JP2019086464A - 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 device and a radar signal processing method thereof.
従来のレーダ装置では、一般にパルス圧縮(非特許文献1)やFFT(高速フーリエ変換)をした後、CFAR(Constant False Alarm Rate、非特許文献2)処理を用いることが多い。しかしながら、CFAR処理では、RCS(Radar Cross Section)が小さく、受信SNが低い小目標を検出する際に、受信振幅がCFARのスレショルドを超えず、非検出になる場合があった。 In conventional radar devices, CFAR (Constant False Alarm Rate, Non-Patent Document 2) processing is often used after pulse compression (Non-Patent Document 1) and FFT (Fast Fourier Transform) in general. However, in the CFAR processing, when detecting a small target having a small RCS (Radar Cross Section) and a low received SN, the received amplitude may not be detected because it does not exceed the CFAR threshold.
この対策として、レンジ−ドップラ軸のブロック単位の振幅ヒストグラムから目標を検出する手法(特許文献1)もあるが、振幅ヒストグラム形状からさらにヒストグラム形状等を表す特徴量を抽出するため、想定する特徴量の抽出手法がデータに適合しない場合には、非検出になる可能性があった。 Although there is a method (patent document 1) which detects a target from an amplitude histogram of a block unit of a range-Doppler axis as a measure against this, in order to extract a feature representing a histogram shape etc. from an amplitude histogram shape further, If the extraction method did not fit the data, it could become undetectable.
以上述べたように、パルス圧縮やFFT処理を行った後にCFAR処理を行う従来のレーダ装置では、RCS(Radar Cross Section)が小さく、受信SNが低い小目標を検出する際に、受信振幅がCFARのスレショルドを超えず、非検出になる課題があった。 As described above, in the conventional radar apparatus that performs CFAR processing after performing pulse compression and FFT processing, when detecting a small target having a small RCS (Radar Cross Section) and low reception SN, the reception amplitude is CFAR. There was a problem that did not go beyond the threshold of
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、RCSが小さく、受信SNが低い小目標の検出能力を高め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。 This embodiment is made in view of the above-mentioned subject, and an object of the present invention is to provide a radar installation which can raise detection capability of a small target with small RCS and low receiving SN, and its radar signal processing method.
上記の課題を解決するために、本実施形態によれば、N(N≧1)ヒットのパルスを送信するコヒーレント方式のレーダ装置において、PRI軸に対してFFT処理を施し、必要に応じてパルス圧縮したレンジ−ドップラデータ(RDデータ)を用いてレンジ−ドップラ軸で(Nh,Mh)(Nh≧1,Mh≧1)にブロック分割し、振幅強度のヒストグラムを作成し、ヒストグラムの一次元ベクトルをブロック検出用の多層NNに入力して、目標検出候補のブロックを抽出し、そのブロック範囲のRDデータを1次元ベクトルにしてセル特定用の多層NNに入力して、レンジ−ドップラ軸の検出セルを特定する。 In order to solve the above problems, according to the present embodiment, in the coherent radar apparatus that transmits pulses of N (N ≧ 1) hits, FFT processing is performed on the PRI axis, and pulses are generated as necessary. A block is divided into (Nh, Mh) (Nh 1, 1, Mh 1 1) on the range-doppler axis using compressed range-doppler data (RD data), a histogram of amplitude intensity is created, and a one-dimensional vector of the histogram Is input to the multilayer NN for block detection to extract a target detection candidate block, and RD data of the block range is converted to a one-dimensional vector and input to the multilayer NN for cell specification to detect the range-Doppler axis Identify the cell
すなわち、本実施形態に係るレーダ装置では、ドップラ−レンジ軸の送受信信号を用いて、ブロック分割した信号から振幅ヒストグラム等の特徴量を抽出して多層NNにより、目標有無のブロックを抽出し、さらに、抽出したブロックのデータに対して、多層NNによりブロック内のレンジ−ドップラ軸のセルを特定し、距離及び速度を出力することができる。 That is, in the radar apparatus according to the present embodiment, a feature quantity such as an amplitude histogram is extracted from the block-divided signal using the transmission / reception signal of the Doppler range axis to extract a target presence / absence block by multilayer NN. For the data of the extracted block, it is possible to specify the cell of the range-doppler axis in the block by the multi-layer NN and output the distance and the speed.
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 parts will be denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions will be omitted.
(第1の実施形態)
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。
First Embodiment
The radar apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
図1は、第1の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。このレーダ装置は、送信系統、受信系統、信号処理系統に大別される。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the radar device according to the first embodiment. This radar device is roughly divided into a transmission system, a reception system, and a signal processing system.
