JP2011163968A - Radar device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、目標の追尾処理において障害となる地表面クラッタ(以下、クラッタ)の影響を排除できる航空機などの移動体搭載のレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a radar device mounted on a moving body such as an aircraft that can eliminate the influence of ground clutter (hereinafter referred to as clutter) that becomes an obstacle in target tracking processing.
パルス・ドップラレーダ装置における目標追尾処理において、クラッタの存在は目標の安定追尾の妨げとなり、誤追尾の発生や追尾精度の劣化に繋がる。そのような問題を解決するために、クラッタの除去やクラッタの抑圧を実施し、S/C(Signal to Clutter)比を向上させる信号処理が多数提案されている(例えば、非特許文献1参照)。 In the target tracking process in the pulse Doppler radar device, the presence of clutter hinders stable tracking of the target, leading to occurrence of erroneous tracking and deterioration of tracking accuracy. In order to solve such a problem, many signal processings that improve the S / C (Signal to Clutter) ratio by removing clutter and suppressing clutter have been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). .
また、クラッタ領域と目標信号の検出位置が競合しないようにパルス繰り返し周期(PRI:Pulse Repetition Interval)を選択するレーダ装置も提案されている(例えば、特許文献1参照)が、考慮しているクラッタは直下クラッタとメインローブ・クラッタであり、サイドローブ・クラッタは考慮されていない。 A radar device that selects a pulse repetition interval (PRI) so that the detection position of the clutter region and the target signal does not compete has also been proposed (for example, see Patent Document 1). Is a direct under clutter and main lobe clutter, and side lobe clutter is not considered.
例として、航空機搭載レーダ装置において発生するクラッタの状況を図8に示す。アンテナのメインローブが地表面を照射することで発生するクラッタをメインローブ・クラッタ、アンテナのサイドローブによって発生するクラッタをサイドローブ・クラッタとする。また、サイドローブ・クラッタのうち、レーダ装置搭載航空機直下からのクラッタを直下クラッタとする。 As an example, FIG. 8 shows a situation of clutter generated in an aircraft-mounted radar apparatus. The clutter generated by the antenna main lobe irradiating the ground surface is referred to as main lobe clutter, and the clutter generated by the antenna side lobe is referred to as side lobe clutter. Among the side lobes and clutters, the clutter from directly below the radar-equipped aircraft is defined as the direct clutter.
レーダ装置で観測されるクラッタの発生分布は、対応する地表面と搭載航空機との距離、自機の速度及びビーム指向方向によって決定され、図9のようなレンジ・ドップラ周波数の発生分布を示す。従来では、目標の追尾に影響を与えるクラッタに対して抑圧処理を施し、クラッタの信号強度を低下させても、クラッタが広がりを持つような場合やクラッタの信号強度が強く発生する環境下ではその消え残りが生じる場合がある。 The generation distribution of clutter observed by the radar apparatus is determined by the distance between the corresponding ground surface and the mounted aircraft, the speed of the own aircraft, and the beam direction, and shows the generation distribution of the range Doppler frequency as shown in FIG. Conventionally, even if clutter that affects target tracking is suppressed and the signal strength of the clutter is reduced, the clutter may be spread or in environments where the signal strength of the clutter is strong. There may be an unerased residue.
図10にドップラ周波数方向のクラッタ抑圧フィルタを掛けた場合のクラッタ消え残り状況の図を示す。このような状況下においては、消え残った様々なクラッタが目標信号の追尾処理に影響を与える可能性がある。 FIG. 10 is a diagram showing a situation in which the clutter disappears when a clutter suppression filter in the Doppler frequency direction is applied. Under such circumstances, various remaining clutters may affect the target signal tracking process.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、目標信号のレンジやドップラ周波数が、距離方向や周波数方向に折り返しを含むような送信PRIにおいて、PRIを変化させることによりレーダ装置での見かけのレンジとドップラ周波数が変化する特徴を利用し、目標信号と各クラッタの発生領域が離れるように最適なPRIを選択し追尾を実施する。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and by changing the PRI in the transmission PRI in which the range of the target signal and the Doppler frequency include folding in the distance direction and the frequency direction. Using the characteristic of the apparent range and Doppler frequency changing in the radar device, the optimum PRI is selected and tracking is performed so that the target signal and each clutter generation region are separated from each other.
