JP2009019952A - Moving target detector - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、移動しているプラットフォームに搭載される移動目標検出装置に関するものである。 The present invention relates to a moving target detection device mounted on a moving platform.
レーダでは一般に指向性を有するアンテナから電磁波を放射し、目標からの散乱波を観測する。この時、目標からの散乱波と同時に地表面からの強大な不要反射(クラッタ)が観測されるので、反射の小さな目標を検出することは容易でない。そこで、例えば移動目標を観測する場合には、ドップラー効果を利用してクラッタを抑圧し目標信号を検出する方法が用いられる。 Radar generally emits electromagnetic waves from a directional antenna and observes scattered waves from a target. At this time, since a large unnecessary reflection (clutter) from the ground surface is observed simultaneously with the scattered wave from the target, it is not easy to detect a target having a small reflection. Thus, for example, when a moving target is observed, a method of detecting a target signal by suppressing clutter using the Doppler effect is used.
ところが、レーダプラットフォームが移動する場合には、アンテナビームの角度拡がりに応じてクラッタのドップラー周波数が拡がるので、低速で移動する目標の信号を弁別することが困難な場合が発生する。そこで、アンテナ開口をレーダプラットフォームの移動方向に分割して、継続する2パルスの間において等価的にアンテナが静止した状況を作り出し、クラッタを抑圧する技術が考案されている。この技術では、クラッタは正の実数として観測され、移動する目標は位相角をもつ複素数として観測されることが期待される。 However, when the radar platform moves, the Doppler frequency of the clutter increases according to the angular spread of the antenna beam, and it may be difficult to discriminate a target signal that moves at low speed. Therefore, a technique has been devised in which the antenna aperture is divided in the moving direction of the radar platform to create a situation where the antenna is equivalently stationary between two continuous pulses, and to suppress clutter. In this technique, clutter is observed as a positive real number, and a moving target is expected to be observed as a complex number having a phase angle.
しかし、例えば樹木は風によって揺らぎ、または受信機の熱雑音によって信号の振幅と位相は変動する。このため、クラッタであっても実数として観測されず、実軸のまわりに分布した複素数として観測される。そこで、あるしきい値を設定し、複素信号平面上でクラッタと移動する目標とを区別する(例えば、非特許文献1参照)。 However, for example, trees fluctuate due to wind, or the amplitude and phase of the signal fluctuate due to receiver thermal noise. For this reason, even a clutter is not observed as a real number, but is observed as a complex number distributed around the real axis. Therefore, a certain threshold value is set to distinguish between the clutter and the moving target on the complex signal plane (see, for example, Non-Patent Document 1).
すなわち、複素信号の振幅をη、位相角をψ、近傍平均をとる画素の数であるプリサム数をn、2枚のレーダ画像のコヒーレントをρ、ガンマ関数をΓ、第2種の変形ベッセル関数をKとして、複素信号の確率密度p(η,ψ)を、式(1)で求める。それから、複素信号の確率密度p(η,ψ)が等しくなるように振幅ηと位相角ψを選び、等確率密度線を求める。そして、与えられた誤警報確率Pfaの下で検出確率を最大化するしきい値Pthを式(2)で求める。最後に各複素信号について式(1)に従って確率密度p(η,ψ)を求め、求めた確率密度p(η,ψ)がしきい値Pth以下であれば移動目標であると判断する。 That is, the amplitude of the complex signal is η, the phase angle is ψ, the number of presums is the number of pixels taking the neighborhood average, the coherent of the two radar images is ρ, the gamma function is Γ, and the second modified Bessel function Is K, and the probability density p (η, ψ) of the complex signal is obtained by the equation (1). Then, the amplitude η and the phase angle ψ are selected so that the probability densities p (η, ψ) of the complex signals are equal to obtain an equal probability density line. Then, a threshold value P th that maximizes the detection probability under the given false alarm probability P fa is obtained by the equation (2). Finally, the probability density p (η, ψ) is obtained for each complex signal according to the equation (1). If the obtained probability density p (η, ψ) is equal to or less than the threshold value Pth , it is determined that the target is a moving target.
ところで、従来のレーダ装置は、継続して送信された2つのパルスのうちの先に送信された第1のパルスにおける送受信の電気的位相中心と、次に送信された第2のパルスにおける送受信の電気的位相中心が一致することを前提としている。そして、2つの電気的位相中心が一致するためのDisplaced−Phase−Center−Antenna(以下、「DPCA」と称す)条件は、アンテナの開口長D、パルス繰り返し間隔Tp、レーダプラットフォームの対地速度vの間で条件式(3)を満足することである。 By the way, the conventional radar apparatus has an electric phase center of transmission / reception in the first pulse transmitted first among two pulses transmitted continuously and transmission / reception in the second pulse transmitted next. It is assumed that the electrical phase centers coincide. Then, the Displaced-Phase-Center-Antenna (hereinafter referred to as “DPCA”) conditions for matching the two electrical phase centers are the antenna opening length D, the pulse repetition interval T p , and the radar platform ground velocity v. Is satisfied with conditional expression (3).
