JP2007163318A - レーダ信号処理装置とその一定誤警報確率検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 Linear-CFAR検出処理において、除算命令を使用することなく目標判定して演算処理時間を短縮する。
【解決手段】 レーダ受信信号ｘをシリアル接続された第１及び第２のＮ／２レンジセルシフトレジスタ２１，２２に与え、レンジセル単位でシフトさせる。第１及び第２の総和演算器２３，２４にて第１，第２のレジスタ２１，２２の各セルデータの総和を求め、加算器２５で全セル加算結果を得る。この演算結果を１／Ｎ演算器２６にて１／Ｎ演算することで平均値Ａ［ｉ］を求め、乗算器２７でスレッショルド係数Ｋを乗算する。この乗算結果を減算器２８に送り、レジスタ２１，２２の中間接続点から得られる注目セル出力Ｂ［ｉ］から減算する。目標判定器２９でその減算結果が０以上か否かの判定を受け、０以上ならば目標と判定し、０に満たない場合には目標でないと判定する。このようにして目標判定することにより、除算命令を削除し、乗算命令と減算命令で実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、目標とクラッタを識別するためにＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate：一定誤警報確率）検出処理を行うレーダ信号処理装置に関する。

レーダの信号処理では、目標とクラッタを識別するための処理アルゴリズムとして、ＣＦＡＲアルゴリズムを用いる。このＣＦＡＲアルゴリズムの中で一般的に広く使用されているLinear-CFAR検出処理では、レンジセル毎に不要信号レベルを推定し、その不要信号レベルとの比（ＳＮ比）で目標か否かを判定する。但し、この演算の中でＳＮ比を算出するためには除算命令を実行することが必要であり、処理時間の増大が問題となっている。

尚、特許文献１には、加減算器及び乗算器を用いて除算を実現する演算装置において、除算処理に要する演算時間を短縮する手法が記載されている。しかしながら、この特許文献１に記載される手法は、通常の計算処理に関するものであって、本発明に係るLinear-CFAR検出処理特有の除算処理時間を軽減するものではない。
特開２００４−３１０４３２公報

以上述べたように、従来のレーダ信号処理装置では、Linear-CFAR検出処理における目標判定演算に除算命令を実行することが必要であるため、処理時間の増大が問題となっている。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、Linear-CFAR検出処理を実現する際に、除算命令を使用することなく目標判定を行うことができ、これによって演算処理時間の短縮を実現可能なレーダ信号処理装置とそのＣＦＡＲ検出方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明は、注目するレンジセルｘｉの目標判定を行うレーダ信号処理装置において、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）レンジセルｘのレーダ受信信号を入力して注目するレンジセルｘｉの前後Ｎ／２セルの平均値Ａ［ｉ］を求める平均演算手段と、前記平均値Ａ［ｉ］に目標判定のスレッショルド係数Ｋを乗じる乗算手段と、前記注目するレンジセルｘｉの値Ｂ［ｉ］から前記乗算手段の乗算結果Ａ［ｉ］×Ｋを減じる減算手段と、前記減算手段の減算結果Ｄ［ｉ］＝Ｂ［ｉ］−Ａ［ｉ］×Ｋの極性に応じて前記注目するレンジセルｘｉが目標か否かを判定する判定手段とを具備することを特徴とする。

さらに、前記判定手段で目標と判定されたレンジセルについてのみＳＮ比Ｃ［ｉ］を求めるＳＮ比演算手段を備えることを特徴とする。

前記ＳＮ比演算手段は、Ｃ［ｉ］＝Ｂ［ｉ］／（（Ｂ［ｉ］−Ｄ［ｉ］）×（１／Ｋ））を演算するものであり、前記１／Ｋを予め演算して定数として用いることを特徴とする。

また、本発明は、注目するレンジセルｘｉの目標判定を行うレーダ信号処理装置の一定誤警報確率検出方法において、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）レンジセルｘのレーダ受信信号を入力して注目するレンジセルｘｉの前後Ｎ／２セルの平均値Ａ［ｉ］を求める平均演算ステップと、前記平均値Ａ［ｉ］に目標判定のスレッショルド係数Ｋを乗じる乗算ステップと、前記注目するレンジセルｘｉの値Ｂ［ｉ］から前記乗算ステップの乗算結果Ａ［ｉ］×Ｋを減じる減算ステップと、前記減算ステップの減算結果Ｄ［ｉ］＝Ｂ［ｉ］−Ａ［ｉ］×Ｋの極性に応じて前記注目するレンジセルｘｉが目標か否かを判定する判定ステップとを具備することを特徴とする。

