JP2012042214A - Radar device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、異なる周波数変調率で周波数変調された受信ビート信号のビート周波数の組み合わせを決定し、目標物までの距離を算出するレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a radar apparatus that determines a combination of beat frequencies of received beat signals that are frequency-modulated at different frequency modulation rates and calculates a distance to a target.
ここでは、この発明に係わるビート周波数の組み合わせを、振幅値または測角値を用いて決定し、複数目標までの距離を測定する特開08-262131号公報(特許文献1)で示されたレーダ装置について説明する。 Here, a radar shown in Japanese Patent Laid-Open No. 08-262131 (Patent Document 1) that determines a combination of beat frequencies according to the present invention using an amplitude value or an angle measurement value and measures a distance to a plurality of targets. The apparatus will be described.
特許文献1で示されたレーダ装置は、アップチャープの周波数変調を施した信号を送信し、目標物からその反射波を受信した後、周波数変調率の絶対値が等しいダウンチャープの周波数変調を施した信号を送信し、目標物からその反射波を受信し、それぞれの受信信号を高速フーリエ変換 (FFT: Fast Fourier Transform) することによりビート周波数を求める。複数目標の場合、アップチャープとダウンチャープの周波数変調を施した信号を送受信により、それぞれ複数のビート周波数のピークが得られるため、それらビート周波数の組み合わせを求める必要がある。
The radar apparatus disclosed in
ここで、図26と図27とを参照しながら、特許文献1で示されたレーダ装置における受信ビート信号の振幅値または測角値を用いて受信ビート信号のビート周波数の組み合わせを決定する方法について説明する。図26では、受信ビート信号の振幅値を用いて受信ビート信号のビート周波数の組み合わせを決定する方法を示し、図27では測角値を用いて受信ビート信号のビート周波数の組み合わせを決定する方法を示す。
Here, with reference to FIG. 26 and FIG. 27, a method for determining a combination of beat frequencies of the received beat signal using the amplitude value or the angle measurement value of the received beat signal in the radar apparatus disclosed in
図26の横軸は受信ビート信号のビート周波数、縦軸は振幅である。図27の横軸は受信ビート信号のビート周波数、縦軸は測角値である。図26において、fdu1は目標1のアップチャープ時のビート周波数、fdu2は目標2のアップチャープ時のビート周波数、fdd1は目標1のダウンチャープ時のビート周波数、fdd2は目標2のダウンチャープ時のビート周波数、Au1は目標1のアップチャープ時のビート周波数fdu1の振幅、Au2は目標2のアップチャープ時のビート周波数fdu2の振幅、Ad1は目標1のダウンチャープ時のビート周波数fdd1の振幅、Ad2は目標2のダウンチャープ時のビート周波数fdd2の振幅である。
In FIG. 26, the horizontal axis represents the beat frequency of the received beat signal, and the vertical axis represents the amplitude. The horizontal axis in FIG. 27 is the beat frequency of the received beat signal, and the vertical axis is the angle measurement value. In FIG. 26, fd u1 is the beat frequency at the time of up chirping of
また、図27において、fdu1は目標1のアップチャープ時のビート周波数、fdu2は目標2のアップチャープ時のビート周波数、fdd1は目標1のダウンチャープ時のビート周波数、fdd2は目標2のダウンチャープ時のビート周波数、θu1は目標1のアップチャープ時のビート周波数fdu1の測角値、θu2は目標2のアップチャープ時のビート周波数fdu2の測角値、θd1は目標1のダウンチャープ時のビート周波数fdd1の測角値、θd2は目標2のダウンチャープ時のビート周波数fdd2の測角値である。
In FIG. 27, fd u1 is the beat frequency at the time of up chirping of
図26では、目標1のアップチャープ時のビート周波数fdu1の振幅Au1と目標1のダウンチャープ時のビート周波数fdd1の振幅Ad1および目標2のアップチャープ時のビート周波数fdu2の振幅Au2と目標2のダウンチャープ時のビート周波数fdd2の振幅Ad2との差が閾値以内となっており、それ以外、例えば、目標1のアップチャープ時のビート周波数fdu1の振幅Au1と目標2のダウンチャープ時のビート周波数fdd2の振幅Ad2との差や、目標1のダウンチャープ時のビート周波数fdd1の振幅Ad1と目標2のアップチャープ時のビート周波数fdu2と振幅Au2との差は閾値以上であることから、目標1のアップチャープ時のビート周波数fdu1と目標1のダウンチャープ時のビート周波数fdd1および目標2のアップチャープ時のビート周波数fdu2と目標2のダウンチャープ時のビート周波数fdd2について組み合わせを行う。
In Figure 26, the beat frequency fd u1 at the
図27では、図26と同様、目標1のアップチャープ時のビート周波数fdu1の測角値θu1と目標1のダウンチャープ時のビート周波数fdd1の測角値θd1および目標2のアップチャープ時のビート周波数fdu2の測角値θu2と目標2のダウンチャープ時のビート周波数fdd2の測角値θd2との差が閾値以内となっており、それ以外、例えば、目標1のアップチャープ時のビート周波数fdu1の測角値θu1と目標2のダウンチャープ時のビート周波数fdd2の測角値θd2との差や、目標1のダウンチャープ時のビート周波数fdd1の測角値θd1と目標2のアップチャープ時のビート周波数fdu2との測角値θu2との差は閾値以上であることから、目標1のアップチャープ時のビート周波数fdu1と目標1のダウンチャープ時のビート周波数fdd1および目標2のアップチャープ時のビート周波数fdu2と目標2のダウンチャープ時のビート周波数fdd2について組み合わせを行う。
In FIG. 27, as in FIG. 26, the angle measurement value θ u1 of the beat frequency fd u1 at the time of up chirping of the
このレーダ装置では、以上の方法で、ビート信号の振幅値または測角値の差が閾値以内となる信号のビート周波数を組み合わせ、ビート周波数の速度項を消去することにより、測距を行う。 In this radar apparatus, distance measurement is performed by combining the beat frequencies of signals whose difference between the amplitude values or the angle measurement values of the beat signals is within the threshold and eliminating the velocity term of the beat frequency by the above method.
しかし、図28、図29に示すように、異なる目標の振幅値および測角値が閾値以内となった場合、目標を正しく組み合わせることができないという問題がある。 However, as shown in FIGS. 28 and 29, when the amplitude value and the angle measurement value of different targets are within the threshold, there is a problem that the targets cannot be combined correctly.
また、複数目標のビート周波数差がビート周波数の分解能以下となる場合、このレーダ装置では、図30に示すように信号を分離できないという問題がある。 In addition, when the beat frequency difference between a plurality of targets is equal to or less than the resolution of the beat frequency, this radar apparatus has a problem that signals cannot be separated as shown in FIG.
この発明の目的は、異なる目標の振幅値や測角値の差が閾値以内となる場合でも、ビート周波数の組み合わせを決定し、高分解能に目標までの距離を算出でき、かつ、複数目標のビート周波数差がビート周波数の分解能以下となる場合でも、信号を分離し、目標までのそれぞれの距離を算出可能なレーダ装置を提供することである。 The object of the present invention is to determine the combination of beat frequencies, calculate the distance to the target with high resolution, even when the difference between the amplitude value and the angle measurement value of different targets is within the threshold, and to beat multiple targets. To provide a radar apparatus capable of separating signals and calculating respective distances to a target even when the frequency difference is equal to or less than the resolution of the beat frequency.
