JP2930051B2 - レーダビデオ信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーダビデオ信号処
理装置に係り、特に航空管制等において移動目標を追尾
し、管制及び監視するためにレーダ装置から出力された
レーダビデオ信号からクラッタを抑圧低減する処理を行
うレーダビデオ信号処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、航空管制等において移動目標
を追尾し管制及び監視するために、レーダ装置から出力
されたレーダ信号を移動目標に反射させ、その反射レー
ダ信号を受信し、移動目標指示（ＭＴＩ：Moving Targe
t Indicator ）処理により得たレーダビデオ信号から移
動目標以外の反射物などからの反射信号（クラッタ）を
抑圧低減して、航空機等の移動目標を検出するレーダビ
デオ信号処理装置が知られている（例えば、特開昭５８
−１１３７７６号公報、特開平３−２６４８７９号公報
など）。

【０００３】上記のＭＴＩ処理には、ＭＴＩ方式又はＭ
ＴＤ（Moving Target Detector）方式、及び誤警報確率
を一定とするための対数増幅器などを用いたＣＦＡＲ
（constant false alarm rate）処理や、受信機が飽和
してクラッタ上にある目標が探知できなくなるのを防ぐ
ため、近距離ほど受信機利得を低下させるＳＴＣ（sens
itivity time control）の利用などがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
のレーダビデオ信号処理装置では、山や建物等の固定ク
ラッタ及び雨雲等のウェザークラッタ、海面反射による
シークラッタ等は、電波伝搬環境により、その受信レベ
ルと距離／方位の広がりが変化するため、完全にクラッ
タを抑圧できずにＭＴＩ処理したレーダビデオ信号にク
ラッタの消え残り（残留クラッタ）が存在し、その消え
残り信号を航空機等の移動目標からの反射信号であるタ
ーゲット信号と誤認する。

【０００５】また、従来のレーダビデオ信号処理装置で
は、ＣＦＡＲ処理やＳＴＣを併用することが多いため、
クラッタ抑圧をメインにシステム構築をすると、ＣＦＡ
Ｒ処理やＳＴＣが一種のアッテネータ回路であるため、
それらの影響で重要な航空機等の必要なターゲット信号
までをも抑圧してしまう弊害が発生している。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
クラッタの特性を利用し、レーダ装置から出力されるＭ
ＴＩビデオ信号から航空機等の移動目標に影響を与える
ことなく、クラッタ消え残りを抑圧し得るレーダビデオ
信号処理装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、図１の原理ブロック図に示す如く、スイー
プ分割手段１、タイミング制御手段２、スキャン積分手
段３、差分手段４及び同期整合手段５よりなる構成とし
たものである。

【０００８】スイープ分割手段１は、レーダ装置から出
力されたＭＴＩ／ＭＴＤ処理されたビデオ信号であるレ
ーダビデオ信号（ＭＴＩビデオともいう）と、レーダト
リガ及び角度信号とを入力信号として受け、レーダトリ
ガと角度信号によりレーダビデオ信号をスイープ単位
（１回の送信パルスにより発生する０ＮＭから最大探知
距離までの信号の集合体）に分割する。

【０００９】タイミング制御手段２は、上記のレーダト
リガ及び角度信号を入力信号として受け、上記のスイー
プ分割手段１によるスイープ分割の制御、スキャン積分
手段３及び同期整合手段５を制御するためのタイミング
信号を出力する。

【００１０】スキャン積分手段３は、上記のスイープ分
割手段１に入力されるのと同じレーダビデオ信号、レー
ダトリガ及び角度信号を入力信号として受け、スイープ
分割手段１と同様のスイープ分割をしつつ、同一方位の
スイープのレーダビデオ信号を数スキャン積分平均化し
たレーダビデオ信号（以下、スキャン積分信号という）
を発生する。

【００１１】差分手段４は、スイープ分割手段１から出
力されるスイープ単位のレーダビデオ信号（ＭＴＩビデ
オ）と、スキャン積分手段３から出力されるスイープ単
位のスキャン積分信号とを角度信号によりタイミング制
御手段２により同一方位毎に差分をとり、差分信号を出
力する。

【００１２】同期整合手段５は、表示装置にて表示でき
るように、レーダトリガに同期し、正しい距離に表示で
きるように、かつ、角度信号に同期し正しい方位に表示
できるように、レーダビデオ信号（ＭＴＩビデオ）を出
力する。

