 11a to 11d, a second antenna 11e, a first receiver 13a to 13d, a second receiver 13e, and a first A / A. D converters 14a to 14d, second A / D converter 14e, first storage unit 15a, second storage unit 15b, cross-correlation calculating unit 16, target locating unit 17, communication unit 18, and instantaneous velocity vector Estimating means 19 is provided. Moreover, the array antenna 12 is comprised by the 1st antennas 11a-11d.

従来のパッシブレーダ装置を示した図10の構成と比較すると、本実施の形態1のパッシブレーダ装置を示した図2の構成は、通信手段18および瞬時速度ベクトル推定手段19をさらに備えている点が異なっている。そして、この構成により、移動目標30の瞬時速度ベクトルvを求めることができる点を技術的特徴としている。そこで、このような異なる構成を中心に、以下に説明する。   Compared with the configuration of FIG. 10 showing a conventional passive radar device, the configuration of FIG. 2 showing the passive radar device of the first embodiment further includes a communication means 18 and an instantaneous velocity vector estimation means 19. Is different. A technical feature is that the instantaneous velocity vector v of the moving target 30 can be obtained by this configuration. Therefore, the following description will focus on such a different configuration.

通信手段18は、1台目のパッシブレーダ装置10aおよび2台目のパッシブレーダ装置10b間で互いの観測情報4を通信する手段である。ここで、1台目のパッシブレーダ装置10a内の通信手段18aと、2台目のパッシブレーダ装置10b内の通信手段18bとの間でやり取りされる観測情報4とは、双方のパッシブレーダ装置10a、10b内の相互相関演算手段16a、16bで検出された到来時間差τ、およびドップラ周波数差Δfの情報(mはパッシブレーダ装置の個体番号を表し、ここではm=1、2)に相当する。 The communication means 18 is means for communicating the mutual observation information 4 between the first passive radar device 10a and the second passive radar device 10b. Here, the observation information 4 exchanged between the communication means 18a in the first passive radar device 10a and the communication means 18b in the second passive radar device 10b is the same between the passive radar devices 10a. 10b, corresponding to the information of the arrival time difference τ m and the Doppler frequency difference Δf m detected by the cross-correlation calculating means 16a, 16b in 10b (m represents the individual number of the passive radar device, where m = 1, 2) To do.

また、瞬時速度ベクトル推定手段19は、双方のパッシブレーダ装置10a、10bでやりとりした観測情報である到来時間差τ、およびドップラ周波数差Δfを用いて、移動目標30の瞬時速度ベクトルvを推定する。 The instantaneous velocity vector estimation means 19 estimates the instantaneous velocity vector v of the moving target 30 using the arrival time difference τ m and the Doppler frequency difference Δf m which are observation information exchanged between the two passive radar devices 10a and 10b. To do.

次に、瞬時速度ベクトルの推定動作について、詳細に説明する。
従来のパッシブレーダ装置100が移動目標30の位置を標定する原理は、すでに背景技術で述べたとおりである。しかしながら、従来技術では、パッシブレーダ装置100の相互相関演算手段16で検出された移動目標30に対する到来時間差τとドップラ周波数差Δfのうち、到来時間差τについては等距離楕円40を生成するために使用される。
Next, the instantaneous speed vector estimation operation will be described in detail.
The principle by which the conventional passive radar device 100 determines the position of the moving target 30 is as already described in the background art. However, in the prior art, among the passive radar system TDOA tau 1 for the mobile target 30 detected by the cross-correlation calculation means 16 of the 100 and the Doppler frequency difference Delta] f 1, for the arrival time difference tau 1 generates the equidistant ellipse 40 Used for.

その一方で、ドップラ周波数差Δfについては、評価関数Pの演算結果を表す先の図12において、固定クラッタから0以外のドップラ周波数差を持つ移動目標30を分離するためにしか使用されていない。そして、移動目標30の速度諸元に関しては、複数観測フレーム間の位置変化率から求めた平均移動ベクトルのみしか得られなかった。これに対して、本発明では、到来時間差τとドップラ周波数差Δfの両方を活用して、瞬時速度ベクトルを求めている。 On the other hand, the Doppler frequency difference Δf 1 is used only for separating the moving target 30 having a Doppler frequency difference other than 0 from the fixed clutter in FIG. 12 representing the calculation result of the evaluation function P. . As for the speed specifications of the movement target 30, only the average movement vector obtained from the position change rate between a plurality of observation frames was obtained. On the other hand, in the present invention, the instantaneous velocity vector is obtained by utilizing both the arrival time difference τ and the Doppler frequency difference Δf.

図3は、移動目標の瞬時速度ベクトルvのベクトルBへの射影に関する説明図である。図3に示すように、パッシブレーダ装置10、電波送信源20、および移動目標30の位置が分かれば、パッシブレーダ装置10内の相互相関演算手段16で検出されるドップラ周波数差Δf1は、それぞれの位置関係を用いて、下式(2)で表すことができる。   FIG. 3 is an explanatory diagram relating to the projection of the instantaneous velocity vector v of the moving target onto the vector B. As shown in FIG. 3, if the positions of the passive radar device 10, the radio wave transmission source 20, and the moving target 30 are known, the Doppler frequency difference Δf1 detected by the cross-correlation calculating means 16 in the passive radar device 10 is It can be expressed by the following formula (2) using the positional relationship.

Figure 0005601881
Figure 0005601881

ここで、上式(2)内の各記号は、以下のものを意味する。
、v:移動目標30の瞬時速度ベクトルvのX軸、Y軸要素
λ:電波送信源20の送信波長
β:移動目標30、電波送信源20、パッシブレーダ装置10で形成される三角形の、移動目標30に対する頂点の角度
φ:ベクトルBとX軸のなす角度
また、ベクトルBは、一般に、Bistatic Bisectorと呼ばれる。
Here, each symbol in the above formula (2) means the following.
v x , v y : X axis and Y axis element of the instantaneous velocity vector v of the moving target 30 λ: Transmission wavelength of the radio wave transmission source 20 β 1 : Formed by the moving target 30, the radio wave transmission source 20, and the passive radar device 10. Angle of the vertex of the triangle with respect to the moving target 30 φ 1 : Angle formed by the vector B and the X axis The vector B is generally referred to as a Biscientistic Detector.

図3の右側には、位置関係、角度関係が分かりやすいように、デフォルメされたベクトル図が記載されている。1台目のパッシブレーダ装置10aで観測されるドップラ周波数差Δfは、移動目標30の瞬時速度ベクトルvの各要素v、vの、ベクトルBへの射影(ベクトルvとベクトルBの内積)として得られる。 On the right side of FIG. 3, a deformed vector diagram is shown so that the positional relationship and the angular relationship can be easily understood. Doppler frequency difference Delta] f 1 observed in first unit of the passive radar device 10a, each element v x of the instantaneous velocity vector v of the moving target 30, the v y, the inner product of the projection (vector v and the vector B to vector B ).

今、ここで必要なのは、移動目標30の瞬時速度ベクトルvを求めることである。上式(2)において、λは既知である。また、相互相関演算手段16で検出された到来時間差τによる等距離楕円40と、アレーアンテナ12の測角値から、移動目標30の位置も分かる。従って、電波送信源20とパッシブレーダ装置10の位置を事前に測っておけば、βは、計算により求められることとなる。 Now, what is required here is to obtain the instantaneous velocity vector v of the moving target 30. In the above equation (2), λ is known. Further, the position of the moving target 30 is also known from the equidistant ellipse 40 based on the arrival time difference τ 1 detected by the cross-correlation calculating means 16 and the angle measurement value of the array antenna 12. Therefore, if the positions of the radio wave transmission source 20 and the passive radar device 10 are measured in advance, β 1 can be obtained by calculation.

