JP3021978B2 - 少なくとも２つの目標を識別する方法 - Google Patents
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念に
記載のパルス・ドップラー・レーダを用いて少なくとも
２つの目標を識別する方法に関する。
記載のパルス・ドップラー・レーダを用いて少なくとも
２つの目標を識別する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】本明細書において使用されるパルス・ド
ップラー・レーダには、パルス・ドップラー・レーダ施
設も、パルス・ドップラー・レーダ装置も含まれてい
る。
ップラー・レーダには、パルス・ドップラー・レーダ施
設も、パルス・ドップラー・レーダ装置も含まれてい
る。
【０００３】パルス・ドップラー・レーダは空間的にコ
ンパクトに形成することができる。従ってそれは陸上用
車両および航空機における所謂機上レーダとして多岐に
わたって使用されている。それ故にこのような用途で
は、出来るだけ小さな面積（開口部）を有する送信／受
信アンテナが望まれる。しかしこのような装置によっ
て、目標、例えば陸上用車両または航空機の距離または
速度を正確に測定することができるにすぎない。目標の
距離および速度を同時に測定すべきであれば、このこと
は、それ自体達成可能な最大精度を駆使したときしか実
現できない。即ち、パルス・ドップラー・レーダを用い
て目標の距離および速度を同時に測定する場合、距離お
よび速度方向におけるレーダの分解能が相応の個別測定
に関連して低減される。それ故に距離方向または速度方
向において、それ以下では複数の目標の発見が可能では
ないという分解限界値が存在する。距離または速度方向
における分解限界値は、距離方向における同じドップラ
ー速度においてまたは速度方向における同じ距離におい
て所定の確率で２つの目標を区別できることによって特
徴付けられている。
ンパクトに形成することができる。従ってそれは陸上用
車両および航空機における所謂機上レーダとして多岐に
わたって使用されている。それ故にこのような用途で
は、出来るだけ小さな面積（開口部）を有する送信／受
信アンテナが望まれる。しかしこのような装置によっ
て、目標、例えば陸上用車両または航空機の距離または
速度を正確に測定することができるにすぎない。目標の
距離および速度を同時に測定すべきであれば、このこと
は、それ自体達成可能な最大精度を駆使したときしか実
現できない。即ち、パルス・ドップラー・レーダを用い
て目標の距離および速度を同時に測定する場合、距離お
よび速度方向におけるレーダの分解能が相応の個別測定
に関連して低減される。それ故に距離方向または速度方
向において、それ以下では複数の目標の発見が可能では
ないという分解限界値が存在する。距離または速度方向
における分解限界値は、距離方向における同じドップラ
ー速度においてまたは速度方向における同じ距離におい
て所定の確率で２つの目標を区別できることによって特
徴付けられている。
【０００４】パルス・ドップラー・レーダの分解能限界
値に対する重要な量はとりわけ、パルス繰返し周波数Ｐ
ＲＦ，使用の高速フーリエ変換の長さＮFFT，走査ない
し検出時間Ｔａ並びに送信パルス長Ｔrxである。現在通
例の方法、例えば分解基準として信号経過中の２つの最
大値間の相対的な最小値を探索する所謂“バレー・セン
シング”方式によって、５０％の確率で、最大の測定精
度のほぼ１．５ないし２倍に相応する分解値が得られ
る。この方式では、２つの目標を分解するために、信号
経過の振幅のみが使用される。
値に対する重要な量はとりわけ、パルス繰返し周波数Ｐ
ＲＦ，使用の高速フーリエ変換の長さＮFFT，走査ない
し検出時間Ｔａ並びに送信パルス長Ｔrxである。現在通
例の方法、例えば分解基準として信号経過中の２つの最
大値間の相対的な最小値を探索する所謂“バレー・セン
シング”方式によって、５０％の確率で、最大の測定精
度のほぼ１．５ないし２倍に相応する分解値が得られ
る。この方式では、２つの目標を分解するために、信号
経過の振幅のみが使用される。
【０００５】
【発明の課題】本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方
法を、目標の距離および速度を同時に測定する場合、所
属の分解能限界値が著しく低減されるように、改善する
ことである。
法を、目標の距離および速度を同時に測定する場合、所
属の分解能限界値が著しく低減されるように、改善する
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
特徴部分に記載の構成によって解決される。有利な実施
例および／または改良例はその他の実施例に記載されて
いる。
特徴部分に記載の構成によって解決される。有利な実施
例および／または改良例はその他の実施例に記載されて
いる。
【０００７】
