JP2017161358A - Radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は目標のレンジ及び角度を観測するレーダ装置に関する。 The present embodiment relates to a radar apparatus that observes a target range and angle.
従来のレーダ装置には、目標のレンジ及び角度を観測する一手法として、ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar:逆合成開口レーダ)(非特許文献1参照)と称される処理がある。このISAR処理では、目標の重心等をレンジ及びドップラの両軸で追跡して画像中心を得て、レンジ圧縮及びAZ圧縮(クロスレンジ圧縮)することにより、レンジ−ドップラ軸で目標を画像化する。 In a conventional radar apparatus, there is a process called ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) (see Non-Patent Document 1) as one method of observing a target range and angle. In this ISAR processing, the center of gravity of the target is tracked by both the range and Doppler axes to obtain the center of the image, and the target is imaged by the range-Doppler axis by performing range compression and AZ compression (cross range compression). .
ここで、従来のISAR処理では、以下の点について問題が指摘されている。 Here, in the conventional ISAR process, the following points are pointed out.
まず、ISAR処理では、レンジ−ドップラ軸の画像中心を補正するために、目標追跡データの位置と速度を基にして、AZ圧縮の参照信号を生成しているが、画像生成時の速度変化に対応することができず、参照信号に誤差が生じて、レンジ−ドップラ軸の座標点に誤差が生じるという問題があった。 First, in the ISAR process, in order to correct the image center of the range-Doppler axis, a reference signal for AZ compression is generated based on the position and speed of the target tracking data. There is a problem in that it is not possible to cope with this, and an error occurs in the reference signal, resulting in an error in the coordinate point of the range-Doppler axis.
また、ISAR処理では、観測目標の回転(振動)等によるドップラ変化により、生成画像のクロスレンジ寸法が異なるという問題がある。すなわち、ISAR画像を基に、大きさを持つ目標内の特定の点を検出し、この点を追跡する処理を実行する場合には、クロスレンジが絶対値と異なるため、誤差が大きくなって追跡が困難になるという問題があった。 In addition, in the ISAR process, there is a problem that the cross range dimension of the generated image is different due to Doppler change due to rotation (vibration) of the observation target. That is, when a specific point within the target having a size is detected based on the ISAR image and the process of tracking this point is executed, the cross range is different from the absolute value, so that the error becomes large and tracking is performed. There was a problem that became difficult.
また、ISAR処理は、レンジ−ドップラ軸の画像を生成するのが目的であるが、必ずしも画像化が目的ではなく、レンジ−ドップラ軸の高分解能処理によりSN(信号電力対雑音電力)向上とレンジ−ドップラ軸における分解能向上を図る目的の場合がある。このような目的のレーダ、例えばISAR画像を生成しないドップラレーダにおいて、大きさを持つ目標を測角する場合には、測角点が広がった複数点のベクトル合成(複素合成)になるため、グリントノイズが大きくなるという問題があった。 The purpose of the ISAR processing is to generate an image of the range-Doppler axis, but it is not necessarily the purpose of imaging. The high resolution processing of the range-Doppler axis improves SN (signal power versus noise power) and the range. -It may be aimed at improving the resolution on the Doppler axis. In such a target radar, for example, a Doppler radar that does not generate an ISAR image, when measuring a target having a size, vector synthesis (complex synthesis) of a plurality of points with a wide angle measurement point is performed. There was a problem of increased noise.
なお、以下の説明においては、レンジ−ドップラ軸の高分解能処理によりISAR画像生成を行う処理の場合も、必ずしも画像生成が目的ではない高分解能ドップラレーダ処理も含めて、簡単のため「ISAR処理」、「レンジ−ドップラ画像生成」等と呼ぶ。 In the following description, even in the case of processing for generating an ISAR image by high-resolution processing of the range-Doppler axis, including high-resolution Doppler radar processing that is not necessarily the purpose of image generation, “ISAR processing” is used for simplicity. , “Range-Doppler image generation” or the like.
以上述べたように、従来のレーダ装置では、ISAR処理において、AZ圧縮の参照信号の生成が、画像生成時の速度変化に対応できない、観測目標の回転(振動)等によるドップラ変化により、生成画像のクロスレンジ寸法が異なる、複数点のベクトル合成によってグリントノイズが大きくなるといった課題があった。 As described above, in the conventional radar apparatus, in the ISAR processing, the generation of the reference image for AZ compression cannot correspond to the speed change at the time of image generation, and the generated image is caused by the Doppler change due to the rotation (vibration) of the observation target. However, there are problems that the cross range dimension is different and that the glint noise is increased by vector synthesis of a plurality of points.