βが得られれば、X軸とのなす角φも求まる。さらに、ドップラ周波数差Δfも、相互相関演算手段16から得られている。そうすると、未知変数は、瞬時速度ベクトルvの要素v、vの2つである。2つの未知変数に対して、上式(2)の方程式1つのみでは、解くことができない。 If β 1 is obtained, an angle φ 1 formed with the X axis can also be obtained. Further, the Doppler frequency difference Δf 1 is also obtained from the cross correlation calculating means 16. Then, the unknown variable is two elements v x and v y of the instantaneous velocity vector v. For two unknown variables, it cannot be solved by only one equation of the above equation (2).

そこで、本発明のパッシブレーダシステムは、先の図1に示したように、2台のパッシブレーダ装置10a、10bを使用して、観測情報量を増やすことで、移動目標30の瞬時速度ベクトルvを推定しながら積分を行うことを可能にしている。   Therefore, as shown in FIG. 1, the passive radar system of the present invention uses the two passive radar devices 10a and 10b to increase the amount of observation information, thereby increasing the instantaneous velocity vector v of the moving target 30. It is possible to perform integration while estimating.

図4は、本発明の実施の形態1のパッシブレーダシステムにおけるそれぞれの構成要素の配置、角度を定義する図である。より具体的には、1台目のパッシブレーダ装置10aと2台目のパッシブレーダ装置10b、および電波送信源20、移動目標30のそれぞれの位置関係、角度関係を示した図である。   FIG. 4 is a diagram for defining the arrangement and angle of each component in the passive radar system according to the first embodiment of the present invention. More specifically, it is a diagram showing the positional relationship and angular relationship of the first passive radar device 10a and the second passive radar device 10b, the radio wave transmission source 20, and the moving target 30.

まず、1台目のパッシブレーダ装置10aで、上式(2)の観測方程式を得る。同様に、2台目のパッシブレーダ装置10bでも、図4の関係から、下式(3)の観測方程式を得る。   First, the observation equation of the above equation (2) is obtained by the first passive radar device 10a. Similarly, the second passive radar device 10b also obtains the observation equation (3) from the relationship shown in FIG.

Figure 0005601881
Figure 0005601881

なお、上式(3)においても、λは既知である。また、相互相関演算手段16bで検出された到来時間差τによる等距離楕円40bと、アレーアンテナ12bの測角値から、移動目標30の位置も分かる。従って、電波送信源20とパッシブレーダ装置10bの位置を事前に測っておけば、βは、計算により求められることとなる。 In the above formula (3), λ is already known. Further, the position of the moving target 30 is also known from the equidistant ellipse 40b based on the arrival time difference τ 2 detected by the cross-correlation calculating means 16b and the angle measurement value of the array antenna 12b. Therefore, if the positions of the radio wave transmission source 20 and the passive radar device 10b are measured in advance, β 2 can be obtained by calculation.

βが得られれば、X軸とのなす角φも求まる。さらに、ドップラ周波数差Δfも、相互相関演算手段16bから得られている。この結果、未知変数v、vの2つに対し、方程式の数は、上式(2)と上式(3)の2つであるため、変数を一意に解くことができる。このようにして、移動目標30の瞬時速度ベクトルvを得ることができる。 If β 2 is obtained, an angle φ 2 formed with the X axis can also be obtained. Further, the Doppler frequency difference Δf 2 is also obtained from the cross-correlation calculating means 16b. As a result, for the two unknown variables v x and v y , the number of equations is two, the above equation (2) and the above equation (3), so that the variable can be uniquely solved. In this way, the instantaneous velocity vector v of the moving target 30 can be obtained.

ただし、上式(2)(3)の2つの方程式を連立させるには、双方のパッシブレーダ装置10a、10bの間で、相互相関演算手段16a、16bが検出した到来時間差τおよびドップラ周波数差Δfの情報を共有しなければならない(mはパッシブレーダ装置の個体番号で、ここではm=1、2)。そのために、本発明の2台のパッシブレーダ装置10a、10bは、先の図2に示したように、観測情報4を相互にやりとりするための通信手段18を備えている。 However, in order to make the two equations (2) and (3) simultaneous, the arrival time difference τ m and the Doppler frequency difference detected by the cross-correlation calculation means 16a and 16b between the passive radar devices 10a and 10b. The information of Δf m must be shared (m is the individual number of the passive radar device, where m = 1, 2). For this purpose, the two passive radar devices 10a and 10b of the present invention are provided with communication means 18 for exchanging observation information 4 with each other as shown in FIG.

以上のように、実施の形態1によれば、2台のパッシブレーダ装置による観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定することができる。この結果、長時間積分時にも評価関数Pの先鋭度が劣化せず、低S/N環境下やステルス目標など低RCSの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。   As described above, according to the first embodiment, the instantaneous velocity vector of the moving target can be estimated based on the observation information from the two passive radar devices. As a result, the sharpness of the evaluation function P does not deteriorate even during long-time integration, and the passive radar that can increase the detection / location accuracy even for a low RCS moving target such as a low S / N environment or a stealth target. A system and passive radar method can be obtained.

実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態1におけるパッシブレーダシステムの運用イメージ図である。図5に示すパッシブレーダシステムでは、3台のパッシブレーダ装置10a、10b、10c、電波送信源20、および移動目標30を備えて構成された場合を例示している。先の実施の形態1のパッシブレーダシステムを示した図1の構成と比較すると、本実施の形態2のパッシブレーダシステムを示した図5の構成は、3台目のパッシブレーダ装置10cをさらに備えている点が異なっており、瞬時速度ベクトルの推定精度の向上を図っている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is an operation image diagram of the passive radar system according to Embodiment 1 of the present invention. The passive radar system shown in FIG. 5 illustrates a case where the passive radar system is configured to include three passive radar devices 10a, 10b, and 10c, a radio wave transmission source 20, and a moving target 30. Compared with the configuration of FIG. 1 showing the passive radar system of the first embodiment, the configuration of FIG. 5 showing the passive radar system of the second embodiment further includes a third passive radar device 10c. The difference is that the estimation accuracy of the instantaneous velocity vector is improved.

本実施の形態2における3台のパッシブレーダ装置10a、10b、10cは、全て同一の構成をしており、その内部構成は、先の実施の形態1における図2と同じである。なお、先の実施の形態1では、説明を簡略化するため、移動目標30、電波送信源20、パッシブレーダ装置10a、10bは、すべて同一平面上にあると仮定した。しかしながら、実際には、移動目標30は、陸地に設置される電波送信源20とパッシブレーダ装置10a、10bとは通常異なり、ある特定の高度を飛行している。   The three passive radar devices 10a, 10b, and 10c in the second embodiment all have the same configuration, and the internal configuration is the same as that in FIG. 2 in the previous first embodiment. In the first embodiment, to simplify the description, it is assumed that the movement target 30, the radio wave transmission source 20, and the passive radar devices 10a and 10b are all on the same plane. However, actually, the moving target 30 is different from the radio wave transmission source 20 and the passive radar devices 10a and 10b installed on the land, and is flying at a certain altitude.

そこで、本実施の形態2は、3台のパッシブレーダ装置10a、10b、10cを備えることで、先の実施の形態1をより現実的な3次元問題に拡張することができ、以下に詳細に説明する。   Therefore, the second embodiment can be expanded to a more realistic three-dimensional problem by providing three passive radar devices 10a, 10b, and 10c, and will be described in detail below. explain.

まず、1台目のパッシブレーダ装置10a内の相互相関演算手段16aで検出される移動目標30のドップラ周波数差Δfは、2次元問題に特化した上式(2)から、下式(4)のように変化する。 First, the Doppler frequency difference Δf 1 of the moving target 30 detected by the cross-correlation calculation means 16a in the first passive radar device 10a is expressed by the following equation (4) from the above equation (2) specialized for the two-dimensional problem. ).

