JP2005337847A - 目標検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的低速で飛しょうする目標物をより正確に検出可能な目標検出装置を提供する。
【解決手段】 飛しょう体に装備され、アンテナ１から目標物Ｗに向けて送信波（Ｆ）を送信し、目標物Ｗから得られる前記送信波に基づく反射波（Ｆ＋ｆｄ）のドップラ周波数に基づいて前記目標物を検出する目標検出装置において、前記飛しょう体の飛しょう開始後に取得された前記送信波に基づく散乱波のレベルが所定の拡張判定しきい値以下になると、前記ドップラ周波数の検出範囲を低周波側に拡張して前記目標物を検出する信号処理回路３を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、目標物に向けて送信波を送信し、前記目標物から得られる前記送信波に基づく反射波のドップラ周波数に基づいて前記目標物を検出する目標検出装置に係り、とくに比較的低速で飛しょうする目標物の検出に適した目標検出装置に関する。

離間した位置にある目標物を捕捉する目標検出装置の１つとして、マイクロ波のドップラシフトを利用したドップラレーダがある。このような目標検出装置は、目標物に向けてマイクロ波（送信波）を送信し、目標検出装置と目標物との相対速度に起因して発生する反射波のドップラ周波数を検出することにより目標物を検出する。例えば、以下の公知刊行物には、上記ドップラレーダの詳細が開示されている。
電子通信シリーズ「レーダ技術」：電子通信学会刊

ところで、上記ドップラ周波数は送信波を反射する物体（反射体）の飛しょう速度に依存するので、比較的低速で飛しょうする目標物を検出することが困難である。すなわち、低速で飛しょうする目標物のドップラ周波数は、この目標物が飛しょうする海域のシークラッタ（海面散乱波）の周波数と近いために、このシークラッタが外乱となって低速の目標物を正確に識別することができない。

本発明は、上記技術課題に鑑みてなされたものであり、比較的低速で飛しょうする目標物をより正確に検出可能な目標検出装置を提供することを目的とするものである。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、飛しょう体に装備され、目標物に向けて送信波を送信し、該目標物から得られる前記送信波による反射波のドップラ周波数に基づいて前記目標物を検出する目標検出装置において、前記飛しょう体の飛しょう開始後に取得された前記送信波に基づく散乱波のレベルが所定の拡張判定しきい値以下になると、前記ドップラ周波数の検出範囲を低周波側に拡張して前記目標物を検出する信号処理手段を具備する、という構成を採用する。

また、第２の手段として、上記第１の手段において、前記信号処理手段は、飛しょう開始直後の散乱波のレベルを基準レベルとし、以後取得される散乱波のレベルが前記基準レベルを下回って前記拡張判定しきい値以下になるとドップラ周波数の検出範囲を低周波側に拡張する、という構成を採用する。

また、第３の手段として、上記第１又は第２の手段において、前記信号処理手段は、前記散乱波のレベルが機器ノイズレベル以下になると前記ドップラ周波数の検出範囲を低周波側に拡張する、という構成を採用する。

本発明によれば、飛しょう体に装備され、目標物に向けて送信波を送信し、該目標物から得られる前記送信波による反射波のドップラ周波数に基づいて前記目標物を検出する目標検出装置において、前記飛しょう体の飛しょう開始後に取得された前記送信波に基づく散乱波のレベルが所定の拡張判定しきい値以下になると、前記ドップラ周波数の検出範囲を低周波側に拡張して前記目標物を検出する信号処理手段を具備するので、比較的低速で飛しょうする目標物をより正確に検出することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、目標検出装置の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る目標検出装置の機能構成を示すブロック図である。この図において、符号Ｗは目標物、１はアンテナ、２は高周波回路、３は信号処理回路（信号処理手段）、４は切替スイッチ、５は定電圧回路、６は電源である。目標物Ｗは、位置捕捉の対象物であり、例えば航空機等の高速飛しょう体である。また、本実施の形態における目標検出装置は、例えば地上（陸上に限定されず海上の場合も含む）から打ち上げられて目標物に向けて飛しょうする飛しょう体に装備（装着）されて飛しょうしつつ同じく飛しょうする目標物Ｗの位置を捕捉する。

アンテナ１は、高周波回路２から供給された周波数Ｆの送信信号をマイクロ波の送信波として目標物Ｗに向けて送信する一方、前記送信波が目標物Ｗに反射して生じる反射波を受信し反射信号として高周波回路２に供給する。なお、上記反射波（すなわち反射信号）は、高速飛しょう体と目標物Ｗとの相対速度の変化に応じたドップラ周波数ｆｄだけ送信波の周波数Ｆが偏移した周波数（Ｆ＋ｆｄ）となる。

