JP2018100886A - Rader system and radar signal processing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、拡張アレイ処理を適用したレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。 The present embodiment relates to a radar apparatus to which extended array processing is applied and a radar signal processing method thereof.
従来のレーダ装置にあっては、レンジ分解能、ドップラ分解能の向上が要求されている。レンジ分解能を向上させるためには、送信周波数帯域を広くしたパルス圧縮等の処理が有効であるが、広帯域化が必要となる。一方、ドップラ分解能を向上させるためには、観測時間を長くする(ヒット数を増やす)必要があるが、その分、捜索フレームタイムが低下してしまう。 Conventional radar devices are required to improve range resolution and Doppler resolution. In order to improve the range resolution, processing such as pulse compression with a wide transmission frequency band is effective, but a wider band is required. On the other hand, in order to improve the Doppler resolution, it is necessary to lengthen the observation time (increase the number of hits), but the search frame time decreases accordingly.
上記の対策のために、従来では、KR積アレイ(非特許文献1参照)等による拡張アレイ処理が適用されている。しかしながら、レーダ目標の場合には、反射点間で相関があるため、拡張アレイ処理の実行によって偽目標が発生することがあった。 For the above countermeasure, conventionally, an extended array process using a KR product array (see Non-Patent Document 1) or the like is applied. However, in the case of a radar target, since there is a correlation between reflection points, a false target may occur due to the execution of the extended array process.
以上述べたように、従来のレーダ装置において、レンジ分解能を向上させるためには、送信周波数帯域を広くしたパルス圧縮等が必要となるため、広帯域化が必要であった。一方、ドップラ分解能を向上させるためには、観測時間を長く(ヒット数を増やす)する必要があり、捜索フレームタイムが低下する問題があった。上記の対策のために、拡張アレイ処理が適用されているが、レーダ目標の場合に反射点間で相関があるため、拡張アレイ処理によって偽目標が発生する場合があった。 As described above, in the conventional radar apparatus, in order to improve the range resolution, pulse compression or the like with a wide transmission frequency band is required. On the other hand, in order to improve the Doppler resolution, it is necessary to lengthen the observation time (increase the number of hits), and there is a problem that the search frame time decreases. For the above countermeasure, the extended array processing is applied. However, since there is a correlation between reflection points in the case of a radar target, a false target may be generated by the extended array processing.
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、周波数帯域が比較的狭い場合や、観測時間が比較的短い場合でも、レンジ分解能またはドップラ分解能の少なくともいずれかを高分解能化することのできるレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。 The present embodiment has been made in view of the above problems, and can provide a radar apparatus capable of increasing the resolution of at least one of range resolution and Doppler resolution even when the frequency band is relatively narrow or the observation time is relatively short. And a radar signal processing method thereof.
上記の課題を解決するために、本実施形態に係るレーダ装置は、レーダ受信信号からレンジ−ドップラ画像を生成し、前記レンジ−ドップラ画像から振幅スレショルドにより反射点Nallを抽出し、抽出された反射点Nallを近傍の点のN(N≦Nall)グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸(fast-slow-time軸)に配置し、レンジ軸(Nr点)及びドップラ軸(Nd点)の各々で逆フーリエ変換して得たレンジ軸及びドップラ軸の少なくともいずれか一方について拡張アレイ処理を適用して、2Nr−1点または2Nd−1点とし、前記拡張アレイ処理を適用した軸についてはフーリエ変換して再度画像化し、前記N点についての画像結果を振幅重畳して高分解能画像を出力する。 In order to solve the above-described problem, the radar apparatus according to the present embodiment generates a range-Doppler image from a radar reception signal, extracts a reflection point Nall from the range-Doppler image using an amplitude threshold, and extracts the extracted reflection. The point Nall is separated into N (N ≦ Nall) groups of neighboring points and arranged on the range-Doppler axis (fast-slow-time axis) for each group, and the range axis (Nr point) and Doppler axis (Nd The extended array process is applied to at least one of the range axis and the Doppler axis obtained by inverse Fourier transform at each point) to obtain 2Nr-1 point or 2Nd-1 point, and the axis to which the extended array process is applied Is subjected to Fourier transform to form an image again, and the image result for the N points is subjected to amplitude superposition to output a high resolution image.
すなわち、異なる2軸(A軸とB軸)信号の各々において、レンジ−ドップラ軸で目標反射点を分離した後、各々で拡張アレイ処理することにより、レーダ目標のように相関のある場合でも、偽目標を発生させずに、レンジ−ドップラ軸の高分解能化を図る。 That is, in each of different two-axis (A-axis and B-axis) signals, the target reflection point is separated by the range-Doppler axis and then subjected to an extended array process, so that even when there is a correlation like a radar target, Increase the resolution of the range-Doppler axis without generating false targets.
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。 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.
(第1の実施形態)RD軸分離後、拡張アレイ処理
図1乃至図4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。ここでは、飛翔体搭載用のレーダ装置(以下、搭載レーダ)を想定して説明する。
(First Embodiment) Expanded Array Processing After RD Axis Separation A radar apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. Here, description will be made assuming a radar device for mounting a flying object (hereinafter referred to as an onboard radar).
