JP2006329669A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続するレーダ装置を得る。
【解決手段】 検出範囲判定部１４では、予めデータテーブルとして記憶された信号処理時間データ１２、ＣＰＵより逐次入力されるＣＰＵ負荷率１３、目標探知１８から発生されるＳ／Ｎ比１９、および追尾処理部２０によって求められる追尾品質２１に基づいて、予めデータテーブルとして記憶されたレーダパラメータ１１の組み合わせの中から、レーダ装置におけるレーダ信号処理のリアルタイム処理を保証し、目標の探知および追尾を継続可能なレーダパラメータ１７を一組選定し、信号検出部１５に供給する。
このようにして、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、航空機等のプラットフォームに搭載され、電波を用いて目標との相対距離および相対速度を継続して検出し、目標の探知、捕捉および追尾を行うレーダ装置に関するものである。

航空機等のプラットフォームに搭載され、目標に対する相対距離および相対速度を検出するレーダ装置には、パルス・レーダおよびパルスドップラ・レーダ等がある。これらレーダ装置は、パルス変調されたレーダ波の送受信を行い、目標を検出しているが、パルス幅およびパルス繰り返し間隔等のレーダパラメータは、予め選定したものを使用している（例えば、特許文献１参照）。

特許第３４０９７４６号公報

従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、航空機等のプラットフォームでは、そのプラットフォームの機体内に搭載可能な容積および質量、また、使用可能な電源容量が限られているため、レーダ装置においてデジタル信号処理を行う信号処理部として搭載可能なＣＰＵ数等に制限があり、したがって、信号処理能力にも制限がある。一方、目標の探知および追尾を継続するためには、レーダ信号処理をリアルタイム化する必要がある。この時、パルス幅およびパルス繰り返し間隔等のレーダパラメータは、予めレーダモード毎に選定された値であるが、このレーダパラメータに対応した処理を、受信信号の全ての領域に対して実施するので、処理時間がたくさん必要となり、ＣＰＵ負荷率によってはリアルタイム処理を保証しきれないことがあるなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続するレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、当該レーダ装置におけるレーダ信号処理のリアルタイム処理を保証し、目標の探知および追尾を継続可能なレーダパラメータを信号検出部に選定する検出範囲判定部を備えたものである。

以上のように、この発明によれば、検出範囲判定部において、レーダ装置におけるレーダ信号処理のリアルタイム処理を保証し、目標の探知および追尾を継続可能なレーダパラメータを信号検出部に選定するように構成したので、例えば、ＣＰＵ負荷率が変動しても、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置による目標検出状況を示す説明図であり、図において、自機１は、この発明のレーダ装置が搭載され、目標２に対してレーダ波３を送信し、目標２で反射されたレーダ反射波４から、そのレーダ装置で目標までの相対距離および目標との相対速度を検出するものである。

図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、レーダパラメータ１１は、パルス幅およびパルス繰り返し間隔等からなるものであり、データテーブルとして複数組のレーダパラメータが予め記憶されたものである。この実施の形態１によるレーダ装置では、このレーダパラメータ１１から一組のレーダパラメータ１７を選定し、そのレーダパラメータ１７に基づいたレーダ波３を生成して送信すると共に、目標２で反射したレーダ反射波４をそのレーダパラメータ１７に基づいて信号処理し、レーダ反射波４の信号検出を行うものである。
信号処理時間データ（データ記憶部）１２は、データテーブルとして予め記憶されたものである。例えば、図２におけるデータテーブルに示すように、レーダ装置の動作モード、目標との相対距離および相対速度からなる目標検出処理を行う処理範囲、および動作モードおよび処理範囲の組み合わせに対して処理に必要な処理時間からなるものである。なお、図２に示したデータテーブルは、信号処理時間データ１２のデータテーブルのうちの一部であり、詳しくは実施の形態２から実施の形態５で述べる。
ＣＰＵ負荷率１３は、システム全体が持つＣＰＵ処理能力に対する、図２における各種構成の動作に応じて使用されている現在の処理負荷の割合であり、この実施の形態１では、現在のＣＰＵ負荷率１３が逐次入力されるものとする。