送信系統では、送信信号生成部1で生成されるチャープ信号等の送信信号を周波数変換部2で高周波数信号に変換し、パルス変調部3でパルス変調して、サーキュレータ等の送受分離部4を経由してアンテナ部5からレーダ波として送信する。
In the transmission system, a transmission signal such as a chirp signal generated by the transmission signal generation unit 1 is converted into a high frequency signal by the
受信系統では、アンテナ部5で受信されるレーダ波の反射信号を送受分離部4を経由して周波数変換部11で中間周波数に変換し、AD変換部12でデジタル信号に変換する。
In the reception system, the
信号処理系統では、デジタル信号に変換された受信信号をパルス圧縮部13で必要に応じてパルス圧縮(非特許文献1)を施し、FFT(Fast Fourier Transform)処理部14でPRI(Pulse Repetition Interval)間におけるドップラ軸(slow-time軸)のFFT処理を施して、レンジ−ドップラ(RD)データを得る。そして、このRDデータをブロック分割部16で所定のブロックに分割し、ヒストグラム生成部17で分割単位毎に振幅ヒストグラム(具体的には振幅ヒストグラム列のベクトル)を生成し、多層NN(Neural Network、非特許文献4)ブロック抽出部18で多層NNにより分割ブロック毎に目標の有無を識別して目標検出候補のブロックを抽出する。続いて、抽出された目標検出候補のブロック範囲のRDデータをブロックベクトル化処理部19で1次元ベクトルに変換し、多層NNセル特定部20で1次元ベクトルからレンジ−ドップラ軸の検出セルを多層NNにより特定し、レンジ・速度検出部22で検出セルからレンジ及び速度を検出する。
In the signal processing system, the received signal converted into a digital signal is subjected to pulse compression (Non-Patent Document 1) in the
上記構成において、図2乃至図4を参照して本実施形態のレーダ信号処理について説明する。図2はRDデータをブロック分割、ヒストグラム作成、多層NNの活用を説明するための図、図3は多層NNの各層において、各ユニットが重み付けとバイアス係数を用いて結合される構成を示す図、図4は多層NNにより検出した目標ブロック内でレンジ−ドップラ軸の検出セルを特定する手法について説明するための図である。 In the above configuration, radar signal processing of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4. Fig. 2 is a diagram for describing RD data divided into blocks, histogram creation, and utilization of multilayer NN, and Fig. 3 is a diagram showing a configuration in which units are combined using weighting and a bias coefficient in each layer of multilayer NN. FIG. 4 is a diagram for describing a method of specifying a detection cell of the range-Doppler axis in a target block detected by the multilayer NN.
上記受信系統で得られたデジタル受信信号が、パルス圧縮部13で必要に応じてパルス圧縮が施され、FFT14でPRI間におけるslow-time軸のFFT処理が施されてRDデータが取得されると、このRDデータはRDデータブロック分割部16に入力される。
If the digital reception signal obtained by the above reception system is subjected to pulse compression as needed by the
上記RDデータブロック分割部16は、図2(a)に示すように、RDデータRD(r,fd)(r:レンジ、fd:ドップラ周波数)を領域(1〜Nh,1〜Mh)(Nh≧1,Mh≧1の整数)のブロックに分割する。なお、図2(a)では、ブロック間が重複しない場合を示しているが、ブロック間の境目付近に目標がある場合の対策のために、ブロック間をスライディングして重複させるようにしてもよい。分割された各ブロックのRDデータはヒストグラム生成部17に入力される。このヒストグラム生成部17は、図2(b)に示すように、分割されたブロック単位での振幅ヒストグラムを生成する。ここで作成された振幅ヒストグラムは、図2(c)に示すように多層に配列された多層NNブロック抽出部18に入力される。
As shown in FIG. 2A, the RD data
上記多層NNブロック抽出部18において、各層は、図3に示すように、各ユニットが重み付けとバイアス係数を用いて結合されている。数式で表現すると、次式となる。
In the multilayer NN
この出力Zm(m=1〜M)に対して、非線形関数である活性化関数(非特許文献5)を適用して、出力ym(m=1〜M)を得る。 An activation function (non-patent document 5) which is a non-linear function is applied to the output Zm (m = 1 to M) to obtain an output ym (m = 1 to M).
上記のように、RDデータRD(r,fd)を領域(1〜Nh,1〜Mh)のブロックに分割し、ブロック毎に生成した振幅ヒストグラムは、横軸の振幅強度を所定の固定値により規格化した場合に、ブロック内に他のブロックに比べて強度の大きな異なる振幅の信号が存在すると、その形状が変化する。そこで、多層NNブロック抽出部18において、その振幅ヒストグラム形状の変化を利用して、多層NNにより目標の有無を識別する。多層NNでは、振幅ヒストグラム形状から、さらに目標の有無を判定しやすい特徴量を抽出する機能があるため、振幅ヒストグラムから、固定した特徴量を抽出する方式(特許文献1)よりも、目標の有無を弁別する能力が向上することが期待できる。
As described above, the RD data RD (r, fd) is divided into blocks of the regions (1 to Nh, 1 to Mh), and the amplitude histogram generated for each block has the amplitude strength on the horizontal axis set by a predetermined fixed value. In the case of normalization, if there is a signal of a different amplitude with a larger intensity than that of the other blocks in the block, its shape changes. Therefore, in the multilayer NN
このときの最適なパラメータ(重みとバイアス)を取得するために、目標有りと無しの場合のRDデータを用いて、目標の有無を教師信号として学習する。すなわち、学習用のRDデータから生成される振幅ヒストグラムを列ベクトルとし、最終出力と目標無しと目標有りの識別出力との差による損失関数(非特許文献6)が最小になるように、各層のパラメータを決定する。そして、このパラメータを用いて、未知の入力データに対して、ブロック毎に推論処理(学習済みのパラメータによる多層NNによる推論処理)を実行して、目標が有るブロックを抽出する。これにより、目標が存在するRDデータの範囲を限定できるため、以降に示すセル特定の確度が向上するようになる。 In order to obtain optimal parameters (weights and biases) at this time, the presence or absence of a target is learned as a teacher signal using RD data in the case of target presence and absence. That is, the amplitude histogram generated from the RD data for learning is a column vector, and the loss function (non-patent document 6) due to the difference between the final output and the non-targeted / targeted identification output is minimized. Determine the parameters. Then, using this parameter, an inference process (inference process by multilayer NN based on learned parameters) is executed on unknown input data for each block to extract a block having a target. As a result, since the range of RD data in which a target exists can be limited, the certainty of cell identification shown below can be improved.
