JP2006242632A - レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 目標に送信信号を照射し、反射波を受信して受信信号を出力する送受信機20と、受信信号から目標の軌跡を推定する追尾処理部30と、受信信号を処理してクロスレンジプロフィールを生成するクロスレンジプロフィール生成部40と、クロスレンジプロフィールから特徴量を算出し、目標の類別を行う類別処理部50を備え、クロスレンジプロフィール生成部40は、オートフォーカス処理部42において受信信号のドップラー周波数の変化量を抽出し、アスペクト角変化量推定部44は、そのドップラー周波数の変化量を用いて目標のアスペクト角の変化量を推定する。そしてクロスレンジスケーリング部45において、アスペクト角変化量推定部44で推定したアスペクト角の変化量を用いてドップラープロフィールをクロスレンジプロフィールに変換する。
【選択図】 図1
Description
非特許文献1には、広帯域の電波の送受信を行うことにより得られる高分解能のレンジプロフィールを用いて、目標の類別を行う技術が開示されている。しかし、このような方法では広帯域の電波の送受信を必要とするので、適用機種が限定されるという問題があった。
この問題に対する解決方法として、クロスレンジプロフィールを用いることにより、広帯域の電波の送受信を行わずに、高分解能の反射強度分布を用いて目標の類別を行う方法がある。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による、レーダ装置100の構成を示すブロック図である。
図に示すように、レーダ装置100は、アンテナ10、送受信機20、追尾処理部30、クロスレンジプロフィール生成部40、及び類別処理部50を備えている。クロスレンジプロフィール生成部40は、位相補償処理部41、オートフォーカス処理部42、ドップラープロフィール生成部43、アスペクト角変化量推定部44、及びクロスレンジスケーリング部45を備えている。類別処理部50は、特徴量算出部51、特徴量ライブラリ記憶部52、及び判定部53を備えている。
図2は、レーダ装置100による目標の追尾処理を説明する図である。
送受信機20で送信信号が生成され、アンテナ10を介して目標へ照射される。目標での反射波が再びアンテナ10で受信され、送受信機20で分析される。以上の送受信処理は、図2に示すように、時刻t=0(s)からt=T(s)の間に移動する目標に対して等時間間隔ΔtでH回繰り返す。これにより、受信信号u(h)(h=0,1,Λ,H−1)を収集する。ここで、Hをヒット数、hをヒット番号、Tを観測時間と呼ぶ。
収集された受信信号u(h)は、追尾処理部30と位相補償処理部41に供給される。
また、送受信機20はH回のパルス送受信を行う前に、予め複数のパルス波を送受信し、観測した目標の位置情報を追尾処理部30に供給する。
観測開始時点における目標の位置ベクトルの推定値Rtck(0)と速度ベクトルの推定値Vtckを用いて、目標が等速直線運動を行うという仮定の下に、第hヒットにおける目標の位置ベクトルの推定値Rtck(h)を式(1)により得ることができる。
Rtck(h)=Rtck(0)+h・Δt・Vtck (1)
受信信号u(h)と式(1)により得られた追尾情報は位相補償処理部41に供給される。
各ヒットhにおける目標とレーダ装置100の間の距離の推定値R(h)は式(2)で与えられる。
R(h)=‖Rtck(h)‖ (h=0,1,Λ,H−1) (2)
次に、位相補償処理部41は、式(3)により位相補償を行い、追尾情報による位相補償後の受信信号utck(h)を得る。ここで、Fcは搬送波周波数、Cは光速である。
第kヒットを始点としたutck(h)の受信信号uk(h)は式(4)で与えられる。ここでHsは短時間フーリエ変換の点数である。
uk(h)=utck(h+k) (h=0,1,Λ,Hs−1) (4)
傾きの算出を容易に行うため、x(k,i)に2次元フーリエ変換を適用する。x(k,i)上で各反射点の軌跡の傾きが等しいことから、X(y,z)上では定点(原点)を通る1本の直線が得られる。また、x(k,i)上の各直線のkに対するi方向の移動量は、X(y,z)上のzに対する−y方向の移動量に等しい。この性質を利用して、画像の中心を通る直線の検出問題を解くことにより傾きを得ることができる。
