JP2001091617A

JP2001091617A - ターゲット方位検出装置

Info

Publication number: JP2001091617A
Application number: JP27137599A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Oshima; 繁樹大島; Masaru Ogawa; 勝小川; Koichi Asano; 孔一浅野
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2001-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ターゲット方位を正確に検出する。【解決手段】処理部２２において、複数の受信アンテ
ナ１６ａ〜１６ｆからの受信信号を処理する。この際
に、ＤＢＦ処理部２２ａにおいて、ターゲットの存在お
よびそのだいたいの方位を検出し、この検出結果に基づ
いて高分解能方位推定処理部２２ｂにおけるターゲット
方位の誤検出を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターゲットの方位
を検出するターゲット方位検出装置、特にターゲット方
位の検出に高分解能方位推定手法を利用するものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種のレーダが知られてお
り、基本的に送信アンテナから電波を送信し、ターゲッ
トで反射された反射波を受信してターゲットを検出す
る。ここで、ターゲット方位の検出に高分解能方位推定
手法がある。

【０００３】例えば、この高分解能方位推定手法には、
ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法が知
られており、これについては、「R.O.Schmidt:"Multipl
e Emitter Location and Signal Parameter Estimatio
n," IEEE Trans.Antennas Propag,vol.AP-34,No.3,pp.2
76-280(Mar,1986)」等にその解説がなされている。その
他、様々な手法が提案されている。

【０００４】また、ターゲット方位検出の手法としてデ
ジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）手法が知られてい
る。このＤＢＦ手法による単一ビーム走査では、複数の
受信信号についてその受信アンテナの位置関係に基づい
てビーム形成を行い、このビームを所定範囲で走査す
る。これによって、極大を示す方向がターゲットの方位
になるため、このＤＢＦ手法によって、比較的容易にタ
ーゲット方位を検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高分解能方位
推定手法によると、各種の雑音もターゲットとして検出
してしまうおそれがあり、レーダ信号と雑音との区別が
難しいという問題点があった。

【０００６】また、ＤＢＦ手法では、雑音やシンチレー
ション等の影響により、正確な極大値を求めることが難
しく、高精度の方位検出ができないという問題点があっ
た。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、ターゲット方位を正確に検出できるターゲット方
位検出装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーダを用い
てターゲットの方位を検出するターゲット方位検出装置
であって、デジタルビームフォーミング手法により、タ
ーゲットの方位の範囲を推定するデジタルビームフォー
ミング手段と、前記推定されたターゲットの方位の範囲
またはその近傍を含めた領域について、高分解能方位推
定手法を用いてターゲットの方位を検出する高分解能方
位推定手段と、を有することを特徴とする。

【０００９】デジタルビームフォーミング手法では、タ
ーゲットの存在を比較的容易に確定することができる
が、その方位自体はあまり正確ではない。一方、高分解
能方位推定手法では、正確なターゲット方位を検出でき
るが、雑音との区別が比較的難しい。両者を組み合わせ
ることで、誤検出を防止して正確なターゲット方位の検
出が行える。

【００１０】また、本発明は、高分解能方位推定手法を
用いてターゲットの方位を検出するターゲット方位検出
装置であって、高分解能方位推定手法における信号固有
値数の判別のための評価関数として、評価関数の演算値
である第１の判定指標値の固有値数の変化に伴う差分を
変数とする関数を用い、前記関数によって得られる第２
の判定指標値に基づいて信号固有値と雑音固有値を分別
することを特徴とする。

【００１１】高分解能方位推定手法においては、受信信
号に基づく信号行列について固有値展開を行い、得られ
た固有値について信号固有値と雑音固有値を分別する。
この信号固有値と雑音固有値の分別については、所定の
評価関数が用いられるが、この評価関数を直接用いるこ
となく、固有値数の変化に基づく評価関数の差分を用い
ることで、オフセットに基づく誤差などを排除して正確
な信号固有値数の検出が行える。

【００１２】また、デジタルビームフォーミング手法と
組み合わせる高分解能方位推定手法において、上記評価
関数の差分を用いることも好適である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は、本実施形態に係るターゲット方位
検出装置を利用するレーダの一例を示す図であり、送信
機１０には、送信アンテナ１４が接続されている。ま
た、送信アンテナ１４横には、送信アンテナ１４から送
信された電波のターゲットによる反射波を受信する６つ
の受信アンテナ１６ａ〜１６ｆが設けられ、この受信ア
ンテナ１６ａ〜１６ｆには、受信機２０ａ〜２０ｆが接
続されている。

【００１５】さらに、送信機１０および受信機２０に
は、処理部２２が接続されている。この処理部２２は、
ターゲット検出のための各種の信号処理を行う。

【００１６】特に、本実施形態においては、処理部２２
内に、ＤＢＦ処理部２２ａと、高分解能方位推定処理部
２２ｂを有しており、これらＤＢＦ処理部２２ａ、高分
解能方位推定処理部２２ｂにおいて、ターゲット検出の
ための信号処理を行う。