図4を参照して、検出した目標ブロック内で、レンジ−ドップラ軸の検出セルを特定する手法について説明する。 With reference to FIG. 4, a method of specifying a detection cell of the range-Doppler axis in the detected target block will be described.
まず、ブロックベクトル化処理部19では、多層NNブロック抽出部18で抽出された目標検出ブロックの振幅データを列ベクトルに変換する。列ベクトルの次元数は、全ドップラセル×全レンジセルとなる。また、出力も、全セルのうち、セルを特定するため、入力ユニット数(全セル数)と同一のユニット数の出力が必要である。この場合のパラメータ(重みとバイアス)を学習するために、目標有りと無しの場合のRDデータを用いて、目標が存在するセルを1、存在しないセルを0とした教師信号を作成し、この教師信号に基づいて学習する。そこで、多層NNセル特定部20では、学習用のRDデータの全セルを一次元の列ベクトルとして入力し、全セルの目標有無の最終出力と学習出力との差による損失関数(非特許文献6)が最小となるように、各層のパラメータを決定する。このパラメータを用いて、目標が存在するブロックのRDデータに対して、推論処理(学習済みのパラメータによる多層NNによる推論処理)を実行して、目標のセルを特定する。レンジ・速度検出部22では、特定されたセルのレンジ(距離)及びドップラ周波数により、目標のレンジと速度を算出し出力する。なお、速度はドップラ周波数より次式で算出できる。
First, the block
以上のように、第1の実施形態に係るレーダ装置では、N(N≧1)ヒットのパルスを送信するコヒーレント方式において、PRI軸に対してFFT処理を施し、必要に応じてパルス圧縮したRDデータを用いてレンジ−ドップラ軸で(Nh,Mh)(Nh≧1,Mh≧1)にブロック分割し、振幅強度のヒストグラムを生成し、振幅ヒストグラムの一次元ベクトルをブロック検出用の多層NNに入力して目標検出候補のブロックを抽出し、そのブロック範囲のRDデータを1次元ベクトルにしてセル特定用の多層NNに入力し、レンジ−ドップラ軸の検出セルを特定する。すなわち、上記レーダ装置では、レンジ−ドップラ軸の送受信信号を用いて、ブロック分割した信号から振幅ヒストグラムの特徴量を抽出し、多層NNによって目標有無のブロックを抽出する。さらに、抽出したブロックのRDデータに対して、多層NNによりブロック内のレンジ−ドップラ軸のセルを特定することで、距離及び速度を算出し出力する。 As described above, in the radar apparatus according to the first embodiment, in the coherent method in which N (N ≧ 1) hit pulses are transmitted, FFT processing is performed on the PRI axis, and pulse compression is performed on RD as necessary. The data is used to divide the block into (Nh, Mh) (Nh 1, 1, Mh) 1) in the range-Doppler axis, generate a histogram of amplitude intensity, and generate a one-dimensional vector of the amplitude histogram into multilayer NN for block detection A target detection candidate block is extracted and RD data of the block range is converted into a one-dimensional vector and input to the multi-layer NN for cell specification to specify a detection cell of the range-Doppler axis. That is, in the above radar apparatus, the feature quantity of the amplitude histogram is extracted from the block-divided signal using the transmission / reception signal of the range-Doppler axis, and the target presence / absence block is extracted by the multilayer NN. Furthermore, for RD data of the extracted block, the distance and speed are calculated and output by specifying cells of the range-doppler axis in the block by the multilayer NN.
ここで、従来のパルス圧縮やドップラフィルタによりCFARを用いて目標を検出するレーダ装置の場合には、目標の振幅強度を用いて、CFARのスレショルドを超える場合に検出をあげる手法が一般的であった。この場合には、各目標に対して複数点の反射点がある場合でも、振幅強度が最大の点とスレショルドを比較して検出する手法であるため、最大点の振幅強度が低い場合に検出できないという課題があった。これに対して、本実施形態では、各目標の反射点が複数あることを利用しているので、最大点の振幅強度が低い場合の検出確率を向上させることができる。 Here, in the case of a radar apparatus that detects a target using CFAR with conventional pulse compression or Doppler filter, it is common to use a target amplitude intensity to raise detection when the threshold of CFAR is exceeded. The In this case, even if there are multiple reflection points for each target, it is a method to detect by comparing the point with the maximum amplitude intensity and the threshold, so detection is not possible when the amplitude intensity at the maximum point is low There was a problem called. On the other hand, in the present embodiment, the fact that there are a plurality of reflection points of each target is used, so that the detection probability when the amplitude intensity at the maximum point is low can be improved.