本発明は上記の問題を解決するべくなされたもので、画像生成時の目標の速度変化がある場合でも、速度精度を向上させ、レンジ−ドップラ軸の位置及び速度精度を高めることができ、目標の回転(振動)等によるドップラ変化の影響で、生成画像のクロスレンジ寸法が異なる問題がある場合でも、クロスレンジ(角度)の精度を高め、複数反射点によるグリントノイズを低減させることのできるレーダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problem, and even when there is a target speed change during image generation, the speed accuracy can be improved, and the position and speed accuracy of the range-Doppler axis can be increased. Radar that can improve the accuracy of the cross range (angle) and reduce the glint noise due to multiple reflection points even when there is a problem that the cross range size of the generated image differs due to the influence of Doppler change due to rotation (vibration) of the An object is to provide an apparatus.
実施形態によれば、実開口アンテナを用いて目標のレンジ及び角度を観測するレーダ装置において、実開口アンテナによって無変調の連続波またはパルス波による送受信信号を合成開口時間内にNcw(Ncw≧1)回送受信し、速度及び必要に応じて加速度の初期値を取得し、実開口アンテナによって周波数スイープした連続波またはステップ周波数のパルス波による送受信信号を送受信し、slow-time軸のドップラにより速度と必要に応じて加速度を観測し、前記速度及び必要に応じて取得した加速度の初期値と、前記観測した速度と加速度をもとに、速度幅(Nv通り、Nv≧1)と必要に応じて加速度に加速度幅(Na通り、Na≧0)を持たせた範囲のクロスレンジ圧縮用の参照信号Np(Np=Nv×Na)を生成し、この参照信号を用いてレンジ−ドップラ画像を生成し、前記レンジ−ドップラ画像の画像振幅が所定のスレショルドを超えたレンジを代表値として出力する。 According to the embodiment, in a radar apparatus that observes a target range and angle using a real aperture antenna, a transmission / reception signal of an unmodulated continuous wave or pulse wave is transmitted by the real aperture antenna within the synthetic aperture time (Ncw (Ncw ≧ 1)). ) Transmit and receive times, obtain initial values of speed and acceleration as necessary, send and receive signals transmitted and received by continuous wave or stepped pulse wave with frequency sweep by real aperture antenna, speed and Doppler of slow-time axis Acceleration is observed as necessary, and based on the initial value of the speed and acceleration acquired as necessary, and the observed speed and acceleration, the speed range (Nv, Nv ≧ 1) and as necessary Generates a reference signal Np (Np = Nv × Na) for cross-range compression in a range where acceleration has an acceleration width (Na street, Na ≧ 0), and generates a range-Doppler image using this reference signal The range - the image amplitude of the Doppler image and outputs the range exceeds a predetermined threshold as the representative value.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。なお、以下の説明において、アンテナ装置の実施形態はレーダ装置に適用されるものとする。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the following description, it is assumed that the embodiment of the antenna device is applied to a radar device.
(第1の実施形態)
以下、図1〜図7を参照して、第1の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
(First embodiment)
The radar apparatus according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.
図1に本実施形態に係るレーダ装置の系統を示し、図2にISAR処理の概要を示す。ここでは、図2に示すように、搭載レーダによる実開口ビームを目標に常に照射するようにビームを向けて、合成開口時間(1サイクル)内でPRI(Pulse Repetition Interval:パルス繰り返し間隔)で送信したパルス毎に、PRI内のレンジセル単位でデータを取得する。この取得データを用いてISAR処理を実施して、レンジ−ドップラデータ(以下、RDデータ)を得る。なお、図2は搭載レーダの場合の図であるが、RDデータを得られれば固定のレーダでもよい。 FIG. 1 shows a system of a radar apparatus according to this embodiment, and FIG. 2 shows an outline of ISAR processing. Here, as shown in FIG. 2, the beam is directed so as to always irradiate the target with an actual aperture beam by the on-board radar, and is transmitted with PRI (Pulse Repetition Interval) within the synthetic aperture time (one cycle). For each pulse, data is acquired in units of range cells in the PRI. Using this acquired data, ISAR processing is performed to obtain range-Doppler data (hereinafter referred to as RD data). Although FIG. 2 is a diagram in the case of an on-board radar, a fixed radar may be used as long as RD data can be obtained.
