JP2003194919A - スーパーリゾリューションアンテナ - Google Patents
スーパーリゾリューションアンテナInfo
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Abstract
を信号分離し、それぞれの信号から信号到来方向を高精
度に測角演算することを可能とするスーパーリゾリュー
ションアンテナを提供する。 【解決手段】 素子アンテナ11〜1Mで受信されたn
パルス分の受信信号は、各PRI毎のパルス列における
同一レンジセルの受信信号について目標信号分離回路2
1〜2Mによりn個の周波数成分に分離し、更に分離し
た信号をn分岐してウェイト設定回路3により設定され
た各々異なるウェイト関数W0〜Wn-1でそれぞれ重み付
けされる。目標信号分離回路21〜2Mから同一ウェイ
ト関数が設定された出力信号を同一の測角演算回路41
〜4nに入力してそれぞれの測角演算回路で信号到来方
向を求めて出力する。
Description
一レンジセル内に存在する複数目標に対し、それぞれの
目標の信号到来方向を高精度に検出するスーパーリゾリ
ューションアンテナに関する。
Dレーダでは送信パルスを一定周期毎に送信し、目標か
らの反射信号を繰り返し受信する。この繰り返し周期を
PRIとし、連続するパルス数をnとする。1PRI目
〜nPRI目の受信信号は順次素子アンテナ11〜1M
で受信され、これらM個の素子アンテナで受信された受
信信号は相関行列計算部401にて相関行列計算され、
その計算結果を用いて固有値演算部403にて固有値を
算出した後、MDL規範やAIC規範(MatiWax, Thoma
s Lailath,‘Detection of Signals by Information Th
eoreticCriteria’, IEEE Trans.Acoust. ,Speech, and
Signal Processing, Vol. ASSP-33, pp.387-392, 198
5)等の公知文献に記載の方式により信号数検出部40
4にて到来信号数を検出する。前記固有値演算部403
で演算した固有値に対応する固有ベクトルと方向ベクト
ル(素子アンテナ配置により定まる)を用いた評価関数
を定義する。この評価関数は方向ベクトルが信号到来方
向に一致するとき評価関数が極値を取るように設定する
ことにより、信号到来方向検出部4051〜405Lに
て到来信号数(L個)毎に信号到来方向を検出する。な
お、図5の従来方式における相関行列計算乃至固有値算
出等については公知文献(R.O.Schmidt,“Multiple Emi
tter Location and Signal Parameter Estimation”,IE
EETrans, Antennas and Propagation, Vol. AP-34, No.
3, pp276-280(特にFig.2及びこれに関する記載), Ma
r. 1986.)に述べられている。
ズムは公知技術であり、MUSICアルゴリズム等の各
種方式が報告されている。従来のモノパルスビームによ
る信号到来方向推定に対し、測角精度が優れており、ま
た、同一のビーム幅内同一レンジセル内の複数目標から
の受信信号に対しても、各々の到来信号毎に測角するこ
とができる。
関数は、前記公知文献(R.O.Schmidt,“Multiple Emitt
er Location and Signal Parameter Estimation”,IEEE
Trans, Antennas and Propagation, Vol. AP-34, No.3,
pp276-280, Mar. 1986.)に記載されており、次式で示
される。
して、次式が用いられる場合もある。
方向推定の概要を示す。図6(a)は1目標からの到来
信号の場合における評価関数のスペクトラム(横軸:角
度、縦軸:強度)を示している。評価関数は目標1の信
号到来方向に鋭いピーク値を持つ。図6(b)は目標数
が2つの場合で互いの相関性が低い場合における評価関
数のスペクトラムを示している。評価関数は2つの信号
到来方向(目標1及び目標2)にピークを有し、それぞ
れの目標の方向を推定できる。但し、測角精度は1目標
時に比べ劣化する。ここで、相関性が低いとは2目標か
らの信号がインコヒーレント(PRI毎に2信号間の位
相が一定でない)であることを意味している。図6
(c)は目標数が2つの場合で互いの相関性が高い場合
における評価関数のスペクトラムを示している。評価関
数は2つの信号到来方向(目標1及び目標2)にピーク
を有さず、それぞれの目標を正しく測角することができ
ず、測角誤差が大きくなる。ここで、相関性が高いとは
2目標からの信号がコヒーレントであり、2目標の相対
速度成分が小さく、ドップラ周波数差がパルス繰り返し
周波数(PRF=1/PRI)に比べ、十分小さい場合
を示す。