Φ(h)=πadh2 (7)
式(7)の結果を用いて、位相補償処理部41で得られた追尾情報による位相補償後の受信信号utck(h)を式(8)により位相補償し、オートフォーカス適用後の受信信号ufocus(h)を得る。
ufocus(h)=utck(h)e-jΦ(h) (8)
得られたオートフォーカス適用後の受信信号ufocus(h)は、ドップラープロフィール生成部43に供給される。また、ドップラー周波数の変化量adと追尾情報はアスペクト角変化量推定部44に供給される。
具体的には、オートフォーカス処理部42から送られたドップラー周波数の変化量adを用いて、式(10)により、観測時間Tでのドップラー周波数の変化量Δfd[Hz]を求める。
Δfd=ad・T/Δt (10)
fd1=2V1/λ−2V’1/λ (11a)
fd2=2V2/λ−2V’2/λ (11b)
ここで、λは波長、Vは観測開始時における目標の速度ベクトルの真値、V1,V2はそれぞれ観測開始時と観測終了時における目標の速度の視線方向成分の大きさの真値であり、V’1,V’2はそれぞれ観測開始時と観測終了時における目標の速度の視線方向成分の大きさの推定値である。ここで、視線方向とは、レーダ装置100から目標への向きである。
このとき、観測している間は目標が一定の速度で運動すると仮定し、また、追尾により得られた観測開始時の速度ベクトルの推定誤差が小さい、すなわち、V≒Vtck(Vtckは追尾により得られた観測開始時における目標の速度ベクトルの推定値)、V1≒V’1と仮定すると、観測終了時のレーダ装置100に対する目標の速度の視線方向成分の大きさV2は式(12)で与えられる。
V2=V’2+λ・fd/2 (12)
θ1=cos-1(V1/|V’|) (13a)
θ2=cos-1(V2/|V’|) (13b)
Δθ=‖θ2−θ1‖ (14)
得られたアスペクト角の変化量の推定値Δθは、クロスレンジスケーリング部45に供給される。
図6は、実施の形態1による候補目標の特徴量の算出方法を説明する図である。図に示すように、追尾により推定した目標の軌跡を中心として、点線で示される範囲内で複数の軌跡を考え、候補目標が各軌跡を様々な姿勢で飛行した場合に得られるクロスレンジ幅と平均電力を特徴量ライブラリ記憶部52から取得する。複数の軌跡を考えるのは、未知の目標の軌跡の真値を様々に仮定するためである。
なお、類別手法としては、SVMに限らず、マハラノビス距離などの他の判別基準を用いてもよい。
図8は、この発明の実施の形態2による、レーダ装置200の構成を示すブロック図である。図1と同一の符号は同一の構成要素を表している。図に示すように、レーダ装置200のクロスレンジプロフィール生成部40は、運動・姿勢推定部46を備えている。
アンテナ10、送受信機20、及び追尾処理部30における処理は実施の形態1と同様である。
また、クロスレンジプロフィール生成部40の位相補償処理部41における処理は実施の形態1と同様である。また、オートフォーカス処理部42は、ドップラー周波数の変化量adと追尾情報を、アスペクト角変化量推定部44だけでなく運動・姿勢推定部46にも供給する。その他の処理は実施の形態1と同様である
運動・姿勢推定部46は、まず目標の運動が直進であるか旋回であるかを判定する。ここでは、目標が旋回した場合のほうが直進した場合よりもドップラー周波数の変化量が大きくなることに着目し、ドップラー周波数の変化量の絶対値|ad|に閾値Taを設け、閾値Taを超える場合は旋回、超えない場合は直進と判定する。
ここでは、図9に示すように、観測開始時にアスペクト角θの方向を向いていた目標がレーダ200に近づく方向へ旋回した場合を例に説明する。このとき、追尾処理部30は目標がアスペクト角θの方向へ一定速度で直進したとして軌跡を推定し、この軌跡に基づいて位相補償処理部41で位相補償が行われる。
まず、追尾情報のみから推定した軌跡について示す。レーダ位置を原点とすると、時刻tでの目標位置は、式(15a)、(15b)で表される。ここで、Vは目標の速さの推定値、Rは観測開始時の目標距離である。
