JP2018205175A - Radar device and radar signal processing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、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 and a radar signal processing method thereof.
従来のレーダ方式では、低RCS(Radar Cross Section:レーダ反射断面積)の目標を検出する場合には、CFAR(Constant False Alarm Rate:定誤警報確率)のスレショルドを低減させて高感度化を図っているが、スレショルドを低減させると誤検出が増えてしまう。また、低空の目標を観測する場合にも、クラッタの影響によって誤検出が増えてしまう。このように、誤検出が増えると、追跡のための航跡確立のために、検出後に目標か否かを弁別するための検定ビーム(専用のベリファイビーム)が多数必要になる。その結果、所定の時間内に目標を効率よく観測するための送受信ビームのスケジューリング(ビームマネージメント)の制約が大きくなって、全目標を観測できなくなる等の問題が生じてしまう。 In the conventional radar system, when detecting a low RCS (Radar Cross Section) target, the CFAR (Constant False Alarm Rate) threshold is reduced to increase sensitivity. However, reducing the threshold increases false detection. In addition, when observing a low altitude target, false detection increases due to the effect of clutter. As described above, when the number of false detections increases, a large number of verification beams (dedicated verify beams) are required for discriminating whether or not the target is detected after detection in order to establish a track for tracking. As a result, there is a problem that transmission / reception beam scheduling (beam management) for efficiently observing the target within a predetermined period of time increases, making it impossible to observe all the targets.
以上述べたように、従来のレーダ方式では、高感度化のためのCFARスレショルドの低減、あるいは低空の目標観測の場合のクラッタの影響による誤検出が増えると、検出後に目標か否かを弁別するための検定ビームが多数必要になり、ビームマネージメントの制約が大きくなって全目標を観測できない等の問題が生じる。 As described above, in the conventional radar system, if the detection of CFAR threshold for high sensitivity or the number of false detections due to the influence of clutter in the case of target observation in the low sky increases, it is discriminated whether the target is detected after detection. For this reason, a large number of verification beams are required, and there are problems such as the restriction of beam management becomes large and all targets cannot be observed.
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、誤検出を抑圧し、目標のみを高精度に抽出することのできるレーダ装置と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 an object thereof is to provide a radar apparatus capable of suppressing erroneous detection and extracting only a target with high accuracy and a radar signal processing method thereof.
上記の課題を解決するために、本実施形態によれば、レーダ観測範囲をM(M≧2)回観測する単位を1フレームとしてN(N≧2)フレーム観測する際に、各フレーム毎のM回分の観測値を3次元または2次元座標に配列して座標軸における目標と誤検出の密度分布の差異によるクラスタ分析を行い、目標候補のクラスタを抽出してNフレーム分のクラスタ内の観測値か代表値を出力する。 In order to solve the above problem, according to the present embodiment, when N (N ≧ 2) frames are observed with a unit for observing the radar observation range M (M ≧ 2) times as one frame, each frame is measured. M observations are arranged in three-dimensional or two-dimensional coordinates, cluster analysis is performed based on the difference in density distribution between the target and false detection on the coordinate axis, target candidate clusters are extracted, and observation values in N frames of clusters are extracted. Or representative value is output.
すなわち、本実施形態に係るレーダ装置では、座標軸における目標と誤検出の密度分布の差異によるクラスタ分析を行うことにより、誤検出を抑圧し、目標のみを抽出することができる。 In other words, the radar apparatus according to the present embodiment can suppress erroneous detection and extract only the target by performing cluster analysis based on the difference in density distribution between the target and the erroneous detection on the coordinate axes.
