JP2009075093A - Radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルス信号を送受信するレーダ装置に関し、特に、レーダ探索領域から得られた受信信号の振幅情報を用いて前記レーダ探索領域のノイズ分布を得るものである。 The present invention relates to a radar device that transmits and receives a pulse signal, and in particular, obtains a noise distribution in the radar search region using amplitude information of a received signal obtained from the radar search region.
安全で効率的な航海を支援する目的で船舶に装備されるレーダ装置において、最適なレーダ画像を得るためには、適切に受信感度を調整し、レーダ受信機の内部で発生するホワイトノイズや、海面反射、雨雪反射等のクラッタを最適レベルで除去することが必要である。この受信感度の調整は、レーダ装置にある利得制御部で行われる。なお、以下の説明では、このホワイトノイズやクラッタなどの不要信号をノイズと称し、船、ブイ、陸地などの検出されるべき物体からの反射信号を物標エコーと称して区別する。 In order to obtain an optimal radar image in a radar device equipped on a ship for the purpose of supporting safe and efficient navigation, white noise generated inside the radar receiver, It is necessary to remove clutter such as sea surface reflection and rain / snow reflection at an optimum level. The adjustment of the reception sensitivity is performed by a gain control unit in the radar apparatus. In the following description, unnecessary signals such as white noise and clutter are referred to as noise, and a reflected signal from an object to be detected such as a ship, a buoy, and land is referred to as a target echo to be distinguished.
従来のレーダ装置における受信感度調整手法には、例えば特許文献１に記載のものがある。
この特許文献１は、受信した信号から感度調整を行うために必要な信号を抽出し、抽出した信号を計数する。そして、計数値と予め設定した基準値とを比較し、その結果に応じて利得制御信号のレベルを調整している。
As a reception sensitivity adjustment method in a conventional radar apparatus, for example, there is one described in Patent Document 1.
This patent document 1 extracts signals necessary for sensitivity adjustment from received signals and counts the extracted signals. Then, the count value is compared with a preset reference value, and the level of the gain control signal is adjusted according to the result.
また、クラッタなどの不要信号は、現画像と前画像とで連続的に発生する可能性が低いため、これを利用して、現画像と前画像との相関をとることにより、ランダムに発生するクラッタのような不要信号を除去して、必要とする物標からのエコーのみを表示することも可能である。
しかしながら、発生するホワイトノイズのレベルは、レーダ受信機ごとにそれぞれ異なるとともに、温度等の外部環境によっても変化する。また、海面反射と雨雪反射のクラッタのレベルは、それぞれ、海況と気象条件に応じて時々刻々と変化する。そのため、計数値を予め設定しておいた基準値と比較する特許文献１の方式では、前述したようなノイズレベルの変化に追従できないといった問題がある。 However, the level of generated white noise differs for each radar receiver, and also varies depending on the external environment such as temperature. In addition, the level of clutter of sea surface reflection and rain / snow reflection varies from time to time according to sea conditions and weather conditions. Therefore, the method of Patent Document 1 that compares the count value with a preset reference value has a problem that it cannot follow the change in the noise level as described above.
さらに、特許文献１では、受信信号から抽出した信号を計数しているため、感度調整を行うために必要な信号がうまく抽出できない場合には、他の信号の影響によって適切な受信感度調整を行うことができない。例えば、ホワイトノイズやクラッタを除去したいのに、抽出した信号に他のレーダからの干渉波や物標エコーが含まれているような場合には、強いレベルの信号の影響で受信感度が必要以上に低くなってしまう。そのため、弱い物標エコーは表示画面上に表示されなくなってしまうという問題がある。 Furthermore, in Patent Document 1, since the signals extracted from the received signals are counted, if the signals necessary for sensitivity adjustment cannot be extracted well, appropriate reception sensitivity adjustment is performed due to the influence of other signals. I can't. For example, if you want to remove white noise and clutter, but the extracted signal contains interference waves and target echoes from other radars, the reception sensitivity is more than necessary due to the influence of the strong signal level. It will be low. Therefore, there is a problem that weak target echoes are not displayed on the display screen.
また、相関処理を行うことにより、クラッタなどの不要信号を除去する場合は、クラッタのような不要信号を除去して、必要とする物標からのエコーのみが表示されるように現画像と前画像との重み付け量を最適化する必要がある。しかしながら、海面反射と雨雪反射のクラッタのレベルは、それぞれ、海況と気象条件に応じて時々刻々と変化し、レーダ探索領域内でも場所によってそれぞれクラッタのレベルが異なる。そのため、従来のレーダ装置は、最適な重み付け量を決定することが困難であるといった問題点も有していた。 In addition, when unnecessary signals such as clutter are removed by performing correlation processing, unnecessary signals such as clutter are removed, and only the echoes from the required target are displayed. It is necessary to optimize the amount of weighting with the image. However, the level of clutter for sea surface reflection and rain / snow reflection varies from time to time according to sea conditions and weather conditions, and the level of clutter varies depending on the location within the radar search area. Therefore, the conventional radar apparatus has a problem that it is difficult to determine an optimum weighting amount.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、環境によって時々刻々と変化するノイズレベルの情報を生成し、生成した情報に基づいて受信感度調整や相関処理などの処理を行うレーダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and generates a radar level information that changes every moment according to the environment, and performs a process such as reception sensitivity adjustment and correlation processing based on the generated information. The purpose is to provide.
本発明は、探索領域をノイズ優勢領域と物標エコー優勢領域とに分離し、ノイズ優勢領域で求めたノイズレベルのみを用いてレーダ探索領域のノイズレベルを算出する。具体的には、本発明は、パルス信号を送受信するレーダ装置において、探索領域内に予め定めた分割領域毎にノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行う領域判定部と、前記ノイズ優勢領域と判定された分割領域の受信信号から、当該分割領域のノイズレベルを算出するノイズレベル算出部と、前記ノイズレベル算出部で算出した各分割領域のノイズレベルを方位方向又は距離方向に補間或いは外挿し、レーダ探索領域のノイズ分布を得る補間処理部とを備えることを特徴とする。これにより、物標エコーが支配的な領域の影響を受けずに適正なノイズ分布を得ることができる。 The present invention separates the search area into a noise dominant area and a target echo dominant area, and calculates the noise level of the radar search area using only the noise level obtained in the noise dominant area. Specifically, in the radar device that transmits and receives a pulse signal, the present invention includes an area determination unit that determines whether a noise-dominated area or a target-echo-dominated area for each predetermined divided area in the search area, and the noise From the received signal of the divided area determined as the dominant area, a noise level calculation unit that calculates the noise level of the divided area, and the noise level of each divided area calculated by the noise level calculation unit is interpolated in the azimuth direction or the distance direction Alternatively, the image processing apparatus includes an interpolation processing unit that extrapolates and obtains a noise distribution in the radar search area. As a result, an appropriate noise distribution can be obtained without being affected by the region where the target echo is dominant.
前述の領域判定部によるノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定は、例えば、分割領域毎に生成した、受信信号の振幅を変量とする度数分布に基づいて行うことが可能であり、
度数分布に基づくノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定は、例えば、度数分布の対称性を評価することにより行うことができる。
The determination of the noise dominant region or the target echo dominant region by the above-described region determination unit can be performed based on a frequency distribution that is generated for each divided region and the amplitude of the received signal is a variable, for example,
The determination of the noise dominant region or the target echo dominant region based on the frequency distribution can be performed, for example, by evaluating the symmetry of the frequency distribution.
なお、領域判定部は、発生頻度の低い物標エコーの影響を受けずにノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うために、所定の値以上の度数に基づいて判定を行うことが好ましい。 The area determination unit performs determination based on a frequency equal to or higher than a predetermined value in order to determine whether the area is a noise dominant area or a target echo dominant area without being affected by a target echo having a low occurrence frequency. Is preferred.
また、本発明の領域判定部によるノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定は、例えば、最大度数に対応する信号振幅値と当該最大度数のＮ％（Ｎ>０）の度数に対応する信号振幅値とに基づいて行うことが可能である。
また、別の手法として、領域判定部は、最大度数のＮ％（Ｎ>０）の度数に対応する信号振幅値と、最大度数のＭ％（Ｍ>０）の度数に対応する信号振幅値とに基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うことも可能である。
The determination of whether the region is a noise dominant region or a target echo dominant region by the region determination unit of the present invention corresponds to, for example, a signal amplitude value corresponding to the maximum frequency and a frequency of N% (N> 0) of the maximum frequency. It is possible to carry out based on the signal amplitude value.