(第2の実施形態)
第1の実施形態は、RDデータをそのまま使った手法である。この場合、ブロッックを細分化すると、セル数が少なくなり、振幅ヒストグラムの特徴が正しく抽出できない場合が想定される。そこで、本実施形態では、この対策手法について述べる。
Second Embodiment
The first embodiment is a method using RD data as it is. In this case, when the block is subdivided, it is assumed that the number of cells decreases and the features of the amplitude histogram can not be extracted correctly. Therefore, this measure will be described in the present embodiment.
図5は第2の実施形態に係るレーダ装置を構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置は、第1の実施形態とほぼ同様の構成であるが、パルス圧縮(13)、FFT(14)等の信号処理を施したRDデータを擬似高分解能化処理部15に入力し、レンジ軸(fast-time軸)とドップラ軸(slow-time軸)のいずれか少なくとも一方について擬似高分解能化を行う。このために、擬似高分解能化処理部15では、RDデータについて次式に示す逆フーリエ変換(IFFT)を施す。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a radar system according to the second embodiment. The radar apparatus of this embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, but the RD data subjected to signal processing such as pulse compression (13) and FFT (14) is transmitted to the pseudo high
ここでは、レンジ軸とドップラ軸のいずれも擬似高分解能化する方式として述べるが、いずれか一方の軸の擬似高分解能化の場合は、その軸のみの処理でよい。 Here, although both the range axis and the Doppler axis are described as a method for increasing the resolution in a pseudo manner, in the case of the resolution enhancement in any one of the axes, it is sufficient to process only that axis.
上記のように2次元逆変換されたRDデータRDfに対して、レンジ軸とドップラ軸にゼロ埋めを行い、次元数をNz×Mz(Nz>N,Mz>M)にしたものをRDfzとする。このRDデータRDfzに対して、2次元FFTを行う。 In the RD data RDf subjected to the two-dimensional inverse conversion as described above, zeroing is performed on the range axis and the Doppler axis, and the number of dimensions is Nz × Mz (Nz> N, Mz> M) as RDfz. . A two-dimensional FFT is performed on the RD data RDfz.
これにより、図6(a)に示すように誤検出が含まれるRDデータは、レンジ−ドップラ軸で擬似高分解能化されることで、目標付近では目標による振幅の山の裾野の反射点も観測しやすくなり、図6(b)に示すように反射点が増えることが期待できる。このRDデータを用いて第1の実施形態と同様の処理によって目標を検出することで、振幅ヒストグラムの特徴量が検出しやすくなり、目標が存在するブロック内のセル特定においても、目標セルを特定しやすくなることが期待できる。 As a result, as shown in FIG. 6A, RD data including erroneous detection is subjected to pseudo-high resolution on the range-Doppler axis, and the reflection point of the foot of the peak of the amplitude due to the target is also observed near the target. It can be expected that the number of reflection points will increase as shown in FIG. 6 (b). Detecting the target by the same processing as the first embodiment using this RD data makes it easy to detect the feature value of the amplitude histogram, and the target cell is specified also in the cell specification in the block where the target exists. It can be expected to be easy to do.
以上のように第2の実施形態に係るレーダ装置では、RDデータに対してレンジ軸(fast-time軸)及びドップラ軸(slow-time軸)の少なくともいずれか一方をIFFT処理し、各々の軸にゼロ埋めをした後、FFT処理して擬似高分解能化したRDデータに対して第1の実施形態の処理を適用することで、RDデータを擬似高分解能してセル数を増加させ、振幅ヒストグラム等の特徴量を抽出しやすくしているので、目標候補のブロックを抽出することができ、目標セルを特定できることができる。 As described above, in the radar apparatus according to the second embodiment, at least one of the range axis (fast-time axis) and the Doppler axis (slow-time axis) is subjected to IFFT processing on RD data, and each axis is processed. By applying the processing of the first embodiment to RD data that has been subjected to zero-filling and pseudo-high resolution processing by FFT processing, pseudo high resolution of RD data is made to increase the number of cells, and an amplitude histogram is obtained. Since it is easy to extract feature quantities such as, etc., it is possible to extract a target candidate block and to specify a target cell.
(第3の実施形態)
第2の実施形態では、擬似高分解能化により、RDデータの高分解能化を図り、多層NNに入力して、ブロック抽出とセル特定を行う方法について述べた。この場合、セル特定の際に、入力信号を列ベクトル化しているため、レンジ−ドップラ軸のセル位置の情報が失われ、レンジ−ドップラ軸における位置の特徴が含まれないことになる。本実施形態では、レンジ−ドップラ軸の位置情報まで用いて、セルを特定する手法について述べる。
Third Embodiment
In the second embodiment, the method of achieving high resolution of RD data by pseudo high resolution and inputting to multilayer NN to perform block extraction and cell specification has been described. In this case, since the input signal is column vectorized at the time of cell specification, the information on the cell position of the range-doppler axis is lost, and the feature of the position on the range-doppler axis is not included. In this embodiment, a method of specifying a cell using position information of the range-doppler axis will be described.
