CN102540160A - 信号处理装置、雷达装置、信号处理方法及信号处理程序 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止物标的回波信号由于扫描相关而弱化的信号处理装置、雷达装置、信号处理方法及信号处理程序。信号处理部(17)对与物标检测部(16)检测到物标的地点相对应的扫描相关后的回波信号的电平进行调整。具体而言，以物标检测部(16)检测到物标的各地点为中心通过基于高斯函数的特性进行电平调整。在检测到物标的地点检测到强回波信号，所以通过对该地点的回波信号进行电平调整(强调)，即使高速移动的物标的回波信号由于扫描相关而弱化，也能够以高电平输出。此外，因为是以基于高斯函数的特性进行电平调整，所以能够防止仅在某个地点极端地强调回波信号。

Description

信号处理装置、雷达装置、信号处理方法及信号处理程序

技术领域

本发明涉及一种对回波信号进行各种处理的信号处理装置、雷达装置、信号处理方法及信号处理程序。

背景技术

以往，雷达装置中，在对物标的图像(回波图像)进行画面显示时进行扫描相关处理(参照专利文献1)，这种处理抑制在相同位置不连续产生的回波(海杂波等)，强调物标的回波。

专利文献1：日本特开平11-352212号公报

但是，在物标的移动速度快的情况下，在指定扫描中某个位置检测出的物标的回波有时会在下次扫描中远离前次扫描位置的位置被检测出来。这种情况下，相同位置处的相关变低，所以通过扫描相关处理反而使物标的回波被弱化。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种防止物标的回波由于扫描相关而弱化的信号处理装置。

本发明的信号处理装置具有：回波信号输入部、回波信号电平检测部、物标检测部、相关处理部和电平调整部。回波信号输入部从向指定区域发射电磁波并接收在物标处反射的回波信号的天线所述回波信号被输入；回波信号检测部检测来自指定区域内的各地点的回波信号的各自电平；物标检测部基于回波信号的电平检测物标。相关处理部进行多个扫描的扫描相关处理。电平调整部对扫描相关处理后的回波信号的电平进行电平调整。这里，电平调整部对与物标检测部检测到物标的地点相对应的回波信号的电平进行电平调整。在检测到物标的地点，强回波信号被检测出来，因此，通过对该地点的回波信号进行电平调整(强调)，即使以高速移动的物标的回波信号由于扫描相关而弱化，也能够以高电平输出。

此外，电平调整部对与物标检测部检测到物标的地点对应的回波信号以及与跟物标检测部检测到物标的地点邻近的地点相对应的回波信号进行电平调整的方式也可。具体而言，以物标检测部检测到物标的各地点为中心通过基于高斯函数的特性进行电平调整。由此，能够防止仅在某个地点极端地强调回波信号。

再有，理想的是，电平调整部以将在各地点算出的高斯函数的特性合成后的电平调整量进行电平调整。电平调整部以物标检测部检测到物标的地点为中心通过基于高斯函数的特性来进行电平调整。电平调整部以各地点作为中心算出基于高斯分布的电平调整量，并通过合成在各地点算出的电平调整量而得的电平调整量进行电平调整。这种情况下，当在邻近地点连续检测到物标时，进行更强的强调。物标的大小越大回波信号越强，所以进行进一步考虑物标大小的强调处理。

此外，理想的是，物标检测部检测所述各地点的物标有无，所述电平调整部，在基于所述物标检测部检测出的所述各地点的物标有无的模式与指定模式对应的情况下进行所述电平调整。例如，对于关注地点的电平，即使具有物标存在程度的电平，在邻近地点的电平非常低的情况下，认为物标不存在。

再者，所述电平调整部，也可以按照各模式变更电平调整量。例如，在与关注地点相比距离天线近的邻接地点的电平低，相反与关注地点相比距离天线远的邻接地点的电平高的情况下，能够推测物标的端部，所以将强调设弱。

根据本发明的信号处理装置，能够防止物标的回波由于扫描相关而弱化。

附图说明

图1A以及图1B是表示本实施方式的雷达装置构成的框图。

图2是表示保存于缓冲存储器中的物标检测结果的图。

图3是表示物标检测结果与强调控制信号关系的图。

图4A以及图4B是表示强调控制信号与电平调整量关系的图。

图5A～图5F是表示电平调整例的图。

图6A～图6D是表示进行了信号切换处理的情况下的信号例的图。

图7是表示雷达装置动作的流程图。

图8A～图8C是表示电平调整结果的图。

图中：

11    天线

12    接收部

13    A/D转换器

14    扫掠(Sweep)存储器

15    相关处理部

16    物标检测部

17    信号处理部

18    图像处理部

19    显示器

图1A是表示内置本发明的信号处理装置的雷达装置的构成的框图。雷达装置是例如设置于船舶，向自船的周围收发电磁波，探测他船等的物标的装置。

图1A中，雷达装置具有：天线11、接收部12、A/D转换器13、扫掠存储器14、相关处理部15、物标检测部16、信号处理部17、图像处理部18以及显示器19。

天线11向自船周围的各方位发送电磁波，接收回波信号。接收部12将与通过天线11所接收的回波信号的电平相对应的值输出到A/D转换器13。A/D转换器13将输入的模拟值的回波信号转换成数字值，输出到扫掠存储器14。

