JP2993482B2 - レーダ装置 - 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、符号化位相変調に
よるパルス圧縮機能を有するレーダ装置に関し、特に移
動目標を高精度に検出するレーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーダ装置として、例えば特開平
５−２７０２２号公報に示すものがある。図５はかかる
従来のレーダ装置を示すブロック図である。これによれ
ば、レーダ装置の捜索，捕捉，捕捉機能により目標を捕
捉して、その目標のうち、ある特定目標の検出率を改善
しようとした場合、その特定目標を指定する特定目標の
指定信号４１が目標処理部４２に入力される。

【０００３】また、特定目標の方位および仰角の情報が
目標処理部４２から第１の出力信号４３として、特定目
標方向予測部４４に入力され、指定された目標にビーム
を指向するタイミングでの方位および仰角が予測され、
出力信号４５として特定方向複数ビーム発生部４６に入
力される。また、目標処理部４２より特定目標の距離の
情報が目標処理部４２の第２の出力信号６６として、特
定目標距離測定部６７に入力され、指定された目標にビ
ームを指向するタイミングでの目標の距離が予測され、
出力信号６８として特定方向複数ビーム発生部４６に入
力される。

【０００４】この特定方向複数ビーム発生部４６では、
出力信号４５および出力信号６８の情報をもとに予測し
た特定目標の方向を中心に、予測した距離により検出確
率の低下が一定値以下になるような方向範囲にのみ複数
ビームを発生するのに必要な制御信号を発生し、出力信
号４７として基準信号発生部４８に入力する。基準信号
発生部４８は出力信号４７の情報をもとに、所定のタイ
ミングおよび特定目標の方向にビームが指向するような
制御信号である第１のタイミングおよび制御信号４９を
出力する。

【０００５】ビーム制御部５０では、この制御信号４９
に従って、送受信アンテナ部５２のビームの指向を制御
する信号５１を出力する。基準信号発生部４８の第２の
タイミングおよび制御信号５３は送信部５４に入力さ
れ、送信部５４はこの信号に従って、送信種信号５５を
発生する。送信種信号５５はサーキュレータ５６を介し
てその第１の出力信号５７となり、送受信アンテナ部５
２に入力され、送受信アンテナ部５２より予想された特
定目標の方向を中心にした複数のビームが順次、送信信
号５８として送信される。

【０００６】特定目標等よりの反射波５９は、送受信ア
ンテナ部５２で受信され、出力信号６０としてサーキュ
レータ５６を介して、入力信号６１として受信部６２に
入力される。受信部６２において入力信号６１の増幅お
よび検波がなされ、出力信号６３として信号処理部６４
に入力され、信号処理部６４にて所定の処理がなされ、
出力信号６５として目標処理部４２に入力され、目標処
理部４２において特定目標に対する所定の処理がなさ
れ、目標検出を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のレーダ装置にあっては、ビームによる１スキャン
にもとづく受信情報のみを使用して目標を検出するもの
であるところから、目標の誤検出の確率が高く、しかも
ビームを特定方向にのみ送信するため、特定の位置に存
在する目標の検出にしか対応できず、検出対象範囲が狭
いという課題があった。

【０００８】この発明は前記のような課題を解決するも
のであり、複数スキャンからの情報、つまり時間的な情
報の冗長性を積極的に利用することにより、精度の高い
目標検出を行い、目標検出精度の信頼性を向上させ、さ
らに前回スキャンの１パルスの目標信号の情報（ドップ
ラ周波数）を利用して、次回スキャンでの目標位置を予
測することにより処理負荷の低減をはかり、かつ処理速
度を向上できるレーダ装置を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目標達成のため、請
求項１の発明にかかるレーダ装置は、受信データから目
標について想定される複数のドップラ偏移周波数成分ご
とに、送信変調信号を使用して前記受信データを圧縮す
る複数の圧縮部を有する圧縮器と、該圧縮器からの出力
信号のうち最大振幅信号を検出する最大信号検出器と、
該最大信号検出器で１パルスの情報から検出した信号の
振幅値，ドップラ周波数および位置情報と前記送信変調
信号とから、最大振幅信号に相当する推定受信信号を生
成する推定受信信号生成器と、前記受信データから前記
推定受信信号を引算し、最大振幅信号を与えた受信デー
タ成分を除去する不要信号除去器とを有し、目標検出装
置に、前記最大信号検出器で検出した信号のドップラ周
波数，振幅値および位置情報を使用して、次回スキャン
での目標の位置を予測させ、次回スキャンで得た目標候
補信号に最も適合するものを選定させ、前回スキャンで
の目標の振幅値と次回スキャンでの目標の振幅値を加算
させ、この加算値に前記最大信号検出器で検出した信号
を乗算して出力させるようにしたものである。