この発明に係るレーダ装置は、
PRI (Pulse Repetition Interval) 内距離の距離アンビギュィティを解消できるアンビギュイティのない距離の分解能と、ビート周波数分解能よりPRI内距離分解能が高精度になるようなパラメータに基づき送信信号の異なる周波数変調率を複数選択し、得られた周波数変調率で複数のPRIに渡ってチャープ上に周波数変調されたキャリア信号を放射する送信手段と、
目標で反射して戻った前記送信手段から得られる送信信号を受信信号として受信し、この受信信号に対して、前記送信手段から得られる前記キャリア信号を用いてダウンコンバートし受信ビート信号に変換する受信手段と、
前記受信手段から得られる受信ビート信号に対しPRI間FFT (Fast Fourier Transform) を行い、目標との相対距離を算出するためのPRI内距離−ビート周波数マップを作成するPRI内距離−ビート周波数マップ作成手段と、
前記PRI内距離−ビート周波数マップ作成手段から得られるPRI内距離−ビート周波数マップに対し、信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段と、
前記目標候補検出手段から得られる目標候補に対し、PRI内距離を用いて目標候補同士を組み合わせる組み合わせ手段と、
前記組み合わせ手段により得られる組み合わせを用いて、目標候補のビート周波数を組み合わせ、アンビギュイティのない距離および速度を算出する距離速度算出手段と、
前記距離速度算出手段により得られるアンビギュイティのない距離を用いて、PRI内距離の距離アンビギュィティを解消し目標との相対距離を算出する距離高分解能化手段と
を備える。
The radar apparatus according to the present invention is
PRI (Pulse Repetition Interval) Different frequency modulation rates of transmitted signals based on the resolution of the distance without ambiguity that can eliminate the distance ambiguity of the inner distance and the parameter that makes the PRI inner distance resolution more accurate than the beat frequency resolution. Transmitting means for radiating a carrier signal frequency-modulated on the chirp across a plurality of PRIs with a plurality of selected and frequency modulation rates obtained;
A transmission signal obtained from the transmission means reflected back from the target is received as a reception signal, and the received signal is down-converted using the carrier signal obtained from the transmission means and converted into a reception beat signal. Receiving means;
Create PRI intra-distance-beat frequency map to calculate the relative distance to the target by performing inter-PRI FFT (Fast Fourier Transform) on the received beat signal obtained from the receiving means. Means,
Target candidate detection means for detecting a target candidate based on the signal strength for the PRI internal distance-beat frequency map obtained from the PRI internal distance-beat frequency map creating means;
For the target candidate obtained from the target candidate detecting means, a combination means for combining the target candidates using the PRI internal distance;
Using the combination obtained by the combination means, combining the beat frequencies of the target candidates, distance speed calculation means for calculating the distance and speed without ambiguity,
Distance high-resolution means for eliminating the distance ambiguity of the PRI internal distance and calculating the relative distance to the target using the distance without ambiguity obtained by the distance speed calculation means.
この発明に係るレーダ装置によれば、
複数目標が高分解能できるPRI内距離情報を用いることにより、多目標に対処可能で、かつ、距離アンビギュィティの無い高分解能な距離を算出可能なレーダ装置を得ることができる。また、振幅値と測角値の差が小さい場合にも、高分解能なPRI内距離を用いることで、複数目標の距離を得ることが可能になる。さらに、従来のレーダ装置では、信号分離性能が、分解能の低いビート周波数の分解能に依存しており、ビート周波数の差が周波数分解能よりも小さい場合、信号の分離ができなかったが、この発明に係るレーダ装置では、高分解能なPRI内距離の分解能で信号を分離することができるため、目標分離性能が高い効果を有する。
According to the radar apparatus according to the present invention,
By using the PRI intra-distance information that allows multiple targets to have high resolution, it is possible to obtain a radar apparatus that can handle multiple targets and that can calculate a high-resolution distance without distance ambiguity. Further, even when the difference between the amplitude value and the angle measurement value is small, it is possible to obtain a plurality of target distances by using the high-resolution PRI internal distance. Further, in the conventional radar apparatus, the signal separation performance depends on the resolution of the beat frequency having a low resolution, and when the difference between the beat frequencies is smaller than the frequency resolution, the signal cannot be separated. In such a radar apparatus, since signals can be separated with high resolution within the PRI distance, target separation performance is highly effective.
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13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処理ブロック図である。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
A radar apparatus according to
この発明の実施の形態1に係るレーダ装置は、図1に示すように、空中線1と、送信手段2と、送受切替器7と、受信手段100と、信号処理器200と、表示器9とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the radar apparatus according to
送信手段2は、送信機3と、パルス内変調信号発生器4と、パルス変調器5と、局部発振器6とが設けられている。
The transmission means 2 is provided with a
信号処理手段200は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、インターフェース回路を有するコンピュータから構成され、ROMに記憶されるプログラムに従って、CPUで演算処理が行われる。信号処理手段200の処理結果は、RAMなどのメモリに記録される。 The signal processing means 200 includes a computer having a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and an interface circuit. The CPU performs arithmetic processing according to a program stored in the ROM. Is called. The processing result of the signal processing means 200 is recorded in a memory such as a RAM.
信号処理手段200は、PRI内距離−ビート周波数マップ作成手段201と、目標候補検出手段220と、組み合わせ手段221と、距離速度算出手段222と、距離高分解能化手段223とが設けられている。 The signal processing means 200 is provided with PRI internal distance-beat frequency map creation means 201, target candidate detection means 220, combination means 221, distance speed calculation means 222, and distance high resolution means 223.
PRI内距離−ビート周波数マップ作成手段201は、相関手段202と、ビート周波数算出手段203とが設けられている。
The PRI internal distance-beat frequency map creating means 201 is provided with a correlating
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.
まず、図2を参照しながら受信ビート信号を生成するまでの動作について説明する。図2は周波数変調とパルス内符号変調した送信信号と受信信号の関係を説明するための図である。ただし、図2ではアップチャープの場合を示す。 First, an operation until a reception beat signal is generated will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between a frequency-modulated and intra-pulse code modulated transmission signal and reception signal. However, FIG. 2 shows the case of up-chirp.
図2において、f0は送信開始周波数、Tpriはパルス繰り返し周期 (PRI)、TLは送信信号周波数掃引時間、BLは送信信号帯域幅、T0はビート信号観測時間、B0はビート信号観測時間T0の時間間隔での送信信号帯域幅、Tpは送信パルス幅、φ0は送信信号と局部発振信号(キャリア信号)の初期位相、R0は時刻t=0の目標との初期相対距離、Rmaxは最大探知距離、Toffsetは時刻2Rmax /c以上で初めての送信パルス送信開始時刻、cは光速を示す。 In FIG. 2, f 0 is the transmission start frequency, T pri is the pulse repetition period (PRI), T L is the transmission signal frequency sweep time, B L is the transmission signal bandwidth, T 0 is the beat signal observation time, and B 0 is the beat Transmission signal bandwidth at time interval of signal observation time T 0 , T p is transmission pulse width, φ 0 is initial phase of transmission signal and local oscillation signal (carrier signal), R 0 is target of time t = 0 The initial relative distance, R max is the maximum detection distance, T offset is the first transmission pulse transmission start time at time 2R max / c or more, and c indicates the speed of light.
