JP2011185639A - 信号処理パラメータ解析装置及びレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーダ装置との距離にかかわらず且つ作業者による作業を必要とせずに、レーダ装置における最適化された受信信号処理を行うための種々のパラメータを決定する信号処理パラメータ解析装置及び当該信号処理パラメータ解析装置により決定されたパラメータを使用するレーダ装置を提供する。
【解決手段】外部のレーダ装置（ＡＳＲ装置１）により出力されたデジタルＩＱ信号に基づく受信信号データを保持するデータ保持部１２と、所定のタイミングでデータ保持部１２により保持された受信信号データを用いてレーダ装置（ＡＳＲ装置１）において行われる信号処理に必要なパラメータを算出するパラメータ算出部（係数決定部１３）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ装置において受信する受信信号を処理する際に必要なパラメータを解析決定するための信号処理パラメータ解析装置及び決定したパラメータを使用するレーダ装置に関する。

従来、レーダ装置は、電波を放射して目標からの反射信号を検出し、検出した信号に基づいて目標の有無や距離、方向、速度等の情報を得る装置であり、使用用途によって取得情報の選択を行う。レーダ装置の例として、例えば、舶用レーダ、気象レーダ、及び空港監視レーダ等が挙げられる。

空港監視レーダ（ＡＳＲ：Ａｉｒｐｏｒｔ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｒａｄａｒ）は、航空管制用のレーダ装置であり、飛行中の航空機に対し電波を送信し、当該航空機からの反射波を受信検波することにより、航空機の飛行位置等を検出することができる。

ここで、受信機からの出力には，目標信号のみならず不要波が混在しているため，これら不要信号を抑圧して目標信号を抽出することが必要であり、不要信号の抑圧手法としてＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）等の手法が採用されている。ＣＦＡＲは、入力信号に対して信号検出のためのしきい値を決定し、決定したしきい値を基準として一定の誤警報確率を保つように判定を行う手法であり、非特許文献１等に記載されている。

特許文献１には、テストセルに対して複数の他目標信号、時間方向に拡がっているクラッタ、干渉信号等が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合であっても、テストセルの振幅値を低下させず、目標検出率の低下を回避可能なレーダ信号処理装置及びそれに用いるＣＦＡＲ処理方法が記載されている。

このレーダ信号処理装置は、受信信号中に含まれるクラッタ等の時間方向に拡がっている信号を抑圧する第１のＣＦＡＲ処理手段と、第１のＣＦＡＲ処理手段から出力される受信信号と所定のしきい値ＴＨ１とを比較してしきい値ＴＨ１を越える信号のセル情報を検出する大信号検出手段と、大信号検出手段で検出されたのしきい値ＴＨ１を越える信号のセル情報を基に受信信号から該当するセルを除去して第２のＣＦＡＲ処理手段へ出力する大信号セル除去手段と、大信号セル除去手段から出力された受信信号の平均化処理を行った後に処理前の受信信号を平均化された信号で除算する第２のＣＦＡＲ処理手段と、第２のＣＦＡＲ処理手段の除算結果を所定のしきい値ＴＨ２と比較してしきい値ＴＨ２を越えた信号を目標信号として出力する目標検出手段とを備えている。

このレーダ信号処理装置によれば、第１のＣＦＡＲ処理手段において時間方向に拡がっているクラッタ信号を抑圧した後、大信号検出手段において時間方向に拡がっていない大信号を目標検出手段におけるしきい値ＴＨ２よりも低い所定のしきい値ＴＨ１で検出し、検出した大信号のセル情報を基に時間方向に拡がっていない大信号を大信号セル除去手段において除去した受信信号に対して平均化処理を行っている。

これによって、特許文献１のレーダ信号処理装置では、平均化セルでの平均値がノイズのみの場合に比べて増大することが回避されるので、ＣＦＡＲ処理において、テストセルに対して複数の他目標信号、時間方向に拡がっているクラッタ、干渉信号等が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合であっても、テストセルの振幅値を低下させず、目標検出率の低下を回避することが可能となる。

特開２００６−２９２５９７号公報

関根、"レーダ信号処理技術"、電子情報通信学会、ｐｐ．９６−１０６（１９９１）

しかしながら、従来のＡＳＲ装置等のレーダ装置においては、受信データをアナログビデオで処理しているため、デジタルＩＱデータの収集機能を有しておらず、ＣＦＡＲ処理に必要なしきい値決定のための解析が困難であり、作業者は、実際のターゲット検出結果を参照する際にビデオの映像等を確認し、手作業で調整しながらしきい値を決定するといった手間のかかる作業を行う必要がある。

