JP2011163962A - Pulse-doppler radar device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、航空機や車両等の移動体に搭載され、高PRF(Pulse Repetition Frequency:パルス繰り返し周波数)の送信パルスを出力して、目標までの距離を計測するパルスドップラレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a pulse Doppler radar device that is mounted on a moving body such as an aircraft or a vehicle, outputs a transmission pulse having a high PRF (Pulse Repetition Frequency), and measures a distance to a target.
従来の高PRFの送信パルスを出力するパルスドップラレーダ装置(以下、高PRFパルスドップラレーダ装置)においては、目標までの距離測定のために、FM(Frequency Modulation)レンジングの技術を用いている。この技術は、目標捜索フェーズにおいて目標のドップラ周波数を測定した後、距離測定フェーズにおいてレーダの送信信号を連続的に直線周波数変調し、目標からの反射信号を、送信信号と同一の周波数変調した信号で検波することにより、距離遅延に基づく周波数偏移を抽出し、周波数変調速度から、距離を算出する方法を用いている(例えば、非特許文献1参照)。
In a conventional pulse Doppler radar device (hereinafter referred to as a high PRF pulse Doppler radar device) that outputs a high PRF transmission pulse, an FM (Frequency Modulation) ranging technique is used to measure the distance to a target. In this technology, after measuring the target Doppler frequency in the target search phase, the radar transmission signal is continuously linearly frequency modulated in the distance measurement phase, and the reflected signal from the target is the same frequency modulated signal as the transmission signal. Is used to extract the frequency shift based on the distance delay and calculate the distance from the frequency modulation speed (see Non-Patent
図4は、従来の高PRFパルスドップラレーダ装置の構成例を示す図である。図4において、高PRFパルスドップラレーダ装置は、周波数変調制御器(1)101と、送信機2と、アンテナ3と、受信機4と、A/D(Analog to Digital)変換器5と、フィルタ手段6と、周波数分析手段7と、目標検出手段8と、距離測定手段(1)109と、フェーズ制御器(1)110を備える。ここで、A/D変換器5と、フィルタ手段6と、周波数分析手段7と、目標検出手段8は、目標捜索部11を構成している。また、A/D変換器5と、フィルタ手段6と、周波数分析手段7と、目標検出手段8と、周波数変調制御器(1)101と、距離測定手段(1)109は、距離測定部12を構成している。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional high PRF pulse Doppler radar apparatus. In FIG. 4, a high PRF pulse Doppler radar apparatus includes a frequency modulation controller (1) 101, a
目標捜索フェーズでは、フェーズ制御器(1)110からの制御により、周波数変調が施されない送信信号(送信パルス)が送信機2より発生され、アンテナ3より空間に放射される。アンテナ3にて、目標からの反射信号を受信し、受信信号は、送信信号と同一の信号により受信機4にて検波され、ビデオ信号に変換される。目標捜索部11は、A/D変換器5により、ビデオ信号をディジタルビデオ信号に変換し、フィルタ手段6により必要な帯域制限を行った後、周波数分析手段7により周波数分析を施す。目標信号は、周波数的に単一の成分しか持たないため、周波数分析により特定の周波数に積分される。目標検出手段8は、非特許文献2に示されるCFAR(Constant False Alarm Rate)のような方式を用いて、周波数分析結果から目標を検出し、目標捜索フェーズでの目標のドップラ周波数fa(Hz)が観測される。
In the target search phase, a transmission signal (transmission pulse) that is not subjected to frequency modulation is generated from the
目標捜索フェーズにて目標を探知した後、距離測定フェーズにおいて、以下の方法で距離測定を行う。フェーズ制御器(1)110からの制御によって、周波数変調制御器(1)101は、送信信号(送信パルス)に直線周波数変調を施すための制御を行い、送信機2より周波数変調が施された送信信号が発生される。目標捜索フェーズと同様に、アンテナ3より送信信号が空間に放射される。アンテナ3にて、目標からの反射信号が受信され、受信信号は、送信信号に対して施された周波数変調と、同一の周波数変調信号により受信機4にて検波され、ビデオ信号に変換される。距離測定部12において、このビデオ信号がA/D変換器5、フィルタ手段6によって信号処理され、周波数分析手段7によって周波数分析された後、目標検出手段8によって目標が検出されるまでの動作は、目標捜索フェーズと同一である。但し、距離測定フェーズでは送信波に周波数変調が施されているため、目標の距離遅延に基づく周波数偏移が発生しており、目標の距離遅延に基づく目標周波数fb(Hz)が観測される。
After the target is detected in the target search phase, the distance is measured by the following method in the distance measurement phase. By the control from the phase controller (1) 110, the frequency modulation controller (1) 101 performs control for performing linear frequency modulation on the transmission signal (transmission pulse), and the frequency modulation is performed by the