As another method, the region determination unit may include a signal amplitude value corresponding to the frequency of N% (N> 0) of the maximum frequency and a signal amplitude value corresponding to the frequency of M% (M> 0) of the maximum frequency. Based on the above, it is also possible to determine whether it is a noise dominant region or a target echo dominant region.
また、本発明の前記補間処理部は、前記ノイズレベル算出部で算出した分割領域のノイズレベルを方位方向又は距離方向に補間或いは外挿することにより、レーダ探索領域全域のノイズ分布を得ることも可能である。 The interpolation processing unit of the present invention may obtain a noise distribution in the entire radar search region by interpolating or extrapolating the noise level of the divided region calculated by the noise level calculation unit in the azimuth direction or the distance direction. Is possible.
前記補間処理部で算出されたノイズ分布は、例えば、レーダ探索領域から得られた受信信号の振幅と所定の閾値（振幅閾値）とを比較し、所定の閾値以上の振幅を有する受信信号を出力する利得制御部で利用することができる。利得制御部は、前記補間処理部で算出されたノイズ分布に基づいて受信信号の利得制御を行い、時々刻々と変化するノイズレベルに追従した受信感度調整を実現できる。 The noise distribution calculated by the interpolation processing unit, for example, compares the amplitude of the received signal obtained from the radar search area with a predetermined threshold (amplitude threshold), and outputs a received signal having an amplitude greater than or equal to the predetermined threshold. It can be used in the gain control unit. The gain control unit performs gain control of the reception signal based on the noise distribution calculated by the interpolation processing unit, and can realize reception sensitivity adjustment that follows a noise level that changes every moment.
また、前記補間処理部で算出されたノイズ分布は、現画像と過去画像の相関処理を行う相関処理部でも利用することができる。つまり、相関処理部は、前記補間処理部で算出されたノイズ分布に基づいて現画像と過去画像の重み付け量を決定し、決定した重み付け量に基づいて現画像と過去画像の相関処理を行う。これにより、時々刻々と変化するノイズレベルに応じた相関処理を実現できる。 The noise distribution calculated by the interpolation processing unit can also be used by a correlation processing unit that performs correlation processing between a current image and a past image. That is, the correlation processing unit determines a weighting amount between the current image and the past image based on the noise distribution calculated by the interpolation processing unit, and performs a correlation process between the current image and the past image based on the determined weighting amount. Thereby, the correlation process according to the noise level which changes every moment is realizable.
ところで、前述の相関処理を行う場合には、現画像と過去画像との相関処理によりノイズに埋もれた物標エコーを検出することができるが、仮に相関処理よりも前段で行う利得制御によって物標エコーがカットされているとカットされた物標エコーは相関処理によっても検出することができない。そこで、レーダ装置が受信感度調整を行う利得制御部と相関処理を行う相関処理部の両者を備える場合には、前記相関処理部が相関処理を行う場合と、行わない場合とで、前記利得制御部が受信信号の振幅と比較する振幅閾値を変更することが望ましい。 By the way, when performing the above-described correlation processing, a target echo buried in noise can be detected by the correlation processing between the current image and the past image. However, the target is temporarily controlled by gain control performed before the correlation processing. If the echo is cut, the cut target echo cannot be detected even by the correlation process. Therefore, when the radar apparatus includes both a gain control unit that performs reception sensitivity adjustment and a correlation processing unit that performs correlation processing, the gain control is performed depending on whether or not the correlation processing unit performs correlation processing. It is desirable to change the amplitude threshold that the unit compares with the amplitude of the received signal.
本発明によれば、分割領域毎にノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行い、ノイズ優勢領域と判定された領域の受信信号を用いてノイズレベルを算出することにより、物標エコーとノイズとを分離するための適正な値を算出することが可能になる。また、ノイズ優勢領域で算出したノイズレベルを補間或いは外挿することによって他の領域のノイズレベルを算出することにより、探索領域全域にわたって適正なノイズレベルを算出することが可能になる。 According to the present invention, for each divided area, it is determined whether it is a noise dominant area or a target echo dominant area, and a noise level is calculated using the received signal of the area determined to be a noise dominant area, so that the target echo is calculated. It is possible to calculate an appropriate value for separating noise from noise. In addition, by calculating the noise level of the other region by interpolating or extrapolating the noise level calculated in the noise dominant region, it is possible to calculate an appropriate noise level over the entire search region.
（実施の形態１）
船舶用のレーダ装置は、レーダアンテナから電波を送信し、物標で反射して得られた極座標系の受信データを直交座標系に変換して画像メモリに記憶した後、ラスター走査方式で表示器に表示する。ここで、受信データは、必ずしも目的とする物標で反射したものだけでなく、ホワイトノイズやクラッタなどのノイズをも含んでいる。このため、レーダ装置では、レーダ探索領域から得られた受信信号の振幅と所定の閾値とを比較し、前記所定の閾値以上の振幅を有する受信信号を出力するように、受信信号の利得制御を行っている。
図１は本発明のレーダ装置による自動利得制御処理を説明するためのブロック図である。
図１において、本発明の実施の形態１によるレーダ装置は、領域分割部１１及び判定処理部１２を備える領域判定部１３と、ノイズレベル算出部１４と、補間処理部１５と、利得制御部１６を備える。
(Embodiment 1)
A radar device for a ship transmits radio waves from a radar antenna, converts received data in a polar coordinate system obtained by reflection from a target to an orthogonal coordinate system, stores the data in an image memory, and then displays the data using a raster scanning method. To display. Here, the received data does not necessarily include data reflected by the target object, but also includes noise such as white noise and clutter. Therefore, the radar apparatus compares the amplitude of the received signal obtained from the radar search area with a predetermined threshold value, and controls the gain of the received signal so as to output a received signal having an amplitude equal to or greater than the predetermined threshold value. Is going.
FIG. 1 is a block diagram for explaining automatic gain control processing by the radar apparatus of the present invention.
1, the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention includes an area determination unit 13 including an area division unit 11 and a determination processing unit 12, a noise level calculation unit 14, an interpolation processing unit 15, and a gain control unit 16. Is provided.
領域判定部１３は、探索領域を分割して定められる複数の分割領域の各々がホワイトノイズやクラッタなどのノイズが支配的なノイズ優勢領域か、物標エコーが支配的な物標エコー優勢領域かの判定を行うものであり、領域分割部１１と判定処理部１２を備える。以下に、この領域分割部１１、判定処理部１２の処理内容について説明する。 The region determination unit 13 determines whether each of the plurality of divided regions determined by dividing the search region is a noise dominant region where noise such as white noise or clutter is dominant, or a target echo dominant region where the target echo is dominant And includes an area dividing unit 11 and a determination processing unit 12. Hereinafter, processing contents of the area dividing unit 11 and the determination processing unit 12 will be described.
領域判定部１３の領域分割部１１は、探索領域全域の受信信号から、探索領域を分割して定められる複数の分割領域の各々に含まれる受信信号を抽出する。図２は分割領域の一例を示す図である。図２において中心から外周へ向かう方向を距離方向とし、円周に沿う方向を方位方向とする。
図２の最も外側の円がレーダ装置で探索したレーダ探索領域を示し、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行う単位となる分割領域は、レーダ探索領域を距離方向及び方位方向に分割した領域である。ここでは、距離方向に５分割、方位方向に１２分割した例を示している。なお、ここで示した分割例はあくまで一例である。分割数や、各分割領域における距離方向、方位方向の幅や中心点の座標は任意に決定することが可能であるとともに、探索領域の大きさに応じて変化するようにしてもよい。また、必ずしもレーダ探索領域全域にわたって領域を分割する必要もなく、例えば、自船近傍の領域のみを分割するようにしてもよい。
The area dividing unit 11 of the area determining unit 13 extracts reception signals included in each of a plurality of divided areas determined by dividing the search area, from the reception signals in the entire search area. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of divided areas. In FIG. 2, the direction from the center to the outer periphery is the distance direction, and the direction along the circumference is the azimuth direction.
