JP2007218689A - 目標類別装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】追尾情報の目標の距離で受信信号の位相補償を行い、補償後の信号に基づき算出したドップラー周波数により補償後の信号を更に位相補償し、再補償した信号に基づきドップラープロフィールを生成し、追尾情報、上記変化量率から推定したアスペクト角の変化量に基づ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し、追尾情報に基づいて推定したアスペクト角に対応する候補目標の受信信号をライブラリから抽出して候補目標のドップラープロフィールを算出し、該ドップラープロフィールをアスペクト角の変化量に基づいて参照プロフィールに変換し、両プロフィールに基づいて観測目標と候補目標の特徴量をそれぞれ算出し、両特徴量を比較して目標類別を行う。
【選択図】図1
Description
図1は、この発明の実施の形態1による目標類別装置の機能構成を示すブロック図である。
図において、目標類別装置は、アンテナ1、送受信機2、追尾処理部3、クロスレンジプロフィール生成部4および類別処理部5を備えている。クロスレンジプロフィール生成部4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およびクロスレンジスケーリング部45を有している。また、類別処理部5は、特徴量算出部51,52、参照プロフィール生成部53、RCS(Radar Cross Section:レーダ断面積)ライブラリ54および判定部55を有している。
最初にクロスレンジプロフィール生成処理について説明する。
送受信機2で生成した送信信号が、アンテナ1から目標へ照射される。目標による送信信号の反射波がアンテナ1で受信され、送受信機2で分析される。この観測による送受信の処理は、図2のジオメトリで示されるように、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回繰り返され、その回数分の受信信号u(h)(h=0,1,・・・H−1)が収集される。ここで、Hをヒット数、hをヒット番号、Tを観測時間とする。収集された受信信号u(h)はクロスレンジプロフィール生成部4に送られる。また、送受信機2は上記H個のパルスを送受信する前に予め複数のパルスを送受信して、観測した目標の位置情報を追尾処理部3に送る。
位相補償処理部41は、追尾情報に基づいて目標の距離を算出し、当該目標の距離に基づいて受信信号の位相補償を行う手段である。具体的には、はじめに追尾により得た目標の軌跡を推定する追尾情報に基づいて、目標とレーダ間の距離を算出する。各ヒットにおける目標の距離の推定値R(h)は(2)式で与えられる。
よって、(3)式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utch (h)を得る。ここで、Fc は搬送波周波数、Cは光速である。
得られた位相補償後の受信信号utch (h)および追尾情報はオートフォーカス処理部42に送られる。
第kヒットを始点としたutch (h)の受信信号をuk (h)と表し、これを(4)式で与える。ここで、Hs は短時間フーリエ変換の点数である。
uk (h)のデータ列にゼロの列を加え、(5)式で表すu’k (h)を得る。Hg はu’k (h)のデータ点数である。
u’k (h)の離散フーリエ変換U’k (i)は次式で与えられる。
kを0,1,・・・,K−1(ここで、KはSTFTの回数でありK=H−Hs+1で与えられる)と変えてU’0 (i),U’1 (i),・・・,U’k-1 (i)を生成し、これを振幅検出した後に2次元配列x(k,i)に格納する。
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)は、各ヒットにおける位相変化φ(h)を用いた(8)式により、さらに位相補償され、オートフォーカス適用後の受信信号ufocus (h)として得られる。
このようにして得られたオートフォーカス適用後の位相補償された受信信号ufocus (h)はドップラープロフィール生成部43に送られる。また、ドップラー周波数の変化量率ad と追尾情報はアスペクト角変化量推定部44に送られる。
得られたドップラープロフィールDp (n)は、クロスレンジスケーリング部45に送られる。
アスペクト角変化量推定部44は、追尾処理部3で生成された追尾情報とオートフォーカス処理部42で算出されたドップラー周波数の変化量率に基づいてアスペクト角の変化量を推定する手段である。ここでは、観測時間での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に着目し、アスペクト角の変化量を推定する。具体的には、オートフォーカス処理部42から与えられたドップラー周波数の変化量率ad を用いて、(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]を得る。
観測開始時におけるドップラー周波数fd1と観測終了時におけるドップラー周波数fd2は、λを波長とすると、それぞれ(11)式で与えられる。
ここで、図4および(11)式において、Vは観測開始時における目標の速度ベクトルの真値、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である。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、また、
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
と仮定すると、観測終了時のレーダに対する目標の速度の視線方向成分の大きさV2 は(12)式で得られる。
観測開始時と観測終了時のアスペクト角θ1 、θ2 は次式で得られる。アスペクト角は、目標の機首方向と、目標位置を基準としたレーダ方向のなす角である。
よって、観測時間Tでのアスペクト角の変化量Δθtck は(14)式で得られる。
