JP2009128165A

JP2009128165A - 不要波抑圧装置

Info

Publication number: JP2009128165A
Application number: JP2007303102A
Authority: JP
Inventors: Kenji Horiuchi; 健志堀内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-06-11

Abstract

【課題】受信したパルスから地表面の反射波等の不要信号を抑圧する不要波抑圧装置において、計算処理負荷を軽減させた上で所望の不要信号の抑圧効果を得る。
【解決手段】マトリクスから特定のレンジセルを選択するデータ選択部と、データ選択部によって選択されたレンジセルの共分散行列を計算する共分散行列算出部と、この共分散行列に対して小行列を構成して、これらの小行列に対して移動平均処理を実行して平均共分散行列を算出する移動平均部と、平均共分散行列の逆行列を算出する逆行列算出部と、この逆行列を用いてフィルタを生成し、マトリクスから出力された特定のレンジセルのデータから不要信号を抑圧するフィルタ部とを備えて、不要波抑圧装置を構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、航空機等の移動プラットフォームに搭載され、車両のような低速度の移動目標を検出するために、地表面の反射波等の不要信号を抑圧する不要波抑圧装置に関するものである。

従来、所定長さの処理レンジセルに対応するメモリを有し、その処理レンジセルを時間軸上で複数個に分割して、この分割された区分内で、その区分内のレンジセルにおける共分散行列を算出するレーダ装置用の不要波抑圧装置が知られている。この不要波抑圧装置では、複数のレンジセルのデータを用いて、フィルタのウェイト計算を行っていた。また、不要波抑圧装置を構成しているアンテナの数と、受信したパルス数で与えられるマトリクスの次数を変えずに、フィルタのウェイト計算を行っていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３３２５号公報

従来の不要波抑圧装置では、地表の状態による変動を抑えて、安定したフィルタを得るために、複数のレンジセルのデータを用いて共分散行列を計算して、フィルタのウェイトを求めていた。また、フィルタの自由度を確保するために、不要波抑圧装置を構成しているアンテナの数と、受信したパルス数で与えられるマトリクスの次数を変えずに、フィルタのウェイト計算を行っていた。
このため、ウェイト計算時に、計算処理負荷が増大するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、計算処理負荷を軽減させた上で、所望の不要波抑圧効果を得ることを目的とする。

この発明による不要波抑圧装置は、複数個のパルスを送信する送信アンテナと、上記送信アンテナに接続された送信部と、一定の間隔で配置された複数個の受信アンテナと、上記各受信アンテナに接続された受信部と、上記各受信アンテナが受信したパルスを一定の時間間隔で分割し格納するレンジセルを設け、当該レンジセルを複数個のパルスに対して配置したマトリクスを形成し、このマトリクスを用いてフィルタを生成して、受信したパルスから不要信号を抑圧する信号処理部とを備え、
上記信号処理部は、上記マトリクスから特定のレンジセルを選択するデータ選択部と、上記データ選択部によって選択された特定のレンジセルの共分散行列を計算する共分散行列算出部と、上記共分散行列に対して複数の小行列を構成し、これら小行列に対して移動平均処理を実行して平均共分散行列を算出する移動平均部と、上記移動平均部から出力される平均共分散行列の逆行列を算出する逆行列算出部と、上記逆行列算出部から出力される逆行列を用いて上記フィルタを生成し、上記マトリクスから得られる上記特定のレンジセルのデータについて、上記不要信号を抑圧するフィルタ部とを有したものである。

この発明によれば、単一レンジセルのデータを用いて共分散行列を計算し、アンテナ数
と受信したパルス数で与えられるマトリクスの次数を縮小して、フィルタのウェイトを計
算し、計算処理の負荷を軽減することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の不要波抑圧装置の構成を説明した図である。
図において、送信部１は、一定の時間間隔でパルスを生成して出力する。送信アンテナ２は、送信部１から入力されたパルスを地表面に向けて放射する。受信アンテナ３は、一定の間隔で複数個配置されて構成される。受信アンテナ３は、地表面から反射されたパルスを受信する。受信部４は受信アンテナ３に接続され、受信したパルスを受信処理して出力する。信号処理部５は、複数の受信部４から入力されたパルスを一定の時間間隔で分割して格納するレンジセルを設けて配置し、これを複数個のパルスに対して配置したマトリクス７を形成し、図示しない記憶装置に格納する。信号処理部５は、このマトリクス７を用いてフィルタを生成し、生成したフィルタを用いて、受信したパルスから地表面の反射波等の不要信号を抑圧し、出力信号として出力する。

