JP2020027048A - レーダシステム及びそのレーダ信号処理方法 - Google Patents
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Description
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、広帯域に不要波が存在する環境下でも、不要波を十分に抑圧することのできるレーダシステム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。
図1乃至図4を参照して、第1の実施形態に係るレーダシステムを説明する。
図1は本実施形態に係るレーダシステムの受信装置の構成を示すブロック図である。図1において、11〜1Mはアレイアンテナによる受信アンテナの受信開口を図2に示すようにM系統に分割したサブアレイで、それぞれ送信装置(図示せず)側から送信されるレーダ波の対象目標反射波を受信する。サブアレイ11〜1Mにおいて受信した信号は、それぞれ周波数変換器21〜2Mによってベースバンドに周波数変換され、AD変換器31〜3Mによってディジタル信号に変換され、fast-time軸のFFT(高速フーリエ変換)41〜4Mによって周波数軸に変換され、周波数分割器51〜5MによってL周波数帯に分割された後、共に不要波抑圧器6に送られる。
まず、各サブアレイ11〜1Mの受信信号は、それぞれベースバンドに周波数変換され、ディジタル信号に変換される。ここで、受信信号が、図3(a)に示すように、fast-time軸(高レート)−振幅軸において、目標成分よりレベルの高い不要波が到来している場合を想定する。
次に、図3(d)に示すように、周波数分割単位毎に不要波の抑圧処理を行う。この場合、(2)式で得られた周波数軸の信号を用いて相関処理によりアダプティブウェイト(複素ウェイトW1〜WM)を算出する。通常は、時間軸の信号を用いてアダプテーションを行うが、本実施形態では周波数軸のまま行うことに特徴がある。サブアレイを用いた不要波抑圧器6の構成を図4に示す。図4において、61はM系統のサブアレイ受信信号からアダプティブウェイトを算出するウェイト演算器、621〜62MはそれぞれM系統のサブアレイ受信信号に複素ウェイトW1〜WMを乗算する乗算器、63は乗算器621〜62Mの出力を加算処理によって合成する加算器である。
本実施形態の定式化では、簡単のために1次元配列アンテナの場合としているが、2次元配列のアンテナの場合にも容易に拡張することができる。
(3)式は、反復演算によりアダプティブウェイトを算出する手法であり、ウェイトが最適化されるまでに過渡応答が生じる。これを防ぐためには、SMI(Sampled Matrix Inversion; 非特許文献1)の手法がある。また、SMIでは干渉波の短時間の時間変化に対応できない場合には、例えばSMIで算出したウェイトを(3)式の初期ウェイトW(0,m)として、(3)式によるウェイト演算する手法がある。他にも、周波数軸の一部のデータを用いて、(3)式の反復演算により算出したウェイトを初期ウェイトとし、再度、全周波数軸のウェイトを用いて(3)式の演算を行う手法等がある。これらにより、ウェイトの過渡特性による周波数軸分割単位毎の接続部の抑圧性能の劣化を防ぐことができる。
この時間軸の信号は、干渉信号を含まない。このため、CFAR(非特許文献4)等の検出処理(図3(g)参照)を行うことにより、目標を検出することができる。
以上のように、第1の実施形態では、アレイアンテナにおいて、アンテナ開口をM(M≧1)個のサブアレイに分割し、各々のサブアレイ信号をFFT(高速フーリエ変換)して周波数軸に変換して、周波数軸をL(L≧1)個に分割し、各々の周波数軸分割単位毎に、M個のサブアレイを用いて不要波抑圧処理をして、周波数帯を合成した後、IFFT(逆高速フーリエ変換)により時間軸に変換して不要波を抑圧する。これにより、広帯域信号を周波数分割して、各周波数分割単位でサブアレイによる不要波の抑圧処理を実行するので、抑圧性能を向上させることができる。
第1の実施形態では、サブアレイ型のアダプティブアレイにより不要波を抑圧する手法について述べた。本実施形態では、SLC(サイドローブキャンセラ)(非特許文献2)型の不要波を抑圧する手法について述べる。