扫掠存储器14存储一个扫描量(自船周围360度量)的测定数据。各测定数据作为与极坐标系的各地点(方位及距离)建立对应的样本数据被存储起来。

相关处理部15进行的扫描相关处理是：求出从扫掠存储部14输入的最新的样本数据和相同地点的过去(1个扫描之前)样本数据之间的相关，作为新的样本数据输出。扫描相关处理是，例如，对各地点的样本数据进行加权相加的处理。

物标检测部16基于从扫掠存储器14输入的样本数据检测各地点的物标有无。物标检测部16在各样本数据的值超过指定阈值的情况下判定为存在物标，输出2值判定结果(当超过阈值的情况下为1，在阈值以下的情况下为0)。

再者，优选阈值根据距自船(天线)的距离进行变更。尤其优选基于关注地点的样本数据的电平、与关注地点邻接的地点中接近自船的地点的电平、以及现在所设定的阈值的大小关系的结果，在更新关注地点的阈值的同时进行物标检测处理。

信号处理部17进行扫描相关处理后的样本数据的电平调整处理(强调处理)。

图像处理部18输入信号处理部17输出的电平调整后的样本数据，转换成以自船的位置为原点的正交坐标系，输出到显示器19。转换成正交坐标系的样本数据变为显示器19的各像素辉度值。因此，在显示器19显示出具有与回波信号的电平相应的辉度的图像。

这里，在物标移动速度快的情况下，每次扫描的物标的位置变化大，所以当在扫描相关处理中进行相同地点的加权相加时，会有扫描相关后的样本数据的电平降低的情况。因此，本实施方式中，在物标检测部16检测到物标的情况下，通过在信号处理部17对所检测到的地点的扫描相关后的样本数据进行电平调整，防止高速移动的物标的回波信号由于扫描相关而弱化。

以下，对物标检测部16以及信号处理部17的处理进行具体说明。图1B是表示信号处理部17的具体构成的功能框图。信号处理部17在功能上具有：缓冲存储器171、缓冲存储器172、强调控制决定部173以及电平调整部174。这些构成部分可通过硬件实现，也可通过软件(由计算机执行的程序)实现。

缓冲存储器171保存指定样本数的从相关处理部15输出的样本数据。被保存的样本数可以是电平调整处理所需的扫掠数(例如5条左右)，不必保存所有扫掠量。

缓冲存储器172保存指定样本数的物标检测部16的物标检测结果。所保存的样本数与缓冲存储器171的数量相同。如上所述，在各样本数据的值超过阈值的情况下物标检测部16输出为1、在阈值以下的情况下物标检测部16输出为0的结果，所以，在缓冲存储器172保存如图2所示的多个扫掠(5个扫掠)量的各距离的检测结果。

强调控制决定部173读出保存于缓冲存储器172的检测结果，基于读出的检测结果输出表示是否执行电平调整部174的强调处理的信号(强调控制信号)。具体而言，强调控制决定部173如图2所示在含有关注样本数据的前后5个扫掠量的相同距离的检测结果满足指定条件的情况下将指示执行强调处理的强调控制信号(强调控制信号设为Y＝1)输出到电平调整部174；在未满足条件的情况下，将指示不执行强调处理的强调控制信号(强调控制信号设为Y＝0)输出到电平调整部174。

图3是表示物标检测结果与强调控制信号的关系的图。强调控制决定部173通过对照根据所读出的5个扫掠量的相同距离的检测结果而成的图3所示的表格，变更强调控制信号。例如，关注扫掠n、2个扫掠前(n-2)、1个扫掠前(n-1)、1个扫掠后(n+1)以及2个扫掠后(n+2)的所有检测结果为0(不存在物标的结果)的情况下，输出不执行强调处理的强调控制信号Y＝0。此外，例如关注扫掠n和扫掠n+1的检测结果为1(存在物标的结果)的情况下，输出执行强调处理的强调控制信号Y＝1。不过，例如在仅关注扫掠n的检测结果为1(存在物标的结果)的情况等，则判定为突发地检测到因干涉或噪声等而成的高电平的回波信号，输出不执行强调处理的强调控制信号Y＝0。

然后，电平调整部174对输入强调控制信号Y＝1的地点的样本数据进行电平调整。这里，电平调整部174不仅在输入强调控制信号Y＝1的地点，包括对邻接地点的样本数据也进行电平调整。