すなわち、DPCA条件を満足するためには、レーダプラットフォームの対地速度vに応じてパルス繰り返し間隔Tpを調整する必要があり、実用においてはこのDPCA条件を満足できない場合が発生する。そして、DPCA条件を満足できない場合、クラッタの分布は等確率密度線からはずれているので、与えられた誤警報確率Pfaの下で移動目標の検出確率を最大化することができないという問題がある。 In other words, in order to satisfy the DPCA condition, it is necessary to adjust the pulse repetition interval T p according to the ground speed v of the radar platform, and this DPCA condition may not be satisfied in practice. If the DPCA condition cannot be satisfied, the clutter distribution deviates from the equiprobability density line, and thus there is a problem that the detection probability of the moving target cannot be maximized under the given false alarm probability P fa. .
この発明の目的は、DPCA条件を満足しない場合でも移動目標の検出確率を最大化できる移動目標検出装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a moving target detection apparatus capable of maximizing the detection probability of a moving target even when the DPCA condition is not satisfied.
この発明に係る移動目標検出装置は、プラットフォームの移動方向に分割された2つの開口を持ち且つパルス繰り返し間隔でパルスが発信されるアンテナ、一方の上記開口で受信されたパルスが変換された第1の複素信号をパルス繰り返し間隔分遅延する遅延手段、上記遅延された所定数の第1の複素信号から第1のレーダ画像を再生する第1の画像再生手段、および上記一方の開口で受信されたパルスから上記パルス繰り返し間隔分遅れて発信され且つ他方の上記開口で受信されたパルスが変換された所定数の第2の複素信号から第2のレーダ画像を再生する第2の画像再生手段を備える移動目標検出装置において、上記第2のレーダ画像を構成する第2の複素信号の複素共役を求める複素共役手段と、上記第1のレーダ画像を構成する第1の複素信号に上記第2のレーダ画像の複素共役の信号を乗算して積の複素信号を求める乗算手段と、上記プラットフォームの対地速度を求める手段と、上記パルス繰り返し間隔の間に上記アンテナが移動した距離と上記アンテナの開口長の4分の1との差を算出する手段と、上記アンテナのアンテナパターンを記憶する手段と、上記差およびコヒーレンスに基づいてしきい値を算出する手段と、上記算出したしきい値と上記乗算手段の積の複素信号の振幅と位相とに基づいて移動目標からの信号を検出する手段と、を備えた。 The moving target detection apparatus according to the present invention includes an antenna having two openings divided in the moving direction of the platform and transmitting a pulse at a pulse repetition interval, and a first pulse converted from one of the openings. Received by the delay means for delaying the complex signal by the pulse repetition interval, the first image reproduction means for reproducing the first radar image from the predetermined number of delayed first complex signals, and the one aperture A second image reproducing unit that reproduces a second radar image from a predetermined number of second complex signals that are transmitted with a delay of the pulse repetition interval and received from the other aperture; In the moving target detection apparatus, complex conjugate means for obtaining a complex conjugate of the second complex signal that constitutes the second radar image, and a first that constitutes the first radar image. The signal obtained by multiplying the complex signal of the second radar image by the complex conjugate signal of the second radar image to obtain the complex signal of the product, the means for obtaining the ground speed of the platform, and the antenna moving between the pulse repetition intervals Means for calculating the difference between the measured distance and a quarter of the antenna aperture length; means for storing the antenna pattern of the antenna; means for calculating a threshold based on the difference and coherence; Means for detecting a signal from the moving target based on the calculated threshold value and the amplitude and phase of the complex signal of the product of the multiplication means.
