JP2014092457A - レーダ受信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、スキャン相関を用いたレーダ計測技術において、等速直線運動以外の運動を行う物標についても、物標のＳＮ比を劣化させないことを目的とする。
【解決手段】本発明では、従来の移動物標対応型のスキャン相関技術を用いて、スキャン画像生成部２、移動ベクトル算出部４、物標表示位置補正部５及びスキャン相関画像生成部６において生成したスキャン相関画像と、通常のスキャン相関技術及び移動物標対応型のスキャン相関技術を用いず、スキャン画像生成部２において生成した現在のスキャン画像を、スキャン画像重畳表示部７において重畳して表示する。これにより、スキャン相関画像では、物標の軌跡が薄く残ったり物標の表示が消滅したりしても、スキャン重畳画像では、物標の信号レベルの低下を防ぎ、ＳＮ比を向上させることができる。
【選択図】図１
【解決手段】本発明では、従来の移動物標対応型のスキャン相関技術を用いて、スキャン画像生成部２、移動ベクトル算出部４、物標表示位置補正部５及びスキャン相関画像生成部６において生成したスキャン相関画像と、通常のスキャン相関技術及び移動物標対応型のスキャン相関技術を用いず、スキャン画像生成部２において生成した現在のスキャン画像を、スキャン画像重畳表示部７において重畳して表示する。これにより、スキャン相関画像では、物標の軌跡が薄く残ったり物標の表示が消滅したりしても、スキャン重畳画像では、物標の信号レベルの低下を防ぎ、ＳＮ比を向上させることができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、物標移動を感度良く検出することができるレーダ受信装置に関する。
レーダ計測技術では、遠くの物標や小さな物標等、反射強度の低い物標を検出するため、アンテナの大型化や送信出力の増加を図ることができるほか、以下に説明のスキャン相関技術（例えば、特許文献１）を用いることができる。
通常のスキャン相関技術では、過去の複数のスキャン画像及び現在のスキャン画像を重み付け加算平均する。よって、スキャン画像間で相関の高い物標の信号レベルが高くなる一方で、スキャン画像間で相関の低いクラッタ成分は抑圧される。つまり、信号対雑音比（以下ＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ）比）が向上する。しかし、静止している物標については、相関が高く物標の信号レベルが高くなり、物標をはっきり視認することができるが、移動する物標については、相関が低く物標の信号レベルが低下し、物標の移動した軌跡が薄く残るか又は消えてしまう。
移動物標対応型のスキャン相関技術では、過去のスキャン画像に基づいて物標の現在位置を推定し、過去のスキャン画像において物標の表示位置を物標の現在位置に補正し、物標の表示位置を補正した過去の複数のスキャン画像及び現在のスキャン画像を重み付け加算平均する。よって、静止する物標についても、移動する物標についても、物標のＳＮ比が向上する。
しかし、従来の移動物標対応型のスキャン相関技術では、等速直線運動を行う物標については、物標の現在位置の推定精度が高いため、物標のＳＮ比が向上するが、加速運動や曲線運動を行う物標については、物標の現在位置の推定精度が低いため、物標のＳＮ比の向上が望めず、物標の軌跡が薄く残ったり物標の表示が消滅したりすることがあった。
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、スキャン相関を用いたレーダ計測技術において、等速直線運動以外の運動を行う物標についても、物標のＳＮ比を劣化させないことを目的とする。
上記目的を達成するために、従来の移動物標対応型のスキャン相関技術を用いて生成したスキャン相関画像と、通常のスキャン相関技術及び移動物標対応型のスキャン相関技術を用いず生成した現在のスキャン画像を、重畳して表示することとした。