图4A及图4B是表示强调控制信号与电平调整量的关系的图。图4A是表示强调控制决定部173的强调控制信号的图，图4B表示电平调整部174的电平调整量(增益)的例子的图。再者，图4A及图4B中，为了说明，示出仅关注扫掠n的强调控制信号为1的情况下的增益的例子，但优选的是，如图3所示，在仅关注扫掠n为1的情况等不执行强调处理。

如图4A及图4B所示，电平调整部174以输入强调控制信号Y＝1的地点为中心通过基于高斯函数的特性进行电平调整。即，电平调整部174的特性是：以输入强调控制信号Y＝1的地点为中心使增益最高，随着远离该中心地点逐渐降低增益。由此，防止仅在某个地点极端地强调回波信号。不过，也可以不限于高斯函数，只要是以输入强调控制信号Y＝1的地点为中心，随着远离中心地点增益平滑下降的特性，任何特性均可。

图4A及图4B中，表示了仅1个地点强调控制信号Y＝1的例子，但理想的是，最终以将各地点算出的高斯函数的特性合成后的电平调整量进行电平调整。图5A～图5F是表示电平调整的例子。首先，设为输入了如图5A的样本数据(超过输入信号的阈值的成分)来加以说明。在该例中，设为输入了高速移动的较大物标与较小物标的回波信号。

这种情况下，如图5B所示，强调控制决定部173对输入超过阈值的成分的地点输出强调控制信号Y＝1。在图5B中，设为输入了在与高速移动的比较大的物标对应的5个地点连续超过阈值的成分，在与比较小的物标相对应的1个地点输出了强调控制信号Y＝1来加以说明。

这种情况下，如图5C所示，电平调整部174算出以输入了强调控制信号Y＝1的各地点为中心基于高斯分布的增益特性。然后，将在各地点算出的增益特性合成，求得最终的增益特性，从而得到如图5D中的实线所示的增益。这样一来，对于高速移动的较大物标，扫描相关后的回波信号的电平降低，但是，因为通过合成后的增益进行电平调整，所以形成强的强调处理。结果，作为如图5F所示那样的强回波信号进行输出。对于较小物标，回波信号由于扫描相关几乎被弱化到噪声电平的程度，进行电平调整的结果是回波信号被强化到能够显示可以确认物标存在的回波图像的程度。

这样，在本实施方式的电平调整中，当在邻接地点连续检测到物标时，进行较强的强调处理。物标的大小越大，回波信号越强，因此进行进一步考虑了物标大小的强调处理。

再者，例如图6A～图6D所示，也可考虑仅在输入强调控制信号的地点切换到扫描相关前的输入回波信号(称为直接通过信号)加以输出的方式。这种情况下，因为仅在输入强调控制信号的地点输出不同信号(极端高电平的回波信号)，则变为输出仅强调某个地点的回波信号。但是，在本实施方式的电平调整中，因为以对应于高斯分布的增益特性进行电平调整，所以能够防止仅在某个地点极端强调回波信号。

此外，如图6A右侧的突起所示，对于比较小的物标，有时超过阈值的成分的电平低。这样的情况下，即使将输入的回波信号切换为直接通过信号来进行处理，依旧是比噪声成分电平还低的信号成分。结果，不能强调回波信号。这一点上，在本实施方式的电平调整中，并非超过阈值的成分的绝对电平，而是以能够识别出物标存在的电平调整量来强调检测为物标的信号，所以对小物标也可以进行强调。

图7是表示雷达装置的动作的流程图。雷达装置从天线11输入回波信号(s11)。输入的回波信号在接收部12被进行电平检测处理，并作为样本数据被存储到扫掠存储器14(s12)。

物标检测部16从扫掠存储器14输入样本数据，根据各样本数据的值是否超过指定阈值来对各地点的物标的有无进行检测(s13)。相关处理部15进行求得来自扫掠存储器14的最新的样本数据与过去的样本数据的相关性的扫描相关处理(s14)。例如，当输入如图5A所示的回波信号(超过阈值的成分)时，通过扫描相关处理，变为如图5E所示的回波信号。在该例子中，对于高速移动的比较大的物标来说回波信号的电平降低，对于较小的物标来说，回波信号通过扫描相关几乎被弱化到噪声电平的程度。

然后，强调控制决定部173基于多个扫掠(5个扫掠)量的各距离的检测结果，如图5B所示输出强调控制信号(s15)。如上所述，强调控制决定部173使用包含关注样本数据的前后5个扫掠的量的相同距离的检测结果，对照如图3所示的表格，向电平调整部174输出指示执行强调处理的强调控制信号Y＝1、指示不执行强调处理的强调控制信号Y＝0。