この発明に係る移動目標検出装置の効果は、パルス繰り返し間隔で連続して送受信される第1のパルスと第2のパルスを増幅し同期検波して得られる所定数の第1の複素信号と第2の複素信号それぞれからレーダ画像を再生し、一方のレーダ画像を構成する第1の複素信号から複素共役な複素信号を生成し、この複素共役な複素信号と他方のレーダ画像を構成する第2の複素信号とを乗算して検出対象の複素信号を生成し、一方、レーダプラットフォームの対地速度から求まる位相偏差を用いて送受信アンテナのDPCA条件からのずれを考慮した複素信号の確率密度からクラッタと移動目標とを判別するしきい値を求めるので、等確率密度線がクラッタの分布とよく一致しており、与えられた誤警報確率の下で移動目標の検出確率を最大とすることができることである。 The effect of the moving target detection apparatus according to the present invention is that the predetermined number of first complex signals obtained by amplifying and synchronously detecting the first pulse and the second pulse transmitted and received continuously at the pulse repetition interval and the first pulse A radar image is reproduced from each of the two complex signals, a complex conjugate complex signal is generated from the first complex signal constituting one radar image, and the second complex image and the second radar image constituting the other radar image are generated. And a complex signal to be detected to generate a complex signal to be detected. On the other hand, the phase deviation obtained from the ground speed of the radar platform is used to determine the clutter from the probability density of the complex signal considering the deviation from the DPCA condition of the transmitting / receiving antenna. Since the threshold value for discriminating the moving target is obtained, the equiprobability density line agrees well with the clutter distribution, and the detection probability of the moving target is maximized under the given false alarm probability. It is that it is Rukoto.
実施の形態1.
図1は、この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置を用いて観測するときのジオメトリを表す。
この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置は、例えば航空機、艦船、衛星などのようなレーダプラットフォーム30に搭載され、移動している移動目標32を観測する。なお、以下の説明では移動目標検出装置の送受信アンテナ1のアンテナ開口面をレーダプラットフォーム30の進行方向に平行になるように設定し、送受信アンテナ1のビームをアンテナ開口面に対して垂直になるように設定し、ビームのフットプリント31を図1に示すように設定して説明する。また、2次元平面内を仮定して動作を説明するが、これらの仮定を満足しない場合であっても、容易に拡張して考えることが可能である。
FIG. 1 shows a geometry when observation is performed using the moving target detection apparatus according to
The moving target detection apparatus according to the first embodiment of the present invention is mounted on a
図2は、この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置の構成図である。
この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置は、送受信アンテナ1の2つの第1のアンテナ2および第2のアンテナ3、送信機8、第1の送受切換器9a、第2の送受切換器9b、第1の受信機10a、第2の受信機10b、第1の受信機10aからの第1の複素信号を遅延させる遅延手段11、遅延手段11で遅延された第1の複素信号を記憶する第1の記憶手段33a、および、第2の受信機10bからの第2の複素信号を記憶する第2の記憶手段33bを備える。
FIG. 2 is a block diagram of the moving target detection apparatus according to
The moving target detection apparatus according to
送受信アンテナ1の開口長をDとすると、第1のアンテナ2と第2のアンテナ3の開口長はそれぞれD/2である。
送信機8は、パルス繰り返し間隔Tp’毎に高周波パルスを発生し、第1の送受切換器9aと第2の送受切換器9bの両方に送信する。
第1の送受切換器9aと第2の送受切換器9bは、それぞれ送信機8からの高周波パルスを第1のアンテナ2と第2のアンテナ3に送信するとともに、第1のアンテナ2と第2のアンテナ3が受信したパルスをそれぞれ第1の受信機10aと第2の受信機10bに送信する。なお、第1のアンテナ2で受信したパルスを第1のパルス、第2のアンテナ3で受信したパルスを第2のパルスと称す。
第1のアンテナ2と第2のアンテナ3とから同じ高周波パルスが同時に空中に放射され、送受信アンテナ1の電気的位相中心位置から送信したことになる。また、受信した第1のパルスと第2のパルスは、それぞれ第1のアンテナ2と第2のアンテナ3の電気的位相中心位置で受信したことになる。
When the opening length of the transmitting / receiving
The transmitter 8 generates a high-frequency pulse at every pulse repetition interval T p ′ and transmits it to both the first transmission /
The first transmission /
The same high-frequency pulse is simultaneously radiated from the
第1の受信機10aは、第1のパルスを増幅し、同期検波して得られた第1の複素信号を遅延手段11に送信する。
第2の受信機10bは、第2のパルスを増幅し、同期検波して得られた第2の複素信号を第2の記憶手段33bに送信する。
遅延手段11は、第1の複素信号を1パルス繰り返し間隔分時間遅延して第1の記憶手段33aに送信する。
The
The
The delay means 11 transmits the first complex signal to the first storage means 33a after being delayed by one pulse repetition interval.
また、この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置は、第1の画像再生手段12a、第2の画像再生手段12b、第2の複素信号の複素共役を求める複素共役手段13、第1の複素信号と第2の複素信号の複素共役の信号とを乗算する乗算手段14、および、近傍の画素の複素信号をプリサムするプリサム手段27を備える。
The moving target detection apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a first
第1の画像再生手段12aは、第1の記憶手段33aに所定数のパルスから得られた第1の複素信号が蓄積される度に第1の記憶手段33aから読み出して第1のレーダ画像として再生する。なお、その原理・手順は合成開口レーダの画像再生処理としてよく知られるものである。
第2の画像再生手段12bは、第2の記憶手段33bに所定数のパルスから得られた第2の複素信号が蓄積される度に第2の記憶手段33bから読み出して第2のレーダ画像として再生する。
The first image reproduction means 12a reads out from the first storage means 33a each time a first complex signal obtained from a predetermined number of pulses is accumulated in the first storage means 33a, as a first radar image. Reproduce. The principle and procedure are well known as image reproduction processing of a synthetic aperture radar.
