JP2006292597A - Radar signal processor, and cfar processing method used therefor - Google Patents
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本発明はレーダ信号処理装置及びそれに用いるCFAR処理方法に関し、特にCFAR(Constant False Alarm Rate)処理を行うレーダ信号処理装置に関する。 The present invention relates to a radar signal processing apparatus and a CFAR processing method used therefor, and more particularly, to a radar signal processing apparatus that performs CFAR (Constant False Alarm Rate) processing.
従来、レーダ信号処理装置においては、一般的に、クラッタ抑圧のためにCFAR処理が採用されている(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。クラッタ信号は地面や雲等からの反射信号であり、時間方向に拡がっているのに対して、航空機や艦船等の目標信号は時間方向に拡がっていないという特徴があり、CFAR処理ではこの差異を利用してクラッタを抑圧している。
Conventionally, a radar signal processing apparatus generally employs CFAR processing for clutter suppression (see, for example,
このCFAR処理を行うレーダ信号処理装置は、図4に示すように、CFAR処理器(1)6と目標検出器7とから構成されている。CFAR処理器(1)6は平均化処理を行う平均化処理器61と、除算を行う除算器62とから構成されており、図5に示すように、クラッタ等の時間方向に拡がっている信号を抑圧し、目標検出器7へ出力する。目標検出器7は所定の閾値TH2を越えた信号を目標信号として出力する。
As shown in FIG. 4, the radar signal processing apparatus that performs this CFAR processing includes a CFAR processor (1) 6 and a
一般的なCFAR処理の動作を図3及び図5を用いて説明する。図3は一般的なCFAR処理を示し、図5は従来の各構成における信号波形例を示している。CFAR処理は大きく平均化処理と除算処理とから構成されている。 A general CFAR processing operation will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a general CFAR process, and FIG. 5 shows examples of signal waveforms in each conventional configuration. The CFAR process is largely composed of an averaging process and a division process.
受信信号は時間方向に連続する信号を一定間隔でサンプリングした信号であり、時間と距離とが対応しているので、所定の距離毎のセルに分割した信号と考えることができる。平均化処理は注目する信号の入るテストセルの両側(または片側)の複数のセル(平均化セル)に入る信号の振幅値の平均値を算出する。除算処理はテストセルの振幅値を平均化セルの平均値で除算する。 The received signal is a signal obtained by sampling a signal continuous in the time direction at regular intervals, and the time and the distance correspond to each other. Therefore, the received signal can be considered as a signal divided into cells for each predetermined distance. In the averaging process, an average value of amplitude values of signals entering a plurality of cells (average cells) on both sides (or one side) of the test cell in which the signal of interest enters is calculated. In the division process, the amplitude value of the test cell is divided by the average value of the averaging cell.
テストセルに時間方向に拡がっているクラッタ信号が入った場合には、平均値がクラッタの大小に応じて変化し、テストセルの振幅値がノイズレベルにまで抑圧される。このCFAR処理を時間方向に1セルずつ遅延することで、時間方向に拡がっているクラッタ信号が抑圧される。 When a clutter signal spreading in the time direction enters the test cell, the average value changes according to the size of the clutter, and the amplitude value of the test cell is suppressed to the noise level. By delaying the CFAR process by one cell in the time direction, the clutter signal spreading in the time direction is suppressed.
一方、テストセルに時間方向に拡がっていない目標信号が入った場合で、かつ平均化セルにノイズのみが存在する場合には、クラッタ信号が抑圧されることなく残る。しかしながら、CFAR処理においては、時間方向に拡がっているクラッタ信号でなくても、平均化セルに大きい振幅値の信号が複数存在した場合には、平均値が増大するため、除算処理によってテストセルの振幅値が低下する。 On the other hand, when a target signal that has not spread in the time direction is input to the test cell and only noise is present in the averaging cell, the clutter signal remains without being suppressed. However, in the CFAR processing, even if the clutter signal is not spread in the time direction, the average value increases when there are a plurality of signals having a large amplitude value in the averaging cell. The amplitude value decreases.