図11に、PRI1とPRI2でPRIを変化させた場合に、目標信号のレンジとドップラ周波数は等しいが、見かけの検出位置が変化する状況の模式図を示す。本レーダ装置におけるPRI選択アルゴリズムでは、レーダ装置を搭載しているプラットフォームの姿勢情報やビーム指向方向と前回観測した目標信号のパラメータからクラッタの発生領域と目標信号の検出位置を予測し、両者が競合しないようにレーダ装置から送信される送信波のパルス繰り返し周期を制御することにより、目標信号の追尾処理が直下クラッタ、メインローブ・クラッタ及びサイドローブ・クラッタの影響を受けずに安定した追尾の維持、継続が可能となるものである。 FIG. 11 shows a schematic diagram of a situation in which when the PRI is changed between PRI1 and PRI2, the target signal range and the Doppler frequency are equal, but the apparent detection position changes. The PRI selection algorithm in this radar system predicts the clutter generation area and target signal detection position from the attitude information of the platform on which the radar system is mounted, the beam pointing direction, and the previously observed target signal parameters. By controlling the pulse repetition period of the transmission wave transmitted from the radar device, the tracking processing of the target signal is maintained without being affected by the direct clutter, main lobe clutter, and side lobe clutter. It will be possible to continue.
本発明に係るレーダ装置は、直下クラッタの発生領域と目標信号の検出位置がレンジ方向で近接していない送信信号のパルス繰り返し周期を選択する直下クラッタ評価処理と、メインローブ・クラッタの発生領域と目標信号の検出位置がドップラ周波数方向で近接していない送信信号のパルス繰り返し周期を選択するメインローブ・クラッタ評価処理と、サイドローブ・クラッタの発生領域と目標信号の検出位置がレンジ方向及びドップラ周波数方向で近接していない送信信号のパルス繰り返し周期を選択するサイドローブ・クラッタ評価処理とを含む信号処理器を備えるものである。 A radar apparatus according to the present invention includes a direct clutter evaluation process that selects a pulse repetition period of a transmission signal in which a detection area of a direct clutter and a detection position of a target signal are not close in the range direction, a main lobe / clutter generation area, The main lobe / clutter evaluation process that selects the pulse repetition period of the transmission signal where the target signal detection position is not close in the Doppler frequency direction, and the side lobe / clutter generation area and the target signal detection position are in the range direction and Doppler frequency. And a signal processing unit including a sidelobe / clutter evaluation process for selecting a pulse repetition period of transmission signals that are not close in direction.
本発明に係るレーダ装置によれば、クラッタの発生領域と目標信号の検出位置を予測し、両者が競合しないようにレーダ装置から送信される送信波のパルス繰り返し周期を制御することにより、目標信号の追尾処理が直下クラッタ、メインローブ・クラッタ及びサイドローブ・クラッタの影響を受けずに安定した追尾の維持、継続が可能となる。 According to the radar apparatus according to the present invention, the target signal is estimated by predicting the clutter generation region and the detection position of the target signal, and controlling the pulse repetition period of the transmission wave transmitted from the radar apparatus so that the two do not compete with each other. Thus, stable tracking can be maintained and continued without being affected by the direct lower clutter, main lobe clutter, and side lobe clutter.
以下、本発明のレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 A preferred embodiment of a radar apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係るレーダ装置について図1から図4までを参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
A radar apparatus according to
図1において、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置1は、搭載プラットフォームの慣性航法装置2から提供される搭載プラットフォーム情報と目標追尾情報からパルス繰り返し周期(PRI)を決定する信号処理器3と、設定されたPRIの送信信号を生成し、また受信信号はアナログ信号からデジタル信号に変換する励振受信器4と、信号の送信と受信を行うアンテナ5とが設けられている。
