JP2009020015A - Radar system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、メインローブやサイドローブから入力される不要波環境下で目標距離や目標方位を測定するレーダ装置に関し、特に不要波を抑圧する技術に関する。 The present invention relates to a radar apparatus that measures a target distance and a target direction under an unnecessary wave environment input from a main lobe and a side lobe, and more particularly to a technique for suppressing unnecessary waves.
図19は、不要波環境における信号の状態を説明するための図である。電波環境においては、図19(a)に示すように、目標の他に、パルス妨害波やクラッタのような連続妨害波といった不要波が混在している。このような不要波環境下において、レーダ装置のアンテナで受信される受信信号は、図19(b)に示すように、目標と不要波が混合された混合信号1〜混合信号3である。したがって、目標信号のみを分離できないので、目標に対する測距や測角を行うことができない。
FIG. 19 is a diagram for explaining a signal state in an unnecessary wave environment. In the radio wave environment, as shown in FIG. 19A, in addition to the target, unnecessary waves such as pulse jamming waves and continuous jamming waves such as clutter are mixed. In such an unnecessary wave environment, the received signals received by the antenna of the radar device are mixed
このような広帯域妨害やクラッタ等といった不要波が存在する不要波環境下で、目標信号を検出し、距離および方位を検出するために、サイドローブ妨害が存在する場合は、SLC(Sidelobe Canceller)等の空間軸におけるフィルタが必要であり、また、クラッタが存在する場合は、ドップラフィルタ処理のように、周波数軸上におけるフィルタ処理が必要である。特にアダプテーションにより多数のフィルタ係数(タップド・ディレイ・ライン等)を変化させる場合には、不要波抑圧のための処理規模または回路規模が大きくなるという問題がある。 SLC (Sidelobe Canceller) etc. when there is sidelobe interference in order to detect the target signal and detect the distance and direction under unnecessary wave environment where unnecessary waves such as broadband interference and clutter exist In the case where there is a clutter, a filter process on the frequency axis is required like a Doppler filter process. In particular, when a large number of filter coefficients (such as tapped delay lines) are changed by adaptation, there is a problem that the processing scale or circuit scale for suppressing unwanted waves increases.
また、広帯域のメインローブジャマーの場合には、空間軸および周波数軸におけるフィルタでも分離できないため目標を検出できず、目標の距離および方位を観測できないという問題がある。
上述したように、従来のレーダ装置では、空間軸におけるフィルタ処理や周波数軸上におけるフィルタ処理が必要であり、特にアダプテーションにより多数のフィルタ係数を変化させる場合には、処理規模または回路規模が大きくなるという問題がある。さらに、広帯域のメインローブジャマーの場合には、空間軸および周波数軸におけるフィルタでも分離できないため目標が検出できず、目標の距離および方位を観測できないという問題がある。 As described above, the conventional radar apparatus requires a filtering process on the spatial axis and a filtering process on the frequency axis, and particularly when many filter coefficients are changed by adaptation, the processing scale or circuit scale becomes large. There is a problem. Furthermore, in the case of a broadband mainlobe jammer, there is a problem that the target cannot be detected because the filter on the spatial axis and the frequency axis cannot be separated, and the target distance and direction cannot be observed.
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、不要波環境下であっても、処理規模または回路規模を極力大きくせずに、目標の距離および方位を観測できるレーダ装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the problem is to observe the target distance and direction without increasing the processing scale or circuit scale as much as possible even in an unnecessary wave environment. An object of the present invention is to provide a radar device that can be used.
上記課題を解決するために、第1の発明は、円開口が形成されるように一方向に配置し、且つ該一方向に直交する方向に開口分割した位相中心の異なる複数のサブアレイを含む1次元DBF(Digital Beam Forming)アレイアンテナと、1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成前のサブアレイ信号に対して複素ICA(Independent Component Analysis;独立成分分析)を行うことにより、目標信号と不要波信号とを分離するICA処理部と、ICA処理部により分離された目標信号に基づき距離を計測する測距部を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a first invention includes a plurality of subarrays having different phase centers that are arranged in one direction so as to form a circular opening and are divided in a direction perpendicular to the one direction. By performing complex ICA (Independent Component Analysis) on a subarray signal before monopulse synthesis sent from a plurality of subarrays of a one-dimensional DBF (Digital Beam Forming) array antenna and a one-dimensional DBF array antenna, An ICA processing unit that separates the target signal and the unwanted wave signal and a distance measuring unit that measures the distance based on the target signal separated by the ICA processing unit are provided.
また、第2の発明は、円開口が形成されるように一方向に配置し、且つ該一方向に直交する方向に開口分割した位相中心の異なる複数のサブアレイを含む1次元DBF(Digital Beam Forming)アレイアンテナと、1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成された信号をモノパルス合成前のサブアレイ信号に変換するサブアレイ分割処理部と、サブアレイ分割処理部から送られてくるサブアレイ信号に対して複素ICA(Independent Component Analysis;独立成分分析)を行うことにより、目標信号と不要波信号とを分離するICA処理部と、ICA処理部により分離された目標信号に基づき距離を計測する測距部とを備えたことを特徴とする。 Further, the second invention is a one-dimensional DBF (Digital Beam Forming) including a plurality of subarrays having different phase centers, which are arranged in one direction so as to form a circular opening and are divided in a direction orthogonal to the one direction. ) An array antenna, a subarray division processing unit that converts a monopulse synthesized signal sent from a plurality of subarrays of the one-dimensional DBF array antenna into a subarray signal before monopulse synthesis, and a subarray sent from the subarray division processing unit By performing complex ICA (Independent Component Analysis) on the signal, the ICA processing unit that separates the target signal and the unwanted wave signal, and the distance is measured based on the target signal separated by the ICA processing unit. And a distance measuring unit.