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)−クラスタ分布
レーダ装置として、パルス変調や連続波の場合、またパルス変調として、PRI(Pulse Repetition Interval:パルス繰り返し周期)の区分により、速度にアンビギュイティがあるLPRF(Low Pulse Repetition Frequency:低パルス繰り返し周波数)、距離及び速度にアンビギュイティがあるMPRF(Medium Pulse Repetition Frequency:中パルス繰り返し周波数)、距離にアンビギュイティがあるHPRF(High Pulse Repetition Frequency:高パルス繰り返し周波数)の場合等に幅広く適用できるが、ここでは説明を簡単にするために、LPRFのパルス変調の場合について説明する。
(First Embodiment)-Cluster Distribution As a radar device, in the case of pulse modulation or continuous wave, or as pulse modulation, LPRF having an ambiguity in speed according to the division of PRI (Pulse Repetition Interval). Low Pulse Repetition Frequency: MPRF (Medium Pulse Repetition Frequency) with ambiguity in distance and speed, HPRF (High Pulse Repetition Frequency: High pulse repetition) with ambiguity in distance In the case of frequency), the case of LPRF pulse modulation will be described here for the sake of simplicity.
図1乃至図3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。図1はその概略構成を示すブロック図、図2は複数スキャンの3次元データ毎にスライディングさせ分割したフレーム毎にクラスタ分析する様子を示す図、図3は密度分布の差異を利用したクラスタ分布による誤検出抑圧と目標検出の様子を示す図である。 The radar apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration thereof, FIG. 2 is a diagram showing a state of performing cluster analysis for each frame divided and divided for each of three-dimensional data of a plurality of scans, and FIG. 3 is based on a cluster distribution using a difference in density distribution. It is a figure which shows the mode of false detection suppression and target detection.
本実施形態に係るレーダ装置は、図1に示すように、複数のアンテナ素子によりモノパルスアンテナを構成し、Σ、Δの送受信ビームを形成するアンテナ1と、アンテナ1を通じて送信信号を送出し、目標からの反射信号を受信する送受信器2と、送受信器2で得られた受信信号から目標の距離・角度を観測して3次元の位置座標を演算し、クラスタ分布による検出処理を行って目標の観測値を出力する信号処理器3とを備える。
As shown in FIG. 1, the radar apparatus according to the present embodiment forms a monopulse antenna by a plurality of antenna elements, transmits a transmission signal through the
上記送受信器2は、送受信部21、変調制御部22を備える。送受信部21は、変調制御部22のLPRFのパルス変調により生成されるモノパルスのパルス変調波をアンテナ1を通じて送信し、その送信出力の反射波を受信して、Σビーム、Δビームの受信信号(以下、Σ信号、Δ信号と記す)を出力する。
The
上記信号処理器3は、Σ観測処理部31、CFAR処理部32、測距部33、Δ観測処理部34、セル抽出部35、測角部36、3次元位置座標出力部37、クラスタ分析部38を備える。
上記Σ観測処理部31は、モノパルスビームによるΣ受信信号を入力し、CPIデータを用いて、送信波形に応じたパルス圧縮やFFT等の信号処理を実施してレンジ−ドップラ(RD)データを得る。
上記CFAR処理部32は、アンテナ1のモノパルス出力によるΣ信号のRDデータを用いて、CFARにより所定のスレショルドを設定して反射点のセルを検出する。
上記測距部33は、CFARによって得られた反射点のセルについて時間軸を距離軸に変換することで目標距離を測定する(測距)。
The
The Σ
The
The
上記Δ観測処理部34は、モノパルスビームによるΔ受信信号を入力し、Σ観測処理部31と同様に、CPIデータを用いて、送信波形に応じたパルス圧縮やFFT等の信号処理を実施してレンジ−ドップラ(RD)データを得る。
上記セル抽出部35は、上記CFAR処理部33の処理結果を利用してΣ信号の検出セルと同一セルを抽出する。
上記測角部36は、セル抽出部35で抽出されたセルについて、測距部33で得られた目標の距離とモノパルス測角処理を行うことで、抽出セルごとのAZ,ELの角度を出力する。
The Δ
The
The
上記3次元位置座標出力部37は、測角部36を通じて得られた目標の距離と角度から目標の3次元位置座標を演算出力する。
The three-dimensional position
上記クラスタ分析部38は、振幅の大きい目標付近のセル密度が高く、誤検出付近では小さいという密度差を利用したクラスタ分析を行い、1回のCPIの処理では反射点数が十分で無い場合に、複数回のCPIの検出セルを加算した観測値を出力する。
The
上記構成において、以下に本実施形態に係るレーダ信号処理方法について説明する。 In the above configuration, a radar signal processing method according to the present embodiment will be described below.