The second image reproduction means 12b reads out from the second storage means 33b each time a second complex signal obtained from a predetermined number of pulses is accumulated in the second storage means 33b, as a second radar image. Reproduce.
複素共役手段13は、第2の画像再生手段12bからの第2のレーダ画像を構成する第2の複素信号に対する複素共役信号を出力する。
乗算手段14は、第1の画像再生手段12aからの第1のレーダ画像を構成する第1の複素信号と複素共役手段13からの第2のレーダ画像を構成する第2の複素信号に対する複素共役の複素信号とを乗算して積の複素信号を求める。
プリサム手段27は、近傍の画素での乗算手段14からの積の複素信号をプリサムして和の複素信号を求め、和の複素信号とプリサム数nを出力する。
The complex conjugate means 13 outputs a complex conjugate signal for the second complex signal that constitutes the second radar image from the second image reproduction means 12b.
The multiplying
The presum means 27 presums the complex signal of the product from the multiplication means 14 in the neighboring pixels to obtain a sum complex signal, and outputs the sum complex signal and the presum number n.
また、この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置は、対地速度センサ22、位置ずれ算出手段21、アンテナパターン記憶手段35、しきい値算出手段20、および検出手段34を備える。
The moving target detection apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a
対地速度センサ22は、レーダプラットフォーム30の対地速度vを計測する。
アンテナパターン記憶手段35は、位相偏差Δφに対するアンテナ利得pa(Δφ)が記憶されている。
位置ずれ算出手段21は、送受信アンテナ1の開口長D、パルス繰り返し間隔Tp’、レーダプラットフォーム30の対地速度vを式(4)に代入して、第1のパルスにおける送受信の電気的位相中心位置と、第2のパルスにおける送受信の電気的位相中心位置との位置ずれΔxを算出する。
The
The antenna pattern storage means 35 stores the antenna gain p a (Δφ) with respect to the phase deviation Δφ.
The displacement calculation means 21 substitutes the opening length D of the transmission /
しきい値算出手段20は、位置ずれΔx、速度ベクトルと直交する方位を基準としたアンテナビームの方位角θおよびレーダの送信波長λを式(5)に代入して位相偏差Δφを算出する。また、しきい値算出手段20は、位相偏差Δφに関するアンテナ利得pa(Δφ)をアンテナパターン記憶手段35から読み出す。
また、しきい値算出手段20は、和の複素信号の振幅ηおよび位相角ψ、算出される位相偏差Δφ、プリサム手段27のプリサムにおいて用いられる近傍平均をとる画素の数であるプリサム数n、予め定められたコヒーレンスρ、読み出したアンテナ利得pa(Δφ)を式(6)に代入して和の複素信号の確率密度p’(η,ψ)を算出する。なお、式(6)のΓはガンマ関数、Kは第2種の変形ベッセル関数である。
また、しきい値算出手段20は、式(6)から求めた和の複素信号の確率密度p’(η,ψ)を用いて、与えられた誤警報確率Pfaの下で検出確率を最大化するしきい値Pthを式(7)で求める。
The threshold value calculating means 20 calculates the phase deviation Δφ by substituting the positional deviation Δx, the azimuth angle θ of the antenna beam with respect to the direction orthogonal to the velocity vector, and the transmission wavelength λ of the radar into equation (5). Further, the threshold value calculation means 20 reads out the antenna gain p a (Δφ) related to the phase deviation Δφ from the antenna pattern storage means 35.
Further, the threshold value calculation means 20 includes the amplitude η and the phase angle ψ of the sum complex signal, the calculated phase deviation Δφ, and the presum number n, which is the number of pixels taking the neighborhood average used in the presum of the presum means 27, predetermined coherence [rho, read antenna gain p probability density p of the complex signal of the sum by substituting a the ([Delta] [phi) in equation (6) '(η, ψ ) is calculated. In Equation (6), Γ is a gamma function, and K is a second type modified Bessel function.
Further, the threshold value calculation means 20 uses the probability density p ′ (η, ψ) of the sum complex signal obtained from the equation (6) to maximize the detection probability under the given false alarm probability P fa. The threshold value P th to be converted is obtained by equation (7).