図5は従来の高PRFパルスドップラレーダ装置における送信信号と受信信号の関係を示す図であり、(a)は目標捜索フェーズにおける送信信号および受信信号の周波数時間変化を示し、(b)はクラッタと目標信号の周波数と振幅の関係を示す。図5(a)において、ライン113が送信信号、ライン114が受信信号を示す。距離測定フェーズにおける周波数変調速度をΔF(Hz/s)とすると、目標捜索フェーズにおける目標のドップラ周波数115と、距離測定フェーズにおける目標周波数116は、図5(b)に示す関係となり、距離測定手段109において、目標の距離は以下で算出される。
5A and 5B are diagrams showing the relationship between a transmission signal and a reception signal in a conventional high PRF pulse Doppler radar device, where FIG. 5A shows frequency-time variations of the transmission signal and the reception signal in the target search phase, and FIG. And the relationship between the frequency and amplitude of the target signal. In FIG. 5A, a
従来の高PRFパルスドップラレーダ装置においては、周波数変調を行わない目標捜索フェーズで探知した目標について、周波数変調を行う距離測定フェーズで距離測定を実施していた。このため、周波数変調を行わない目標捜索フェーズにおいて、クラッタと目標の周波数が重なる場合、目標探知が困難になるという問題があった。 In the conventional high PRF pulse Doppler radar apparatus, distance measurement is performed in the distance measurement phase in which frequency modulation is performed on the target detected in the target search phase in which frequency modulation is not performed. For this reason, in the target search phase in which frequency modulation is not performed, there is a problem that target detection becomes difficult when the clutter and the target frequency overlap.
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、クラッタと目標の周波数が重なる場合であっても、高PRFの送信パルスによる目標探知を可能とするパルスドップラレーダ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a pulse Doppler radar device that enables target detection using a high PRF transmission pulse even when the clutter and the target frequency overlap. Objective.
この発明によるパルスドップラレーダ装置は、高パルス繰り返し周波数による周波数変調の施された送信パルスを出力し、目標からの反射信号を受信してビデオ信号を得る送受信機と、得られたビデオ信号から目標までの距離を計測するパルスドップラレーダ装置において、第1フェーズにて第1の直線周波数変調による第1の周波数変調を行った後、第2フェーズにて第1の直線周波数変調よりも時間変化率の大きい第2の直線周波数変調による第2の周波数変調を行うように、上記送受信機からの送信パルスの周波数を制御する周波数変調制御器と、上記第1の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から目標の第1の周波数を観測し、上記第2の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から目標の第2の周波数を観測する目標検出処理部と、上記目標検出処理部により観測された目標の第1、第2の周波数に基いて、当該目標の距離を測定する距離測定部とを備えたものである。 A pulse Doppler radar apparatus according to the present invention outputs a transmission pulse subjected to frequency modulation with a high pulse repetition frequency, receives a reflected signal from a target and obtains a video signal, and a target from the obtained video signal. In the pulse Doppler radar apparatus that measures the distance to the first frequency modulation in the first phase by the first linear frequency modulation in the first phase, the time change rate is higher than that in the first linear frequency modulation in the second phase. A frequency modulation controller for controlling the frequency of the transmission pulse from the transceiver so as to perform the second frequency modulation by the second linear frequency modulation having a large value, and the transmission pulse subjected to the first frequency modulation. The target first frequency is observed from the video signal obtained by the transmission / reception, and the video signal obtained by the transmission / reception of the transmission pulse subjected to the second frequency modulation. A target detection processing unit for observing the second frequency of the target from the signal, and a distance measurement unit for measuring the target distance based on the first and second frequencies of the target observed by the target detection processing unit. It is equipped with.