このように、本発明では、目標判定の前段でＳＮ比演算をせず、目標判定演算のための除算命令を乗算命令と減算命令で実現しているので、目標判定に要する演算を飛躍的に高速化することができる。また、ＳＮ比に関しても、目標と判定されたセルのみ算出すればないので、全セルについて求めていた従来方式に比して演算処理を格段に高速化することができる。

本発明によれば、Linear-CFAR検出処理を実現する際に、除算命令を使用することなく、目標判定をレンジセル毎に行うことができ、これによって演算処理時間の短縮を実現可能なレーダ信号処理装置とそのＣＦＡＲ検出方法を提供することができる。

本発明に係る実施の形態を説明するに先立ち、従来のレーザ信号処理装置に採用されるLinear-CFARアルゴリズムの演算方式について、図２を参照して説明する。図２は上記アルゴリズムの演算処理を実現するロジック回路構成を示すもので、入力信号としてＮレンジセル相当のレーダ受信信号ｘが順次与えられる。この信号ｘは、シリアル接続された第１及び第２のＮ／２レンジセルシフトレジスタ１１，１２に与えられ、レンジセル単位でシフトされる。第１，第２のレジスタ１１，１２の各セルデータはそれぞれレジスタ１１，１２毎に用意された第１及び第２の総和演算器１３，１４にて総和が求められ、各演算器１３，１４の演算結果は加算器１５で加算されて全セル加算結果が得られる。

上記加算器１５の演算結果は１／Ｎ演算器１６で平均値Ａ［ｉ］が求められた後、除算器１７に送られ、レジスタ１１，１２の中間接続点から得られる注目セル出力Ｂ［ｉ］の除数となる。この除算器１７の除算結果は目標判定器１８でｋ（スレッショルド値）以上か否かの判定を受け、ｋ以上ならば目標と判定され、ｋに満たない場合には目標でないと判定される。

すなわち、上記構成による従来の演算方式では、注目するレンジセルｉの前後Ｎ／２セルの平均値Ａ［ｉ］と注目するセルの値Ｂ［ｉ］との比Ｃ［ｉ］（ＳＮ比）がスレッショルド値ｋ以上の場合に目標と判定する。
Ｃ［ｉ］＝Ｂ［ｉ］／Ａ［ｉ］
Ｃ［ｉ］≧ｋ →目標と判定
Ｃ［ｉ］＜ｋ →目標でないと判定
上記の演算方式によれば、スレショルド判定による目標判定演算に除算命令を実行することが必要であるため、処理に時間を要する。

上記従来装置に対し、以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係るレーダ信号処理装置に採用されるLinear-CFARアルゴリズムの演算方式に基づくロジック回路構成を示すブロック図である。図１において、入力信号としてＮレンジセル相当のレーダ受信信号ｘが順次与えられる。この信号ｘは、シリアル接続された第１及び第２のＮ／２レンジセルシフトレジスタ２１，２２に与えられ、レンジセル単位でシフトされる。第１，第２のレジスタ２１，２２の各セルデータはそれぞれレジスタ２１，２２毎に用意された第１及び第２の総和演算器２３，２４にて総和が求められ、各演算器２３，２４の演算結果は加算器２５で加算されて全セル加算結果が得られる。

上記加算器２５の演算結果は１／Ｎ演算器２６に送られ、１セル分の平均値Ａ［ｉ］が得られた後、乗算器２７でスレッショルド係数Ｋが乗算される。この乗算結果は減算器２８に送られ、レジスタ２１，２２の中間接続点から得られる注目するセル出力Ｂ［ｉ］から減算され、目標判定器２９でその減算結果が０以上か否かの判定を受け、０以上ならば目標と判定され、０に満たない場合には目標でないと判定される。

すなわち、上記構成による本発明の演算方式では、以下の式で目標判定することにより除算命令を削除し、乗算命令と減算命令で実現する。
Ｄ［ｉ］＝Ｂ［ｉ］−Ａ［ｉ］×Ｋ
Ｄ［ｉ］≧０ →目標と判定
Ｄ［ｉ］＜０ →目標でないと判定
ここで、上記構成の演算方式では、ＳＮ比を求めていない。そこで、ＳＮ比を後段で使用する場合は、通常Ｂ［ｉ］（レンジセル毎の信号レベル）は後段の処理まで記憶しているので、以下の式で目標ありと判定した場合のみＳＮ比Ｃ［ｉ］を求めることで、処理時間の増大を極小化する。
Ｃ［ｉ］＝Ｂ［ｉ］／（（Ｂ［ｉ］−Ｄ［ｉ］）×（１／Ｋ））
尚、Ｋは定数であるので１／Ｋを予め計算しておくことにより、毎回除算命令を実行する必要はない。