Figure 0005601881
Figure 0005601881

ここで、ψは仰角である。なお、相互相関演算手段16aで出力される到来時間差τに基づき生成される等距離楕円40aは、3次元問題で考えると、立体的な楕円面になる。これに対しては、アレーアンテナ12aを平面アレーにするなどして水平角と仰角の両方を測角可能にしておくことで、3次元曲面上でも移動目標30の位置を特定することが可能となる。 Here, ψ 1 is an elevation angle. Note that the equidistant ellipse 40a generated based on the arrival time difference τ 1 output from the cross-correlation calculating means 16a becomes a three-dimensional ellipsoid when considered in terms of a three-dimensional problem. On the other hand, the position of the moving target 30 can be specified even on a three-dimensional curved surface by making both the horizontal angle and the elevation angle measurable by making the array antenna 12a a planar array. Become.

同様に、2台目のパッシブレーダ装置10b、3台目のパッシブレーダ装置10cにおいても、下式(5)、(6)の観測方程式が得られる。   Similarly, in the second passive radar device 10b and the third passive radar device 10c, the following observation equations (5) and (6) can be obtained.

Figure 0005601881
Figure 0005601881

上式(4)〜(6)において、λは既知である。また、先の実施の形態1と同様の方法で、φ、β、ψは求めることができる(mはパッシブレーダ装置の個体番号を表し、ここではm=1、2、3)。よって、未知変数は、瞬時速度ベクトルvの要素v、v、vの3つである。 In the above formulas (4) to (6), λ is known. Further, φ m , β m , and ψ m can be obtained by the same method as in the first embodiment (m represents the individual number of the passive radar device, where m = 1, 2, 3). Therefore, there are three unknown variables: the elements v x , v y , and v z of the instantaneous velocity vector v.

3つの未知変数に対して、方程式の数は、上式(4)〜(6)の3であるため、変数を一意に解くことが可能である。したがって、3次元に拡張した場合でも、3台のパッシブレーダ装置10a、10b、10cを備え、相互に観測情報をやりとりすることで、移動目標30の瞬時速度ベクトルvを推定することができる。   For the three unknown variables, the number of equations is 3 in the above formulas (4) to (6), so that the variables can be uniquely solved. Therefore, even when extended in three dimensions, the instantaneous velocity vector v of the moving target 30 can be estimated by providing the three passive radar devices 10a, 10b, and 10c and exchanging observation information with each other.

以上のように、実施の形態2によれば、3台のパッシブレーダ装置による観測情報に基づいて、移動目標の瞬時速度ベクトルを推定することができる。この結果、3次元に拡張した場合においても、長時間積分時にも評価関数Pの先鋭度が劣化せず、低S/N環境下やステルス目標など低RCSの移動目標に対しても、検出・標定精度を高めることのできるパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the instantaneous velocity vector of the moving target can be estimated based on the observation information from the three passive radar devices. As a result, even when extended to three dimensions, the sharpness of the evaluation function P does not deteriorate even during long-time integration, and even for low RCS moving targets such as low S / N environments and stealth targets, It is possible to obtain a passive radar system and a passive radar method capable of increasing the positioning accuracy.

実施の形態3.
本実施の形態3では、第N観測フレームの観測情報に基づいて、第(N+1)観測フレームの観測情報を推定し、情報量を増やすことで、移動目標の検出・標定精度を高める方法について説明する。なお、本実施の形態3におけるパッシブレーダシステムの構成は、先の実施の形態2における図5の構成と同一である。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, a method for improving the detection / location accuracy of the moving target by estimating the observation information of the (N + 1) th observation frame based on the observation information of the Nth observation frame and increasing the amount of information will be described. To do. The configuration of the passive radar system in the third embodiment is the same as the configuration in FIG. 5 in the second embodiment.

次に、本実施の形態3におけるパッシブレーダシステムの一連動作について、フローチャートを用いて説明する。図6は、本発明の実施の形態3のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善に関する説明図である。   Next, a series of operations of the passive radar system according to the third embodiment will be described using a flowchart. FIG. 6 is an explanatory diagram regarding the integral gain improvement in the passive radar system according to the third embodiment of the present invention.

先の実施の形態2で説明したように、3台のパッシブレーダ装置10a、10b、10cにおける第N観測フレームの観測情報である到来時間差τ(N)、およびドップラ周波数差Δf(N)を用いて、移動目標30の位置p(N)と、瞬時速度ベクトルv(N)を推定することができる(ステップS601)。 As described in the second embodiment, the arrival time difference τ m (N) and the Doppler frequency difference Δf m (N) that are observation information of the Nth observation frame in the three passive radar devices 10a, 10b, and 10c. Can be used to estimate the position p (N) of the moving target 30 and the instantaneous velocity vector v (N) (step S601).

したがって、p(N)とv(N)を用いて、次の観測フレーム(現観測フレームから次の観測フレームまでのタイムラグは既知であるとする)における移動目標30の位置p(N+1)を推定することができる。さらに、電波送信源20、および3台のパッシブレーダ装置10a、10b、10cの位置が既知であり、次フレームにおける移動目標30の位置p(N+1)が推定できれば、幾何学的計算により第(N+1)観測フレームにおける到来時間差τ(N+1)、およびドップラ周波数差Δf(N+1)を推定することができる(ステップS602)。 Therefore, using p (N) and v (N), the position p (N + 1) of the moving target 30 in the next observation frame (assuming the time lag from the current observation frame to the next observation frame is known) is estimated. can do. Furthermore, if the positions of the radio wave transmission source 20 and the three passive radar devices 10a, 10b, and 10c are known and the position p (N + 1) of the moving target 30 in the next frame can be estimated, the (N + 1) th is calculated by geometric calculation. ) The arrival time difference τ m (N + 1) and the Doppler frequency difference Δf m (N + 1) in the observation frame can be estimated (step S602).

ただし、このタイムラグは、非常に長いものではなく、かつ、タイムラグ中に移動目標30の瞬時速度ベクトルが急変することはないと仮定する。実際、タイムラグが1msec程度以内であれば、民間航空機や戦闘機クラスの航空機でも、かなりの急旋回や上昇下降を行わない限り、この仮定は成立する。   However, this time lag is not very long, and it is assumed that the instantaneous velocity vector of the moving target 30 does not change suddenly during the time lag. In fact, if the time lag is less than about 1 msec, this assumption holds even if civil aircraft or fighter class aircraft do not make a sharp turn or climb.

受信環境によって散乱波のS/N比が劣化する、あるいはステルス性能を持つ低RCS目標の検出・標定に対しては、長時間積分により積分利得を稼ぐことが不可欠であることを前述した。ここでは、第N観測フレームと第(N+1)観測フレームの2つの観測フレームを用いることで、移動目標30に対する評価関数Pのピークの先鋭度を2倍にすることを目的とする。   As described above, it is indispensable to obtain an integral gain by long-time integration for detection / location of a low RCS target having a stealth performance or the S / N ratio of scattered waves deteriorates depending on the reception environment. Here, an object is to double the sharpness of the peak of the evaluation function P with respect to the moving target 30 by using two observation frames of the Nth observation frame and the (N + 1) th observation frame.

予測した位置p(N+1)が数レンジビンに及ぶものだとすると、第(N+1)観測フレームで検出される到来時間差τ(N+1)、およびドップラ周波数差Δf(N+1)は、第N観測フレームで検出される到来時間差τ(N)、およびドップラ周波数差Δf(N)と異なる。この結果、ピークが2つに割れてしまい、先鋭度が劣化することとなる。 Assuming that the predicted position p (N + 1) extends over several range bins, the arrival time difference τ m (N + 1) detected in the (N + 1) th observation frame and the Doppler frequency difference Δf m (N + 1) are detected in the Nth observation frame. Different from the arrival time difference τ m (N) and the Doppler frequency difference Δf m (N). As a result, the peak is broken into two, and the sharpness is deteriorated.