次に動作について、図１と図２を用いて説明する。
図２はマトリクスにおけるデータの配列を示す説明図である。Ｎ個の受信アンテナが受信したＭ個のパルスについて、それぞれＫ個のレンジセルに分割して、データを配置している。データ選択部６は、外部装置（図示せず）から適宜設定入力されるレンジセルの指定情報に基いて、フィルタ生成に用いるレンジセルのデータ（図２のＸ）と、フィルタにより不要信号を抑圧するレンジセルのデータ（図２のＹ）を選択する。なお、レンジセルの指定情報は、人手によってセルＸ、Ｙを選択するための情報が指定されたり、もしくは総当りでセルＸ、Ｙの組合せを順次切替えるための情報が設定入力される。ここでは、その指定情報の生成については説明を省く。

共分散行列算出部８は、データ選択部６に選択されたレンジセルのデータＸを、マトリクス７の格納先から出力して、式（1）で定義される共分散行列Ｒを算出する。ここで、Ｈは共役転置を表わしている。

移動平均部９は、共分散行列算出部８から出力された共分散行列Ｒに対して、その対角項に沿って、次数ｎ×ｍの小行列Ｒ_iをＬ個構成する。さらに、移動平均部９は、このＬ個の小行列を平均して、式（2）で定義される平均共分散行列ｒを算出する。

逆行列算出部１０は、平均共分散行列ｒの逆行列ｒ^-1を算出する。

フィルタ部１１は、式（3）で計算されるステアリングベクトルｖ_dを算出する。

また、ψは式（6）で定義される空間周波数、ωは式（7）で定義される規格化ドップラー周波数、ｄは受信アンテナの間隔、λは送信パルスの波長、ＰＲＩは送信パルスの繰り返し周期、ｖは不要波抑圧装置を搭載するプラットフォームの速度、θはパルスの照射方向と水平方向のなす角、φはパルスの照射方向とプラットフォームの進行方向の法線とのなす角である。

フィルタ部１１は、逆行列算出部１０から出力された平均共分散行列の逆行列ｒ^-1
と、ステアリングベクトルｖ_dを用いて、式（8）で定義されるフィルタＷを計算する。

さらに、フィルタ部１１は、データ選択部６に選択されたレンジセルのデータＹを、マトリクス７の格納先から出力して、式（9）に示す演算を行い、出力信号Ｚを得る。ここで、Ｈは共役転置を表している。

以上のように、この実施の形態１によれば、複数個のパルスを送信する送信アンテナ２と、送信アンテナ２に接続された送信部１と、一定の間隔で配置された複数個の受信アンテナ３と、各受信アンテナに接続された受信部４と、上記各受信アンテナが受信したパルスを一定の時間間隔で分割して格納するレンジセルを設け、当該レンジセルを複数個のパルスに対して配置したマトリクス７を形成し、このマトリクス７を用いてフィルタを生成して、受信したパルスから不要信号を抑圧する信号処理部５とを備え、信号処理部５は、マトリクス７から特定のレンジセルを選択するデータ選択部６と、データ選択部６によって選択された特定のレンジセルの共分散行列を計算する共分散行列算出部８と、上記共分散行列に対して複数の小行列を構成し、これら小行列に対して移動平均処理を実行して平均共分散行列を算出する移動平均部９と、移動平均部９から出力される平均共分散行列の逆行列を算出する逆行列算出部１０と、逆行列算出部１０から出力される逆行列を用いてフィルタを生成し、マトリクス７から得られる上記特定のレンジセルのデータについて、不要信号を抑圧するフィルタ部１１とを有して、不要波抑圧装置を構成する。
これにより、単一レンジセルのデータを用いて共分散行列を計算し、アンテナの数と受信したパルス数で与えられるマトリクスの次数を縮小して、フィルタのウェイトを計算し、計算処理の負荷を軽減することができる。

実施の形態２．
この実施の形態２では、実施の形態１における移動平均部９の次段に設けた固有値解析部１２において、平均共分散行列ｒの固有値解析を実行し、得られた固有値λ_iを判定部１３に出力する。次いで、判定部１３は、式（１０）で示される行列式｜r｜を計算する。

判定部１３は、図４に示すフローチャートに従って、行列式｜r｜が零の場合、平均共分散行列が特異であると判断し、小行列変更部１４に対して小行列次数の変更を指令する。これを受けて、小行列変更部１４は、移動平均部９に対して小行列の次数を１つ繰り下げて、次数（ｍ×ｎ−1）に変更して、移動平均を実行する。行列式｜r｜が零でない場合、判定部１３は平均共分散行列が特異でないと判定し、その次数の平均共分散行列を逆行列算出部１０に出力する。