図1は本実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図、図2はレンジ−ドップラ高分解能化の具体的な処理の流れを示すブロック図、図3は搭載レーダによるISAR処理を説明するための概念図、図4はISAR画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a transmission / reception system of a radar apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a block diagram showing a specific processing flow for increasing the range-Doppler resolution, and FIG. 3 is an ISAR process by an on-board radar. FIG. 4 is a conceptual diagram showing a flow of processing for obtaining high-resolution range-Doppler data from an ISAR image.
このレーダ装置は、実開口ビームが目標に常に照射され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)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(Inverse Synthetic Aperture Radar)処理(非特許文献2参照)を実施してISAR画像を得る。 This radar apparatus directs the beam so that the actual aperture beam is always irradiated to the target, and for each pulse transmitted at the PRI (Pulse Repetition Interval) interval within the synthetic aperture time (1 cycle), the range cell unit in the PRI Get data with. Using this acquired data, an ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) process (see Non-Patent Document 2) is performed to obtain an ISAR image.
図1において、送信信号生成器11はパルス変調した送信信号を生成するもので、この送信信号は送信分配器12でN系統に分配された後、ビ−ム制御器13によって送信ビームの指向方向に対応する移相量を設定された送信移相器141〜14Nで移相され、送信増幅器151〜15Nで電力増幅されて、サーキュレータ161〜16Nを経由してアンテナ素子171〜17Nから送出される。
In FIG. 1, a
目標からの反射信号は、アンテナ素子171〜17Nで捕捉され、サーキュレータ161〜16Nを経由して受信増幅器181〜18Nで低雑音増幅された後、ビーム制御器13によって受信ビームに対応する移相量を設定された受信移相器191〜19Nで移相され、受信合成器20で合成される。この合成受信信号は、受信器21で周波数変換及びAD変換されてディジタルの受信信号として出力され、レンジ圧縮器22でパルス圧縮によるレンジ圧縮が実施され、クロスレンジ圧縮器23でslow-time軸(PRI間)のFFT処理によるクロスレンジ圧縮が実施され、反射点抽出器24でCFAR(非特許文献5参照)等による反射点の抽出が実施される。
The reflected signal from the target is captured by the antenna elements 171 to 17N, amplified by the
抽出された反射点は、近傍の点のN(N≦Nall)グループ毎にレンジ−ドップラ軸(fast-slow-time軸)に配置され、IFFT処理器25でレンジ軸(Na点)及びドップラ軸(Nb点)の各々で逆FFT処理される。これにより、レンジ軸及びドップラ軸において、目標信号の位相勾配に対応する信号を得る。この信号は、拡張アレイ処理器26の入力ベクトルXa(レンジ軸)とXb(ドップラ軸)となる。
The extracted reflection points are arranged on the range-Doppler axis (fast-slow-time axis) for each N (N ≦ Nall) group of neighboring points, and the IFFT
拡張アレイ処理器26(図3の26a,26b)は、入力ベクトルXa(レンジ軸)とXb(ドップラ軸)をKR積アレイ処理し、その処理結果(Xkra,Xkrb)を新しい拡張アレイの信号(Xa,Xb)とする。この拡張アレイ処理された信号は、FFT処理器27(図3の27a,27b)でレンジ軸とドップラ軸についてFFT処理することで高分解能のレンジ−ドップラデータを得る。以上は、抽出した1点についての処理であり、これを全抽出点に対応してN回繰り返して、N通りのレンジ−ドップラデータを得る。これを振幅重畳器28(図3の28a,28b)で加算処理することでレンジ−ドップラ高分解能データが得られる。 The extended array processor 26 (26a and 26b in FIG. 3) performs KR product array processing on the input vectors Xa (range axis) and Xb (Doppler axis) and outputs the processing result (Xkra, Xkrb) to a new extended array signal ( Xa, Xb). The signal subjected to the extended array processing is subjected to FFT processing on the range axis and the Doppler axis by an FFT processor 27 (27a and 27b in FIG. 3), thereby obtaining high-resolution range-Doppler data. The above is the process for one extracted point, and this is repeated N times corresponding to all the extracted points to obtain N range-Doppler data. This is added by the amplitude superimposing unit 28 (28a and 28b in FIG. 3) to obtain range-Doppler high resolution data.
上記構成において、以下に処理の流れを具体的に説明する。 In the above configuration, the processing flow will be specifically described below.
まずレンジ圧縮について述べる(非特許文献3参照)。レンジ圧縮は、入力信号とレンジ圧縮用信号の相関処理であり、これを周波数領域で行う場合について定式化すると次の通りである。
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。
時間軸上に置き換えるには、このsを逆フーリエ変換すればよいが、この後のクロスレンジ圧縮(23)(Az圧縮、非特許文献4参照)を行うために、信号sの(ω,u)軸のままとする。次に、クロスレンジ圧縮を行うが、その参照信号は図3を参照して、次式で表現できる。
(3)式と(6)式を乗算して信号csを得る。
これを用いて、u軸でFFT処理して信号fcs(ω,ku)を得る。
FFT画像出力は、fcsのω軸に関する逆FFTにより算出できる。
次に、CFAR(非特許文献5参照)等による反射点抽出(24)により、Σ系の画像出力を用いて、X−Y軸(レンジ−ドップラ軸に対応)画像の中で、振幅が所定のスレショルドを超えるセル(Nall個)を抽出する。 Next, with reflection point extraction (24) by CFAR (see Non-Patent Document 5) or the like, the amplitude is predetermined in the XY axis (corresponding to the range-Doppler axis) image using the Σ system image output. Cells (Nall cells) exceeding the threshold are extracted.