そこで、予測した位置p(N+1)を用いて、先のステップS602で推定した第(N+1)観測フレームに対する到来時間差τ(N+1)、およびドップラ周波数差Δf(N+1)を、第N観測フレームに対する到来時間差τ(N)、およびドップラ周波数差Δf(N)に一致させる補正を行う。これは、つまり、移動目標30の位置の変位(レンジウォーク)を相殺することを意味する。具体的には、上式(1)の演算で、下式(7)のような操作を行う(ステップS603)。 Therefore, using the predicted position p (N + 1), the arrival time difference τ m (N + 1) and the Doppler frequency difference Δf m (N + 1) with respect to the (N + 1) th observation frame estimated in the previous step S602 are determined as the Nth observation frame. Is made to coincide with the arrival time difference τ m (N) and the Doppler frequency difference Δf m (N). This means that the displacement (range walk) of the position of the moving target 30 is canceled. Specifically, the operation of the following expression (7) is performed by the calculation of the above expression (1) (step S603).

Figure 0005601881
Figure 0005601881

ここで、上式(7)内の各記号は、以下のものを意味する。
N+1:第(N+1)観測フレームの評価関数
Here, each symbol in the above formula (7) means the following.
P N + 1 : Evaluation function of the (N + 1) th observation frame

このように、第(N+1)観測フレームに対する相互相関演算を補正し、第N観測フレームと第(N+1)観測フレームのデータを連続データとして用いることで、移動目標のレンジウォークを補正した積分が可能となる(ステップS604)。この結果、積分利得を2倍とし、評価関数Pの先鋭度を2倍に高めることができ、移動目標30の検出確率と測位精度の向上を図ることができる(ステップS605)。   In this way, by correcting the cross-correlation calculation for the (N + 1) th observation frame and using the data of the Nth and (N + 1) th observation frames as continuous data, it is possible to perform integration that corrects the range walk of the moving target. (Step S604). As a result, the integral gain can be doubled, the sharpness of the evaluation function P can be doubled, and the detection probability of the moving target 30 and the positioning accuracy can be improved (step S605).

図7は、本発明の実施の形態3のパッシブレーダシステムにおける積分利得改善を、複数の観測フレームに対して行った場合の説明図である。この図7は、先の図6による2フレーム間の処理を4フレームに渡って発展させたものである。具体的には、この図7は、第N観測フレームから第(N+3)観測フレームまでのデータを連続データとして扱い、積分利得を4倍にして評価関数の先鋭度を4倍にするためのイメージ図を示している。   FIG. 7 is an explanatory diagram when the integral gain improvement is performed for a plurality of observation frames in the passive radar system according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 shows the process between the two frames shown in FIG. 6 developed over four frames. Specifically, FIG. 7 is an image diagram for treating the data from the Nth observation frame to the (N + 3) th observation frame as continuous data, quadrupling the integral gain and quadrupling the sharpness of the evaluation function. Is shown.

実施している操作は、先の図6のフローチャートに記載したものと同じであり、各観測フレーム毎に、到来時間差τ(N)、およびドップラ周波数差Δf(N)の補正を行いながら、相互相関演算を行うというものである。 The operation being performed is the same as that described in the flowchart of FIG. 6, while correcting the arrival time difference τ m (N) and the Doppler frequency difference Δf m (N) for each observation frame. The cross-correlation calculation is performed.

以上のように、実施の形態3によれば、複数の観測フレームに渡って移動目標がレンジウォークを行う状況下でも、その観測フレームにおける移動目標の瞬時速度ベクトルvを用いて補正を行うことで、長時間の観測データによる積分が可能となる。   As described above, according to the third embodiment, even when a moving target performs a range walk over a plurality of observation frames, correction is performed by using the instantaneous velocity vector v of the moving target in the observation frame. Integration with long-term observation data becomes possible.

実施の形態4.
本実施の形態4では、相互相関演算手段16による演算負荷の低減策について説明する。なお、本実施の形態4におけるシステム全体の構成は、先の実施の形態2における図5の構成と同一である。また、各パッシブレーダ装置10a、10b、10cの内部構成も先の図2と同じである。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, a measure for reducing the calculation load by the cross correlation calculation means 16 will be described. The configuration of the entire system in the fourth embodiment is the same as the configuration of FIG. 5 in the second embodiment. The internal configuration of each of the passive radar devices 10a, 10b, and 10c is the same as that shown in FIG.

次に、相互相関演算手段16による演算負荷の低減に関する具体的な方策について説明する。従来のパッシブレーダ装置100の相互相関演算手段16では、先の図11に示したとおり、想定される到来時間差τ、およびドップラ周波数差Δfの範囲内を2次元全面捜索して、移動目標30による到来時間差τとドップラ周波数差Δfを検出していた。 Next, a specific policy regarding reduction of calculation load by the cross correlation calculation means 16 will be described. In the cross-correlation calculating means 16 of the conventional passive radar device 100, as shown in FIG. 11, the two-dimensional entire search is performed within the range of the expected arrival time difference τ and the Doppler frequency difference Δf. The arrival time difference τ 1 and the Doppler frequency difference Δf 1 were detected.

このような2次元全面捜索は、非常に高い演算負荷を持ち、パッシブレーダ装置100全体の装置規模の増大、およびリアクションタイム(観測データを得てから答えが出るまでの時間)の低下を招くといった問題があった。   Such a two-dimensional full-scale search has a very high calculation load, and causes an increase in the scale of the passive radar device 100 as a whole, and a reduction in reaction time (time from obtaining observation data until an answer is obtained). There was a problem.

移動目標30の瞬時速度ベクトルvを推定可能としても、これらの問題を持ち越したままでは、パッシブレーダシステム全体としてのコストインパクトが大きい。従って、相互相関演算に関する演算負荷を改善し、装置の小型化、低価格化を実現することが重要となる。   Even if the instantaneous velocity vector v of the moving target 30 can be estimated, the cost impact of the entire passive radar system is large if these problems are carried over. Therefore, it is important to improve the calculation load related to the cross-correlation calculation and to reduce the size and price of the apparatus.

本実施の形態4におけるパッシブレーダシステムでは、1台目のパッシブレーダ装置10a単体で、第N観測フレームに対する移動目標30の位置p(N)が推定可能である。2台目のパッシブレーダ装置10b単体、および3台目のパッシブレーダ装置10c単体でも、移動目標30の位置p(N)が得られる。しかしながら、パッシブレーダ装置10b、10cで得られる位置p(N)は、システム構築上のバックアップともいえるし、1台目のパッシブレーダ装置10aの位置推定精度を検証するためのものともいえる。しかし、同時に冗長であるともいえる。   In the passive radar system according to the fourth embodiment, the position p (N) of the moving target 30 with respect to the Nth observation frame can be estimated by the first passive radar device 10a alone. The position p (N) of the moving target 30 can also be obtained by the second passive radar device 10b alone and the third passive radar device 10c alone. However, the position p (N) obtained by the passive radar devices 10b and 10c can be said to be a backup for system construction, and can also be used to verify the position estimation accuracy of the first passive radar device 10a. However, it can be said that it is redundant at the same time.

そこで、2台目のパッシブレーダ装置10bおよび3台目のパッシブレーダ装置10cの設置位置は、既知であるとすると、1台目のパッシブレーダ装置10aが標定した移動目標30の位置p(N)と、2台目のパッシブレーダ装置10bおよび3台目のパッシブレーダ装置10cの相対位置関係は、幾何学的計算により求めることが可能である。   Accordingly, if the installation positions of the second passive radar device 10b and the third passive radar device 10c are known, the position p (N) of the moving target 30 determined by the first passive radar device 10a. The relative positional relationship between the second passive radar device 10b and the third passive radar device 10c can be obtained by geometric calculation.