【００１０】また、請求項２の発明にかかるレーダ装置
は、前記最大信号検出器で１パルスの情報から検出した
信号のドップラ周波数の大きさから、目標候補信号の１
スキャンでのドップラ周波数の変動分を判断して、次回
スキャンの目標候補信号の検出処理を行う処理範囲を、
前記予測した位置に対し拡張するようにしたものであ
る。

【００１１】また、請求項３の発明にかかるレーダ装置
は、前記拡張した処理範囲にて得た複数の量子化セルに
またがった検出目標候補信号に、前記最大信号検出器で
検出した信号をかけ合わせて出力表示させるようにした
ものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
図について説明する。図１はこの発明のレーダ装置を示
すブロック図であり、同図において、１は送信機３およ
び受信機６にサーキュレータ２を介して接続された空中
線、４は送信機３へ送信変調信号を出力し、同期信号発
生器５からの同期信号のもとで空中線１へ送出する送信
変調信号発生器、７，８は受信機６の受信出力をＩ信
号，Ｑ信号に分離してＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、１
２，１３はＡ／Ｄ変換した受信信号を記憶するメモリ、
１４，１５はクラッタ信号の抑圧を行うクラッタ抑圧
器、１６は受信データから目標について想定される複数
のドップラ偏移周波数成分ごとに、前記送信変調信号を
使用してその受信データを圧縮する圧縮器である。

【００１３】また、１８は圧縮器からの出力信号のうち
最大振幅信号を検出する最大信号検出器、９は最大信号
検出器１８の出力信号と前記送信変調信号とから推定受
信信号を生成する推定受信信号生成器、１０は前記各メ
モリ１２，１３に記憶されている受信データから、前記
推定受信信号を引算し、最大振幅信号を与えた受信デー
タ成分を除去する不要信号除去部、２９は目標検出部で
ある。

【００１４】また、この目標検出部２９は、図２にも詳
細に示すように、最大信号検出器１８からの出力信号が
スレッショルドレベルを超えるか否かを調べるスレッシ
ョルド検出器１９、乗算部２００１および乗算設定部２
００２からなる第１の乗算器２０、加算器２１、加算出
力を記憶する第１のメモリ２２、その加算出力に最大信
号検出器１８の検出出力をかけ合わせる第３の乗算器２
３、低めの目標スレッショルドレベルを超えたか否かを
検出する目標検出器２８、次回スキャン位置予測器２
３、目標候補信号の振幅値に、乗数設定部２００２で設
定した乗数を乗じてメモリ２５へ出力する第２の乗算器
２４、信号読取器２６とからなる。３０は表示器であ
る。なお、前記次回スキャン位置予測器２３は、移動量
測定部２３０１、座標予測部２３０２，拡張部２３０３
からなる。

【００１５】次に動作について説明する。まず、送信変
調信号発生器４では、適当な変調信号が加えられた送信
信号が、同期信号発生器５からの同期信号をもとに作ら
れて、送信機によりサーキュレータ２を介して空中線１
から放射される。この放射された空中線１の目標からの
反射信号は、空中線１により受信され、サーキュレータ
２を介して受信機６へ送られる。

