JP2014194399A

JP2014194399A - レーダ処理装置

Info

Publication number: JP2014194399A
Application number: JP2013071398A
Authority: JP
Inventors: Yuki Hori; 友樹堀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP6056609B2

Abstract

【課題】従来のレーダ処理装置では、目標探知のための信号処理を実際に行う前に信号処理と追尾処理の処理負荷を調整していたため、実際の信号処理において判明する目標探知数を正確に知ることができず、実現可能な信号処理の精度に限界が生じていた。
【解決手段】信号処理での実際の処理内容に基づいて、信号処理と追尾処理の処理負荷を調整し、追加的な信号処理の処理負荷が許容範囲である場合には、より高い精度で目標探知のための信号処理を追加的に行うことで、高精度なレーダ信号処理を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は電波などを用いて目標を探知し、追尾を行うレーダ処理装置に関するものである。

レーダ処理装置は、アンテナで受信されたレーダ受信信号を信号処理することにより、目標に相当する信号の検出及び探知を行い、探知された信号に基づいて目標の追尾処理を行うものである。レーダ処理装置は次のスキャンまでに処理を完了する必要があり、アンテナで受信してから追尾処理において結果を出力するまでの一連の処理にリアルタイム性が要求される。また、アンテナで受信された信号を用いて行われる目標探知を行う信号処理と探知された目標を追尾する追尾処理の処理負荷は、目標数、天候、電波状況によって変化する。

そこで、特許文献１では、追尾の処理時間を予測し、目標探知を行う信号処理と探知された目標を追尾する追尾処理の時間を合わせた時間がリアルタイム処理を維持できる許容遅延内であれば、信号処理の処理時間を延長して精度の高い信号処理を行う装置を記載している。

特開２０１１−２３２０９９号公報

レーダ処理装置では、信号処理と追尾処理で用いられる精度によって処理負荷は異なり、よい結果を出力するためには、信号処理と追尾処理の整合性が求められる。従来技術では、追尾処理の予測処理負荷に基づき信号処理の処理負荷を調整するが、信号処理の実際の処理内容に基づいて追尾処理の処理負荷を決めることはできなかった。そのため、従来技術では、信号処理と追尾処理の間で調整可能な範囲に限界が生じ、実現可能な信号処理精度に限界が生じていた。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、許容遅延内を満たす範囲で信号処理と追尾処理の間で処理負荷を効率的に調整し、信号処理において検出目標を増やすことのできる高精度な信号処理を行うことを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明におけるレーダ処理装置は、最新の受信信号を用いて目標を検出する信号処理を行う信号処理部と、前記信号処理部の出力に基づき前記目標の追尾処理を行う追尾処理部と、前記信号処理部における処理結果に基づき前記信号処理部及び前記追尾処理部での処理負荷を調整する負荷調整部とを備えたことを特徴とする。

本発明にかかるレーダ処理装置では、リアルタイム処理の条件を満たしつつ信号処理での検出目標を増やすことができ、より精度の高い信号処理を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置の構成を示すブロック図。本発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置において行う追尾処理の概要。本発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置における処理のフローチャート。本発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置における処理時間の配分。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置について説明する。以下、本発明のレーダ処理装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置を示すブロック構成図である。図において、レーダ処理装置は、負荷調整部１、信号処理部２、追尾処理部３を備え、負荷調整部１はその内部に観測制御部４、追尾処理負荷予測部５、信号処理内容調整部６、信号処理結果調整部７、追尾処理データベース８を有する。

負荷調整部１は、信号処理部２及び追尾処理部３において発生する処理負荷をあらかじめ予測し、その予測負荷に基づき、処理負荷を調整するための処理を行う。信号処理部２は、アンテナで受信された受信信号を用いて対象目標を検出し、目標探知を行う信号処理を行う。追尾処理部３は、信号処理部２の出力に基づき対象目標の追尾処理を行う。観測制御部４は観測諸元を管理し、レーダによる観測を制御する。追尾処理負荷予測部５は、追尾処理データベース８の情報を用いて追尾処理時間を予測する。信号処理内容調整部６は、追尾処理負荷予測部５の予測結果に基づき、信号処理内容を調整する。信号処理結果調整部７は、追尾処理負荷予測部５の予測結果に基づき、信号処理結果を調整する。追尾処理データベース８は、追尾処理部３で行われた過去の追尾処理の情報を格納する。