等を用いた高精度測角方式の場合は、同一ビーム幅かつ
同一レンジセル内に複数の目標が存在するときに1目標
時に比べ測角精度は劣化する。さらに、目標間の相関性
が高い場合は測角精度が劣化するばかりか、正しく2目
標の方向を推定できない問題が生じる。
のMUSICアルゴリズム等を用いた高精度測角方式の
場合は、同一ビーム幅かつ同一レンジセル内に複数の目
標が存在するときに1目標時に比べ測角精度は劣化し、
さらに、目標間の相関性が高い場合は測角精度が劣化す
るばかりか、正しく2目標の方向を推定できないという
問題があった。
されたもので、高い相関性を有する複数目標からの受信
信号を信号分離し、それぞれの信号から信号到来方向を
高精度に測角演算することを可能とするスーパーリゾリ
ューションアンテナを提供することを目的とする。
の実施の形態において明らかにする。
に、本願請求項1の発明は、複数の素子アンテナからの
受信信号を用いて信号到来方向を探知するスーパーリゾ
リューションアンテナにおいて、前記各素子アンテナで
受信されるパルス列の受信信号をフーリエ変換するフー
リエ変換手段と、このフーリエ変換手段により生成され
たドップラ周波数に応じたフィルタバンク毎の信号成分
に重み付けを行うウェイト設定手段と、前記ウェイト設
定手段により重み付けした信号成分から所望のフィルタ
バンク成分のみを抽出する逆フーリエ変換手段と、所望
のフィルタバンクの信号成分のみを抽出した各素子アン
テナの信号成分から信号到来方向を推定する測角演算手
段とを具備することを特徴としている。
ンジセル内に複数の目標が存在する場合にも、1目標の
場合と同様の高精度な測角が実現できる。
ューションアンテナは、請求項1において、前記測角演
算手段が、各素子アンテナに対応する信号成分から、相
関行列計算を行う相関行列計算処理部と、その相関行列
計算結果から固有値を計算する固有値計算部と、前記固
有値に対応する固有ベクトルと方向ベクトルから信号到
来方向を推定する信号到来方向検出部とを具備すること
を特徴としている。
ューションアンテナは、請求項2において、前記信号到
来方向検出部の後段に、前記信号到来方向検出部の出力
信号強度を検出し予め設定した閥値を越えた場合のみ信
号到来方向を出力する信号強度計算部を設けたことを特
徴としている。
ューションアンテナは、請求項2又は3において、前記
信号到来方向検出部は、MUSICアルゴリズムの評価
関数を用いてピーク値の方向を信号到来方向に推定する
ことを特徴としている。
ューションアンテナは、請求項1において、前記フーリ
エ変換手段により生成されたドップラ周波数に応じたフ
ィルタバンク毎の信号を複数に分岐し、分岐単位毎に前
記ウェイト設定手段にて異なる重み付けを行い、それぞ
れを逆フーリエ変換することにより、特定のフィルタバ
ンク成分のみを抽出した複数の出力信号を、当該フィル
タバンク成分毎に設けられた前記測角演算手段に出力し
て、信号到来方向をそれぞれ推定することを特徴として
いる。
リューションアンテナの一実施の形態を図1〜図4を参
照して詳細に説明する。但し、図1〜図4において、図
5と同一又は相当部分には同一符号を付して示し、説明
を省略する。
ョンアンテナの実施の形態の全体構成を示したものであ
る。本実施の形態において、スーパーリゾリューション
アンテナは、素子アンテナ11〜1M、目標信号分離手
段としての目標信号分離回路21〜2M、ウェイト設定
手段としてのウェイト設定回路3、測角演算手段として
の高精度測角演算回路41〜4nから構成される。
(1PRI目〜nPRI目までの合計n個のパルス列か
らなる)の受信信号は、M個の素子アンテナ11〜1M
で順次受信され、目標信号分離回路21〜2Mに入力さ
れる。M個の目標信号分離回路21〜2Mは全て同一回
路構成であり、代表して一つの目標信号分離回路につい
て図2を用いて説明する。
FT(高速フーリエ変換)回路211、n個の乗算器2
121〜212n、及びn個の逆FFT回路2131〜
213nから構成されている。
PRI目までの合計n個のパルス列分の受信信号は、各
PRI毎のパルス列における同一レンジセルの受信信号
をFFT回路211によりフーリエ変換することによ
り、n個の周波数成分の信号S1〜Snに分離される。
フーリエ変換された信号S1〜Snは、それぞれn個に
分岐された信号S11〜Snnとなって、n個の乗算器
2121〜212nに入力される。それぞれの乗算器2
121〜212nでは、異なるウェイト関数W0〜Wn-1
が設定されており、信号S11〜Snnに重み付けす
る。重み付けされた信号S11’〜Snn’はn個の逆
FFT回路2131〜213nにより、逆フーリエ変換
され、n個のパルス列の信号成分に変換される。
号分離回路21〜2Mから、同一のウェイト関数が設定
された出力信号を同一の測角演算回路41〜4nに入力
する。n種のウェイト関数毎に逆フーリエ変換後の信号
が測角演算回路41〜4nに入力され、それぞれの測角