また、時刻2Rmax /c以上で初めての送信パルス送信開始時刻Toffset、最大探知距離Rmax 、送信信号周波数掃引時間TL、TLの時間間隔での送信信号帯域幅BL、ビート信号観測時間T0、T0の時間間隔での送信信号帯域幅B0には次の式(1)、式(2)、式(3)で示す関係がある。 The time 2R max / c or more first transmission pulse transmission start time T offset, the maximum detectable range R max, the transmission signal frequency sweep time T L, the transmission of a time interval of T L signal bandwidth B L, the beat signal observed The transmission signal bandwidth B 0 at the time intervals T 0 and T 0 has a relationship represented by the following equations (1), (2), and (3).
図2では簡単のため、局部発振信号がアップチャープで、単一目標からの受信ビート信号のみを示すが、実施の形態1は、局部発振信号として周波数変調率の絶対値の等しいアップチャープとダウンチャープの信号を用い、目標数を2として説明する。 In FIG. 2, for simplicity, the local oscillation signal is up-chirp and only the received beat signal from a single target is shown. However, in the first embodiment, as the local oscillation signal, an up-chirp and a down-frequency having the same absolute value of the frequency modulation factor are shown. In the following description, the chirp signal is used and the target number is 2.
次に、図3を参照しながら、送信信号に関わるパラメータの設定方法について説明する。図3では、アップチャープの場合のPRI内距離−ビート周波数マップを示す。ここで、Ru1’は目標1のPRI内距離(周波数変調率がアップチャープ時)、Ru2’は目標2のPRI内距離(周波数変調率がアップチャープ時)、ΔfFMはビート周波数のサンプリング周波数間隔である。
Next, a method for setting parameters related to the transmission signal will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a PRI internal distance-beat frequency map in the case of up-chirp. Here, Ru1 'is the
PRI内距離の距離アンビギュィティの解消と、アンビギュイティのない距離の分解能より相関処理後の距離分解能が高距離分解能になるような、式(4)と式(5)と式(6)を満たすビート周波数の周波数分解能ΔfFM’とビート周波数のサンプリング周波数間隔ΔfFM、相関処理後の距離分解能ΔRPC’、1PRIの折り返し距離Rpriを算出するパラメータが設定される。1PRIの折り返し距離Rpriを算出するパラメータとしては、ビート信号観測時間T0、ビート信号観測時間T0の時間間隔での送信信号帯域幅B0が設定される。 Equation (4), Equation (5), and Equation (6) are satisfied so that the distance resolution after correlation processing is higher than the resolution of the distance within the PRI distance and the distance resolution without the ambiguity. Parameters for calculating beat frequency frequency resolution Δf FM ′, beat frequency sampling frequency interval Δf FM , distance resolution after correlation processing ΔR PC ′, and 1PRI folding distance R pri are set. The parameters for calculating the aliasing distance R pri of 1PRI, the beat signal observation time T 0, the transmission signal bandwidth B 0 in a time interval of the beat signal observation time T 0 is set.
また、ビート周波数の距離分解能ΔfFM’は式(7)、PRI内折返し距離Rpriは式(8)、サンプリング間隔ΔfFMは式(9)、相関処理後の距離分解能ΔRPC’は式(10)で算出される。ただし、1サンプル毎に符号変調した場合としている。ここで、HはPRI間FFT点数を表す。送信手段2は、以上のように設定されたパラメータに基づいて動作する。 Further, the beat frequency distance resolution Δf FM ′ is the expression (7), the PRI folding distance R pri is the expression (8), the sampling interval Δf FM is the expression (9), and the distance resolution ΔR PC ′ after the correlation processing is the expression ( 10). However, it is assumed that code modulation is performed for each sample. Here, H represents the number of FFT points between PRIs. The transmission means 2 operates based on the parameters set as described above.
次に、図4から図7までを参照しながら局部発振信号の周波数変調率変化の設定方法について説明する。 Next, a method for setting the frequency modulation rate change of the local oscillation signal will be described with reference to FIGS.
局部発振器6は、送信信号周波数掃引時間TL、送信信号帯域幅BLで周波数変調された次の式(11)で表される局部発振信号L0(t)を生成し、パルス変調器5と受信手段100に出力する。
The
ただし、ALは局部発振信号の振幅、φ0は送信RG信号の初期位相とし、±の符号は、アップチャープの場合は+を、ダウンチャープの場合は−を用いる。 However, AL is the amplitude of the local oscillation signal, φ 0 is the initial phase of the transmission RG signal, and the sign of ± is + for up-chirp and-for down-chirp.
図4に局部発振信号の周波数時間変化を示す。局部発振器6は、図4に示すように、初めの送信信号周波数掃引時間TLではアップチャープの局部発振信号、次のTLでは周波数変調率の絶対値が等しいダウンチャープの局部発振信号を生成する。実施の形態1では、局部発振器6は、以上のように設定された局部発振信号の周波数変調率に基づいて動作する。
FIG. 4 shows the frequency time change of the local oscillation signal. As shown in FIG. 4, the
局部発振器6に設定される周波数変調率は、図5に示すように、アップチャープまたはダウンチャープの送信信号周波数掃引時間TLの時間間隔での送信信号帯域幅BLを、異なる送信信号帯域幅BL’に変更したアップチャープとダウンチャープの局部発振信号の組み合わせでも良い。また、図6に示すように、送信信号帯域幅BLのダウンチャープの局部発振信号を、異なる送信信号帯域幅BL’のアップチャープの局部発振信号に変更したアップチャープ同士の組み合わせでも良い。さらに、図7に示すように、送信信号帯域幅BLのアップチャープの局部発振信号を、異なる送信信号帯域幅BL’のダウンチャープの局部発振信号に変更したダウンチャープ同士の組み合わせでも良い。ただし、用いる送信信号帯域幅BL’は式(4)と式(5)と式(6)の条件を満たすものとする。
As shown in FIG. 5, the frequency modulation rate set in the
パルス変調器5は、局部発振器6から入力された局部発振信号L0(t)に対しパルス変調を行い、次の式(12)で表されるパルス変調された局部発振信号L’0(t)として、送信機3に出力する。
The
ここで、nLは送信信号周波数掃引時間TL内のパルス番号、NLは送信信号周波数掃引時間TL内のパルス数を表す。 Here, n L represents the pulse number within the transmission signal frequency sweep time TL , and N L represents the number of pulses within the transmission signal frequency sweep time TL .
パルス内変調信号発生器4は、図8に示す4bit Barkerコードをパルス内変調信号φ(t)として生成し、送信機3に出力する。パルス内変調信号として他のbit Barkerコードを用いても良い。また、パルス内変調信号として他の符号変調や周波数変調を用いても良い。
The intra-pulse modulation signal generator 4 generates the 4-bit Barker code shown in FIG. 8 as the intra-pulse modulation signal φ (t) and outputs it to the
送信機3は、パルス変調器5から入力されたパルス変調された局部発振信号L’0(t)に対して、パルス内変調信号発生器4から入力されたパルス内変調信号φ(t)を用いてパルス内変調を行い、次の式(13)で表される送信RF信号Tx(t)を送受切替器7に出力する。
The
ここで、ATは送信RF信号の振幅、rem(X, Y)は変数Xを変数Yで割った時の剰余を示す。 Here, AT represents the amplitude of the transmission RF signal, and rem (X, Y) represents the remainder when variable X is divided by variable Y.