また、第3の発明は、和信号Σ、AZ面差信号ΔAZおよびEL面差信号ΔELから成るモノパルスビームを出力するアンテナと、アンテナから出力されるモノパルスビームをサブアレイ信号に変換するサブアレイ分割処理部と、サブアレイ分割処理部から送られてくるサブアレイ信号に対して複素ICA(Independent Component Analysis;独立成分分析)を行うことにより、目標信号と不要波信号とを分離するICA処理部と、ICA処理部により分離された目標信号に基づき距離を計測する測距部を備えたことを特徴とする。 The third invention is an antenna that outputs a monopulse beam composed of a sum signal Σ, an AZ plane difference signal ΔAZ, and an EL plane difference signal ΔEL, and a subarray division processing unit that converts the monopulse beam output from the antenna into a subarray signal And an ICA processing unit that separates the target signal and the unwanted wave signal by performing complex ICA (Independent Component Analysis) on the subarray signal sent from the subarray division processing unit. And a distance measuring unit for measuring a distance based on the target signal separated by the above.
また、第4の発明は、第1乃第3のいずれか1つの発明において、サブアレイの位相中心の間隔が異なる複数のサブアレイからのサブアレイ信号を用いて、ヌルステアリングにより方位を検出する測角部を備えたことを特徴とする。 Further, a fourth aspect of the present invention is the angle measuring unit for detecting an azimuth by null steering using subarray signals from a plurality of subarrays having different subcenter phase center intervals in any one of the first to third aspects. It is provided with.
また、第5の発明は、第1乃至第3のいずれか1つの発明において、ICA処理部は、入力されるサブアレイ信号に対して実数ICAを行うことにより、目標信号と不要波信号とを分離することを特徴とする。 In addition, in a fifth aspect based on any one of the first to third aspects, the ICA processing unit separates the target signal and the unnecessary wave signal by performing a real number ICA on the input subarray signal. It is characterized by doing.
また、第6の発明は、第4の発明において、ICA処理部は、入力されるサブアレイ信号に対して実数ICAを行うことにより、目標信号と不要波信号とを分離し、測角部は、分離された実数の目標信号から複素信号を生成し、該生成した複素信号に基づきヌルステアリングにより方位を検出することを特徴とする。 In a sixth aspect based on the fourth aspect, the ICA processing unit separates the target signal and the unwanted wave signal by performing real number ICA on the input subarray signal, and the angle measuring unit includes: A complex signal is generated from the separated real target signal, and an azimuth is detected by null steering based on the generated complex signal.
本発明によれば、不要波環境下でも、多数のフィルタ係数を用いることなく、簡易な処理規模または回路規模により、目標信号のみを抽出し、目標の距離および方位を観測することができる。また、目標信号が複数の場合でも、各目標の距離および方位がわかるため、高サイドローブのアンテナで、サイドローブ方向から目標が入力する場合でも、メインローブから入力する目標のみを分離できる。 According to the present invention, even in an unnecessary wave environment, only a target signal can be extracted and a target distance and direction can be observed with a simple processing scale or circuit scale without using a large number of filter coefficients. Further, even when there are a plurality of target signals, since the distance and direction of each target can be known, even when a target is input from the side lobe direction with a high sidelobe antenna, only the target input from the main lobe can be separated.
具体的には、請求項1記載の発明によれば、1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成前のサブアレイ信号に対して複素ICAを行うことにより目標信号と不要波信号との混合信号を分離し、目標信号のみを抽出して、目標までの距離を観測するので、不要波環境下であっても、処理規模または回路規模を極力大きくせずに、目標までの距離を観測できる。 Specifically, according to the first aspect of the present invention, the target signal and the unwanted wave signal are obtained by performing complex ICA on the sub-array signals before monopulse synthesis sent from the plurality of sub-arrays of the one-dimensional DBF array antenna. The target signal is extracted and only the target signal is extracted and the distance to the target is observed, so even in an unnecessary wave environment, the distance to the target can be reduced without increasing the processing scale or circuit scale as much as possible. Can be observed.
また、請求項2記載の発明によれば、1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成された信号をモノパルス合成前のサブアレイ信号に変換し、変換後のサブアレイ信号に対して複素ICAを行うことにより目標信号と不要波との混合信号を分離し、目標信号のみを抽出して、目標までの距離を観測するので、不要波環境下であっても、処理規模または回路規模を極力大きくせずに、目標までの距離を観測できる。 According to the second aspect of the present invention, the monopulse synthesized signal sent from the plurality of subarrays of the one-dimensional DBF array antenna is converted into the subarray signal before monopulse synthesis, and the subarray signal after the conversion is converted. By performing complex ICA, the mixed signal of the target signal and unnecessary wave is separated, and only the target signal is extracted and the distance to the target is observed. Therefore, even in an unnecessary wave environment, the processing scale or circuit scale It is possible to observe the distance to the target without enlarging as much as possible.