【００１３】このレーダビデオ信号処理装置は、レーダ
システムの信号処理装置から出力されるレーダビデオ信
号（ＭＴＩビデオ）に対し、スキャン積分によりクラッ
タ消え残り信号のみ抽出した信号を差分することによ
り、クラッタ消え残りのみ抑圧したものを、新しいレー
ダビデオ信号（ＭＴＩビデオ）として、表示装置及び情
報処理装置等へ供給する。

【００１４】次に、本発明の作用について、図２のタイ
ミングチャートを併せ参照して説明する。図２（ａ）に
示すようなレーダ装置から出力されたＭＴＩ／ＭＴＤ処
理されたビデオ信号であるレーダビデオ信号（ＭＴＩビ
デオ）と、一定周期のパルス列であるレーダトリガと、
角度信号とは、スイープ分割手段１及びスキャン積分手
段２に入力され、更にレーダトリガと角度信号はタイミ
ング制御手段２と同期整合手段５にもそれぞれ入力され
る。

【００１５】図２（ａ）に示すように、レーダビデオ信
号には航空機等の移動目標からの反射信号であるターゲ
ット信号ｔｇ１、ｔｇ２だけでなく、クラッタの消え残
り（残留クラッタ）成分ｒｅと、受信機のノイズｎが含
まれている。

【００１６】スイープ分割手段１は、レーダトリガと角
度信号によりレーダビデオ信号をスイープ単位（１回の
送信パルスにより発生する０ＮＭから最大探知距離まで
の信号の集合体）に分割し、タイミング制御手段２から
の出力指示に従い、図２（ｂ）に示す如くにレーダビデ
オ信号を出力する。スイープ分割は、１回の送信に対す
る０ＮＭから最大探知距離までの処理単位である。これ
は従来のレーダビデオ圧縮システム（特開平３−２６４
８７９号公報）に開示されている、ある距離範囲でＭＴ
Ｉビデオを細分化するブロック分割とは明らかに異なる
分割方法である。

【００１７】なお、クラッタがランダムな距離にランダ
ムの広がりで分布するため、レーダビデオ信号を特定の
距離単位で分割して処理するのは困難であり、かつ、最
終的に表示装置へはレーダビデオ信号をスイープ単位で
供給しなければならないため、上記のブロック分割のよ
うに距離範囲で分割しても結局合成して元に戻さなけれ
ばならいないため、上記のブロック分割は有益ではな
い。

【００１８】スイープ分割手段１の出力タイミングは、
同一方位のスキャン積分信号との同期をとったものであ
る。スキャン積分手段３は、同一方位のレーダビデオ信
号（ＭＴＩビデオ）をスイープ単位で数スキャン分集め
積分して（すなわち、スイープ単位のレーダビデオ信号
を数スキャン分加算し、その加算振幅をスキャン数で除
算して）、図２（ｃ）に示す如きスキャン積分信号を出
力する。

【００１９】このスキャン積分手段３によるスキャン積
分の概念及び効果について図３と共に説明する。

【００２０】図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、１スキ
ャン目、２スキャン目及び３スキャン目の同一方位のス
イープ信号（スイープ単位のレーダビデオ信号）を示
す。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、各スイープ信号
は、それぞれ振幅ｖ１のクラッタ消え残り成分ｒｅ１〜
ｒｅ３と、移動目標である航空機からの反射信号である
振幅ｖ２のターゲット信号成分ｔｇ１〜ｔｇ３と、受信
機のノイズｎ１〜ｎ３とからなる。

【００２１】図３（ａ）〜（ｃ）にｔｇ１〜ｔｇ３で示
すように、航空機は高速移動するため、スキャン毎にス
イープ信号中のターゲット信号成分の存在する位置が異
なるのに対し、クラッタ消え残り成分ｒｅ１〜ｒｅ３は
同一位置に存在する。また、スイープ信号中のノイズｎ
１〜ｎ３はランダムに変化するため、スキャン間で相関
はあまり無い。

【００２２】スキャン積分手段３は、まず、これら３ス
キャン分の同一方位のスイープ信号を加算することによ
り、図３（ｄ）に示す加算信号を生成する。この加算信
号は、３スキャンで同一位置に存在するクラッタ消え残
り成分が加算されて振幅が３×ｖ１とされたクラッタ消
え残り成分ｒｅ４と、振幅がほぼ３×ｖ３の近似値のノ
イズｎ４と、スイープ信号と同じ振幅ｖ２で、かつ、互
いに異なる位置に存在するターゲット信号成分ｔｇ１〜
ｔｇ３とからなる。なお、ノイズはランダム分布のた
め、ノイズｎ４の振幅は厳密にはｖ３から３×ｖ３の間
である。