このような従来のレーダ装置は、上述したＣＦＡＲ処理を行う上でのしきい値決定のみならず、静止物からの不要反射波であるＦ０クラッタや干渉波を除去する際のしきい値を決定する必要があるものも存在し、同様に作業者によるしきい値決定作業が必要である。

また、レーダ装置を適切に使用するにはある程度以上の熟練が必要であり、ＣＦＡＲ処理やＦ０クラッタ、干渉波等の除去処理が適切に行われるように、熟練した作業者が実際にＡＳＲ装置の設置場所に出向いて細かな調整を行う必要がある。

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、レーダ装置との距離にかかわらず且つ作業者による作業を必要とせずに、レーダ装置における最適化された受信信号処理を行うための種々のパラメータを決定する信号処理パラメータ解析装置及び当該信号処理パラメータ解析装置により決定されたパラメータを使用するレーダ装置を提供することを課題とする。

本発明に係る信号処理パラメータ解析装置は、上記課題を解決するために、外部のレーダ装置により出力されたデジタルＩＱ信号に基づく受信信号データを保持するデータ保持部と、所定のタイミングで前記データ保持部により保持された受信信号データを用いて前記レーダ装置において行われる信号処理に必要なパラメータを算出するパラメータ算出部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るレーダ装置は、上記課題を解決するために、送信信号を送信波として空間に放射するとともに、前記送信波の反射波を受信して受信信号を生成する送受信アンテナと、前記送受信アンテナにより生成された受信信号の周波数変換を行う変換部と、前記変換部により周波数変換された受信信号をデジタルＩＱ信号にＡ／Ｄ変換して外部に出力するとともに、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載された信号処理パラメータ解析装置により算出されたパラメータを用いて前記デジタルＩＱ信号の信号処理を行う信号処理部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、レーダ装置との距離にかかわらず且つ作業者による作業を必要とせずに、レーダ装置における最適化された受信信号処理を行うための種々のパラメータを決定することができる。

本発明の実施例１の形態の信号処理パラメータ解析装置及びレーダ装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の信号処理パラメータ解析装置及びレーダ装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例１の信号処理パラメータ解析装置及びレーダ装置の構成を示すブロック図である。ただし、図１に示すＡＳＲ装置１及びアンテナ２は、本発明のレーダ装置に対応する。また、図１に示すしきい値解析装置１０は、本発明の信号処理パラメータ解析装置に対応する。

まず、本実施の形態の構成を説明する。本実施例のＡＳＲ装置１は、図１に示すように、受信部３、信号処理部４、表示部５、及び送信部６で構成されており、受信部３と送信部６が外部のアンテナ２に接続されている。ただし、アンテナ２は、ＡＳＲ装置１に含まれるものとしてもよい。また、本実施例のしきい値解析装置１０は、図１に示すように、入力部１１、データ保持部１２、係数決定部１３、及び出力部１４で構成されている。

まずＡＳＲ装置１について説明する。アンテナ２は、本発明の送受信アンテナに対応し、送信信号を送信波として空間に放射するとともに、送信波の反射波を受信して受信信号を生成する。このアンテナ２は、送信信号を送信波として空間に放射する際に、例えば所定速度で且つ水平面内で回転駆動し、送信波を周囲に放射する。

受信部３は、本発明の変換部に対応し、アンテナ２により生成された受信信号の周波数変換を行う。例えば、受信部３は、２ＧＨｚの受信信号を６０ＭＨｚの受信信号に周波数変換して出力する。

信号処理部４は、従来のレーダ装置と同様に、受信部３により周波数変換された受信信号に対して信号処理を行い、目標検出を行った後に検出結果を出力する。その際に、信号処理部４は、本発明特有の動作として、受信部３により周波数変換された受信信号をデジタルＩＱ信号にＡ／Ｄ変換して外部に出力する。このデジタルＩＱ信号は、互いに９０度の位相差を持つＩ成分及びＱ成分を有する。具体的には、信号処理部４は、デジタルＩＱ信号を外部のしきい値解析装置１０内の入力部１１に出力する。なお、しきい値解析装置１０の詳細については後述する。