In FIG. 1, a
つぎに、この実施の形態1に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the radar apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
図2は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の信号処理器の動作を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the signal processor of the radar apparatus according to
信号処理器3では、レーダ装置1として使用可能なPRIを格納するPRIデータベース31から、PRI選択処理部32がPRI選択処理を実施し、PRI決定部33が最適なPRIの決定を行い、励振受信器4に設定する。
In the
まず、直下クラッタ評価処理321では、直下クラッタはレーダ搭載プラットフォームの高度情報に相当するレンジに密集して発生する特徴を用い、搭載プラットフォーム情報の(1)高度と目標追尾情報の(3)目標レンジから、図4(b)に示すように、直下クラッタと目標信号がレンジ方向に近接しているかどうかの判定をPRI毎に行う。式(1)に評価式を示す。
First, in the direct
両者が近接している場合には、つまり直下クラッタの発生領域と目標信号の検出位置とのレンジ方向の距離が所定の閾値未満の場合には、当該PRIを選択せずに、PRI選択処理の最初に戻り、PRIデータベース31から別のPRIを取り出して同様の処理を行う。両者が近接していない場合には、つまり直下クラッタの発生領域と目標信号の検出位置とのレンジ方向の距離が所定の閾値以上の場合には、次のメインローブ・クラッタ評価処理323へ移行する。
If both are close, that is, if the distance in the range direction between the region where the direct clutter is generated and the target signal detection position is less than a predetermined threshold, the PRI is not selected and the PRI selection process is performed. Returning to the beginning, another PRI is extracted from the
次に、メインローブ・クラッタ評価処理323では、メインローブ・クラッタはレーダ搭載プラットフォームの速度のLOS(Line Of Sight)方向成分に相当するドップラ周波数に密集して発生する特徴を用い、搭載プラットフォーム情報の(2)速度、目標追尾情報の(4)目標速度と(5)目標方向(レーダのビーム指向方向)から、図4(c)に示すように、メインローブ・クラッタと目標信号がドップラ周波数方向に近接しているかどうかの判定をPRI毎に行う。式(2)に評価式を示す。
Next, in the main lobe /
両者が近接している場合には、つまりメインローブ・クラッタの発生領域と目標信号の検出位置とのドップラ周波数方向の距離が所定の閾値未満の場合には、当該PRIを選択せずに、PRI選択処理の最初に戻り、PRIデータベース31から別のPRIを取り出して直下クラッタ評価処理321を行う。両者が近接していない場合には、つまりメインローブ・クラッタの発生領域と目標信号の検出位置とのドップラ周波数方向の距離が所定の閾値以上の場合には、次のサイドローブ・クラッタ評価処理325へ移行する。
If both are close, that is, if the distance in the Doppler frequency direction between the main lobe / clutter generation region and the target signal detection position is less than a predetermined threshold, the PRI is not selected and the PRI is not selected. Returning to the beginning of the selection process, another PRI is extracted from the
次に、サイドローブ・クラッタ評価処理325では、搭載プラットフォーム情報の(1)高度、(2)速度、目標追尾情報の(3)目標レンジ、(4)目標速度、(5)目標方向から、図4(d)に示すように、サイドローブ・クラッタと目標信号がレンジ方向とドップラ周波数方向に近接しているかどうかの判定を行う。このサイドローブ・クラッタ評価処理325に関しては、図9に示すように、サイドローブ・クラッタの発生領域は広範囲にわたるため、サイドローブ・クラッタのレベルが強く発生する領域について、目標信号と近接しているかどうかの判定を行う。サイドローブ・クラッタが強く発生する領域は、図3に示すサイドローブ・クラッタ領域の外縁部分に相当し、式(3)で表すことができる。式(4)に評価式を示す。
Next, in the sidelobe /
両者が近接している場合には、つまりサイドローブ・クラッタの強いレベルの発生領域と目標信号の検出位置とのドップラ周波数方向の距離が所定の閾値未満の場合には、当該PRIを選択せずに、PRI選択処理の最初に戻り、PRIデータベース31から別のPRIを取り出して直下クラッタ評価処理321を行う。両者が近接していない場合には、つまりサイドローブ・クラッタの強いレベルの発生領域と目標信号の検出位置とのドップラ周波数方向の距離が所定の閾値以上の場合には、次のPRI決定部33へ移行し、当該PRIを最適なPRIとして決定する。
When the two are close to each other, that is, when the distance in the Doppler frequency direction between the region where the sidelobe / clutter generation level is high and the target signal detection position is less than a predetermined threshold, the PRI is not selected. Returning to the beginning of the PRI selection process, another PRI is extracted from the
図4(a)にレーダ装置での信号処理後のクラッタ分布、図4(b)〜(d)に上記の各評価処理の様子を示す。 FIG. 4A shows the clutter distribution after signal processing in the radar apparatus, and FIGS. 4B to 4D show the state of each evaluation process.