【発明の効果】本発明の利点は、目標の距離および速度
を同時に測定する場合の分解限界値が、現在通例の方
法、即ち距離測定に対するＨＰＲＦ方式（High-Pulse-R
epetitioｎ-Frequency）ないし速度測定に対するＬＰＲ
Ｆ方式（Low-Pulse-Repetitioｎ-Frequency）を用いた
相当する個別測定で生じる値より著しく下方にあるとい
う点にある。
を同時に測定する場合の分解限界値が、現在通例の方
法、即ち距離測定に対するＨＰＲＦ方式（High-Pulse-R
epetitioｎ-Frequency）ないし速度測定に対するＬＰＲ
Ｆ方式（Low-Pulse-Repetitioｎ-Frequency）を用いた
相当する個別測定で生じる値より著しく下方にあるとい
う点にある。
【０００８】本発明は、パルス・ドップラー・レーダに
おいて付加的に1つまたは複数の目標から反射される信
号の位相値を評価することに基づいている。
おいて付加的に1つまたは複数の目標から反射される信
号の位相値を評価することに基づいている。
【０００９】
【実施例】次に本発明を図示の実施例につき図面を用い
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１０】パルス・ドップラー・レーダにおいて受信
された信号は、送信周波数に相応する信号によって復調
されかつ最終的にパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）と同期
して検出される。相応の検出値は、図１に示されている
ように、距離−２重マトリクスに配置することができ
る。その際横座標には、パルス繰返し周波数ＰＲＦまで
のドップラー周波数ｆと、最大速度ｖuまでの相応する
速度ｖとをとることができる。その際線の間隔は値ＰＲ
Ｆ／ＮFFTないしΔｖに相応する。縦座標には、時間１
／ＰＲＦまでの時間ｔと、距離Ｒuまでの距離Ｒとをと
ることができる。その際線の間隔は検出時間Ｔaないし
距離ΔＲに相応する。距離方向において、斜線を施した
盲領域Ｒbが生じる。
された信号は、送信周波数に相応する信号によって復調
されかつ最終的にパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）と同期
して検出される。相応の検出値は、図１に示されている
ように、距離−２重マトリクスに配置することができ
る。その際横座標には、パルス繰返し周波数ＰＲＦまで
のドップラー周波数ｆと、最大速度ｖuまでの相応する
速度ｖとをとることができる。その際線の間隔は値ＰＲ
Ｆ／ＮFFTないしΔｖに相応する。縦座標には、時間１
／ＰＲＦまでの時間ｔと、距離Ｒuまでの距離Ｒとをと
ることができる。その際線の間隔は検出時間Ｔaないし
距離ΔＲに相応する。距離方向において、斜線を施した
盲領域Ｒbが生じる。
【００１１】ドップラー方向における一義的な領域は、
パルス繰返し周波数ＰＲＦによって決められる。これに
応じてここでは測定精度ＰＲＦ／ＮFFTが得られる。パ
ルス繰返し周波数の逆数１／ＰＲＦが距離方向における
一義的な領域を決定し、一方ここでは測定精度は検出時
間Ｔaによって予め決められている。送信フェーズの間
は受信することができないので、レーダは０ないしＲb
の多義的な領域において盲であり、このことは図１では
斜線の部分にて示されている。
パルス繰返し周波数ＰＲＦによって決められる。これに
応じてここでは測定精度ＰＲＦ／ＮFFTが得られる。パ
ルス繰返し周波数の逆数１／ＰＲＦが距離方向における
一義的な領域を決定し、一方ここでは測定精度は検出時
間Ｔaによって予め決められている。送信フェーズの間
は受信することができないので、レーダは０ないしＲb
の多義的な領域において盲であり、このことは図１では
斜線の部分にて示されている。
【００１２】図１に示された周波数および時間量は、測
定すべき物理量、即ち速度および距離に、送信周波数の
波長λないし光速ｃについて次の関係が成り立つ：
定すべき物理量、即ち速度および距離に、送信周波数の
波長λないし光速ｃについて次の関係が成り立つ：
【００１３】
【数１】
【００１４】例えば、所謂ＨＰＲＦ速度サーチ・モード
に従って動作するパルス・ドップラー・レーダでは、検
出時間Ｔa、パルス繰返し周波数ＰＲＦおよび波長λに
対して次の限界値が成り立つ： Ｔa≧０．５００μsec ２００．０００ｋＨｚ≦ＰＲＦ≦２５０．０００ｋＨｚ ３．５ｃｍ≦ λ ≦４．０ｃｍ これに応じて測定精度ΔＲおよびΔｖに対して次の式が
成り立つ：
に従って動作するパルス・ドップラー・レーダでは、検
出時間Ｔa、パルス繰返し周波数ＰＲＦおよび波長λに
対して次の限界値が成り立つ： Ｔa≧０．５００μsec ２００．０００ｋＨｚ≦ＰＲＦ≦２５０．０００ｋＨｚ ３．５ｃｍ≦ λ ≦４．０ｃｍ これに応じて測定精度ΔＲおよびΔｖに対して次の式が
成り立つ：
【００１５】
【数２】
【００１６】その場合距離および速度の一義的な領域は