この抽出した信号を近傍の点のN(N≦Nall)グループ毎にレンジ−ドップラ軸(fast-slow-time軸)に配置する。次に、配置した抽出点をレンジ軸(Na点)及びドップラ軸(Nb点)の各々で逆FFT処理(25)を行う。これにより、レンジ軸及びドップラ軸において、目標信号の位相勾配に対応する信号を得ることができる。この信号が、拡張アレイ処理(26(図3の26a,26b))のための入力ベクトルXa(レンジ軸)とXb(ドップラ軸)となる。
次に上記入力ベクトルの信号(Xa,Xb)を用いて、拡張アレイ処理として、KR積アレイ処理(非特許文献1参照)を行う。まず、相関行列は次式で表現できる。
この左端と上端の要素をベクトル化すると、次式となる。
このXkra,Xkrbを新しい拡張アレイの信号(Xa,Xb)として、レンジ軸とドップラ軸について、FFT処理(27(図3の27a,27b))を行えば、高分解能のレンジ−ドップラデータを得ることができる。 If Xkra and Xkrb are used as the new extended array signals (Xa and Xb) and FFT processing (27 (27a and 27b in FIG. 3)) is performed on the range axis and the Doppler axis, high-resolution range-Doppler data is obtained. be able to.
以上は、抽出した1点についての処理であり、これを全抽出点に対応してN回繰り返すことで、N通りのレンジ−ドップラデータが得られるので、これを振幅重畳(28)する。以上の処理の概要を図4に示す。図4において、(a)はレンジ−ドップラ面におけるISAR画像、(b)は抽出点(A〜E)毎の分離画像、(c)はレンジ軸IFFT、拡張アレイ処理、レンジ軸FFTによる拡張アレイ処理+画像化の処理結果、(d)は各抽出点の画像を重畳したISAR画像を示している。 The above is the processing for one extracted point, and N range-Doppler data are obtained by repeating this N times corresponding to all the extracted points, and this is subjected to amplitude superposition (28). An outline of the above processing is shown in FIG. 4A is an ISAR image on the range-Doppler plane, FIG. 4B is a separated image for each extraction point (A to E), and FIG. 4C is an extended array using range axis IFFT, extended array processing, and range axis FFT. As a result of processing + imaging processing, (d) shows an ISAR image in which images of respective extraction points are superimposed.
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置によれば、レンジ−ドップラ画像を生成した後、振幅スレショルドにより抽出したNall点を近傍の点のN(N≦Nall)グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸(fast-slow-time軸)に配置し、レンジ軸(Nr点)及びドップラ軸(Nd点)の各々で逆FFTして得たレンジ軸及びドップラ軸の少なくともいずれか一方の拡張アレイ処理を適用して、2Nr−1(2Nd−1)点として、拡張アレイ処理をした軸についてはFFTして再度画像化し、N点についての画像結果を振幅重畳して、高分解能な画像を得る。すなわち、異なる2軸(A軸とB軸)信号の各々において、レンジ−ドップラ軸で目標反射点を分離した後、各々で拡張アレイ処理することにより、レーダ目標のように相関のある場合でも、偽目標を発生させずに、レンジ−ドップラ軸の高分解能化を図ることができる。 As described above, according to the radar apparatus according to the present embodiment, after generating the range-Doppler image, the Nall points extracted by the amplitude threshold are separated into N (N ≦ Nall) groups of neighboring points, Each group is placed on the range-Doppler axis (fast-slow-time axis) and at least one of the range axis and the Doppler axis obtained by performing inverse FFT on each of the range axis (Nr point) and Doppler axis (Nd point) One extended array processing is applied to obtain 2Nr-1 (2Nd-1) points, and the expanded array processing axis is FFTed to form an image again. Get a good picture. That is, in each of different two-axis (A-axis and B-axis) signals, the target reflection point is separated by the range-Doppler axis and then subjected to an extended array process, so that even when there is a correlation like a radar target, High resolution of the range-Doppler axis can be achieved without generating a false target.
なお、図3は搭載レーダの場合の図であるが、レンジ−ドップラデータ(RDデータ)が得られればよく、さらに高分解能化を図る場合にはISAR画像を取得することになる。またレーダ装置は搭載レーダのように移動する場合のみでなく、固定レーダの場合(目標は移動)でもよい。また、図4では、レンジ軸に拡張アレイ処理を適用する場合であるが、ドップラ軸についても同様の手法を適用できる。また、本実施形態ではレンジ軸とドップラ軸の両者について、各々独立に処理する場合について述べたが、必要に応じていずれか一方の軸の処理のみでもよい。 Note that FIG. 3 is a diagram in the case of an on-board radar, but it is only necessary to obtain range-Doppler data (RD data), and an ISAR image is acquired when higher resolution is to be achieved. In addition, the radar apparatus may be a fixed radar (target is moving) as well as a case where the radar apparatus moves like an on-board radar. FIG. 4 shows the case where the extended array processing is applied to the range axis, but the same method can be applied to the Doppler axis. Further, in the present embodiment, the case has been described in which both the range axis and the Doppler axis are processed independently, but only one of the axes may be processed as necessary.