この発明によれば、クラッタと目標のドップラ周波数が等しい場合でも、周波数変調を行いながら目標を捜索することにより、クラッタと目標の距離が異なることを利用して目標の探知および距離測定が可能になる、という効果を奏する。 According to the present invention, even when the clutter and the target Doppler frequency are equal, by searching for the target while performing frequency modulation, it is possible to detect the target and measure the distance using the fact that the distance between the clutter and the target is different. The effect of becoming.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による高PRFパルスドップラレーダ装置の構成を示す図である。図1において、高PRFパルスドップラレーダ装置は、周波数変調制御器(2)1と、送信機2と、アンテナ3と、受信機4と、2系統のA/D変換器5と、2系統のフィルタ手段6と、2系統の周波数分析手段7と、2系統の目標検出手段8と、距離測定手段(2)9と、フェーズ制御器(2)10を備えて構成される。第1系統のA/D変換器5と、第1系統のフィルタ手段6と、第1系統の周波数分析手段7と、第1系統の目標検出手段8と、周波数変調制御器(2)1は、目標捜索部11を構成する。また、第2系統のA/D変換器5と、第2系統のフィルタ手段6と、第2系統の周波数分析手段7と、第2系統の目標検出手段8と、周波数変調制御器(1)101と、距離測定手段(1)9は、距離測定部12を構成する。なお、周波数分析手段7および目標検出手段8は目標検出処理部を構成する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a high PRF pulse Doppler radar apparatus according to
この実施の形態1では、目標捜索フェーズおよび距離測定フェーズとも、フェーズ制御器(2)10による動作フェーズの切り替え制御に応じて、周波数変調制御器(2)1による送信機2の直線周波数変調制御が行われる。ただし、各フェーズにおける周波数変調速度は異なったものが使用される。
In the first embodiment, in both the target search phase and the distance measurement phase, linear frequency modulation control of the
まず、高PRFパルスドップラレーダ装置は、フェーズ制御器(2)10が動作フェーズを第1のフェーズである目標捜索フェーズに設定し、目標捜索フェーズによる目標の捜索が開始される。フェーズ制御器(1)10は目標捜索フェーズに対応した、第1の周波数変調を行うように周波数変調制御器(1)1を制御する。
目標捜索フェーズにおいて、フェーズ制御器(1)10からの制御によって、周波数変調制御器(1)1は、送信信号(送信パルス)に第1の周波数変調を施すための制御を行い、送信機2より第1の周波数変調が施された送信信号が発生される。第1の周波数変調では、時間変化により周波数が直線的に変化する直線周波数変調が行われる。アンテナ3より、第1の周波数変調が施された送信信号が空間に放射される。アンテナ3にて、目標からの反射信号を受信し、受信信号は、送信信号に対して施された周波数変調と、同一の周波数変調信号により、受信機4にて検波されて、ビデオ信号に変換される。
First, in the high PRF pulse Doppler radar apparatus, the phase controller (2) 10 sets the operation phase to the target search phase which is the first phase, and the search for the target in the target search phase is started. The phase controller (1) 10 controls the frequency modulation controller (1) 1 so as to perform the first frequency modulation corresponding to the target search phase.