検出範囲判定部１４は、レーダパラメータ１１、信号処理時間データ１２、ＣＰＵ負荷率１３、後述するＳ／Ｎ比１９および追尾品質２１等に基づいて、レーダ装置におけるレーダ信号処理のリアルタイム処理を保証し、目標の探知および追尾を継続可能なレーダパラメータ１７を選定するものである。
信号検出部１５は、目標２で反射したレーダ反射波４に応じた受信信号１６を検出判定部１４により選定されたレーダパラメータ１７に基づいて信号処理することにより、目標２に相当する信号の検出を行うものである。
目標探知部１８は、検出された目標２に相当する信号に応じて目標探知を行うと共に、それら信号および雑音に応じたＳ／Ｎ比（検出誤差）１９を発生するものである。
追尾処理部２０は、目標探知された信号に応じて目標２の追尾処理を行うと共に、追尾品質２１を発生するものである。
表示処理部２２は、目標２の探知および追尾状況を表示するものである。

次に動作について説明する。
図１において、自機１のレーダ装置では、目標２に対してレーダ波３を送信すると共に、目標２で反射されたレーダ反射波４を受信する。
図２において、信号検出部１５では、そのレーダ反射波４に応じた高周波信号である受信信号１６を中間周波数まで周波数変換し、予め選定されたレーダパラメータ１７に基づいて帯域通過フィルタ処理し、さらに、アナログ・デジタル変換し、高速フーリェ変換して目標２に相当する信号の検出を行う。目標探知１８では、検出された目標２に相当する信号に応じて、レーダ波３とレーダ反射波４との時間差から相対距離、ドップラ偏移から相対速度を検出し、目標探知を行うと共に、それら信号および雑音に応じたＳ／Ｎ比１９を発生する。
追尾処理部２０では、目標探知された信号の時間上の履歴を用い、目標航跡を継続して追尾すると共に、航跡が目標２である確からしさの指標として追尾品質２１を求める。表示処理部２２では、目標２の追尾状況を表示する。

以上のような、レーダ装置において、目標の探知および追尾を継続するには、レーダ信号処理のリアルタイム処理を保証しなくてはならない。
一方、レーダ装置において、選定されるレーダパラメータ１７に応じて、ＣＰＵによる処理負荷、追尾品質、および最大探知距離等が増減する。例えば、観測可能な目標２との相対距離の最大値（最大探知距離）は、受信信号１６の観測時間（＝２×観測可能な最大距離／光速）によるが、観測時間が長くなれば信号処理するデータが増え、ＣＰＵ処理負荷が高く、また、信号処理時間が長くなる。
そこで、検出範囲判定部１４では、予めデータテーブルとして記憶された信号処理時間データ１２、ＣＰＵより逐次入力されるＣＰＵ負荷率１３、目標探知１８から発生されるＳ／Ｎ比１９、および追尾処理部２０によって求められる追尾品質２１等に基づいて、予めデータテーブルとして記憶されたレーダパラメータ１１の組み合わせの中から、レーダ装置におけるレーダ信号処理のリアルタイム処理を保証し、目標の探知および追尾を継続可能なレーダパラメータ１７を一組選定し、信号検出部１５に供給する。
このようにして、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる。

以上のように、この実施の形態１では、検出範囲判定部１４において、レーダ装置におけるレーダ信号処理のリアルタイム処理を保証し、目標の探知および追尾を継続可能なレーダパラメータ１７を信号検出部１５に選定するように構成したので、例えば、ＣＰＵ負荷率１３が変動しても、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるレーダパラメータの選定方法を示す概念図であり、この実施の形態２の信号処理時間データ１２には、ＣＰＵ負荷率に応じた計算機リソースとして利用可能な信号処理時間、およびリアルタイム処理を許容する処理時間に応じた検出範囲が予めデータテーブルとして記憶されたものである。
また、検出範囲判定部１４は、その信号処理時間データ１２のデータテーブルに基づいて、現在のＣＰＵ負荷率１３に応じた検出範囲を求め、その求められた検出範囲となる一組のレーダパラメータ１７をレーダパラメータ１１の組み合わせの中から選定するものである。その他の構成については図２と同様である。