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るレーダ装置について図5及び図6を参照しながら説明する。図5は、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置の信号処理器の動作を示すフローチャートである。なお、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置の構成は、上記の実施の形態1と同様である。
A radar apparatus according to
この実施の形態2では、上記の実施の形態1において、サイドローブ・クラッタ評価処理325の前処理に、サイドローブ・クラッタレベル評価処理324を挿入している。これは、図3に示すようなサイドローブ・クラッタが強く発生する箇所において、レンジが直下クラッタから遠ざかる程サイドローブ・クラッタの強度(レベル)が弱くなる特徴を利用し、選択処理で使用するPRIに優先順位を付加した処理である。
In the second embodiment, the side lobe / clutter
サイドローブ・クラッタレベル評価処理324を図6に示す。処理の流れとしては、上記の実施の形態1と同様に、直下クラッタ評価処理321、メインローブ・クラッタ評価処理323を通してPRIの抽出を実施した後、各PRIについて目標信号のレンジと直下クラッタのレンジが遠い順序で優先順位を付加する。図6では、サイドローブ・クラッタの濃淡がサイドローブ・クラッタのレベルの強弱(大小)に対応している。また、サイドローブ・クラッタのレベルの強弱に、反比例して優先順位を付加している。つまり、サイドローブ・クラッタのレベルが弱い程、優先順位が高い。そして、サイドローブ・クラッタ評価処理325では、サイドローブ・クラッタレベル評価処理324で付加した優先順位の高いPRIの順序で、目標信号のドップラ周波数とサイドローブ・クラッタのドップラ周波数が近接しているかどうかの判定を行う。
The side lobe / clutter
上記の実施の形態1では、最終的に複数のPRIが抽出されるが、この実施の形態2では、サイドローブ・クラッタから最も離れた位置に目標信号を検出できるPRIを一意に決定することが可能である。 In the first embodiment, a plurality of PRIs are finally extracted, but in this second embodiment, the PRI that can detect the target signal at a position farthest from the sidelobe clutter is uniquely determined. Is possible.
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係るレーダ装置について図7を参照しながら説明する。図7は、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置の信号処理器の動作を示すフローチャートである。なお、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置の構成は、上記の実施の形態1と同様である。
A radar apparatus according to
この実施の形態3では、上記の実施の形態2における、直下クラッタ評価処理321、メインローブ・クラッタ評価処理323、サイドローブ・クラッタレベル評価処理324について、処理負荷低減を目的としテーブル処理に置き換えた処理となっている。
In the third embodiment, the direct
上記の実施の形態1と実施の形態2における上記の各評価処理は、PRIデータベース31に格納されている全てのPRIにおいて評価の計算を実施するが、PRIデータベース31に格納されているPRIが多い場合、処理負荷が高くなってしまう。
In each of the above-described evaluation processes in the first embodiment and the second embodiment, the calculation of the evaluation is performed for all the PRIs stored in the
上記の処理負荷を低減させるため、入力パラメータを引数としPRI毎にあらかじめ評価結果を記録した直下クラッタ評価テーブル327、メインローブ・クラッタ評価テーブル328、サイドローブ・クラッタレベル評価テーブル329をそれぞれ用意しておき、参照することでPRIの抽出を行う。 In order to reduce the processing load described above, a direct clutter evaluation table 327, a main lobe / clutter evaluation table 328, and a side lobe / clutter level evaluation table 329 in which evaluation results are recorded in advance for each PRI using an input parameter as an argument are prepared. Then, the PRI is extracted by referring to it.
直下クラッタ評価テーブル327は、PRI、搭載プラットフォーム情報の(1)高度、及び目標追尾情報の(3)目標レンジの関係を式(1)に基づき予め求めておき、例えば、近接している場合は「0」、近接していない場合は「1」としてテーブル化する。 The direct clutter evaluation table 327 obtains the relationship between PRI, (1) altitude of mounted platform information, and (3) target range of target tracking information in advance based on the formula (1). It is tabulated as “0” and “1” when it is not close.
メインローブ・クラッタ評価テーブル328は、PRI、搭載プラットフォーム情報の(2)速度、目標追尾情報の(4)目標速度、及び(5)目標方向の関係を式(2)に基づき予め求めておき、例えば、近接している場合は「0」、近接していない場合は「1」としてテーブル化する。 The main lobe / clutter evaluation table 328 obtains in advance the relationship between PRI, (2) speed of the installed platform information, (4) target speed of the target tracking information, and (5) target direction based on the equation (2). For example, it is tabulated as “0” when close and “1” when not close.
サイドローブ・クラッタレベル評価テーブル329は、PRI、搭載プラットフォーム情報の(1)高度、及び目標追尾情報の(3)目標レンジに、優先順位を加味した関係を実施の形態2に基づき予め求めておき、例えば、近接している場合は「0」、近接していない場合は「1」としてテーブル化する。 The side lobe / clutter level evaluation table 329 is obtained in advance based on the second embodiment based on the second embodiment based on the priorities of PRI, (1) altitude of platform information, and (3) target range of target tracking information. For example, the table is set as “0” when close to each other and “1” when not close to each other.