送受切替器7は、送信機3から入力された送信RF信号を空中線1に出力する。そして、空中線1から送信RF信号が空中に放射される。
The transmission /
空中に放射された送信RF信号は、目標で反射され、反射RF信号として空中線1に入射する。そこで、空中線1は、入射してきた反射RF信号を受信し、受信RF信号として送受切替器7に出力する。
The transmission RF signal radiated into the air is reflected by the target and enters the
送受切替器7は、空中線1から入力された受信RF信号を受信手段100に出力する。式(13)で表される送信RF信号Tx(t)が、相対距離R(t)にある目標からの反射RF信号を受信した場合、受信RF信号Rxtgt (nL, t)は次の式(14)で表される。
The transmission /
ここで、Atgt(ntgt)は受信RF信号の振幅、ntgtは目標番号を表し、目標1はntgt=1、目標2はntgt=2に対応する。また、時刻tでの目標相対距離R(t, ntgt)は次の式(15)で表される。
Here, Atgt ( ntgt ) represents the amplitude of the received RF signal, ntgt represents the target number,
ここで、R0(1)は目標1の距離、v(1)は目標1の速度、R0(2)は目標2の距離、v(2)は目標2の速度を示す。
Here, R 0 (1) represents the distance of
ビート信号観測時間T0内に観測される受信RF信号Rxtgt (n, t)は次の式(16)で表される。 The received RF signal Rx tgt (n, t) observed within the beat signal observation time T 0 is expressed by the following equation (16).
ここで、nはビート信号観測時間T0内のパルス番号、Nはビート信号観測時間T0内のパルス数を示す。 Here, n represents the pulse number within the beat signal observation time T 0 , and N represents the number of pulses within the beat signal observation time T 0 .
受信手段100は受信機8により構成される。受信機8は、送受切替器7から入力された受信RF信号Rxtgt (n, t)に対し、局部発振器6から入力された局部発振信号L0(t)を用いてダウンコンバートした後、増幅、位相検波を行い、次の式(17)で表される受信ビート信号S (n, t)として信号処理手段200に出力する。
The receiving means 100 is constituted by a
さらに式(17)を展開すると、受信ビート信号S (n, t)は次の式(18)のように表される。 Further expanding the equation (17), the received beat signal S (n, t) is expressed as the following equation (18).
以下、mを1PRI内のサンプリング番号、Mを1PRI内のサンプリング点数、Δtを1PRI内のサンプリング時間として、次の式(19)で表されるサンプリングされた受信ビート信号S(n, m)を用いて、説明を行う。ただし、T0内のサンプリング時間tsamp(n, m)は次の式(20)で表される。 Hereinafter, the sampled received beat signal S (n, m) represented by the following equation (19) is expressed by using m as the sampling number within 1PRI, M as the number of sampling points within 1PRI, and Δt as the sampling time within 1PRI. The explanation will be given. However, the sampling time t samp (n, m) within T 0 is expressed by the following equation (20).
以降、図9の処理ブロック図に示される受信ビート信号に対する各手段の処理内容について説明する。 Hereinafter, the processing content of each means for the received beat signal shown in the processing block diagram of FIG. 9 will be described.
PRI内距離−ビート周波数マップ作成手段201は相関手段202とビート周波数算出手段203で構成され、受信ビート信号に対して相関処理とPRI間FFTを行い、目標との相対距離を算出するためのPRI内距離−ビート周波数マップを作成する。 The PRI internal distance-beat frequency map creation means 201 is composed of a correlation means 202 and a beat frequency calculation means 203, which performs a correlation process and an inter-PRI FFT on the received beat signal and calculates a relative distance from the target. Create an internal distance-beat frequency map.
相関手段202は、式(18)で表される受信ビート信号S(n, m)と参照信号Ex(mτ)との相関処理、つまりパルス圧縮を行う。ここでは、周波数領域での相関処理について説明する。 Correlation means 202 performs correlation processing of received beat signal S (n, m) and reference signal Ex (m τ ) expressed by equation (18), that is, pulse compression. Here, correlation processing in the frequency domain will be described.
送信RF信号のパルス内変調成分と同じA/D変換後の参照信号Ex(mτ)は式(21)で表される。ここで、mτはサンプリング番号、Mτは1PRIのサンプリング点数(式(22))、floor(X)は変数Xを越えない最大の整数を表す。 The reference signal Ex (m τ ) after A / D conversion which is the same as the intra-pulse modulation component of the transmission RF signal is expressed by Expression (21). Here, m τ represents a sampling number, M τ represents the number of sampling points of 1 PRI (formula (22)), and floor (X) represents the maximum integer that does not exceed the variable X.
相関手段202は、受信ビート信号S(n, m)と参照信号Ex(mτ)を式(23)と式(24)によりそれぞれFFTした後、乗算する(式(25))。ここで、*は複素共役、lはPRI内サンプリング番号、L’は相関処理のFFT点数を表す。ただし、L’>Mの時にはS(n, m)に0を代入し、L’>Mτの時にはEx(mτ)に0を代入する。
The
また、相関手段202は、相関処理後の信号を受信ビート信号のサンプリング間隔よりも高精度にサンプリングする場合、式(26)により0を設定する。ここで、Lは相関処理の高速フーリエ逆変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)点数であり、式(27)により表される。ただし、qは0以上の整数である。また、q=0の場合は、受信ビート信号のサンプリング間隔と同じサンプリング間隔になる。
Correlation means 202
最後に、相関手段202は、乗算結果FV・Ex(n, kr)に対して、式(28)によりIFFTを行い、相関処理の結果、すなわちパルス圧縮後の信号RV・Ex(n, l)を出力する。また、パルス圧縮後の信号RV・Ex(n, l)のサンプリング番号lに対応するPRI内相対距離RPC(l)は式(29)により表される。
Finally, the
ビート周波数算出手段203は、式(30)によりパルス圧縮後の信号RV・Ex(n, l)をPRI方向にH点でIFFTすることでPRI内距離−ビート周波数マップRFMRPC (kh , l)を出力する。ただし、H>Nの時にはRV・Ex(n, l)に0埋めを行う。ここで、khはPRI間FFT後のサンプリング番号を表す。また、PRI間FFT後のサンプリング番号に対応するビート周波数f(kh)は式(31)により表される。 The beat frequency calculation means 203 performs PRIFT distance-beat frequency map R FM R PC (k) by performing IFFT on the signal R V · Ex (n, l) after pulse compression in the PRI direction at the H point according to the equation (30). Output h , l). However, when H> N, R V · Ex (n, l) is zero-padded. Here, k h represents the sampling number after the inter-PRI FFT. Also, the beat frequency f (k h ) corresponding to the sampling number after the inter-PRI FFT is expressed by equation (31).
上記のように、PRI内距離−ビート周波数マップ作成手段201は、PRI内パルス圧縮とPRI間FFTを行うことにより、目標との相対距離を算出するための図3に示すPRI内距離−ビート周波数マップを目標候補検出手段220に出力する。 As described above, the PRI intra-distance-beat frequency map creating means 201 performs the intra-PRI pulse compression and the inter-PRI FFT to calculate the relative distance to the target shown in FIG. The map is output to the target candidate detection means 220.
次に、目標候補検出手段220は、信号の強度に基づき目標候補を検出するCFAR(Constant False Alarm Rate)処理を行う。 Next, the target candidate detection means 220 performs a CFAR (Constant False Alarm Rate) process for detecting a target candidate based on the signal strength.