まず、パルス変調波をアンテナ1を通じて送受信し(2)、モノパルスアンテナビームによるΣ信号の出力を用いて、送信波形に応じてパルス圧縮やFFT等の信号処理を実施してレンジ−ドップラ信号を得て(31)、CFAR(非特許文献1)により所定のスレショルドを設定して目標検出し(32)、検出したレンジセルにより目標距離を出力する(33)。 First, a pulse-modulated wave is transmitted / received through the antenna 1 (2), and signal processing such as pulse compression and FFT is performed according to the transmission waveform using the output of the Σ signal by the monopulse antenna beam to obtain a range-Doppler signal. (31), a predetermined threshold is set by CFAR (Non-Patent Document 1) to detect a target (32), and a target distance is output from the detected range cell (33).
さらに、モノパルスアンテナビームのΔ信号についても、同様の信号処理を実施し(34)、Σ信号の検出セルと同一セルを抽出し(35)、モノパルス測角処理によるAZ,ELの角度を出力する(36)。距離と角度がわかれば、3次元位置座標を出力できる(37)。 Further, the same signal processing is performed for the Δ signal of the monopulse antenna beam (34), the same cell as the detection cell of the Σ signal is extracted (35), and the angles of AZ and EL by monopulse angle measurement processing are output. (36). If the distance and angle are known, three-dimensional position coordinates can be output (37).
この3次元座標データをクラスタ分析する(非特許文献2)(38)。クラスタ分析は、所定の条件に従い、入力値をグルーピングして区分する手法であり、本実施形態においては、目標とクラッタやノイズによる誤検出を弁別して、目標のみを抽出するために用いる。目標と誤検出の弁別は、例えば、目標付近の反射点の密度が、誤検出の場合よりも大きいことを利用する。 This three-dimensional coordinate data is subjected to cluster analysis (Non-Patent Document 2) (38). Cluster analysis is a method of grouping and classifying input values according to a predetermined condition. In this embodiment, the cluster analysis is used for discriminating a target from erroneous detection due to clutter or noise and extracting only the target. The discrimination between the target and the erroneous detection uses, for example, that the density of reflection points near the target is larger than that in the case of the erroneous detection.
複数スキャン観測する場合、図2に示すように、スキャンM,M+1,…,M+mそれぞれの3次元データ毎に、スライディングさせたフレームN,N+1,…に分割し、そのフレーム毎にクラスタ分析を行う。密度分布の差異を利用したクラスタ分布による誤検出抑圧と目標検出の様子を図3に示す。すなわち、図3(a)に示すように、複数スキャン分の誤検出と目標について密度差によるクラスタ分析を行い、図3(b)に示すように、高密度の目標のみのクラスタを抽出する。 In the case of observing a plurality of scans, as shown in FIG. 2, each three-dimensional data of scans M, M + 1,..., M + m is divided into sliding frames N, N + 1,. . FIG. 3 shows the state of false detection suppression and target detection by the cluster distribution using the density distribution difference. That is, as shown in FIG. 3A, cluster analysis based on the density difference is performed for false detection and targets for a plurality of scans, and as shown in FIG. 3B, clusters of only high-density targets are extracted.