図5は第2の実施形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。主アンテナ1aと補助アンテナ1bで受信した信号は、それぞれ周波数変換器2a,2bで周波数変換され、AD変換器3a,3bによりディジタル信号に変換される。このディジタル信号を用いて、不要波抑圧する処理の流れは図3と同様である。ディジタル信号は、fast-time軸のFFT(高速フーリエ変換)4a,4bにより、周波数軸に変換される。次に、周波数帯域が分割器5a,5bでL周波数帯に分割され、周波数分割単位毎にSLCによる不要波抑圧器6Aで不要波が抑圧される。以後、第1の実施形態と同様に、周波数合成器7で不要波抑圧処理した各帯域の結果が合成され、fast-time軸のIFFT(逆高速フーリエ変換)8によって時間軸の信号に変換される。この信号を用いて、目標検出器9でCFAR(非特許文献4)等の検出処理により目標が検出され、出力処理器10で所定の形式に変換されて出力される。
SLCの場合の不要波抑圧器6Aの構成を図6に示す。図6において、主ch(アンテナ)1aと補助ch(アンテナ)1b1〜1bMの各信号は、受信器(周波数変換器、AD変換器、FFT、周波数分割器)Ra,Rb1〜RbMでディジタル信号に変換されL周波数帯に分割された後、減算器64を介してウェイト演算器65に入力される。ウェイト演算器65では、不要波抑圧出力とともに、相関処理により、ウェイトが演算され、乗算器661〜66Mで各サブアレイの信号の複素ウェイトW1〜WMが重み付け演算され、全ての演算結果が加算器67で加算され、減算器64に送られる。減算器64は、主chの信号から加算器67で得られたウェイト演算結果を減算することで、不要波を抑圧して出力する。
SLCの場合は、主chを形成するために、第1の実施形態と同様にステアリングベクトルを用いる。補助chについても、ビーム形成する場合には、補助ch用のステアリングベクトルを用いる。
第1の実施形態と同様に、(8)式は、反復演算によりアダプティブウェイトを算出する手法であり、ウェイトが最適化されるまでに過渡応答が生じる。これを防ぐためには、SMI(Sampled Matrix Inversion;非特許文献1)の手法がある。また、SMIでは干渉波の短時間の時間変化に対応できない場合には、例えばSMIで算出したウェイトを(8)式の初期ウェイトW(0,m,l)として、(8)式によるウェイト演算する手法がある。他にも、周波数軸の一部のデータを用いて、(8)式の反復演算により算出したウェイトを初期ウェイトとして、再度、全周波数軸のウェイトを用いて(8)式の演算を行う手法等がある。これらにより、ウェイトの過渡特性による周波数軸分割単位毎の接続部の抑圧性能の劣化を防ぐことができる。
以上のように、第2の実施形態では、主chとM個の補助chを持つアンテナにおいて、主chと補助ch信号をFFT(高速フーリエ変換)して周波数軸に変換して、周波数軸をL個に分割し、各々の周波数軸分割単位毎に、M(M≧1)個の補助chを用いて不要波の抑圧処理を実行して周波数帯を合成した後、IFFT(逆高速フーリエ変換)により時間軸に変換して不要波を抑圧する。すなわち、広帯域信号を周波数分割して、各周波数分割単位で主chと補助chを用いたサイドローブキャンセラ(SLC、非特許文献1参照)により不要波の抑圧処理を実行するようにしたので、抑圧性能を向上させることができる。
第1及び第2の実施形態では、受信装置について述べた。レーダ装置の場合には、クラッタだけでなく干渉波も受信されるので、クラッタ成分と干渉波成分を抑圧する必要がある。このようなクラッタ成分及び干渉波成分の抑圧方式としてSTAP(Space-Time Adaptive Processing、非特許文献3)がある。このSTAP方式を採用する場合を第3の実施形態として説明する。
この信号がウェイト演算器61に入力される。ウェイト演算器61では、不要波抑圧出力とともに、相関処理により、ウェイトが演算され、各サブアレイの信号の複素ウェイトW11〜WMNが演算される。
例えば、MSNによる最急降下法を用いる場合は、アダプティブウェイトは次式となる(非特許文献1)。
ステアリングベクトルは、STAP(Space Time Adaptive Processing;非特許文献3)の空間軸−時間軸(slow-time)におけるメインローブ形成用であり、空間軸が一次元アレイの場合は次式で与えられる。第1の実施形態、第2の実施形態が空間軸のみであるのに対して、本実施形態では空間−時間(slow-time)軸のSTAP処理であり、PRI(slow-time)軸が増えている点が異なる。
なお、本実施形態の定式化では、簡単のために1次元配列アンテナの場合としているが、2次元配列のアンテナの場合にも容易に拡張することができる。