得られたアスペクト角の変化量の推定値Δθtck はクロスレンジスケーリング部45および類別処理部5に送られる。
参照プロフィール生成部53は、追尾情報に基づいて目標のアスペクト角を推定し、推定したアスペクト角に対応する候補目標の受信信号をRCSライブラリから抽出して候補目標のドップラープロフィールを算出し、当該ドップラープロフィールを、オートフォーカス処理部42で算出されたアスペクト角の変化量に基づいてクロスレンジへ変換して候補目標の参照プロフィールを生成する手段である。この処理では、観測目標のクロスレンジプロフィールと分解能が一致するように候補目標の参照プロフィールを生成するが、具体的には次のように行われる。
図5に示すように、追尾処理部3で得られた第0ヒット(類別開始時)における目標のアスペクト角の推定値を(θ,φ)とする。θはエレベーション角、φはアジマス角である。ここで、アスペクト角の推定誤差を考慮し、(θ−δθ)≦θ≦(θ+δθ)および(φ−δφ)≦φ≦(φ+δφ)の範囲内で複数のアスペクト角(θk,φk)(k=1,2,・・・K)を考える。δθとδφは、追尾方式やレーダの観測誤差の大きさによって決まる範囲である。第0ヒットでのアスペクト角(θk,φk)を基に、第hヒットにおける目標のアスペクト角を
と仮定して、各候補目標γ(γ=1,2,・・・,Γ)(Γは目標の機首の総数)の受信信号
を用意する。その際、各アスペクト角に対応する候補目標のRCSは予め準備したRCSライブラリ54から読み出してくる。
そして、このドップラープロフィールDγ,n ref(n)に対して、アスペクト角の変化量△θtckに基づいて、ドップラー周波数からクロスレンジへの換算を行い、候補目標の参照プロフィールを得る。その結果は特徴量算出部52へ送られる。
特徴量算出部(第1の特徴量算出部)51は、クロスレンジスケーリング部45で生成されたクロスレンジプロフィールに基づいて観測目標のクロスレンジ幅を算出し、閾値を超えるクロスレンジ幅部分の平均電力を算出する手段である。具体的には、図6に示すように、クロスレンジスケーリング部45から送られたクロスレンジプロフィールCp (m)に振幅の閾値Tamp を設定して、観測目標のクロスレンジ幅Wを算出する。また、閾値Tampを超える部分の電力を平均して平均電力を算出する。算出された観測目標のクロスレンジ幅と平均電力が判定部55に送られる。
もう一方の特徴量算出部(第2の特徴量算出部)52では、参照プロフィール生成部53から送られた参照プロフィールから、クロスレンジ幅と平均電力を算出する。算出手順は特徴量算出部51と同様である。算出された候補目標のクロスレンジ幅と平均電力は判定部55に送られる。
判定部55では、特徴量算出部51,52で算出されたクロスレンジ幅と平均電力でそれぞれ表す観測目標と候補目標の特徴量を比較して目標類別を行う。ここでは検出した目標を固定翼機とミサイルに類別する場合の例について述べる。
類別判定の概念を図7に示す。この図は、候補目標の特徴量を特徴量空間にプロットした例を表しており、黒の菱形は固定翼機に属する候補目標の特徴量、白の菱形はミサイルに属する候補目標の特徴量、黒の星型は観測目標の特徴量である。そして、2クラスの最小幅が最大となるように判別平面を求める手法であるSVM(Support Vector Machine)を用いて、固定翼機の特徴量とミサイルの特徴量を学習データとして判別平面を決定し、観測目標を類別する。
Claims (1)
- アンテナにより送信信号を目標へ照射して目標で反射した送信信号の反射波を受信し、受信信号を収集すると共に、目標の位置情報を得る送受信機と、
前記目標の位置情報に基づいて目標の軌跡を推定した追尾情報を生成する追尾処理部と、
前記追尾情報に基づいて目標の距離を算出し、当該目標の距離に基づいて受信信号の位相補償を行う位相補償処理部と、
位相補償後の受信信号に基づいて各反射点のドップラー周波数の変化量率を算出し、当該変化量率を用いて各ヒットにおける位相変化を求め、当該各ヒットの位相変化に基づいて前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、
前記オートフォーカス処理部で位相補償された受信信号に基づいて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、
前記追尾情報と前記オートフォーカス処理部で算出されたドップラー周波数の変化量率に基づいてアスペクト角の変化量を推定するアスペクト角変化量推定部と、
前記ドップラープロフィールを前記アスペクト角の変化量に基づいてクロスレンジへ変換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スケーリング部と、
各候補目標のアスペクト角に対応するレーダ断面積を表す受信信号を予め蓄積するRCSライブラリと、
前記追尾情報に基づいて目標のアスペクト角を推定し、推定したアスペクト角に対応する候補目標の受信信号を前記RCSライブラリから抽出して候補目標のドップラープロフィールを算出し、当該ドップラープロフィールを、前記オートフォーカス処理部で算出されたアスペクト角の変化量に基づいてクロスレンジへ変換して候補目標の参照プロフィールを生成する参照プロフィール生成部と、
前記クロスレンジスケーリング部で生成されたクロスレンジプロフィールに基づいて観測目標のクロスレンジ幅を算出し、閾値を超えるクロスレンジ幅部分の平均電力を算出する第1の特徴量算出部と、
前記参照プロフィール生成部で生成された参照プロフィール基づいて、候補目標のクロスレンジ幅を算出し、閾値を超えるクロスレンジ幅部分の平均電力を算出する第2の特徴量算出部と、
前記第1および第2の特徴量算出部で算出されたクロスレンジ幅と平均電力でそれぞれ表す観測目標と候補目標の特徴量を比較して目標類別を行う判定部とを備えたことを特徴とする目標類別装置。
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