In the target search phase, by the control from the phase controller (1) 10, the frequency modulation controller (1) 1 performs control for applying the first frequency modulation to the transmission signal (transmission pulse), and the transmitter 2 A transmission signal subjected to the first frequency modulation is generated. In the first frequency modulation, linear frequency modulation is performed in which the frequency changes linearly with time. A transmission signal subjected to the first frequency modulation is radiated from the
目標捜索部11は、A/D変換器5により、ビデオ信号をディジタルビデオ信号に変換し、フィルタ手段6により必要な帯域制限を行った後、周波数分析手段7により周波数分析を施す。目標信号は、周波数的に単一の成分しか持たないため、周波数分析により特定の周波数に積分される。目標検出手段8は、非特許文献2に示されるCFAR(Constant False Alarm Rate)のような方式を用いて、周波数分析結果から目標が検出される。このとき、目標捜索フェーズでは送信信号に第1の周波数変調が施されているため、目標の距離遅延に基づく周波数偏移が発生しており、目標の距離遅延に応じた第1の周波数である目標周波数fc(Hz)が観測される。
The
目標捜索フェーズにて目標を探知した後、フェーズ制御器(1)10は第2のフェーズである距離測定フェーズに処理を移行し、距離測定フェーズに対応した第1の周波数変調を行うように周波数変調制御器(1)1を制御する。
距離測定フェーズにおいて、フェーズ制御器(1)10からの制御によって、周波数変調制御器(1)1は、送信信号(送信パルス)に第2の周波数変調を施すための制御を行い、送信機2より第2の周波数変調が施された送信信号が発生される。第2の周波数変調では、時間変化により周波数が直線的に変化する直線周波数変調が行われるが、第2の周波数変調とは異なるより大きな時間変化率で直線周波数変調が行われる。例えば、第2の周波数変調の周波数変調速度を、第1の周波数変調の周波数変調速度の2倍にする。目標捜索フェーズと同様に、アンテナ3より第2の周波数変調が施された送信信号が空間に放射される。アンテナ3にて、目標からの反射信号が受信され、受信信号は、送信信号に対して施された周波数変調と、同一の周波数変調信号により受信機4にて検波され、ビデオ信号に変換される。
After detecting the target in the target search phase, the phase controller (1) 10 shifts the processing to the distance measurement phase which is the second phase, and performs the first frequency modulation corresponding to the distance measurement phase. Modulation controller (1) 1 is controlled.
In the distance measurement phase, by the control from the phase controller (1) 10, the frequency modulation controller (1) 1 performs control for applying the second frequency modulation to the transmission signal (transmission pulse), and the transmitter 2 A transmission signal subjected to the second frequency modulation is generated. In the second frequency modulation, linear frequency modulation in which the frequency changes linearly with time change is performed, but linear frequency modulation is performed with a larger time change rate different from the second frequency modulation. For example, the frequency modulation speed of the second frequency modulation is set to twice the frequency modulation speed of the first frequency modulation. Similar to the target search phase, the transmission signal subjected to the second frequency modulation is radiated from the
目標捜索部11は、A/D変換器5により、ビデオ信号をディジタルビデオ信号に変換し、フィルタ手段6により必要な帯域制限を行った後、周波数分析手段7により周波数分析を施す。目標信号は、周波数的に単一の成分しか持たないため、周波数分析により特定の周波数に積分される。目標検出手段8は、非特許文献2に示されるCFAR(Constant False Alarm Rate)のような方式を用いて、周波数分析結果から目標が検出される。このとき、距離測定フェーズでは送信波に第2の周波数変調が施されているため、目標の距離遅延に基づく周波数偏移が発生しており、目標の距離遅延に応じた第2の周波数である目標周波数fd(Hz)が観測される。
The
図2は、実施の形態1における送信信号と受信信号の関係を示す図である。図2の例では、目標捜索フェーズにおいて、第1の周波数変調として周波数変調速度ΔF(Hz/s)による周波数変調が行われ、目標周波数fc(Hz)が観測される。距離測定フェーズにおいては、第2の周波数変調として周波数変調速度2×ΔF(Hz/s)による周波数変調が行われ、目標周波数fd(Hz)が観測される。 FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a transmission signal and a reception signal in the first embodiment. In the example of FIG. 2, in the target search phase, frequency modulation at a frequency modulation speed ΔF (Hz / s) is performed as the first frequency modulation, and the target frequency fc (Hz) is observed. In the distance measurement phase, frequency modulation at a frequency modulation speed of 2 × ΔF (Hz / s) is performed as the second frequency modulation, and the target frequency fd (Hz) is observed.