The outermost circle in FIG. 2 indicates the radar search area searched by the radar device, and the divided area which is a unit for determining whether the noise dominant area or the target echo dominant area is the radar search area in the distance direction and the azimuth direction. This is a divided area. Here, an example is shown in which the distance is divided into 5 and the azimuth is divided into 12 parts. Note that the division example shown here is merely an example. The number of divisions, the distance direction in each divided region, the width in the azimuth direction, and the coordinates of the center point can be arbitrarily determined, and may be changed according to the size of the search region. Further, it is not always necessary to divide the region over the entire radar search region. For example, only the region near the ship may be divided.
領域判定部１３の判定処理部１２は、分割領域毎に当該分割領域がホワイトノイズやクラッタなどのノイズが支配的なノイズ優勢領域か、物標エコーが支配的な物標エコー優勢領域かの判定処理を行う。 The determination processing unit 12 of the area determination unit 13 determines, for each divided area, whether the divided area is a noise dominant area in which noise such as white noise or clutter is dominant or a target echo is dominant in the target echo. Process.
レーダ装置における自動利得制御処理では、物標エコーとノイズとを分離するための適正な閾値の決定が要求される。しかしながら、レーダ受信信号は、ホワイトノイズ、クラッタ、物標エコーをさまざまな割合で含んでおり、ホワイトノイズやクラッタなどのノイズと物標エコーとが混在する領域では適正な閾値を決定することが困難である。そこで、本発明では、予め定めた分割領域毎の受信信号を抽出し、分割領域毎にノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うようにしている。 In the automatic gain control processing in the radar apparatus, it is required to determine an appropriate threshold value for separating the target echo and noise. However, the radar received signal contains white noise, clutter, and target echo in various proportions, and it is difficult to determine an appropriate threshold in an area where noise such as white noise and clutter is mixed with the target echo. It is. Therefore, in the present invention, a reception signal for each predetermined divided area is extracted, and it is determined whether each divided area is a noise dominant area or a target echo dominant area.
判定処理部１２によるノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定は、受信信号の振幅を変量とする度数分布がノイズ優勢領域と物標エコー優勢領域とで異なっていることを利用して、分割領域毎の度数分布を評価することにより行うことができる。ノイズ優勢領域と物標エコー優勢領域かの判定は、例えば、度数分布の対称性を評価することにより行うことができ、その評価に度数分布の歪度や尖度などを用いることも可能である。なお、ノイズ優勢領域と物標エコー優勢領域との具体的な判定手法については、具体例を示して後述する。 The determination processing unit 12 determines whether the noise dominant region or the target echo dominant region is a difference in the frequency distribution in which the amplitude of the received signal is a variable between the noise dominant region and the target echo dominant region. This can be done by evaluating the frequency distribution for each divided region. The noise dominant region and the target echo dominant region can be determined by, for example, evaluating the symmetry of the frequency distribution, and the skewness or kurtosis of the frequency distribution can be used for the evaluation. . A specific method for determining the noise dominant region and the target echo dominant region will be described later with a specific example.
分割領域毎の度数分布を生成するために用いる受信信号データのサンプル数には、特に制限はないが、各分割領域における度数分布の特徴が明確に、かつ安定して現われる程度のサンプル数を確保することが必要であり、例えば、各分割領域で１０００点以上のサンプル数を確保することが好適である。 The number of received signal data samples used to generate the frequency distribution for each divided area is not particularly limited, but it is ensured that the frequency distribution features in each divided area clearly and stably appear. For example, it is preferable to secure a sample number of 1000 points or more in each divided region.
図３は領域判定部１３による判定結果の一例示す。図３において灰色塗潰し部がノイズ優勢領域を示し、白色塗潰し部が物標エコー優勢領域を示す。領域判定部１３は、図３に示すように、分割領域毎に、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行い、その判定結果をノイズレベル算出部１４に出力する。 FIG. 3 shows an example of the determination result by the region determination unit 13. In FIG. 3, a gray painted portion indicates a noise dominant region, and a white painted portion indicates a target echo dominant region. As shown in FIG. 3, the region determination unit 13 determines whether each of the divided regions is a noise dominant region or a target echo dominant region, and outputs the determination result to the noise level calculation unit 14.
ノイズレベル算出部１４は、領域判定部１３による判定でノイズ優勢領域と判定された分割領域についてノイズレベルを算出する。この時、ノイズレベル算出部１４によるノイズレベルの算出は、ノイズ優勢領域と判定された分割領域の受信信号に基づいて行われる。一方で、領域判定部１３により物標エコー優勢領域と判定された分割領域については、ノイズレベル算出部１４は当該分割領域のノイズレベルを算出せず、後述する補間処理部１５がその周辺のノイズ優勢領域の閾値から補間或いは外挿することにより、当該物標エコー優勢領域のノイズレベルを算出する。 The noise level calculation unit 14 calculates the noise level for the divided region determined as the noise dominant region by the determination by the region determination unit 13. At this time, the calculation of the noise level by the noise level calculation unit 14 is performed based on the reception signal of the divided area determined as the noise dominant area. On the other hand, for the divided area determined as the target echo dominant area by the area determining unit 13, the noise level calculation unit 14 does not calculate the noise level of the divided area, and the interpolation processing unit 15 to be described later uses the surrounding noise. The noise level of the target echo dominant area is calculated by interpolation or extrapolation from the threshold of the dominant area.
つまり、本発明は、ホワイトノイズ或いはクラッタが支配的な領域の受信信号をもとにノイズ除去のための適正なノイズレベルを算出し、物標エコー優勢領域のノイズレベルについては、適正なノイズ優勢領域のノイズレベルを用いて、補間或いは外挿によって算出する。 In other words, the present invention calculates an appropriate noise level for noise removal based on a received signal in a region where white noise or clutter is dominant, and the noise level in the target echo dominant region is appropriate noise dominant. Calculation is performed by interpolation or extrapolation using the noise level of the region.
補間処理部１５は、ノイズレベル算出部１４で算出したノイズレベルを方位方向又は距離方向に補間或いは外挿する。図４は、補間処理部１５による処理を説明するための図である。図４において黒丸がノイズレベル算出部１４により算出された各分割領域のノイズレベルである。図４の例では、補間処理部１５は、ノイズレベル算出部１４で算出された分割領域のノイズレベルを当該分割領域の中心位置におけるノイズレベルとし、このノイズレベルを方位方向又は距離方向に補間或いは外挿することにより、探索領域全域のノイズ分布を算出している。補間処理部１５による補間或いは外挿処理は、例えば直線的に行うことが可能である（図５（Ａ）及び（Ｂ））。また、補間処理部１５は、補間或いは外挿後のノイズレベルの系列にメディアンフィルタや移動平均フィルタなどの平滑化処理を行うようにしてもよい。 The interpolation processing unit 15 interpolates or extrapolates the noise level calculated by the noise level calculation unit 14 in the azimuth direction or the distance direction. FIG. 4 is a diagram for explaining processing by the interpolation processing unit 15. In FIG. 4, black circles indicate the noise levels of the respective divided areas calculated by the noise level calculation unit 14. In the example of FIG. 4, the interpolation processing unit 15 sets the noise level of the divided region calculated by the noise level calculating unit 14 as the noise level at the center position of the divided region, and this noise level is interpolated in the azimuth direction or the distance direction. By extrapolating, the noise distribution of the entire search area is calculated. Interpolation or extrapolation processing by the interpolation processing unit 15 can be performed linearly, for example (FIGS. 5A and 5B). The interpolation processing unit 15 may perform a smoothing process such as a median filter or a moving average filter on the noise level series after interpolation or extrapolation.
利得制御部１６は、補間処理部１５で算出したレーダ探索領域全域のノイズ分布に基づいて、受信信号の収録位置に対応する閾値を決定する。そして、受信信号の受信信号レベルと決定した閾値とを比較して、閾値以上の受信信号レベルの信号を出力する。これにより、レーダ探索領域全域にわたって、適正な閾値を用いて受信信号の利得制御を行うことができる。 The gain control unit 16 determines a threshold corresponding to the recording position of the received signal based on the noise distribution in the entire radar search area calculated by the interpolation processing unit 15. Then, the received signal level of the received signal is compared with the determined threshold value, and a signal having a received signal level equal to or higher than the threshold value is output. Thereby, gain control of a received signal can be performed using an appropriate threshold value over the entire radar search region.