上述した従来のレーダ信号処理装置では、CFAR回路の平均化セルに他目標の信号が入る(図3参照)ことによって、平均化セルでの平均値がノイズのみの場合に比べて増大し[図5(2)参照]、除算器にてテストセルの目標信号の振幅値を増大した平均値で除算するため、テストセルに対して複数の他目標信号が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合(以下、近接信号とする)に振幅値が低下し、テストセルに存在する目標信号の検出率が低下するという問題がある(図5参照)。 In the conventional radar signal processing apparatus described above, when another target signal enters the averaging cell of the CFAR circuit (see FIG. 3), the average value in the averaging cell increases compared to the case of only noise [FIG. 5 (2)], because the divider divides the amplitude value of the target signal of the test cell by the increased average value, a plurality of other target signals are close to the test cell so that they enter the averaging cell. If the signal is present (hereinafter referred to as a proximity signal), the amplitude value decreases, and the detection rate of the target signal existing in the test cell decreases (see FIG. 5).
また、従来のレーダ信号処理装置では、他目標の信号だけでなく、時間方向に拡がっているクラッタ信号や干渉信号等が近接する場合も、上記と同様に、テストセルの振幅値が低下し、目標検出率が低下するという問題がある。 In addition, in the conventional radar signal processing apparatus, not only the other target signal, but also when the clutter signal or interference signal spreading in the time direction is close, the amplitude value of the test cell is reduced as described above, There is a problem that the target detection rate decreases.
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、テストセルに対して複数の他目標信号、時間方向に拡がっているクラッタ、干渉信号等が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合であっても、テストセルの振幅値を低下させず、目標検出率の低下を回避することができるレーダ信号処理装置及びそれに用いるCFAR処理方法を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems, and to be close enough to the test cell so that a plurality of other target signals, clutter spreading in the time direction, interference signals, etc. enter the averaging cell. Therefore, it is an object of the present invention to provide a radar signal processing apparatus and a CFAR processing method used therefor that can avoid a decrease in target detection rate without reducing the amplitude value of a test cell.
本発明によるレーダ信号処理装置は、受信信号に対してクラッタを抑圧するためのCFAR(Constant False Alarm Rate)処理を行うレーダ信号処理装置であって、
前記受信信号中の前記クラッタを含む時間方向に拡がっている信号を抑圧する第1のCFAR処理手段と、
前記第1のCFAR処理手段から出力される受信信号と予め設定された第1の閾値とを比較して前記第1の閾値を越える信号を検出する大信号検出手段と、
前記大信号検出手段で検出された信号のセル情報を基に該当するセルを前記受信信号から除去する大信号セル除去手段と、
前記大信号セル除去手段で前記セルが除去された受信信号の平均化処理を行った後にその平均化された信号で処理前の受信信号を除算する第2のCFAR処理手段と、
前記第2のCFAR処理手段から出力された受信信号と予め設定された第2の閾値とを比較して前記第2の閾値を越えた信号を目標信号として出力する目標検出手段とを備えている。
A radar signal processing device according to the present invention is a radar signal processing device that performs CFAR (Constant False Alarm Rate) processing for suppressing clutter on a received signal,
First CFAR processing means for suppressing a signal spreading in a time direction including the clutter in the received signal;
A large signal detecting means for comparing a received signal output from the first CFAR processing means with a preset first threshold and detecting a signal exceeding the first threshold;
Large signal cell removing means for removing a corresponding cell from the received signal based on cell information of the signal detected by the large signal detecting means;
Second CFAR processing means for dividing the received signal before processing by the averaged signal after averaging the received signal from which the cells have been removed by the large signal cell removing means;
Target detection means for comparing a received signal output from the second CFAR processing means with a preset second threshold value and outputting a signal exceeding the second threshold value as a target signal; .
本発明によるCFAR処理方法は、受信信号に対してクラッタを抑圧するためのCFAR(Constant False Alarm Rate)処理を行うレーダ信号処理装置に用いるCFAR処理方法であって、前記レーダ信号処理装置が、前記受信信号中の前記クラッタを含む時間方向に拡がっている信号を抑圧する第1のCFAR処理と、前記第1のCFAR処理から出力される受信信号と予め設定された第1の閾値とを比較して前記第1の閾値を越える信号を検出する大信号検出処理と、前記大信号検出処理で検出された信号のセル情報を基に該当するセルを前記受信信号から除去する大信号セル除去処理と、前記大信号セル除去処理で前記セルが除去された受信信号の平均化処理を行った後にその平均化された信号で処理前の受信信号を除算する第2のCFAR処理と、前記第2のCFAR処理から出力された受信信号と予め設定された第2の閾値とを比較して前記第2の閾値を越えた信号を目標信号として出力する目標検出処理とを実行している。 A CFAR processing method according to the present invention is a CFAR processing method used in a radar signal processing apparatus that performs CFAR (Constant False Alarm Rate) processing for suppressing clutter on a received signal, wherein the radar signal processing apparatus includes: The first CFAR process for suppressing the signal spreading in the time direction including the clutter in the received signal is compared with the received signal output from the first CFAR process and a preset first threshold value. A large signal detection process for detecting a signal exceeding the first threshold, and a large signal cell removal process for removing a corresponding cell from the received signal based on cell information of the signal detected by the large signal detection process; The received signal from which the cells have been removed in the large signal cell removal process is averaged, and then the averaged signal is received before the process. The second CFAR process for dividing the signal, the received signal output from the second CFAR process and a second threshold value set in advance are compared, and a signal exceeding the second threshold value is used as a target signal. The target detection process to be output is executed.