また、本実施形態では、拡張アレイ処理前のRDデータの分解能を向上するために、ISAR(逆合成開口レーダ)処理の内容で述べたが、通常のレンジ圧縮−クロスレンジ圧縮(FFT)のみを用いて、RDデータを生成して、所定の振幅スレショルド以上の点を抽出して拡張アレイの処理を実施するようにしてもよい。 In this embodiment, in order to improve the resolution of the RD data before the extended array processing, the contents of the ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) processing are described. However, only normal range compression-cross range compression (FFT) is performed. It is also possible to generate RD data, extract points above a predetermined amplitude threshold, and perform processing of the expanded array.
(第2の実施形態)RD軸の拡張アレイ処理、並列処理
図5及び図6を参照して、第2の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
第1の実施形態では、レンジ軸またはドップラ軸のいずれか一方の軸の高分解能化を図る手法について述べた。本実施形態では、両軸について高分解能化を図る例について述べる。
(Second Embodiment) RD-axis Extended Array Processing, Parallel Processing A radar apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment, the technique for increasing the resolution of either the range axis or the Doppler axis has been described. In this embodiment, an example in which high resolution is achieved for both axes will be described.
図5は第2の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図、図6は第2の実施形態に係るレーダ装置において、ISAR画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図である。 FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a transmission / reception system of a radar apparatus according to the second embodiment. FIG. 6 is a process for obtaining high-resolution range-Doppler data from an ISAR image in the radar apparatus according to the second embodiment. It is a conceptual diagram which shows the flow of.
図5において、レンジ−ドップラ画像生成後(〜23)に、Nall点の反射点抽出(24)を行い、近傍の点のN(N≦Nall)グループ毎にレンジ軸のKR処理(25R,26R,29R,27R)を行い、N枚のRDデータ(1〜N)を得る。一方、Nグループ毎に、ドップラ軸の拡張アレイ処理(25D,26D,29D,27D)を行う。この際、レンジ軸とドプラ軸の分解能を合わせるために、レンジ軸(ドップラ軸)のゼロ埋め(29R,29D)の後、FFT処理(27R,27D)を行う。レンジ軸とドップラ軸のKR処理をした結果の画像を重畳(振幅加算)(28)して、全体の高分解能なRDデータ(画像)を得る。以上の処理の概要を図6に示す。 In FIG. 5, after the generation of the range-Doppler image (˜23), Null point reflection point extraction (24) is performed, and the range axis KR processing (25R, 26R) is performed for each N (N ≦ Nall) group of neighboring points. , 29R, 27R) to obtain N pieces of RD data (1 to N). On the other hand, Doppler axis expansion array processing (25D, 26D, 29D, 27D) is performed for each N group. At this time, in order to match the resolution of the range axis and the Doppler axis, FFT processing (27R, 27D) is performed after zero padding (29R, 29D) of the range axis (Doppler axis). An image resulting from the KR processing of the range axis and the Doppler axis is superimposed (amplitude addition) (28) to obtain the entire high-resolution RD data (image). An overview of the above processing is shown in FIG.
図6において、(a)はレンジ−ドップラ面におけるISAR画像、(b)は抽出点(A〜E)毎の分離画像、(c)はレンジ軸拡張アレイ処理、(d)はドップラ軸拡張アレイ処理、(e)は各抽出点の画像を重畳したISAR画像を示している。 6, (a) is an ISAR image on the range-Doppler plane, (b) is a separated image for each extraction point (A to E), (c) is a range axis expansion array process, and (d) is a Doppler axis expansion array. Process (e) shows an ISAR image in which images of respective extraction points are superimposed.
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置によれば、レンジ−ドップラ画像を生成した後、振幅スレショルドにより抽出したNall点を近傍の点のN(N≦Nall)グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸に配置し、レンジ軸及びドップラ軸についてIFFT処理した後、拡張アレイ処理を適用した結果より、レンジ軸及びドップラ軸について、分解能を合わせるためのゼロ埋めをした後、レンジ軸及びドップラ軸についてFFT処理して再度画像化し、N点についての画像結果を振幅重畳して、高分解能な画像を得る。すなわち、レンジ軸とドップラ軸の両者に拡張アレイ処理を適用することにより、両軸同時に高分解能化を図ることができる。 As described above, according to the radar apparatus according to the present embodiment, after generating the range-Doppler image, the Nall points extracted by the amplitude threshold are separated into N (N ≦ Nall) groups of neighboring points, After placing each group on the range-Doppler axis, IFFT processing for the range axis and Doppler axis, and applying the extended array processing, zero-filling is performed to match the resolution for the range axis and Doppler axis. The axis and the Doppler axis are subjected to FFT processing and imaged again, and the image result for N points is superimposed on the amplitude to obtain a high-resolution image. That is, by applying the extended array processing to both the range axis and the Doppler axis, it is possible to achieve high resolution at the same time for both axes.