図２に本発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置において行う追尾処理の概要を示す。

レーダ処理装置の追尾処理部３における追尾処理としては、ＭＨＴ(ＭｕｌｔｉｐｌｅＨｙｐｏｔｈｅｓｉｓＴｒａｃｋｉｎｇ)を想定する。図２において、これまでに探知されたプロットデータ１１のうち、同一目標と判断された探知データを時系列に連結した追尾結果を航跡１２と呼ぶ。また、航跡１２の次の観測時における位置の予測範囲をゲート１３、次の観測時におけるゲート１３が重なり合っている航跡１２の集合の空間的な範囲をクラスタ１４と呼ぶ。追尾処理はクラスタ１４を追尾処理の単位とし、現時刻におけるゲート１３と現時刻に探知されたプロットデータ１５との相関をとることにより、プロットデータ１５と航跡１２の関係を明らかにする。

レーダ処理装置は信号処理部２において目標の探知を行い、追尾処理部３において探知データの追尾処理を行う。この際、信号処理部２と追尾処理部３の処理負荷はそれぞれ用いる精度によって異なる。そこで、本発明の実施の形態１では、リアルタイム処理を維持しつつ高精度な信号処理を行えるよう、信号処理部２と追尾処理部３で行われる処理負荷を適切に配分する。

図３は本発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置における処理のフローチャート、図４はレーダ処理装置において発生する各状態における処理時間の配分を示している。以下、図１〜４を用いながら、本発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置の動作について説明する。

まず、追尾処理負荷予測部５は、追尾処理の処理時間を予測する（ステップ３０１）。そこで、追尾処理の処理時間の算出方法について以下に説明する。

追尾処理部３で行われる追尾処理の処理時間は、負荷予測値である「航跡数（すなわち、対象目標数）×相関探知データ数」と、過去の追尾処理の処理時間（例えば、最近の処理時間の平均値）から求めることが可能である。ここで、航跡数（対象目標数）と過去の追尾処理の処理時間は追尾処理データベース８から取得できる。一方、相関探知データ数は信号処理部２が実際に目標探知を行った結果として得られるものであり、信号処理部２が処理を行う前には分からない。そこで、追尾処理負荷予測部５は追尾処理データベース８から取得された航跡数（対象目標数）と前回の探知データ数を用いて、相関探知データ数を予測する。ここで、負荷とは、処理を行うコンピュータによって行われる演算回数、演算量、プログラムのステップ数、処理時間などの演算負荷を表すパラメータである。

レーダ処理装置の追尾処理データベース８は、過去の追尾処理の情報を格納している。具体的には、クラスタ毎に、クラスタの空間的な範囲、クラスタ内の航跡数（対象目標数）、クラスタの過去の追尾処理の処理時間、前回の探知データ数を格納している。

追尾処理負荷予測部５は、まず観測制御部４から受信信号に対応する観測諸元情報を受け取り、ビームの覆域（すなわち、観測範囲）情報を取得する。その観測範囲に基づき、追尾処理負荷予測部５は追尾処理データベース８から過去の探知データ数と航跡数（対象目標数）を取り出し、相関探知データ数を予測する。

ここで、相関探知データ数の予測値と信号処理部２における実際の処理により分かる相関探知データ数との間には誤差がある。そのため、相関探知データ数の予測値は大きな変動要因を有しており、追尾処理負荷予測部５はこの実際の値を超えることがほとんどないよう、その予測値に大きめのマージンを持たせる。このマージンは信号処理２での処理負荷を実際の処理負荷よりも多めに予測しているといえる。このマージンは、信号処理部２における実際の処理負荷が分かった後、信号処理の追加を行う際に利用される。

さらに、追尾処理負荷予測部５は追尾処理データベース８から最近の処理時間の平均値を取り出し、最近の処理時間の平均値、予測された相関探知データ数、航跡数（すなわち、対象目標数）を用いて、クラスタ単位で対象とする追尾処理の処理時間を予測する。図４（ａ）はこの追尾処理の予測時間を含めた処理時間を示している。この予測時間は相関探知データ数の予測値に基づき算出されるため、この予測時間にもマージンが含まれる。追尾処理負荷予測部５はマージンを含んだ追尾処理の予測時間と、観測制御部４から送られた受信信号に対応する観測諸元をクラスタ単位で信号処理内容調整部６へ送る。