図3は、実施の形態1におけるクラッタと目標信号の分離方法を示す図である。例えば、図3(a)に示すような状態の場合、目標のドップラ周波数と、自機直下のクラッタのドップラ周波数は、ともに"0"で等しいため、仮に目標捜索フェーズにおいて周波数変調を行わなかった場合は、図3(b)に示す通り、目標18は直下クラッタ19の影響で検出が困難となる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of separating the clutter and the target signal in the first embodiment. For example, in the state shown in FIG. 3A, the target Doppler frequency and the Doppler frequency of the clutter immediately below the aircraft are both equal to “0”, so frequency modulation was not performed in the target search phase. In this case, as shown in FIG. 3B, the
しかし、この実施の形態1では、目標捜索フェーズにおいても周波数変調を行っているため、クラッタと目標の周波数は、それぞれ次式(2)、式(3)で観測される。 However, in the first embodiment, since frequency modulation is also performed in the target search phase, the clutter and the target frequency are observed by the following equations (2) and (3), respectively.
これにより、図3(c)に示すように、目標捜索フェーズにおいて目標20と直下クラッタ22の信号が分離されるとともに、距離測定フェーズにおいても目標21と直下クラッタ23の信号が分離される。このため、直下クラッタの存在下であっても、従来目標捜索フェーズで探知出来なかった諸元の目標を、確実に探知することが可能となる。目標捜索フェーズにおいて目標検出手段8は、周波数分析手段7の周波数分析結果から、CFARのような方式を用いて、周波数の絶対値が所定の閾値以上となるものを、目標の第1の周波数として分離する。また、距離測定フェーズにおいて目標検出手段8は、周波数分析手段7の周波数分析結果から、CFARのような方式を用いて、周波数の絶対値が所定の閾値以上となるものを、目標の第2の周波数として分離する。
Thereby, as shown in FIG. 3C, the signals of the
距離測定手段9は、目標捜索フェーズでの第1の周波数である目標周波数fc(Hz)、および距離測定フェーズでの第2の周波数である目標周波数fd(Hz)から、目標の真のドップラ周波数ftgt(Hz)を、次式(4)で算出する。 The distance measuring means 9 calculates the target true Doppler frequency from the target frequency fc (Hz) that is the first frequency in the target search phase and the target frequency fd (Hz) that is the second frequency in the distance measurement phase. ftgt (Hz) is calculated by the following equation (4).
また、距離測定手段9は、目標捜索フェーズでの第1の周波数である目標周波数fc(Hz)、および距離測定フェーズでの第2の周波数である目標周波数fd(Hz)から、目標の距離Rtgtを、次式(5)で算出する。
Further, the
かくして、目標捜索フェーズおよび距離測定フェーズとも、フェーズ制御器(2)10からの制御により、周波数変調制御器(2)1による周波数変調制御が行われる。目標捜索フェーズおよび距離測定フェーズにおいて異なる周波数変調速度による周波数変調が施され、両フェーズとも目標の距離遅延に基づく周波数偏移が発生する。目標捜索フェーズにおいて直線周波数変調を行っているため、クラッタと目標の距離の違いにより周波数が異なることを利用して目標とクラッタの信号を分離することができる。 Thus, in both the target search phase and the distance measurement phase, the frequency modulation control by the frequency modulation controller (2) 1 is performed by the control from the phase controller (2) 10. Frequency modulation is performed at different frequency modulation speeds in the target search phase and the distance measurement phase, and a frequency shift based on the target distance delay occurs in both phases. Since linear frequency modulation is performed in the target search phase, it is possible to separate the target and clutter signals by using the fact that the frequency differs depending on the distance between the clutter and the target.
