JP2009250925A - レーダ信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 追尾レーダによる目標検出において、同レンジに２目標検出された際に、両目標をトラッキングし、そのレンジ及び受信信号強度の挙動を継続して観測する事により真の目標とＪＥＭの判別をすることが可能なレーダ信号処理装置を得る。
【解決手段】 目標で反射された受信電波を観測し、前記目標の検出信号とＪＥＭ（Jet Engine Modulation）により変調された検出信号とを判別して、前記目標を検出するレーダ信号処理装置であって、前記受信電波の振幅の比較に基づき前記目標の候補として複数検出された同一レンジセル内にある検出信号の各々について所定時間その強度変化を計測し、前記強度変化が所定の範囲内である検出信号を前記目標の検出信号であると判断し、前記強度変化が所定の範囲を越える検出信号を前記ＪＥＭにより変調された検出信号であると判断する目標判別部を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、目標をより正確に検出するレーダ信号処理装置に関するものである。

従来、この種の追尾レーダとして、アンテナを介して目標に向け放射する送信パルスを発生する送信機と、アンテナを介して目標で反射された電波を受信、増幅、位相検波を行う受信機と、その出力信号をＡ／Ｄ変換（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ：以下、Ａ／Ｄ変換とする）する変換器と、その出力をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：以下、ＦＦＴとする）処理する信号処理器と、ＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ：以下、ＣＦＡＲとする）定数であるリファレンスセル数またはガードセル数を、受信信号の強度に応じて決定する決定回路と、その決定されたリファレンスセル数またはガードセル数でＣＦＡＲ処理を行う信号処理器とを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。

ここで、ＣＦＡＲ処理は周波数セル上で行うものであり、受信信号の強度の増加に応じて、ＣＦＡＲ処理のパラメータであるガードセル数、リファレンスセル数が変化し、目標信号がリファレンスセルに漏れこむのを抑え、リファレンスセル内のノイズ強度を抑え、ターゲット検出性能の劣化を防ぐものである。

また、ジェットエンジンを搭載した航空機を上記の追尾レーダで観測した場合には、ジェットエンジンのタービン等の回転部位により目標レーダエコーに変調が掛かり検出されるＪＥＭ（Ｊｅｔ Ｅｎｇｉｎｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下、ＪＥＭとする）と言う現象がある。

従来、このＪＥＭ発生の有無を検出する方法として、受信信号のパワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部と、算出されたパワースペクトルの自己相関関数を算出する自己相関関数算出部と、算出された自己相関関数を、当該自己相関関数から算出した標準偏差に基づいて設定した閾値と比較することにより目標に回転体が存在するか否かを判定する判定部を備えるレーダ装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−２４９９４６号公報 特開２００７−２１８６３４号公報

しかしながらジェットエンジンを搭載した航空機をレーダで観測した場合、従来の追尾レーダはＪＥＭの発生する可能性により目標検出性能が劣化する問題がある。
特許文献２のレーダ装置は受信信号のパワースペクトル及び自己相関関数を利用した算出処理からＪＥＭ発生の有無を検出する技術であって、受信信号のレンジ及び強度の挙動観測により真の目標とＪＥＭの判別を行う技術までは示されていない。

この発明は、以上の問題を解決するためのものであり、目標信号の検出を行い同レンジに２目標検出された際に、目標をトラッキングし、そのレンジ及び受信信号強度の挙動を継続して観測する事により真の目標とＪＥＭの判別をすることが可能なレーダ装置を得る事を目的とする。

この発明のレーダ信号処理装置は、目標で反射された受信電波を観測し、前記目標の検出信号とＪＥＭ（Ｊｅｔ Ｅｎｇｉｎｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により変調された検出信号とを判別して、前記目標を検出するレーダ信号処理装置であって、前記受信電波の振幅の比較に基づき前記目標の候補として複数検出された同一レンジセル内にある検出信号の各々について所定時間その強度変化を計測し、前記強度変化が所定の範囲内である検出信号を前記目標の検出信号であると判断し、前記強度変化が所定の範囲を越える検出信号を前記ＪＥＭにより変調された検出信号であると判断する目標判別部を備えるようにした。

この発明のレーダ信号処理装置によれば、真の目標とＪＥＭとの判別を可能として、目標をより精度よく検出することができる。

実施の形態１．

まず、従来の目標信号の検出例について説明する。図７は、従来の目標信号の検出の一例を示したものである。図７において、２０１及び２０２は目標信号を判断する強度閾値２０３を超えた信号であるが、図７の結果からは、２０１及び２０２は「真の目標２機のものである」のか、「どちらか一方が真の目標で他方がその目標のＪＥＭである」のかの判別が出来ない。
また、ＪＥＭが発生する可能性があると、複数目標の信号が検出された場合に、その信号が「全て真の目標によるものである」のか、「真の目標にＪＥＭが含まれて検出されたものである」かの判別をすることが出来ない。図７で示したように複数目標の信号が検出された場合には、真の目標を正確に判別する必要がある。