本実施形態に係るレーダ装置の系統は、図1に示すように、アンテナ1、送受信器2、信号処理器3を備える。送受信器2では、送受信部21で生成されるCW(連続波またはパルス)の無変調信号を送信信号としてアンテナ1から送出し、アンテナ1で受けた反射波の信号を受信する。このとき、ビーム制御部22によって送受信ビームの指向方向、広がりを制御することで、RDデータを生成したい範囲に指向させる。
As shown in FIG. 1, the system of the radar apparatus according to the present embodiment includes an
信号処理器3では、送受信器2で得られた受信信号をAD変換部31でデジタル信号に変換した後、3系統に分配する。
In the
第1の系統では、図3(a)に示すCW信号(連続波またはパルス)の無変調信号を送受信して得られたデジタル信号について、データ抽出部32によってサンプリングし、HPRF(High-PRF:高パルス繰り返し周波数)−FFT処理部33でFast-time軸のFFT処理を行ってドップラ周波数を観測し、CFAR(Constant False Alarm Rate:一定誤警報確率)処理部34でCFAR検出を行い、速度抽出部35でCFAR検出信号の相対速度Vcwを次式により算出する。
この際に、目標の相対速度の最大値をアンビギュイティ無しで測定できるようにPRFを選定する。このCW信号は、合成開口時間内(#1〜#N)における速度変化を考慮して、合成開口用の送受信信号と切り替えて複数回(Ncw)挿入し、それらの速度平均値(Vcwave)等を用いてもよい。 At this time, the PRF is selected so that the maximum value of the target relative speed can be measured without ambiguity. This CW signal is inserted into the synthetic aperture transmission / reception signal multiple times (Ncw) in consideration of the speed change within the synthetic aperture time (# 1 to #N), and the average velocity value (Vcwave), etc. May be used.
挿入する際には、合成開口時のレンジ−ドップラデータのクロスレンジ軸のグレーティングロ−ブが許容範囲内になるように、図3(a)に示すように、挿入間隔を擬似ランダム化して挿入する。このとき、図4(a)に示すように、時間に対する速度を観測できるため、速度勾配より加速度Acwも算出することができる。 When inserting, the insertion interval is pseudo-randomized and inserted as shown in FIG. 3A so that the grating lobe of the cross-range axis of the range-Doppler data at the time of the synthetic aperture is within the allowable range. To do. At this time, as shown in FIG. 4A, since the speed with respect to time can be observed, the acceleration Acw can also be calculated from the speed gradient.
一方、第2の系統では、図3(b)に示す#1〜#Nのチャープ変調した信号を送受信して得られたデジタル信号について、データ抽出部36によってサンプリングし、PRI軸FFT処理部37でPRI軸方向のslow-time軸のFFTによってドップラ速度を算出する。そして、レンジ圧縮部38でレンジ軸方向に変調信号の波形に対応する圧縮を行った後、CFAR処理部39で目標重心等の代表点を検出し、レンジ・ドップラ算出部3Aで速度Vdを算出する。
On the other hand, in the second system, the digital signal obtained by transmitting and receiving the chirp modulated
ここで、上記PRI軸FFT処理部37のslow-time軸のFFTより算出したドップラ速度は、相対速度が高速な場合には、アンビギュイティを持っている場合がある。このため、速度抽出部35の無変調信号の処理により算出した速度Vcwを用いて、速度算出部3Bでアンビギュイティを補正した速度を算出する。
この速度としては、図3(b)の#1〜#Nの合成開口時間の送受信信号をM通りに分割し、分割系統毎にslow-time軸のFFTを用いて前述の数式(1)〜(3)を用いてアンビギュイティの無い速度Vsar1〜VsarMを算出し、その平均値等の速度Vsarを算出する。この様子を図4(b)に示す。この速度勾配より、加速度Asarも算出することができる。 As this speed, the transmission / reception signals of the synthetic aperture times of # 1 to #N in FIG. 3B are divided into M ways, and the above-described equations (1) to (1) to The speed Vsar1 to VsarM having no ambiguity is calculated using (3), and the speed Vsar such as the average value is calculated. This is shown in FIG. From this velocity gradient, the acceleration Asar can also be calculated.