さらに、信号処理部４は、信号処理を行う際に、しきい値解析装置１０により算出されたパラメータを用いてデジタルＩＱ信号の信号処理を行う。本実施例において、信号処理部４は、しきい値解析装置１０によりパラメータとして算出されたしきい値を用いて、ＣＦＡＲ処理を行う。これにより、信号処理部４は、誤警報確率を一定水準以下に抑圧することができる。なお、信号処理部４は、しきい値解析装置１０により算出されたパラメータ（しきい値）を記憶するテーブルを有しており、しきい値解析装置１０によってテーブルに記憶するしきい値が更新されると、最新のしきい値を用いてＣＦＡＲ処理を行う。

また、信号処理部４は、デジタルの送信信号を生成し、Ｄ／Ａ変換して出力する。送信部６は、信号処理部４により生成された送信信号を増幅するとともに、周波数変換を行ってアンテナ２に出力する。例えば、送信部６は、６０ＭＨｚの送信信号を２ＧＨｚの送信信号に周波数変換して出力する。

表示部５は、信号処理部４による目標検出結果に基づいた映像を表示する。

次に、しきい値解析装置１０について説明する。入力部１１は、信号処理部４により出力されたデジタルＩＱ信号を収集し、受信信号データとしてデータ保持部１２に保持させる。ここで、入力部１１と信号処理部４とは、どのような形態で接続されていてもよく、例えばＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等を利用することが考えられるが、情報の授受を行うことができればよく、有線／無線の別も問わない。後述する出力部１４と信号処理部４との間も同様である。

データ保持部１２は、外部のレーダ装置であるＡＳＲ装置１により出力されたデジタルＩＱ信号に基づく受信信号データを保持する。

係数決定部１３は、本発明のパラメータ算出部に対応し、所定のタイミングでデータ保持部１２により保持された受信信号データを用いてＡＳＲ装置１において行われる信号処理に必要なパラメータを算出する。本実施例において、係数決定部１３は、ＡＳＲ装置１が受信信号に対してＣＦＡＲ処理を行う際に必要なしきい値をパラメータとして算出するものとする。

なお、係数決定部１３は、パラメータを算出するのに必要な受信信号データがデータ保持部１２に蓄積された「所定のタイミング」に、パラメータの算出処理を行う。アンテナ２が３６０°回転して送信／受信することを１スキャンとすると、係数決定部１３は、例えば、ＡＳＲ装置１としきい値解析装置１０とが接続されてデータ保持部１２に１０スキャン分の受信信号データが蓄積されたタイミングを「所定のタイミング」として、パラメータの算出処理を行う。

その他の例として、係数決定部１３は、作業者がボタン等を押すことによる外部入力のタイミングを「所定のタイミング」として、パラメータの算出処理を行ってもよい。また、係数決定部１３は、定期的にパラメータの算出処理を行う構成でもよいし、信号処理部４における何らかの異常等を検知してパラメータの算出処理を行う構成でもよい。

出力部１４は、係数決定部１３により算出されたパラメータを外部のレーダ装置であるＡＳＲ装置１に出力する。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。最初に、ＡＳＲ装置１の動作について説明する。まず信号処理部４は、デジタルの送信信号を生成し、Ｄ／Ａ変換して送信部６に出力する。送信部６は、信号処理部４により生成された送信信号を増幅するとともに、周波数変換を行ってアンテナ２に出力する。

アンテナ２は、例えば所定速度で且つ水平面内で回転駆動し、送信部６により出力された送信信号を送信波として空間に放射する。この送信波は、アンテナ２の周囲に存在する目標物を含む物体等により反射される。アンテナ２は、送信波の反射波を受信して受信信号を生成する。

受信部３は、アンテナ２により生成された受信信号の周波数変換を行った後、変換後の受信信号を信号処理部４に出力する。

信号処理部４は、受信部３により周波数変換された受信信号をデジタルＩＱ信号にＡ／Ｄ変換し、デジタルＩＱ信号に対してＣＦＡＲ処理等の信号処理を行い、目標検出を行った後に検出結果を表示部５に出力する。ここで、信号処理部４は、ＣＦＡＲ処理によって誤警報確率を一定水準以下に抑圧するために、自己が有するテーブルに記憶されたしきい値を用いて処理を行う。

すなわち、テーブルに記憶されたしきい値がしきい値解析装置により算出された値である場合には、信号処理部４は、しきい値解析装置１０によりパラメータとして算出されたしきい値を用いて、ＣＦＡＲ処理を行うことになる。換言すれば、信号処理部４は、信号処理を行う際に、しきい値解析装置１０により算出されたパラメータを用いてデジタルＩＱ信号の信号処理を行う。