(第3の実施形態)RD軸の拡張アレイ処理、縦続処理
図7及び図8を参照して、第3の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
第2の実施形態では、レンジ軸またはドップラ軸の両者を並行して高分解能化を図り、振幅加算することにより高分解能化を図る手法について述べた。本実施形態では、両軸について高分解能化を図る場合に、各々の軸を順に処理する例について述べる。
(Third Embodiment) RD-axis Extended Array Processing, Cascade Processing A radar apparatus according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.
In the second embodiment, a technique has been described in which both the range axis and the Doppler axis are increased in parallel and the resolution is increased by adding amplitude. In the present embodiment, an example will be described in which each axis is processed in order when increasing the resolution of both axes.
図7は第3の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図、図8は第3の実施形態に係るレーダ装置において、ISAR画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図である。 FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a transmission / reception system of a radar apparatus according to the third embodiment. FIG. 8 is a process for obtaining high-resolution range-Doppler data from an ISAR image in the radar apparatus according to the third embodiment. It is a conceptual diagram which shows the flow of.
図7において、高分解能化の処理は、レンジ軸、ドップラ軸の順で説明するが、逆の場合でもよい。図7において、レンジ−ドップラ画像生成後(21〜23)に、Nall点の反射点抽出(241)を行い、近傍の点のN(N≦Nall)グループ毎にレンジ軸のKR処理(25R,26R,27R)を行い、N枚のRDデータ(1〜N)を得る。次に、N枚のRDデータ毎に、N2all点の反射点抽出(242)を行う。N枚の各々で反射点数が異なる場合もあるが、簡単のため、例えば所定の数N2all以下の点数を抽出することとする。この近傍の点のN2(N2≦N2all)グループ毎に、ドップラ軸の拡張アレイ処理を行う(25D,26D,27D)。以上の処理により、N×N2枚の加算した高分解能なRDデータが得られるため、これを重畳(振幅加算)(28)して、全体の高分解能なRDデータ(画像)を得る。以上の処理の概要を図8に示す。
In FIG. 7, the high resolution processing will be described in the order of the range axis and the Doppler axis, but the reverse case may be used. In FIG. 7, after the generation of the range-Doppler image (21 to 23), the reflection point extraction (241) of the Nall point is performed, and the range axis KR processing (25R, N) is performed for each N (N ≦ Nall) group of neighboring points. 26R, 27R) to obtain N pieces of RD data (1 to N). Next, N2all reflection points are extracted (242) for every N pieces of RD data. Although the number of reflection points may be different for each of the N sheets, for the sake of simplicity, for example, a number less than a predetermined number N2all is extracted. For each N2 (N2 ≦ N2all) group of neighboring points, the Doppler axis expansion array process is performed (25D, 26D, 27D). By the above processing, N ×
図8において、(a)はレンジ−ドップラ面におけるISAR画像、(b)は抽出点(A〜E)毎の分離画像、(c)はレンジ軸拡張アレイ処理、(d)はドップラ軸拡張アレイ処理、(e)は各抽出点の画像を重畳したISAR画像を示している。 8, (a) is an ISAR image on the range-Doppler plane, (b) is a separated image for each extraction point (A to E), (c) is range axis expansion array processing, and (d) is a Doppler axis expansion array. Process (e) shows an ISAR image in which images of respective extraction points are superimposed.
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置によれば、レンジ−ドップラ画像を生成した後、振幅スレショルドにより抽出したNall点を近傍の点のN(N≦Nall)グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸に配置し、レンジ軸(ドップラ軸)について、拡張アレイ処理を適用した結果より、振幅スレショルドにより抽出したN2点を各々分離し、抽出した各点毎にレンジ−ドップラ軸に配置し、ドップラ軸(レンジ軸)について拡張アレイ処理を行い、ドップラ軸(レンジ軸)についてはFFT処理して再度画像化し、N2点についての画像結果を振幅重畳して、高分解能な画像を得る。すなわち、レンジ軸とドップラ軸の両者に拡張アレイ処理を適用することにより、両軸同時に高分解能化を図ることができる。 As described above, according to the radar apparatus according to the present embodiment, after generating the range-Doppler image, the Nall points extracted by the amplitude threshold are separated into N (N ≦ Nall) groups of neighboring points, Each group is placed on the range-Doppler axis and the N2 points extracted by the amplitude threshold are separated from the result of applying the extended array processing to the range axis (Doppler axis), and the range-Doppler axis for each extracted point The Doppler axis (range axis) is subjected to extended array processing, the Doppler axis (range axis) is subjected to FFT processing and imaged again, and the image result for the N2 point is amplitude-superposed to produce a high-resolution image. obtain. That is, by applying the extended array processing to both the range axis and the Doppler axis, it is possible to achieve high resolution at the same time for both axes.