検出手段34は、各和の複素信号について式(6)に従って確率密度p’(η,ψ)を求め、求めた確率密度p’(η,ψ)がしきい値Pth以下であれば移動目標であると判断する。 The detection means 34 obtains the probability density p ′ (η, ψ) according to the equation (6) for each complex signal, and moves if the obtained probability density p ′ (η, ψ) is less than or equal to the threshold value P th. Judge as a goal.
図3は、この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置での送受信の際の送受信アンテナ1の位置関係を示す図である。
次に、この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置の動作を説明する。
送信機8が発生した高周波パルスは、先のパルスとして第1の送受切換器9aと第2の送受切換器9bを通して第1のアンテナ2および第2のアンテナ3から同時に空中に放射される。すなわち、先のパルスは電気的位相中心位置5aから送信されたことになる。
先のパルスは移動目標に到達し反射して送受信アンテナ1に戻ってくるが、その間に送受信アンテナ1は電波伝播遅延時間をτ、レーダプラットフォーム30の対地速度をvとすると距離v・τだけ移動する。そして、戻ってきた先のパルスを第1のアンテナ2で受信するが、電気的位相中心位置6aで受信されたことになる。この第1のアンテナ2で受信された先のパルスを第1のパルスと称す。
FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship of the transmission /
Next, the operation of the moving target detection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
The high-frequency pulse generated by the transmitter 8 is radiated from the
The previous pulse reaches the moving target, is reflected, and returns to the transmitting / receiving
次に、パルス繰り返し間隔Tpを隔てた次の時点で送信機8が発生した高周波パルスは、後のパルスとして第1の送受切換器9aと第2の送受切換器9bを通して第1のアンテナ2および第2のアンテナ3から同時に空中に放射される。このとき、送受信アンテナ1は、先のパルスを送信した位置から距離v・Tp’だけ移動しており、後のパルスは電気的位相中心位置5bから送信されたことになる。
後のパルスは移動目標に到達し反射して送受信アンテナ1に戻ってくるが、その間に送受信アンテナ1は距離v・τだけ移動する。そして、戻ってきた後のパルスを第2のアンテナ3で受信するが、電気的位相中心位置7bで受信されたことになる。この第2のアンテナ3で受信された後のパルスを第2のパルスと称す。
Next, the high frequency pulse generated by the transmitter 8 at the next time point separated by the pulse repetition interval Tp is transmitted through the
The subsequent pulse reaches the movement target, is reflected, and returns to the transmission /
第1のアンテナ2で受信された第1のパルスは、第1の送受切換器9aを通して第1の受信機10aへ送られ、増幅され、同期検波されて第1の複素信号に変換される。この第1の複素信号は、遅延手段11によって1パルス繰り返し間隔分だけ時間遅延され、第1の記憶手段33aに蓄積される。
第2のアンテナ3で受信された第2のパルスは、第2の送受切換器9bを通して第2の受信機10bへ送られ、増幅され、同期検波されて第2の複素信号に変換される。この第2の複素信号は、第2の記憶手段33bに蓄積される。
The first pulse received by the
The second pulse received by the
第1の記憶手段33aに蓄積された所定数の第1の複素信号は、第1の画像再生手段12aで第1の記憶手段33aから読み出され、第1のレーダ画像を構成する第1の複素信号として出力される。
第2の記憶手段33bに蓄積された所定数の第2の複素信号は、第2の画像再生手段12bで第2の記憶手段33bから読み出され、第2のレーダ画像を構成する第2の複素信号として出力される。
第2のレーダ画像を構成する第2の複素信号は、複素共役手段13で第2のレーダ画像を構成する複素共役信号に変換される。
A predetermined number of first complex signals accumulated in the first storage means 33a are read from the first storage means 33a by the first image reproduction means 12a, and the first radar image constituting the first radar image is formed. Output as a complex signal.
A predetermined number of second complex signals accumulated in the second storage means 33b are read from the second storage means 33b by the second image reproduction means 12b, and a second radar image constituting the second radar image is formed. Output as a complex signal.
The second complex signal constituting the second radar image is converted by the complex conjugate means 13 into a complex conjugate signal constituting the second radar image.
第1のレーダ画像を構成する第1の複素信号と第2のレーダ画像を構成する複素共役信号とは、乗算手段14で乗算されて第3のレーダ画像を構成する積の複素信号に変換される。
第3のレーダ画像を構成する積の複素信号は、プリサム手段27でプリサムされて第4のレーダ画像を構成する和の複素信号に変換される。
The first complex signal constituting the first radar image and the complex conjugate signal constituting the second radar image are multiplied by the multiplication means 14 and converted into a complex signal of the product constituting the third radar image. The
The complex signal of the product constituting the third radar image is presumed by the presum means 27 and converted into the sum complex signal constituting the fourth radar image.