目標のクラスタを抽出した場合には、クラスタ内の観測値をそのまま出力するか、代表値としてクラスタ内3次元座標の平均値や振幅を用いた次式による重心値を観測値として出力する。
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、所定の観測範囲をM(M≧2)回観測する単位を1フレームとしてN(N≧2)フレーム観測する際に、各フレーム毎のM回分の観測値を3次元または2次元座標に配列して、クラスタ分析し、目標候補のクラスタを抽出してNフレーム分のクラスタ内の観測値か代表値を出力する。すなわち、3次元座標軸における目標と誤検出の密度分布の差異によるクラスタ分析により、誤検出を抑圧し、目標のみを抽出することができる。 As described above, the radar apparatus according to the present embodiment, when observing N (N ≧ 2) frames with a unit for observing a predetermined observation range M (M ≧ 2) times as one frame, M for each frame. The observed values for the batch are arranged in three-dimensional or two-dimensional coordinates, cluster analysis is performed, target candidate clusters are extracted, and the observed values or representative values in the clusters for N frames are output. That is, erroneous detection can be suppressed and only the target can be extracted by cluster analysis based on the difference in density distribution between the target and the erroneous detection on the three-dimensional coordinate axis.
(第2の実施形態)−相関追跡による誤検出抑圧
図4乃至図7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。図4はその概略構成を示し、図5は相関追跡の様子を示し、図6はフレーム毎に連続した平滑値を中心にして所定のゲートを設定する様子を示し、図7はクラスタ検出時に欠落した観測値がある場合に欠落を抑圧する様子を示している。
Second Embodiment—Error Detection Suppression by Correlation Tracking A radar apparatus according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 shows a schematic configuration thereof, FIG. 5 shows a state of correlation tracking, FIG. 6 shows a state in which a predetermined gate is set around a continuous smooth value for each frame, and FIG. 7 is missing at the time of cluster detection. The figure shows how to suppress omission when there are observed values.
第1の実施形態の構成では、抽出したクラスタ以外の観測値である誤検出が残留する場合がある。本実施形態では、その対策について述べる。 In the configuration of the first embodiment, erroneous detection that is an observation value other than the extracted cluster may remain. In this embodiment, the countermeasure is described.
本実施形態に係るレーダ装置は、図4に示すように相関追跡部39を備え、第1の実施形態と同様の方法でクラスタを検知した後、そのクラスタの代表値により相関追跡処理(非特許文献5)を行う。相関追跡は、図5に示すように、まず、最初のスキャンの代表値を予測値とし、所定のゲート内の代表値の中で、最も予測値に近い代表値を選定し、次の予測値を算出する。フレーム毎に連続した平滑値を中心にして、図6に示すように所定のゲートを設定し、ゲート外の観測値を誤検出として抑圧(削除)しつつゲート内の観測値を抽出する。この場合、図7(a)に示すように、クラスタ検出時に欠落した観測値がある場合でも、図7(b)に示すように、相関追跡のゲート内の観測値を再抽出することにより、欠落を抑圧することができる。
The radar apparatus according to the present embodiment includes a
以上のように、第2の実施形態に係るレーダ装置は、N(N≧1)フレーム分の目標候補のクラスタを用いて、相関追跡処理することにより誤検出を抑圧する。このように、抽出したクラスタを用いて相関追跡処理することにより、残留誤検出を抑圧することができる。 As described above, the radar apparatus according to the second embodiment suppresses erroneous detection by performing correlation tracking processing using clusters of target candidates for N (N ≧ 1) frames. As described above, the residual error detection can be suppressed by performing the correlation tracking process using the extracted cluster.
(第3の実施形態)−複数回のクラスタ分析
図8及び図9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。図8はその概略構成を示し、図9は再度クラスタ分析のパラメータを変えてクラスタ分析を行う様子を示している。
Third Embodiment—Multiple Cluster Analysis A radar apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 shows the schematic configuration, and FIG. 9 shows a state in which the cluster analysis is performed again by changing the parameters of the cluster analysis.