(第4の実施形態)複数回KR積
図9を参照して、第4の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
第1乃至第3の実施形態における拡張アレイ処理では、1回だけKR積処理を行う場合について説明したが、KR積アレイでは、(12)及び(13)式に示すように、1回の処理で波源信号XinとXin*の乗算により実数(振幅)になるため、複数回繰り返しても波源信号は実数のままであり、SN(信号対雑音電力比)以外の影響はない。このため、所定のSN以上であれば、KR積アレイ処理を複数回繰り返すと、さらに角度軸高分解能化を図ることができる。
(Fourth Embodiment) Multiple times KR product A radar apparatus according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
In the extended array processing in the first to third embodiments, the case where the KR product processing is performed only once has been described. However, in the KR product array, as shown in the equations (12) and (13), one processing is performed. In this case, since the real number (amplitude) is obtained by multiplying the wave source signal Xin and Xin * , the wave source signal remains a real number even if it is repeated a plurality of times, and there is no influence other than SN (signal to noise power ratio). For this reason, if it is more than predetermined SN, if the KR product array process is repeated a plurality of times, it is possible to further increase the resolution of the angle axis.
図9は第4の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図である。この場合、拡張アレイ処理を複数回行う構成(26a)に特徴がある。すなわち、初期アレイ長をMとすると、1回の拡張アレイ処理により、アレイ長は2M―1になるため、例えば、3回繰り返すと、レンジ軸(ドップラ軸)の信号アレイ長は次のようになる。
信号アレイ長が増えると、レンジ軸(ドップラ軸)の高分解能化が図られることになるのと等価である。KR積処理が複数回(26a)になっている点が第1乃至第3の実施形態と異なる点である。 This is equivalent to increasing the resolution of the range axis (Doppler axis) as the signal array length increases. The point that the KR product processing is performed a plurality of times (26a) is different from the first to third embodiments.
(第5の実施形態)ビート周波数
図10乃至図12を参照して、第5の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
図10は第5の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図、図11は第5の実施形態に係るレーダ装置において、送信信号として生成される連続波スイープの信号波形を示す波形図、図12は第5の実施形態に係るレーダ装置において、ISAR画像から高分解能なレンジ−ドップラデータを得る処理の流れを示す概念図である。
(Fifth Embodiment) Beat Frequency A radar apparatus according to a fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a transmission / reception system of a radar apparatus according to the fifth embodiment. FIG. 11 shows a signal waveform of a continuous wave sweep generated as a transmission signal in the radar apparatus according to the fifth embodiment. FIG. 12 is a conceptual diagram showing a flow of processing for obtaining high-resolution range-Doppler data from an ISAR image in the radar apparatus according to the fifth embodiment.
複数反射点による拡張アレイ処理では、複数反射点の相関を極力低減することが肝要となる。このための手法として、広帯域信号を送受信して、レンジ分解能を向上させる手法がある。ただし、広帯域信号に対応するには、レンジサンプリング速度を高くする必要があり、処理規模が増大してしまう。この対策のために、連続波スイープ信号(非特許文献6参照)か、パルス変調したステップ周波数(非特許文献7参照)を送信し、受信はローカル信号をスイープして、ビート周波数による観測にする手法がある。図10に示すレーダ装置では、送信信号生成器11aにおいて、図11に示すスイープ信号を生成し、FFT処理器30,31において、受信側で受信出力にFast-time FFT(30)、Slow-time FFT(31)の処理を行う。
In the extended array processing using a plurality of reflection points, it is important to reduce the correlation between the plurality of reflection points as much as possible. As a technique for this purpose, there is a technique for improving the range resolution by transmitting and receiving a broadband signal. However, in order to cope with a wideband signal, it is necessary to increase the range sampling speed, which increases the processing scale. For this measure, either a continuous wave sweep signal (see Non-Patent Document 6) or a pulse-modulated step frequency (see Non-Patent Document 7) is transmitted, and reception is performed by sweeping a local signal for observation by a beat frequency. There is a technique. In the radar apparatus shown in FIG. 10, the transmission signal generator 11a generates the sweep signal shown in FIG. 11, and the
すなわち、ビート周波数fbは、次式で与えられる。
ビート周波数fbは、目標距離成分と目標速度成分から決まる。受信ロ−カル信号もスイープすることにより、受信信号の周波数は差分となり、目標距離や目標速度が所定の値以下であれば、スイープ周波数帯域よりもビート周波数は小さくなるため、受信器21は小型になる。
The beat frequency fb is determined from a target distance component and a target speed component. By sweeping the reception local signal, the frequency of the reception signal becomes a difference, and if the target distance or target speed is equal to or less than a predetermined value, the beat frequency is smaller than the sweep frequency band, so the