CW信号より算出した速度Vcw及び加速度Acwと合成開口用の観測により算出した速度Vsar及び加速度Asarにより、各々の平均値等の代表値から、参照信号で用いる代表速度Vcと代表加速度Acを算出することができる。
以上の送受信処理としては、SAR処理の送受信信号がステップ周波数の場合(図5(a),(b))や、連続波スイープの場合(図6(a),(b))でも適用できる。また、上記説明では、無変調信号としてCWパルス(HPRF)の場合としているが、連続波のCW信号でもよい。 The above transmission / reception processing can be applied to the case where the transmission / reception signal of the SAR processing is the step frequency (FIGS. 5A and 5B) and the case of continuous wave sweep (FIGS. 6A and 6B). In the above description, the CW pulse (HPRF) is used as an unmodulated signal, but a continuous wave CW signal may be used.
次に、参照信号生成部3Cにより、代表速度と代表加速度を基にした参照信号を生成し、補正した参照信号を用いてRDデータを生成する。これを定式化すると次の通りである。送信変調信号としては、パルス波として図3(b)に示すチャープ変調(非特許文献2参照)がある。また、図5には、パルス波として周波数をfast-time軸にステップ状に変化して、slow-time軸に繰り返すステップ周波数方式(非特許文献6参照)を示す。また、連続波としては、図6に示すように、周波数スイープ信号をslow-time軸に繰り返す方式等がある。ここではパルス変調のチャープ変調の場合について述べる。 Next, the reference signal generation unit 3C generates a reference signal based on the representative speed and the representative acceleration, and generates RD data using the corrected reference signal. This is formulated as follows. As the transmission modulation signal, there is chirp modulation (see Non-Patent Document 2) shown in FIG. 3B as a pulse wave. FIG. 5 shows a step frequency method (see Non-Patent Document 6) in which the frequency is changed stepwise on the fast-time axis as a pulse wave and repeated on the slow-time axis. As a continuous wave, as shown in FIG. 6, there is a method of repeating a frequency sweep signal along a slow-time axis. Here, the case of chirp modulation of pulse modulation will be described.
第3の系統において、図5(b)に示す#1〜#Nのチャープ変調した信号を送受信して得られたデジタル信号について、データ抽出部3Dによってサンプリングし、レンジ圧縮部3Eによって、入力信号とレンジ圧縮用信号の相関処理を行う。これを周波数領域で行う場合について定式化するために、入力信号を周波数軸(fast-time)にする。
また、参照信号sref(線形チャープ信号)は次式で表現できる。
この参照信号sref(t)のサンプル長を入力信号に合わせて0埋めした信号に置き換える。
これをFFTして、周波数軸の参照信号Sref(ω)を得る。
次に、Az圧縮部3Fの処理(非特許文献3参照)として、参照信号生成部3CにおけるAz圧縮用の参照信号の生成を定式化する。参照信号としては、(2)式の速度をもとに、所定の速度幅と所定の加速度幅をもとに、複数の参照信号を設定する。
(9)式の補正信号は、Nr=Nv×Na通りとなる。
画像中心については、レンジ、ドップラ、角度を観測して、次式により算出する位置とする。
For the image center, the range, Doppler, and angle are observed and set as the position calculated by the following equation.
なお、速度成分がVyの場合について(10)式のYcの補正として記述したが、Vx,Vz成分がわかる場合には、それぞれ(10)式のXc,Zcの成分に反映してもよい。ここで、複数反射点がある場合には、観測AZ角度、観測EL角度については、例えば、観測値の平均値とすればよい。 Although the case where the velocity component is Vy is described as correcting Yc in equation (10), if the Vx and Vz components are known, they may be reflected in the components of Xc and Zc in equation (10), respectively. Here, when there are a plurality of reflection points, the observation AZ angle and the observation EL angle may be the average value of the observation values, for example.