【００１７】本実施形態の装置では、まずＤＢＦ手法に
よりターゲットを検出する。すなわち、６つの受信アン
テナ１６ａ〜１６ｆの受信信号について、その位置関係
に基づいて位相を補償する複素数の重みを乗算して合成
することによってビームを形成する。

【００１８】例えば、受信アンテナ１６ａ〜１６ｆが等
間隔をおいて配置されておりターゲットがψの方位にあ
り使用電波の波長がλの場合、受信アンテナ１６ａ〜１
６ｆの中心位置での受信信号がＥ₀とすれば、この中心
から−ｄ離れた位置にある受信アンテナにおいて受信す
る信号はＥ₀ｅｘｐ［ｊ（２πｄｓｉｎψ／λ）］とな
る。そこで、この位置にある受信アンテナについて、ｅ
ｘｐ［−ｊ（２πｄｓｉｎφ／λ）］の複素数の重みを
乗算する。各受信アンテナについて、その位置に応じて
同様の複素数の重みを乗算し、これらを加算すること
で、ビーム形成が行える。そして、φを検出範囲内で走
査することで、φ＝ψになったときにピークが得られ
る。

【００１９】しかし、雑音やシンチレーションなどの影
響により正確な極大位置を求めることは困難であり、図
２に示すような方位角方向のビーム走査に応じた信号強
度変化から、Ｗ１、Ｗ２の範囲にターゲットがあること
を検出する。この精度は、ビーム幅に依存するが、これ
をあまり高くはできない。しかし、この範囲内にターゲ
ットが存在することは、確定できる。

【００２０】そして、本実施形態においては、ＤＢＦ手
法によるターゲット方位検出と、高精度方位推定手法を
組み合わせてターゲット方位を検出する。

【００２１】例えば、高精度方位推定手法としてＭＵＳ
ＩＣ手法を利用する場合には、ＭＵＳＩＣの数値演算に
よる走査範囲を図３に示すように全対象範囲からＷ１、
Ｗ２（またはその近傍を含めた範囲）に限定する。これ
によって、信号処理に伴う演算量を低減することができ
るとともに、ターゲットの存在しない領域における誤検
出を防止することができる。なお、この様な効果はＭＵ
ＳＩＣ以外の高精度方位推定手法を用いても得ることは
できる。

【００２２】「高分解能方位推定手法による信号固有値
の検出」高分解能方位推定手法においては、受信信号に
基づいた信号行列について固有値展開を行うことで、対
角行列として行列の大きさに基づく数の固有値が得られ
る。信号行列は受信信号に基づくものであり、ここには
ターゲットからの反射信号とその他の雑音が含まれてい
る。そこで、得られた固有値は、その中のいくつかが信
号固有値であり、その他が雑音固有値である。

【００２３】この信号固有値検出スキームとして、Stat
istical Hypothesis Test(ＳＨテスト）があり、本実施
形態ではこのＳＨテストを用いて信号固有値検出する。

【００２４】このＳＨテストに用いられる評価関数は、

【数１】の形で表される。ここで、Ｎはスナップショット数（信
号行列の列ベクトル数）、Ｍは受信アンテナ数、λ
_kは、固有値である。

【００２５】通常は、このＬ（ｄ）に対して閾値関数γ
ｄを定め、Ｌ（ｄ）≦γｄを満たす最小のｄが信号固有
値の数とする。

【００２６】しかし、この閾値γｄは経験的に定める必
要があるが、信号の状態によってはこのようなレベル判
定では有効に機能しない場合も生じる。

【００２７】そこで、本実施形態においては、次のよう
な評価関数を用いる。

【００２８】

【数２】Ｄ（ｄ）＝ｆ（Ｌ（ｄ）−Ｌ（ｄ＋１））これは、固有値の個数ｄについての評価関数Ｌ（ｄ）の
差分であるＬ（ｄ）−Ｌ（ｄ＋１）を因数とした関数を
定義し、信号の状態によってＬ（ｄ）にオフセットを生
じるような場合でも、それを取り除くことができること
を意味している。

【００２９】すなわち、評価関数Ｌ（ｄ）をそのまま閾
値と比較した場合、図４左に示すように、閾値に対して
オフセットがあった場合に信号固有値の数が変化してし
まう。この例の場合、オフセットの有無により、信号固
有値数が５から３に変化する。

【００３０】一方、差分Ｄ（ｄ）を用いれば、オフセッ
ト分は除去できる。従って、図４右に示すように、オフ
セットの有無によらず、信号固有値数を検出することが
できる。