図１は、本発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置１１１の構成を示すブロック図である。
図１において、アンテナ１０２は送信機１０１で発生した送信パルスを電波として目標に放射し、受信機１０４は目標で反射された電波をアンテナ１０２を介して受信し、受信信号としてレーダ信号処理装置１１１に出力する。
レーダ信号処理装置１１１は、受信機１０４からの受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１０５と、Ａ／Ｄ変換後の信号に対してサイドローブ低減のためのウェイティング処理を施すウェイティング処理器１０６と、ウェイティング処理後の信号に対しＦＦＴ処理を施し、周波数軸信号に変換する周波数分析器１０７と、ＦＦＴ処理後の信号の振幅（振幅検出信号）を出力する振幅検出器１０８と、振幅検出信号に対して、目標をトラッキングし、そのレンジ及び受信信号強度の挙動を継続して観測する事により真の目標とＪＥＭとを判別する目標判別器１０９と、目標判別結果を元に、真の目標を検出する目標検出器１１０から構成される。

レーダ信号処理装置１１１において、Ａ／Ｄ変換後の信号にＦＦＴ処理を施し、ＦＦＴ処理後の信号の振幅（振幅検出信号）を出力する処理については、例えば特許文献１等に記載された従来技術と同様であるため、その説明を省略し、ここでは、目標とＪＥＭとを判別する目標判別器１０９の構成と動作について説明する。
なお、目標判別器の各処理においては、追尾レーダで目標検出をする際に、目標単独で検出されることはあってもその目標のＪＥＭのみが単独で検出されることは無いという前提に基づき、以下の処理を説明する。

図２は本発明における目標判別器１０９の構成を図示したものである。
図２において、目標判別器１０９は、振幅検出器１０８が出力する振幅検出信号から目標数を判別する目標数判別部１２０と、レンジの比較を行う信号レンジ比較部１２１と、信号強度の時間的変化を比較する信号強度変化比較部１２２とからなる。

図３は目標判別器１０９の処理フローを説明する図である。
図３において、振幅検出器から出力された振幅検出信号は目標数判断部１２０に入力される。目標数判断部１２０では予めパラメータとして保持している目標の信号を判別するための強度閾値を超えた信号の数を目標数として判断する（ステップＳ０１）。

目標数判断部１２０において、目標が単数（１個）であると判断された場合は、検出された目標は目標１機のものであり、ＪＥＭは存在しないとしてその判別結果を目標検出器に出力する。
図４は、振幅検出信号の一例を示した図である。図４において、４０２はあらかじめパラメータとして保持している目標の信号の判別するための強度閾値である。目標数判別部１２０は振幅検出信号がこの閾値を超えると検出信号として検出する。図４において４０１は目標信号として判別された検出信号を表す。
一方、目標数判断部１２０において目標が複数ある（検出信号が複数ある）と判断された場合は、その複数の検出信号のトラッキングを開始し、信号レンジ比較部１２１での処理に移行する。なお、ここでは簡単のため、２個の検出信号が検出された場合について説明する。

信号レンジ比較部１２１では、目標数判断部で複数目標であると判断された検出信号のレンジセル（すなわち、目標が検出された距離範囲）を比較する（Ｓ０３）。
２個の目標のレンジセルが異なる場合は、検出された２個の目標は各々２機存在する目標の検出信号であり、ＪＥＭは存在しないと判断して目標検出器に出力する。
一方、２個の目標のレンジセルが同一である場合は、信号強度変化比較部の処理に移行する。

なお、上記信号レンジ比較部における判断は、２目標が真の目標１機とその目標のＪＥＭであった場合、一般的な追尾レーダでは真の目標の大きさに比べてレンジ分解能の方が大きいことにより、その２目標は同一レンジセルで検出され、異なるレンジセルで検出されることは無いという考えに基づいている。

図５は、信号レンジ比較部１２１において検出された２目標が真の目標２機のものであると判断される場合の、振幅検出信号の一例を図示したものである。
図５において、５０１は検出された目標２機の中の１機の検出信号、５０２は検出された目標２機の中の他の１機の検出信号、５０３は強度閾値であり図４の強度閾値４０２と同じものである。

次に、検出された２つの目標候補がレンジセルが同一である場合に、信号強度変化比較部において、どちらの目標候補が真の目標であるかを判断する（Ｓ０４）。
信号強度変化比較部１２２は、信号レンジ比較部が検出した目標候補の検出信号の強度を時系列に計測し、その時間変化を比較する。
信号強度変化比較部１２２は、予め、信号強度の変化を比較する際に用いる信号強度変化閾値を定めておく。たとえば、予め、目標が取り得る信号強度の変化の範囲を設定し、その下限値を信号強度変化閾値として定めておく。