また、請求項3記載の発明によれば、和信号Σ、AZ面差信号ΔAZおよびEL面差信号ΔELから成るモノパルスビームをサブアレイ信号に変換し、変換後のサブアレイ信号に対して複素ICAを行うことにより、目標信号と不要波の混合信号を分離し、目標信号のみを抽出して、目標までの距離を観測するので、不要波環境下であっても、処理規模または回路規模を極力大きくせずに、目標までの距離を観測できる。 According to the third aspect of the present invention, the monopulse beam composed of the sum signal Σ, the AZ plane difference signal ΔAZ, and the EL plane difference signal ΔEL is converted into a subarray signal, and complex ICA is performed on the converted subarray signal. Therefore, the target signal and unwanted wave mixed signal are separated, only the target signal is extracted, and the distance to the target is observed, so even in an unnecessary wave environment, the processing scale or circuit scale can be made as large as possible. Without observing the distance to the target.
また、請求項4記載の発明によれば、サブアレイの位相中心の間隔が異なる複数のサブアレイからのサブアレイ信号を用いて、ヌルステアリングにより方位を検出するので、不要波環境下であっても、処理規模または回路規模を極力大きくせずに、目標までの距離および目標の方位を観測できる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the azimuth is detected by null steering using the subarray signals from a plurality of subarrays having different subcenter phase center intervals, processing can be performed even in an unnecessary wave environment. The distance to the target and the direction of the target can be observed without increasing the scale or the circuit scale as much as possible.
また、請求項5記載の発明によれば、入力されるサブアレイ信号に対して実数ICAを行うことにより、目標信号と不要波信号とを分離し、目標信号のみを抽出して、目標までの距離を観測するので、複素ICAを行う場合に較べて演算規模を削減できる。 According to the fifth aspect of the present invention, the target signal and the unnecessary wave signal are separated by performing real number ICA on the input subarray signal, and only the target signal is extracted, and the distance to the target is obtained. Therefore, the operation scale can be reduced as compared with the case of performing complex ICA.
また、請求項6記載の発明によれば、入力されるサブアレイ信号に対して実数ICAを行うことにより、目標信号と不要波信号とを分離し、目標信号のみを抽出して、目標までの距離および目標の方位を観測するので、複素ICAを行う場合に較べて演算規模を削減できる。 According to the sixth aspect of the present invention, the target signal and the unwanted wave signal are separated by performing real number ICA on the input subarray signal, and only the target signal is extracted, and the distance to the target is obtained. Since the target orientation is observed, the scale of computation can be reduced as compared with the case of performing complex ICA.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、アンテナ1、ICA(Independent Component Analysis;独立成分分析)処理部2、信号抽出部3、信号識別部4および測距部5を備える。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a radar apparatus according to
アンテナ1は、1次元DBF(Digital Beam Forming)アレイアンテナから成り、図2に示すように、円開口アンテナ10と小型アンテナ11とを備える。この円開口アンテナ10においては、EL方向は1次元DBFであり、AZ方向はアナログ合成が行われる。AZ方向に関しては、モノパルスビームを作成するために、もともと開口2分割されており、EL方向をN(Nは正の整数)分割した単位で区分して合成されるので、N×2分割単位のサブアレイの出力(モノパルス合成前の信号)が得られる。この「N」は、サブアレイの数が、後述する独立成分の数以上になるように決定される。
The
各サブアレイは、円開口が形成されるように配置されているので、各サブアレイの位相中心はそれぞれ異なる。したがって、この円開口アンテナ10は、N×2の自由度を持っている。この円開口アンテナ10を構成するN×2分割単位のサブアレイの出力は、サブアレイ信号L1〜LNおよびR1〜RNとしてICA処理部2に送られる。
Since each subarray is arranged so that a circular opening is formed, the phase center of each subarray is different. Therefore, this circular aperture antenna 10 has N × 2 degrees of freedom. The outputs of the N × 2 divided subarrays constituting the circular aperture antenna 10 are sent to the
小型アンテナ11はオプションであり、自由度が不足する場合に、円開口の一部として追加的に配置される。この小型アンテナ11が配置される位置および数は任意である。小型アンテナ11から出力される信号S1〜SP(Pは正の整数)は、ICA処理部2に送られる。
The small antenna 11 is optional and is additionally arranged as a part of the circular opening when the degree of freedom is insufficient. The position and number of the small antennas 11 are arbitrary. Signals S <b> 1 to SP (P is a positive integer) output from the small antenna 11 are sent to the
ICA処理部2は、アンテナ1からの信号に基づき、ICAにより、目標と不要波とが混在した信号から目標信号を分離する。ICAの詳細については、非特許文献1に記載されているが、ここでは、ICAの原理について、簡単に説明する。
Based on the signal from the
今、独立変数をSとすると、観測変数Xは、混合行列Aを用いて次式で表現できる。
ここで、観測変数を一般化して時空間(時間−空間)軸で表現すると、
A ;混合行列
x ;観測変数
N ;サブアレイ数(AZ軸/EL軸)
M ;PRI数
s ;独立変数
NM;観測変数の数
P ;独立変数の数
k ;サンプル数(レンジセル数)
T ;転置
である。空間軸のみの場合はM=1とし、時間軸のみの場合は、N=1としてもよい。図3は、ICA処理部2に入力信号として入力される観測変数を示す。観測変数は、2次元サブアレイによる空間でAZ,ELの2次元信号であり、時間軸上では、PRI単位毎にさらにレンジセル毎の信号となる。図4は、観測変数を取得するためのアンテナ1の実際の構成を示す図である。
A: Mixing matrix x; Observation variable N: Number of subarrays (AZ axis / EL axis)
M; PRI number s; Independent variable NM; Number of observation variable P; Number of independent variable k; Number of samples (number of range cells)
T: transposition. In the case of only the space axis, M = 1, and in the case of only the time axis, N = 1 may be set. FIG. 3 shows observation variables input as input signals to the
ICAとは、独立成分および混合行列に関する情報を利用せずに、独立成分が統計的に独立であるという仮定のみを用いて、観測行列Xから、混合行列Aを推定する方法である。すなわち、復元データをYとすると、
となるようなYの各成分が、互いに独立になるように復元行列Wが算出される。この場合、独立成分および混合行列に関する情報を利用しないため、復元データの成分の大きさおよび順序には曖昧性が残ることになる。 The restoration matrix W is calculated so that the Y components such that In this case, since the information regarding the independent component and the mixing matrix is not used, ambiguity remains in the size and order of the components of the restored data.