そうすると、2台目のパッシブレーダ装置10bおよび3台目のパッシブレーダ装置10cのそれぞれと移動目標30との距離も分かる。従って、到来時間差τ、τは、2台目のパッシブレーダ装置10bの相互相関演算手段16b、および3台目のパッシブレーダ装置10cの相互相関演算手段16cで捜索しなくても、分かってしまう。 Then, the distance between each of the second passive radar device 10b and the third passive radar device 10c and the moving target 30 is also known. Therefore, the arrival time differences τ 2 and τ 3 can be known without searching by the cross-correlation calculating means 16b of the second passive radar device 10b and the cross-correlation calculating means 16c of the third passive radar device 10c. End up.

図8は、本発明の実施の形態4の2台目以降のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段16の実行内容をイメージ化した図であり、従来の図11と対比される図である。図8に示したように、2台目のパッシブレーダ装置10b内の相互相関演算手段16bおよび3台目のパッシブレーダ装置10c内の相互相関演算手段16cでは、到来時間差τ、ドップラ周波数差Δfの2次元全面捜索だった通常の相互相関演算を、時間方向はτまたはτの固定値として、Δfだけの1次元探索に抑えることができる。 FIG. 8 is a diagram illustrating the execution contents of the cross-correlation calculating means 16 of the second and subsequent passive radar devices according to the fourth embodiment of the present invention, and is a diagram contrasted with the conventional FIG. As shown in FIG. 8, the cross-correlation calculating means 16b in the second passive radar device 10b and the cross-correlation calculating means 16c in the third passive radar device 10c have the arrival time difference τ and the Doppler frequency difference Δf. The normal cross-correlation calculation, which was a two-dimensional whole search, can be suppressed to a one-dimensional search by Δf, with the time direction being a fixed value of τ 2 or τ 3 .

したがって、2台目のパッシブレーダ装置10bおよび3台目のパッシブレーダ装置10cの相互相関演算手段16b、16cは、演算負荷を低く抑えることができる。この結果、演算装置の小型・軽量化、および演算時間短縮化によるリアクションタイムの向上を実現できる。   Therefore, the cross-correlation calculating means 16b and 16c of the second passive radar device 10b and the third passive radar device 10c can keep the calculation load low. As a result, the reaction time can be improved by reducing the size and weight of the arithmetic device and shortening the arithmetic time.

以上のように、実施の形態4によれば、複数台のパッシブレーダ装置を用いる場合に、1台目のパッシブレーダ装置以外は、相互相関演算を1次元探索に抑えることで、演算装置の小型・軽量化、および演算時間短縮化によるリアクションタイムの向上を図ったパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。   As described above, according to the fourth embodiment, when using a plurality of passive radar devices, the cross-correlation calculation is suppressed to a one-dimensional search except for the first passive radar device, thereby reducing the size of the arithmetic device. It is possible to obtain a passive radar system and a passive radar method in which the reaction time is improved by reducing the weight and shortening the calculation time.

実施の形態5.
先の実施の形態4では、相互相関演算手段16の演算負荷の軽減策について説明した。これに対して、本実施の形態5では、3台のパッシブレーダ装置を用いる場合を例に、1台目のパッシブレーダ装置に対して、2台目、3台目のパッシブレーダ装置のハードウェア構成を簡素化することで、装置規模を削減し、小型軽量化・低消費電力化・可搬性向上を図る場合について説明する。
Embodiment 5 FIG.
In the previous fourth embodiment, the countermeasure for reducing the calculation load of the cross correlation calculation means 16 has been described. On the other hand, in the fifth embodiment, the hardware of the second and third passive radar devices is compared with the first passive radar device, using an example in which three passive radar devices are used. A case will be described in which the size of the apparatus is reduced by reducing the size of the apparatus, thereby reducing the size and weight, reducing the power consumption, and improving the portability.

なお、本実施の形態5におけるシステム全体の構成は、先の実施の形態2における図5の構成と同一である。また、1台目のパッシブレーダ装置10aの内部構成は、先の図2と同じである。   The configuration of the entire system in the fifth embodiment is the same as the configuration in FIG. 5 in the second embodiment. The internal configuration of the first passive radar device 10a is the same as that in FIG.

図9は、本発明の実施の形態5における2台目以降のパッシブレーダ装置の内部構成図である。図9における本実施の形態5の2台目以降のパッシブレーダ装置10b(10c)は、第1のアンテナ11a、第2のアンテナ11e、第1の受信機13a、第2の受信機13e、第1のA/D変換器14a、第2のA/D変換器14e、第1の記憶部15a、第2の記憶部15b、相互相関演算手段16、目標標定手段17、通信手段18、および瞬時速度ベクトル推定手段19を備えている。   FIG. 9 is an internal configuration diagram of the second and subsequent passive radar devices according to the fifth embodiment of the present invention. The second and subsequent passive radar devices 10b (10c) of the fifth embodiment in FIG. 9 include a first antenna 11a, a second antenna 11e, a first receiver 13a, a second receiver 13e, 1 A / D converter 14 a, second A / D converter 14 e, first storage unit 15 a, second storage unit 15 b, cross-correlation calculation unit 16, target orientation unit 17, communication unit 18, and instantaneous A velocity vector estimation means 19 is provided.

1台目のパッシブレーダ装置10aを示した図2の内部構成と比較すると、2台目以降のパッシブレーダ装置10b、10cを示した図9の内部構成は、第1のアンテナ11b〜10d、第1の受信機13b〜13d、第1のA/D変換器14b〜14dを備えておらず、散乱波1に対する受信系が1系統で構成されている点が異なっている。   Compared with the internal configuration of FIG. 2 showing the first passive radar device 10a, the internal configuration of FIG. 9 showing the second and subsequent passive radar devices 10b, 10c is the first antenna 11b-10d, The difference is that one receiver 13b to 13d and the first A / D converters 14b to 14d are not provided, and the reception system for the scattered wave 1 is composed of one system.

次に、2台目以降のパッシブレーダ装置10b、10cの構成の簡素化について、説明する。
本発明のパッシブレーダシステムでは、1台目のパッシブレーダ装置10a単体で第N観測フレームに対する移動目標30の位置p(N)が推定可能である。2台目のパッシブレーダ装置10b単体、3台目のパッシブレーダ装置10c単体でも移動目標30の位置p(N)が得られる。しかしながら、パッシブレーダ装置10b、10cで得られる位置p(N)は、システム構築上のバックアップともいえるし、1台目のパッシブレーダ装置10aの位置推定精度を検証するためのものともいえる。しかし、同時に冗長であるともいえる。
Next, simplification of the configuration of the second and subsequent passive radar devices 10b and 10c will be described.
In the passive radar system of the present invention, the position p (N) of the moving target 30 with respect to the Nth observation frame can be estimated by the first passive radar device 10a alone. The position p (N) of the moving target 30 can be obtained even with the second passive radar device 10b alone and the third passive radar device 10c alone. However, the position p (N) obtained by the passive radar devices 10b and 10c can be said to be a backup for system construction, and can also be used to verify the position estimation accuracy of the first passive radar device 10a. However, it can be said that it is redundant at the same time.

つまり、1台目のパッシブレーダ装置10a単体で、立体の等距離楕円面と水平角、仰角の測角値により移動目標30の位置p(N)を推定できるのであれば、2台目のパッシブレーダ装置10bおよび3台目のパッシブレーダ装置10cでは、アレーアンテナ12による測角機能は、冗長である。   That is, if the first passive radar device 10a alone can estimate the position p (N) of the moving target 30 from the solid equidistant ellipsoid and the measured values of the horizontal and elevation angles, the second passive radar device 10a can be used. In the radar apparatus 10b and the third passive radar apparatus 10c, the angle measurement function by the array antenna 12 is redundant.