一方、レーダプラットフォーム30の対地速度vは、対地速度センサ22で計測され、予め定まった送受信アンテナ1の開口長Dおよびパルス繰り返し間隔Tpと計測されたレーダプラットフォーム30の対地速度vを式(4)に代入して位置ずれΔxを算出する。
次に、算出した位置ずれΔx、速度ベクトルと直交する方位を基準としたアンテナビームの方位角θおよびレーダの送信波長λを式(5)に代入して位相偏差Δφを算出する。
On the other hand, ground speed v of the
Next, the phase deviation Δφ is calculated by substituting the calculated positional deviation Δx, the azimuth angle θ of the antenna beam with reference to the azimuth perpendicular to the velocity vector, and the transmission wavelength λ of the radar into equation (5).
次に、第4のレーダ画像を構成する和の複素信号、算出した位相偏差Δφを用いて和の複素信号の確率密度p’(η,ψ)を式(6)に従って算出する。
次に、式(6)で算出した和の複素信号の確率密度p’(η,ψ)を用いて、与えられた誤警報確率Pfaの下で検出確率を最大化するしきい値Pthを式(7)で求める。
最後に、各和の複素信号について式(6)に従って求めた確率密度p’(η,ψ)がしきい値Pth以下であれば移動目標であると判断する。
Next, the probability density p ′ (η, ψ) of the sum complex signal is calculated according to the equation (6) using the sum complex signal constituting the fourth radar image and the calculated phase deviation Δφ.
Next, the threshold P th that maximizes the detection probability under a given false alarm probability P fa using the probability density p ′ (η, ψ) of the sum complex signal calculated by the equation (6). Is obtained by equation (7).
Finally, if the probability density p ′ (η, ψ) obtained according to the equation (6) for each complex signal is equal to or less than the threshold value Pth , it is determined that the target is a moving target.
次に、この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置を用いた観測の結果について説明する。図4は、移動目標検出装置がDPCA条件を満たしていないときに観測するクラッタを計算機により模擬し複素信号平面上に図示した図である。
図4(a)には、DPCA条件を満たしていないときに式(6)に従って算出したクラッタの確率密度p’(η,ψ)と、クラッタの等確率密度線とが複素信号平面上に図示されている。この図4(a)に図示された点18の座標が各クラッタの振幅と位相を表し、線19は等確率密度線である。
一方、図4(b)には、比較のために、DPCA条件を満たしていないときに式(1)に従って算出したクラッタの確率密度p(η,ψ)と、クラッタの等確率密度線とが複素信号平面上に図示されている。
Next, the results of observation using the moving target detection apparatus according to
In FIG. 4A, the probability density p ′ (η, ψ) of the clutter calculated according to the equation (6) when the DPCA condition is not satisfied and the equal probability density line of the clutter are illustrated on the complex signal plane. Has been. The coordinates of the
On the other hand, in FIG. 4B, for comparison, the probability density p (η, ψ) of the clutter calculated according to the equation (1) when the DPCA condition is not satisfied and the equal probability density line of the clutter are shown. It is shown on the complex signal plane.
図4(b)から分かるように、クラッタを示す点18の分布は等確率密度線19からはずれており、式(1)を用いて算出した確率密度p(η,ψ)では、与えられた誤警報確率Pfaの下で移動目標の検出確率を最大とすることができない。
一方、図4(a)から分かるように、クラッタを示す点18の分布は等確率密度線19とよく一致しており、例えDPCA条件を満足しない場合においても、与えられた誤警報確率Pfaの下で移動目標の検出確率を最大とすることができる。
As can be seen from FIG. 4B, the distribution of the
On the other hand, as can be seen from FIG. 4A, the distribution of the
この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置は、パルス繰り返し間隔で連続して送受信される第1のパルスと第2のパルスを増幅し同期検波して得られる所定数の第1の複素信号と第2の複素信号それぞれからレーダ画像を再生し、一方のレーダ画像を構成する第1の複素信号から複素共役な複素信号を生成し、この複素共役な複素信号と他方のレーダ画像を構成する第2の複素信号とを乗算して検出対象の積の複素信号を生成し、一方、レーダプラットフォームの対地速度vから求まる位相偏差Δφを用いて送受信アンテナ1のDPCA条件からのずれを考慮して積の複素信号の確率密度を算出するので、等確率密度線がクラッタの分布とよく一致しており、与えられた誤警報確率Pfaの下で移動目標の検出確率を最大とすることができる。
The moving target detecting apparatus according to the first embodiment of the present invention a predetermined number of first complex obtained by amplifying and synchronously detecting the first pulse and the second pulse that are continuously transmitted and received at a pulse repetition interval. A radar image is reproduced from each of the signal and the second complex signal, a complex conjugate complex signal is generated from the first complex signal constituting one radar image, and the complex conjugate complex signal and the other radar image are constructed. The second complex signal is multiplied to generate a complex signal of the product to be detected. On the other hand, the phase deviation Δφ obtained from the ground speed v of the radar platform is used to consider the deviation of the transmission /
実施の形態2.