図10と図11を参照しながら、CFAR処理による目標候補検出の処理内容を説明する。図10は、CFAR処理に関わる注目セル、ガードセル、サンプルセルを説明するための図である。また、図11は、CFAR処理の結果、CFAR閾値CFAR_th(kh, l)を越えるセルが集合した場合の処理内容を説明するための図である。 The contents of target candidate detection processing by CFAR processing will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a diagram for explaining a cell of interest, a guard cell, and a sample cell related to the CFAR process. FIG. 11 is a diagram for explaining the processing contents when cells exceeding the CFAR threshold value CFAR_th (k h , l) are gathered as a result of the CFAR processing.
目標候補検出手段220は、PRI内距離−ビート周波数マップ作成手段201から得られるPRI内距離−ビート周波数マップRFMRPC(kh, l)に対し、式(32)によりCFAR処理を行い、目標候補を検出する。ここで、RFMRPC,CFAR(kh, l)はCFAR処理による目標候補検出結果を表し、目標候補は0が設定される。ただし、abs(X)は定数Xの絶対値を表す。 The target candidate detection means 220 performs the CFAR process on the PRI internal distance-beat frequency map R FM R PC (k h , l) obtained from the PRI internal distance-beat frequency map creating means 201 by the equation (32), Detect target candidates. Here, R FM R PC, CFAR (k h , l) represents a target candidate detection result by CFAR processing, and 0 is set as the target candidate. Here, abs (X) represents the absolute value of the constant X.
また、CFAR閾値 CFAR_th (kh, l) は次の式(33)により算出する。ここで、CFAR_corはCFAR係数、Samp_cell (kh, l) はサンプルセル、ave (Z(p))は配列Z(p)の平均値を表す。ただし、図11のようにCFAR閾値 CFAR_th(kh, l) を越えるセルが集合した場合は、集合のなかで振幅の最大値を示すセルを目標候補として検出する。また、複数の集合がある場合も、振幅の最大値を示すセルを目標候補として検出する。 The CFAR threshold value CFAR_th (k h , l) is calculated by the following equation (33). Here, CFAR_cor the CFAR factor, Samp_cell (k h, l) is the sample cell, ave (Z (p)) represents the average value of the sequence Z (p). However, when cells exceeding the CFAR threshold value CFAR_th (k h , l) are gathered as shown in FIG. 11, a cell having the maximum amplitude value is detected as a target candidate. Even when there are a plurality of sets, a cell indicating the maximum value of the amplitude is detected as a target candidate.
ここで、本方式では、図3で示すように、相関手段202は高分解能なPRI内距離を算出する。よって、本方式では特許文献1で示されたレーダ装置とは異なり、目標候補検出手段220は、ビート周波数の差が周波数分解能以下でも、相関手段202によりPRI内距離方向の信号が分離され、CFAR処理により2つの目標を検出できる。
Here, in this method, as shown in FIG. 3, the
以上の処理により得られた目標候補は、周波数変調がアップチャープ時の振幅値がピークとなるセルをピークu1、ピークu2、周波数変調がダウンチャープ時の振幅値がピークとなるセルをピークd1、ピークd2とすると、ピークu1は次の式(34)、ピークu2は次の式(35)、ピークd1は次の式(36)、ピークd2は次の式(37)で表される。 The target candidates obtained by the above processing are the peak u1 and the peak u2 in the cell where the amplitude value is peak when the frequency modulation is up-chirped, and the peak d1 is the cell where the amplitude value is peaked when the frequency modulation is down-chirped. Assuming peak d2, peak u1 is represented by the following equation (34), peak u2 is represented by the following equation (35), peak d1 is represented by the following equation (36), and peak d2 is represented by the following equation (37).
ただし、ピークu1のセルと対応するビート周波数をfdu1、PRI内距離をRu1’、ピークu2のセルと対応するビート周波数をfdu2、PRI内距離をRu2’、ピークd1のセルと対応するビート周波数をfdd1、PRI内距離をRd1’、ピーク2のセルと対応するビート周波数をfdd2、PRI内距離をRd2’、目標1のPRI内距離のサンプリング番号をltgt1、目標2のPRI内距離のサンプリング番号をltgt2とした。また、Kr、Kvは次の式(38)、式(39)で表される。
However, the beat frequency corresponding to the cell of peak u1 is fd u1 , the PRI internal distance is R u1 ', the beat frequency corresponding to the peak u2 cell is fd u2 , the PRI internal distance is R u2 ', and the peak d1 cell is compatible Beat frequency fd d1 , PRI internal distance R d1 ′,
図12と図13を参照しながら、組み合わせ手段221の処理内容を説明する。図12は、PRI内距離判定方法を説明するための図であり、図13は、複数目標の場合のビート周波数組み合わせ方法を説明するための図である。 The processing contents of the combination means 221 will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a diagram for explaining a PRI distance determination method, and FIG. 13 is a diagram for explaining a beat frequency combination method in the case of multiple targets.
組み合わせ手段221では、目標候補検出手段220から入力された目標候補に対し、PRI内相対距離RPC(l)を用いて組み合わせを求める。 The combination means 221 obtains a combination for the target candidates input from the target candidate detection means 220 using the relative distance R PC (l) within PRI.
図12に同一目標の判定方法を示す。ここで、Ru1’ は目標1のPRI内距離(周波数変調率がアップチャープ時)、Rd1’は目標1のPRI内距離(周波数変調率がダウンチャープ時)、Rd2’は目標2のPRI内距離(周波数変調率がダウンチャープ時)である。
FIG. 12 shows a method for determining the same target. Here, R u1 ′ is the
組み合わせ手段221は、図12のRu1’とRd1’とのように、PRI内距離の差が閾値γ以内であった場合、同一目標であると判定する。また、組み合わせ手段221は、図12のRu1’とRd2’とのように、PRI内距離の差が閾値γ以上であった場合、異なる目標であると判定する。 The combination means 221 determines that the target is the same when the difference in the PRI distance is within the threshold γ as in R u1 ′ and R d1 ′ in FIG. Further, the combination means 221 determines that the target is different when the difference in the PRI distance is equal to or larger than the threshold γ as in R u1 ′ and R d2 ′ in FIG. 12.
図13に複数目標の場合の組み合わせ方法を示す。組み合わせ手段221は、図12で示した判定方法を用いて、目標候補のビート周波数の中で、PRI内距離の差が閾値以内となるもの同士を組み合わせる。以降、目標1について説明を行うが、目標2についても同様の方法を用いることができる。
FIG. 13 shows a combination method in the case of multiple targets. The combination means 221 uses the determination method shown in FIG. 12 to combine the beat frequencies of the target candidates whose PRI distance difference is within the threshold. Hereinafter,
距離速度算出手段222では、組み合わせ手段221から入力されたビート周波数の組み合わせを用いて、アンビギュイティのない距離および速度を算出する。速度算出式を式(40)、アンビギュイティのない距離算出式を式(41)に示す。 The distance / velocity calculation means 222 uses the combination of beat frequencies input from the combination means 221 to calculate a distance and speed without ambiguity. The speed calculation formula is shown in Formula (40), and the distance calculation formula without ambiguity is shown in Formula (41).
以上のように、本方式では、予め速度が得られなくても、ビート周波数の組み合わせにより速度項を消去してアンビギュイティのない距離を算出することができるため、移動目標についてもアンビギュイティ無く距離を算出することができる。 As described above, in this method, even if the speed is not obtained in advance, the speed term can be eliminated by the combination of beat frequencies and the distance without ambiguity can be calculated. The distance can be calculated without any problem.