以上のように、実施の形態２においては、実施の形態１の構成に加えて、移動平均部９から出力される平均共分散行列を固有値解析する固有値解析部１２と、固有値解析部１２から得られた固有値の累積を計算し、この累積値をもとに平均共分散行列が特異であるか否かを判定する判定部１３と、判定部１３により平均共分散行列が特異であると判定された場合に、移動平均部９における移動平均処理に用いる小行列の次数を１つ繰り下げて実行させる小行列変更部１４とを備えたことを特徴としている。
これにより、平均共分散行列が特異の場合に、逆行列算出部において、逆行列が算出することができなくなる問題を改善することができる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、実施の形態１における移動平均部９の次段に設けた固有値解析部１２において、平均共分散行列ｒの固有値解析を実行し、得られた固有値λ_iから最小固有値λ_minを計算する。また、最小固有値λ_minに基づいて、その電力を設定した擬似雑音を生成して、逆行列算出部１０に出力する擬似雑音生成部１５を設ける。逆行列算出部１０は、式(１１)のように擬似雑音を、移動平均部から出力された平均共分散行列に付加する。

以上のように、実施の形態３においては、実施の形態１の構成に加えて、固有値解析部１２から得られた固有値から最小固有値を求め、この最小固有値に基づいて、その電力を設定した擬似雑音を生成し、移動平均部９により得られた平均共分散行列に、上記擬似雑音を付加する擬似雑音生成部を有する。
これにより、平均共分散行列が特異の場合に、逆行列算出部において、逆行列が算出することができなくなる問題を改善し、判定部１３で行われる小行列次数変更のループ処理の収束を速めることができる。

実施の形態１による不要波抑圧装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１によるマトリクスの説明図である。実施の形態２による不要波抑圧装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２による小行列変更部の動作フローの説明図である。実施の形態３による不要波抑圧装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１送信部、２送信アンテナ、３受信アンテナ、４受信部、５信号処理部、６データ選択部、７マトリクス、８共分散行列算出部、９移動平均部、１０逆行列算出部、１１フィルタ部、１２固有値解析部、１３判定部、１４小行列変更部、１５擬似雑音生成部。

Claims

複数個のパルスを送信する送信アンテナと、
上記送信アンテナに接続された送信部と、
一定の間隔で配置された複数個の受信アンテナと、
上記各受信アンテナに接続された受信部と、
上記各受信アンテナが受信したパルスを一定の時間間隔で分割し格納するレンジセルを設け、当該レンジセルを複数個のパルスに対して配置したマトリクスを形成し、このマトリクスを用いてフィルタを生成して、受信したパルスから不要信号を抑圧する信号処理部とを備え、
上記信号処理部は、
上記マトリクスから特定のレンジセルを選択するデータ選択部と、
上記データ選択部によって選択された特定のレンジセルの共分散行列を計算する共分散行列算出部と、
上記共分散行列に対して複数の小行列を構成し、これら小行列に対して移動平均処理を実行して平均共分散行列を算出する移動平均部と、
上記移動平均部から出力される平均共分散行列の逆行列を算出する逆行列算出部と、
上記逆行列算出部から出力される逆行列を用いて上記フィルタを生成し、上記マトリクスから得られる上記特定のレンジセルのデータについて、上記不要信号を抑圧するフィルタ部とを有したことを特徴とする不要波抑圧装置。
複数個のパルスを送信する送信アンテナから送信され、一定の間隔で配置された複数個の受信アンテナで受信したパルスのデータを格納する、一定の時間間隔で分割したレンジセルを設け、当該レンジセルを複数個のパルスに対して配置したマトリクスを形成し、このマトリクスを用いてフィルタを生成して、受信したパルスから不要信号を抑圧する信号処理部を備え、
上記信号処理部は、
上記マトリクスから特定のレンジセルを選択するデータ選択部と、
上記データ選択部によって選択された特定のレンジセルの共分散行列を計算する共分散行列算出部と、
上記共分散行列に対して複数の小行列を構成し、これら小行列に対して移動平均処理を実行して平均共分散行列を算出する移動平均部と、
上記移動平均部から出力される平均共分散行列の逆行列を算出する逆行列算出部と、
上記逆行列算出部から出力される逆行列を用いて上記フィルタを生成し、上記マトリクスから得られる上記特定のレンジセルのデータについて、上記不要信号を抑圧するフィルタ部とを有したことを特徴とする不要波抑圧装置。
上記移動平均部から出力される平均共分散行列を固有値解析する固有値解析部と、
上記固有値解析部から得られた固有値の累積を計算し、この累積値をもとに平均共分散行列が特異であるか否かを判定する判定部と、
この判定部により平均共分散行列が特異であると判定された場合に、上記移動平均部における移動平均処理に用いる小行列の次数を１つ繰り下げて実行させる小行列変更部とを有したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の不要波抑圧装置。
上記固有値解析部から得られた固有値から最小固有値を求め、この最小固有値に基づいて、その電力を設定した擬似雑音を生成し、上記移動平均部により得られた平均共分散行列に、上記擬似雑音を付加する擬似雑音生成部を有したことを特徴とする請求項３記載の不要波抑圧装置。