このICAに先立ち、前処理として、無相関化が行われる。これにより、復元行列の算出が容易になる。
ここで、
Q ;無相関化のための変換行列
I ;単位行列
E{ };平均
この無相関化したXを用いて、復元行列を算出するアルゴリズムは、例えば複素数FAST ICAでは、次の通りである(詳細は、非特許文献2参照)。
Q: transformation matrix for decorrelation I; unit matrix E {}; average An algorithm for calculating a restoration matrix using this decorrelated X is, for example, as follows in complex number FAST ICA (details) (See Non-Patent Document 2).
ここで、
H ;共役転置
* ;複素共役
‖ ‖ ;ノルム
g ;関数
g‘ ;gの導関数
例えば、次式の通り(aは定数)。
H: conjugate transpose *; complex conjugate ‖ ;; norm g; function g ′; derivative of g For example, as in the following equation (a is a constant).
以上により、独立成分の1成分あたりの復元行列Wを算出できたことになる。これを複数の成分に拡張するために、グラムシュミットの直交化法に基づく方法により、次式の演算が行われる。
ここで、
p ;p番目の独立成分(p=1〜P)
以上説明したICAのアルゴリズムは、一例であり、独立性の評価量として、尖度(4次キュムラント)を用いる方法(非特許文献1参照)等といった他の方法を用いることもできる。
here,
p: p-th independent component (p = 1 to P)
The ICA algorithm described above is an example, and other methods such as a method using kurtosis (fourth-order cumulant) (see Non-Patent Document 1) or the like can be used as an independent evaluation amount.
このICA処理部2における上述した処理により、例えば図5に示すような、目標、クラッタおよび妨害波が混在する電波環境においても、目標、クラッタおよび妨害波の各々の信号を分離することができる。
By the above-described processing in the
すなわち、図6(a)に示すような、目標の他にパルス妨害波やクラッタのような連続妨害波といった不要波が混在している不要波環境下において、アンテナ1からは、図6(b)に示すような、目標と不要波とが混合された混合信号1〜混合信号3が得られるが、ICA処理部2は、図6(c)に示すように、目標、パルス妨害および連続妨害とに分離し、それぞれ、目標信号、パルス妨害信号および連続妨害信号として信号抽出部3に送る。
That is, in an unnecessary wave environment in which unnecessary waves such as a pulse interference wave and a continuous interference wave such as a clutter are mixed in addition to the target as shown in FIG. ), The
信号抽出部3は、独立成分毎に、図7に示すように、所定のスレショルドを超える信号を抽出する。この信号抽出部3で抽出された信号は、信号識別部4に送られる。
The
信号識別部4は、信号抽出部3から送られてきた信号を識別する。すなわち、信号識別部4は、図7(a)に示すように、信号抽出部3から送られてきた信号が、周期的にスレッショルドを超える場合はパルス妨害信号である旨を識別し、図7(b)に示すように、信号抽出部3から送られてきた信号の数個が、所定の幅でスレッショルドを超える場合は目標信号である旨を識別し、図7(c)に示すように、信号抽出部3から送られてきた信号が、連続的にスレッショルドを超える場合は連続妨害信号またはクラッタ信号である旨を識別する。この信号識別部4における識別結果は、測距部5に送られる。
The
測距部5は、信号識別部4から送られてきた識別結果が目標信号であることを示している場合に、目標までの距離を測定する。この測距部5における測定結果が、目標距離として外部に出力される。
The
次に、上記のように構成される本発明の実施例1に係るレーダ装置の動作を、図8に示すフローチャートを参照しながら説明する。
Next, the operation of the radar apparatus according to
まず、サブアレイ入力が行われる(ステップS11)。すなわち、アンテナ1のサブアレイから得られるサブアレイ信号L1〜LNおよびR1〜RNが、ICA処理部2に送られる。次いで、ICA処理が行われる(ステップS12)。すなわち、ICA処理部2は、アンテナ1からの送られてくる信号を、目標信号、パルス妨害信号および連続妨害信号に分離して信号抽出部3に送る。次いで、信号抽出が行われる(ステップS13)。すなわち、信号抽出部3は、独立成分毎に、所定のスレショルドを超える信号を抽出し、信号識別部4に送る。
First, sub-array input is performed (step S11). That is, the subarray signals L1 to LN and R1 to RN obtained from the subarray of the
次いで、信号識別が行われる(ステップS14)。すなわち、信号識別部4は、信号抽出部3から送られてきた信号が、パルス妨害信号であるか、目標信号であるか、または、連続妨害信号またはクラッタ信号であるかを識別し、識別結果を、測距部5に送る。次いで、測距が行われる(ステップS15)。すなわち、測距部5は、信号識別部4から送られてきた識別結果が目標信号であることを示している場合に、目標までの距離を測定し、測定結果を、目標距離として外部に出力する。
Next, signal identification is performed (step S14). That is, the
図9は、本発明の実施例2に係るレーダ装置で用いられるアンテナ1の構成を示す図である。このアンテナ1は、実施例1に係るレーダ装置のアンテナに、サブアレイ分割処理部12が追加されて構成されている。円開口アンテナ10においては、EL方向は1次元DBFであり、AZ方向はアナログ合成が行われる。AZ方向に関しては、図示しない給電回路により、和信号Σおよび差信号Δが得られる。この和信号Σおよび差信号Δから、次式により、開口2分割した信号が得られる。
ここで、
Xl ;開口2分割の1面
Xr ;開口2分割の他の面
Σ ;和信号
ΔAZ;AZ面差信号
(7)式より、開口分割信号は、次の演算により算出できる。
Xl; one surface divided into two apertures Xr; other surface divided into two apertures Σ; sum signal ΔAZ; AZ surface difference signal From equation (7), the aperture divided signal can be calculated by the following calculation.