次に動作について説明する。
図２において、信号検出部１５、目標探知１８、追尾処理部２０、および表示処理部２２の動作は、上記実施の形態１と同様であり、この実施の形態２では、目標の探知および追尾を継続するために、レーダ信号処理のリアルタイム処理を保証する動作について説明する。
ＣＰＵ負荷率からレーダ信号処理として利用可能な余剰となっている計算機リソースを求めることができ、その結果、計算機リソースによる信号処理時間を求めることができる。また、レーダ装置としては、レーダ信号処理のリアルタイム処理を保証する必要があり、そのリアルタイム処理を許容する処理時間に応じた検出範囲を求めることができる。このように、信号処理時間データ１２には、図３に示した特性を予めデータテーブルとして記憶しておく。
検出範囲判定部１４では、レーダ信号処理を行う時点におけるＣＰＵ負荷率１３が分かれば、そのＣＰＵ負荷率１３に応じた計算機リソースとして利用可能な信号処理時間を信号処理時間データ１２から参照し、また、その信号処理時間に近似したリアルタイム処理を許容する処理時間に応じた検出範囲を信号処理時間データ１２から参照する。さらに、その検出範囲に対応した一組のレーダパラメータ１７をレーダパラメータ１１の組み合わせの中から選定し、信号検出部１５に供給する。この時のレーダ装置の目標検出性能は、周波数分解能、目標検出範囲等として評価される。
このようにして、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる。

以上のように、この実施の形態２では、信号処理時間データ１２のデータテーブルに基づいて、現在のＣＰＵ負荷率１３に応じた検出範囲を参照し、その検出範囲となるレーダパラメータ１７を選定するように構成したので、ＣＰＵ負荷率１３が変動しても、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３によるレーダパラメータの選定方法を示す概念図であり、この実施の形態３の信号処理時間データ１２には、ＣＰＵ負荷率に応じた計算機リソースとして利用可能な信号処理時間、計算機リソースとして利用可能な信号処理時間に応じた目標追尾時の追尾品質、および追尾維持を継続可能な追尾維持確率に応じた検出範囲が予めデータテーブルとして記憶されたものである。
また、検出範囲判定部１４は、その信号処理時間データ１２のデータテーブルに基づいて、現在のＣＰＵ負荷率１３に応じた検出範囲を求め、その求められた検出範囲となる一組のレーダパラメータ１７をレーダパラメータ１１の組み合わせの中から選定するものである。その他の構成については図２と同様である。

次に動作について説明する。
図２において、信号検出部１５、目標探知１８、追尾処理部２０、および表示処理部２２の動作は、上記実施の形態１と同様であり、この実施の形態３では、目標の探知および追尾を継続するために、レーダ信号処理のリアルタイム処理を保証する動作について説明する。
ＣＰＵ負荷率からレーダ信号処理として利用可能な余剰となっている計算機リソースを求めることができ、その結果、計算機リソースによる信号処理時間を求めることができる。また、信号処理時間から目標追尾時の追尾品質を求めることができる。さらに、追尾維持を継続可能な追尾維持確率から検出範囲を求めることができる。このように、信号処理時間データ１２には、図４に示した特性を予めデータテーブルとして記憶しておく。
検出範囲判定部１４では、レーダ信号処理を行う時点におけるＣＰＵ負荷率１３が分かれば、そのＣＰＵ負荷率１３に応じた計算機リソースとして利用可能な信号処理時間を信号処理時間データ１２から参照し、また、その信号処理時間に応じた目標追尾時の追尾品質を信号処理時間データ１２から参照する。さらに、その追尾品質に対応する追尾維持を継続可能な追尾維持確率に応じた検出範囲を信号処理時間データ１２から参照する。さらに、その検出範囲に対応した一組のレーダパラメータ１７をレーダパラメータ１１の組み合わせの中から選定し、信号検出部１５に供給する。
このようにして、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる。

以上のように、この実施の形態３では、信号処理時間データ１２のデータテーブルに基づいて、現在のＣＰＵ負荷率１３に応じて追尾維持を継続可能なような検出範囲を参照し、その検出範囲となるレーダパラメータ１７を選定するように構成したので、ＣＰＵ負荷率１３が変動しても、目標追尾時の追尾品質および追尾維持を継続することができる。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４によるレーダパラメータの選定方法を示す概念図であり、この実施の形態４の信号処理時間データ１２には、目標追尾時の追尾品質に応じた目標２の観測間隔、およびＣＰＵ負荷率に応じたリアルタイム処理を許容する処理時間が予めデータテーブルとして記憶されたものである。
また、検出範囲判定部１４は、その信号処理時間データ１２のデータテーブルに基づいて、追尾処理部２０により発生された現在の追尾品質２１に応じてリアルタイム処理を許容する処理時間を求め、その求められた処理時間となる一組のレーダパラメータ１７をレーダパラメータ１１の組み合わせの中から選定するものである。その他の構成については図２と同様である。