【００２３】続いて、スキャン積分手段３は、上記の加
算信号をスキャン積分数（ここでは、「３」）で除算す
ることにより、スキャン積分信号を生成する。このスキ
ャン積分信号は、図３（ｅ）に示すように、振幅がｖ１
に戻されたクラッタ消え残り成分ｒｅａと、振幅がｖ３
／３からｖ３の間で分布するノイズｎａと、加算信号と
同じ３か所の位置に振幅ｖ２／３で存在するターゲット
信号成分ｔｇａ、ｔｇｂ及びｔｇｃとからなる。

【００２４】図３（ａ）〜（ｅ）からわかるように、上
記のスキャン積分回数を多くするほど、ノイズ及びター
ゲット信号成分の振幅が０Ｖ付近まで抑圧されるのに対
し、クラッタ消え残り成分はスイープ信号と同じ振幅で
得られることが明白であり、このことよりスキャン積分
により、クラッタ消え残り成分が抽出されたスイープ信
号をスキャン積分手段３により生成できることがわか
る。

【００２５】スキャン積分手段３は、上記の処理を０Ｎ
Ｍから最大距離まですべてのスイープの範囲で行うこと
により、図２（ｃ）に示すスキャン積分信号を出力す
る。このスキャン積分により、レーダビデオ信号（ＭＴ
Ｉビデオ）上の各信号は、以下の処理がなされる。

【００２６】（１）航空機等の高速移動物体の信号成分
は、各同一方位の各スイープ上で存在する距離が異なる
ため、積分結果はその振幅が抑圧される（図３参照）。

【００２７】（２）固定／ウェザークラッタによる消え
残りは、各同一方位の各スイープとも同一距離に存在す
るため、振幅が抑圧されず、原信号のまま出力される
（図３参照）。

【００２８】ただし、ウェザークラッタは、大変ゆっく
りであるが移動するため、スキャン間相関のとれるよう
にスキャン積分数を設定する。例えば、１０秒で３６０
度を走査するレーダの場合、約１６スキャン位が適当で
ある。

【００２９】なお、従来、ビデオ積分及びスキャン相関
処理も知られているが（例えば、特開昭５８−１１３７
７６号公報）、ビデオ積分はスイープ積分（同一スキャ
ン内の隣り合ったスイープ信号で積分する方式）であ
り、本発明のスキャン積分とは全く原理が異なる。ま
た、スキャン相関は、スキャン間の信号を比較し、移動
目標の位置を予測するものであるため、本発明のスキャ
ン積分とは全く異なる処理である。スキャン積分には、
必ず、数スキャン分加算スイープ信号を保持しなければ
ならない機能が必要であるが、上記のスキャン相関では
スイープ積分回路のみであり、上記の保持機能は必要で
はない。

【００３０】図１の差分手段４は、スイープ分割手段１
から出力される、図２（ｂ）に示したスイープ単位のレ
ーダビデオ信号から、スキャン積分手段３から出力され
る図２（ｃ）に示したスキャン積分信号を差し引く減算
動作を行い、図２（ｄ）に示す差分信号を出力する。こ
れにより、レーダビデオ信号（ＭＴＩビデオ）から固定
／ウェザークラッタの消え残りのみが除去され、図２
（ｄ）に示すように、レーダビデオ信号（ＭＴＩビデ
オ）中の航空機等の移動目標のターゲット信号成分はそ
のままで、クラッタ消え残り成分のみ除去された差分信
号が得られる。

【００３１】表示装置へは、レーダビデオ信号の他にレ
ーダトリガ（表示上の距離基準）と角度信号（表示上の
方位基準及び正しい方位をレーダビデオを表示するため
の方位情報）も出力される。これらは、レーダビデオ信
号を正しく距離／方位に表示できるように出力タイミン
グが同期整合手段５で合わされて出力される。

【００３２】図２（ｅ）に出力概念図を示す。同期整合
手段５は、入力されたレーダトリガと角度信号に対し、
差分手段４からのレーダビデオ信号（差分信号）を、図
２（ａ）の各入力信号のタイミング条件と同一のタイミ
ング関係で図２（ｅ）に示されるように出力する。この
ように、図２（ａ）に示したレーダトリガ、角度信号及
びレーダビデオ信号が、各処理を経て（図２（ｂ）〜
（ｅ））、図２（ｄ）の差分信号、すなわちターゲット
信号成分のみとされたレーダビデオ信号が図２（ｅ）の
タイミングで出力される。