2台目のパッシブレーダ装置10b、3台目のパッシブレーダ装置10cの設置目的は、上式(5)、(6)のドップラ周波数差に関する観測方程式を得ることであり、これに特化すれば、測角機能は不要になり、アレーアンテナ12は、不要である。つまり、第1のアンテナ11は、1素子(第1のアンテナ11a)のみでよい。これは、第1のアンテナ11に続く、第1の受信機13、第1のA/D変換器14の台数削減、さらに、第1の記憶部15aの記憶容量の抑圧効果も同時にもたらす。   The purpose of installing the second passive radar device 10b and the third passive radar device 10c is to obtain an observation equation related to the Doppler frequency difference of the above equations (5) and (6). The angle measuring function becomes unnecessary, and the array antenna 12 is unnecessary. That is, the first antenna 11 may be only one element (first antenna 11a). This also brings about the effect of reducing the number of first receivers 13 and first A / D converters 14 following the first antenna 11 and further suppressing the storage capacity of the first storage unit 15a.

以上のように、実施の形態5によれば、複数台のパッシブレーダ装置を用いる場合に、2台目以降のパッシブレーダ装置をドップラ周波数差に関する観測方程式を得ることに特化させることで、構成を簡素化することができる。この結果、移動目標の位置p(N)、瞬時速度ベクトルv(N)を推定可能としながら、2台目以降のパッシブレーダ装置の装置規模を削減し、小型軽量化・低消費電力化・可搬性向上を図ったパッシブレーダシステムおよびパッシブレーダ方法を得ることができる。   As described above, according to the fifth embodiment, when a plurality of passive radar devices are used, the second and subsequent passive radar devices are specialized in obtaining an observation equation relating to the Doppler frequency difference, Can be simplified. As a result, it is possible to estimate the position p (N) of the moving target and the instantaneous velocity vector v (N), while reducing the scale of the second and subsequent passive radar devices, reducing the size and weight, reducing power consumption, and allowing A passive radar system and a passive radar method with improved portability can be obtained.

なお、本発明のパッシブレーダシステムが対象とする、自己の周辺に既に存在する電波としては、FM放送波、アナログテレビジョン放送波、デジタルテレビジョン放送波、携帯電話基地局電波、衛星放送波、HF(短波)放送波、既知のレーダ装置、およびこれ以外にも利用可能な電波のいずれか、または複数を組み合わせて使用することが可能である。   The radio waves already present in the vicinity of the target of the passive radar system of the present invention include FM broadcast waves, analog television broadcast waves, digital television broadcast waves, mobile phone base station radio waves, satellite broadcast waves, Any one or a combination of HF (short wave) broadcast waves, known radar devices, and other available radio waves can be used.

ただし、使用する電波の周波数帯に対してアンテナ装置の大きさが変わり、受信機の通過/阻止帯域が変わり、A/D変換器の変換速度が変わる。これらは、すべてパッシブレーダシステムとして、周囲環境の電波のうちS/N比が高いなどの条件、設置面積、可搬性などの運用面での選定根拠となる。しかし、基本動作原理は、すべて同一であるため、本発明のパッシブレーダシステムは、どの電波に対しても有効に動作する。   However, the size of the antenna device changes with respect to the frequency band of the radio wave used, the pass / stop band of the receiver changes, and the conversion speed of the A / D converter changes. These are all grounds for selection in terms of operation such as conditions such as a high S / N ratio of radio waves in the surrounding environment, installation area, and portability as a passive radar system. However, since the basic operation principle is the same, the passive radar system of the present invention operates effectively for any radio wave.

また、本発明のパッシブレーダシステムでは、測角手法について特に言明していないが、モノパルス測角、DBF(Digital Beam Forming)、および、MUSIC(Multiple Signal Classification)、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)、最尤法などの超分解能測角法を用いてもよい。   Further, in the passive radar system of the present invention, the angle measurement method is not particularly stated, but monopulse angle measurement, DBF (Digital Beam Forming), MUSIC (Multiple Signal Classification), ESPRIT (Estimation of Signal Parameters). (Techniques), and a super-resolution angle measuring method such as a maximum likelihood method.

10、10a、10b、10c パッシブレーダ装置、11 アンテナ、11a〜11d 第1のアンテナ、11e 第2のアンテナ、12、12a、12b アレーアンテナ、13 受信機、13a〜13d 第1の受信機、13e 第2の受信機、14 A/D変換器、14a〜14d 第1のA/D変換器、14e 第2のA/D変換器、15 記憶部、15a 第1の記憶部、15b 第2の記憶部、16、16a、16b、16c 相互相関演算手段、17 目標標定手段、18 通信装置、19 瞬時速度ベクトル推定装置、20 電波送信源(電波源)、30 移動目標。   10, 10a, 10b, 10c passive radar device, 11 antenna, 11a-11d first antenna, 11e second antenna, 12, 12a, 12b array antenna, 13 receiver, 13a-13d first receiver, 13e 2nd receiver, 14 A / D converter, 14a-14d 1st A / D converter, 14e 2nd A / D converter, 15 memory | storage part, 15a 1st memory | storage part, 15b 2nd Storage unit 16, 16a, 16b, 16c Cross-correlation calculating means, 17 Target locating means, 18 Communication device, 19 Instantaneous velocity vector estimating device, 20 Radio wave transmission source (radio wave source), 30 Moving target.

Claims (9)