(11)式は、反復演算によりアダプティブウェイトを算出する手法であり、ウェイトが最適化されるまでに過渡応答が生じる。これを防ぐためには、SMI(Sampled Matrix Inversion;非特許文献1)の手法がある。また、SMIでは干渉波の短時間の時間変化に対応できない場合には、例えばSMIで算出したウェイトを(11)式の初期ウェイトW(0,m,l)として、(11)式によるウェイト演算する手法がある。他にも、周波数軸の一部のデータを用いて、(11)式の反復演算により算出したウェイトを初期ウェイトとして、再度、全周波数軸のウェイトを用いて(11)式の演算を行う手法等がある。これらにより、ウェイトの過渡特性による周波数軸分割単位毎の接続部の抑圧性能の劣化を防ぐことができる。
以上のように、第3の実施形態では、N(N≧1)パルスを送受信するアレイアンテナにおいて、アンテナ開口をM個のサブアレイに分割し、各々のサブアレイ信号でfast-time軸でFFTして周波数軸に変換して、周波数軸をL個に分割し、各々の周波数軸分割単位毎に、M(M≧1)個のサブアレイのCPI(Coherent Pulse Interval)信号を用いて不要波の抑圧処理を実行して、周波数帯を合成した後、IFFT(逆高速フーリエ変換)により時間軸に変換して不要波を抑圧する。すなわち、広帯域信号を周波数分割して、各分割単位でサブアレイによるSTAP(非特許文献3参照)処理することで、抑圧性能を向上させることができる。
第3の実施形態では、レーダ装置の場合におけるサブアレイ型STAP処理の場合について述べた。本実施形態では、SLC型STAPについて述べる。
図10は第4の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図である。図10において、送信装置は、図7に示した第3の実施形態と同様であり、送信アンテナ115は、例えばアンテナ全開口として使用され、図9に示すようなNヒットのパルスを送信する。
SLCの場合は、主chを形成するために、第3の実施形態の(12)式、(13)式と同様に、空間軸と時間軸を組み合わせたステアリングベクトルを用いる。補助chについても、ビーム形成する場合には、補助ch用のステアリングベクトルを用いる。
以上のように、第4の実施形態では、N(N≧1)パルスを送受信するアレイアンテナにおいて、主chとM(M≧1)個の補助chを持つアンテナにおいて、主chと補助ch信号をFFTして周波数軸に変換して、周波数軸をL(L≧1)個に分割し、各々の周波数軸分割単位毎に、M個の補助chのCPI信号を用いて不要波の抑圧処理を実行して、周波数帯を合成した後、IFFT(逆高速フーリエ変換)により時間軸に変換して不要波を抑圧する。すなわち、広帯域信号を周波数分割して、各分割単位で主chと補助chを用いたSLCによりSTAP処理することで、抑圧性能を向上させることができる。
Claims (8)
- アレイアンテナのアンテナ開口をM(M≧1)個のサブアレイに分割し、各サブアレイでレーダ波の反射信号を受信するアンテナと、
前記M個のサブアレイで受信された信号をそれぞれ周波数軸に変換する周波数軸変換手段と、
前記周波数軸に変換されたM個のサブアレイ受信信号をそれぞれL(L≧1)個の周波数に分割する周波数分割手段と、
前記周波数軸の分割単位毎に、前記M個のサブアレイの出力を用いて不要波の抑圧処理を行う不要波抑圧手段と、
前記抑圧処理がなされたL個の周波数の信号を合成する合成手段と、
前記合成された周波数の信号を時間軸に変換して出力する時間軸変換手段と
を具備するレーダシステム。 - 主チャンネルのアンテナとM(M≧1)個の補助チャンネルのアンテナとを備え、前記主チャンネルのアンテナ及び補助チャンネルのアンテナでレーダ波の反射信号を受信するアンテナと、
前記主チャンネル及び補助チャンネルそれぞれのアンテナで受信された信号をそれぞれ周波数軸に変換する周波数軸変換手段と、
前記周波数軸に変換された前記主チャンネル及び補助チャンネルの受信信号をそれぞれL(L≧1)個の周波数に分割する周波数分割手段と、
前記周波数軸の分割単位毎に、前記主チャンネル及び補助チャンネルの出力を用いてサイドローブキャンセル処理により不要波の抑圧処理を行う不要波抑圧手段と、
前記抑圧処理がなされたL個の周波数の信号を合成する合成手段と、
前記合成された周波数の信号を時間軸に変換して出力する時間軸変換手段と
を具備するレーダシステム。 - N(N≧1)ヒットパルスのレーダ波を送信する送信装置と、
アレイアンテナのアンテナ開口をM(M≧1)個のサブアレイに分割し、各サブアレイで前記レーダ波の反射信号を受信するアンテナと、