如图5C所示，电平调整部174算出以输入强调控制信号Y＝1的地点为中心基于高斯分布的增益特性(s16)。并且，如图5D所示，将在各地点算出的增益特性合成，求得最终的增益特性s17。然后，电平调整部174执行强调处理(s18)，作为如图5F所示的强回波信号进行输出。

图8A是基于扫描相关前的回波信号显示回波图像的情况下的回波图像的模式图。图8B是基于扫描相关处理后的回波信号显示回波图像的情况下的回波图像的模式图。图8C是进行了本实施方式的电平调整的情况下的回波图像的模式图。如图8B所示，在扫描相关处理中，噪声等随机成分得以抑制，物标的回波得以强调，但中央所示的高速移动物标(例如以30海里左右的速度移动的高速船)的回波信号被弱化。但是，如图8C所示，进行了电平调整的结果是对于高速移动的物标的回波也与其他物标一样被强调。

再者，上述实施方式中，设为输入强调控制信号Y＝1的各地点的电平调整量(增益)的算出值相同来加以说明的，但也可以是以下方式，即按照包含关注样本数据的前后5个扫掠量的检测结果的模式来变更电平调整量。例如，当5个扫掠量的强调控制信号全部为1(存在物标的结果)的情况下，进行较强的强调处理。另一方面，当与关注地点相比接近天线的邻接地点的电平低，相反与关注地点相比远离天线的邻接地点的电平高的情况下(n-2为0；n-1为0；n为1；n+1为1；n+2为1的情况下等)，能够推测物标的端部，所以将强调设弱。

Claims (11)

1.一种信号处理装置，具有：

从向指定区域发射电磁波并接收在物标处反射的回波信号的天线所述回波信号被输入的回波信号输入部；

检测来自所述指定区域内的各地点的所述回波信号的各自电平的回波信号电平检测部；

基于所述回波信号的电平检测物标的物标检测部；

进行多个扫描的扫描相关处理的相关处理部；

对所述扫描相关处理后的回波信号的电平进行电平调整的电平调整部；

所述电平调整部对与所述物标检测部检测到物标的地点相对应的回波信号的电平进行电平调整。

2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，

所述电平调整部对与所述物标检测部检测到物标的地点对应的回波信号以及与跟所述物标检测部检测到物标的地点邻近的地点相对应的回波信号进行电平调整。

3.根据权利要求2所述的信号处理装置，其特征在于，

所述电平调整部以所述物标检测部检测到物标的地点为中心通过基于高斯函数的特性来进行电平调整。

4.根据权利要求3所述的信号处理装置，其特征在于，

所述电平调整部以各地点作为中心算出基于高斯分布的电平调整量，并通过合成在各地点算出的电平调整量而得的电平调整量进行电平调整。

5.根据权利要求1至4中的任1项所述的信号处理装置，其特征在于，

所述物标检测部检测所述各地点的物标有无，

所述电平调整部，在基于所述物标检测部检测出的所述各地点的物标有无的模式与指定模式对应的情况下进行所述电平调整。

6.根据权利要求5所述的信号处理装置，其特征在于，

所述电平调整部按照各模式变更电平调整量。

7.根据权利要求1至6中的任1项所述的信号处理装置，其特征在于，

所述物标检测部在所述回波信号的电平超过指定阈值的情况下检测为存在物标。

8.根据权利要求7所述的信号处理装置，其特征在于，

所述物标检测部根据与所述天线的距离设定所述阈值。

9.一种雷达装置，具有：

权利要求1至8中的任1项所述的信号处理装置；

一边向各方位发射电磁波并接收回波信号一边旋转的天线；

基于所述电平调整部进行电平调整之后的回波信号显示回波图像的回波图像显示部。

10.一种信号处理方法，具有：

从向指定区域发射电磁波并接收在物标处反射的回波信号的天线所述回波信号被输入的回波信号输入步骤；

检测来自所述指定区域内的各地点的所述回波信号的各自电平的回波信号电平检测步骤；

基于所述回波信号的电平检测物标的物标检测步骤；

进行多个扫描的扫描相关处理的相关处理步骤；

对所述扫描相关处理后的回波信号的电平进行电平调整的电平调整步骤；，

在所述电平调整步骤中，对与在所述物标检测步骤检测到物标的地点相对应的回波信号的电平进行电平调整。

11.一种使计算机执行的信号处理程序，具有：

从向指定区域发射电磁波并接收在物标处反射的回波信号的天线所述回波信号被输入的回波信号输入步骤；

检测来自所述指定区域内的各地点的所述回波信号的各自电平的回波信号电平检测步骤；

基于所述回波信号的电平检测物标的物标检测步骤；

进行多个扫描的扫描相关处理的相关处理步骤；

对所述扫描相关处理后的回波信号的电平进行电平调整的电平调整步骤；

在所述电平调整步骤中，对与在所述物标检测步骤检测到物标的地点相对应的回波信号的电平进行电平调整。

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