高周波回路２は、アンテナ１に送信信号を供給する一方、アンテナ１から供給された反射信号と送信信号とに基づいて上記ドップラ周波数ｆｄを検出し検出信号として信号処理回路３に供給する。信号処理手段としての信号処理回路３は、高周波回路２から供給された検出信号に基づいて目標物Ｗの位置を検知することにより、本目標検出装置が装備された高速飛しょう体のトリガタイミングを演算しトリガ信号として後段のトリガ装置に供給する。切替スイッチ４は、上記トリガ信号のトリガ装置への供給／非供給を切り替える。定電圧回路５は、電源６から供給された直流（ＤＣ）電力を定電圧化して上記高周波回路２と信号処理回路３とに供給する。電源６は、この定電圧回路５に直流電力を供給する電池である。

図２は、上記高周波回路２の詳細機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、高周波回路２は、発振器２ａ、アンプ２ｂ、電力分配器２ｃ、方向性結合器２ｄ及びミキサ２ｅから構成されている。

発振器２ａは、周波数Ｆの送信信号を発生してアンプ２ｂに供給する。アンプ２ｂは、送信信号を所定振幅まで増幅して電力分配器２ｃに供給する。電力分配器２ｃは、このアンプ２ｂから供給された送信信号を方向性結合器２ｄとミキサ２ｅとに分配供給する。方向性結合器２ｄは、上記電力分配器２ｃから供給された送信信号を図１のアンテナ１に出力する一方、アンテナ１から供給された周波数（Ｆ＋ｆｄ）の反射信号をミキサ２ｅに出力する。ミキサ２ｅは、この方向性結合器２ｄから入力された反射信号と電力分配器２ｃから入力された送信信号とを乗算することによりドップラ周波数ｆｄの検出信号を信号処理回路３に出力する。

また、図３は、上記信号処理回路３の詳細機能構成を示すブロック図である。信号処理回路３は、アンプ３ａ、ＢＰＦ３ｂ、Ａ／Ｄ変換器３ｃ、基準電圧発生器３ｄ、ＤＳＰ３ｅ、ＲＯＭ３ｆ及びトリガ信号生成器３ｇから構成されている。

アンプ３ａは、上記検出信号を所定振幅まで増幅してＢＰＦ３ｂに供給する。ＢＰＦ３ｂは、このアンプ３ａから供給された検出信号を所定の周波数範囲に帯域制限してＡ／Ｄ変換器３ｃに出力する帯域制限フィルタである。Ａ／Ｄ変換器３ｃは、基準電圧発生器３ｄから供給される基準直流電圧に基づいて、ＢＰＦ３ｂから供給された検出信号（アナログ信号）をデジタル変換し検出データとしてＤＳＰ３ｅに供給する。基準電圧発生器３ｄは、上記基準直流電圧を生成してＡ／Ｄ変換器３ｃに供給する。

ＤＳＰ３ｅは、ＲＯＭ３ｆに記憶されたプログラム（目標検出プログラム）に基づいて上記検出データを処理することによりトリガタイミングを演算するデジタルシグナル・プロセッサである。このＤＳＰ３ｅは、処理結果としてのトリガタイミングを作動信号としてトリガ信号生成器３ｇに供給する。ＲＯＭ３ｆは、上記目標検出プログラムを予め記憶するものである。トリガ信号生成器３ｇは、ＤＳＰ３ｅから供給された作動信号からトリガ信号を生成して後段のトリガ装置に供給する。

次に、このように構成された本目標検出装置の動作について、図４に示すフローチャートに沿って詳しく説明する。

本目標検出装置は、作動を開始すると、アンテナ１から目標物Ｗに向けて送信波を連続的に放射すると共に、この送信波が目標物Ｗに反射して発生する反射波をアンテナ１で連続的に受信する。そして、この反射波は、アンテナ１から反射信号として高周波回路２に供給され、該高周波回路２で検出信号に変換されて信号処理回路３に供給される。

この信号処理回路３において、上記検出信号はアンプ３ａによって増幅され、さらにＢＰＦ３ｂで帯域制限される。そして、検出信号は、Ａ／Ｄ変換器３ｃによって所定のサンプリング間隔で順次サンプリングされて時系列的なデジタル信号である検出データに変換される。ＤＳＰ３ｅは、このような検出データをＡ／Ｄ変換器３ｃから順次取得し（ステップＳｌ）、さらに所定のタイムインターバルＴに含まれる複数の検出データ（検出データ列）毎にＦＦＴ演算を施す（ステップＳ２）。

すなわち、ＤＳＰ３ｅは、Ａ／Ｄ変換器３ｃから順次取得される検出データ列に対するＦＦＴ演算の結果として、当該検出データ列に対応する所定期間の検出信号（アナログ信号）が含んでいる周波数成分と当該周波数成分のパワーとからなる周波数データＤ（ｉ）を時系列的に順次算出する。ここで、「ｉ」は、周波数データＤ（ｉ）の時系列順序を示すデータ番号であり、時系列的な周波数データＤ（ｉ）を特定するための変数である。