自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波を受信する第1のアンテナと、
複数の前記第1のアンテナから構成されるアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの各素子に対して個別に備わり、前記アレーアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す複数の第1の受信機と、
前記複数の第1の受信機の出力信号のそれぞれをデジタルデータに変換する複数の第1のA/D変換器と、
前記複数の第1のA/D変換器が出力する時系列データが前記アレーアンテナの素子番号と対応付けられて記憶される第1の記憶部と、
前記既存の電波を送出する電波源からの直接波を受信する第2のアンテナと、
前記第2のアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す第2の受信機と、
前記第2の受信機の出力信号をデジタルデータに変換する第2のA/D変換器と、
前記第2のA/D変換器が出力する時系列データが記憶される第2の記憶部と、
前記第1の記憶部から読み出した素子数分の時系列データに、前記第2の記憶部から読み出した同時刻の時系列データを、時間と周波数の2変数として想定される範囲内を全面捜索して相互相関を演算し、移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定する相互相関演算手段と、
前記相互相関演算手段が出力する前記観測情報と、前記アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、前記移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を得る目標標定手段と
を備えるパッシブレーダ装置を異なる位置に複数台配置してなるパッシブレーダシステムであって、
複数台の前記パッシブレーダ装置のそれぞれは、自己の相互相関演算手段で特定した観測情報を他のパッシブレーダ装置に送信するとともに、前記他のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段で特定された観測情報を受信する通信手段と、
すべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、前記移動目標の瞬時速度ベクトルを推定する瞬時速度ベクトル推定手段と
をさらに備え
前記相互相関演算手段は、前記瞬時速度ベクトル推定手段により推定された前記瞬時速度ベクトルを用いて、次の観測フレームにおける前記移動目標の存在位置を予測し、予測した前記存在位置における前記移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を第2の観測情報として算出し、算出した前記第2の観測情報を現在の観測フレームに対して特定された前記観測情報に一致させるような補正処理を行い、前記補正処理後の第2の観測情報を前記次の観測フレームにおける観測情報として特定することで、フレーム間に渡る長時間の相互相関演算を行ったと等価な観測情報を取得する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
A first antenna that receives a scattered wave generated when an existing radio wave hits a moving target without radiating the radio wave,
An array antenna composed of a plurality of the first antennas;
A plurality of first receivers that are individually provided for each element of the array antenna and extract a signal in a desired frequency band from the reception signal of the array antenna;
A plurality of first A / D converters for converting each of output signals of the plurality of first receivers into digital data;
A first storage unit that stores time-series data output from the plurality of first A / D converters in association with element numbers of the array antenna;
A second antenna for receiving a direct wave from a radio wave source for transmitting the existing radio wave;
A second receiver for extracting a signal of a desired frequency band from the received signal of the second antenna;
A second A / D converter for converting the output signal of the second receiver into digital data;
A second storage unit for storing time-series data output from the second A / D converter;
Search the time series data for the same number of elements read from the second storage unit in the time series data for the number of elements read from the first storage unit, and search the entire range within the range assumed as two variables of time and frequency. Cross-correlation, and cross-correlation calculating means for specifying the arrival time difference and the Doppler frequency difference with respect to the moving target as observation information;
A passive radar apparatus comprising: target locating means for obtaining unknown parameters such as the position, altitude, and angle of the moving target using the observation information output from the cross-correlation calculating means and angle measurement value information from the array antenna Is a passive radar system in which multiple units are arranged at different positions,
Each of the plurality of passive radar devices transmits observation information specified by its own cross-correlation calculating means to another passive radar device, and observation information specified by the cross-correlation calculating means of the other passive radar device Communication means for receiving,
An instantaneous velocity vector estimating means for estimating an instantaneous velocity vector of the moving target based on observation information specified by all passive radar devices ; and
The cross-correlation calculating means predicts the position of the moving target in the next observation frame using the instantaneous speed vector estimated by the instantaneous speed vector estimating means, and An arrival time difference and a Doppler frequency difference are calculated as second observation information, and correction processing is performed so that the calculated second observation information matches the observation information specified for the current observation frame, and the correction is performed. Passive radar characterized by acquiring second observation information after processing as observation information in the next observation frame, thereby obtaining observation information equivalent to performing a long-time cross-correlation calculation between frames system.
自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波を受信する第1のアンテナと、
複数の前記第1のアンテナから構成されるアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの各素子に対して個別に備わり、前記アレーアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す複数の第1の受信機と、
前記複数の第1の受信機の出力信号のそれぞれをデジタルデータに変換する複数の第1のA/D変換器と、
前記複数の第1のA/D変換器が出力する時系列データが前記アレーアンテナの素子番号と対応付けられて記憶される第1の記憶部と、
前記既存の電波を送出する電波源からの直接波を受信する第2のアンテナと、
前記第2のアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す第2の受信機と、
前記第2の受信機の出力信号をデジタルデータに変換する第2のA/D変換器と、
前記第2のA/D変換器が出力する時系列データが記憶される第2の記憶部と、
前記第1の記憶部から読み出した素子数分の時系列データに、前記第2の記憶部から読み出した同時刻の時系列データを、時間と周波数の2変数として想定される範囲内を全面捜索して相互相関を演算し、移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定する相互相関演算手段と、
前記相互相関演算手段が出力する前記観測情報と、前記アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、前記移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を得る目標標定手段と
を備えるパッシブレーダ装置を異なる位置に複数台配置してなるパッシブレーダシステムであって、
複数台の前記パッシブレーダ装置のそれぞれは、自己の相互相関演算手段で特定した観測情報を他のパッシブレーダ装置に送信するとともに、前記他のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段で特定された観測情報を受信する通信手段と、
すべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、前記移動目標の瞬時速度ベクトルを推定する瞬時速度ベクトル推定手段と
をさらに備え
2台目以降のパッシブレーダ装置内の通信手段は、1台目のパッシブレーダ装置内の通信手段を介して前記1台目のパッシブレーダ装置内の前記目標標定手段で得られた前記未知諸元を取得し、
前記2台目以降のパッシブレーダ装置内の相互相関演算手段は、取得した前記未知諸元および各パッシブレーダ装置の相対位置関係から前記移動目標に対する到来時間差を固定値として求め、周波数の1変数として想定される範囲内を一次元捜索して相互相関を演算し、移動目標に対するドップラ周波数差を求めることで、前記観測情報を特定する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
A first antenna that receives a scattered wave generated when an existing radio wave hits a moving target without radiating the radio wave,
An array antenna composed of a plurality of the first antennas;
A plurality of first receivers that are individually provided for each element of the array antenna and extract a signal in a desired frequency band from the reception signal of the array antenna;
A plurality of first A / D converters for converting each of output signals of the plurality of first receivers into digital data;
A first storage unit that stores time-series data output from the plurality of first A / D converters in association with element numbers of the array antenna;
A second antenna for receiving a direct wave from a radio wave source for transmitting the existing radio wave;
A second receiver for extracting a signal of a desired frequency band from the received signal of the second antenna;
A second A / D converter for converting the output signal of the second receiver into digital data;
A second storage unit for storing time-series data output from the second A / D converter;
Search the time series data for the same number of elements read from the second storage unit in the time series data for the number of elements read from the first storage unit, and search the entire range within the range assumed as two variables of time and frequency. Cross-correlation, and cross-correlation calculating means for specifying the arrival time difference and the Doppler frequency difference with respect to the moving target as observation information;
A passive radar apparatus comprising: target locating means for obtaining unknown parameters such as the position, altitude, and angle of the moving target using the observation information output from the cross-correlation calculating means and angle measurement value information from the array antenna Is a passive radar system in which multiple units are arranged at different positions,
Each of the plurality of passive radar devices transmits observation information specified by its own cross-correlation calculating means to another passive radar device, and observation information specified by the cross-correlation calculating means of the other passive radar device Communication means for receiving,
An instantaneous velocity vector estimating means for estimating an instantaneous velocity vector of the moving target based on observation information specified by all passive radar devices ; and
The communication means in the second and subsequent passive radar devices are the unknown parameters obtained by the target locating means in the first passive radar device via the communication means in the first passive radar device. Get
The cross-correlation calculating means in the second and subsequent passive radar devices obtains the arrival time difference with respect to the moving target as a fixed value from the acquired relative parameters and the relative positional relationship of each passive radar device, and uses it as a variable of frequency A passive radar system characterized in that the observation information is specified by performing a one-dimensional search within an assumed range, calculating a cross-correlation, and obtaining a Doppler frequency difference with respect to a moving target .
自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波を受信する第1のアンテナと、
複数の前記第1のアンテナから構成されるアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの各素子に対して個別に備わり、前記アレーアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す複数の第1の受信機と、
前記複数の第1の受信機の出力信号のそれぞれをデジタルデータに変換する複数の第1のA/D変換器と、