すなわち、本発明のレーダ信号処理装置は、受信信号中に含まれるクラッタ等の時間方向に拡がっている信号を抑圧する第1のCFAR(Constant False Alarm Rate)処理手段と、第1のCFAR処理手段から出力される受信信号と所定の閾値TH1とを比較して閾値TH1を越える信号のセル情報を検出する大信号検出手段と、大信号検出手段で検出された閾値TH1を越える信号のセル情報を基に受信信号から該当するセルを除去して第2のCFAR処理手段へ出力する大信号セル除去手段と、大信号セル除去手段から出力された受信信号の平均化処理を行った後に処理前の受信信号を平均化された信号で除算する第2のCFAR処理手段と、第2のCFAR処理手段の除算結果を所定の閾値TH2と比較して閾値TH2を越えた信号を目標信号として出力する目標検出手段とを備えている。 That is, the radar signal processing apparatus of the present invention includes a first CFAR (Constant False Alarm Rate) processing unit that suppresses a signal spread in the time direction such as clutter included in a received signal, and a first CFAR processing unit. A large signal detecting means for comparing the received signal output from the signal with a predetermined threshold TH1 to detect cell information of a signal exceeding the threshold TH1, and cell information of a signal exceeding the threshold TH1 detected by the large signal detecting means. A large signal cell removing means for removing the corresponding cell from the received signal based on the received signal and outputting it to the second CFAR processing means; and after averaging the received signal output from the large signal cell removing means A second CFAR processing unit that divides the received signal by the averaged signal, and the division result of the second CFAR processing unit is compared with a predetermined threshold TH2. And a target detecting means for outputting a signal exceeding the value TH2 as the target signal.
上記のように、本発明のレーダ信号処理装置では、第1のCFAR処理手段において時間方向に拡がっているクラッタ信号を抑圧した後、大信号検出手段において時間方向に拡がっていない大信号を目標検出手段における閾値TH2よりも低い所定の閾値TH1で検出し、検出した大信号のセル情報を基に時間方向に拡がっていない大信号を大信号セル除去手段において除去した受信信号に対して平均化処理を行っている。 As described above, in the radar signal processing apparatus of the present invention, after the clutter signal spreading in the time direction is suppressed in the first CFAR processing means, the large signal not spreading in the time direction is detected by the large signal detection means. An averaging process is performed on the received signal which is detected at a predetermined threshold TH1 lower than the threshold TH2 in the means and the large signal which has not spread in the time direction based on the detected cell information of the large signal is removed by the large signal cell removing means. It is carried out.
これによって、本発明のレーダ信号処理装置では、平均化セルでの平均値がノイズのみの場合に比べて増大することが回避されるので、CFAR処理において、テストセルに対して複数の他目標信号、時間方向に拡がっているクラッタ、干渉信号等が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合であっても、テストセルの振幅値を低下させず、目標検出率の低下を回避することが可能となる。 As a result, in the radar signal processing apparatus of the present invention, it is avoided that the average value in the averaging cell increases compared to the case of only noise. Even if clutter spread in the time direction, interference signals, etc. are close enough to enter the averaging cell, the test cell amplitude value is not reduced and the target detection rate is not lowered. It becomes possible.