以上説明した通り、実施の形態1によるパルスドップラレーダ装置は、高パルス繰り返し周波数による周波数変調の施された送信パルスを出力し、目標からの反射信号を受信してビデオ信号を得る送信機2および受信機4と、得られたビデオ信号から目標までの距離を計測するパルスドップラレーダ装置において、目標捜索フェーズにて第1の直線周波数変調による第1の周波数変調を行った後、距離測定フェーズにて第1の直線周波数変調よりも時間変化率の大きい第2の直線周波数変調による第2の周波数変調を行うように、上記送受信機からの送信パルスの周波数を制御する周波数変調制御器と、上記第1の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から、周波数分析により目標の第1の周波数を観測し、上記第2の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から、周波数分析により目標の第2の周波数を観測する目標検出処理部と、上記目標検出処理部により観測された目標の第1、第2の周波数に基いて、当該目標の距離を測定する距離測定部とを備えたことを特徴とする。
As described above, the pulse Doppler radar device according to
このように構成することにより、クラッタと目標の距離の違いにより周波数が異なることを利用して目標とクラッタの信号を分離することができるので、クラッタと目標のドップラ周波数が等しく目標の検出が困難な場合であっても、目標を探知し、目標の距離およびドップラ周波数を算出することが可能となる。 With this configuration, it is possible to separate the target and clutter signals by utilizing the fact that the frequency is different depending on the distance between the clutter and the target. Therefore, it is difficult to detect the target because the clutter and target Doppler frequencies are equal. Even in such a case, it is possible to detect the target and calculate the target distance and the Doppler frequency.
1 周波数変調制御器(2)、2 送信機、3 アンテナ、4 受信機、5 A/D変換器、6 フィルタ手段、7 周波数分析手段、8 目標検出手段、9 距離測定手段(2)、10 フェーズ制御器、11 目標捜索フェーズ構成、12 距離測定フェーズ構成、13 送信信号周波数、14 受信信号周波数、15 自機、16 目標、17 直下クラッタ範囲、18 目標信号、19 直下クラッタ信号、20 目標捜索フェーズ目標信号、21 距離測定フェーズ目標信号、22 目標捜索フェーズ直下クラッタ信号、23 距離測定フェーズ直下クラッタ信号、101 周波数変調制御器(1)、109 距離測定手段(1)、110 フェーズ制御器(1)。 1 frequency modulation controller (2), 2 transmitter, 3 antenna, 4 receiver, 5 A / D converter, 6 filter means, 7 frequency analysis means, 8 target detection means, 9 distance measurement means (2), 10 Phase controller, 11 Target search phase configuration, 12 Distance measurement phase configuration, 13 Transmit signal frequency, 14 Receive signal frequency, 15 Own device, 16 Target, 17 Direct clutter range, 18 Target signal, 19 Direct clutter signal, 20 Target search Phase target signal, 21 Distance measurement phase target signal, 22 Target search phase direct clutter signal, 23 Distance measurement phase direct clutter signal, 101 Frequency modulation controller (1), 109 Distance measurement means (1), 110 Phase controller (1 ).
Claims (1)
第1フェーズにて第1の直線周波数変調による第1の周波数変調を行った後、第2フェーズにて第1の直線周波数変調よりも時間変化率の大きい第2の直線周波数変調による第2の周波数変調を行うように、上記送受信機からの送信パルスの周波数を制御する周波数変調制御器と、
上記第1の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から目標の第1の周波数を観測し、上記第2の周波数変調が施された送信パルスの送受信により得られたビデオ信号から目標の第2の周波数を観測する目標検出処理部と、
上記目標検出処理部により観測された目標の第1、第2の周波数に基いて、当該目標の距離を測定する距離測定部と、
を備えたことを特徴とするパルスドップラレーダ装置。 A transmitter / receiver that outputs a transmission pulse that is frequency-modulated with a high pulse repetition frequency and receives a reflected signal from the target to obtain a video signal, and a pulse Doppler radar that measures the distance from the obtained video signal to the target In the device
After performing the first frequency modulation by the first linear frequency modulation in the first phase, the second frequency by the second linear frequency modulation having a time change rate larger than the first linear frequency modulation in the second phase. A frequency modulation controller for controlling the frequency of the transmission pulse from the transceiver so as to perform frequency modulation;
The target first frequency is observed from the video signal obtained by transmission / reception of the transmission pulse subjected to the first frequency modulation, and the video obtained by transmission / reception of the transmission pulse subjected to the second frequency modulation. A target detection processing unit for observing a target second frequency from the signal;
A distance measuring unit that measures the distance of the target based on the first and second frequencies of the target observed by the target detection processing unit;
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