ここで、上記周波数成分は、目標物Ｗと目標検出装置（すなわち当該目標検出装置が搭載された高速飛しょう体）との相対速度に基づくドップラ周波数ｆｄを示し、一方、パワーは当該ドップラ周波数ｆｄの強度を示している。なお、時系列信号である検出データ列にＦＦＴ演算を施すことにより、周波数成分とそのパワーを属性情報とする周波数データＤ（ｉ）が得られることは周知事項である。

図５は、上記ドップラ周波数ｆｄ（つまり上記周波数成分）の時間変化を示す特性図である（図中、Ｔ：タイムインターバル）。各々に所定速度で飛しょうする目標物Ｗと目標検出装置との間で発生するドップラ周波数ｆｄは、お互いの距離が離間している状態ではほぼ一定の周波数を維持するが、お互いの距離が接近するに従って徐々に低周波化し、お互いがすれ違う瞬間にゼロとなる。ＤＳＰ３ｅは、各検出データ列にＦＦＴ演算を施すことにより、このように時間経過と共に徐々に変化するドップラ周波数ｆｄを算出する。

また、図６は、上記周波数データＤ（ｉ）をその属性情報である周波数成分（つまりドップラ周波数ｆｄ）を横軸として、またパワーを縦軸として表した周波数分布図である。この図６に示すように、各周波数データＤ（ｉ）の周波数成分は、周波数領域ｆｌ〜ｆ３に分布する。

そして、このような周波数領域ｆｌ〜ｆ３のうち、低周波側に位置する周波数領域ｆｌ〜ｆ２はシークラッタ（海面散乱波）の周波数成分（シークラッタ成分）あるいは比較的低速で飛しょうする目標物（低速目標物）からの反射波に基づく低速目標信号成分が分布するクラッタ領域であり、一方、高周波側に位置する周波数領域ｆ２〜ｆ３は、標準的な速度（標準速度）で飛しょうする目標物（標準目標物）からの反射波に基づく標準目標信号成分が分布する目標検出領域である。

さて、このような性質を有する周波数データＤ（ｉ）が図４のＦＦＴ演算処理（ステップＳ２）の結果として時系列的に順次得られるが、ＤＳＰ３ｅは、各周波数データＤ（ｉ）に検出モード設定処理（ステップＳ３）を施すことにより目標検出領域を拡張するか否かを判断する。

図７は、検出モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。ＤＳＰ３ｅは、この検出モード設定処理において、最初に高速飛しょう体の飛しょう開始直後のクラッタレベル、つまり周波数成分がクラッタ領域に含まれる周波数データＤ（ｉ）のパワーを基準クラッタレベルに設定する（ステップＳ３１）。なお、通常の場合、発射直後のクラッタレベルは、高度が低いために最も高い値となる。

ＤＳＰ３ｅは、基準クラッタレベルの設定が終了すると、その後取得した周波数データＤ（ｉ）のクラッタレベルを順次測定し（ステップＳ３２）、当該各クラッタレベルが機器のノイズレベル（図６のシステムノイズレベル）以下か否かを判断する（ステップＳ３３）。そして、ＤＳＰ３ｅは、この判断が「Ｙｅｓ」の場合は、飛しょう体が上昇飛しょうしているか否かに関わらず、処理を（ステップＳ４）に移行し、一方、「Ｎｏ」の場合には、クラッタレベルが基準クラッタレベル以下か否かを判断する（ステップＳ３４）。

そして、ＤＳＰ３ｅは、ステップＳ３４における判断が「Ｙｅｓ」の場合はクラッタレベルが後段の目標検出処理（ステップＳ５）が誤動作しないレベル、つまり図６に示すクラッタ識別しきい値（拡張判定しきい値）以下か否かを判断し（ステップＳ３５）、この判断が「Ｙｅｓ」の場合は処理を（ステップＳ４）に移行する。この一方、ＤＳＰ３ｅは、ステップＳ３４あるいはステップＳ３５の判断が「Ｎｏ」の場合には、処理を目標検出処理（ステップＳ５）に移行させる。

すなわち、このような検出モード設定処理（ステップＳ３）によれば、高速飛しょう体の高度が順次上昇することによりクラッタレベルが少なくともクラッタ識別しきい値（拡張判定しきい値）以下に低下すると（クラッタ識別しきい値以下にクラッタレベルが下がることで飛しょう体が上昇飛しょうしていると判断する）、ステップＳ４において目標検出領域が低周波側であるクラッタ領域まで拡張され、拡張目標検出領域が設定される。そして、このようにクラッタレベルがクラッタ識別しきい値（拡張判定しきい値）以下に低下して目標検出領域がクラッタ領域まで拡張されると、図６に示すように周波数データＤ（ｉ）の周波数成分がクラッタ領域に含まれる低速航行する目標物Ｗの目標信号成分を検出可能な状態となる。