もっとも、自船から一定以上距離が離れた領域については、クラッタよりもホワイトノイズが支配的になるため、物標エコーとノイズとを分離するための閾値は、ホワイトノイズのみに対応する一定の値になる。そのため、ノイズレベル算出部１４及び補間処理部１５は、必ずしもレーダ探索領域全域に対応するノイズレベルを算出する必要はなく、自船近傍の領域についてのみノイズレベルを算出し、自船から一定以上距離が離れた領域については、ノイズレベルを算出しない、又は一定の値のノイズレベルにするようにしてもよい。 However, in areas that are more than a certain distance from the ship, white noise is more dominant than clutter, so the threshold for separating target echoes and noise is a fixed value that corresponds only to white noise. become. For this reason, the noise level calculation unit 14 and the interpolation processing unit 15 do not necessarily calculate the noise level corresponding to the entire radar search region, but calculate the noise level only for the region in the vicinity of the own ship, and a certain distance from the own ship. For a region where is separated, the noise level may not be calculated or may be set to a constant noise level.
次に、判定処理部１２が行うノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定処理の一例について図６から図８を用いて説明する。なお、ここでは、度数分布の対称性を評価する手法について説明する。 Next, an example of determination processing performed by the determination processing unit 12 as to whether the region is a noise dominant region or a target echo dominant region will be described with reference to FIGS. Here, a method for evaluating the symmetry of the frequency distribution will be described.
図６はクラッタ、ホワイトノイズ、物標エコーがそれぞれ優勢な領域の度数分布を示す図であり、受信信号の振幅を変量とする度数折線である。図６（Ａ）はクラッタが優勢な領域の度数折線を示し、図６（Ｂ）はホワイトノイズが優勢な領域の度数折線を示す。また、図６（Ｃ）は物標エコーが優勢な領域の度数折線を示す。なお、度数折線とは、度数分布のｉ番目の度数をｙ［ｉ］、ｙ［ｉ］に対応する振幅の値をｘ［ｉ］とするとき、すべての度数y［ｉ］についてｘ−ｙ直交座標上に点（ｘ［ｉ］，ｙ［ｉ］）をプロットし、これらの各点をｘ［ｉ］の小さい方から大きい方へ順に線分で結んで得られる折線を意味する。
図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、クラッタが優勢な領域或いはホワイトノイズが優勢な領域では度数折線は略左右対称となる。一方で、図６（Ｃ）に示すように、物標からのエコーが優勢な領域では度数折線は左右非対称となる。
そこで、本発明の領域判定部１３では、受信信号の振幅を変量とした度数分布の対称性を評価してノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行う。
FIG. 6 is a diagram showing a frequency distribution in a region in which clutter, white noise, and target echo are dominant, and is a frequency line with the amplitude of the received signal as a variable. FIG. 6A shows a frequency curve of a region where clutter is dominant, and FIG. 6B shows a frequency curve of a region where white noise is dominant. FIG. 6C shows a frequency line of a region where the target echo is dominant. Note that the frequency line is xy for all frequencies y [i], where y [i] is the i-th frequency of the frequency distribution and x [i] is the amplitude value corresponding to y [i]. This means a broken line obtained by plotting points (x [i], y [i]) on Cartesian coordinates and connecting these points with line segments in order from the smallest x [i].
As shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), the frequency fold line is substantially bilaterally symmetric in a region where clutter is dominant or a region where white noise is dominant. On the other hand, as shown in FIG. 6C, the frequency fold line is asymmetrical in the region where the echo from the target is dominant.
Therefore, the region determination unit 13 of the present invention evaluates the symmetry of the frequency distribution with the amplitude of the received signal as a variable, and determines whether it is a noise dominant region or a target echo dominant region.
なお、ホワイトノイズやクラッタが支配的であるが、極一部から物標エコーが得られるような分割領域から算出されるノイズレベルは、物標エコーの影響を殆ど受けない。そのため、このような分割領域はノイズ優勢領域として判定することが望ましい。そこで、判定処理部１２は、発生頻度の低い物標エコーの影響を受けずにノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うために、所定の値よりも小さい度数を無視し、所定の値以上の度数に基づいてノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行う。なお、前記所定の値は、最大度数の値のＮ％（Ｎ>０）など、最大度数の値を基準に決定することが好適である。 Although white noise and clutter are dominant, the noise level calculated from the divided area where the target echo can be obtained from a very small part is hardly affected by the target echo. Therefore, it is desirable to determine such a divided area as a noise dominant area. Therefore, the determination processing unit 12 ignores frequencies smaller than a predetermined value in order to determine whether it is a noise-dominated region or a target-echo dominant region without being affected by a target echo having a low occurrence frequency. It is determined whether it is a noise dominant region or a target echo dominant region based on the frequency equal to or greater than the value of. The predetermined value is preferably determined based on the maximum frequency value such as N% (N> 0) of the maximum frequency value.
次に、判定処理部１２が行う具体的な判定処理について説明する。
図７、図８は、本発明の利得制御装置の領域判定部による判定処理を説明するための説明図であり、図７は第１の判定手法を説明する説明図、図８は、第２の判定手法を説明する説明図である。
Next, specific determination processing performed by the determination processing unit 12 will be described.
7 and 8 are explanatory diagrams for explaining the determination processing by the region determination unit of the gain control apparatus of the present invention, FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the first determination method, and FIG. It is explanatory drawing explaining the determination method.
ここで、判定手法の説明に用いる用語の定義を示す。
度数折線上の点のx座標とy座標を、それぞれ、この点の振幅、度数と称する。
度数折線上の点のうち、最大度数を有する点を最大度数点と称する。
度数折線上の点のうち、最大度数のｋ％（０<ｋ<１００）の度数を有する点をｋ％度数点と称する。
ｋ％度数点のうち、その振幅が最大度数点の振幅よりも小さいものを下方ｋ％度数点と称する。
ｋ％度数点のうち、その振幅が最大度数点の振幅よりも大きいものを上方ｋ％度数点と称する。
Here, the definition of the term used for description of the determination method is shown.
The x-coordinate and y-coordinate of the point on the frequency line are referred to as the amplitude and frequency of this point, respectively.
Of the points on the frequency line, the point having the maximum frequency is referred to as the maximum frequency point.
Of the points on the frequency line, a point having a frequency of k% (0 <k <100) of the maximum frequency is referred to as a k% frequency point.
Among the k% frequency points, those whose amplitude is smaller than the amplitude of the maximum frequency point are referred to as lower k% frequency points.
Among the k% frequency points, the one whose amplitude is larger than the amplitude of the maximum frequency point is referred to as an upper k% frequency point.
１．第１の判定手法
図７は、本発明のレーダ装置の領域判定部による第１の判定手法を説明するための説明図であり、受信信号の振幅を変量とする度数折線の模式図である。図７（Ａ）はクラッタが優勢な領域の度数折線、図７（Ｂ）、（Ｄ）はクラッタと物標エコーが混在する領域の度数折線、図７（Ｃ）は分割領域内の極一部から物標エコーが得られているが領域全体としてはクラッタが支配的な領域の度数折線を示し、各度数折線は、最大度数で正規化されている。
1. First Determination Method FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a first determination method performed by the region determination unit of the radar apparatus according to the present invention, and is a schematic diagram of a power line with the amplitude of the received signal as a variable. 7A is a frequency curve of the area where the clutter is dominant, FIGS. 7B and 7D are frequency curve lines of the area where the clutter and the target echo are mixed, and FIG. 7C is the best in the divided area. Although the target echo is obtained from the part, the entire area shows the frequency line of the area where the clutter is dominant, and each frequency line is normalized by the maximum frequency.
第１の判定手法は、領域判定部１３が最大度数点とＮ％（０<N<１００）度数点とに基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行う。 In the first determination method, the region determination unit 13 determines whether the region is a noise dominant region or a target echo dominant region based on the maximum power point and N% (0 <N <100) power points.