したがって、入力信号(5)と、レンジ圧縮用の参照信号(8)とAz圧縮用の参照信号(9)を用いて、レンジ圧縮及びAz圧縮の周波数軸の信号は次式となる。
これにより、レンジ−ドップラデータ(RDデータ)を次式により得ることができる。
このRDデータとしては、複数の参照信号Np個分のデータが生成される。この各々のRDデータのうち、所定の振幅スレショルドを超える点の振幅の平均値等の代表値を算出し、それが最大となるRDデータをデータ選定部3Gで選定する。このRDデータを用いて、所定スレショルドを超える点をセル選定部3Hで選定し、速度距離出力部3Iにより、レンジ及びドップラ速度から距離と速度を算出し出力する。
As this RD data, data for a plurality of reference signals Np is generated. Among these RD data, a representative value such as an average value of amplitudes at points exceeding a predetermined amplitude threshold is calculated, and the RD data having the maximum value is selected by the
この様子を図7に示す。図7(a)はレンジ−クロスレンジ軸上の画像と代表点を示し、図7(b)は測距値上の代表点の度数を示している。速度は、参照信号の演算に用いた(2)式の結果であり、距離は図7(b)に示すように、ヒストグラムの中でメジアン値等の代表値とすればよい。他にも、平均値、最頻値等の代表点でもよい。 This is shown in FIG. FIG. 7A shows an image and a representative point on the range-cross range axis, and FIG. 7B shows the frequency of the representative point on the distance measurement value. The speed is the result of the equation (2) used for the calculation of the reference signal, and the distance may be a representative value such as a median value in the histogram as shown in FIG. In addition, representative points such as an average value and a mode value may be used.
以上のように、本実施形態では、無変調の連続波またはパルス波を合成開口時間内にNcw(Ncw≧1)回送受信し、速度及び必要に応じて加速度の初期値を得る。次に、周波数スイープした連続波またはステップ周波数のパルス波による送受信信号について、slow-time軸のドップラにより速度Vと必要に応じて加速度を観測する。そして、前述の初期値と、観測によって補正をした速度Vと加速度をもとに、所定の速度幅(Nv通り、Nv≧1)と必要に応じて加速度に所定の加速度幅(Na通り、Na≧0)を持たせた範囲のクロスレンジ圧縮用の参照信号Np(Np=Nv×Na)を生成し、この参照信号を用いてレンジードップラ画像を生成する。最終的に、画像振幅が所定のスレショルドを超えたレンジのメジアン値、平均値、最頻値等の代表値を出力する。 As described above, in the present embodiment, an unmodulated continuous wave or pulse wave is transmitted / received Ncw (Ncw ≧ 1) times within the synthetic aperture time, and the initial value of acceleration and acceleration is obtained as necessary. Next, with respect to a transmission / reception signal using a frequency wave-swept continuous wave or a pulse wave having a step frequency, the velocity V and acceleration as required are observed by a slow-time axis Doppler. Then, based on the initial value and the velocity V and acceleration corrected by observation, a predetermined velocity width (Nv, Nv ≧ 1) and a predetermined acceleration width (Na, Na A reference signal Np (Np = Nv × Na) for cross-range compression in a range with ≧ 0) is generated, and a range Doppler image is generated using this reference signal. Finally, representative values such as a median value, an average value, and a mode value in a range where the image amplitude exceeds a predetermined threshold are output.
この構成によれば、無変調信号によりアンビギュイティの無い速度を観測し、その速度を初期値として、slow-timeのドップラ速度より求めた速度を補正することにより、速度アンビギュイティを補正するとともに、RDデータ生成時の速度変化にも対応した参照速度で補正することができ、処理規模を小さくしつつ、RDデータを得て、高分解能レンジセルを用いた測距により高精度にレンジを算出することができる。 According to this configuration, the speed without ambiguity is observed by the non-modulated signal, and the speed is corrected to the speed obtained from the slow-time Doppler speed using the speed as an initial value. At the same time, it can be corrected at the reference speed corresponding to the speed change at the time of RD data generation, and the RD data is obtained while reducing the processing scale, and the range is calculated with high accuracy by ranging using a high resolution range cell. can do.
以上は、パルス波でチャープ信号の場合について述べた。本手法は、無変調の送受信信号により観測した速度と、合成開口時間におけるslow-time軸の速度を基に、速度のアンビギュイティを抑圧すると共に速度補正する。更に、速度誤差を抑圧するために、補正値を中心に所定の幅をもつ速度と加速度を設定して、Np通りのクロスレンジ圧縮(Az圧縮)用の参照信号をもとに、代表点が最大振幅をもつ参照信号を選定する。したがって、連続スイープ信号や、パルス変調のステップ周波数等、他の変調方式でもよい。 The above has described the case of a chirp signal with a pulse wave. This method suppresses the speed ambiguity and corrects the speed based on the speed observed by the unmodulated transmission / reception signal and the speed of the slow-time axis in the synthetic aperture time. Furthermore, in order to suppress the speed error, the speed and acceleration with a predetermined width are set around the correction value, and the representative point is based on the reference signal for Np cross-range compression (Az compression). Select the reference signal with the maximum amplitude. Accordingly, other modulation methods such as a continuous sweep signal and a step frequency of pulse modulation may be used.