【００１６】受信機６は、その受信信号を増幅して同期
信号発生器５からの同期信号を使用して位相検波を行
い、Ｉ，Ｑアナログビデオ信号を作成する。作成された
Ｉ，Ｑアナログビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換器７，８によ
りデジタルビデオ信号に変換される。デジタル信号に変
換されたＩ，Ｑビデオ信号はメモリ１２，１３に記憶さ
れ、クラッタ抑圧器１４，１５にてクラッタ信号が抑圧
されて、圧縮器１６へ送られる。圧縮器１６の具体的構
成例を図３に示す。

【００１７】この圧縮器１６は想定されるドップラ周波
数に応じて複数の圧縮部を用意し、各々の圧縮部は遅延
器１６０１〜１６０３，１６１０〜１６１２，１６１９
〜１６２１と、乗算器１６０４〜１６０７，１６１３〜
１６１６，１６２２〜１６２５と、加算器１６０８〜１
６２６と、メモリ１６０９，１６１８，１６２７とで構
成されている。ドップラ係数発生器１７からのドップラ
係数を、送信変調信号発生器４からの送信変調コードに
て復調した復調信号に乗じて加算することにより、ドッ
プラ周波数に応じた圧縮信号がメモリ１６０９，１６１
８，１６２７に記憶される。メモリ１６０９，１６１
８，１６２７に記憶された圧縮信号のうち、最大振幅の
信号を最大信号検出器１８にて検出する。

【００１８】一方、推定受信信号生成器９は、最大信号
検出器１８で検出された１パルスの情報から信号のドッ
プラ周波数，振幅値および位置情報と送信変調信号発生
器４からの送信変調信号とから、最大信号検出器１８で
検出された最大振幅信号を推定受信信号として生成し、
不要信号除去器１０，１１へ出力する。不要信号除去器
１０，１１はメモリ１２，１３に記憶されている受信信
号から推定受信信号を引算し、これにより最大振幅を与
えた受信信号成分を除去した後、メモリ１２，１３のデ
ータを更新する。前記処理を繰り返すことにより、振幅
の大きな信号から順次抽出でき、各々の信号のドップラ
周波数，振幅情報等が得られる。

【００１９】また、図１において、２９は目標検出装置
であり、この目標検出装置２９は、最大信号検出器１８
で検出された信号のドップラ周波数，振幅値，位置情報
から、次回スキャンでの目標の位置を予測して、次回ス
キャンで得た目標候補信号に最も適合するものを選定し
て、前回スキャンでの目標の振幅値と次回スキャンでの
目標の振幅値とを加算し、さらに最大信号検出器１８で
検出された信号を乗算して、目標検出装置２９の出力信
号として表示器３０へ出力する。

【００２０】次に、この目標検出装置２９の動作につい
て、図２を参照して詳細に説明する。まず、最大信号検
出器１８からの出力信号は、スレッショルド検出器１９
にて高めのスレッショルドレベルと比較され、このスレ
ッショルドレベルを越える、明らかに目標信号と判断さ
れる最大信号は表示器３０へ出力される。一方、そのス
レッショルドレベルを越えなかった目標候補信号は、第
１の乗算器２０へ出力される。

【００２１】この第１の乗算器２０では、乗数設定部２
００２にて乗数αを設定し、乗算部２００１で目標候補
信号の振幅値に乗ぜられる。この振幅値に乗数αを乗ぜ
られた目標信号は、次回スキャン位置予測器２３へ出力
される。次回スキャン位置予測器２３では、移動量予測
部２３０１にて最大信号検出器１８からの検出信号のド
ップラ周波数，位置情報から目標候補信号の１スキャン
での移動量を予測し、座標予測部２３０２にて量子化セ
ル平面上の座標位置に変換する。

【００２２】さらに、拡張部２３０３にて、目標候補信
号のドップラ周波数情報から目標候補信号の１スキャン
でのドップラ周波数の変動分を考慮して、次回スキャン
目標候補信号読取範囲を拡張する。第２の乗算器２４で
は、目標候補信号の振幅値に乗数設定部２００２で設定
された乗数１−αを乗じ、第２のメモリ２５へ出力す
る。信号読取器２６では、次回スキャン位置予測器２３
で予測した処理対象範囲と次回スキャンで検出された目
標候補信号の位置の相関関係から、加算器２１での目標
候補信号振幅値の加算を制御し、また、目標候補信号の
ドップラ周波数を制御する。