具体的には、本発明は、反射レーダ信号を受信する反射レーダ信号受信部と、前記反射レーダ信号受信部が受信した前記反射レーダ信号に基づいて、スキャン画像を生成するスキャン画像生成部と、前記スキャン画像生成部が生成した過去のスキャン画像に基づいて、物標の移動ベクトルを算出し前記物標の現在位置を推定する移動ベクトル算出部と、前記スキャン画像生成部が生成した前記過去のスキャン画像において、前記過去のスキャン画像における前記物標の表示位置を、前記移動ベクトル算出部が推定した前記物標の現在位置に補正する物標表示位置補正部と、前記スキャン画像生成部が生成した現在のスキャン画像及び前記物標表示位置補正部が前記物標の表示位置を補正した前記過去のスキャン画像について、スキャン相関処理を実行することにより、スキャン相関画像を生成するスキャン相関画像生成部と、前記スキャン画像生成部が生成した前記現在のスキャン画像及び前記スキャン相関画像生成部が生成した前記スキャン相関画像を重畳して表示するスキャン画像重畳表示部と、を備えることを特徴とするレーダ受信装置である。
この構成によれば、スキャン相関画像では、物標の軌跡が薄く残ったり物標の表示が消滅したりしても、スキャン重畳画像では、物標の信号レベルを劣化させないことができる。
また、本発明は、前記スキャン画像生成部は、生成した前記現在のスキャン画像において、クラッタ成分を抑圧し、前記スキャン画像重畳表示部は、前記スキャン画像生成部がクラッタ成分を抑圧した前記現在のスキャン画像及び前記スキャン相関画像生成部が生成した前記スキャン相関画像を重畳して表示することを特徴とするレーダ受信装置である。
この構成によれば、スキャン重畳画像において、物標の信号レベルを劣化させずに（ＳＮ比改善）、クラッタ成分を抑圧することができる。
また、本発明は、前記スキャン画像重畳表示部は、事前設定された距離閾値を記憶しており、自装置からの距離が前記距離閾値より短い近距離領域については、前記スキャン画像生成部が生成した前記現在のスキャン画像及び前記スキャン相関画像生成部が生成した前記スキャン相関画像を重畳して表示し、自装置からの距離が前記距離閾値より長い遠距離領域については、前記スキャン画像生成部がクラッタ成分を抑圧した前記現在のスキャン画像又は前記スキャン画像生成部が生成した前記現在のスキャン画像を表示することを特徴とするレーダ受信装置である。
この構成によれば、物標の速度が見かけ上遅い遠距離領域では、移動物標対応型スキャン相関処理を実行することなく、スキャン画像全体において、処理負担を低減することができる。
本発明は、スキャン相関を用いたレーダ計測技術において、等速直線運動以外の運動を行う物標についても、物標のＳＮ比を劣化させないことができる。
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。
（レーダ受信装置）
まず、レーダ受信装置の構成について説明する。本発明のレーダ受信装置の構成を図１に示す。レーダ受信装置Ｒは、反射レーダ信号受信部１、スキャン画像生成部２、スキャン画像格納部３、移動ベクトル算出部４、物標表示位置補正部５、スキャン相関画像生成部６、スキャン画像重畳表示部７及びクラッタ成分抑圧部８から構成される。
まず、レーダ受信装置の構成について説明する。本発明のレーダ受信装置の構成を図１に示す。レーダ受信装置Ｒは、反射レーダ信号受信部１、スキャン画像生成部２、スキャン画像格納部３、移動ベクトル算出部４、物標表示位置補正部５、スキャン相関画像生成部６、スキャン画像重畳表示部７及びクラッタ成分抑圧部８から構成される。
反射レーダ信号受信部１は、反射レーダ信号を受信する。スキャン画像生成部２は、反射レーダ信号受信部１が受信した反射レーダ信号に基づいて、スキャン画像を生成する。スキャン画像格納部３は、スキャン画像生成部２が生成したスキャン画像を格納する。
移動ベクトル算出部４は、スキャン画像生成部２が生成しスキャン画像格納部３が格納する過去のスキャン画像に基づいて、物標の移動ベクトルを算出し物標の現在位置を推定する。例えば、移動ベクトル算出部４は、３次元フーリエ変換を用いて、２次元の空間座標及び１次元の時間座標からなる３次元座標空間における、物標の直線の軌跡を算出する。物標表示位置補正部５は、スキャン画像生成部２が生成しスキャン画像格納部３が格納する過去のスキャン画像において、過去のスキャン画像における物標の表示位置を、移動ベクトル算出部４が推定した物標の現在位置に補正する。