第1及び第2の実施形態では、誤検出が残留する場合がある。本実施形態に係るレーダ装置は、その対策のためになされたもので、図8に示すように、クラスタ分析部38aにおいて、複数回のクラスタ分析を、パラメータを変えて行う。すなわち、図9(a)に示すような分布が得られた状態で、まず第1または第2の実施形態と同様の方法でクラスタ検知する。その結果、図9(b)に示すような残留誤検出があった場合、観測値の密度分布が変化する。そこで、本実施形態では、図9(c),(d)に示すように、パラメータを変えて順次クラスタ分析を行う。パラメータとしては、例えば、第5の実施形態で述べるDBSCAN方式(非特許文献4)の場合は、ゲート半径とゲート内の観測値の点数等である。このクラスタ分析を所定の回数(≧2)繰り返すことにより、誤検出を抑圧することができる。この際、目標の観測値を抑圧する場合も想定されるが、第2または第4の実施形態で述べる手法を用いて、欠落した目標の観測値の復活させることができる。
In the first and second embodiments, erroneous detection may remain. The radar apparatus according to the present embodiment is made for the countermeasure, and, as shown in FIG. 8, the
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、クラスタ分析処理を複数回P(P≧2)回実施して誤検出を抑圧する。これにより、1回のクラスタ分析では抑圧できない残留誤検出を抑圧することができる。 As described above, the radar apparatus according to the present embodiment suppresses erroneous detection by performing cluster analysis processing a plurality of times (P ≧ 2) times. As a result, residual error detection that cannot be suppressed by one cluster analysis can be suppressed.
(第4の実施形態)−クラスタ補間による目標抽出(フィッティング)
図10及び図11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。図10はその概略構成を示し、図11は補間曲線により目標範囲を設定する様子を示している。
(Fourth embodiment)-Target extraction (fitting) by cluster interpolation
A radar apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 shows the schematic configuration, and FIG. 11 shows how the target range is set by the interpolation curve.
第1乃至第3の実施形態では、誤検出を抑圧する手法について述べた。この際に、目標のクラスタに欠落が生じる場合がある。第2の実施形態の相関追跡処理により、欠落の影響を抑圧する手法について述べたが、本実施形態では、他の対策について述べる。 In the first to third embodiments, the technique for suppressing the erroneous detection has been described. At this time, the target cluster may be missing. Although the technique for suppressing the influence of the omission by the correlation tracking process of the second embodiment has been described, in this embodiment, other countermeasures will be described.
本実施形態に係るレーダ装置は、図10に示すように、第2の実施形態のクラスタ分析部31aと相関追跡部39との間に目標補間部3Aを配置した構成である。すなわち、本実施形態では、図11(a)〜(d)に示すように、クラスタを抽出した後、L(L≧1)フレームの観測値を用いて、目標候補範囲を抽出する。この際に、最小2乗曲線(非特許文献3)等を用いて補間曲線を抽出する。
As shown in FIG. 10, the radar apparatus according to this embodiment has a configuration in which a
ここで、最小2乗法による補間関数の算出手法について述べる。説明変数をベクトルx、目的変数をベクトルyで表現すると、次式となる。
(2)式のデータの最小2乗曲線を算出するには、次式を最小化するパラメ−タθを算出することに対応する。
fが多項式の場合は、次式の通りθは各項の係数である。
(3)式のθ(多項式の場合はap)は、一般的に非線形推定問題として、次式の条件により算出できる(非特許文献3)。
(5)式は、一般的に次式の繰り返し演算により算出できる。
以上の処理により算出したフィッティング曲線を中心に、図11(d)に示す所定の幅の領域を設定し、その領域内の観測値を全て抽出する。これにより、クラスタ検出時に欠落した目標の観測値を復活させることができる。 A region having a predetermined width shown in FIG. 11D is set around the fitting curve calculated by the above processing, and all observation values in the region are extracted. This makes it possible to restore the target observation value that was lost during cluster detection.