本発明は、以下に述べるような構成及び動作とすることで、テストセルに対して複数の他目標信号、時間方向に拡がっているクラッタ、干渉信号等が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合であっても、テストセルの振幅値を低下させず、目標検出率の低下を回避することができるという効果が得られる。 The present invention is configured and operated as described below so that a plurality of other target signals, clutter spread in the time direction, interference signals, and the like are close to the test cell so that they enter the averaging cell. Even if it exists, the effect that the fall of a target detection rate can be avoided, without reducing the amplitude value of a test cell.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施例によるレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。図1において、本発明の一実施例によるレーダ信号処理装置はCFAR(Constant False Alarm Rate)処理器(1)1と、大信号検出器2と、大信号セル除去器3と、CFAR処理器(2)4と、目標検出器5とから構成されている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a radar signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a radar signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a CFAR (Constant False Alarm Rate) processor (1) 1, a
CFAR処理器(1)1は受信信号の平均化処理を行う平均化処理器11と、処理前の受信信号を平均化した受信信号で除算する除算器12とを備え、受信信号中に含まれるクラッタ等の時間方向に拡がっている信号を抑圧する。大信号検出器2はCFAR処理器(1)1から出力される受信信号と所定の閾値TH1とを比較し、閾値TH1を越える信号を検出し、その信号のセル情報を大信号セル除去器3へ出力する。
The CFAR processor (1) 1 includes an averaging processor 11 that performs an averaging process on a received signal, and a divider 12 that divides the received signal before processing by an averaged received signal, and is included in the received signal. Suppresses signals that spread in the time direction, such as clutter. The
大信号セル除去器3は大信号検出器2からの閾値TH1を越える信号のセル情報を基に受信信号から該当するセルを除去し、該当するセルを除去した受信信号をCFAR処理器(2)4へ出力する。CFAR処理器(2)4は大信号セル除去器3から出力された受信信号の平均化処理を平均化処理器41において行った後、処理前の受信信号を除算器42において平均化された受信信号で除算し、その除算結果を目標検出器5へ出力する。目標検出器5はCFAR処理器(2)4から出力された受信信号を所定の閾値TH2と比較し、閾値TH2を越えた信号を目標信号として出力する。
The large
図2は本発明の一実施例によるレーダ信号処理装置の各構成における信号波形例を示す図である。これら図1及び図2を参照して本発明の一実施例によるレーダ信号処理装置の動作について説明する。 FIG. 2 is a diagram showing signal waveform examples in each configuration of the radar signal processing apparatus according to one embodiment of the present invention. The operation of the radar signal processing apparatus according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、時間方向に連続するクラッタ信号と時間方向に連続しない複数の近接信号である目標信号を含む受信信号[図2(1)参照]は、CFAR処理器(1)1に入力される。CFAR処理器(1)1の平均化処理器11は受信信号に対して平均化処理を実施する。図2(2)は平均化処理器11での平均化処理後の波形であり、クラッタ信号と目標信号とが存在する時間に大きな振幅値が現れている。 First, a received signal [see FIG. 2 (1)] including a target signal which is a clutter signal continuous in the time direction and a plurality of proximity signals not continuous in the time direction is input to the CFAR processor (1) 1. The averaging processor 11 of the CFAR processor (1) 1 performs an averaging process on the received signal. FIG. 2 (2) shows the waveform after the averaging process in the averaging processor 11, and a large amplitude value appears at the time when the clutter signal and the target signal exist.