距離高分解能化手段223は距離高分解能化処理を行う。 The distance high resolution means 223 performs a distance high resolution process.
まず、距離高分解能化手段223は、パルス折り返し数を算出する。目標距離はパルス折り返し数とPRI内距離を用いて次の式(42)により表される。よって、パルス折り返し数は、距離速度算出手段222から入力されたアンビギュイティのない距離と、相関手段202から入力されたPRI間相対距離RFM(kh)を用いて、式(43)により表される。ここで、Nrtn(1)は目標1のパルス折り返し数である。また、式(42)のRd1’の代わりにRu1’を用いても良い。
First, the distance high resolution means 223 calculates the number of pulse wraps. The target distance is expressed by the following equation (42) using the number of pulse wraps and the PRI internal distance. Therefore, the number of pulse wrapping is calculated by the equation (43) using the distance without ambiguity input from the distance / velocity calculation means 222 and the relative distance R FM (k h ) between PRIs input from the correlation means 202. expressed. Here, N rtn (1) is the
ただし、距離高分解能化手段223が算出する目標1のパルス折り返し数Nrtn (1)は、ビート周波数のサンプリング誤差を含む。
However, the
そこで、距離高分解能化手段223は、式(44)によりサンプリング誤差を除いた目標1のパルス折り返し数Nrtn’ (1)を求める。ここで、round(X)は変数Xを四捨五入した整数である。
Therefore, the distance high resolution means 223 obtains the pulse folding number N rtn ′ (1) of the
さらに、距離高分解能化手段223は、誤差を除いた目標1のパルス折り返し数Nrtn’ (1)を用いて、式(45)から高分解能な目標相対距離R0’(1)を求める。ここでも、式(45)のRd1’の代わりにRu1’を用いても良い。
Further, the distance resolution increasing means 223 obtains the high-resolution target relative distance R 0 ′ (1) from the equation (45) using the pulse wrap count N rtn ′ (1) of the
表示器9は、PRI内距離−ビート周波数マップと、目標候補がある場合、目標情報として目標相対距離を画面上に表示する。
If there is a PRI distance-beat frequency map and target candidates, the
実施の形態1では、目標数が2の場合について説明したが、目標数が1、または3以上の場合も同様の効果が得られる。 Although the case where the target number is 2 has been described in the first embodiment, the same effect can be obtained when the target number is 1 or 3 or more.
以上のように、実施の形態1によれば、ビート周波数を得るために、アップチャープの周波数変調を行い、かつ、PRI内距離を得るために、パルス内変調を施した送信RF信号を、送受信し、受信ビート信号に対し、PRI内はパルス圧縮、PRI間はFFTを行い、PRI内距離−ビート周波数マップを作成し、PRI内距離−ビート周波数マップに対し、CFAR処理により目標候補を算出し、同様の処理をダウンチャープの周波数変調を施した送信信号に対しても行い、PRI内距離を用いた組み合わせ処理によりアップチャープとダウンチャープのビート周波数の組み合わせを決定し、組み合わせ処理により得られたビート周波数の組み合わせから、目標のアンビギュイティのない距離および速度を算出し、目標のPRI内距離アンビギュィティをアンビギュイティのない距離を用いて解き、目標相対距離を算出する。 As described above, according to the first embodiment, up-chirp frequency modulation is performed in order to obtain a beat frequency, and transmission RF signals subjected to intra-pulse modulation in order to obtain PRI internal distance are transmitted and received. For the received beat signal, pulse compression is performed within PRI and FFT is performed between PRIs to create a PRI distance-beat frequency map, and target candidates are calculated for the PRI distance-beat frequency map by CFAR processing. The same processing is performed on the transmission signal that has undergone down-chirp frequency modulation, and the combination of up-chirp and down-chirp beat frequencies is determined by combination processing using the PRI inner distance, and obtained by combination processing. From the beat frequency combination, the distance and speed without the target ambiguity are calculated, and the target PRI internal distance ambiguity is the distance without ambiguity. Solved by using, to calculate the target relative distance.
この結果、複数目標が高分解能なPRI内距離情報を用いることにより、多目標対処可能で、かつ、距離アンビギュィティの無い高分解能な距離を算出可能なレーダ装置を得ることができる。また、先の特許文献1では、振幅値や測角値の差が小さい複数目標は、ビート周波数の組み合わせを区別することができなかったが、実施の形態1では、振幅値と測角値の差が小さい場合にも、高分解能なPRI内距離を用いることで、複数目標の距離を得ることが可能になる。さらに、先の特許文献1では、信号分離性能が、分解能の低いビート周波数の分解能に依存しており、ビート周波数の差が周波数分解能よりも小さい場合、信号の分離ができなかったが、実施の形態1では、高分解能なPRI内距離の分解能で信号を分離することができるため、目標分離性能が高い。
As a result, it is possible to obtain a radar apparatus that can deal with multiple targets and can calculate a high-resolution distance without distance ambiguity by using high-resolution PRI distance information for a plurality of targets. Further, in the above-mentioned
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14から図19までを参照しながら説明する。図14は、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置の構成を示す処理ブロック図である。
A radar apparatus according to
図14において、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2と、送受切替器7と、受信手段100と、信号処理器200Bと、表示器9とが設けられている。
In FIG. 14, the radar apparatus according to
この実施の形態2に係るレーダ装置は、実施の形態1に係るレーダ装置と信号処理器200Bが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。 The radar device according to the second embodiment is different from the radar device according to the first embodiment except for the signal processor 200B, and the other components are the same.
すなわち、信号処理器200Bは、図14に示すように、実施の形態1に係る信号処理器200のPRI内距離−ビート周波数マップ作成手段201に代えて、フィルタ処理手段204を加えたPRI内距離−ビート周波数マップ作成手段201Bを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
That is, as shown in FIG. 14, the signal processor 200B replaces the PRI internal distance-beat frequency map creating means 201 of the
信号処理器200Bは、図15に示す処理を受信ビート信号に対して行う。 The signal processor 200B performs the process shown in FIG. 15 on the received beat signal.
実施の形態2では、クラッタとしてさらに地上クラッタサイドローブを想定し、地上クラッタサイドローブの低減を目的として、フィルタ処理を行う。強度の大きい地上クラッタがある場合、図16のように目標が地上クラッタメインローブと異なる距離においても、図17のように目標が地上クラッタサイドローブに埋もれる可能性がある。 In the second embodiment, a ground clutter side lobe is further assumed as a clutter, and a filter process is performed for the purpose of reducing the ground clutter side lobe. When there is a ground clutter having a high strength, the target may be buried in the ground clutter side lobe as shown in FIG. 17 even when the target is different from the ground clutter main lobe as shown in FIG.
フィルタ処理手段204は、地上クラッタメインローブを減衰させ、それに伴い地上クラッタサイドローブを減衰させるフィルタのパラメータを次の式(46)、式(47)、式(48)、式(49)により算出する。ここで、fc1、fc2は阻止域エッジ周波数、fa1、fa2はカットオフ周波数、αは予め設定した阻止域帯域幅に余裕を持たせる帯域幅、βは予め設定した遷移帯域幅、Acは予め設定した通過域リプル量、Aaは予め設定した阻止域減衰量である。また、min(X, Y)は変数XとYの最小値、max(X, Y)は変数XとYの最大値を表す。 The filter processing means 204 calculates the parameters of the filter that attenuates the ground clutter main lobe and attenuates the ground clutter side lobe according to the following equations (46), (47), (48), and (49). To do. Here, f c1 and f c2 are stop band edge frequencies, f a1 and f a2 are cut-off frequencies, α is a bandwidth giving a margin to a preset stop band bandwidth, β is a preset transition bandwidth, A c is a preset passband ripple amount, and A a is a preset stopband attenuation amount. Min (X, Y) represents the minimum value of variables X and Y, and max (X, Y) represents the maximum value of variables X and Y.