なお、本実施形態の手法は、補間曲線を算出する際に、Lフレーム分の(xq,yq)のデータを用いるが、Lフレームのデータをスライディングさせながら、1〜L、2〜L+1、…等に選定すると、最初のLフレ−ム以降のデータを取得した後は、連続した補間曲線を得ることができ、クラスタ分析により欠落したデータを補正することができる。これにより抽出した目標補間値をそのまま観測値(X,Y,Z)として出力するか、更に誤検出を抑圧するために、相関追尾処理(39)した後に、観測値を出力する。 Note that the method of this embodiment uses (xq, yq) data for L frames when calculating the interpolation curve, but 1 to L, 2 to L + 1, ... while sliding the L frame data. For example, after the data after the first L frame is acquired, a continuous interpolation curve can be obtained and the missing data can be corrected by cluster analysis. The target interpolation value thus extracted is output as an observation value (X, Y, Z) as it is, or the observation value is output after correlation tracking processing (39) in order to further suppress erroneous detection.
以上のように、第4の形態に係るレーダ装置は、Nフレーム分の目標候補を抽出した後、観測値を用いたフィッティング曲線を算出し、所定の幅をもつ領域内の観測値を抽出して、目標クラスタの領域内の目標観測値の欠落を補間する。このように、クラスタ分析によって目標観測値の抽出に欠落が生じた場合でも、補間処理により目標クラスタ範囲を補間するようにしているので、目標観測値の欠落を抑圧することができる。 As described above, after extracting the target candidates for N frames, the radar apparatus according to the fourth embodiment calculates a fitting curve using the observation values, and extracts the observation values in the region having a predetermined width. Then, the missing target observation value in the target cluster area is interpolated. As described above, even when the target observation value is missing due to the cluster analysis, the target cluster range is interpolated by the interpolation process, so that the missing target observation value can be suppressed.
(第5の実施形態)−DBSCAN方式
図12及び図13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12はその概略構成を示し、図13はDBSCAN方式による処理を示している。
(Fifth Embodiment) -DBSCAN System A radar apparatus according to a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 shows the schematic configuration, and FIG. 13 shows processing by the DBSCAN system.
本実施形態では、クラスタ分析手法としてDBSCAN(非特許文献4)を用いる手法について述べる。 In this embodiment, a method using DBSCAN (Non-Patent Document 4) as a cluster analysis method will be described.
本実施形態に係るレーダ装置は、図12に示すように、クラスタ分析部38bにおいてDBSCAN方式を採用し、図13に示すように、半径εのサークル範囲とこのサークル範囲内の観測値数MinPtsを設定し、密度の差異によりクラスタを分類する。設定した半径ε、観測値数MinPtsを満足するクラスタ毎に、複数のクラスタを生成し、それ以外はノイズとして分類できる。
As shown in FIG. 12, the radar apparatus according to the present embodiment employs the DBSCAN method in the
具体的には、設定した半径ε以内に少なくとも設定された観測値数MinPtsの隣接点がある点は、コア点とし、半径ε以内の隣接点の個数がMinPtsに満たない場合はボーダー点とみなされる。コア点でもボーダー点でもないような点は、ノイズ点とする。これにより、目標による反射点(コア点とボーダー点)と誤検出(ノイズ点)を弁別できる(非特許文献4)。 Specifically, a point that has at least the set number of observations MinPts within the set radius ε is a core point, and if the number of adjacent points within the radius ε is less than MinPts, it is considered a border point. It is. Points that are neither core points nor border points are noise points. Thereby, the reflection point (core point and border point) by a target and misdetection (noise point) can be distinguished (nonpatent literature 4).
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、クラスタ分析手法として、DBSCANを用いる。これにより、目標と誤検出の密度分布の差異によるクラスタ分析を効率よく行うことができる。 As described above, the radar apparatus according to the present embodiment uses DBSCAN as the cluster analysis method. Thereby, the cluster analysis by the difference of the density distribution of a target and false detection can be performed efficiently.