円開口アンテナ10では、EL方向をN分割した単位で区分して合成され、N×2分割単位のサブアレイの出力(モノパルス合成された信号)が得られる。この円開口アンテナ10を構成するN×2分割単位のサブアレイの出力は、サブアレイ信号Σ1〜ΣNおよびΔ1〜ΔNとしてサブアレイ分割処理部12に送られる。
In the circular aperture antenna 10, the EL direction is divided into N divided units and combined to obtain an output of a subarray of N × 2 divided units (monopulse combined signal). The output of the subarray of N × 2 division units constituting the circular aperture antenna 10 is sent to the subarray
サブアレイ分割処理部12は、モノパルス合成されたサブアレイ信号Σ1〜ΣNおよびΔ1〜ΔNを、モノパルス合成前のサブアレイ信号L1〜LNおよびR1〜RNに変換し、ICA処理部2に送る。このサブアレイは、円開口が形成されるように配置されているので、各サブアレイの位相中心はそれぞれ異なる。したがって、この円開口アンテナ10は、N×2の自由度を持っている。さらに、自由度が不足する場合は、円開口の一部として、小型アンテナ11に追加的に配置することができる。
The subarray
次に、上記のように構成される本発明の実施例2に係るレーダ装置の動作を、図10に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、図8に示した実施例1に係るレーダ装置と同じ処理を行うステップには、図8で使用した符号と同一の符号を付して説明は省略する。
Next, the operation of the radar apparatus according to
まず、モノパルス入力が行われる(ステップS21)。すなわち、アンテナ1の円開口アンテナから得られる、モノパルス合成されたサブアレイ信号Σ1〜ΣNおよびΔ1〜ΔNを信号が、サブアレイ分割処理部12に送られる。次いで、サブアレイ変換が行われる(ステップS22)。すなわち、サブアレイ分割処理部12は、モノパルス合成されたサブアレイ信号Σ1〜ΣNおよびΔ1〜ΔNを、モノパルス合成前のサブアレイ信号L1〜LNおよびR1〜RNに変換し、ICA処理部2に送る。以後の処理は、実施例1に係るレーダ装置における処理と同じである。
First, monopulse input is performed (step S21). In other words, monopulse-combined subarray signals
本発明の実施例3に係るレーダ装置は、2次元のモノパルスビーム(Σ、ΔAZ、ΔEL)の出力を用いて、AZ面およびEL面のサブアレイ出力を得るようにしたものである。
The radar apparatus according to
図11は、本発明の実施例3に係るレーダ装置で使用されるアンテナ1を示す図である。このアンテナ1においては、モノパルス比較器12は、開口分割した信号から和信号Σ、AZ面差信号ΔAZおよびEL面差信号ΔELを生成する。今、図11に示すように、開口分割した信号を、X11、X12、X21およびX22とすると、モノパルス信号は次式で表すことができる。
ここで、
Σ ;和信号
ΔAZ;AZ面差信号
ΔEL;EL面差信号
(9)式より、開口分割信号は、次の演算により算出できる。
Σ; Sum signal ΔAZ; AZ surface difference signal ΔEL; EL surface difference signal From equation (9), the aperture division signal can be calculated by the following calculation.
図12は、(9)式により求められる開口分割信号としての観測変数を取得するためのアンテナ1の構成を示す図である。サブアレイ分割処理部12は、(9)式に示す処理を実行する。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the
この実施例3に係るレーダ装置の構成および動作は、上記サブアレイ出力を用いる以外は、必要に応じて小型アンテナ11を追加することも含めて、実施例1または実施例2に係るレーダ装置と同様である。 The configuration and operation of the radar apparatus according to the third embodiment are the same as those of the radar apparatus according to the first or second embodiment, including the addition of a small antenna 11 as necessary, except that the subarray output is used. It is.