ビート周波数による観測の場合、図11に示すように、スイープ時間軸をfast-time、スイープ間の軸をslow-timeとすると、Fast-time FFT処理(30)を行い、さらにSlow-time FFT処理(31)を行って、レンジ(Fast-time)軸−ドップラ(Slow-time)軸でN点の反射点を抽出(24)することができる。この抽出した反射点の各々について、図12((a)はレンジ−ドップラ面におけるISAR画像、(b)は抽出点(A〜E)毎の分離画像、(c)はレンジ軸IFFT、拡張アレイ処理、レンジ軸FFTによる拡張アレイ処理+画像化の処理結果、(d)は各抽出点の画像を重畳したISAR画像を示している。)に示すように、第1乃至第4の実施形態と同様に、レンジ軸(ドップラ軸)でIFFT処理(25)を行えば、位相勾配に対応するアレイ信号fp(slow,fast)信号を得ることができる。これを、第1の実施形態の(10)式のfp(t,ku)と置き換えれば、第1の実施形態と同様の手法の(11)式〜(14)式の手順で拡張アレイ信号のレンジ軸Xkra、ドップラ軸Xkrbを得ることができる。また、レンジ軸及びドップラ軸でFFT処理(27)を行って重畳(28)を行うようにすれば、高分解能のレンジ−ドップラデータ(fast time-slow timeデータ)を得ることができる。 In the case of observation by beat frequency, as shown in FIG. 11, when the sweep time axis is fast-time and the axis between sweeps is slow-time, Fast-time FFT processing (30) is performed, and further, Slow-time FFT processing is performed. By performing (31), N reflection points can be extracted (24) on the range (Fast-time) axis-Doppler (Slow-time) axis. For each of the extracted reflection points, FIG. 12 (a) is an ISAR image on the range-Doppler plane, (b) is a separated image for each extraction point (AE), (c) is a range axis IFFT, and an extended array As shown in (D) shows an ISAR image in which the images of the respective extraction points are superimposed.) Similarly, if IFFT processing (25) is performed on the range axis (Doppler axis), an array signal fp (slow, fast) signal corresponding to the phase gradient can be obtained. If this is replaced with fp (t, ku) in the expression (10) of the first embodiment, the extended array signal is converted by the procedure of the expressions (11) to (14) in the same manner as in the first embodiment. The range axis Xkra and the Doppler axis Xkrb can be obtained. Further, if the FFT processing (27) is performed on the range axis and the Doppler axis to perform superposition (28), high-resolution range-Doppler data (fast time-slow time data) can be obtained.
以上のように、第5の実施形態に係るレーダ装置によれば、連続スイープ信号、またはパルス変調したステップ周波数信号を送受信して、ビート周波数を観測する。すなわち、連続スイープ信号を用いてビート周波数を観測することにより、レンジ分解能を向上させるために広帯域信号を用いる場合でも、ビ−ト周波数は低いため、ハードウェア規模を増やさずに、拡張アレイ処理によるレンジ−ドップラ軸の高分解能化を図ることができる。 As described above, according to the radar apparatus of the fifth embodiment, the beat frequency is observed by transmitting and receiving a continuous sweep signal or a pulse frequency-modulated step frequency signal. That is, even when using a wideband signal to improve the range resolution by observing the beat frequency using a continuous sweep signal, the beat frequency is low, so the expanded array processing is used without increasing the hardware scale. The resolution of the range-Doppler axis can be increased.
(第6の実施形態)遠距離ビート周波数
図13及び図14を参照して、第6の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
図13は第6の実施形態に係るレーダ装置の送受信系統の概略構成を示すブロック図、図14は第6の実施形態に係るレーダ装置において、パルス送受信の場合と連続波送受信の場合を比較して示す波形図である。
(Sixth Embodiment) Long Distance Beat Frequency A radar apparatus according to a sixth embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a transmission / reception system of a radar apparatus according to the sixth embodiment, and FIG. 14 compares a case of pulse transmission / reception and a case of continuous wave transmission / reception in the radar apparatus according to the sixth embodiment. FIG.
第5の実施形態では、ビート周波数による観測手法について述べた。この場合、目標距離による遅延時間により、遠距離の場合にはビート周波数が高くなり、連続波を使うことによる受信周波数帯域の低減の効果が小さくなる。この対策のため、本実施形態では、図13に示すように、受信器32でローカル周波数の開始時間を時間方向にずらす。ずらす時間Tdとしては、目標観測距離範囲を決めて、ビート周波数幅が所定値以下になるようにすればよい。受信信号は、レンジ補正器33にて、時間Tdだけずらせたローカル信号毎に目標信号のビート周波数を補正する。以降の処理は、第5の実施形態と同様である。
In the fifth embodiment, the observation method using the beat frequency has been described. In this case, due to the delay time due to the target distance, the beat frequency becomes high in the long distance, and the effect of reducing the reception frequency band by using the continuous wave becomes small. As a countermeasure, in this embodiment, as shown in FIG. 13, the
なお、目標観測距離範囲が広い場合には、観測ビート周波数幅が所定の値以下になるように目標観測距離範囲を分割し、受信系を分割数分用意して、ローカル周波数の時間遅延を設定すればよい。分割したローカル信号の重複期間については、重複したローカル信号の各々で処理した目標受信振幅のうち、最も大きい振幅について目標の距離を算出すればよい。目標距離が遠距離のみ等に限定できる場合は、時間Tdを調整して、その観測時間範囲のみにローカル信号を設定してもよい。 If the target observation distance range is wide, divide the target observation distance range so that the observation beat frequency width is less than the predetermined value, prepare the receiving system for the number of divisions, and set the time delay of the local frequency do it. For the overlapping period of the divided local signals, the target distance may be calculated for the largest amplitude among the target reception amplitudes processed by each of the overlapping local signals. When the target distance can be limited to only a long distance, the time Td may be adjusted to set the local signal only in the observation time range.