図5は、この発明に係る実施の形態2による移動目標検出装置の構成を示す図である。
この発明に係る実施の形態2による移動目標検出装置は、図5に示すように、この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置のしきい値算出手段20の代わりにしきい値読み出し手段23、しきい値テーブル算出手段24およびしきい値記憶手段25を備えたことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a moving target detection apparatus according to
As shown in FIG. 5, the moving target detecting apparatus according to the second embodiment of the present invention is a threshold reading means 23 instead of the threshold calculating means 20 of the moving target detecting apparatus according to the first embodiment of the present invention. The difference is that the threshold value table calculating means 24 and the threshold value storing means 25 are provided, and the others are the same, and thus the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
しきい値テーブル算出手段24は、想定されるプリサム数nおよび位置ずれΔxに基づいて予めしきい値Pthを計算し、得たしきい値をしきい値記憶手段25に格納されているしきい値テーブルに記憶する。
しきい値読み出し手段23は、プリサム手段27のプリサムで用いたプリサム数nおよび位置ずれ算出手段21からの位置ずれΔxに基づいてしきい値テーブルから対応するしきい値Pthを読み出し、検出手段34へ出力する。
The threshold value table calculating means 24 calculates the threshold value P th in advance based on the presumed number n and the positional deviation Δx, and the obtained threshold value is stored in the threshold value storing means 25. Store in the threshold table.
The threshold value reading means 23 reads the corresponding threshold value P th from the threshold value table based on the number of presums n used in the presum of the presum means 27 and the positional deviation Δx from the positional deviation calculation means 21, and the detecting
この発明に係る実施の形態2による移動目標検出装置は、想定されるプリサム数nおよび位置ずれΔx毎に予めしきい値を算出し、算出したしきい値をしきい値記憶手段25に格納されているしきい値テーブルに記憶しておき、実際のプリサム手段27で用いたプリサム数nと実際の位置ずれΔxとによりしきい値テーブルを検索して対応するしきい値Pthを読み出し検出手段34の判断に使用するので、リアルタイムにしきい値を計算する場合に比べて計算機の負荷が減少する。 The moving target detection apparatus according to the second embodiment of the present invention calculates a threshold value in advance for each presum number n and positional deviation Δx, and the calculated threshold value is stored in the threshold value storage means 25. The threshold value table is stored in the threshold value table, the threshold value table is searched based on the number n of the presums used in the actual presum means 27 and the actual positional deviation Δx, and the corresponding threshold value P th is read and detected. Therefore, the load on the computer is reduced as compared with the case where the threshold value is calculated in real time.
実施の形態3.
図6は、この発明に係る実施の形態3による移動目標検出装置の構成を示す図である。
この発明に係る実施の形態3による移動目標検出装置は、図6に示すように、この発明に係る実施の形態1による移動目標検出装置にコヒーレンス推定手段26を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
この発明に係る実施の形態3によるコヒーレンス推定手段26は、第1の画像再生手段12aから出力される第1のレーダ画像の第1の複素信号と第2の画像再生手段12bから出力される第2のレーダ画像の第2の複素信号とのコヒーレンスρを推定する。
しきい値算出手段20は、和の複素信号の振幅ηおよび位相角ψ、算出される位相偏差Δφ、プリサム数n、第1のレーダ画像と第2のレーダ画像とのコヒーレンスρ、読み出したアンテナ利得pa(Δφ)を式(6)に代入して和の複素信号の確率密度p’(η,ψ)を算出するが、コヒーレンスρはコヒーレンス推定手段26が推定した値を代入する。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the moving target detection apparatus according to
The moving target detection apparatus according to
The
The threshold calculation means 20 includes the amplitude η and the phase angle ψ of the sum complex signal, the calculated phase deviation Δφ, the presum number n, the coherence ρ between the first radar image and the second radar image, and the read antenna. gain p a ([Delta] [phi) equation (6) to assign to the probability density p '(eta, [psi) of the complex signal sum will be calculated, the coherence ρ assigns a value to the
次に、この発明に係る実施の形態3による移動目標検出装置の動作について説明する。
なお、実施の形態1による移動目標検出装置の動作とコヒーレンスρを推定する動作が加わったことが異なるので、この加わった動作だけについて説明する。
第1のレーダ画像を構成する第1の複素信号と第2のレーダ画像を構成する第2の複素信号とは、コヒーレンス推定手段26で第1のレーダ画像と第2のレーダ画像との間のコヒーレンスが推定される。
Next, the operation of the moving target detection apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
Since the operation of the moving target detection apparatus according to the first embodiment is different from the operation of estimating the coherence ρ, only the added operation will be described.