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、距離及び速度を算出する処理について述べた。第2の実施形態では、角度を出力する処理について述べる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the processing for calculating the distance and the speed has been described. In the second embodiment, processing for outputting an angle will be described.
系統構成を図8に示す。第1の実施形態では、実開口アンテナのΣ信号のみを用いたが、本実施形態では、実開口アンテナの開口2分割したAZ軸とEL軸の差信号であるΔAZ及びΔEL(以下、Δと記述する)も用いる。 The system configuration is shown in FIG. In the first embodiment, only the Σ signal of the real aperture antenna is used. However, in this embodiment, ΔAZ and ΔEL (hereinafter referred to as Δ and Δ), which are difference signals between the AZ axis and the EL axis obtained by dividing the aperture of the real aperture antenna into two. (Describe).
まず、Σについては、図3の送信変調信号(#0、#1〜N)を用いて、第1の実施形態と同様にRDデータを得る。Δについては、図3の送信信号のうち、無変調信号を除いた#1〜Nを用いて、Σと同じ速度を用いた参照信号を用いてRDデータを生成する。すなわち、ΔAZについては、AD変換部3J、データ抽出部3K、レンジ圧縮部3L、Az圧縮部3MによってRDデータが得られる。また、ΔELについては、AD変換部3O、データ抽出部3P、レンジ圧縮部3Q、Az圧縮部3RによってRDデータが得られる。
First, for Σ, RD data is obtained using the transmission modulation signals (# 0, # 1 to N) of FIG. 3 as in the first embodiment. For Δ, RD data is generated using a reference signal using the same speed as Σ by using # 1 to N of the transmission signal in FIG. 3 excluding the unmodulated signal. That is, for ΔAZ, RD data is obtained by the
次に、ΣによるRDデータを用いて、セル選定部3Hによって所定のスレショルドを超えるセルを選定する。次に、ΔのRDデータの中で、Σの処理により選定したレンジ−ドップラと同じセルをセル抽出部3N,3Sで抽出する。この抽出したセルのΣ、Δ(ΔAZ及びΔEL)信号を用いて、測角部3Tで測角する。位相モノパルス測角(非特許文献4参照)については、次式の誤差電圧εを演算する。
この誤差電圧εと予め作成した誤差電圧テーブルとの比較により、図9(a),(b)に示すように、和(Σ)、差(Δ)のビームによる目標の角度検出により測角できる。 By comparing this error voltage ε with a previously created error voltage table, as shown in FIGS. 9A and 9B, the angle can be measured by detecting the target angle using the sum (Σ) and difference (Δ) beams. .
なお、SAR測角について、ΣとΔ信号による位相モノパルス測角の場合について述べたが、Δ信号の代わりに、Σ信号ビームからスクイント角分ずらせたΣ2ビームを用いて、スクイント測角してもよい。この場合は、誤差電圧は、次式となる。
この誤差電圧と予め作成した誤差電圧テーブルを用いて測角できる。また、振幅のみを用いた振幅モノパルスの場合でも測角できる(非特許文献5参照)。
この測角値を用いて、図10に示すように、レンジ−クロスレンジ(ドップラ)による目標画像と代表点の測距値から測角値の代表点を出力する。距離、速度については、第1の実施形態と同様に速度距離角度出力部3Uにより算出し出力する。
Using the angle measurement value, as shown in FIG. 10, the representative point of the angle measurement value is output from the target image by the range-cross range (Doppler) and the distance measurement value of the representative point. The distance and speed are calculated and output by the speed distance
以上のように、第2の実施形態に係るレーダ装置では、第1の実施形態により算出した参照信号をもとに、レンジードップラ画像を生成し、実開口アンテナのモノパルス出力であるΣビームとΔAZ及びΔELの画像を生成し、ΣビームのRDデータの中で所定のスレショルドを超えるレンジードップラセルを抽出し、各セルのΣビームによるレンジとΣ、ΔAZ及びΔELビームによるモノパルス測角値を出力し、そのメジアン値、平均値、最頻値等の代表値を出力する。 As described above, in the radar apparatus according to the second embodiment, a range Doppler image is generated based on the reference signal calculated according to the first embodiment, and the Σ beam and ΔAZ that are monopulse outputs of the real aperture antenna are generated. And ΔEL images are generated, the range Doppler cells exceeding the specified threshold are extracted from the RD data of Σ beam, and the range of each cell by Σ beam and the monopulse angle measurement value by Σ, ΔAZ and ΔEL beam are output. , Representative values such as the median value, average value, and mode value are output.