スキャン相関画像生成部６は、スキャン画像生成部２が生成した現在のスキャン画像及び物標表示位置補正部５が物標の表示位置を補正した過去のスキャン画像について、スキャン相関処理を実行することにより、スキャン相関画像を生成する。例えば、スキャン相関画像生成部６は、現在のスキャン画像及び過去の複数のスキャン画像を重み付け加算平均する。
クラッタ成分抑圧部８は、反射レーダ信号受信部１が受信した反射レーダ信号において、クラッタ成分を抑圧する。例えば、クラッタ成分抑圧部８は、ＳＴＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｔｉｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を用いて、クラッタ成分を抑圧する。
スキャン画像重畳表示部７は、第１のスキャン画像重畳表示方法として、スキャン画像生成部２が生成した現在のスキャン画像及びスキャン相関画像生成部６が生成したスキャン相関画像を重畳して表示する。詳細については、図２を用いて後述する。
スキャン画像重畳表示部７は、第２のスキャン画像重畳表示方法として、クラッタ成分抑圧部８がクラッタ成分を抑圧した現在のスキャン画像及びスキャン相関画像生成部６が生成したスキャン相関画像を重畳して表示してもよい。詳細については、図３を用いて後述する。
スキャン画像重畳表示部７は、第３のスキャン画像重畳表示方法として、事前設定された距離閾値を記憶しており、自装置からの距離が距離閾値より短い近距離領域と、自装置からの距離が距離閾値より長い近距離領域で、スキャン画像重畳表示方法を相違させてもよい。詳細については、以下及び図４で後述する。
つまり、自装置からの距離が距離閾値より短い近距離領域については、第１又は第２のスキャン画像重畳表示方法を適用する。そして、自装置からの距離が距離閾値より長い遠距離領域については、クラッタ成分抑圧部８がクラッタ成分を抑圧した現在のスキャン画像又はスキャン画像生成部２が生成した現在のスキャン画像を表示する。
ところで、従来の移動物標対応型のスキャン相関技術では、物標の軌跡が薄く残ったり物標の表示が消滅したりすることがあった。そこで、第１から第３のスキャン画像重畳表示方法では、従来の移動物標対応型のスキャン相関技術を用いて生成したスキャン相関画像と、通常のスキャン相関技術及び移動物標対応型のスキャン相関技術を用いず生成した現在のスキャン画像を、重畳して表示する。
ここで、第１から第３のスキャン画像重畳表示方法は、従来の移動物標対応型のスキャン相関技術において、物標の軌跡が薄く残ったり物標の表示が消滅したりするかどうかに関わらず、適用してもよいし、従来の移動物標対応型のスキャン相関技術において、物標の軌跡が薄く残ったり物標の表示が消滅したりするときにのみ、適用してもよい。
（第１のスキャン画像重畳表示方法）
第１のスキャン画像重畳表示方法を図２に示す。スキャン画像生成部２は、過去のスキャン画像ＳＰにおいて、過去の物標位置ＴＰ及び過去のクラッタ成分ＣＰを算出する。移動ベクトル算出部４は、過去のスキャン画像ＳＰにおいて、過去の航跡Ｐに基づいて移動ベクトルＶを算出し、過去の物標位置ＴＰ及び移動ベクトルＶに基づいて、現在の物標位置を推定する。物標表示位置補正部５は、物標表示位置補正後の過去のスキャン画像ＳＣにおいて、物標の位置を過去の物標位置ＴＰから補正後の物標位置ＴＣへと補正する。
第１のスキャン画像重畳表示方法を図２に示す。スキャン画像生成部２は、過去のスキャン画像ＳＰにおいて、過去の物標位置ＴＰ及び過去のクラッタ成分ＣＰを算出する。移動ベクトル算出部４は、過去のスキャン画像ＳＰにおいて、過去の航跡Ｐに基づいて移動ベクトルＶを算出し、過去の物標位置ＴＰ及び移動ベクトルＶに基づいて、現在の物標位置を推定する。物標表示位置補正部５は、物標表示位置補正後の過去のスキャン画像ＳＣにおいて、物標の位置を過去の物標位置ＴＰから補正後の物標位置ＴＣへと補正する。
スキャン画像生成部２は、現在のスキャン画像ＳＬにおいて、現在の物標位置ＴＬ及び現在のクラッタ成分ＣＬを算出する。物標表示位置補正後の過去のスキャン画像ＳＣ及び現在のスキャン画像ＳＬでは、過去のクラッタ成分ＣＰ及び現在のクラッタ成分ＣＬは相関がなく、加速運動や曲線運動を行う物標については、現在の物標位置の推定精度が低いため、補正後の物標位置ＴＣ及び現在の物標位置ＴＬは互いに異なる。