【００３３】本発明は従来のＭＴＩ／ＭＴＤ処理の補完
的役割を担うことが可能であるため、レーダシステムの
信号処理装置内に実装することが理想である。ただし、
図４（ａ）に示すように、信号処理装置６からのレーダ
ビデオ信号（ＭＴＩビデオ）と、レーダトリガと角度信
号を伝送装置７、伝送装置８を介して表示装置等９へ伝
送する現在運用されているレーダシステムにおいて、図
４（ｂ）に示すように信号処理装置６と伝送装置７の間
に本発明装置１０を挿入することも可能である。これに
より、既存のレーダシステムを改修することなく信号処
理性能の向上を図ることができる。

【００３４】また、本発明は、本機能を有するユニット
を外付けするか又はレーダビデオ信号等を遠隔伝送する
ための伝送装置内に内蔵することも有効である。更に、
本発明により、現存のレーダシステムの信号処理性能向
上を図ることが可能であるが、小規模パネル構造を挿入
することで既存システムの改修無くして利用可能であ
る。なお、図４（ｂ）は５種類の回路基板構成である
が、これらを１個の特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）で実
現することもできる。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。図５は本発明の一実施の形態のブロック図
を示す。この実施の形態は、８０ＮＭ／３６０度を約４
秒で捜索するレーダシステムに適用されるレーダビデオ
信号処理装置であり、スイープ分割器１１、タイミング
制御器１２、スキャン積分器１３、差分器１４及び同期
整合器１５から構成されている。

【００３６】レーダ装置から出力されたＭＴＩ／ＭＴＤ
処理されたビデオ信号であるレーダビデオ信号（約１．
５ｍｓ間隔で出力されるタイミングの場合を示す）、レ
ーダトリガ（１．５ｍｓ間隔で出力）及び角度信号（Ａ
ＲＰ及びＡＣＰ）を図６（ａ）に示す。ここで、「ＡＲ
Ｐ」とは、４秒に１回出力され、磁北にレーダの捜索ビ
ームが向いた時に出力される信号である。方位の基準信
号であり、レーダ表示画面上０度を示す。また、「ＡＣ
Ｐ」とは、４秒間に４０９６個発生されるパルスからな
る信号である。つまり、３６０度を４０９６分割した信
号である。従って、１ＡＣＰは、０．０８８（＝３６０
／４０９６）度である。

【００３７】スイープ分割器１１は、図６（ａ）に示す
これらの入力信号のうちレーダトリガと角度信号により
レーダビデオ信号（ＭＴＩビデオ）をスイープ単位（１
回の送信パルスにより発生する０ＮＭから８０ＮＭまで
の信号）に分割し、バッファした後、タイミング制御器
１２からの出力指示に従い、同一方位のスキャン積分信
号と同期をとって図６（ｂ）に示すレーダビデオ信号を
スイープ単位で出力する。

【００３８】この出力タイミングは、同一方位（同一Ａ
ＣＰカウント数である１０２４（９０度））のスキャン
積分信号と同期をとったものである。図６（ｂ）は方位
１０２４ＡＣＰ（約９０度）のスイープ信号（０ＮＭ〜
８０ＮＭまでの信号）を出力した状態を示す。

【００３９】スキャン積分器１３は、スキャンメモリを
有し、メモリのアドレスをＡＣＰ番号と同数分準備す
る。この場合、４０９６ＡＣＰに分割されたスキャンメ
モリを有する。スキャン積分器１３は、スキャンメモリ
に同一方位（同一ＡＣＰ番号）のレーダビデオ信号（Ｍ
ＴＩビデオ）をスイープ単位で数スキャン分集め、加算
しスキャンメモリに蓄積する。１スイープでの最大振幅
が２Ｖのレーダビデオ信号の場合で、１６スキャン積分
する場合、加算した結果は最大３２Ｖに達するため、ス
キャンメモリはその振幅情報分の容量を有する。

【００４０】スキャン積分器１３は、図６（ａ）に示し
た入力信号を受け、１６スキャン分のレーダビデオ信号
を加算した後加算レーダビデオ信号を１６で除算し、図
６（ｃ）に示すスキャン積分信号を出力する。このとき
スキャンのカウントを行うため、ＡＲＰ及びレーダトリ
ガをカウントする。

【００４１】差分器１４は、スイープ分割器１１から出
力される、図６（ｂ）に示したスイープ単位のレーダビ
デオ信号から、スキャン積分器１３から出力される図６
（ｃ）に示したスキャン積分信号を差し引く減算動作を
行い、図６（ｄ）に示す差分信号を出力する。これによ
り、レーダビデオ信号（ＭＴＩビデオ）から固定／ウェ
ザークラッタの消え残りのみが除去され、図６（ｄ）に
示すように、レーダビデオ信号（ＭＴＩビデオ）中の航
空機等の移動目標のターゲット信号成分はそのままで、
クラッタ消え残り成分のみ除去された差分信号が得られ
る。