次に、CFAR処理器(1)1の除算器12は受信信号を平均化処理後の受信信号で除算する。その結果、時間方向に連続するクラッタ信号はほぼノイズレベルに抑圧され、目標信号は振幅値が低下する[図2(3)参照]。除算後の信号は大信号検出器2に入力される。
Next, the divider 12 of the CFAR processor (1) 1 divides the received signal by the received signal after the averaging process. As a result, the clutter signal continuous in the time direction is substantially suppressed to the noise level, and the amplitude value of the target signal is reduced [see FIG. 2 (3)]. The signal after division is input to the
大信号検出器2は入力された信号を所定の閾値TH1と比較し、閾値TH1を越える受信信号のセル情報を大信号セル除去器3へ出力する。ここで、閾値TH1を後述の目標検出器5での閾値TH2に比べて低い値に設定することによって、図2(4)に示すように、平均化処理によって低下した振幅値の目標信号が検出される。これは、閾値TH1が時間方向に連続していない大信号の抽出を目的とするものであり、目標信号だけでなく、ノイズ等も閾値TH2の場合に比べて多く検出される可能性があるが、本処理においてはレーダ装置に要求される誤警報確率Pfaを満足する必要はないためである。
The
大信号セル除去器3は大信号検出器2からの閾値TH1を越える信号のセル情報を基に受信信号の該当するセルを除去し[図2(5)参照]、受信信号から該当するセルを除去した信号をCFAR処理器(2)4に出力する。
The large
CFAR処理器(2)4の平均化処理器41は大信号セル除去器3から入力される受信信号の平均化処理を実施する。CFAR処理器(2)4の平均化処理においては、処理する全セル数から大信号セル除去器3で除去したセル数を減算したセル数が平均化処理時の母数となる。図2(6)は平均化処理器後の波形であり、クラッタ信号が存在する時間のみ大きな振幅値が現れている。
The averaging
CFAR処理器(2)4の除算器42は処理前の受信信号を平均化処理後の受信信号で除算する。その結果、時間方向に連続するクラッタ信号は抑圧され、時間方向に連続していない大信号である目標信号のみが残る[図2(7)参照]。
The
目標検出器5はCFAR処理器(2)4から出力された受信信号と閾値TH2とを比較し、閾値TH2を越えた信号を目標信号として出力する。ここで、閾値TH2はレーダ装置に要求される探知確率Pdと誤警報確率Pfaとを満足するように設定する。
The
このように、本実施例では、CFAR処理器(1)1において時間方向に拡がるクラッタ信号を抑圧した後、大信号検出器2において時間方向に拡がらない大信号を目標検出器5における閾値TH2よりも低い所定の閾値TH1によって検出し、検出した大信号のセル情報により時間方向に拡がっていない大信号を大信号セル除去器3において除去した受信信号に対して平均化処理を行っている。
Thus, in the present embodiment, after suppressing the clutter signal that spreads in the time direction in the CFAR processor (1) 1, the large signal that does not spread in the time direction in the
これによって、本実施例では、平均化セルでの平均値がノイズのみの場合に比べて増大することが回避されるので、CFAR処理において、テストセルに対して複数の他目標信号、時間方向に拡がっているクラッタ、干渉信号等が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合であっても、テストセルの振幅値を低下させず、目標検出率の低下を回避することができる。 Thus, in this embodiment, since the average value in the averaging cell is prevented from increasing as compared with the case of only noise, in the CFAR process, a plurality of other target signals in the time direction are applied to the test cell. Even when spread clutter, interference signals, etc. are close enough to enter the averaging cell, it is possible to avoid a decrease in target detection rate without reducing the amplitude value of the test cell.
1 CFAR処理器(1)
2 大信号検出器
3 大信号セル除去器
4 CFAR処理器(2)
5 目標検出器
11,41 平均化処理器
12,42 除算器
1 CFAR processor (1)
2 Large signal detector
3 Large signal cell remover
4 CFAR processor (2)
5
Claims (8)
前記受信信号中の前記クラッタを含む時間方向に拡がっている信号を抑圧する第1のCFAR処理手段と、
前記第1のCFAR処理手段から出力される受信信号と予め設定された第1の閾値とを比較して前記第1の閾値を越える信号を検出する大信号検出手段と、
前記大信号検出手段で検出された信号のセル情報を基に該当するセルを前記受信信号から除去する大信号セル除去手段と、
前記大信号セル除去手段で前記セルが除去された受信信号の平均化処理を行った後にその平均化された信号で処理前の受信信号を除算する第2のCFAR処理手段と、
前記第2のCFAR処理手段から出力された受信信号と予め設定された第2の閾値とを比較して前記第2の閾値を越えた信号を目標信号として出力する目標検出手段とを有することを特徴とするレーダ信号処理装置。 A radar signal processing apparatus that performs CFAR (Constant False Alarm Rate) processing for suppressing clutter on a received signal,
First CFAR processing means for suppressing a signal spreading in a time direction including the clutter in the received signal;
A large signal detecting means for comparing a received signal output from the first CFAR processing means with a preset first threshold and detecting a signal exceeding the first threshold;
Large signal cell removing means for removing a corresponding cell from the received signal based on cell information of the signal detected by the large signal detecting means;
Second CFAR processing means for dividing the received signal before processing by the averaged signal after averaging the received signal from which the cells have been removed by the large signal cell removing means;
And a target detecting means for comparing the received signal output from the second CFAR processing means with a preset second threshold value and outputting a signal exceeding the second threshold value as a target signal. A characteristic radar signal processing apparatus.
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