この構成によれば、レンジ−ドップラ軸のセルで目標画像を分離した各セルの出力の実開口アンテナによるモノパルス測角値とレンジを用いて位置を算出することにより、大きさをもつ目標の各位置の角度(クロスレンジ)を高精度に観測することができる。 According to this configuration, each position of each target having a size is calculated by calculating the position using the monopulse angle measurement value and the range of the real aperture antenna of the output of each cell obtained by separating the target image with the cell of the range-Doppler axis. The position angle (cross range) can be observed with high accuracy.
(第3の実施形態)
第2の実施形態では、Σの他にΔAZとΔEL系統が必要であり、処理規模が増える。その対策について、本実施形態で述べる。系統を図11に、処理内容を図12に示す。第2の実施形態では、Σ、ΔAZ及びΔELの3ch分を同時にサンプルしていたが、AD変換を1ch分として、図11に示すように、送受信器2にサンプル切り替え部23を設け、このサンプル切替部23により時分割に、例えば合成開口長のCPI(Coherent Processing Interval:コヒーレント積分期間、Nヒット)内にビーム出力を切り替える。
(Third embodiment)
In the second embodiment, ΔAZ and ΔEL systems are required in addition to Σ, which increases the processing scale. This countermeasure will be described in this embodiment. The system is shown in FIG. 11, and the processing contents are shown in FIG. In the second embodiment, three channels of Σ, ΔAZ, and ΔEL are sampled at the same time. However, as shown in FIG. 11, the
この場合、3ch分を順にサンプルする方式とすると、時間差が生じるため、角度誤差が大きくなる。この対策のために、3ch分のサンプル順を擬似ランダム化して、間引きサンプルを実施する。AD変換を1chとするためには、図11のサンプル切り替え部23により、擬似ランダム順に送受信部21からの3chの順番を切り替える。以降の処理は第2の実施形態と同様であるので省略する。
In this case, if the method of
以上のように、第3の実施形態に係るレーダ装置では、第2の実施形態の手法により算出した参照信号をもとに、実開口アンテナのモノパルス出力であるΣビームとΔAZ及びΔELにおいて、合成開口長のCPI(Coherent Processing Interval:コヒーレント積分期間、Nヒット)内で行い、所定の疑似ランダムの順にΣとΔAZとΔELを切り替えてサンプリングし、その出力を用いて測角値のメジアン値や平均値等の代表値を出力する。 As described above, in the radar apparatus according to the third embodiment, the Σ beam, which is the monopulse output of the real aperture antenna, and ΔAZ and ΔEL are combined based on the reference signal calculated by the method of the second embodiment. Performed within CPI (Coherent Processing Interval: N hit) of aperture length, sampled by switching Σ, ΔAZ, and ΔEL in the order of predetermined pseudo-random, and using the output, the median value and average of angle measurement value A representative value such as a value is output.
上記構成によるレーダ装置によれば、実開口アンテナのΣ、ΔAZ、ΔELを切り替えてサンプリングし入力信号とすることにより、3系統の処理規模を削減して、大きさを持つ目標の各位置の角度を高精度に観測することができる。 According to the radar apparatus having the above-described configuration, by switching the Σ, ΔAZ, and ΔEL of the real aperture antenna to sample and input signals, the processing scale of the three systems is reduced, and the angle of each target position having a size Can be observed with high accuracy.
なお、RDデータ生成処理(ISAR処理)においては、図3に示すようにチャープ信号の場合について述べたが、チャープ変調をしないCW信号をPRI毎に周波数を変えて周波数帯域を広げるステップ周波数方式(非特許文献6、図5)や、連続波スイープ信号(図6)でもよい。 In the RD data generation process (ISAR process), the case of a chirp signal has been described as shown in FIG. 3, but a step frequency method (in which the frequency band of a CW signal not subjected to chirp modulation is changed by changing the frequency for each PRI (see FIG. 3). Non-Patent Document 6, FIG. 5) or a continuous wave sweep signal (FIG. 6) may be used.
