JP2007212332A - レーダ装置とその信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観測対象の速度分布のばらつきが大きい場合でも、高い精度で観測対象の速度を算出する。
【解決手段】繰り返しレーダパルスを送信しレーダエコーを受信しつつレーダ覆域をスキャンするレーダ装置であって、複数のスキャンごとに速度スペクトルを位相差ベクトルに変換する。そして、複数のスキャンの１つを基準スキャンにして、複数のスキャンの位相差ベクトルを、基準のスキャンに相当する位相差ベクトルにそれぞれ補正する（ステップＳ２ａ〜Ｓ２ｃ）。さらに、補正された位相差ベクトルを含む複数のスキャンの位相差ベクトルを連続するようにし（ステップＳ２ｄ，Ｓ２ｅ）、この連続する複数のスキャンの位相差ベクトルをもとに前記ターゲット領域の速度を算出する（ステップＳ２ｆ）。これにより、観測対象の速度分布のばらつきが大きい場合でも、多くのデータを用いて、高い精度で観測対象のドップラ速度を算出できるようになる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、例えば、雨や雲の動的な状況をとらえるドップラ気象レーダに用いられるレーダ装置とその信号処理方法に関する。

一般にドップラレーダでは、速度分布のばらつきの大きいターゲットに対しては速度の算出精度が劣化する。特に気象レーダなど、自然現象を観測対象とするレーダ装置にあってはこの傾向が大きい。これに対処するには観測データすなわちパルスヒット数を多くしてばらつきを平均化することが有効である。
東芝レビュー ５５巻５号、２０００年５月１日発行、「ドップラ気象レーダ」、ｐ．２８−３０

しかしながら、既存のレーダ装置において、レーダパルスの送信繰り返し周波数（ＰＲＦ：Pulse Repetition Frequency）を上げたり、方位分解能を犠牲にしてパルスヒット数を稼ぐには限界がある。また、従来のドップラレーダの信号処理方式では、異なるスキャン間のデータを一度に扱ってドップラ速度を算出することができなかった。レーダで観測するターゲットが気象エコーのような場合、ばらつきが大きいため多数のデータを一度に扱い速度を算出する必要が出てくる。同一スキャンのデータ（連続したパルスヒットのデータ）しか扱えない場合、方位分解能の関係から得られるパルスヒット数が必然的に決まってしまい、ばらつきを抑えるために多くのデータを用いることはできない。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、観測対象の速度分布のばらつきが大きい場合でも、高い精度で観測対象の速度を算出できるレーダ装置とその信号処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明に係わるレーダ装置は、繰り返しレーダパルスを送信しレーダエコーを受信しつつレーダ覆域をスキャンする送受信部と、前記レーダエコーの受信信号からパルスヒットを検出してターゲット領域を特定し、当該ターゲット領域について複数のスキャンによって得られる複数のドップラ速度値それぞれの電力強度分布を示す速度スペクトルを求め、この速度スペクトルに基づいて前記ターゲット領域のドップラ速度を算出する信号処理部とを具備し、前記信号処理部は、前記複数のスキャンごとに前記速度スペクトルを位相差ベクトルに変換する変換手段と、前記複数のスキャンの１つを基準スキャンにして、前記複数のスキャンの位相差ベクトルを、基準のスキャンに相当する位相差ベクトルにそれぞれ補正する補正手段と、前記補正された位相差ベクトルを含む複数のスキャンの位相差ベクトルを連続するようにし、前記連続する複数のスキャンの位相差ベクトルをもとに前記ターゲット領域の速度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。

また、この発明に係わる信号処理方法は、繰り返しレーダパルスを送信しレーダエコーを受信しつつレーダ覆域をスキャンするレーダ装置に用いられる信号処理方法において、前記レーダエコーの受信信号からパルスヒットを検出してターゲット領域を特定し、当該ターゲット領域について複数のスキャンによって得られる複数のドップラ速度値それぞれの電力強度分布を示す速度スペクトルを求め、この速度スペクトルに基づいて前記ターゲット領域のドップラ速度を算出する信号処理ステップを備え、前記信号処理ステップは、前記複数のスキャンごとに前記速度スペクトルを位相差ベクトルに変換する変換ステップと、前記複数のスキャンの１つを基準スキャンにして、前記複数のスキャンの位相差ベクトルを、基準のスキャンに相当する位相差ベクトルにそれぞれ補正する補正ステップと、前記補正された位相差ベクトルを含む複数のスキャンの位相差ベクトルを連続するようにし、前記連続する複数のスキャンの位相差ベクトルをもとに前記ターゲット領域の速度を算出する算出ステップとを備えるものである。