図7は第3の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置は、図1に示したブロックベクトル化処理部19及び多層NNセル特定部20に代わってCNN(Convolutional Neural Network、非特許文献7、8)セル特定部21を備える。すなわち、多層NNによって目標有りのブロックを抽出するまでは、第2の実施形態と同様の処理を行うが、ブロックを抽出した後は、CNNセル特定部20において、セル特定の際に畳み込みNNを用いる。
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a radar system according to the third embodiment. The radar apparatus of this embodiment includes a CNN (Convolutional Neural Network,
CNNは、図8に示すように、入力層31、畳み込み層32、プーリング層33、畳み込み層34、プーリング層35、複数段のアップサンプリング層36、全結合層37を備え、畳み込み層32で、位置情報を保持するようなフィルタをかけ、プーリング層33で畳み込みフィルタ後の所定の範囲のセルの最大値や平均値を出力する。これより、入力データの若干の位置ずれ等の誤差を吸収できる。これを必要に応じて繰り返し、特徴量を抽出しやすくする。CNNにより、入力の2次元データのセル数が小さくなるため、出力としては、擬似高分解能化する前のセル数以上の出力するように、畳み込み数及びプーリング層の後にアップサンプリング層36(非特許文献8)等を追加した多層NNを構成する。学習手法は、第2の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 8, the CNN includes an
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置では、図9に示すように、CNNにより、レンジ−ドップラ軸上で個々の目標の複数反射点の位置関係まで含めた特徴量を用いて目標セルを特定できるため、第1の実施形態におけるRDデータの列ベクトル化による多層NNへの入力する場合に比べて、効率的に目標を抽出することができる。これにより、第2の実施形態と同様に目標のレンジと速度を出力することができる。また、RDデータに対して、レンジ軸(fast-time軸)及びドップラ軸(slow-time軸)をIFFT処理し、各々の軸にゼロ埋めをした後、FFT処理して擬似高分解能化したRDデータに対して、レンジ−ドップラ軸で(Nh,Mh)(Nh≧1,Mh≧1)にブロック分割し、振幅強度のヒストグラムを生成し、ヒストグラムの一次元ベクトルをブロック検出用の多層NNに入力して、目標検出候補のブロックを抽出し、そのブロック範囲のRDデータをCNNに入力して、レンジ−ドップラ軸の検出セルを特定する。すなわち、RDデータを擬似高分解能化してセル数を増加させることにより、振幅ヒストグラム等の特徴量を抽出しやすくなり、これによって目標候補のブロックを容易に抽出できる。さらに、畳み込みNN(CNN)によってレンジ−ドップラ軸の反射点配置まで考慮した特徴量を用いることができ、精度よく目標セルを特定することができる。 As described above, in the radar device according to the present embodiment, as shown in FIG. 9, the target cell is obtained by using the feature quantity including the positional relationship of the multiple reflection points of each target on the range-doppler axis by CNN. Since it is possible to specify the target, it is possible to extract the target more efficiently than when inputting to the multilayer NN by column vectorization of RD data in the first embodiment. Thus, it is possible to output the target range and speed as in the second embodiment. Also, the RD axis data is subjected to IFFT processing on the range axis (fast-time axis) and the Doppler axis (slow-time axis), zero-padded to each axis, and subjected to FFT processing to realize pseudo high resolution RD The data is divided into (Nh, Mh) (Nh 1, 1, Mh 1 1) blocks on the range-Doppler axis, a histogram of amplitude intensity is generated, and a one-dimensional vector of the histogram is made into multilayer NN for block detection. It inputs and extracts the block of a target detection candidate, RD data of the block range is input into CNN, and the detection cell of a range-Doppler axis | shaft is specified. That is, by increasing the number of cells by pseudo-resolutioning RD data, feature quantities such as amplitude histograms can be easily extracted, and target candidate blocks can be easily extracted. Furthermore, the feature quantity considering up to the reflection point arrangement of the range-Doppler axis can be used by the convolutional NN (CNN), and the target cell can be specified with high accuracy.
(第4の実施形態)
第1乃至第3の実施形態では、多層NNによりブロック抽出した後、抽出したブロック内の目標検出セルを特定する手法について述べた。この場合、多層NNの学習の度合いによっては誤検出が生じる場合もある。本実施形態では、その対策例について述べる。
Fourth Embodiment
In the first to third embodiments, the method of identifying the target detection cell in the extracted block after the block extraction by the multilayer NN has been described. In this case, erroneous detection may occur depending on the degree of learning of the multi-layer NN. In this embodiment, an example of the countermeasure will be described.
図10は第4の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態では、多層NNによるブロック検出と多層NN(第1及び第2の実施形態)やCNN(第3の実施形態)によるセル特定までは、第1乃至第3の実施形態と同様であるが、多層NNセル特定部20でセルを特定した後、クラスタ分析部23により、レンジ−ドップラ軸における目標と誤検出の密度差を用いて弁別する点を特徴とする。
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a radar system according to the fourth embodiment. In this embodiment, the block detection by the multilayer NN and the cell identification by the multilayer NN (first and second embodiments) and the CNN (third embodiment) are the same as in the first to third embodiments. However, the present invention is characterized in that after the cell is specified by the multilayer NN
上記クラスタ分析の例として、図11に示すDBSCAN(Density-based Spatial Clustering of Applications with Noise、非特許文献3)方式がある。これは、ゲート半径(コア点からゲート外周までの距離)εとゲート内のボーダー点観測値の点数を指定して、その条件にあてはまるクラスタを形成するものである。目標が存在するレンジ−ドップラ付近では、目標強度により複数点数の反射点があるが、ランダムに出現する誤検出では点数が少ない。このことを利用して、多層NNによりセル特定した後のレンジ−ドップラ軸のデータに対して、図12に示すように、クラスタを分析することにより、目標と誤検出の弁別を行うことができる。 As an example of the above cluster analysis, there is a DBSCAN (Density-based Spatial Clustering of Applications with Noise, Non-Patent Document 3) method shown in FIG. This specifies a gate radius (the distance from the core point to the outer periphery of the gate) ε and the number of border point observation values in the gate to form a cluster that satisfies the condition. In the vicinity of the range-doppler where the target exists, although there are a plurality of reflection points depending on the target intensity, there are few points in the erroneous detection that appears randomly. Using this, it is possible to discriminate between a target and a false detection by analyzing clusters as shown in FIG. 12 with respect to range-Doppler axis data after cells are specified by multilayer NN. .