演算回路41〜4nで信号到来方向(信号到来方向1〜
信号到来方向n)を求め出力する。
分(n個)、準備されており、n個の測角演算回路41
〜4nは全て同一構成である。測角演算回路41の構成
例を図3に示し、従来方式と同一部分には同一符号を付
して示し、説明を省略する。
各素子アンテナに対応する入力信号(逆フーリエ変換後
の信号)を用いて、相関行列計算部401にて相関行列
計算を行い、その計算結果を用いて固有値演算部403
にて固有値計算を行う。得られた固有値に対応する固有
ベクトルと方向ベクトル(素子アンテナ配列により既
知)より到来信号方向を推定する。この到来信号方向推
定には従来方式と同様にMUSICアルゴリズム等の評
価関数を用いる。例えば、MUSICアルゴリズムの評
価関数として前記式(1)又は式(2)を用いることが
できる。以上は従来方式と同様である。
数のピーク方向に対して、相関行列と到来信号方向行列
を用いて信号強度計算部406にて信号強度計算を行
い、設定されたスレッショルド値を超えた場合のみ、信
号到来方向を出力する。
フを示す。図2に示す目標信号分離回路21のうち、F
FT回路でフーリエ変換された信号S11〜S1nは図
4(a)に示すように周波数軸上に受信パルス列数(n
個)分のフィルタバンク(#0〜#n−1)が形成され
る。ここで、2目標からの反射波の合成信号により受信
信号が形成されている場合は、ドップラ周波数に応じた
フィルタバンクより信号出力される。ここで、相関性の
高い信号においても、2目標の相対速度に応じてドップ
ラ周波数差は生じ、そのドップラ周波数に応じたフィル
タバンクにより信号分離される。
れるウェイト関数はn個のフィルタバンク出力の重み付
け関数であり、例えば図4(b)のW1=[0,1,
0,…,0]、W3=[0,0,0,1,0,…,0]
のように特定の1つのフィルタバンクのみ選択される。
図4(c)では乗算器の出力信号を示しており、特定の
フィルタバンク出力以外は消去されるため、1目標から
の反射信号成分のみが出力される。
ル内に複数目標が存在した場合でもドップラフィルタバ
ンクにより信号分離されるため、1目標からの反射信号
成分のみが抽出される。従って、複数目標に対しても、
従来方式図6(a)に示すような高精度な測角精度が得
られる。更に、相関性の高い複数目標からの受信信号に
対してもドップラフィルタバンクにより信号分離ができ
れば、高精度な測角を行うことができる。
及び逆FFT変換を用いた場合を示したが、DET(離
散フーリエ変換)方式及び逆DFT方式を用いても成り
立つ。
ることが目的であり、複数のフィルタバンクに重み付け
した窓関数を適用できる。
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。
パーリゾリューションアンテナによれば、同一ビーム幅
かつ同一レンジセル内に複数の目標が存在する場合に
も、1目標の場合と同様の高精度な測角が実現できる。
更に、目標間の相関性が高い場合においても、信号分離
ができる限りは測角精度は劣化せず、正しく2目標の方
向を推定することができる。
ナの一実施の形態であって、全体構成を示すブロック図
である。
の詳細を示すブロック図である。
細を示すブロック図である。
説明図である。
のブロック図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 複数の素子アンテナからの受信信号を用
いて信号到来方向を探知するスーパーリゾリューション
アンテナにおいて、 前記各素子アンテナで受信されるパルス列の受信信号を
フーリエ変換するフーリエ変換手段と、 このフーリエ変換手段により生成されたドップラ周波数
に応じたフィルタバンク毎の信号成分に重み付けを行う
ウェイト設定手段と、 前記ウェイト設定手段により重み付けした信号成分から
所望のフィルタバンク成分のみを抽出する逆フーリエ変
換手段と、 所望のフィルタバンクの信号成分のみを抽出した各素子
アンテナの信号成分から信号到来方向を推定する測角演
算手段とを具備することを特徴とするスーパーリゾリュ
ーションアンテナ。 - 【請求項2】 前記測角演算手段は、各素子アンテナに
対応する信号成分から、相関行列計算を行う相関行列計
算処理部と、その相関行列計算結果から固有値を計算す
る固有値計算部と、前記固有値に対応する固有ベクトル
と方向ベクトルから信号到来方向を推定する信号到来方
向検出部とを具備する請求項1記載のスーパーリゾリュ
ーションアンテナ。 - 【請求項3】 前記信号到来方向検出部の後段に、前記
信号到来方向検出部の出力信号強度を検出し予め設定し
た閥値を越えた場合のみ信号到来方向を出力する信号強
度計算部を設けてなる請求項2記載のスーパーリゾリュ
ーションアンテナ。 - 【請求項4】 前記信号到来方向検出部は、MUSIC
アルゴリズムの評価関数を用いてピーク値の方向を信号