【００２３】信号読取器２６にて制御された目標候補信
号の振幅値およびドップラ周波数データは、第１のメモ
リ２２に記憶され、スキャンを重ねるごとに更新され
る。第１のメモリ２２にて更新された目標候補信号は、
前記処理により処理対象領域が複数の量子化セルに広が
っているため、目標候補信号の形状が広がってしまって
おり、このまま表示器３０にて表示すると、目標信号が
あたかもにじんだような状態となる。

【００２４】よって、第３の乗算器２７にて、最大信号
検出器１８から検出した信号をかけ合わせることによ
り、元の信号形状に復元する。つまり、目標検出器２８
にて低めのスレッショルドレベルを設定して、スレッシ
ョルドレベルを越えた目標候補信号を目標信号として表
示器３０へ出力する。

【００２５】次に、前記動作について、図４，図５，図
６および図７を参照してさらに詳細に説明する。図４は
図２の次回スキャン位置予測器２３の動作概念を示し、
距離Ｒ−方位θ平面を量子化セルにより区分けされた平
面において、図２の最大信号検出器１８にて検出された
１パルスでの目標候補信号の位置情報から時間０の平面
上の、例えば座標（５，５）位置の目標候補信号が選定
される。

【００２６】選定された目標候補信号は、最大信号検出
器１８からの１パルスでのドップラ周波数および振幅値
情報からドップラ周波数ｆｄ1 、振幅値Ａ1 をもつこと
がわかる。この位置とドップラ周波数情報から、次回ス
キャンの目標候補信号の位置、すなわち、予測位置座標
＝今回目標位置座標＋移動レンジビン数を予測する。こ
こで、移動レンジビン数＝波長×（目標ドップラ周波数
±ｋ×周波数ステップ）×スキャンレート×レンジ分解
能×（１／２）であり、ｋ×周波数ステップは１スキャ
ンでの目標候補信号のドップラ周波数変動分を１パルス
の情報から考慮して信号読取セルを拡張するための項で
ある。また、方位方向についても、信号読取セルを拡張
する。前記処理により、図４の時間ｔ１平面（次回スキ
ャン）上に信号読取範囲を設定する。

【００２７】図５および図６は信号読取範囲と次回スキ
ャンの目標候補信号の位置情報との相関をとった時の、
ドップラ周波数と振幅値情報の処理条件を示す説明図で
ある。同図の｀×´印は目標の位置を、｀□´印は前回
スキャンの信号情報から予測された信号読取範囲を示
す。今、前々回スキャンで検出された目標３（ドップラ
周波数ｆｄ3 ，振幅値Ａ3 ）から、前回スキャンでの信
号読取範囲を設定する。この時、前回スキャンでの信号
読取範囲内に前回スキャンでの目標１（ドップラ周波数
ｆｄ1 ，振幅値Ａ1 ）が存在する場合と存在しない場合
の２つの状況が考えられる。

【００２８】さらに、前回スキャンでの信号読取範囲内
に前回スキャンでの目標１が存在する場合、目標１の信
号情報から今回スキャンでの信号読取範囲内に今回スキ
ャンでの目標２（ドップラ周波数ｆｄ2 ，振幅値Ａ2 ）
が存在する場合（同図）と存在しない場合（同図）
とが考えられる。また、前回スキャンでの信号読取範囲
内に前回スキャンでの目標１が存在しない場合、目標１
の信号情報から今回スキャンでの信号読取範囲内に今回
スキャンでの目標２が存在する場合（同図）と存在し
ない場合（同図）とが考えられる。これら〜の条
件において、今回スキャンでの信号読取器（図２の２
６）から周波数された信号情報は次の様になる。