領域判定部１３は、先ず、最大度数点とＮ％度数点の座標を算出する。図７に示す点Ｐが最大度数点であり、図７に示す点Ｌ１及び点Ｈ１から点Ｈ５がＮ％度数点（ここではＮ＝25）である。
次に、領域判定部１３は、最大度数点とＮ％度数点との関係から度数分布の対称性を評価する。
First, the area determination unit 13 calculates the coordinates of the maximum frequency point and the N% frequency point. Point P shown in FIG. 7 is the maximum power point, and points L 1 and H 1 to H 5 shown in FIG. 7 are N% power points (here, N = 25).
Next, the region determination unit 13 evaluates the symmetry of the frequency distribution from the relationship between the maximum frequency point and the N% frequency point.
図７に示すように、最大度数点Ｐから直線Ｌ１−Ｈ１に下ろした垂直の足をＣ1とする。また、下方Ｎ％点のうち振幅が最小である点と点Ｃ１との距離をＷＬとし、上方Ｎ％点のうち振幅が最大である点と点Ｃ１との距離をＷＨとする。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の例では、線分Ｃ１−Ｌ１の長さがＷＬとなり、線分Ｃ１−Ｈ１の長さがＷＨとなる。図７（Ｄ）の例では、線分Ｃ１−Ｌ１の長さがＷＬとなり、線分Ｃ１−Ｈ５の長さがＷＨとなる。 As shown in FIG. 7, let C 1 be a vertical foot that descends from the maximum power point P to a straight line L 1 -H 1 . Further, the distance between the point and the point C 1 amplitude is the smallest among the lower N% points and W L, the distance between the point and the point C 1 amplitude is the maximum of the upper N% point and W H . Figure 7 (A), in the example of (B), (C), the line segment C 1 -L 1 of W L becomes long, the length of the line segment C 1 -H 1 becomes W H. In the example of FIG. 7 (D), the length of the line segment C 1 -L 1 are next W L, the length of the line segment C 1 -H 5 becomes W H.
領域判定部１３はＷＬとＷＨの比を算出し、この比が一定の範囲内にあるときには度数分布が対称であると判定し、該当分割領域をノイズ優勢領域であると判定する。一方で、この比が一定の範囲内にないときには度数分布が非対称であると判定し、該当分割領域を物標エコー優勢領域であると判定する。ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定に用いる閾値（前述の「一定の範囲」）は、実測値をもとに、図７（Ａ）、（Ｃ）がノイズ優勢領域と判定され、図７（Ｂ）（Ｄ）が物標エコー優勢領域と判定されるような値を設定すればよい。 Area determination unit 13 calculates the ratio of W L and W H, determines that when this ratio is within a certain range, it is determined that the frequency distribution is symmetrical, it is the corresponding divided region noise dominated region. On the other hand, when this ratio is not within a certain range, it is determined that the frequency distribution is asymmetric, and the corresponding divided area is determined to be a target echo dominant area. 7A and 7C are determined as noise dominant regions based on actual measurement values as threshold values used for determining whether noise dominant regions or target echo dominant regions (the above-mentioned “certain range”) are used. A value may be set such that FIGS. 7B and 7D are determined as the target echo dominant region.
なお、これ以外に、上方Ｎ％度数点と下方Ｎ％度数点の個数やこれらの個数の比などを度数分布の対称性を評価する指標として用いることも可能である。また、領域判定部１３は、前述したＷＬ、ＷＨの値や、Ｎ％度数点の個数や座標などを特徴量として、ニューラルネットなどのパターン認識によりノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うようにしてもよい。 In addition, the number of the upper N% frequency points and the lower N% frequency points, the ratio of these numbers, and the like can be used as an index for evaluating the symmetry of the frequency distribution. Further, the region determination unit 13 determines whether a noise dominant region or a target echo dominant region by pattern recognition such as a neural network using the values of W L and W H described above and the number and coordinates of N% frequency points as feature amounts. You may make it perform determination of.
２．第２の判定手法
図８は、本発明のレーダ装置の領域判定部による第２の判定手法を説明するための説明図であり、受信信号の振幅を変量とする度数折線の模式図である。図８（Ａ）はクラッタが優勢な領域の度数折線、図８（Ｂ）、（Ｄ）はクラッタと物標エコーが混在する領域の度数折線、図８（Ｃ）は分割領域内の極一部から物標エコーが得られているが領域全体としてはクラッタが支配的な領域の度数折線を示し、各度数折線は、最大度数で正規化されている。
2. Second Determination Method FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a second determination method performed by the region determination unit of the radar apparatus according to the present invention, and is a schematic diagram of a power line with the amplitude of the received signal as a variable. 8A is a frequency curve of an area where clutter is dominant, FIGS. 8B and 8D are frequency curve lines of an area where clutter and target echo are mixed, and FIG. 8C is the best in the divided area. Although the target echo is obtained from the part, the entire area shows the frequency line of the area where the clutter is dominant, and each frequency line is normalized by the maximum frequency.
第２の判定手法は、領域判定部１３がＮ％（０<N<１００）度数点とＭ％（０<Ｍ<１００、Ｍ≠Ｎ）度数点とに基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行う。 In the second determination method, the region determination unit 13 determines whether the noise dominant region or the target is based on N% (0 <N <100) frequency points and M% (0 <M <100, M ≠ N) frequency points. It is determined whether it is an echo dominant region.
領域判定部１３は、先ず、Ｎ％度数点とＭ％度数点の座標を算出する。図８に示す点ＬＮ１及び点ＨＮ１から点ＨＮ５がＮ％度数点（ここではＮ＝25）であり、点ＬＭ１及び点ＨＭ１から点ＨＭ３がＭ％度数点（ここではＭ＝50）である。
次に、領域判定部１３は、Ｎ％度数点とＭ％度数点との関係から度数分布の対称性を評価する。
The area determination unit 13 first calculates the coordinates of the N% frequency point and the M% frequency point. The point L N1 and the point H N1 to the point H N5 shown in FIG. 8 are N% frequency points (here, N = 25), and the point L M1 and the point H M1 to the point H M3 are M% frequency points (here, M = 50).
Next, the region determination unit 13 evaluates the symmetry of the frequency distribution from the relationship between the N% frequency points and the M% frequency points.
ここでは、図８に示すように、下方Ｍ％点のうち振幅が最大である点ＬＭ１と、上方Ｍ％点のうち振幅が最小である点ＨＭ１との距離をＷ０とする。また、線分ＬＭ１−ＨＭ１の中点Ｃ０から直線ＬＮ１−ＨＮ１に下ろした垂線の足を点Ｃ1とする。
また、下方Ｎ％点のうち振幅が最小である点と点Ｃ１との距離をＷＬとし、上方Ｎ％点のうち振幅が最大である点と点Ｃ１との距離をＷＨとする。図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の例では、線分Ｃ１−ＬＮ１の長さがＷＬとなり、線分Ｃ１−ＨＮ１の長さがＷＨとなる。図８（Ｄ）の例では、線分Ｃ１−ＬＮ１の長さがＷＬとなり、線分Ｃ１−ＨＮ５の長さがＷＨとなる。
Here, as shown in FIG. 8, the distance between the point L M1 having the maximum amplitude among the lower M% points and the point H M1 having the minimum amplitude among the upper M% points is defined as W 0 . Further, the perpendicular foot drawn from the midpoint C 0 of the line segment L M1 -H M1 to the straight line L N1 -H N1 and the point C 1.
Further, the distance between the point and the point C 1 amplitude is the smallest among the lower N% points and W L, the distance between the point and the point C 1 amplitude is the maximum of the upper N% point and W H . FIG. 8 (A), the in the example of (B), (C), the line segment C 1 -LN 1 of W L becomes long, the length of the line segment C 1 -H N1 becomes W H. In the example of FIG. 8 (D), the length of the line segment C 1 -L N1 is W L, and the length of the line segment C 1 -H N5 becomes W H.