到来方向に推定する請求項2又は3記載のスーパーリゾ
リューションアンテナ。 - 【請求項5】 前記フーリエ変換手段により生成された
ドップラ周波数に応じたフィルタバンク毎の信号を複数
に分岐し、分岐単位毎に前記ウェイト設定手段にて異な
る重み付けを行い、それぞれを逆フーリエ変換すること
により、特定のフィルタバンク成分のみを抽出した複数
の出力信号を、当該フィルタバンク成分毎に設けられた
前記測角演算手段に出力して、信号到来方向をそれぞれ
推定する請求項1記載のスーパーリゾリューションアン
テナ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001398743A JP3557463B2 (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | スーパーリゾリューションアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001398743A JP3557463B2 (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | スーパーリゾリューションアンテナ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003194919A true JP2003194919A (ja) | 2003-07-09 |
JP3557463B2 JP3557463B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=27604040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001398743A Expired - Lifetime JP3557463B2 (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | スーパーリゾリューションアンテナ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3557463B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005121581A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ装置 |
JP2008275502A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | スペクトル解析装置 |
JP2010054344A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Denso Corp | 方位検出装置 |
US9435884B2 (en) | 2013-08-29 | 2016-09-06 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Radar system and target detection method |
US9470784B2 (en) | 2011-12-02 | 2016-10-18 | Panasonic Corporation | Radar device |
-
2001
- 2001-12-28 JP JP2001398743A patent/JP3557463B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005121581A (ja) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ装置 |
JP2008275502A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | スペクトル解析装置 |
JP2010054344A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Denso Corp | 方位検出装置 |
US9470784B2 (en) | 2011-12-02 | 2016-10-18 | Panasonic Corporation | Radar device |
US9435884B2 (en) | 2013-08-29 | 2016-09-06 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Radar system and target detection method |
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---|---|
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