前記M個のサブアレイで受信された信号をそれぞれ周波数軸に変換する周波数軸変換手段と、
前記周波数軸に変換されたM個のサブアレイ受信信号をそれぞれL(L≧1)個の周波数に分割する周波数分割手段と、
前記周波数軸の分割単位毎に、前記M個のサブアレイの出力を用いて空間−時間(slow-time)軸のSTAP(Space Time Adaptive Processing)処理によって不要波の抑圧処理を行う不要波抑圧手段と、
前記抑圧処理がなされたL個の周波数の信号を合成する合成手段と、
前記合成された周波数の信号を時間軸に変換して出力する時間軸変換手段と
を具備するレーダシステム。 - N(N≧1)ヒットパルスのレーダ波を送信する送信装置と、
主チャンネルのアンテナとM(M≧1)個の補助チャンネルのアンテナとを備え、前記主チャンネルのアンテナ及び補助チャンネルのアンテナでレーダ波の反射信号を受信するアンテナと、
前記主チャンネル及び補助チャンネルそれぞれのアンテナで受信された信号をそれぞれ周波数軸に変換する周波数軸変換手段と、
前記周波数軸に変換された前記主チャンネル及び補助チャンネルの受信信号をそれぞれL(L≧1)個の周波数に分割する周波数分割手段と、
前記周波数軸の分割単位毎に、前記主チャンネル及び補助チャンネルの出力を用いてサイドローブキャンセル及びSTAP(Space Time Adaptive Processing)処理により不要波の抑圧処理を行う不要波抑圧手段と、
前記抑圧処理がなされたL個の周波数の信号を合成する合成手段と、
前記合成された周波数の信号を時間軸に変換して出力する時間軸変換手段と
を具備するレーダシステム。 - アレイアンテナのアンテナ開口をM(M≧1)個のサブアレイに分割し、各サブアレイでレーダ波の反射信号を受信し、
前記M個のサブアレイで受信された信号をそれぞれ周波数軸に変換し、
前記周波数軸に変換されたM個のサブアレイ受信信号をそれぞれL(L≧1)個の周波数に分割し、
前記周波数軸の分割単位毎に、前記M個のサブアレイの出力を用いて不要波の抑圧処理を行い、
前記抑圧処理がなされたL個の周波数の信号を合成し、
前記合成された周波数の信号を時間軸に変換して出力するレーダシステムのレーダ信号処理方法。 - 主チャンネルのアンテナとM(M≧1)個の補助チャンネルのアンテナでレーダ波の反射信号を受信し、
前記主チャンネル及び補助チャンネルそれぞれのアンテナで受信された信号をそれぞれ周波数軸に変換し、
前記周波数軸に変換された前記主チャンネル及び補助チャンネルの受信信号をそれぞれL(L≧1)個の周波数に分割し、
前記周波数軸の分割単位毎に、前記主チャンネル及び補助チャンネルの出力を用いてサイドローブキャンセル処理により不要波の抑圧処理を行い、
前記抑圧処理がなされたL個の周波数の信号を合成し、
前記合成された周波数の信号を時間軸に変換して出力するレーダシステムのレーダ信号処理方法。 - N(N≧1)ヒットパルスのレーダ波を送信し、
アレイアンテナのアンテナ開口をM(M≧1)個のサブアレイに分割し、各サブアレイで前記レーダ波の反射信号を受信し、
前記M個のサブアレイで受信された信号をそれぞれ周波数軸に変換し、
前記周波数軸に変換されたM個のサブアレイ受信信号をそれぞれL(L≧1)個の周波数に分割し、
前記周波数軸の分割単位毎に、前記M個のサブアレイの出力を用いて空間−時間(slow-time)軸のSTAP(Space Time Adaptive Processing)処理によって不要波の抑圧処理を行い、
前記抑圧処理がなされたL個の周波数の信号を合成し、
前記合成された周波数の信号を時間軸に変換して出力するレーダシステムのレーダ信号処理方法。 - N(N≧1)ヒットパルスのレーダ波を送信し、
主チャンネルのアンテナとM(M≧1)個の補助チャンネルのアンテナとでレーダ波の反射信号を受信し、
前記主チャンネル及び補助チャンネルそれぞれのアンテナで受信された信号をそれぞれ周波数軸に変換し、
前記周波数軸に変換された前記主チャンネル及び補助チャンネルの受信信号をそれぞれL(L≧1)個の周波数に分割し、
前記周波数軸の分割単位毎に、前記主チャンネル及び補助チャンネルの出力を用いてサイドローブキャンセル及びSTAP(Space Time Adaptive Processing)処理により不要波の抑圧処理を行い、
前記抑圧処理がなされたL個の周波数の信号を合成し、
前記合成された周波数の信号を時間軸に変換して出力するレーダシステムのレーダ信号処理方法。
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