【００４２】この差分信号、すなわちターゲット信号成
分のみとされたレーダビデオ信号は、レーダトリガ（表
示上の距離基準）と角度信号（表示上の方位基準及び正
しい方位をレーダビデオを表示するための方位情報）と
共に、同期整合器１５に入力され、ここでレーダビデオ
信号を正しく距離／方位に表示できるように出力タイミ
ングが合わされて出力される。

【００４３】すなわち、図６（ｅ）に示すように、同期
整合手段５は、入力されたレーダトリガと角度信号に対
し、差分器１４からのレーダビデオ信号（差分信号）
を、図６（ａ）の各入力信号のタイミング条件と同一の
タイミング関係で出力する。このように、図６（ａ）に
示したレーダトリガ、角度信号及びレーダビデオ信号
が、各処理を経て（図６（ｂ）〜（ｅ））、図６（ｄ）
の差分信号、すなわちターゲット信号成分のみとされた
レーダビデオ信号が図６（ｅ）のタイミングで出力され
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
クラッタの消え残りのあるレーダビデオ信号からスキャ
ン積分によるクラッタ消え残りのみ抽出した積分信号を
差し引くことで、クラッタ消え残り成分のみを除去抑圧
する（差分により残ってもノイズレベルまで振幅が抑圧
する）ことにより、差分結果のレーダビデオ信号（ＭＴ
Ｉビデオ）を、航空機等の移動目標情報（ターゲット信
号成分）のみとすることができるため、レーダビデオ信
号中の誤認要因を取り除くことができ、よって、従来の
レーダ信号処理技術ではどうしても存在していたクラッ
タ消え残りを、航空機等の移動目標と誤認することを防
止することができる。

【００４５】また、本発明によれば、クラッタ消え残り
のみ除去抑圧されることとなるため、従来技術であるＣ
ＦＡＲ及びＳＴＣを利用し、クラッタ抑圧を重点に信号
処理を構成した場合、それらの影響で重要な航空機等の
ターゲット信号も抑圧してしまうことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理ブロック図である。

【図２】図１の作用説明用タイミングチャートである。

【図３】図１中のスキャン積分の作用説明用タイミング
チャートである。

【図４】従来のレーダシステムと本発明を適用したレー
ダシステムの一例のブロック図である。

【図５】本発明の一実施の形態のブロック図である。

【図６】図５の動作説明用タイミングチャートである。

【符号の説明】

１ スイープ分割手段 ２ タイミング制御手段 ３ スキャン積分手段 ４ 差分手段 ５ 同期整合手段 ６ 信号処理装置 ７、８ 伝送装置 ９ 表示装置 １０ 本発明装置 １１ スイープ分割器 １２ タイミング制御器 １３ スキャン積分器 １４ 差分器 １５ 同期整合器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーダ装置から出力された所定処理され
   たビデオ信号であるレーダビデオ信号と、レーダトリガ
   及び角度信号を入力信号として受け、スイープ単位に分
   割してレーダビデオ信号を出力するスイープ分割手段
   と、 前記レーダトリガ及び角度信号を入力信号として受け、
   タイミング信号を出力するタイミング制御手段と、 前記レーダビデオ信号、レーダトリガ、角度信号及びタ
   イミング信号を入力信号として受け、同一方位のスイー
   プ単位のレーダビデオ信号を複数スキャン分加算して、
   その加算振幅をスキャン数で除算してスキャン積分信号
   を出力するスキャン積分手段と、 前記スイープ分割手段からのレーダビデオ信号と前記ス
   キャン積分信号とを角度信号により同一方位毎に減算し
   て、差分信号を出力する差分手段とを有することを特徴
   とするレーダビデオ信号処理装置。
2. 【請求項２】 前記差分手段からの差分信号と前記スイ
   ープ分割手段に入力されるレーダトリガ及び角度信号と
   前記タイミング制御手段からのタイミング信号を入力信
   号として受け、前記差分信号を前記レーダトリガに同期
   させ、かつ、前記角度信号に同期させた表示用レーダビ
   デオ信号を、前記タイミング信号に合わせて前記レーダ
   トリガ及び角度信号と共に出力する同期整合手段を更に
   有することを特徴とする請求項１記載のレーダビデオ信
   号処理装置。
3. 【請求項３】 前記スキャン積分手段は、加算及び除算
   するスキャン数を、スキャン相関のとれる値に設定する
   ことを特徴とする請求項１記載のレーダビデオ信号処理
   装置。