領域判定部１３はＷＬとＷＨの比を算出し、この比が一定の範囲内にあるときには度数分布が対称であると判定し、該当分割領域をノイズ優勢領域であると判定する。一方で、この比が一定の範囲内にないときには度数分布が非対称であると判定し、該当分割領域を物標エコー優勢領域であると判定する。ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定に用いる閾値（前述の「一定の範囲」）は、実測値をもとに、図８（Ａ）、（Ｃ）がノイズ優勢領域と判定され、図８（Ｂ）（Ｄ）が物標エコー優勢領域と判定されるような値を設定すればよい。 Area determination unit 13 calculates the ratio of W L and W H, determines that when this ratio is within a certain range, it is determined that the frequency distribution is symmetrical, it is the corresponding divided region noise dominated region. On the other hand, when this ratio is not within a certain range, it is determined that the frequency distribution is asymmetric, and the corresponding divided area is determined to be a target echo dominant area. 8A and 8C are determined to be noise dominant regions based on actual measurement values as threshold values (the above-mentioned “certain range”) used for determining whether a noise dominant region or a target echo dominant region is used. A value may be set such that FIGS. 8B and 8D are determined as the target echo dominant region.
なお、これ以外に、上方Ｎ％度数点と下方Ｎ％度数点の個数やこれらの個数の比、上方Ｍ％度数点と下方Ｍ％度数点の個数やこれらの個数の比などを度数分布の対称性を評価する指標として用いることも可能である。また、領域判定部１３は、前述したＷ０、ＷＬ、ＷＨの値や、Ｎ％度数点とＭ％度数点の個数や座標などを特徴量として、ニューラルネットなどのパターン認識によりノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うようにしてもよい。 In addition, the number of the upper N% frequency points and the lower N% frequency points, the ratio of these numbers, the number of the upper M% frequency points and the lower M% frequency points, the ratio of these numbers, etc. It can also be used as an index for evaluating symmetry. Further, the region determination unit 13 uses the values of W 0 , W L , and W H described above, and the number and coordinates of N% frequency points and M% frequency points as feature amounts, and performs noise superiority by pattern recognition such as a neural network. It may be determined whether the region is a target echo dominant region.
また、度数分布の対称性を評価してノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かを判定する前述の判定処理の結果と、次に示す［１］から［３］の判定処理の結果とに基づいて、該当分割領域がノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かを判定するようにしてもよい。これらの判定処理を適切に組み合わせることによって、誤った判定が生じる確率を低減することが可能になる。
［１］所定の値ＡＨ以上の振幅値に対応する度数の総和が所定の値SＨ以上であるときには、該当分割領域を物標エコー優勢領域であると判定する。
［２］所定の値ＡＬ以下の振幅値に対応する度数の総和が所定の値SＬ以上であるときには、該当分割領域をノイズ優勢領域であると判定する。
［３］ノイズレベル算出部１４が算出したノイズレベルが所定の値ＡＴＨ以上であるときには、該当分割領域を物標エコー優勢領域であると判定する。
ここで、所定の値ＡＨ、ＡＬ、ＡＴＨは、自船から各分割領域までの距離に応じて異なるようにしてもよい。
Further, based on the result of the above-described determination processing for evaluating the symmetry of the frequency distribution to determine whether the region is the noise dominant region or the target echo dominant region, and the results of the following determination processing [1] to [3]. Thus, it may be determined whether the corresponding divided area is a noise dominant area or a target echo dominant area. By appropriately combining these determination processes, it is possible to reduce the probability of erroneous determination.
[1] When the sum of the frequencies corresponding to the amplitude value of a predetermined value or more A H is equal to or higher than a predetermined value S H determines the corresponding divided region to be target echoes dominated region.
[2] When the sum of the frequencies corresponding to the amplitude value equal to or smaller than the predetermined value A L is equal to or larger than the predetermined value S L , the corresponding divided area is determined to be a noise dominant area.
[3] When the noise level noise level calculation unit 14 has calculated is not less than the predetermined value A TH, it is determined the corresponding divided region to be target echoes dominated region.
Here, the predetermined values A H , A L , A TH may be different according to the distance from the own ship to each divided region.
図９は、本発明の効果を説明するための説明図である。
図９（Ａ）は特定海域におけるレーダ受信信号を９bitのデジタルデータに変換して得た画像を示す図である。図９（Ａ）において、丸で囲まれている部分Ｔ１にはブイからのエコーが表示されており、四角で囲まれている部分Ｔ２には陸地からのエコーが表示されている。図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）は図９（Ａ）と同じ受信信号に対して、表示対象とする振幅値の範囲を狭くして得た画像を示す図であり、図９（Ｂ）は受信信号レベルと比較する閾値を固定した場合に得られる画像、図９（Ｃ）は受信信号レベルと比較する閾値を本発明の手法を用いて可変にした場合に得られる画像である。なお、図９において、横軸は方位（単位：deg）、縦軸は自船からの距離（単位：NM）を示す。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the effect of the present invention.
FIG. 9A is a diagram showing an image obtained by converting a radar reception signal in a specific sea area into 9-bit digital data. In FIG. 9A, an echo from the buoy is displayed in a portion T1 surrounded by a circle, and an echo from the land is displayed in a portion T2 surrounded by a square. 9B and 9C are diagrams showing images obtained by narrowing the range of amplitude values to be displayed with respect to the same received signal as in FIG. 9A. ) Is an image obtained when the threshold value to be compared with the received signal level is fixed, and FIG. 9C is an image obtained when the threshold value to be compared with the received signal level is made variable using the method of the present invention. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the direction (unit: deg), and the vertical axis indicates the distance from the ship (unit: NM).
図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示すように、閾値が固定の図９（Ｂ）では、陸地からのエコーを明瞭に視認することができるものの、ブイからのエコーはクラッタと混在してしまい、うまく視認することができない。一方で、本発明の手法を用いて閾値を制御した図９（Ｃ）では、ブイからのエコーと陸地からのエコーの両方を明瞭に視認することが可能になる。 As shown in FIG. 9B and FIG. 9C, in FIG. 9B where the threshold value is fixed, the echo from the land can be clearly seen, but the echo from the buoy is mixed with the clutter. I can not see well. On the other hand, in FIG. 9C in which the threshold value is controlled using the method of the present invention, it is possible to clearly see both the echo from the buoy and the echo from the land.
以上のように本発明によれば、探索領域内に予め定めた分割領域毎にノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行い、ノイズ優勢領域と判定された領域の受信信号を用いてノイズレベルを算出することにより、物標エコーとノイズとを分離するための適正なノイズレベルを算出することが可能になる。また、他のレーダからの干渉波や、物標エコーが受信信号に含まれているような場合であっても、ノイズ優勢領域で算出したノイズレベルを補間或いは外挿することによって他の領域のノイズ分布を算出することにより、これらの影響を受けず、適正なノイズ分布を算出することができる。
そして、このように算出した適正なノイズ分布を用いて、受信信号の受信信号レベルと比較する所定の閾値を決定することにより、利得制御部１６によって物標エコーとノイズとを適切に分離できることが可能になる。
As described above, according to the present invention, it is determined whether each of the predetermined divided areas in the search area is a noise dominant area or a target echo dominant area, and the received signal of the area determined as the noise dominant area is used. By calculating the noise level, it is possible to calculate an appropriate noise level for separating the target echo and noise. Even if interference signals from other radars or target echoes are included in the received signal, the noise level calculated in the noise dominant region can be interpolated or extrapolated. By calculating the noise distribution, an appropriate noise distribution can be calculated without being affected by these effects.
The target control echo and noise can be appropriately separated by the gain control unit 16 by determining a predetermined threshold value to be compared with the received signal level of the received signal using the appropriate noise distribution calculated in this way. It becomes possible.
（実施の形態２）
船舶用のレーダ装置には、受信データに含まれるホワイトノイズやクラッタなどのノイズを除去するための手段として、前述した利得制御処理以外にも、レーダアンテナが１回転する間に得られる今回の受信データと以前のスキャン相関処理データとの相関を繰り返し行うスキャン相関処理がある。
(Embodiment 2)
In addition to the gain control process described above, the ship's radar apparatus receives the current reception obtained during one rotation of the radar antenna as means for removing noise such as white noise and clutter contained in the received data. There is scan correlation processing in which the correlation between data and previous scan correlation processing data is repeated.
図１０は本発明のレーダ装置による相関処理を説明するためのブロック図である。
図１０において、本発明の実施の形態２によるレーダ装置は、領域分割部１１及び判定処理部１２を備える領域判定部１３と、ノイズレベル算出部１４と、補間処理部１５と、利得制御部２１と、スイープメモリ２２と、相関処理部２３と、相関処理用画像メモリ２４とを備える。なお、前述の実施の形態１によるレーダ装置と同様の構成要素については、同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
FIG. 10 is a block diagram for explaining correlation processing by the radar apparatus of the present invention.