フィルタ処理手段204は、式(46)〜式(49)により算出されたパラメータと予め設定したフィルタ特性を持つNflt次のフィルタflt(p)を作成する。
実施の形態2では、フィルタとしてFIR(Finite Impulse Response)フィルタを用いて説明するが、IIR(Infinite Impulse Response)フィルタを用いた場合も同様の効果を得ることが可能である。
The filter processing means 204 creates an N flt- order filter flt (p) having parameters calculated by the equations (46) to (49) and preset filter characteristics.
The second embodiment will be described using a FIR (Finite Impulse Response) filter as a filter, but the same effect can be obtained when an IIR (Infinite Impulse Response) filter is used.
フィルタ処理手段204は、図18に示すように、地上クラッタメインローブが減衰するようなフィルタ特性を持たせているため、フィルタ処理後は地上クラッタメインローブと地上クラッタサイドローブを減衰することが可能になる。 As shown in FIG. 18, since the filter processing means 204 has a filter characteristic that attenuates the ground clutter main lobe, it is possible to attenuate the ground clutter main lobe and the ground clutter side lobe after the filter processing. become.
フィルタ処理手段204は、地上クラッタサイドローブの低減を目的として、パルス圧縮後の信号RV・Ex(n, l)に対して、次の式(50)によりPRI方向にフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の信号Rflt(n, l)を出力する。 For the purpose of reducing ground clutter side lobes, the filter processing means 204 performs a filter process in the PRI direction on the signal R V · Ex (n, l) after pulse compression in the PRI direction by the following equation (50). The processed signal R flt (n, l) is output.
ビート周波数算出手段203は、入力されたフィルタ処理後の信号Rflt(n, l)に対し、PRI方向にH点でIFFTすることでPRI内距離−ビート周波数マップRFMRPC (kh , l)を出力する。 The beat frequency calculation means 203 performs the IFFT at the H point in the PRI direction on the input filtered signal R flt (n, l), so that the PRI internal distance-beat frequency map R FM R PC (k h , l) is output.
図19に示すように、フィルタ処理を行うことにより、PRI内距離−ビート周波数マップのビート周波数方向の地上クラッタメインローブとサイドローブが低減し、目標検出性能が向上する。 As shown in FIG. 19, by performing the filter processing, the ground clutter main lobe and side lobes in the beat frequency direction of the PRI intra-distance-beat frequency map are reduced, and the target detection performance is improved.
以上のように、実施の形態2によれば、目標が地上クラッタサイドローブに埋もれないようにフィルタ処理を加えて行うフィルタ処理手段204を備えているので、クラッタ分離性能の向上、つまり目標検出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることできる。
As described above, according to the second embodiment, since the
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20から図23までを参照しながら説明する。図20は、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置の構成を示す処理ブロック図である。
A radar apparatus according to
図20において、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2と、送受切替器7と、受信手段100と、信号処理器200Cと、表示器9とをが設けられている。
20, the radar apparatus according to
この実施の形態3に係るレーダ装置は、上記の実施の形態1に係るレーダ装置と信号処理器200Cが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
Since the radar apparatus according to the third embodiment is different from the radar apparatus according to the first embodiment except for the
すなわち、信号処理器200Cは、図20に示すように、実施の形態1に係る信号処理器200のPRI内距離−ビート周波数マップ作成手段201のビート周波数算出手段203に代えて、距離−ビート周波数マップ作成手段201Cのビート周波数算出手段203Bを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
That is, as shown in FIG. 20, the
信号処理器200Cは、図21に示す処理を受信ビート信号に対して行う。
The
ビート周波数算出手段203Bは、PRI間FFTのための窓関数windFM(n)を次の式(51)により算出する。ここでは、PRI間FFTのための窓関数をハミング窓として説明をするが、他の窓関数を用いた場合も同様の効果を得ることが可能である。また、実施の形態3ではPRI内に符号変調を行っているが、PRI内に符号変調以外の変調を行った場合、図22に示すように、PRI内に窓関数を用いることにより同様の効果を得ることが可能である。
The beat frequency calculation means 203B calculates the window function wind FM (n) for the inter-PRI FFT by the following equation (51). Here, the window function for the inter-PRI FFT is described as a Hamming window, but the same effect can be obtained when other window functions are used. Further, in
ビート周波数算出手段203Bは、次の式(52)により窓関数処理を行ったPRI間FFTのための窓関数windFM(n)を乗算し、PRI方向に窓関数処理を行ったパルス圧縮後の信号R”V・Ex(n, l)を算出する。 The beat frequency calculation means 203B multiplies the window function wind FM (n) for the FFT between the PRIs subjected to the window function processing by the following equation (52) and performs the window function processing in the PRI direction after the pulse compression. The signal R ″ V · Ex (n, l) is calculated.
ビート周波数算出手段203Bは、パルス圧縮後の信号RV・Ex(n, l)に代えてPRI方向に窓関数処理を行ったパルス圧縮後の信号R”V・Ex(n, l)を式(30)に従いPRI方向にH点でIFFTすることでPRI内距離−ビート周波数マップRFMRPC (kh , l)を出力する。 Beat frequency calculation unit 203B, the signal after the pulse compression R V · Ex (n, l ) signal after pulse compression performing window function processing in PRI direction instead of the R "V · Ex the (n, l) the formula PRI within a distance by IFFT at point H in the PRI direction according (30) - the beat frequency map R FM R PC (k h, l) to output a.
図23に示すように、PRI間FFTの際に窓関数処理を加えて行うことにより、地上クラッタサイドローブが低減し、目標検出性能が向上する。 As shown in FIG. 23, by performing window function processing in the case of FFT between PRIs, ground clutter side lobes are reduced and target detection performance is improved.
以上のように、実施の形態3によれば、目標が地上クラッタサイドローブに埋もれないように窓関数処理を加えて行うビート周波数算出手段203Bを備えているので、クラッタ分離性能の向上、つまり目標検出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることできる。また、ビート周波数算出手段203Bに代えてビート周波数算出手段203を用いた場合においてもそれぞれに同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the third embodiment, the beat frequency calculation means 203B is provided to perform the window function processing so that the target is not buried in the ground clutter side lobe, so that the clutter separation performance is improved, that is, the target A radar device with improved detection performance can be obtained. Further, when the beat frequency calculating means 203 is used instead of the beat frequency calculating means 203B, the same effect can be obtained for each.
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係るレーダ装置について図24から図25までを参照しながら説明する。図24は、この発明の実施の形態4に係るレーダ装置の構成を示す処理ブロック図である。
Embodiment 4 FIG.
A radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 24 is a processing block diagram showing the configuration of the radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
図24において、この発明の実施の形態4に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2Bと、送受切替器7と、受信手段100と、信号処理器200と、表示器9とが設けられている。
In FIG. 24, the radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention is provided with an
この発明の実施の形態4に係るレーダ装置は、実施の形態1に係るレーダ装置と送信手段2Bが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。 The radar apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is different from the radar apparatus according to the first embodiment in the transmission means 2B, and is otherwise the same. .