前記複数の第1のA/D変換器が出力する時系列データが前記アレーアンテナの素子番号と対応付けられて記憶される第1の記憶部と、
前記既存の電波を送出する電波源からの直接波を受信する第2のアンテナと、
前記第2のアンテナの受信信号から所望の周波数帯域の信号を取り出す第2の受信機と、
前記第2の受信機の出力信号をデジタルデータに変換する第2のA/D変換器と、
前記第2のA/D変換器が出力する時系列データが記憶される第2の記憶部と、
前記第1の記憶部から読み出した素子数分の時系列データに、前記第2の記憶部から読み出した同時刻の時系列データを、時間と周波数の2変数として想定される範囲内を全面捜索して相互相関を演算し、移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定する相互相関演算手段と、
前記相互相関演算手段が出力する前記観測情報と、前記アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、前記移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を得る目標標定手段と
を備えるパッシブレーダ装置を異なる位置に複数台配置してなるパッシブレーダシステムであって、
複数台の前記パッシブレーダ装置のそれぞれは、自己の相互相関演算手段で特定した観測情報を他のパッシブレーダ装置に送信するとともに、前記他のパッシブレーダ装置の相互相関演算手段で特定された観測情報を受信する通信手段と、
すべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、前記移動目標の瞬時速度ベクトルを推定する瞬時速度ベクトル推定手段と
をさらに備え
2台目以降のパッシブレーダ装置は、前記第1のアンテナの素子数を1素子のみとして構成され、
前記2台目以降のパッシブレーダ装置内の目標標定手段は、前記測角値情報に基づく前記未知諸元を算出しない
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
A first antenna that receives a scattered wave generated when an existing radio wave hits a moving target without radiating the radio wave,
An array antenna composed of a plurality of the first antennas;
A plurality of first receivers that are individually provided for each element of the array antenna and extract a signal in a desired frequency band from the reception signal of the array antenna;
A plurality of first A / D converters for converting each of output signals of the plurality of first receivers into digital data;
A first storage unit that stores time-series data output from the plurality of first A / D converters in association with element numbers of the array antenna;
A second antenna for receiving a direct wave from a radio wave source for transmitting the existing radio wave;
A second receiver for extracting a signal of a desired frequency band from the received signal of the second antenna;
A second A / D converter for converting the output signal of the second receiver into digital data;
A second storage unit for storing time-series data output from the second A / D converter;
Search the time series data for the same number of elements read from the second storage unit in the time series data for the number of elements read from the first storage unit, and search the entire range within the range assumed as two variables of time and frequency. Cross-correlation, and cross-correlation calculating means for specifying the arrival time difference and the Doppler frequency difference with respect to the moving target as observation information;
A passive radar apparatus comprising: target locating means for obtaining unknown parameters such as the position, altitude, and angle of the moving target using the observation information output from the cross-correlation calculating means and angle measurement value information from the array antenna Is a passive radar system in which multiple units are arranged at different positions,
Each of the plurality of passive radar devices transmits observation information specified by its own cross-correlation calculating means to another passive radar device, and observation information specified by the cross-correlation calculating means of the other passive radar device Communication means for receiving,
An instantaneous velocity vector estimating means for estimating an instantaneous velocity vector of the moving target based on observation information specified by all passive radar devices ; and
The second and subsequent passive radar devices are configured so that the number of elements of the first antenna is only one element,
The target locating means in the second and subsequent passive radar devices does not calculate the unknown parameters based on the angle measurement value information .
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記相互相関演算手段は、3以上の複数の観測フレームに渡って、前記補正処理を繰り返すことで、前記3以上の複数の観測フレーム間に渡る長時間の相互相関演算を行ったと等価な観測情報を取得する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
The passive radar system according to any one of claims 1 to 3 ,
The cross-correlation calculating means repeats the correction process over a plurality of observation frames of three or more, thereby obtaining observation information equivalent to performing a long-time cross-correlation calculation between the plurality of observation frames of three or more. A passive radar system characterized by
請求項1ないし4のいずれか1項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記パッシブレーダシステムは、2台のパッシブレーダ装置で構成され、
前記2台のパッシブレーダ装置の少なくとも1台の瞬時速度ベクトル推定手段は、自己の相互相関演算手段で特定された観測情報と、他の1台の相互相関演算手段で特定された観測情報とに基づいて、前記移動目標の2次元瞬時速度ベクトルを推定する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
The passive radar system according to any one of claims 1 to 4 ,
The passive radar system is composed of two passive radar devices,
At least one instantaneous velocity vector estimation means of the two passive radar devices includes observation information specified by its own cross-correlation calculation means and observation information specified by another cross-correlation calculation means. A passive radar system characterized in that a two-dimensional instantaneous velocity vector of the moving target is estimated based on.
請求項1ないし4のいずれか1項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記パッシブレーダシステムは、3台のパッシブレーダ装置で構成され、
前記3台のパッシブレーダ装置の少なくとも1台の瞬時速度ベクトル推定手段は、自己の相互相関演算手段で特定された観測情報と、他の2台の相互相関演算手段で特定された観測情報とに基づいて、前記移動目標の3次元瞬時速度ベクトルを推定する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
The passive radar system according to any one of claims 1 to 4 ,
The passive radar system is composed of three passive radar devices,
At least one instantaneous velocity vector estimation means of the three passive radar devices includes observation information specified by its own cross-correlation calculation means and observation information specified by the other two cross-correlation calculation means. A passive radar system, wherein a three-dimensional instantaneous velocity vector of the moving target is estimated based on.
請求項1ないしのいずれか1項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記自己の周辺空間内における既存の電波は、FM放送波、アナログテレビジョン放送波、デジタルテレビジョン放送波、携帯電話通信波、衛星放送波、HF(短波)放送波、および既知のレーダ送信波の内の1つ、または2以上の組み合わせが用いられる
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
The passive radar system according to any one of claims 1 to 6 ,
The existing radio waves in the surrounding space of the self are FM broadcast waves, analog television broadcast waves, digital television broadcast waves, mobile phone communication waves, satellite broadcast waves, HF (short wave) broadcast waves, and known radar transmission waves. A passive radar system characterized in that one or a combination of two or more of the above is used.
請求項1ないしのいずれか1項に記載のパッシブレーダシステムにおいて、
前記アレーアンテナによる測角方式として、MUSIC、ESPRIT、あるいは最尤推定による超分解能測角法を適用する
ことを特徴とするパッシブレーダシステム。
The passive radar system according to any one of claims 1 to 7 ,
A passive radar system characterized by applying MUSIC, ESPRIT, or super-resolution angle measurement by maximum likelihood estimation as the angle measurement method by the array antenna.
自らは電波を放射することなく、自己の周辺空間内における既存の電波が移動目標に当たって生成される散乱波をアレーアンテナを介して受信し、前記既存の電波を送出する電波源からの直接波をアンテナを介して受信し、前記散乱波と前記直接波とに基づいて相互相関演算処理を行うことで移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を観測情報として特定し、特定した前記観測情報と、前記アレーアンテナによる測角値情報とを用いて、前記移動目標の位置・高度・角度といった未知諸元を算出するパッシブレーダ装置を複数台用いたパッシブレーダ方法であって、
他のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を、通信手段を介して取得するステップと、
自己のパッシブレーダ装置による相互相関演算処理で特定された観測情報を含むすべてのパッシブレーダ装置で特定されたそれぞれの観測情報に基づいて、前記移動目標の瞬時速度ベクトルを推定するステップと
前記推定するステップにより推定された前記瞬時速度ベクトルを用いて、次の観測フレームにおける前記移動目標の存在位置を予測し、予測した前記存在位置における前記移動目標に対する到来時間差およびドップラ周波数差を第2の観測情報として算出し、算出した前記第2の観測情報を現在の観測フレームに対して特定された前記観測情報に一致させるような補正処理を行い、前記補正処理後の第2の観測情報を前記次の観測フレームにおける観測情報として特定することで、フレーム間に渡る長時間の相互相関演算を行ったと等価な観測情報を取得する補正ステップと
を備えることを特徴とするパッシブレーダ方法。
It does not radiate radio waves, but receives scattered waves generated by the existing radio waves in its surrounding space when it hits a moving target via an array antenna, and receives direct waves from a radio wave source that sends the existing radio waves. The reception time difference and Doppler frequency difference with respect to the moving target are identified as observation information by performing cross-correlation calculation processing based on the scattered wave and the direct wave received via an antenna, the identified observation information, and A passive radar method using a plurality of passive radar devices for calculating unknown parameters such as position, altitude, and angle of the moving target using angle measurement value information by an array antenna,
Obtaining observation information identified by cross-correlation calculation processing by another passive radar device via communication means;
Estimating the instantaneous velocity vector of the moving target based on the respective observation information specified by all the passive radar devices including the observation information specified by the cross-correlation calculation processing by the own passive radar device ;
Using the instantaneous velocity vector estimated in the estimating step, the presence position of the moving target in the next observation frame is predicted, and an arrival time difference and a Doppler frequency difference with respect to the moving target at the predicted existence position are calculated as a second value. Correction processing is performed so that the calculated second observation information matches the observation information specified for the current observation frame, and the second observation information after the correction processing is obtained. A passive radar method comprising: a correction step of acquiring observation information equivalent to performing long-time cross-correlation calculation between frames by specifying as observation information in the next observation frame .
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