次に動作について説明する。
図２において、信号検出部１５、目標探知１８、追尾処理部２０、および表示処理部２２の動作は、上記実施の形態１と同様であり、この実施の形態４では、目標の探知および追尾を継続するために、レーダ信号処理のリアルタイム処理を保証する動作について説明する。
目標追尾時の追尾品質２１から目標２の観測間隔を求めることができる。また、ＣＰＵ負荷率からリアルタイム処理を許容する処理時間を求めることができる。このように、信号処理時間データ１２には、図５に示した特性を予めデータテーブルとして記憶しておく。
検出範囲判定部１４では、追尾処理部２０により発生された現在の追尾品質２１が分かれば、その追尾品質２１を維持するための目標２の観測間隔を参照し、また、現在のＣＰＵ負荷率１３から、その観測間隔で信号処理した場合の計算機リソースによる信号処理時間を参照し、その信号処理時間からリアルタイム処理を許容する処理時間を参照する。さらに、その処理時間に対応した一組のレーダパラメータ１７をレーダパラメータ１１の組み合わせの中から選定し、信号検出部１５に供給する。なお、追尾品質２１とは、レーダ信号処理の追尾処理において、目標２とする信号が形成する履歴（航跡等）の信頼度を与える指標である。追尾品質の計算には、目標探知部１８における信号処理で得られるＳ／Ｎ比１９等と合わせて評価が行われる。
このようにして、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる。

以上のように、この実施の形態４では、信号処理時間データ１２のデータテーブルに基づいて、追尾処理部２０により発生された現在の追尾品質２１に応じてリアルタイム処理を許容する処理時間を参照し、その処理時間となるレーダパラメータ１７を選定するように構成したので、追尾品質２１およびＣＰＵ負荷率１３が変動しても、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる。

実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５によるレーダパラメータの選定方法を示す概念図であり、この実施の形態５の信号処理時間データ１２には、追尾維持を継続可能な追尾維持確率に応じた目標２の観測間隔およびＣＰＵ負荷率に応じたリアルタイム処理を許容する処理時間が予めデータテーブルとして記憶されたものである。
また、検出範囲判定部１４は、その信号処理時間データ１２のデータテーブルに基づいて、追尾処理部２０により発生された現在の追尾維持確率に応じてリアルタイム処理を許容する処理時間を求め、その求められた処理時間となる一組のレーダパラメータ１７をレーダパラメータ１１の組み合わせの中から選定するものである。その他の構成については図２と同様である。

次に動作について説明する。
図２において、信号検出部１５、目標探知１８、および表示処理部２２の動作は、上記実施の形態１と同様であるが、この実施の形態４では、追尾処理部２０において、追尾品質２１ではなく、追尾維持確率を発生するものとする。以下、目標の探知および追尾を継続するために、レーダ信号処理のリアルタイム処理を保証する動作について説明する。
目標追尾時の追尾維持を継続可能な追尾維持確率から目標２の観測間隔を求めることができる。また、ＣＰＵ負荷率からリアルタイム処理を許容する処理時間を求めることができる。このように、信号処理時間データ１２には、図６に示した特性を予めデータテーブルとして記憶しておく。
検出範囲判定部１４では、追尾処理部２０により発生された現在の追尾維持確率が分かれば、その追尾維持確率を維持するための目標２の観測間隔を参照し、また、現在のＣＰＵ負荷率１３から、その観測間隔で信号処理した場合の計算機リソースによる信号処理時間を参照し、その信号処理時間からリアルタイム処理を許容する処理時間を参照する。さらに、その処理時間に対応した一組のレーダパラメータ１７をレーダパラメータ１１の組み合わせの中から選定し、信号検出部１５に供給する。なお、追尾維持確率とは、レーダ装置が観測する目標情報を用い、ソフトウェア等で形成される目標の追尾ファイルを定期的に更新することにより、目標の追尾を継続することができる確率である。
このようにして、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる。