上記構成によるレーダ装置とその信号処理方法では、互いに異なる複数のスキャンの位相差ベクトルを位相補正することにより、連続した位相差ベクトルとして扱うことができ、複数のスキャン間のデータを一度に扱いドップラ速度を算出することができるようになる。

したがってこの発明によれば、観測対象の速度分布のばらつきが大きい場合でも、高い精度で観測対象の速度を算出できるレーダ装置とその信号処理方法を提供することができる。

以下、図面を参照しながら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装置の構成の一例を示すもので、信号処理装置１１からの制御に従い、指定された変調方式の中間周波信号のデジタル値が変調部１２で作成され、Ｄ／Ａ変換部１３でアナログ化される。作成された中間周波信号は送受信装置１４でアップコンバート後、電力増幅され、空中線装置１５に供給され空間に送出される。

上記空中線装置１５から送出された周波数ｆ０の送信波は、目標(雨粒等)に当たって戻ってくるが、目標の移動によりドップラ周波数を伴っている。空中線装置１５で受けた受信信号(周波数ｆ０＋ｆｄ)は、送受信装置１４で増幅後ダウンコンバートされ、Ａ／Ｄ変換部１６でデジタル値に変換後直交検波される。直交検波された信号は復調部１７で複数の変調方式で復調され、信号処理装置１１に送られ、強度・速度・速度幅などの算出処理が行われる。ただし、本発明においてＤ／Ａ変換部１３とＡ／Ｄ変換部１６は必要不可欠な装置ではなく、同様の機能を他の装置に持たせることも可能である。上記構成において、以下にその動作を説明する。

本発明の特徴は、信号処理装置１１に集約される。図２は、信号処理装置１１におけるドップラ速度算出の処理手順とその内容を示すフローチャートである。また、図３は、異なるスキャン間で受信したデータを位相補正する様子を示す模式図である。本発明では、図３に示すように、同一領域における複数スキャンのデータを用いて位相補正しドップラ速度を算出する。

先ず、ステップＳ２ａにおいて、各スキャンのデータ（ＩＱデータ）から基準スキャン（１スキャン目）に対して、パルスヒット毎に位相差を求める。図３に示すように、例えば、Ｐ１とＰ６、Ｐ１とＰ１１のように対応するもの同士の位相差を求める。なお、位相差を求めるパルスヒットは互いに近い位置にあるほど望ましい。次に、ステップＳ２ｂにより、上記求められた各位相差の平均を取り、スキャン毎の位相差θｎを算出する。図３において、１スキャン目と２スキャン目の位相差の平均をθ１、１スキャン目と３スキャン目の位相差の平均をθ２とする。そして、ステップＳ２ｃにおいて、各位相差の平均θｎを用いて、各スキャンデータの位相を基準スキャンに合わせるよう補正する。
（Ｐ６〜Ｐ１０のそれぞれの位相）−θ１
（Ｐ１１〜Ｐ１５のそれぞれの位相）−θ２
さらに、ステップＳ２ｄにより、隣り合うヒット間の位相差を求め、平均θａｖｅを算出する。そして、ステップＳ２ｅにおいて、算出されたθａｖｅを用いて、各ヒットの位相を次式により補正する。
（Ｐ６〜Ｐ１０のそれぞれの位相）＋θａｖｅ×（５×１＋１）（各スキャンのヒット数×基準スキャンからのスキャン数＋１）
（Ｐ１１〜Ｐ１５のそれぞれの位相）＋θａｖｅ×（５×２＋１）（各スキャンのヒット数×基準スキャンからのスキャン数＋１）
このようにすることで、１スキャン目から３スキャン目までパルスヒットが連続データとして扱うことができるようになる。そして、ステップＳ２ｆにおいて、このように補正された各パルスヒットのデータを用いてドップラ速度を算出する。