また、信号処理部４は、しきい値解析装置１０によってテーブルに記憶するしきい値が更新されると、最新のしきい値を用いてＣＦＡＲ処理を行う。

表示部５は、信号処理部４による目標検出結果に基づき、目標までの距離等の情報を示す映像を表示する。

なお、信号処理部４のテーブルに記憶された「しきい値」は、しきい値解析装置１０により値が入力される以前の初期状態においては、予め何らかの値が入れられていてもよいし、従来のように作業者が外部入力により値を決定して入れてもよい。すなわち、ＡＳＲ装置１は、必ずしもしきい値解析装置１０を必須とする装置ではなく、従来のように単独で動作することも可能である。

また、信号処理部４は、受信部３により周波数変換された受信信号をデジタルＩＱ信号にＡ／Ｄ変換して外部に出力する。具体的には、信号処理部４は、ＡＳＲ装置１としきい値解析装置１０とがＬＡＮ等を介して接続されることにより、デジタルＩＱ信号を外部のしきい値解析装置１０内の入力部１１に出力する。

なお、信号処理部４によるデジタルＩＱ信号の出力タイミングは様々な形態が考えられる。例えば、信号処理部４は、デジタルＩＱ信号を常に出力しているとしてもよいし、設置時においてＡＳＲ装置１としきい値解析装置１０とが接続されたときにデジタルＩＱ信号を出力するとしてもよいし、定期的に出力するとしてもよいし、作業者がボタン等を押したタイミングで出力するとしてもよい。

また、本実施例においては、ＡＳＲ装置１としきい値解析装置１０とは、図１に示すように通信線等を介して接続されているものとしているが、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体を介すものとしてもよい。その場合には、ＡＳＲ装置１としきい値解析装置１０とは直接接続されている必要が無く、しきい値解析装置１０は、オフラインで単独動作が可能である。信号処理部４は、デジタルＩＱ信号を例えばＣＤ−ＲＯＭに記憶させる。作業者は、デジタルＩＱ信号の情報が記憶されたＣＤ−ＲＯＭをしきい値解析装置１０に入れて、当該情報を入力部１１に読み出させる。

次に、しきい値解析装置１０の動作について説明する。入力部１１は、ＬＡＮあるいはＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体を介して、信号処理部４により出力されたデジタルＩＱ信号を収集し、受信信号データとしてデータ保持部１２に保持させる。

データ保持部１２は、外部のレーダ装置であるＡＳＲ装置１により出力されたデジタルＩＱ信号に基づく受信信号データを保持する。このデータ保持部１２が入力部１１から入力された受信信号データを適宜蓄積するので、係数決定部１３は、パラメータ算出に必要なデータ量がデータ保持部１２に蓄積されるのを待って、適切なタイミングでパラメータの算出処理を行うことができる。

係数決定部１３は、所定のタイミングでデータ保持部１２により保持された受信信号データを用いてＡＳＲ装置１において行われる信号処理に必要なパラメータを算出する。本実施例において、係数決定部１３は、ＡＳＲ装置１が受信信号に対してＣＦＡＲ処理を行う際に必要なしきい値をパラメータとして算出し、出力部１４に出力する。なお、係数決定部１３によるしきい値の算出方法は、どのようなものでもよく、例えば公知の方法を用いて受信信号データに基づき信号レベルに対するしきい値を決定すればよい。

出力部１４は、係数決定部１３により算出されたパラメータを外部のレーダ装置であるＡＳＲ装置１に出力する。しきい値解析装置１０がオフラインで単独動作している場合には、出力部１４は、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体にパラメータを出力し、記憶させる。作業者は、パラメータが記憶されたＣＤ−ＲＯＭをＡＳＲ装置１に入れて、当該パラメータを信号処理部４に読み出させる。

なお、しきい値解析装置１０は、係数決定部１３により算出されたパラメータ等の情報を表示する表示部を備えていてもよい。

上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係る信号処理パラメータ解析装置及びレーダ装置によれば、レーダ装置との距離にかかわらず且つ作業者による作業を必要とせずに、レーダ装置における最適化された受信信号処理を行うための種々のパラメータを決定することができる。

すなわち、本発明のレーダ装置であるＡＳＲ装置１は、受信部３により周波数変換された受信信号をデジタルＩＱ信号にＡ／Ｄ変換して外部に出力するので、ＣＦＡＲ処理に必要なしきい値決定のための解析を外部のしきい値解析装置１０に任せることができ、従来のように作業者がビデオの映像等を確認して手作業で調整しながらしきい値を決定するといった作業が不要である。