【００２９】まず、の場合、ドップラ周波数は今回ス
キャンでの目標２のドップラ周波数ｆｄ2 を出力し、振
幅値は前回スキャンでの目標１の振幅値Ａ1 と今回スキ
ャンでの目標２の振幅値Ａ2 とを加算したものを出力す
る。の場合、ドップラ周波数，振幅値ともに今回スキ
ャンでの目標２のドップラ周波数ｆｄ2 と振幅値Ａ2を
出力する。の場合、ドップラ周波数，振幅値ともに前
回スキャンでの目標１のドップラ周波数ｆｄ1 と振幅値
Ａ1 を周波数する。の場合、ドップラ周波数，振幅値
ともに｀０´を出力する。但し、前記処理の信号振幅値
は第１の乗算器２０および第２の乗算器２４にて各々乗
数が乗ぜられている。前記処理を複数スキャン繰り返す
ことにより、目標信号の振幅値は常に一定に保たれ、誤
目標（フォールス）の振幅値は｀０´に近づき、目標信
号のみが検出される。

【００３０】しかし、前記処理は信号読取範囲内の全て
の量子化セルにおいて行われ、信号情報が各量子化セル
に記憶されるために、図７に示すように目標候補信号波
形が広がってしまい、このまま表示器３０に表示される
と、あたかも目標信号がにじんでいるように表示されて
しまう、そこで、同図に示すように、この目標候補信号
の波形に最大信号検出器１８で検出された元の信号波形
を第３の乗算器２７にてかけ合わすことにより、出力信
号波形を元の信号波形に近づけてから出力する。

【００３１】次に、本発明の実施の他の形態について、
図８を参照して説明する。空中線１から最大信号検出器
１８までの処理は、前記実施の形態で説明のものと同等
であるので、ここではその重複する説明を省略する。図
８において、最大信号検出器１８にて検出された１パル
スでの目標候補信号は、スレッショルド検出器３１にお
いて高めのスレッショルドレベルとレベル比較し、この
スレッショルドレベルを越えた信号は目標信号として表
示器３０へ出力する。

【００３２】一方、前記スレッショルドレベルを越えな
かった信号は、目標候補信号として第４の乗算器３２へ
出力し、この第４の乗算器３２では、乗数設定器３３で
設定される乗数αを目標候補信号の振幅値に乗ずる。乗
数αを乗ぜられた目標候補信号は、信号読取器３４およ
び加算器３５を介してメモリ３６に記憶される。

【００３３】次に、拡張器３７において、メモリ３６に
記憶されたパルスの情報が得られた目標候補信号の位置
情報から、目標候補信号の位置座標を図９に示すよう
に、時間０平面に設定する（図９の場合、座標（Ｒ，
θ）＝（３，５）となる）。さらに、座標（３，５）を
距離Ｒおよび方位θ座標方向に±数セル分拡張して、次
回スキャン目標の信号読取範囲を設定する。また、メモ
リ３６に記憶された目標候補信号は、第５の乗算器３８
に出力され、乗数設定器３３において設定された乗数１
−αが振幅値に乗ぜられる。

【００３４】一方、前記処理で設定された信号読取範囲
は、信号読取器３４にて次回スキャンの目標候補信号位
置と相関をとる。相関処理の結果、加算器３５にて図１
０に示すような条件で、目標候補信号の振幅値が加算さ
れる。図１０のαは乗数設定器３３で設定される乗数、
Ａ1 は前回スキャンでの目標候補信号の振幅値、Ａ2は
今回スキャンでの目標候補信号の振幅値を示す。

【００３５】前回スキャンでの１パルスの情報から得ら
れた目標候補信号の位置情報から設定した今回スキャン
での信号読取範囲内に、今回スキャンでの１パルスの情
報から得られた目標候補信号が存在する場合は、振幅値
Ａ＝α×Ａ2 ＋（１−α）×Ａ1 を目標候補信号の振幅
値として、メモリ３６に記憶されている信号情報を更新
する。

【００３６】また、前回スキャンでの１パルスの情報が
得られた目標候補信号の位置情報から設定した今回スキ
ャンでの信号読取範囲内に、今回スキャンでの１パルス
の情報から得られた目標候補信号が存在しない場合は、
振幅値Ａ＝（１−α）×Ａ1を目標候補信号の振幅値と
してメモリ３６に記憶されている信号情報を更新する。