このクラスタ分析の入力としては、多層NNにより検出があがったセルを1とし、それ以外を0としたレンジ−ドップラの2次元の全セルデータを入力とする。なお、クラスタ分析として、DBSAN方式以外の手法でもよい。また、本実施形態では、パルス圧縮を行うレーダの場合で述べたが、パルス圧縮を行わない場合にも適用することができる。 As an input of this cluster analysis, it is assumed that the cell detected by the multilayer NN is 1 and the other is 0, and the range-Doppler two-dimensional all-cell data is input. The cluster analysis may be performed by a method other than the DBSAN method. Further, in the present embodiment, although the case of the radar performing pulse compression has been described, the present invention can also be applied to the case where pulse compression is not performed.
以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、検出したセルデータ(観測値座標)を用いて、2次元座標(レンジ−ドップラ軸)にプロットし、2次元のプロット座標を入力として、クラスタ分析を行うことにより、密度差により目標検出を確定することができる。すなわち、目標候補のブロックを抽出した後、候補ブロック内のセル特定の際に、クラスタ分析をしてセルを抽出することで、誤検出がある場合でも密度差により、目標と誤検出の弁別を行い、目標セルを特定することができる。 As described above, the radar apparatus according to the present embodiment uses the detected cell data (observed value coordinates) to plot in two-dimensional coordinates (range-doppler axis), and the cluster using the two-dimensional plot coordinates as an input. By performing the analysis, the target detection can be determined by the density difference. That is, after extracting a block of a target candidate, cluster analysis is performed at the time of cell specification in the candidate block to extract a cell, so that discrimination between a target and a false detection is made by density difference even if false detection occurs. And the target cell can be identified.
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。 The present invention is not limited to the above embodiment as it is, and at the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the scope of the invention. In addition, various inventions can be formed by appropriate combinations of a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, components in different embodiments may be combined as appropriate.
1…送信信号生成部、2…周波数変換部、3…パルス変調部、4…送受分離部、5…アンテナ部、11…周波数変換部、12…AD変換部、13…パルス圧縮部、14…FFT(Fast Fourier Transform)処理部、15…擬似高分解能化処理部、16…RDデータブロック分割部、17…ヒストグラム生成部、18…多層NNブロック抽出部、19…ブロックベクトル化処理部、20…多層NNセル特定部、21…CNNセル特定部、22…レンジ・速度検出部、23…クラスタ分析部、31…入力層、32…畳み込み層、33…プーリング層、34…畳み込み層、35…プーリング層、36…アップサンプリング層、37…全結合層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmission signal production | generation part, 2 ... Frequency conversion part, 3 ... Pulse modulation part, 4 ... Transmission / reception isolation part, 5 ... Antenna part, 11 ... Frequency conversion part, 12 ... AD conversion part, 13 ... Pulse compression part, 14 ... FFT (Fast Fourier Transform) processing unit, 15 ... pseudo high resolution processing unit, 16 ... RD data block division unit, 17 ... histogram generation unit, 18 ... multilayer NN block extraction unit, 19 ... block vectorization processing unit, 20 ... Multilayer NN cell identification unit, 21 ... CNN cell identification unit, 22 ... range / speed detection unit, 23 ... cluster analysis unit, 31 ... input layer, 32 ... convolution layer, 33 ... pooling layer, 34 ... convolution layer, 35 ... pooling
Claims (7)
前記生成手段で生成された前記レンジ−ドップラデータをレンジ−ドップラ軸で複数のブロックに分割する分割手段と、
前記分割手段で分割された複数のブロックそれぞれについて振幅強度のヒストグラムを生成する生成手段と、
前記生成手段で生成された複数のブロックそれぞれのヒストグラムから多層ニューラルネットワークにより分割ブロックごとに目標の有無を識別し、その識別結果から目標検出候補のブロックを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段で抽出された前記目標検出候補のブロックのブロック範囲のレンジ−ドップラデータを1次元ベクトルに変換するベクトル化手段と、
前記ベクトル化手段で得られた1次元ベクトルから多層ニューラルネットワークによってレンジ−ドップラ軸の目標検出セルを特定する特定手段と、
前記特定手段で特定された目標検出セルからレンジ、速度の少なくともいずれかを算出する算出手段と
を具備するレーダ装置。 Generation means for converting the reception signal in the pulse repetition period of the transmission pulse of N (N ≧ 1) hits into the frequency domain of the Doppler axis to generate range-Doppler data;
A division unit configured to divide the range-Doppler data generated by the generation unit into a plurality of blocks along a range-Doppler axis;
Generation means for generating a histogram of amplitude intensity for each of the plurality of blocks divided by the division means;
Extraction means for identifying the presence or absence of a target for each divided block by a multilayer neural network from the histogram of each of the plurality of blocks generated by the generation means, and extracting a block of target detection candidates from the identification result;
Vectorization means for converting range-doppler data of the block range of the target detection candidate block extracted by the extraction means into a one-dimensional vector;
Specifying means for specifying a target detection cell of a range-doppler axis from the one-dimensional vector obtained by the vectorization means by a multilayer neural network;
A radar device comprising: calculating means for calculating at least one of a range and a speed from the target detection cell specified by the specifying means.