以上のように本発明によれば、同一領域における複数スキャンのデータを用いることにより、より多くのパルスヒットデータを用いてドップラ速度を算出することができるようになる。このようにすることで、観測対象の速度分布のばらつきが大きい場合でも、多くのデータを用いて、高い精度で観測対象のドップラ速度を算出できるようになる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば図１においてＤ／Ａ変換部１３、およびＡ／Ｄの変換部１６の機能は、他の機能ブロックに併せ持たせることもできる。また本発明は、気象レーダに限定されることなく他のドップラレーダにももちろん適用することができる。また基準スキャンは、１スキャン目に限らず、２スキャン目や３スキャン目など、他のスキャンを基準値としても良い。また計算に使用するスキャン数は３スキャンに限らず、さらに多くのスキャンに対しても適用することができる。さらに本発明は単独のレーダ装置おける複数のスキャンデータを用いるだけでなく、同一領域をＰＲＦのそれぞれ異なる複数のレーダ装置を組み合わせた、いわゆるレーダシステムに対しても適用することが可能である。

また、本発明の応用例としては、地形エコー除去（ＭＴＩ：Moving Target Indicator）処理にも適用することができる。本発明を用いることにより、多数のデータを扱うことができ、地形エコーを効率よく除去することができる。

要するにこの発明は、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。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、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明に係わるレーダ装置の一実施形態の機能構成を示すブロック図。 図１のレーダ装置の信号処理手順を示すフローチャート。 異なるスキャン間で受信したデータを位相補正する様子を示す模式図。

符号の説明

１１…信号処理部、１２…変調部、１３…Ｄ／Ａ変換部、１４…送受信部、１５…空中線、１６…Ａ／Ｄ変換部、１７…復調部。

Claims (2)

1. 繰り返しレーダパルスを送信しレーダエコーを受信しつつレーダ覆域をスキャンする送受信部と、
   前記レーダエコーの受信信号からパルスヒットを検出してターゲット領域を特定し、当該ターゲット領域について複数のスキャンによって得られる複数のドップラ速度値それぞれの電力強度分布を示す速度スペクトルを求め、この速度スペクトルに基づいて前記ターゲット領域のドップラ速度を算出する信号処理部と
   を具備し、
   前記信号処理部は、
   前記複数のスキャンごとに前記速度スペクトルを位相差ベクトルに変換する変換手段と、
   前記複数のスキャンの１つを基準スキャンにして、前記複数のスキャンの位相差ベクトルを、基準のスキャンに相当する位相差ベクトルにそれぞれ補正する補正手段と、
   前記補正された位相差ベクトルを含む複数のスキャンの位相差ベクトルを連続するようにし、前記連続する複数のスキャンの位相差ベクトルをもとに前記ターゲット領域の速度を算出する算出手段と
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 繰り返しレーダパルスを送信しレーダエコーを受信しつつレーダ覆域をスキャンするレーダ装置に用いられる信号処理方法において、
   前記レーダエコーの受信信号からパルスヒットを検出してターゲット領域を特定し、当該ターゲット領域について複数のスキャンによって得られる複数のドップラ速度値それぞれの電力強度分布を示す速度スペクトルを求め、この速度スペクトルに基づいて前記ターゲット領域のドップラ速度を算出する信号処理ステップを備え、
   前記信号処理ステップは、
   前記複数のスキャンごとに前記速度スペクトルを位相差ベクトルに変換する変換ステップと、
   前記複数のスキャンの１つを基準スキャンにして、前記複数のスキャンの位相差ベクトルを、基準のスキャンに相当する位相差ベクトルにそれぞれ補正する補正ステップと、
   前記補正された位相差ベクトルを含む複数のスキャンの位相差ベクトルを連続するようにし、前記連続する複数のスキャンの位相差ベクトルをもとに前記ターゲット領域の速度を算出する算出ステップと
   を備えることを特徴とする信号処理方法。

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