10, the radar apparatus according to the second embodiment of the present invention includes an area determination unit 13 including an area division unit 11 and a determination processing unit 12, a noise level calculation unit 14, an interpolation processing unit 15, and a gain control unit 21. A sweep memory 22, a correlation processing unit 23, and a correlation processing image memory 24. Note that the same components as those in the radar apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
利得制御部２１は、レーダ探索領域から得られた受信信号の振幅と所定の閾値とを比較し、所定の閾値以上の振幅を有する受信信号を出力する。ここで用いる所定の閾値は、公知の手法により定めた閾値であってもよいし、前述の実施の形態1による手法により定めた閾値であってもよい。 The gain control unit 21 compares the amplitude of the received signal obtained from the radar search area with a predetermined threshold value, and outputs a received signal having an amplitude greater than or equal to the predetermined threshold value. The predetermined threshold value used here may be a threshold value determined by a known method, or may be a threshold value determined by the method according to the first embodiment described above.
スイープメモリ２２は、１スイープ分の受信信号を実時間で記憶し、次の送信により得られる受信信号が再び書き込まれるまでに、この１スイープ分のデータを相関処理部２３に出力する。 The sweep memory 22 stores the received signal for one sweep in real time, and outputs the data for one sweep to the correlation processing unit 23 until the received signal obtained by the next transmission is written again.
相関処理部２３は、スイープメモリ２２から入力される受信信号と、相関処理用画像メモリ２４に記憶されている該受信信号に対応する１回転前の画像データとを用いてスキャン相関処理を行い、相関処理後のデータを再度、相関処理用画像メモリ２４に記憶させる。 The correlation processing unit 23 performs scan correlation processing using the received signal input from the sweep memory 22 and the image data before one rotation corresponding to the received signal stored in the correlation processing image memory 24, The data after the correlation processing is stored again in the correlation processing image memory 24.
ここで、例えば、相関処理部２３は、スイープメモリ２２から入力される受信信号をＮ（ｔ）とし、相関処理用画像メモリ２４から入力される、前回までに得られた、受信信号に該当する画素位置の相関処理画像データをＷ（ｔ−１）とすると、次式を用いて、今回１回転中の相関処理画像データＷ（ｔ）を演算する。 Here, for example, the correlation processing unit 23 corresponds to the reception signal obtained from the previous time, which is input from the correlation processing image memory 24, with the reception signal input from the sweep memory 22 being N (t). Assuming that the correlation processing image data at the pixel position is W (t−1), the correlation processing image data W (t) during one rotation this time is calculated using the following equation.
Ｗ（ｔ）＝α・Ｎ（ｔ）＋β・Ｗ（ｔ−１）
α，βは任意の数であり、このα，βの値を変えることにより、相関処理結果を変更することができる。
W (t) = α · N (t) + β · W (t−1)
α and β are arbitrary numbers, and the correlation processing result can be changed by changing the values of α and β.
ここで、本発明の実施の形態２によるレーダ装置の相関処理部２３は、この現画像データと過去画像データの重み付け量であるα，βを補間処理部１５で算出したノイズ分布に基づいて決定し、決定した重み付け量に基づいて現画像データと過去画像データの相関処理を行う。
つまり、補間処理部１５により生成されたノイズ分布は、レーダ探索領域内における各画素のノイズレベルを反映した値として利用することができる。そのため、相関処理部２３は、補間処理部１５で算出したノイズ分布に基づいて、クラッタなどのノイズのレベルが高い画素領域では、１回転前の画像データとの相関を強め（相対的にαを小さくβを大きくする）、クラッタなどのノイズのレベルが低い画素領域では、１回転前の画像データとの相関を弱める（相対的にαを大きくβを小さくする）ようにする。これにより、探索領域のノイズ分布に応じた相関処理を行うことが可能になる。
Here, the correlation processing unit 23 of the radar apparatus according to the second embodiment of the present invention determines α and β, which are weighting amounts of the current image data and past image data, based on the noise distribution calculated by the interpolation processing unit 15. Then, correlation processing between the current image data and the past image data is performed based on the determined weighting amount.
That is, the noise distribution generated by the interpolation processing unit 15 can be used as a value reflecting the noise level of each pixel in the radar search region. Therefore, based on the noise distribution calculated by the interpolation processing unit 15, the correlation processing unit 23 strengthens the correlation with the image data before one rotation in a pixel region with a high noise level such as clutter (relatively α is set). In a pixel region with a low noise level such as clutter, the correlation with image data before one rotation is weakened (relatively increasing α and decreasing β). This makes it possible to perform correlation processing according to the noise distribution in the search area.
相関処理用画像メモリ２４は、スイープの１回転分、つまりレーダアンテナの１回転分の受信データ（相関処理画像データ）を記憶する容量を備え、スキャン相関処理のために、１回転前の相関処理画像データを相関処理部２３にフィードバックする。また、相関処理用画像メモリ２５は、図示されていない表示器がラスター走査されると、このラスター走査に同期して、相関処理画像データを出力する。ここで、相関処理画像データの画素データ毎のデータ値に応じて輝度や表示色を異ならせることで、オペレータはこのスキャン相関処理された画像を用いて物標の位置や動きを認識することができる。 The correlation processing image memory 24 has a capacity for storing reception data (correlation processing image data) for one rotation of the sweep, that is, one rotation of the radar antenna, and for the scan correlation processing, the correlation processing before one rotation is performed. The image data is fed back to the correlation processing unit 23. Further, when a display (not shown) is raster scanned, the correlation processing image memory 25 outputs correlation processing image data in synchronization with the raster scanning. Here, by changing the brightness and display color according to the data value for each pixel data of the correlation processed image data, the operator can recognize the position and movement of the target using the image subjected to the scan correlation processing. it can.
なお、本発明の実施の形態２によるレーダ装置の相関処理部２３の説明では、１回転前の画像データとの相関処理を行うものについて説明したが、現画像と相関処理を行う画像データは過去の画像データであればよく、例えば、過去数回転分の画像データとの相関処理を行うようにしてもよい。 In the description of the correlation processing unit 23 of the radar apparatus according to the second embodiment of the present invention, the correlation processing with the image data before one rotation has been described. However, the image data to be correlated with the current image is the past. For example, correlation processing with image data for the past several rotations may be performed.
また、図１１は本発明の別の実施例を説明するためのブロック図である。図１１と図１０の相違点は、補間処理部１５で算出されたノイズ分布が、利得制御部３１及び相関処理部２３の両方に出力され、利得制御部３１が、相関処理部２３において相関処理を行う場合と行わない場合とで受信信号の振幅と比較する閾値を変更する点にある。
物標からのエコーは現画像と前画像とで連続して得られる可能性が高い一方で、クラッタなどの不要信号は、現画像と前画像とで連続的に発生する可能性が低い。そのため、相関処理部２３により行われる相関処理は、現画像と前画像との相関をとることにより、ランダムに発生するクラッタのような不要信号を除去して、物標からのエコーをより鮮明に表示するための技術である。
FIG. 11 is a block diagram for explaining another embodiment of the present invention. The difference between FIG. 11 and FIG. 10 is that the noise distribution calculated by the interpolation processing unit 15 is output to both the gain control unit 31 and the correlation processing unit 23, and the gain control unit 31 performs correlation processing in the correlation processing unit 23. The threshold value to be compared with the amplitude of the received signal is changed depending on whether or not it is performed.
There is a high possibility that echoes from the target are obtained continuously between the current image and the previous image, while unnecessary signals such as clutter are less likely to occur continuously between the current image and the previous image. Therefore, the correlation processing performed by the correlation processing unit 23 removes unnecessary signals such as randomly generated clutter by correlating the current image and the previous image, and makes the echo from the target clearer. It is a technique for displaying.