次に、信号処理内容調整部６は、レーダ処理装置が電波を受信してからリアルタイム性を維持しつつ追尾結果を出力するまでの時間の上限値（すなわち、リアルタイム処理のための制限時間）から追尾処理単位の処理時間の予測時間を引くことにより、処理負荷を規定するパラメータとして信号処理部２で費やせる処理時間を算出する。図４（ｂ)に信号処理部２での信号処理時間を含めた処理時間を示す。信号処理内容調整部６は、信号処理部２における信号処理に費やせる処理時間を越えない範囲で信号処理精度が最も良くなるよう信号処理精度を規定するパラメータを選択し、信号処理部２にそのパラメータを送る（ステップ３０２）。この信号処理精度を規定するパラメータとして、例えば、目標検出を行う際の信号強度の閾値などを用いる。また、信号処理の処理時間の異なるアルゴリズムを複数個用意し、そのアルゴリズム自身を信号処理精度を規定するパラメータとしても良い。

信号処理部２は、信号処理内容調整部６から通知されたパラメータに基づき受信信号を信号処理し、目標に対する信号の検出および探知を行い、信号処理の結果を追尾処理負荷予測部５に送る（ステップ３０３）。図４（ｃ)にこの信号処理を行った際の経過時間を示す。なお、信号処理の結果は後で追尾処理部３に送るため、削除せずに信号処理部２で一時保存しておく。

追尾処理負荷予測部５は、観測制御部４から得られる観測範囲情報と信号処理部２から受け取った信号処理結果と合わせて、相関探知データ数を再度予測する。ここで、相関探知データ数は、後に述べる信号処理部２での追加的な信号処理によって探知データ数が増加する可能性があるため、探知データ数に若干のマージンを持たせて設定する。ただし、今回の予測値はステップ３０１における相関探知データ数の予測値よりも変動が小さいため、ステップ３０１で設定したマージンよりも小さな設定でよい。また、相関探知データ数の予測値の更新に伴い、航跡数（対象目標数）、追尾処理データベース８から取得された最近の処理時間の平均値を用いて、追尾処理時間についても再度予測して更新する（ステップ３０４）。更新された相関探知データ数のマージンは前回設定時よりも小さいため、更新された追尾処理時間の予測時間はステップ３０１で設定した値よりも小さくなる。図４（ｄ)にこの更新された追尾処理時間の予測時間を含む処理時間を示す。なお、予測時間が短くなったことで余裕時間が生じるが、この余裕時間は信号処理部２が追加的な信号処理を行うために利用される。追加処理負荷予測部５は更新された追尾処理時間の予測時間を信号処理内容調整部６に送る。

信号処理内容調整部６はステップ３０２と同様の動作を行い、信号処理部２における信号処理に費やせる処理時間を算出する。ここで、ステップ３０２で算出された処理時間は既に信号処理部２において実行されており、ここでは信号処理部２の信号処理において追加的に費やせる処理時間を算出する。図４（ｅ)に信号処理時間が追加された処理時間を示す。信号処理内容調整部６は、追加された信号処理時間に対してステップ３０４と同様に信号処理精度が最も良くなるよう信号処理精度を規定するパラメータを選択し、信号処理部２にそのパラメータを送る（ステップ３０５）。なお、信号処理において追加的に費やせる処理時間が無い場合は、追加的な信号処理ができないことをパラメータとして信号処理部２に送る。

信号処理部２は信号処理内容調整部６から信号処理の追加ができないことを示すパラメータを受け取った場合は（ステップ３０６のＮＯ）、信号処理を実施せず、ステップ３０６において保存していた信号処理結果を追尾処理部３に出力する（ステップ３０７）。信号処理部２は信号処理内容調整部６から、処理の追加ができることを示すパラメータを受け取った場合は（ステップ３０６のＹＥＳ）、そのパラメータに従って追加の信号処理を実施し、目標に対する信号の検出および探知を行う（ステップ３０８）。追加的な信号処理の結果、相関探知データ数が増加した場合は（ステップ３０９のＹＥＳ）、増加分を含めた信号処理結果を追尾処理負荷予測部５に送る（ステップ３１１）。図４（ｆ)に信号処理が実行された際の処理時間を示す。なお、信号処理の結果は、信号処理部２で一時保存しておく。また、信号処理部２は相関探知データ数の変化が無かった場合は（ステップ３０９のＮＯ）、保存しておいた信号処理結果をそのまま追尾処理部３に出力する（ステップ３１０）。