前記生成手段で生成されたレンジ−ドップラデータに対して、レンジ軸及びドップラ軸を逆フーリエ変換し、各々の軸にゼロ埋めをした後、フーリエ変換して擬似高分解能化する擬似高分解能化手段と、
前記擬似高分解能化手段で擬似高分解能化されたレンジ−ドップラデータをレンジ−ドップラ軸で複数のブロックに分割する分割手段と、
前記分割手段で分割された複数のブロックそれぞれについて振幅強度のヒストグラムを生成する生成手段と、
前記生成手段で生成された複数のブロックそれぞれのヒストグラムから多層ニューラルネットワークにより分割ブロックごとに目標の有無を識別し、その識別結果から目標検出候補のブロックを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段で抽出された前記目標検出候補のブロックのブロック範囲のレンジ−ドップラデータを1次元ベクトルに変換するベクトル化手段と、
前記ベクトル化手段で得られた1次元ベクトルから多層ニューラルネットワークによってレンジ−ドップラ軸の目標検出セルを特定する特定手段と、
前記特定手段で特定された目標検出セルからレンジ、速度の少なくともいずれかを算出する算出手段と
を具備するレーダ装置。 Generation means for converting the reception signal in the pulse repetition period of the transmission pulse of N (N ≧ 1) hits into the frequency domain of the Doppler axis to generate range-Doppler data;
A pseudo high resolution means for performing an inverse Fourier transform on the range axis and the Doppler axis, zero-filling each axis on the range-Doppler data generated by the generation means, and performing a Fourier transform on the pseudo-resolution When,
A division unit configured to divide the range-Doppler data pseudo-high-resolutioned by the pseudo high-resolution means into a plurality of blocks along a range-Doppler axis;
Generation means for generating a histogram of amplitude intensity for each of the plurality of blocks divided by the division means;
Extraction means for identifying the presence or absence of a target for each divided block by a multilayer neural network from the histogram of each of the plurality of blocks generated by the generation means, and extracting a block of target detection candidates from the identification result;
Vectorization means for converting range-doppler data of the block range of the target detection candidate block extracted by the extraction means into a one-dimensional vector;
Specifying means for specifying a target detection cell of a range-doppler axis from the one-dimensional vector obtained by the vectorization means by a multilayer neural network;
A radar device comprising: calculating means for calculating at least one of a range and a speed from the target detection cell specified by the specifying means.
前記生成手段で生成されたレンジ−ドップラデータに対して、レンジ軸及びドップラ軸を逆フーリエ変換し、各々の軸にゼロ埋めをした後、フーリエ変換して擬似高分解能化する擬似高分解能化手段と、
前記擬似高分解能化手段で擬似高分解能化されたレンジ−ドップラデータをレンジ−ドップラ軸で複数のブロックに分割する分割手段と、
前記分割手段で分割された複数のブロックそれぞれについて振幅強度のヒストグラムを生成する生成手段と、
前記生成手段で生成された複数のブロックそれぞれのヒストグラムから多層ニューラルネットワークにより分割ブロックごとに目標の有無を識別し、その識別結果から目標検出候補のブロックを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段で抽出された前記目標検出候補のブロックのブロック範囲のレンジ−ドップラデータを畳み込みニューラルネットワークによりレンジ−ドップラ軸の目標検出セルを特定する特定手段と、
前記特定手段で特定された目標検出セルからレンジ、速度の少なくともいずれかを算出する算出手段と
を具備するレーダ装置。 Generation means for converting the reception signal in the pulse repetition period of the transmission pulse of N (N ≧ 1) hits into the frequency domain of the Doppler axis to generate range-Doppler data;
A pseudo high resolution means for performing an inverse Fourier transform on the range axis and the Doppler axis, zero-filling each axis on the range-Doppler data generated by the generation means, and performing a Fourier transform on the pseudo-resolution When,
A division unit configured to divide the range-Doppler data pseudo-high-resolutioned by the pseudo high-resolution means into a plurality of blocks along a range-Doppler axis;
Generation means for generating a histogram of amplitude intensity for each of the plurality of blocks divided by the division means;
Extraction means for identifying the presence or absence of a target for each divided block by a multilayer neural network from the histogram of each of the plurality of blocks generated by the generation means, and extracting a block of target detection candidates from the identification result;
Specifying means for specifying a target detection cell of a range-doppler axis by using a convolution neural network with range-doppler data of the block range of the target detection candidate block extracted by the extraction means;
A radar device comprising: calculating means for calculating at least one of a range and a speed from the target detection cell specified by the specifying means.