以上のように、第6の実施形態に係るレーダ装置によれば、ビート周波数観測時に、スイープ毎に受信する近距離目標と、時間遅延(Td)後のスイープ毎に受信する遠距離目標を分離し、遠距離目標については、Td分に相当するビ−ト周波数ずれを含めてビ−ト周波数を算出して、狭帯域受信器でも遠距離目標を観測するようにした。すなわち、遠距離目標の場合には、距離に対する時間遅延後のスイープにおいて受信されるが、スイープ毎に受信される近距離目標と分離して、時間遅延分ビート周波数を補正することにより、遠距離目標のビート周波数を正しく算出できるため、ビート周波数を低くして、狭帯域受信器でもハードウェア規模を増やさずに、拡張アレイ処理によるレンジ−ドップラ軸の高分解能化を図ることができる。 As described above, according to the radar apparatus of the sixth embodiment, the short-distance target received for each sweep is separated from the long-distance target received for each sweep after the time delay (Td) during beat frequency observation. For the long-distance target, the beat frequency including the beat frequency shift corresponding to Td is calculated, and the long-distance target is observed even with a narrow band receiver. That is, in the case of a long-distance target, it is received in a sweep after a time delay with respect to the distance, but it is separated from the short-distance target received for each sweep, and the long-distance is corrected by correcting the beat frequency by the time delay. Since the target beat frequency can be calculated correctly, the beat frequency is lowered, and the resolution of the range-Doppler axis can be increased by the extended array processing without increasing the hardware scale even with a narrowband receiver.
上述したように、各実施形態のレーダ装置は、レンジ−ドップラ軸に拡張アレイ処理を適用することで、周波数帯域が比較的狭い場合や、観測時間が比較的短い場合でも、レンジ分解能またはドップラ分解能の少なくともいずれか一方を高分解能化することができる。 As described above, the radar apparatus of each embodiment applies the extended array processing to the range-Doppler axis so that the range resolution or the Doppler resolution can be obtained even when the frequency band is relatively narrow or the observation time is relatively short. It is possible to increase the resolution of at least one of the above.
なお、本発明は上記実施形態を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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. 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.
11,11a…送信信号生成器、12…送信分配器、13…ビ−ム制御器、141〜14N…送信移相器、151〜15N…送信増幅器、161〜16N…サーキュレータ、171〜17N…アンテナ素子、181〜18N…受信増幅器、191〜19N…受信移相器、20…受信合成器、21…受信器、22…レンジ圧縮器、23…クロスレンジ圧縮器、24,241,242…反射点抽出器、25,25R,25D…IFFT処理器、26,26a,26b,26R,26D…拡張アレイ処理器、27,27a,27b,27R,27D…FFT処理器、28,28a,28b…振幅重畳器、29R,29D…ゼロ埋め処理器、30…Fast-time FFT処理器、31…Slow-time FFT処理器、32…受信器、33…レンジ補正器。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記レンジ−ドップラ画像から振幅スレショルドにより反射点Nallを抽出する抽出手段と、
前記抽出された反射点Nallを近傍の点のN(N≦Nall)グループ毎に分離して、グループ毎にレンジ−ドップラ軸(fast-slow-time軸)に配置し、レンジ軸(Nr点)及びドップラ軸(Nd点)の各々で逆フーリエ変換して得たレンジ軸及びドップラ軸の少なくともいずれか一方について拡張アレイ処理を適用して、2Nr−1点または2Nd−1点とする拡張アレイ処理手段と、
前記拡張アレイ処理を適用した軸についてはフーリエ変換して再度画像化する再画像化手段と、
前記N点についての画像結果を振幅重畳して高分解能画像を出力する重畳手段と
を具備するレーダ装置。 Image generating means for generating a range-Doppler image from the radar received signal;
Extraction means for extracting a reflection point Nall from the range-Doppler image by an amplitude threshold;
The extracted reflection point Nall is separated into N (N ≦ Nall) groups of neighboring points and arranged on a range-Doppler axis (fast-slow-time axis) for each group, and the range axis (Nr point) And an extended array process that applies 2Nr-1 points or 2Nd-1 points by applying an extended array process to at least one of the range axis and the Doppler axis obtained by inverse Fourier transform at each of the Doppler axes (Nd points) Means,
Re-imaging means for re-imaging by Fourier transform for the axis to which the extended array processing is applied;
A radar apparatus comprising: a superimposing unit that superimposes an amplitude of the image result for the N points and outputs a high resolution image.
前記重畳手段は、前記N2点についての画像結果を振幅重畳して高分解能画像を出力するレーダ装置。 The extended array processing means separates the N2 points extracted by the amplitude threshold from the result of applying the extended array processing for the range axis or Doppler axis, and arranges each extracted point on the range-Doppler axis. Perform extended array processing for Doppler axis or range axis,
The superimposing means is a radar device that outputs an image with a high resolution by superimposing amplitude on the image result for the N2 point.
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