サイドローブ・クラッタ評価処理325では、入力パラメータが多く、上記のテーブルを参照する方式は採用できないため、上記の実施の形態2と同様の処理を実施する。
In the sidelobe /
1 レーダ装置、2 慣性航法装置、3 信号処理器、4 励振受信器、5 アンテナ、31 PRIデータベース、32 PRI選択処理部、33 PRI決定部、321 直下クラッタ評価処理、323 メインローブ・クラッタ評価処理、324 サイドローブ・クラッタレベル評価処理、325 サイドローブ・クラッタ評価処理、327 直下クラッタ評価テーブル、328 メインローブ・クラッタ評価テーブル、329 サイドローブ・クラッタレベル評価テーブル。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
メインローブ・クラッタの発生領域と目標信号の検出位置がドップラ周波数方向で近接していない送信信号のパルス繰り返し周期を選択するメインローブ・クラッタ評価処理と、
サイドローブ・クラッタの発生領域と目標信号の検出位置がレンジ方向及びドップラ周波数方向で近接していない送信信号のパルス繰り返し周期を選択するサイドローブ・クラッタ評価処理とを含む信号処理器
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 A direct clutter evaluation process for selecting a pulse repetition period of a transmission signal in which the generation area of the direct clutter and the detection position of the target signal are not close in the range direction;
A main lobe / clutter evaluation process for selecting a pulse repetition period of a transmission signal in which the generation region of the main lobe / clutter and the detection position of the target signal are not close in the Doppler frequency direction;
A signal processor including a sidelobe / clutter evaluation process for selecting a pulse repetition period of a transmission signal in which a side lobe / clutter generation region and a target signal detection position are not close in the range direction and the Doppler frequency direction is provided. A radar device characterized by the above.
各パルス繰り返し周期について目標信号の検出位置のレンジと直下クラッタの発生領域のレンジが遠い順序で優先順位を付加するサイドローブ・クラッタレベル評価処理をさらに含み、
前記サイドローブ・クラッタ評価処理は、
前記サイドローブ・クラッタレベル評価処理により付加した優先順位の高いパルス繰り返し周期の順序で、サイドローブ・クラッタの発生領域と目標信号の検出位置がドップラ周波数方向で近接していない送信信号のパルス繰り返し周期を選択する
ことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 The signal processor is
A sidelobe / clutter level evaluation process for adding priority in the order in which the range of the detection position of the target signal and the range of the generation area of the direct clutter are far from each other for each pulse repetition period;
The sidelobe / clutter evaluation process is:
The pulse repetition period of the transmission signal in which the side lobe / clutter generation area and the target signal detection position are not close to each other in the Doppler frequency direction in the order of the high-priority pulse repetition period added by the side lobe / clutter level evaluation process. The radar apparatus according to claim 1, wherein the radar apparatus is selected.
メインローブ・クラッタの発生領域と目標信号の検出位置がドップラ周波数方向で近接していないかどうかをテーブル化したメインローブ・クラッタ評価テーブルを参照して送信信号のパルス繰り返し周期を選択する信号処理器を備え、
前記信号処理器は、
各パルス繰り返し周期について目標信号の検出位置のレンジと直下クラッタの発生領域のレンジが遠い順序で優先順位を付加してテーブル化したサイドローブ・クラッタレベル評価テーブルを参照して、優先順位の高いパルス繰り返し周期の順序で、サイドローブ・クラッタの発生領域と目標信号の検出位置がドップラ周波数方向で近接していない送信信号のパルス繰り返し周期を選択するサイドローブ・クラッタ評価処理を含む
ことを特徴とするレーダ装置。 Select the pulse repetition period of the transmission signal with reference to the direct clutter evaluation table that shows whether the generation area of the direct clutter and the detection position of the target signal are not close in the range direction,
A signal processor that selects the pulse repetition period of the transmission signal by referring to the main lobe / clutter evaluation table that determines whether the main lobe / clutter generation region and the target signal detection position are not close in the Doppler frequency direction With
The signal processor is
For each pulse repetition period, refer to the sidelobe / clutter level evaluation table in which the priority order is added in the order in which the range of the detection position of the target signal and the range of the generation area of the direct clutter are distant. It includes a sidelobe / clutter evaluation process that selects the pulse repetition period of the transmission signal in which the side lobe / clutter generation region and the target signal detection position are not close to each other in the Doppler frequency direction in the order of the repetition period. Radar device.
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