なお、実施例3に係るレーダ装置では、モノパルスビーム(Σ、ΔAZ、ΔEL)からサブアレイ出力を算出したが、自由度があればよいので、サブアレイ分割処理部12を除去し、モノパルスビーム(Σ、ΔAZ、ΔEL)を入力信号として使用することもできる。この場合、図12に示す主ビームが、モノパルスビームやモノパルスビームから算出したサブアレイ出力に対応する。
In the radar apparatus according to the third embodiment, the subarray output is calculated from the monopulse beam (Σ, ΔAZ, ΔEL). However, since there is a degree of freedom, the subarray
図13は、本発明の実施例4に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、実施例1〜実施例3のいずれかに係るレーダ装置に、測角部6が追加されて構成されている。測角部6は、目標方位を算出する。
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a radar apparatus according to
目標方位を算出する方法としては、サブアレイ信号を用いたヌルステアリング方式を用いることができる。このヌルステアリング方式は、抽出された目標信号Ys以外の成分を0にして、(3)式により算出されたサブアレイ出力Xsに対してヌルステアリングする。図14は、ヌルステアリング方式の原理を説明するための図である。このヌルステアリング方式では、サブアレイを開口2分割し、その位相を次式により、所定の測角範囲でヌルステアリングして、Δ/Σの絶対値で最もレベルの低いヌル方向が測角値(検出方位)とされる。
ここで、
Xsn ;ICAにより分離した目標信号
θb ;ビームピーク方向
j ;虚数単位
k ;波数(2π/λ)
λ ;波長
dn ;n番目の素子の基準位置からの距離(n=1〜N)
Wσn ;Σビームbsrcσのn番目の素子の複素ウェイト
Wδn ;Δビームbsrcδのn番目の素子の複素ウェイト
Aσn ;Σビームbsrcσの振幅ウェイト
Aδn ;Δビームbsrcδの振幅ウェイト
bsrcσ;探索用のΣビーム
bsrcδ;探索用のΔビーム
この際に、サブアレイ間の距離が長い場合には、ヌルの位置にアンビギュイティが生じ、複数の低レベル点が発生する。このアンビギュイティを抑圧するためには、図15に示すように、複数のサブアレイの組(L個)でヌルステアリングし、L個のうちD個、同じヌル方位であれば、その方位を検出方位とするように構成できる。
here,
Xsn; target signal θb separated by ICA; beam peak direction j; imaginary unit k; wave number (2π / λ)
λ; wavelength dn; distance from the reference position of the nth element (n = 1 to N)
Wσn; complex weight of the nth element of the Σ beam bsrcσ; Wδn; complex weight of the nth element of the Δbeam bsrcδ; Aσn; amplitude weight of the Σbeam bsrcσ Aδn; amplitude weight of the Δbeam bsrcδ bsrccσ; At this time, if the distance between the sub-arrays is long, an ambiguity is generated at the null position, and a plurality of low-level points are generated. In order to suppress this ambiguity, as shown in FIG. 15, null steering is performed with a plurality of subarray sets (L), and if L out of L pieces have the same null direction, the direction is detected. It can be configured to be oriented.
次に、本発明の実施例4に係るレーダ装置の動作を、図16に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、図8に示した実施例1に係るレーダ装置と同じ処理を行うステップには、図8で使用した符号と同一の符号を付して説明は簡略化する。
Next, the operation of the radar apparatus according to
まず、サブアレイ入力、または、モノパルス入力およびサブアレイ変換が行われる(ステップS31)。このステップS31においては、実施例1に係るレーダ装置のステップS11(図8参照)の処理、または、実施例2または実施例3に係るレーダ装置のステップS21およびステップS22(図10参照)の処理と同様の処理が実行される。 First, subarray input or monopulse input and subarray conversion are performed (step S31). In step S31, the processing of step S11 (see FIG. 8) of the radar device according to the first embodiment, or the processing of steps S21 and S22 (see FIG. 10) of the radar device according to the second or third embodiment. The same processing is executed.
次いで、ICA処理(ステップS12)、信号抽出(ステップS13)、信号識別(ステップS14)および測距(ステップS15)が順次行われ、その後、測角処理が行われる。測角処理では、まず、Δビームレベルによる判定が行われる(ステップS32)。次いで、走査範囲に対する処理が終了したかどうかが調べられる(ステップS33)。このステップS33において、走査範囲に対する処理が終了していないことが判断されると、ヌル方向が変更される(ステップS34)。その後、ステップS32に戻り、上述した処理が繰り返される。 Next, ICA processing (step S12), signal extraction (step S13), signal identification (step S14), and distance measurement (step S15) are sequentially performed, and then angle measurement processing is performed. In the angle measurement process, first, determination based on the Δ beam level is performed (step S32). Next, it is checked whether or not the processing for the scanning range has been completed (step S33). If it is determined in step S33 that the process for the scanning range has not ended, the null direction is changed (step S34). Then, it returns to step S32 and the process mentioned above is repeated.
上記ステップS33において、走査範囲に対する処理が終了したことが判断されると、次いで、全てのサブアレイに対する処理が終了したかどうかが調べられる(ステップS35)。このステップS35において、全てのサブアレイに対する処理が終了していないことが判断されると、次のサブアレイに対する処理を実行するように変更される(ステップS36)。その後、ステップS32に戻り、上述した処理が繰り返される。 If it is determined in step S33 that the process for the scanning range has been completed, it is then checked whether the processes for all subarrays have been completed (step S35). If it is determined in step S35 that the processing for all subarrays has not been completed, the processing is changed to execute processing for the next subarray (step S36). Then, it returns to step S32 and the process mentioned above is repeated.