すなわち、送信手段2Bは、図24に示すように、実施の形態1に係る送信手段2の局部発振器6に代えて、局部発振器6Bを有し、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
That is, as shown in FIG. 24, the transmission means 2B has a local oscillator 6B instead of the
送信手段2Bは、式(4)〜式(6) を満たすビート周波数分解能ΔfFM’とサンプリング間隔ΔfFM、相関処理後の距離分解能ΔR’PC、1PRIの折り返し距離Rpriのパラメータが設定される。 In the transmission means 2B, parameters of beat frequency resolution Δf FM ′, sampling interval Δf FM , distance resolution ΔR ′ PC after correlation processing, and 1PRI folding distance R pri satisfying equations (4) to (6) are set. .
以降、図25を参照しながら、局部発振器6Bの動作について説明する。この局部発振器6Bは、送信信号周波数掃引時間TL、送信信号帯域幅BLでPRI間隔に段階的に周波数変調された次の式(53)で表される局部発振信号L0(t)を生成し、パルス変調器5と受信手段100に出力する。ここで、PRI間隔の周波数変調幅Δfは式(54)により算出する。
Hereinafter, the operation of the local oscillator 6B will be described with reference to FIG. The local oscillator 6B generates a local oscillation signal L 0 (t) expressed by the following equation (53) that is stepwise frequency modulated at the PRI interval with the transmission signal frequency sweep time T L and the transmission signal bandwidth B L. And output to the
局部発振器6Bでは段階的に周波数変調を行っているが受信ビート信号に対する処理は同じ処理を行うため、信号処理器200は、図9に示す処理を受信ビート信号に対して行う。ただし、段階的に周波数変調しているためビート周波数のサンプリング間隔はビート周波数分解能ΔfFM’と同じになる。パルス内を周波数変調する必要がなくなり、ハードウェアの規模を小さくすることが可能になる。
The local oscillator 6B performs frequency modulation step by step, but the processing for the received beat signal performs the same processing, so the
以上のように、この実施の形態4によれば、パルス内を周波数変調する必要がなくなり、ハードウェアの規模を小さくすることが可能になり、かつ、目標相対距離を精度良く算出することが可能なレーダ装置を得ることができる。 As described above, according to the fourth embodiment, it is not necessary to perform frequency modulation within the pulse, the hardware scale can be reduced, and the target relative distance can be calculated with high accuracy. Can be obtained.
この発明のレーダ装置は、複数目標までの距離を測定することができ、例えば複数の船舶や、複数の航空機等の目標探知に利用される可能性がある。 The radar apparatus of the present invention can measure distances to a plurality of targets, and may be used for target detection of, for example, a plurality of ships and a plurality of aircraft.
1 空中線、2、2B 送信手段、3 送信機、4 パルス内変調信号発生器、5 パルス変調器、6、6B 局部発振器、7 送受切替器、8 受信機、9 表示器、100 受信手段、200、200B、200C 信号処理手段、201、201B、201C PRI内距離−ビート周波数マップ作成手段、202 相関手段、203、203B ビート周波数算出手段、204 フィルタ処理手段、220 目標候補検出手段、221 組み合わせ手段、222 距離速度算出手段、223 距離高分解能化手段。 1 Antenna, 2, 2B transmission means, 3 Transmitter, 4 In-pulse modulation signal generator, 5 Pulse modulator, 6, 6B Local oscillator, 7 Transmission / reception switcher, 8 Receiver, 9 Display, 100 Receiving means, 200 , 200B, 200C signal processing means, 201, 201B, 201C PRI internal distance-beat frequency map creation means, 202 correlation means, 203, 203B beat frequency calculation means, 204 filter processing means, 220 target candidate detection means, 221 combination means, 222 Distance speed calculation means, 223 distance high resolution means.
Claims (5)
目標で反射して戻った前記送信手段から得られる送信信号を受信信号として受信し、この受信信号に対して、前記送信手段から得られる前記キャリア信号を用いてダウンコンバートし受信ビート信号に変換する受信手段と、
前記受信手段から得られる受信ビート信号に対しPRI間FFT (Fast Fourier Transform) を行い、目標との相対距離を算出するためのPRI内距離−ビート周波数マップを作成するPRI内距離−ビート周波数マップ作成手段と、
前記PRI内距離−ビート周波数マップ作成手段から得られるPRI内距離−ビート周波数マップに対し、信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段と、
前記目標候補検出手段から得られる目標候補に対し、PRI内距離を用いて目標候補同士を組み合わせる組み合わせ手段と、
前記組み合わせ手段により得られる組み合わせを用いて、目標候補のビート周波数を組み合わせ、アンビギュイティのない距離および速度を算出する距離速度算出手段と、
前記距離速度算出手段により得られるアンビギュイティのない距離を用いて、PRI内距離の距離アンビギュィティを解消し目標との相対距離を算出する距離高分解能化手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 PRI (Pulse Repetition Interval) Different frequency modulation rates of transmitted signals based on the resolution of the distance without ambiguity that can eliminate the distance ambiguity of the inner distance and the parameter that makes the PRI inner distance resolution more accurate than the beat frequency resolution. Transmitting means for radiating a carrier signal frequency-modulated on the chirp over a plurality of PRIs with a plurality of selected frequency modulation rates;
A transmission signal obtained from the transmission means reflected back from the target is received as a reception signal, and the received signal is down-converted using the carrier signal obtained from the transmission means and converted into a reception beat signal. Receiving means;
Create PRI intra-distance-beat frequency map to calculate the relative distance to the target by performing inter-PRI FFT (Fast Fourier Transform) on the received beat signal obtained from the receiving means. Means,
Target candidate detection means for detecting a target candidate based on the signal strength for the PRI internal distance-beat frequency map obtained from the PRI internal distance-beat frequency map creating means;
For the target candidate obtained from the target candidate detecting means, a combination means for combining the target candidates using the PRI internal distance;
Using the combination obtained by the combination means, combining the beat frequencies of the target candidates, distance speed calculation means for calculating the distance and speed without ambiguity,
A radar having a high-resolution distance means for canceling the distance ambiguity of the intra-PRI distance and calculating a relative distance to the target using a distance without ambiguity obtained by the distance speed calculating means apparatus.
参照信号と受信機からの受信ビート信号との相関処理を行う相関手段と、
相関手段により相関処理された信号にクラッタの影響を低減する窓関数処理を行いPRI方向にIFFT処理をしPRI内距離−ビート周波数マップを出力するビート周波数算出手段を備えることを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。。 The PRI internal distance-beat frequency map creating means is:
Correlation means for performing correlation processing between the reference signal and the received beat signal from the receiver;
The beat frequency calculating means for performing window function processing for reducing the influence of clutter on the signal subjected to correlation processing by the correlation means, performing IFFT processing in the PRI direction, and outputting a PRI internal distance-beat frequency map. The radar apparatus according to 1. .
前記PRI内距離−ビート周波数マップ作成手段は、前記受信ビート信号に対してパルス内変調との相関処理を加えることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載のレーダ装置。 The transmission means applies intra-pulse modulation with PRI to the carrier signal,
5. The radar apparatus according to claim 1, wherein the PRI intra-distance-beat frequency map creation unit adds a correlation process with intra-pulse modulation to the received beat signal. 6. .
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