(第6の実施形態)−ニューラルネットワーク
図14乃至図17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14はその概略構成を示し、図15はニューラルネットワーク方式の概念を示し、図16はニューラルネットワークに用いられるユニットの構成を示し、図17は、入力データとして、クラスタ分布検出、目標候補抽出により抽出した目標候補の座標をもとに、3次元の座標(X,Y,Z)の点にプロットする例を示している。
(Sixth Embodiment) -Neural Network A radar apparatus according to a sixth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 14 shows the schematic configuration, FIG. 15 shows the concept of the neural network system, FIG. 16 shows the configuration of units used in the neural network, and FIG. 17 shows cluster distribution detection and target candidate extraction as input data. An example is shown in which plotting is performed at points of three-dimensional coordinates (X, Y, Z) based on the extracted target candidate coordinates.
本実施形態では、クラスタ検知手法として、目標と誤検出の密度差に着目する。さらに、目標と誤検出の弁別能力を高めるために、選定した目標クラスタを中心とした所定の範囲の座標データを入力として、ニューラルネットワーク(非特許文献6)を用いて識別する手法を適用できる。ニューラルネットワーク(NN)の具体例としては、畳み込みニューラルネット(非特許文献6)や再帰型ニューラルネット(非特許文献7)等を用いることができる。この場合、目標と誤検出の密度差の他、空間的な広がりの特徴の差を特徴量として抽出して弁別することができる。 In this embodiment, attention is paid to the density difference between the target and the false detection as a cluster detection method. Furthermore, in order to enhance the discrimination ability between the target and the erroneous detection, a method of identifying using a neural network (Non-patent Document 6) by inputting coordinate data in a predetermined range centered on the selected target cluster can be applied. As a specific example of the neural network (NN), a convolutional neural network (Non-Patent Document 6), a recursive neural network (Non-Patent Document 7), or the like can be used. In this case, in addition to the density difference between the target and the false detection, a difference in spatial spread characteristics can be extracted as a feature amount for discrimination.
本実施形態に係るレーダ装置は、図14に示すように、目標補間部3Aと相関追跡部39との間に目標候補抽出フィルタ3Bを配置した構成である。
As shown in FIG. 14, the radar apparatus according to the present embodiment has a configuration in which a target candidate extraction filter 3B is arranged between the target interpolation unit 3A and the
上記目標候補抽出フィルタ3Bにおいては、3次元データ生成部3B1、列ベクトル変換部3B2、NN(ニューラルネットワーク)処理部3B3、フィルタ3B4を備え、目標補間部3Aにおいて、クラスタ分布による検出結果から抽出した目標候補をもとに、ニューラルネットワークNNにより目標か誤検出かを識別し、目標候補のみを抽出する。そのために用いるNNの構成例を図15(多層パーセプトロン方式)を示し、そのユニット構成を図16に示す(非特許文献6)。NNを構成する各ユニットは、定式化すると次式となる。
活性化関数としては、シグモイド関数(非特許文献6)等、種々適用できる。 As the activation function, various applications such as a sigmoid function (Non-Patent Document 6) can be applied.
入力データとしては、クラスタ分布による検出31b、目標候補抽出33により抽出した目標候補の座標をもとに、図17に示すように3次元の座標(X,Y,Z)の点にプロットし、3次元のデータ(Nx、Ny、Nz)を、目標の存在しない空間の点も含めて、1次元の列ベクトル(1〜Nx×Ny×Nz)に変換して、NNに入力する。NNのウェイトの学習としては、シミュレータや実測値により、真値(目標か誤検出かの教師信号)の既知の3次元の学習用のデータとを生成し、生成した信号(X,Y,Z)と教師信号(目標か誤検出か)を用いて、事前に学習しておく。目標か誤検出かの識別は、2値分類や多クラス分類(クラス数=2)に相当する。
As the input data, based on the coordinates of the target candidates extracted by the cluster distribution detection 31b and the
一般的に多クラス分類とすると、学習用の訓練データは次式で定義できる。
また、誤差関数Eを次式の2乗誤差で定義する。
これが最も小さくなるように、wを選択する。このためには確率的勾配降下法(非特許文献6)等を用いればよい。 Select w so that this is the smallest. For this purpose, a stochastic gradient descent method (Non-Patent Document 6) or the like may be used.