上記ステップS35において、全てのサブアレイに対する処理が終了したことが判断されると、方位抽出が行われる(ステップS37)。すなわち、測角部6は、Δ/Σの絶対値で最もレベルの低いヌル方向を測角値(検出方位)とする。この測角部6で測角された測角値は、目標方位として外部に出力される。
When it is determined in step S35 that the processing for all subarrays has been completed, orientation extraction is performed (step S37). That is, the
上述した実施例1〜実施例4に係るレーダ装置においては、ICA処理部2は、複素ICAを用いて信号を分離したが、本発明の実施例5に係るレーダ装置は、演算規模を削減できる実数ICAを用いて信号を分離したものである。
In the radar apparatus according to the first to fourth embodiments described above, the
実数ICAを用いて信号を分離する場合、測距部5における測距は実数ICAのままで行うことができるが、測角には複素信号が必要である。そこで、この実施例5に係るレーダ装置においては、信号を分離した後にフーリエ変換を行い、その後、正(または負)の周波数のみを抽出する方法等により複素信号を生成する。
When the signal is separated using the real number ICA, the distance measurement by the
まず、実数ICAの場合は、(5)式の代わりに、例えば、FAST ICAアルゴリズムの場合は、次式が用いられる(非特許文献1のp.217参照)。他の処理は、実施例1〜実施例3に係る処理と同じである。
ここで、
T ;転置
‖ ‖ ;ノルム
g ;関数
g‘ ;gの導関数
例えば、次式の通り(aは定数)。
T; transposition ‖ ;; norm g; function g ′; derivative of g For example, as in the following equation (a is a constant).
このICAのアルゴリズムは、一例であり、独立性の評価量として、尖度(4次キュムラント)を用いる方法(非特許文献1参照)等といった他の方法を用いることもできる。この実数ICAの結果に基づき、実施例1〜実施例3に係るレーダ装置と同様の方法で、測距が行われる。 This ICA algorithm is an example, and other methods such as a method using kurtosis (fourth-order cumulant) (see Non-Patent Document 1) or the like can be used as an independent evaluation amount. Based on the result of this real number ICA, distance measurement is performed by the same method as the radar apparatus according to the first to third embodiments.
次に、測角するために、実数ICAにより、復元した信号Yを、図17に示すヒルベルト変換により、複素数化することを考える。実数を単純にcoswt(sinwt)で表すと、複素数exp(jwt)は、オイラーの公式より、次式で関係づけられる。なお、オイラーの公式については、例えば『松田、ディジタル信号処理入門、日刊工業新聞社、p.119、1984』に説明されている。
ここで、
ω ;2πf
f ;周波数
t ;時間
これにより、次の方法によって、実数から複素数を算出することができる。まず、Yをフーリエ変換して、正(負)の周波数のみを抽出し、逆フーリエ変換する。これは、実数は正の周波数と負の周波数を持っている信号であるのに対して、複素数は、正か負のいずれか一方の周波数を持っていることによる。複素数化したYを用いて、抽出した目標信号Ys以外の成分をゼロにして、(3)式によりサブアレイ出力Xsを算出し、実施例4に係るレーダ装置と同様の方法で測角する。
here,
ω; 2πf
f; frequency t; time Thus, a complex number can be calculated from a real number by the following method. First, Y is Fourier transformed to extract only positive (negative) frequencies and inverse Fourier transformed. This is because a real number is a signal having a positive frequency and a negative frequency, whereas a complex number has either a positive or negative frequency. Using the complexized Y, the components other than the extracted target signal Ys are set to zero, the subarray output Xs is calculated by the equation (3), and the angle is measured by the same method as that of the radar apparatus according to the fourth embodiment.
次に、本発明の実施例5に係るレーダ装置の動作を、図18に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、図16に示した実施例1に係るレーダ装置と同じ処理を行うステップには、図16で使用した符号と同一の符号を付して説明は簡略化する。
Next, the operation of the radar apparatus according to
まず、サブアレイ入力、または、モノパルス入力およびサブアレイ変換が行われる(ステップS31)。次いで、ICA処理(ステップS12)、信号抽出(ステップS13)、信号識別(ステップS14)および測距(ステップS15)が順次行われ、その後、測角処理が行われる。測角処理では、まず、複素数変換が行われる(ステップS41)。次いで、Δビームレベルによる判定が行われる(ステップS32)。次いで、走査範囲に対する処理が終了したかどうかが調べられる(ステップS33)。このステップS33において、走査範囲に対する処理が終了していないことが判断されると、ヌル方向が変更される(ステップS34)。その後、ステップS32に戻り、上述した処理が繰り返される。 First, subarray input or monopulse input and subarray conversion are performed (step S31). Next, ICA processing (step S12), signal extraction (step S13), signal identification (step S14), and distance measurement (step S15) are sequentially performed, and then angle measurement processing is performed. In the angle measurement process, first, complex number conversion is performed (step S41). Next, determination based on the Δ beam level is performed (step S32). Next, it is checked whether or not the processing for the scanning range has been completed (step S33). If it is determined in step S33 that the process for the scanning range has not ended, the null direction is changed (step S34). Then, it returns to step S32 and the process mentioned above is repeated.
上記ステップS33において、走査範囲に対する処理が終了したことが判断されると、次いで、全てのサブアレイに対する処理が終了したかどうかが調べられる(ステップS35)。このステップS35において、全てのサブアレイに対する処理が終了していないことが判断されると、次のサブアレイに対する処理を実行するように変更される(ステップS36)。その後、ステップS32に戻り、上述した処理が繰り返される。 If it is determined in step S33 that the process for the scanning range has been completed, it is then checked whether the processes for all subarrays have been completed (step S35). If it is determined in step S35 that the processing for all subarrays has not been completed, the processing is changed to execute processing for the next subarray (step S36). Then, it returns to step S32 and the process mentioned above is repeated.