例えば、一般的にＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）等では、除算命令は６クロック要する。これに対し、乗算と減算は同時に１クロックで実現できる。したがって、１レンジ当たり５クロックの処理時間短縮となる。すなわち、全処理レンジ数を２０００とすると１０，０００クロックの処理時間短縮になる。

一方、全処理レンジセルに対し、目標と検出する割合は多くても１％以下程度であり、ＳＮ比算出に要する処理時間は７クロック／レンジ程度である。全レンジ数を２０００とすると、ＳＮ比算出に要するクロック数増大は２０００×０．１×（６＋１）＝１４０クロックに抑えられる。後段でＳＮ比算出を行うとしても、２０００レンジセルで１０，０００−１４０＝９，８６０クロックの処理時間短縮となる。
したがって、上記の演算方式によれば、目標判定の前段でＳＮ比演算をせず、目標判定演算のための除算命令を乗算命令と減算命令で実現しているので、目標判定に要する演算を飛躍的に高速化することができる。また、ＳＮ比に関しても、目標と判定されたセルのみ算出すればないので、全セルについて求めていた従来方式に比して演算処理を格段に高速化することができる。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、図１に示す各ブロックの処理をソフトウェアによって実現することも可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係るレーダ信号処理装置に採用されるLinear-CFARアルゴリズムの演算方式に基づくロジック回路の一実施形態を示すブロック構成図。 従来のレーザ信号処理装置に採用されるLinear-CFARアルゴリズムの演算方式に基づくロジック回路の構成を示すブロック図。

符号の説明

１１，２１…第１のＮ／２レンジセルシフトレジスタ、１２，２２…第２のＮ／２レンジセルシフトレジスタ、１３，２３…第１の総和演算器、１４，２４…第２の総和演算器、１５，２５…加算器、１６，２６…１／Ｎ演算器、１７…目標判定器、２７…乗算器、２８…減算器、２９…目標判定器。

Claims (4)

1. 注目するレンジセルｘｉの目標判定を行うレーダ信号処理装置において、
   Ｎ（Ｎは２以上の自然数）レンジセルｘのレーダ受信信号を入力して注目するレンジセルｘｉの前後Ｎ／２セルの平均値Ａ［ｉ］を求める平均演算手段と、
   前記平均値Ａ［ｉ］に目標判定のスレッショルド係数Ｋを乗じる乗算手段と、
   前記注目するレンジセルｉの値Ｂ［ｉ］から前記乗算手段の乗算結果Ａ［ｉ］×Ｋを減じる減算手段と、
   前記減算手段の減算結果Ｄ［ｉ］＝Ｂ［ｉ］−Ａ［ｉ］×Ｋの極性に応じて前記注目するレンジセルｘｉが目標か否かを判定する判定手段と
   を具備することを特徴とするレーダ信号処理装置。
2. さらに、前記判定手段で目標と判定されたレンジセルについてのみＳＮ比Ｃ［ｉ］を求めるＳＮ比演算手段を備えることを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
3. 前記ＳＮ比演算手段は、Ｃ［ｉ］＝Ｂ［ｉ］／（（Ｂ［ｉ］−Ｄ［ｉ］）×（１／Ｋ））を演算するものであり、前記１／Ｋを予め演算して定数として用いることを特徴とする請求項２記載のレーダ信号処理装置。
4. 注目するレンジセルｘｉの目標判定を行うレーダ信号処理装置の一定誤警報確率検出方法において、
   Ｎ（Ｎは２以上の自然数）レンジセルｘのレーダ受信信号を入力して注目するレンジセルｘｉの前後Ｎ／２セルの平均値Ａ［ｉ］を求める平均演算ステップと、
   前記平均値Ａ［ｉ］に目標判定のスレッショルド係数Ｋを乗じる乗算ステップと、
   前記注目するレンジセルｘｉの値Ｂ［ｉ］から前記乗算ステップの乗算結果Ａ［ｉ］×Ｋを減じる減算ステップと、
   前記減算ステップの減算結果Ｄ［ｉ］＝Ｂ［ｉ］−Ａ［ｉ］×Ｋの極性に応じて前記注目するレンジセルｘｉが目標か否かを判定する判定ステップと
   を具備することを特徴とするレーダ信号処理装置の一定誤警報確率検出方法。

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