一般的にＪＥＭの信号強度は、自らのレーダが目標とする機体のジェットエンジンすなわち真の目標に正対した場合に最大となり、自レーダが目標とする機体のジェットエンジンすなわち真の目標の側面と対した場合に最小となる。このＪＥＭの最大信号強度Ｐmaxから最小信号強度Ｐminへの信号強度変化は真の目標の信号強度変化に比して十分大きいことから、目標候補の検出信号の強度を所定時間計測し、その強度変化に着目することで、目標の検出信号であるか否かを判断することが可能となる。

図６は、信号強度変化比較部１２２で処理する振幅検出信号の一例を図示したものである。
図６において、６０１と６０２は共に信号レンジ比較部１２１で検出された検出信号（目標候補となる検出信号）であり、これらの検出信号６０１と６０２は同一のレンジセル内に存在している。
６０３は強度閾値であり図４の強度閾値２０３と同じものである。６０４は先に説明した信号強度変化閾値である。信号強度変化比較部１２２は、検出信号６０１と６０２をトラッキングしてその強度を時系列に測定する。

２つの検出信号をトラッキングし所定時間計測した結果、一方の信号の信号強度が変化して信号強度変化閾値６０４を下回り、他方の信号強度はこの信号強度変化閾値６０４を下回らない場合、信号強度変化比較部１２２は、２つの検出信号のうち、信号強度変化閾値６０４を下回らない検出信号を真の目標と判別し、他の検出信号をその目標のＪＥＭであると判断して、その結果を目標検出器１１０に出力する。

２目標の信号強度変化が上記を満たさない場合には、２目標をそれぞれ真の目標と目標のＪＥＭであると判断する事が出来ないが、少なからず真の目標１機を検出したとして、引き続きトラッキングを継続するためにループ処理３０４によって信号レンジ比較部３０２へと出力され、上記の処理を繰返し行う。

このように本発明のレーダ処理装置は、目標判別器１０９を備え、この目標判別器１０９の信号強度変化比較部は、振幅検出器１０８で検出された検出信号をトラッキングしてその強度変化を時系列で測定する。これにより、同一レンジセルに複数の検出信号がある場合であっても目標とＪＥＭとを判別することが可能となる。

実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の目標判別器の構成を示す図である。 実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の目標判別器の処理フローを説明する図である。 目標数判断部における振幅検出信号の一例を図示したものである。 信号レンジ比較部における目標信号検出結果の一例を図示したものである。 信号強度変化比較部における目標信号検出結果の一例を図示したものである。 従来の追尾レーダにおける目標信号検出の一例を図示したものである。

符号の説明

１０１ 送信機、１０２ アンテナ、１０３ 送受切替器、１０４ 受信機、１０５ Ａ／Ｄ変換器、１０６ ウェイティング処理器、１０７ 周波数分析器、１０８ 振幅検出器、１０９ 目標判別器、１１０ 目標検出器、１１１ レーダ信号処理装置、１２０ 目標数判別部、１２１ 信号レンジ比較部、１２２ 信号強度変化比較部、２０３ 強度閾値、３０１ 目標数判断部、３０２ 信号レンジ比較部、３０３ 信号強度変化比較部、３０４ ループ処理、６０４ 信号強度変化閾値

Claims (2)

1. 目標で反射された受信電波を観測し、前記目標の検出信号とＪＥＭ（Ｊｅｔ Ｅｎｇｉｎｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により変調された検出信号とを判別して、前記目標を検出するレーダ信号処理装置であって、
   前記受信電波の振幅の比較に基づき前記目標の候補として複数検出された同一レンジセル内にある検出信号の各々について所定時間その強度変化を計測し、前記強度変化が所定の範囲内である検出信号を前記目標の検出信号であると判断し、前記強度変化が所定の範囲を越える検出信号を前記ＪＥＭにより変調された検出信号であると判断する目標判別部を備えることを特徴とするレーダ信号処理装置。
2. 目標で反射された受信電波を観測し、前記目標の検出信号とＪＥＭ（Ｊｅｔ Ｅｎｇｉｎｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により変調された検出信号とを判別して、前記目標を検出するレーダ信号処理装置であって、
   前記受信電波をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換後の信号に対してサイドローブ低減のためのウェイティング処理を施すウェイティング処理器と、
   前記ウェイティング処理後の信号に対しＦＦＴ処理を施し、周波数軸信号に変換する周波数分析器と、
   前記ＦＦＴ処理後の信号の振幅を出力する振幅検出器と、
   前記振幅検出器の振幅の比較に基づき、前記目標の候補として複数検出された同一レンジセル内にある検出信号の各々について所定時間その強度変化を計測し、前記強度変化が所定の範囲内である検出信号を前記目標の検出信号であると判断し、前記強度変化が所定の範囲を越える検出信号を前記ＪＥＭにより変調された検出信号であると判断する目標判別器と、
   前記目標判別器の結果に基づき、前記目標を検出する目標検出器と、
   を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。

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