上記ステップS35において、全てのサブアレイに対する処理が終了したことが判断されると、方位抽出が行われる(ステップS37)。すなわち、測角部6は、Δ/Σの絶対値で最もレベルの低いヌル方向を測角値(検出方位)とする。この測角部6で測角された測角値は、目標方位として外部に出力される。
When it is determined in step S35 that the processing for all subarrays has been completed, orientation extraction is performed (step S37). That is, the
なお、上述した実施例5に係るレーダ装置では、実数ICAを用いて、複素数を生成して処理を実施するのが主旨であり、実数から複素数への変換については、上述した変換以外の方法を用いることができる。また、実数ICAを用いて測距し、複素数変換後、測角するように構成したが、測距も複素数変換により得られた結果を用いて実施するように構成することもできる。 In the radar apparatus according to the fifth embodiment described above, the main purpose is to generate and process a complex number using the real number ICA. For conversion from the real number to the complex number, a method other than the above-described conversion is used. Can be used. Further, the distance is measured using the real number ICA, and the angle is measured after the complex number conversion. However, the distance measurement may be performed using the result obtained by the complex number conversion.
また、本発明は、目標信号が不要波と識別できる形状であれば、パルス状でなくてもよい。また、本発明は、レーダ装置に限らず、目標信号として、不要波と区別できる信号が得られる場合は、受信装置の場合にも適用できる。また、妨害方位を測角する場合は、分離した連続妨害やパルス妨害の方位を目標信号と同様の方法で検出できる。 Further, the present invention may not be pulsed as long as the target signal has a shape that can be identified as an unnecessary wave. Further, the present invention is not limited to a radar apparatus, and can be applied to a receiving apparatus when a signal that can be distinguished from an unnecessary wave is obtained as a target signal. Further, when measuring the disturbance azimuth, the direction of the separated continuous disturbance and pulse disturbance can be detected by the same method as the target signal.
本発明は、処理規模または回路規模を小さくすることが要求されるレーダ装置または受信装置などに利用可能である。 The present invention is applicable to a radar apparatus or a receiving apparatus that is required to reduce a processing scale or a circuit scale.
1 アンテナ
2 ICA処理部
3 信号抽出部
4 信号認識部
5 測距部
6 測角部
10 円開口アンテナ
11 小型アンテナ
12、14 サブアレイ分割処理部
13 モノパルス比較器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成前のサブアレイ信号に対して複素ICA(Independent Component Analysis;独立成分分析)を行うことにより、目標信号と不要波信号とを分離するICA処理部と、
前記ICA処理部により分離された目標信号に基づき距離を計測する測距部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 A one-dimensional DBF (Digital Beam Forming) array antenna including a plurality of subarrays having different phase centers, which are arranged in one direction so as to form a circular opening and are divided in a direction orthogonal to the one direction;
By performing complex ICA (Independent Component Analysis) on the sub-array signals before monopulse synthesis sent from the plurality of sub-arrays of the one-dimensional DBF array antenna, the target signal and the unwanted wave signal are separated. An ICA processing unit;
A distance measuring unit for measuring a distance based on the target signal separated by the ICA processing unit;
A radar apparatus comprising:
前記1次元DBFアレイアンテナの複数のサブアレイから送られてくるモノパルス合成された信号をモノパルス合成前のサブアレイ信号に変換するサブアレイ分割処理部と、
前記サブアレイ分割処理部から送られてくるサブアレイ信号に対して複素ICA(Independent Component Analysis;独立成分分析)を行うことにより、目標信号と不要波信号とを分離するICA処理部と、
前記ICA処理部により分離された目標信号に基づき距離を計測する測距部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 A one-dimensional DBF (Digital Beam Forming) array antenna including a plurality of subarrays having different phase centers, which are arranged in one direction so as to form a circular opening and are divided in a direction orthogonal to the one direction;
A subarray division processing unit that converts monopulse synthesized signals sent from a plurality of subarrays of the one-dimensional DBF array antenna into subarray signals before monopulse synthesis;
An ICA processing unit that separates a target signal and an unnecessary wave signal by performing complex ICA (Independent Component Analysis) on the subarray signal sent from the subarray division processing unit;
A distance measuring unit for measuring a distance based on the target signal separated by the ICA processing unit;
A radar apparatus comprising:
前記アンテナから出力されるモノパルスビームをサブアレイ信号に変換するサブアレイ分割処理部と、
前記サブアレイ分割処理部から送られてくるサブアレイ信号に対して複素ICA(Independent Component Analysis;独立成分分析)を行うことにより、目標信号と不要波信号とを分離するICA処理部と、
前記ICA処理部により分離された目標信号に基づき距離を計測する測距部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 An antenna that outputs a monopulse beam composed of a sum signal Σ, an AZ surface difference signal ΔAZ, and an EL surface difference signal ΔEL;
A subarray division processing unit that converts a monopulse beam output from the antenna into a subarray signal;
An ICA processing unit that separates a target signal and an unnecessary wave signal by performing complex ICA (Independent Component Analysis) on the subarray signal sent from the subarray division processing unit;
A distance measuring unit for measuring a distance based on the target signal separated by the ICA processing unit;
A radar apparatus comprising:
前記測角部は、分離された実数の目標信号から複素信号を生成し、該生成した複素信号に基づきヌルステアリングにより方位を検出することを特徴とする請求項4記載のレーダ装置。 The ICA processing unit separates the target signal and the unwanted wave signal by performing real ICA on the input subarray signal,
5. The radar apparatus according to claim 4, wherein the angle measuring unit generates a complex signal from the separated real target signal and detects an azimuth by null steering based on the generated complex signal.
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