追加処理負荷予測部５はステップ３０４と同様に、信号処理部２から受け取った信号処理結果と追尾処理データベース８の情報を用いて追尾処理時間を改めて算出し、更新する（ステップ３１２）。ただし、ステップ３０４で行ったようなマージンはここでは設定しない。図４（ｇ)に追尾処理時間が追加された処理時間を示す。また、更新された追尾処理時間を信号処理結果調整部７に送る。

次に、信号処理結果調整部７は、レーダ処理装置が電波を受信してからその追尾結果を出力するまでの時間の上限値（リアルタイム処理のための制限時間）までの残り時間と、受け取った新たな追尾処理予測時間を比較し、検出した目標全ての追尾処理を実行する時間があるか否かを確認する。もし、時間があれば、信号処理部２に処理可能な追尾目標数を送る。逆に、時間が足りなければ、目標数を減らし、その目標数を追尾処理負荷予測部５に送ることで再度見積もりを行う。時間が足りるようになるまでこの作業を繰り返し、足りたときの目標数を信号処理部２に送る（ステップ３１３）。図４（ｈ)に追尾処理時間が追加された処理時間を示す。

信号処理部２は信号処理結果調整部７から受け取った追尾目標数に対応する結果のみを、追尾処理部３に出力する（ステップ３１４）。なお、残った結果は破棄する。

追尾処理部３は、信号処理部２から送られた信号処理結果である探知データ群を受け取り、その探知データ群の情報で追尾処理データベース８に格納されている追尾処理単位の情報を検索し、その追尾処理単位に対して目標の追尾処理を行う（ステップ３１５）。図４（ｉ)に実行された追尾処理の処理時間を含む処理時間を示す。そして、追尾処理結果を出力するとともに、追尾処理データベース８の対応する追尾処理単位の空間的な範囲、航跡数（対象目標数）、過去の追尾処理の処理時間を更新する。

このような一連の処理によって、本発明の実施の形態１に係るレーダ処理装置の負荷調整部１は、信号処理部２における処理結果である実際に得られた探知目標数に基づき、信号処理部２と追尾処理部３で行われる処理の処理負荷を調整する。このような処理により、リアルタイム性を維持できる範囲で、そのデータに対応する信号処理と追尾処理に最大限の処理時間を費やすようにしている。そのため、従来技術と比較して、より精度の高い信号処理ができるという効果がある。また、信号処理部２で検出された相関探知データ数が確定した後に、改めて追尾時間の予測を行うため、許容遅延時間内に無駄な時間を残すことなく、信号処理と追尾処理に最大限演算を活用することが可能となる。

１：負荷調整部、２：信号処理部、３：追尾処理部、４：観測制御部、５：追尾処理負荷予測部、６：信号処理内容調整部、７：信号処理結果調整部、８：追尾処理データベース、１１：これまでに探知されたプロットデータ、１２：航跡、１３：ゲート、１４：クラスタ、１５：現時刻に探知されたプロットデータ

Claims

最新の受信信号を用いて目標を検出する信号処理を行う信号処理部と、
前記信号処理部の出力に基づき前記目標の追尾処理を行う追尾処理部と、
前記信号処理部における処理結果に基づき前記信号処理部及び前記追尾処理部での処理負荷を調整する負荷調整部とを備えた
ことを特徴とするレーダ処理装置。
前記負荷調整部は前記信号処理部及び前記追尾処理部での処理負荷を規定するパラメータを用いて、前記信号処理部及び前記追尾処理部での処理負荷を調整することを特徴とする請求項１に記載のレーダ処理装置。
前記負荷調整部で用いる前記パラメータは、前記信号処理部及び前記追尾処理部での処理負荷または処理時間の予測値であることを特徴とする請求項２に記載のレーダ処理装置。
前記負荷調整部は前記信号処理部における処理結果に基づき算出した前記パラメータが自装置で行える処理の範囲内であるとき、前記信号処理部は追加的な信号処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のレーダ処理装置。
前記負荷調整部は前記信号処理部で行われる信号処理結果の目標数を変更することを特徴とする請求項１に記載のレーダ処理装置。