【００３１】なお、差分Ｄ（ｄ）の最も単純な形は、

【数３】Ｄ（ｄ）＝Ｌ（ｄ）−Ｌ（ｄ＋１）であり、図４右は、このＤ（ｄ）について表している。

【００３２】このように、差分Ｄ（ｄ）は、オフセット
の有無に影響されない。さらに、雑音固有値は、一般的
にほぼ同じ値になる。このため、差分Ｄ（ｄ）は、信号
固有値と、雑音固有値との境界で大きく変化する。この
ことにより、信号固有値数をより確実に判定することが
できる。なお、信号の状態によっては、Ｄ（ｄ）の極大
位置を信号固有値と、雑音固有値との境界と判定するの
が好ましい場合もある。

【００３３】このように、本実施形態においては、信号
固有値の数を評価関数の固有値数変化に基づく差分で検
出する。従って、オフセットの影響を受けず、雑音固有
値と信号固有値の区別をより確実に検出することができ
る。

【００３４】このようにして、信号固有値数を検出する
ことで、ターゲットからの信号を特定して、方位検出を
行うことができる。

【００３５】このようなＤＢＦ手法によるターゲットの
方位検出を行わずに、直接高分解能方位推定手法により
ターゲット方位を検出する場合にも有効である。また、
信号固有値数の評価関数としては、上述のＳＨテストに
用いられるもの以外のものでもよい。

【００３６】また、評価関数の差分による信号固有値数
の検出をＤＢＦ手法によるターゲット方位検出とあわせ
て行うことも好適である。すなわち、ＤＢＦ手法と、混
合固有値数が一致した場合には、ターゲット数の確認が
できる。また、相違した場合には、いずれの検出が確か
らしいかにより、ターゲット数を決定すればよい。この
場合、ＤＢＦのピークが十分でない、差分としきい値の
差が非常に小さい等を考慮して確からしさを決定すれば
よい。

【００３７】なお、図１においては、１つの送信アンテ
ナ１４に対し、複数の受信アンテナ１６ａ〜１６ｆおよ
び受信機２０ａ〜２０ｆを設けた。しかし、図５のよう
に、高周波スイッチ１２，１８を設け、スイッチングを
行うことで、受信機数を減少するとともに、アンテナ数
を減少することも好適である。

【００３８】すなわち、送信機１０からの送信信号は高
周波スイッチ１２を介し、送信アンテナ１４ａ〜１４ｃ
に順次供給する。また、受信アンテナ１６ａ〜１６ｃで
受信した受信信号は、高周波スイッチ１８を介し、受信
機２０に順次供給される。例えば、１つの送信アンテナ
が選択されているときに、受信アンテナ１６ａ〜１６ｃ
を順次切り換え、時分割で、受信信号を得る。なお、処
理部２２は、高周波スイッチ１２，１８のスイッチング
のタイミングも制御する。

【００３９】このような構成においても、信号処理にお
いて、上述のような構成を適用することが好適である。

【００４０】なお、送信波には、例えば周波数を一定周
期で繰り返し変化させる連続波方式のＦＭＣＷ方式が採
用できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
デジタルフォーミング手法と高分解能方位推定手法を組
み合わせる。従って、デジタルビームフォーミング手法
による正確なターゲットの存在の確定と、高分解能方位
推定手法による正確なターゲット方位検出を組み合わ
せ、誤検出を防止して正確なターゲット方位の検出が行
える。

【００４２】また、信号固有値と雑音固有値の分別につ
いて、固有値数の変化に基づく評価関数の差分を用いる
ことで、オフセットに基づく誤差などを排除して正確な
信号固有値数の検出が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の装置の構成を示す図である。

【図２】ＤＢＦ手法による方位角における信号のピー
クを示す図である。

【図３】ＭＵＳＩＣ手法による走査範囲を示す図であ
る。

【図４】信号固有値数と評価関数の関係を示す図であ
る。

【図５】他の実施形態の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０送信機、１４送信アンテナ、１６受信アンテ
ナ、２０受信機、２２処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅野孔一愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内Ｆターム(参考） 5J070 AC13 AD10 AK22 AK28 AL02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットの方位を検出するターゲット
方位検出装置であって、デジタルビームフォーミング手法により、ターゲットの
方位の範囲を推定するデジタルビームフォーミング手段
と、前記推定されたターゲットの方位の範囲またはその近傍
を含めた領域について、高分解能方位推定手法を用いて
ターゲットの方位を検出する高分解能方位推定手段と、
を有することを特徴とするターゲット方位検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、前記高分解能方位推定手段は、信号固有値数の判別のための評価関数として、評価関数
の演算値である第１の判定指標値の固有値数の変化に伴
う差分を変数とする関数を用い、前記関数によって得ら
れる第２の判定指標値に基づいて信号固有値と雑音固有
値を分別することを特徴とするターゲット方位検出装
置。
【請求項３】高分解能方位推定手法を用いてターゲッ
トの方位を検出するターゲット方位検出装置であって、高分解能方位推定手法における信号固有値数の判別のた
めの評価関数として、評価関数の演算値である第１の判
定指標値の固有値数の変化に伴う差分を変数とする関数
を用い、前記関数によって得られる第２の判定指標値に
基づいて信号固有値と雑音固有値を分別することを特徴
とするターゲット方位検出装置。