以上のように、この実施の形態５では、信号処理時間データ１２のデータテーブルに基づいて、追尾処理部２０により発生された現在の追尾維持確率に応じてリアルタイム処理を許容する処理時間を参照し、その処理時間となるレーダパラメータ１７を選定するように構成したので、追尾維持確率およびＣＰＵ負荷率１３が変動しても、リアルタイム処理を保証しつつ、目標の探知および追尾を継続することができる。

この発明の実施の形態１によるレーダ装置による目標検出状況を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるレーダパラメータの選定方法を示す概念図である。 この発明の実施の形態３によるレーダパラメータの選定方法を示す概念図である。 この発明の実施の形態４によるレーダパラメータの選定方法を示す概念図である。 この発明の実施の形態５によるレーダパラメータの選定方法を示す概念図である。

符号の説明

１ 自機、２ 目標、３ レーダ波、４ レーダ反射波、１１ レーダパラメータ、１２ 信号処理時間データ（データ記憶部）、１３ ＣＰＵ負荷率、１４ 検出範囲判定部、１５ 信号検出部、１６ 受信信号、１７ レーダパラメータ、１８ 目標探知部、１９ Ｓ／Ｎ比（検出誤差）、２０ 追尾処理部、２１ 追尾品質、２２ 表示処理部。

Claims (5)

1. 受信信号を選定されたレーダパラメータに基づいて信号処理することにより、目標に相当する信号の検出を行う信号検出部と、
   上記信号検出部により検出された目標に相当する信号に応じて目標の探知を行う目標探知部と、
   上記目標探知部による目標探知された信号に応じて目標の追尾処理を行う追尾処理部と、
   当該レーダ装置におけるレーダ信号処理のリアルタイム処理を保証し、目標の探知および追尾を継続可能なレーダパラメータを上記信号検出部に選定する検出範囲判定部とを備えたレーダ装置。
2. ＣＰＵ負荷率に応じた計算機リソースとして利用可能な信号処理時間、およびリアルタイム処理を許容する処理時間に応じた検出範囲を予めデータテーブルとして記憶したデータ記憶部を備え、
   検出範囲判定部は、
   上記データ記憶部に記憶されたデータテーブルに基づいて、現在のＣＰＵ負荷率に応じてリアルタイム処理を許容する検出範囲を求め、その求められた検出範囲となるレーダパラメータを選定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. ＣＰＵ負荷率に応じた計算機リソースとして利用可能な信号処理時間、計算機リソースとして利用可能な信号処理時間に応じた目標追尾時の追尾品質、および追尾維持を継続可能な追尾維持確率に応じた検出範囲を予めデータテーブルとして記憶したデータ記憶部を備え、
   検出範囲判定部は、
   上記データ記憶部に記憶されたデータテーブルに基づいて、現在のＣＰＵ負荷率に応じて追尾維持を継続可能となるような検出範囲を求め、その求められた検出範囲となるレーダパラメータを選定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
4. 目標追尾時の追尾品質に応じた目標の観測間隔、およびＣＰＵ負荷率に応じたリアルタイム処理を許容する処理時間を予めデータテーブルとして記憶したデータ記憶部を備え、
   追尾処理部は、
   目標の追尾処理を行うと共に、その追尾品質を発生し
   検出範囲判定部は、
   上記データ記憶部に記憶されたデータテーブルに基づいて、上記追尾処理部により発生された追尾品質に応じてリアルタイム処理を許容する処理時間を求め、その求められた処理時間となるレーダパラメータを選定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
5. 追尾維持を継続可能な追尾維持確率に応じた目標の観測間隔、およびＣＰＵ負荷率に応じたリアルタイム処理を許容する処理時間を予めデータテーブルとして記憶したデータ記憶部を備え、
   追尾処理部は、
   目標の追尾処理を行うと共に、その追尾維持確率を発生し
   検出範囲判定部は、
   上記データ記憶部に記憶されたデータテーブルに基づいて、上記追尾処理部により発生された追尾維持確率に応じてリアルタイム処理を許容する処理時間を求め、その求められた処理時間となるレーダパラメータを選定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。

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