【００３７】前記処理にて振幅値が更新された目標候補
信号は、第１の実施の形態同様、信号波形が広がってい
るために、最大信号検出器１８からの元の信号波形を、
第６の乗算器３９にてかけ合わせることにより信号波形
を元に戻し、目標検出器４０にて低めのスレッショルド
レベルとレベル比較して、このスレッショルドレベルを
越えた目標候補信号を目標信号として表示器３０へ出力
する。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、１ス
キャンの情報のみでなく、複数スキャンの情報、つまり
時間的な情報の冗長性を積極的に利用することで、目標
の誤検出の確率を低下させることができ、結果としてレ
ーダシステムの信頼性を高めることができる。そして、
前回スキャンの１パルスからの情報から得た目標信号の
情報（ドップラ周波数）を利用して、次回スキャンでの
目標位置を予測し、目標位置との相関処理を行うこと
で、レーダ全捜索範囲の目標信号を効率よく検出でき、
これによりレーダ装置のデータ処理速度を高速化できる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の一形態によるレーダ装置を
示すブロック図である。

【図２】 図１における目標検出装置の詳細を示すブロ
ック図である。

【図３】 図１における圧縮器の詳細を示すブロック図
である。

【図４】 図２における次回スキャン位置予測器の動作
概念を示す説明図である。

【図５】 図２における次回スキャン位置予測器の動作
のアルゴリズムを示す説明図である。

【図６】 図２における次回スキャン位置予測器の動作
のアルゴリズムを示す説明図である。

【図７】 図２における第３の乗算器の動作概念を示す
説明図である。

【図８】 図１における目標検出装置の他の形態を示す
ブロック図である。

【図９】 図８における目標検出装置の動作概念を示す
説明図である。

【図１０】 図８における目標検出装置の動作概念を示
す説明図である。

【図１１】 従来のレーダ装置を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

３ 送信機 ６ 受信機 ９ 推定受信信号生成器 １０ 不要信号除去器 １２，１３ メモリ １６ 圧縮器 １８ 最大信号検出器 ２９ 目標検出装置（目標検出部）

───────────────────────────────────────────────────── 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】 送信変調信号を目標に向って送信する送
   信機と、 前記目標から反射された送信変調信号を受信する受信機
   と、 該受信機で受信した受信データを記憶するメモリと、 該メモリに記憶されている受信データから、目標につい
   て想定される複数のドップラ偏移周波数成分ごとに、前
   記送信変調信号を使用して前記受信データを圧縮する複
   数の圧縮部を有する圧縮器と、 該圧縮器からの出力信号のうち最大振幅信号を検出する
   最大信号検出器と、 該最大信号検出器で１パルスの情報から検出した信号の
   振幅値，ドップラ周波数および位置情報と前記送信変調
   信号とから、最大振幅信号に相当する推定受信信号を生
   成する推定受信信号生成器と、 前記メモリに記憶されている受信データから前記推定受
   信信号を引算し、最大振幅信号を与えた受信データ成分
   を除去する不要信号除去器と、 前記最大信号検出器で検出した信号のドップラ周波数，
   振幅値および位置情報を使用して、次回スキャンでの目
   標の位置を予測して、次回スキャンで得た目標候補信号
   に最も適合するものを選定し、前回スキャンでの目標の
   振幅値と次回スキャンでの目標の振幅値を加算し、この
   加算値に前記最大信号検出器で検出した信号を乗算して
   出力する目標検出装置とを備えたことを特徴とするレー
   ダ装置。
2. 【請求項２】 前記最大信号検出器で１パルスの情報か
   ら検出した信号のドップラ周波数の大きさから、目標候
   補信号の１スキャンでのドップラ周波数の変動分を判断
   して、次回スキャンの目標候補信号の検出処理を行う処
   理範囲を、前記予測した位置に対し拡張することを特徴
   とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 【請求項３】 前記拡張した処理範囲にて得た複数の量
   子化セルにまたがった検出目標候補信号に、前記最大信
   号検出器で検出した信号をかけ合わせて出力表示させる
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。