したがって、熟練した作業者が実際にＡＳＲ装置１の設置場所に出向いて細かな調整を行う必要が無く、ＡＳＲ装置１をしきい値解析装置１０に接続することで、迅速且つ適切にパラメータを決定し、決定したパラメータをＡＳＲ装置１における信号処理に用いることができる。

また、ＡＳＲ装置１としきい値解析装置１０とは情報の授受を行うことができればよいため、必ずしも互いに近くに設置する必要は無く、たとえ地球の裏側にＡＳＲ装置１が設置されているとしても、しきい値解析装置１０は適切にパラメータを決定し、ネットワーク等を介してＡＳＲ装置１に提供することができる。

また、しきい値解析装置１０は、必ずしもＣＦＡＲ処理を行う際に必要なしきい値のみを算出するものではなく、当然のことながら他のパラメータを算出することも可能であり、Ｆ０クラッタの抑圧処理に必要なしきい値や干渉波の除去処理に必要なしきい値を決定することもできる。

前者の場合には、しきい値解析装置１０内の係数決定部１３は、ＡＳＲ装置１が受信信号に対して静止物の不要反射波であるＦ０クラッタの抑圧処理を行う際に必要なしきい値をパラメータとして算出する。この場合には、ＡＳＲ装置１内の信号処理部４は、デジタルＩＱ信号の信号処理を行う際に、しきい値解析装置１０により算出されたしきい値を用いてＦ０クラッタの抑圧処理を行う。

後者の場合には、しきい値解析装置１０内の係数決定部１３は、ＡＳＲ装置１が受信信号に対して干渉波の除去処理を行う際に必要なしきい値をパラメータとして算出する。この場合には、ＡＳＲ装置１内の信号処理部４は、デジタルＩＱ信号の信号処理を行う際に、しきい値解析装置１０により算出されたしきい値を用いて干渉波の除去処理を行う。

上述したＡＳＲ装置１及びしきい値解析装置１０によれば、ＣＦＡＲ処理のみならず、静止物からの不要反射波であるＦ０クラッタや干渉波の除去処理の際のしきい値決定も作業者によるしきい値決定作業を不要とするので、手間もかからずに迅速且つ適切なパラメータ決定が可能である。

本発明に係る信号処理パラメータ解析装置及びレーダ装置は、レーダ装置において受信する受信信号を処理する際に必要なパラメータを解析決定するための信号処理パラメータ解析装置及び決定したパラメータを使用するレーダ装置に利用可能である。

１ ＡＳＲ装置
２ アンテナ
３ 受信部
４ 信号処理部
５ 表示部
６ 送信部
１０ しきい値解析装置
１１ 入力部
１２ データ保持部
１３ 係数決定部
１４ 出力部

Claims (5)

1. 外部のレーダ装置により出力されたデジタルＩＱ信号に基づく受信信号データを保持するデータ保持部と、
   所定のタイミングで前記データ保持部により保持された受信信号データを用いて前記レーダ装置において行われる信号処理に必要なパラメータを算出するパラメータ算出部と、
   を備えることを特徴とする信号処理パラメータ解析装置。
2. 前記パラメータ算出部は、前記レーダ装置が受信信号に対してＣＦＡＲ処理を行う際に必要なしきい値を前記パラメータとして算出することを特徴とする請求項１記載の信号処理パラメータ解析装置。
3. 前記パラメータ算出部は、前記レーダ装置が受信信号に対して静止物の不要反射波であるＦ０クラッタの抑圧処理を行う際に必要なしきい値を前記パラメータとして算出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の信号処理パラメータ解析装置。
4. 前記パラメータ算出部は、前記レーダ装置が受信信号に対して干渉波の除去処理を行う際に必要なしきい値を前記パラメータとして算出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の信号処理パラメータ解析装置。
5. 送信信号を送信波として空間に放射するとともに、前記送信波の反射波を受信して受信信号を生成する送受信アンテナと、
   前記送受信アンテナにより生成された受信信号の周波数変換を行う変換部と、
   前記変換部により周波数変換された受信信号をデジタルＩＱ信号にＡ／Ｄ変換して外部に出力するとともに、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載された信号処理パラメータ解析装置により算出されたパラメータを用いて前記デジタルＩＱ信号の信号処理を行う信号処理部と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。

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