なお、上記実施形態はそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, the said embodiment is not limited as it is, In the implementation stage, a component can be deform | transformed and embodied in the range which does not deviate from the summary. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…アンテナ、
2…送受信器、21…送受信部、22…ビーム制御部、23…サンプル切り替え部、
3…信号処理器、31…AD変換部、32…データ抽出部、33…HPRF−FFT処理部、34…CFAR処理部、35…速度抽出部、36…データ抽出部、37…PRI軸FFT処理部、38…レンジ圧縮部、39…CFAR処理部、3A…レンジ・ドップラ算出部、3B…速度算出部、3C…参照信号生成部、3D…データ抽出部、3E…レンジ圧縮部、3F…Az圧縮部、3G…データ選定部、3H…セル選定部、3I…速度距離出力部、3J…AD変換部、3K…データ抽出部、3L…レンジ圧縮部、3M…Az圧縮部、3N…セル抽出部、3O…AD変換部、3P…データ抽出部、3Q…レンジ圧縮部、3R…Az圧縮部、3S…セル抽出部、3T…測角部、3U…速度距離角度出力部。
1 ... antenna,
2 ... transceiver, 21 ... transceiver, 22 ... beam controller, 23 ... sample switching unit,
DESCRIPTION OF
Claims (5)
実開口アンテナによって無変調の連続波またはパルス波による送受信信号を合成開口時間内にNcw(Ncw≧1)回送受信し、速度及び必要に応じて加速度の初期値を取得する初期値取得手段と、
実開口アンテナによって周波数スイープした連続波またはステップ周波数のパルス波による送受信信号を送受信し、slow-time軸のドップラにより速度と必要に応じて加速度を観測する観測手段と、
前記速度及び必要に応じて取得した加速度の初期値と、前記観測した速度と加速度をもとに、速度幅(Nv通り、Nv≧1)と必要に応じて加速度に加速度幅(Na通り、Na≧0)を持たせた範囲のクロスレンジ圧縮用の参照信号Np(Np=Nv×Na)を生成し、この参照信号を用いてレンジ−ドップラデータを生成するデータ生成手段と、
前記レンジ−ドップラデータの振幅が所定のスレショルドを超えたレンジの代表値を出力する出力手段と
を具備するレーダ装置。 In a radar device that observes a target range and angle using a real aperture antenna,
An initial value acquisition means for transmitting and receiving an unmodulated continuous wave or pulse wave transmission / reception signal by a real aperture antenna Ncw (Ncw ≧ 1) times within the synthetic aperture time, and acquiring an initial value of acceleration as required,
An observation means for transmitting / receiving a transmission / reception signal using a continuous wave or a stepped pulse wave having a frequency sweep by a real aperture antenna, and observing the speed and acceleration as required by a slow-time axis Doppler,
Based on the initial value of the speed and the acceleration acquired as necessary, and the observed speed and acceleration, the speed width (Nv, Nv ≧ 1) and, if necessary, the acceleration width (Na, Na Data generation means for generating a reference signal Np (Np = Nv × Na) for cross-range compression in a range having ≧ 0) and generating range-Doppler data using this reference signal;
A radar apparatus comprising: output means for outputting a representative value of a range in which the amplitude of the range-Doppler data exceeds a predetermined threshold.
前記出力手段は、前記Σビームのレンジ−ドップラデータの中で所定のスレショルドを超えるレンジ−ドップラセルを抽出し、抽出したセルのΣビームによるレンジとΣ、ΔAZ及びΔELビームによるモノパルス測角値の代表値を出力する請求項1記載のレーダ装置。 The data generation means generates a cross-range compression reference signal for each of the Σ beam, ΔAZ, and ΔEL beam, which are monopulse outputs of the real aperture antenna, and uses range-Doppler data using the reference signal for each beam. Produces
The output means extracts a range-Doppler cell that exceeds a predetermined threshold in the range-Doppler data of the Σ beam, and represents the range of the extracted cell by the Σ beam and the monopulse angle measurement value by the Σ, ΔAZ, and ΔEL beams. The radar apparatus according to claim 1, which outputs a value.
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