スキャン相関画像生成部６は、物標表示位置補正後の過去のスキャン画像ＳＣ及び現在のスキャン画像ＳＬについて、スキャン相関処理を実行する。スキャン相関画像ＳＡでは、クラッタ成分が抑圧され、物標の軌跡が薄く残ったり物標の表示が消滅したりする。
スキャン画像重畳表示部７は、スキャン相関画像ＳＡ及び現在のスキャン画像ＳＬを重畳して表示する。スキャン相関重畳画像ＳＳでは、物標の表示が現在の物標位置ＴＬとしてＳＮ比を向上させる一方で、現在のクラッタ成分ＣＬが残る。
このように、第１のスキャン画像重畳表示方法では、スキャン相関画像ＳＡでは、物標の軌跡が薄く残ったり物標の表示が消滅したりしても、スキャン相関重畳画像ＳＳでは、物標の表示が現在の物標位置ＴＬとして信号レベルを改善させることができる。
（第２のスキャン画像重畳表示方法）
第２のスキャン画像重畳表示方法を図３に示す。第２のスキャン画像重畳表示方法を第１のスキャン画像重畳表示方法と比較すると、過去のスキャン画像ＳＰ、物標表示位置補正後の過去のスキャン画像ＳＣ、現在のスキャン画像ＳＬ及びスキャン相関画像ＳＡは同様であるが、クラッタ成分抑圧後の現在のスキャン画像ＳＲ及びスキャン相関重畳画像ＳＳは異なっている。以下では、相違部分について説明する。
第２のスキャン画像重畳表示方法を図３に示す。第２のスキャン画像重畳表示方法を第１のスキャン画像重畳表示方法と比較すると、過去のスキャン画像ＳＰ、物標表示位置補正後の過去のスキャン画像ＳＣ、現在のスキャン画像ＳＬ及びスキャン相関画像ＳＡは同様であるが、クラッタ成分抑圧後の現在のスキャン画像ＳＲ及びスキャン相関重畳画像ＳＳは異なっている。以下では、相違部分について説明する。
クラッタ成分抑圧部８は、クラッタ成分抑圧後の現在のスキャン画像ＳＲにおいて、現在のクラッタ成分ＣＬを抑圧し、現在の物標位置ＴＬを抽出する。
スキャン画像重畳表示部７は、スキャン相関画像ＳＡ及びクラッタ成分抑圧後の現在のスキャン画像ＳＲを重畳して表示する。スキャン相関重畳画像ＳＳでは、物標の表示が現在の物標位置ＴＬとしてＳＮ比を向上させるとともに、現在のクラッタ成分ＣＬが消える。
このように、第２のスキャン画像重畳表示方法では、スキャン相関重畳画像ＳＳにおいて、物標の表示が現在の物標位置ＴＬとして信号レベルを改善させることができるとともに、現在のクラッタ成分ＣＬを抑圧することができる。
（第３のスキャン画像重畳表示方法）
第３のスキャン画像重畳表示方法を図４に示す。距離領域境界ＴＨの内側を近距離領域と呼び、距離領域境界ＴＨの外側を遠距離領域と呼ぶ。第３のスキャン画像重畳表示方法を第１、２のスキャン画像重畳表示方法と比較すると、近距離領域の処理方法は同様であるが、遠距離領域の処理方法は異なっている。以下では、相違部分について説明する。
第３のスキャン画像重畳表示方法を図４に示す。距離領域境界ＴＨの内側を近距離領域と呼び、距離領域境界ＴＨの外側を遠距離領域と呼ぶ。第３のスキャン画像重畳表示方法を第１、２のスキャン画像重畳表示方法と比較すると、近距離領域の処理方法は同様であるが、遠距離領域の処理方法は異なっている。以下では、相違部分について説明する。
スキャン画像生成部２は、現在のスキャン画像ＳＬのうち、近距離領域において、近距離領域の物標位置ＴＮ及び現在のクラッタ成分ＣＬを算出し、遠距離領域において、遠距離領域の物標位置ＴＦ及び現在のクラッタ成分ＣＬを算出する。近距離領域においては、第１、２のスキャン画像重畳表示方法と同様な処理を実行する。
遠距離領域においては、スキャン相関処理を実行しない。スキャン画像重畳表示部７は、遠距離領域においては、スキャン画像生成部２が生成した現在のスキャン画像を、遠距離領域における現在のスキャン画像ＳＦ１として表示してもよい。スキャン画像重畳表示部７は、遠距離領域においては、クラッタ成分抑圧部８がクラッタ成分を抑圧した現在のスキャン画像を、遠距離領域における現在のスキャン画像ＳＦ２として表示してもよい。
このように、第３のスキャン画像重畳表示方法では、物標の速度が見かけ上遅い遠距離領域では、スキャン相関処理を実行することなく、近距離領域及び遠距離領域を合わせたスキャン画像全体において、処理負担を低減することができる。