一方で、利得制御部３１により行われる利得制御は、レーダ探索領域から得られた受信信号の受信信号レベルと所定の閾値とを比較し、所定の閾値以上の振幅を有する受信信号を出力するものである。そのため、補間処理部１５で算出されたノイズ分布に基づいて決定される所定の閾値が高い場合には、当該閾値以下のレベルを有する物標エコーはカットされてしまい、後段の相関処理部２３により相関処理を行ったとしても、カットされた物標からの信号を検出することができない。 On the other hand, the gain control performed by the gain control unit 31 compares the received signal level of the received signal obtained from the radar search area with a predetermined threshold value, and outputs a received signal having an amplitude greater than or equal to the predetermined threshold value. It is. Therefore, when the predetermined threshold value determined based on the noise distribution calculated by the interpolation processing unit 15 is high, the target echo having a level equal to or lower than the threshold value is cut, and the correlation processing unit 23 in the subsequent stage cuts the target echo. Even if correlation processing is performed, a signal from the cut target cannot be detected.
そこで、図１１に示す利得制御部３１は、相関処理部２３において相関処理を行う場合と行わない場合とで受信信号の振幅と比較する閾値を変更する。具体的には、相関処理部２３において相関処理を行う場合には、利得制御部３１は、補間処理部１５が算出したノイズ分布に基づいて定められる所定の閾値を低めの値に設定し、ノイズレベル以下の弱いレベルの物標からのエコーがカットされないようにする。これにより、後段の相関処理部２３により相関処理を行った場合には、ノイズのレベルより低いレベルの物標からのエコーを相関処理により検出することできる。 Therefore, the gain control unit 31 shown in FIG. 11 changes the threshold value to be compared with the amplitude of the received signal depending on whether or not the correlation processing is performed in the correlation processing unit 23. Specifically, when the correlation processing is performed in the correlation processing unit 23, the gain control unit 31 sets a predetermined threshold determined based on the noise distribution calculated by the interpolation processing unit 15 to a lower value, and noise Echoes from weak targets below the level are not cut. Thereby, when the correlation process is performed by the later-stage correlation processing unit 23, an echo from a target having a level lower than the noise level can be detected by the correlation process.
一方で、相関処理部２３において相関処理を行わない場合には、利得制御部３１は、補間処理部１５が算出したノイズ分布に基づいて定められる所定の閾値を所望のノイズ発生確率になるように調整し、ノイズを最適レベルで除去した信号を出力するようにする。
これにより、補間処理部１５で算出されたノイズ分布を用いて物標エコーとノイズとを適切に分離できることが可能になる。
On the other hand, when correlation processing is not performed in the correlation processing unit 23, the gain control unit 31 sets a predetermined threshold determined based on the noise distribution calculated by the interpolation processing unit 15 to a desired noise occurrence probability. Adjust to output a signal with noise removed at the optimum level.
Thereby, it becomes possible to appropriately separate the target echo and the noise using the noise distribution calculated by the interpolation processing unit 15.
なお、本発明は、本発明の各実施の形態で説明した発明の本旨を逸しない範囲で自由に設計変更可能であり、本発明の各実施の形態で説明した内容に限定されるものではない。 The present invention can be freely modified within the scope of the present invention described in each embodiment of the present invention, and is not limited to the contents described in each embodiment of the present invention. .
１１ 領域分割部
１２ 判定処理部
１３ 領域判定部
１４ ノイズレベル算出部
１５ 補間処理部
１６、２１、３１ 利得制御部
２２ スイープメモリ
２３ 相関処理部
２４ 相関処理用画像メモリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Area division part 12 Determination processing part 13 Area determination part 14 Noise level calculation part 15 Interpolation processing part 16, 21, 31 Gain control part 22 Sweep memory 23 Correlation processing part 24 Image memory for correlation processes
Claims (10)
前記ノイズ優勢領域と判定された分割領域の受信信号から、当該分割領域のノイズレベルを算出するノイズレベル算出部と、
前記ノイズレベル算出部で算出した分割領域のノイズレベルを方位方向又は距離方向に補間或いは外挿し、レーダ探索領域のノイズ分布を得る補間処理部とを備えることを特徴とするレーダ装置。 In the radar search area, an area determination unit that determines whether each of the predetermined divided areas is a noise dominant area or a target echo dominant area;
A noise level calculation unit for calculating a noise level of the divided area from a reception signal of the divided area determined as the noise dominant area;
A radar apparatus comprising: an interpolation processing unit that interpolates or extrapolates the noise level of the divided region calculated by the noise level calculating unit in an azimuth direction or a distance direction to obtain a noise distribution of the radar search region.
前記領域判定部は、前記分割領域毎の、受信信号の振幅を変量とする度数分布に基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を前記分割領域毎に行うことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein
The region determination unit determines, for each of the divided regions, a noise dominant region or a target echo dominant region for each of the divided regions based on a frequency distribution with the amplitude of the received signal as a variable. Radar device.
前記領域判定部は、前記度数分布の対称性を評価することにより、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 2, wherein
The radar apparatus according to claim 1, wherein the region determination unit determines whether the region is a noise dominant region or a target echo dominant region by evaluating symmetry of the frequency distribution.
前記領域判定部は、所定の値以上の度数に基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 2 or 3,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the area determination unit determines whether the area is a noise dominant area or a target echo dominant area based on a frequency equal to or greater than a predetermined value.
前記領域判定部は、最大度数に対応する信号振幅値と該最大度数のＮ％（０<N<１００）の度数に対応する信号振幅値とに基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 2, wherein
The region determination unit is configured to generate a noise dominant region or a target echo dominant region based on a signal amplitude value corresponding to the maximum frequency and a signal amplitude value corresponding to a frequency of N% (0 <N <100) of the maximum frequency. A radar apparatus characterized by determining whether or not.
前記領域判定部は、最大度数のＮ％（０<N<１００）の度数に対応する信号振幅値と、最大度数のＭ％（０<Ｍ<１００、Ｍ≠Ｎ）の度数に対応する信号振幅値とに基づいて、ノイズ優勢領域か物標エコー優勢領域かの判定を行うことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 2, wherein
The region determination unit includes a signal amplitude value corresponding to a frequency of N% (0 <N <100) of the maximum frequency and a signal corresponding to a frequency of M% (0 <M <100, M ≠ N) of the maximum frequency. A radar apparatus, wherein a determination is made whether a noise dominant region or a target echo dominant region based on an amplitude value.
前記補間処理部は、前記ノイズレベル算出部で算出した分割領域のノイズレベルを方位方向又は距離方向に補間或いは外挿することにより、レーダ探索領域全域のノイズ分布を得ることを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The interpolating unit obtains a noise distribution in the entire radar search region by interpolating or extrapolating the noise level of the divided region calculated by the noise level calculating unit in the azimuth direction or the distance direction. .
レーダ探索領域から得られた受信信号の振幅と所定の閾値とを比較し、所定の閾値以上の振幅を有する受信信号を出力する利得制御部をさらに備え、
前記利得制御部は、前記補間処理部で算出したレーダ探索領域のノイズ分布に基づいて前記所定の閾値を決定し、受信信号の利得制御を行うことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein
A gain control unit that compares the amplitude of the received signal obtained from the radar search area with a predetermined threshold and outputs a received signal having an amplitude equal to or greater than the predetermined threshold;
The radar apparatus according to claim 1, wherein the gain control unit determines the predetermined threshold based on a noise distribution in a radar search area calculated by the interpolation processing unit, and performs gain control of a received signal.
現画像と過去画像の相関処理を行う相関処理部を備え、
前記利得制御部は、前記相関処理部において相関処理を行う場合と行わない場合とで受信信号の振幅と比較する前記所定の閾値を変更することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 8, wherein
A correlation processing unit that performs correlation processing between the current image and the past image,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the gain control unit changes the predetermined threshold to be compared with an amplitude of a received signal depending on whether or not the correlation processing is performed in the correlation processing unit.
現画像と過去画像の相関処理を行う相関処理部を備え、
前記相関処理部は、前記補間処理部で算出したノイズ分布に基づいて、現画像と過去画像の重み付け量を決定し、決定した重み付け量に基づいて現画像と過去画像の相関処理を行うことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein
A correlation processing unit that performs correlation processing between the current image and the past image,
The correlation processing unit determines a weighting amount between the current image and the past image based on the noise distribution calculated by the interpolation processing unit, and performs a correlation process between the current image and the past image based on the determined weighting amount. A characteristic radar device.
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