なお、クラッタレベルが基準クラッタレベル又はクラッタ識別しきい値（拡張判定しきい値）以下にならない場合、つまり本目標検出装置が搭載されている高速飛しょう体の高度が発射直後から上昇していない場合、あるいは高速飛しょう体の高度が上昇しているがクラッタレベルがクラッタ識別しきい値（拡張判定しきい値）まで低下していない場合には、目標検出領域は拡張されない。

そして、ＤＳＰ３ｅは、図４のように上記ステップＳ３あるいはステップＳ４の処理が終了すると、目標物Ｗの検出処理を実行する（ステップＳ５）。すなわち、図６の目標検出しきい値以上のパワーの信号を目標として検出し、ＤＳＰ３ｅは、周波数成分が目標検出領域（又は拡張目標検出領域）に含まれる周波数データＤ（ｉ）に基づいて目標物Ｗとの相対的な位置関係を割り出す。そして、この位置関係からトリガタイミングつまり図５に示すようにドップラ周波数ｆｄがゼロ近傍となるタイミングを算出する（ステップＳ６）。

ＤＳＰ３ｅは、さらにトリガタイミングの判定処理、つまり現在の時刻が上記ステップＳ６で算出したトリガタイミングに到達したか否かを判定し（ステップＳ７）、この判断が「Ｙｅｓ」の場合はトリガ信号生成器３ｇにトリガ信号の生成指示を出力する（ステップＳ８）。この結果、トリガ信号生成器３ｇからトリガ信号が出力されて高速飛しょう体がトリガする。

なお、上記ステップＳ７の判断が「Ｎｏ」の場合、ＤＳＰ３ｅは、トリガ信号生成器３ｇにトリガ信号の生成指示を出力することなく、処理をステップＳ１に戻して次の検出データ列の取得及びそれ以降の処理（ステップＳ２〜Ｓ６）を繰り返す。

このような本実施の形態によれば、シークラッタ成分が十分に小さいと判断されると目標検出領域がクラッタ領域まで拡張されて、拡張目標検出領域が設定される。そして、このような拡張目標検出領域が設定される状態では、低速目標信号成分の検出にシークラッタ成分が外乱として作用しないので、低速目標物を従来よりも正確に検出することができる。

なお、上記実施の形態において、低速目標物としては、高速飛しょう体の飛しょう訓練等の際に目標物に設定される訓練飛しょう体が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、訓練飛しょう体以外の他の低速目標物の検出にも適用可能である。

また、上記実施の形態において、地上散乱波の例として海面散乱波（シークラッタ）が存在する場合で説明したが、海面散乱波以外の地上散乱波が存在する条件下でも本発明は適用可能である。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、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。

本発明に係る目標検出装置の一実施の形態の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態における高周波回路の詳細機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態における信号処理回路の詳細機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態における信号処理回路の処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態においてドップラ周波数ｆｄの時間変化を示す特性図である。 本発明の一実施の形態におけるドップラ周波数ｆｄの周波数分布図である。 本発明の一実施の形態における検出モード設定処理の詳細を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｗ 目標物
１ アンテナ
２ 高周波回路
２ａ 発振器
２ｂ アンプ
２ｃ 電力分配器
２ｄ 方向性結合器
２ｅ ミキサ
３ 信号処理回路（信号処理手段）
３ａ アンプ
３ｂ ＢＰＦ
３ｃ Ａ／Ｄ変換器
３ｄ 基準電圧発生器
３ｅ ＤＳＰ
３ｆ ＲＯＭ
３ｇ トリガ信号生成器
４ 切替スイッチ
５ 定電圧回路
６ 電源

Claims (3)

1. 飛しょう体に装備され、目標物に向けて送信波を送信し、該目標物から得られる前記送信波による反射波のドップラ周波数に基づいて前記目標物を検出する目標検出装置において、
   前記飛しょう体の飛しょう開始後に取得された前記送信波に基づく散乱波のレベルが所定の拡張判定しきい値以下になると、前記ドップラ周波数の検出範囲を低周波側に拡張して前記目標物を検出する信号処理手段を具備することを特徴とする目標検出装置。
2. 前記信号処理手段は、飛しょう開始直後の散乱波のレベルを基準レベルとし、以後取得される散乱波のレベルが前記基準レベルを下回って前記拡張判定しきい値以下になるとドップラ周波数の検出範囲を低周波側に拡張する請求項１記載の目標検出装置。
3. 前記散乱波のレベルが機器ノイズレベル以下になると前記ドップラ周波数の検出範囲を低周波側に拡張する請求項１又は２記載の目標検出装置。

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