本発明に係るレーダ受信装置は、船舶レーダや航空レーダ等、静止している物標のみならず移動する物標を検出する目的で、特に適用することができる。
Ｒ：レーダ受信装置
１：反射レーダ信号受信部
２：スキャン画像生成部
３：スキャン画像格納部
４：移動ベクトル算出部
５：物標表示位置補正部
６：スキャン相関画像生成部
７：スキャン画像重畳表示部
８：クラッタ成分抑圧部
ＳＰ：過去のスキャン画像
ＳＬ：現在のスキャン画像
ＳＣ：物標表示位置補正後の過去のスキャン画像
ＳＡ：スキャン相関画像
ＳＳ：スキャン相関重畳画像
ＳＲ：クラッタ成分抑圧後の現在のスキャン画像
ＳＦ１：遠距離領域における現在のスキャン画像
ＳＦ２：遠距離領域におけるクラッタ成分抑圧後の現在のスキャン画像
ＴＰ：過去の物標位置
ＴＬ：現在の物標位置
ＴＣ：補正後の物標位置
ＴＦ：遠距離領域の物標位置
ＴＮ：近距離領域の物標位置
ＣＰ：過去のクラッタ成分
ＣＬ：現在のクラッタ成分
ＴＨ：距離領域境界
Ｐ：過去の航跡
Ｖ：移動ベクトル
１：反射レーダ信号受信部
２：スキャン画像生成部
３：スキャン画像格納部
４：移動ベクトル算出部
５：物標表示位置補正部
６：スキャン相関画像生成部
７：スキャン画像重畳表示部
８：クラッタ成分抑圧部
ＳＰ：過去のスキャン画像
ＳＬ：現在のスキャン画像
ＳＣ：物標表示位置補正後の過去のスキャン画像
ＳＡ：スキャン相関画像
ＳＳ：スキャン相関重畳画像
ＳＲ：クラッタ成分抑圧後の現在のスキャン画像
ＳＦ１：遠距離領域における現在のスキャン画像
ＳＦ２：遠距離領域におけるクラッタ成分抑圧後の現在のスキャン画像
ＴＰ：過去の物標位置
ＴＬ：現在の物標位置
ＴＣ：補正後の物標位置
ＴＦ：遠距離領域の物標位置
ＴＮ：近距離領域の物標位置
ＣＰ：過去のクラッタ成分
ＣＬ：現在のクラッタ成分
ＴＨ：距離領域境界
Ｐ：過去の航跡
Ｖ：移動ベクトル
Claims (3)
- 反射レーダ信号を受信する反射レーダ信号受信部と、
前記反射レーダ信号受信部が受信した前記反射レーダ信号に基づいて、スキャン画像を生成するスキャン画像生成部と、
前記スキャン画像生成部が生成した過去のスキャン画像に基づいて、物標の移動ベクトルを算出し前記物標の現在位置を推定する移動ベクトル算出部と、
前記スキャン画像生成部が生成した前記過去のスキャン画像において、前記過去のスキャン画像における前記物標の表示位置を、前記移動ベクトル算出部が推定した前記物標の現在位置に補正する物標表示位置補正部と、
前記スキャン画像生成部が生成した現在のスキャン画像及び前記物標表示位置補正部が前記物標の表示位置を補正した前記過去のスキャン画像について、スキャン相関処理を実行することにより、スキャン相関画像を生成するスキャン相関画像生成部と、
前記スキャン画像生成部が生成した前記現在のスキャン画像及び前記スキャン相関画像生成部が生成した前記スキャン相関画像を重畳して表示するスキャン画像重畳表示部と、
を備えることを特徴とするレーダ受信装置。 - 前記スキャン画像生成部は、生成した前記現在のスキャン画像において、クラッタ成分を抑圧し、
前記スキャン画像重畳表示部は、前記スキャン画像生成部がクラッタ成分を抑圧した前記現在のスキャン画像及び前記スキャン相関画像生成部が生成した前記スキャン相関画像を重畳して表示することを特徴とする請求項１に記載のレーダ受信装置。 - 前記スキャン画像重畳表示部は、事前設定された距離閾値を記憶しており、
自装置からの距離が前記距離閾値より短い近距離領域については、前記スキャン画像生成部が生成した前記現在のスキャン画像及び前記スキャン相関画像生成部が生成した前記スキャン相関画像を重畳して表示し、
自装置からの距離が前記距離閾値より長い遠距離領域については、前記スキャン画像生成部がクラッタ成分を抑圧した前記現在のスキャン画像又は前記スキャン画像生成部が生成した前記現在のスキャン画像を表示する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーダ受信装置。
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