学習後の実際の処理の際には、固定したウェイトを用いて、図15のNNを動作させ、目標か誤検出か目標候補フィルタ3B4を通過させて、目標候補のみを用いて相関追跡部39に入力し、目標の観測値(X,Y、Z)を出力する。以上により、より誤検出の影響の少ない目標信号の観測値を出力できる。
In the actual processing after learning, the NN of FIG. 15 is operated using a fixed weight, and the target or false detection or the target candidate filter 3B4 is passed, and the
以上のように、第6の実施形態に係るレーダ装置は、クラスタ分析により抽出した目標クラスタ候補の観測値座標を用いて3次元座標にプロットし、3次元のプロット座標を入力として、ニューラルネットワーク(NN)を用いて目標か誤検出かのフィルタ処理をする。これにより、NN処理を用いて目標と誤検出を識別することができ、より誤検出を抑圧した処理を行うことができる。 As described above, the radar apparatus according to the sixth embodiment plots three-dimensional coordinates using the observation value coordinates of the target cluster candidate extracted by the cluster analysis, and receives the three-dimensional plot coordinates as an input. NN) is used to filter whether the target or false detection. Thereby, the target and the erroneous detection can be identified using the NN process, and the process in which the erroneous detection is further suppressed can be performed.
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。さらに、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.
1…アンテナ、
2…送受信器、21…送受信部、22…変調制御部、
3…信号処理器、31…Σ観測処理部、32…CFAR処理部、33…測距部、34…Δ観測処理部、35…セル抽出部、36…測角部、37…3次元位置座標出力部、38,38a,38b…クラスタ分析部、39…相関追跡部、3A…目標補間部、3B…目標候補抽出フィルタ、3B1…3次元データ生成部、3B2…列ベクトル変換部、3B3…NN(ニューラルネットワーク)処理部、3B4…フィルタ。
1 ... antenna,
2 ... transceiver, 21 ... transceiver, 22 ... modulation controller,
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記配列された観測値を座標軸における目標と誤検出の密度分布の差異によるクラスタ分析を行って目標候補のクラスタを抽出し、前記目標候補のクラスタからNフレーム分のクラスタ内の観測値または代表値を出力するクラスタ分析手段と
を具備するレーダ装置。 An array that arranges M observation values for each frame into three-dimensional or two-dimensional coordinates when observing the radar observation range M (M ≧ 2) times as one frame and N (N ≧ 2) frames. Means,
A cluster analysis is performed on the arrayed observation values based on the difference in density distribution between the target and the false detection on the coordinate axis to extract target candidate clusters, and observation values or representative values in clusters for N frames from the target candidate clusters And a cluster analysis means for outputting a radar apparatus.
前記配列された観測値を座標軸における目標と誤検出の密度分布の差異によるクラスタ分析を行って目標候補のクラスタを抽出し、前記目標候補のクラスタからNフレーム分のクラスタ内の観測値または代表値を出力するレーダ装置のレーダ信号処理方法。 The unit for observing the radar observation range M (M ≧ 2) times is one frame, and when observing N (N ≧ 2) frames, M observation values for each frame are arranged in three-dimensional or two-dimensional coordinates,
A cluster analysis is performed on the arrayed observation values based on the difference in density distribution between the target and the false detection on the coordinate axis to extract target candidate clusters, and observation values or representative values in clusters for N frames from the target candidate clusters Radar signal processing method for a radar device that outputs a signal.
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