The first complex signal composing the first radar image and the second complex signal composing the second radar image are obtained between the first radar image and the second radar image by the coherence estimating means 26. Coherence is estimated.
予め定められたコヒーレンスを代入して確率密度を算出する場合、実際のコヒーレンスが予め定められたコヒーレンスからずれたとき確率密度から算出するしきい値もずれてしまい移動目標の検出性能が低下してしまう可能性があるが、この発明に係る実施の形態3による移動目標検出装置のように、確率密度を実際のレーダ画像から推定したコヒーレンスを代入して算出すると、推定したコヒーレンスが実際のコヒーレンスからずれないので、確率密度から算出するしきい値もずれず移動目標の検出性能を一定に保つことができる。 When calculating the probability density by substituting the predetermined coherence, when the actual coherence deviates from the predetermined coherence, the threshold value calculated from the probability density also deviates and the moving target detection performance decreases. However, when the probability density is calculated by substituting the coherence estimated from the actual radar image as in the moving target detection apparatus according to the third embodiment of the present invention, the estimated coherence is calculated from the actual coherence. Since there is no deviation, the threshold value calculated from the probability density does not deviate and the moving target detection performance can be kept constant.
1 送受信アンテナ、2、3 アンテナ、5a、5b、6a、7b 電気的位相中心位置、8 送信機、9a、9b 送受切換器、10a、10b 受信機、11 遅延手段、12a、12b 画像再生手段、13 複素共役手段、14 乗算手段、18 点、19 等確率密度線、20 しきい値算出手段、21 位置ずれ算出手段、22 対地速度センサ、23 しきい値読み出し手段、24 しきい値テーブル算出手段、25 しきい値記憶手段、26 コヒーレンス推定手段、27 プリサム手段、30 レーダプラットフォーム、31 フットプリント、32 移動目標、33a、33b 記憶手段、34 検出手段、35 アンテナパターン記憶手段。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記第2のレーダ画像を構成する第2の複素信号の複素共役を求める複素共役手段と、
上記第1のレーダ画像を構成する第1の複素信号に上記第2のレーダ画像の複素共役の信号を乗算して積の複素信号を求める乗算手段と、
上記プラットフォームの対地速度を求める手段と、
上記パルス繰り返し間隔の間に上記アンテナが移動した距離と上記アンテナの開口長の4分の1との差を算出する手段と、
上記アンテナのアンテナパターンを記憶する手段と、
上記差およびコヒーレンスに基づいてしきい値を算出する手段と、
上記算出したしきい値と上記乗算手段の積の複素信号の振幅と位相とに基づいて移動目標からの信号を検出する手段と、
を備えたことを特徴とする移動目標検出装置。 An antenna having two openings divided in the moving direction of the platform and transmitting a pulse at a pulse repetition interval, and delaying a first complex signal obtained by converting a pulse received at one of the openings by the pulse repetition interval Delay means, first image reproduction means for reproducing a first radar image from a predetermined number of delayed first complex signals, and transmission delayed by the pulse repetition interval from the pulse received at the one aperture In the moving target detection apparatus comprising second image reproduction means for reproducing the second radar image from a predetermined number of second complex signals obtained by converting the pulses received at the other opening.
Complex conjugate means for obtaining a complex conjugate of the second complex signal constituting the second radar image;
Multiplying means for multiplying a first complex signal constituting the first radar image by a complex conjugate signal of the second radar image to obtain a complex signal of the product;
Means for determining the ground speed of the platform;
Means for calculating a difference between a distance traveled by the antenna during the pulse repetition interval and a quarter of an aperture length of the antenna;
Means for storing an antenna pattern of the antenna;
Means for calculating a threshold based on the difference and coherence;
Means for detecting a signal from the moving target based on the amplitude and phase of the complex signal of the product of the calculated threshold and the multiplication means;
A moving target detection apparatus comprising:
しきい値テーブルが格納される手段と、
上記差を算出する手段が算出した差に基づいて上記しきい値テーブルから対応するしきい値を読み出す手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の移動目標検出装置。 A plurality of threshold values are calculated in advance based on the difference between a plurality of distances assumed to move the antenna during the pulse repetition interval and a quarter of the opening length of the antenna, and are stored in the threshold value table. Means,
Means for storing the threshold table;
Means for reading a corresponding threshold value from the threshold table based on the difference calculated by the means for calculating the difference;
The moving target detection apparatus according to claim 1, further comprising:
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