前記レンジ−ドップラデータをレンジ−ドップラ軸で複数のブロックに分割し、
前記複数のブロックそれぞれについて振幅強度のヒストグラムを生成し、
前記複数のブロックそれぞれのヒストグラムから多層ニューラルネットワークにより分割ブロックごとに目標の有無を識別してその識別結果から目標検出候補のブロックを抽出し、
前記目標検出候補のブロックのブロック範囲のレンジ−ドップラデータを1次元ベクトルに変換し、
前記1次元ベクトルから多層ニューラルネットワークによってレンジ−ドップラ軸の目標検出セルを特定し、
前記目標検出セルからレンジ、速度の少なくともいずれかを算出するレーダ装置のレーダ信号処理方法。 Converting a received signal in a pulse repetition period in a transmission pulse of N (N ≧ 1) hits into a frequency domain of Doppler axis to generate range-Doppler data;
Dividing the range-Doppler data into a plurality of blocks by a range-Doppler axis;
Generating a histogram of amplitude magnitudes for each of the plurality of blocks;
The multi-layered neural network identifies the presence or absence of a target for each divided block from the histogram of each of the plurality of blocks, and extracts blocks of target detection candidates from the identification result,
Converting the range-Doppler data of the block range of the target detection candidate block into a one-dimensional vector,
Identifying a target detection cell of a range-doppler axis from the one-dimensional vector by a multilayer neural network;
A radar signal processing method for a radar device, which calculates at least one of range and velocity from the target detection cell.
前記レンジ−ドップラデータに対して、レンジ軸及びドップラ軸を逆フーリエ変換し、各々の軸にゼロ埋めをした後、フーリエ変換して擬似高分解能化し、
前記擬似高分解能化されたレンジ−ドップラデータをレンジ−ドップラ軸で複数のブロックに分割し、
前記複数のブロックそれぞれについて振幅強度のヒストグラムを生成する生成手段と、
前記複数のブロックそれぞれのヒストグラムから多層ニューラルネットワークにより分割ブロックごとに目標の有無を識別しその識別結果から目標検出候補のブロックを抽出し、
前記前記目標検出候補のブロックのブロック範囲のレンジ−ドップラデータを1次元ベクトルに変換し、
前記1次元ベクトルから多層ニューラルネットワークによってレンジ−ドップラ軸の目標検出セルを特定し、
前記目標検出セルからレンジ、速度の少なくともいずれかを算出するレーダ装置のレーダ信号処理方法。 Converting a received signal in a pulse repetition period in a transmission pulse of N (N ≧ 1) hits into a frequency domain of Doppler axis to generate range-Doppler data;
For the range-Doppler data, the range axis and the Doppler axis are inverse Fourier transformed, zero-padded to each axis, and then Fourier transformed to make a pseudo high resolution,
The pseudo high resolution range-Doppler data is divided into a plurality of blocks by a range-Doppler axis,
Generation means for generating a histogram of amplitude intensity for each of the plurality of blocks;
The multi-layered neural network identifies the presence or absence of a target for each divided block from the histogram of each of the plurality of blocks, and extracts blocks of target detection candidates from the identification result,
Converting the range-Doppler data of the block range of the target detection candidate block into a one-dimensional vector,
Identifying a target detection cell of a range-doppler axis from the one-dimensional vector by a multilayer neural network;
A radar signal processing method for a radar device, which calculates at least one of range and velocity from the target detection cell.
前記レンジ−ドップラデータに対して、レンジ軸及びドップラ軸を逆フーリエ変換し、各々の軸にゼロ埋めをした後、フーリエ変換して擬似高分解能化し、
前記擬似高分解能化されたレンジ−ドップラデータをレンジ−ドップラ軸で複数のブロックに分割し、
前記複数のブロックそれぞれについて振幅強度のヒストグラムを生成し、
前記複数のブロックそれぞれのヒストグラムから多層ニューラルネットワークにより分割ブロックごとに目標の有無を識別しその識別結果から目標検出候補のブロックを抽出し、
前記目標検出候補のブロックのブロック範囲のレンジ−ドップラデータを畳み込みニューラルネットワークによりレンジ−ドップラ軸の目標検出セルを特定し、
前記目標検出セルからレンジ、速度の少なくともいずれかを算出するレーダ装置のレーダ信号処理方法。 Converting a received signal in a pulse repetition period in a transmission pulse of N (N ≧ 1) hits into a frequency domain of Doppler axis to generate range-Doppler data;
For the range-Doppler data, the range axis and the Doppler axis are inverse Fourier transformed, zero-padded to each axis, and then Fourier transformed to make a pseudo high resolution,
The pseudo high resolution range-Doppler data is divided into a plurality of blocks by a range-Doppler axis,
Generating a histogram of amplitude magnitudes for each of the plurality of blocks;
The multi-layered neural network identifies the presence or absence of a target for each divided block from the histogram of each of the plurality of blocks, and extracts blocks of target detection candidates from the identification result,
The range detection data of the block range of the target detection candidate block is identified by a convolutional neural network, and the target detection cell of the range detection axis is specified;
A radar signal processing method for a radar device, which calculates at least one of range and velocity from the target detection cell.
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