x(t)=R−Vtcosθ (15a)
y(t)=Vtsinθ (15b)
また、目標の距離Rtck(t)は式(16)で与えられる。
x(t)={R−rsin(2π・t/P)}cosθ−{rcos(2π・t/P)−r}sinθ (17a)
y(t)={R−rsin(2π・t/P)}sinθ−{rcos(2π・t/P)−r}cosθ (17b)
また、目標の距離は式(18)で与えられる。
Re(t)=‖Rtck(t)−R(t)‖ (19)
このときのドップラー周波数の変化量fd(t)は式(20)で与えられる。
r=P・V/2π (21)
式(20)を旋回周期Pについて解析的に解くことは困難であるため、ここでは数値的に解く。すなわち、目標が様々な旋回を行ったとして旋回周期Pを様々に仮定し、そのときのドップラー周波数の変化量を式(20)により算出する。そして、算出したドップラー周波数の変化量の計算値と、式(10)により得られるドップラー周波数の変化量が最も一致する旋回周期Pを得る。これにより、式(21)からは旋回半径rが、また、式(22)から旋回加速度aが得られる。
a=2π・V/P (22)
ψ=tan-1(ν2/rg) (23)
得られた結果は類別処理部50へ供給される。
Claims (5)
- レーダにより検出した目標を、クロスレンジプロフィールを用いて類別するレーダ装置であって、
上記目標に対し、複数の観測時点で送信信号を照射し、上記目標での反射波を受信して受信信号を出力する送受信機と、
上記受信信号に基づいて、上記目標の軌跡を推定する追尾処理部と、
上記受信信号を処理してクロスレンジプロフィールを生成するクロスレンジプロフィール生成部と、
上記クロスレンジプロフィールから特徴量を算出し、上記目標の類別を行う類別処理部を備え、
上記クロスレンジプロフィール生成部は、
上記追尾処理部が推定した軌跡に基づいて、上記受信信号の位相補償を行う位相補償処理部と、
上記位相補償処理部による位相補償後の受信信号からドップラー周波数の変化量を算出し、抽出した変化量に基づいて、上記位相補償後の受信信号をさらに位相補償するオートフォーカス処理部と、
上記オートフォーカス処理部で位相補償された受信信号からドップラープロフィールを生成するドップラープロフィール生成部と、
上記オートフォーカス処理部で算出された上記ドップラー周波数の変化量を用いて、上記目標のアスペクト角の変化量を算出するアスペクト角変化量推定部と、
上記ドップラープロフィールを、上記アスペクト角の変化量を用いてクロスレンジプロフィールに変換するクロスレンジスケーリング部を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - オートフォーカス処理部は、
位相補償処理部による位相補償後の受信信号に短時間フーリエ変換を適用し、各観測時点でのドップラー周波数の軌跡の直線の傾きを特定することにより取得したドップラー周波数の変化量を用いて、位相補償量を決定することを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 - アスペクト角変化量推定部は、
ドップラー周波数の変化量がレーダに対する目標の速度変化に関係することを利用して、アスペクト角の変化量を算出することを特徴とする請求項2記載のレーダ装置。 - クロスレンジプロフィール生成部は、
オートフォーカス処理部から供給されるドップラー周波数の変化量に基づいて目標の運動と姿勢を推定する運動・姿勢推定部を備え、
類別処理部は、
上記運動・姿勢推定部によって推定された運動、姿勢情報に基づいて、上記目標の軌跡と姿勢の推定範囲を絞り込み、参照する特徴量の数を減らして類別を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のレーダ装置。 - 運動・姿勢推定部は、
目標の旋回の有無を判定し、旋回していると判定した場合には円運動を仮定し、ドップラー周波数の変化量に基づいて旋回半径を推定することを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。
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