次の値にある：
次の値にある：
【００１７】
【数３】
【００１８】時間領域における分解能限界値を決定する
信号経過は、実質的に受信分路の入力領域に設けられた
所謂整合フィルタによって決められる。その際整合フィ
ルタは周波数領域においてガウス曲線に近似される。周
波数０の際の増幅定数を、例えば値１に固定したとき、
ガウスフィルタの唯一の自由なパラメータとしてなお帯
域幅２Ｂtx（図２）が残る。図２において所属の絶対値
スペクトルが示されている。
信号経過は、実質的に受信分路の入力領域に設けられた
所謂整合フィルタによって決められる。その際整合フィ
ルタは周波数領域においてガウス曲線に近似される。周
波数０の際の増幅定数を、例えば値１に固定したとき、
ガウスフィルタの唯一の自由なパラメータとしてなお帯
域幅２Ｂtx（図２）が残る。図２において所属の絶対値
スペクトルが示されている。
【００１９】振幅経過は周波数ｆ＝Ｂtxにおいて３ｄＢ
だけ降下すべきである。次の周波数関数がこの要求を満
足する：
だけ降下すべきである。次の周波数関数がこの要求を満
足する：
【００２０】
【数４】
【００２１】上式（３．１）の逆フーリエ変換により整
合フィルタのインパルス応答が次のように生じる：
合フィルタのインパルス応答が次のように生じる：
【００２２】
【数５】
【００２３】式（３．２）の時間関数を正規化し、その
最大値が値１を有すれば、次式が成り立つ： Ｓm′（ｔ）＝Ｓm（ｔ）／ｃ 図３には、所属の３ｄＢパルス幅Ｔtxを有するガウスフ
ィルタの正規化されたインパルス応答が図２に対応して
示されている。
最大値が値１を有すれば、次式が成り立つ： Ｓm′（ｔ）＝Ｓm（ｔ）／ｃ 図３には、所属の３ｄＢパルス幅Ｔtxを有するガウスフ
ィルタの正規化されたインパルス応答が図２に対応して
示されている。
【００２４】このインパルス応答とその畳み込みにより
整合フィルタの後に信号が生じる。従って受信パルスは
最適に整合されかつ雑音を含む受信信号に対して最大の
ＳＮ比が得られることになる。しかし実際の受信信号は
上で仮定した理想形状から多かれ少なかれ偏差を有して
いるので、ＳＮ比は低減されることになる。しかし２つ
の目標の分解の解析処理のために、受信パルスのモデル
を予め定める必要があり、そのためにモデルとして最適
な信号形状が絶対必要である。その場合整合フィルタの
後の信号は次のように表される：
整合フィルタの後に信号が生じる。従って受信パルスは
最適に整合されかつ雑音を含む受信信号に対して最大の
ＳＮ比が得られることになる。しかし実際の受信信号は
上で仮定した理想形状から多かれ少なかれ偏差を有して
いるので、ＳＮ比は低減されることになる。しかし２つ
の目標の分解の解析処理のために、受信パルスのモデル
を予め定める必要があり、そのためにモデルとして最適
な信号形状が絶対必要である。その場合整合フィルタの
後の信号は次のように表される：
【００２５】
【数６】
【００２６】図４には、Ｂtx＝０．５ＭＨｚに対するこ
の種の信号Ｓ（ｔ）並びに縮尺通りに、測定精度に相応
する、距離ゲートの拡がりが示されている。距離ゲート
に対する値は、ＨＰＲＦ−ＶＳ−モードにおける上記の
例から明らかである。
の種の信号Ｓ（ｔ）並びに縮尺通りに、測定精度に相応
する、距離ゲートの拡がりが示されている。距離ゲート
に対する値は、ＨＰＲＦ−ＶＳ−モードにおける上記の
例から明らかである。
【００２７】周波数領域における信号経過は一方におい
て時間領域ＮFFT／ＰＲＦにおける信号の長さによって
決められ、他方において重み付け関数によって決められ
る。周波数領域における最狭の主ローブは時間領域にお
ける矩形ウィンドウによって発生される。主ローブの３
ｄＢの帯域幅はここでは正確にＮFFT／ＰＲＦであり、
その際ＮFFTは使用のＦＦＴの長さである。それぞれ別
の窓関数は主ローブを拡張するが、副ローブを低下させ
る。従って窓関数は、周波数領域における副ローブ特性
に応じてのみ選択される。慣用の窓関数では３ｄＢ幅
は、ｘ・ＰＲＦ／ＮFFT，１≦ｘ≦２にある。図５およ
び図６の線図では、ハミング窓が使用された。その場合
周波数ないし相応の速度に対する３ｄＢ幅は次の通りで
ある：
て時間領域ＮFFT／ＰＲＦにおける信号の長さによって
決められ、他方において重み付け関数によって決められ
る。周波数領域における最狭の主ローブは時間領域にお
ける矩形ウィンドウによって発生される。主ローブの３
ｄＢの帯域幅はここでは正確にＮFFT／ＰＲＦであり、
その際ＮFFTは使用のＦＦＴの長さである。それぞれ別
の窓関数は主ローブを拡張するが、副ローブを低下させ
る。従って窓関数は、周波数領域における副ローブ特性
に応じてのみ選択される。慣用の窓関数では３ｄＢ幅
は、ｘ・ＰＲＦ／ＮFFT，１≦ｘ≦２にある。図５およ
び図６の線図では、ハミング窓が使用された。その場合
周波数ないし相応の速度に対する３ｄＢ幅は次の通りで
ある：
【００２８】
【数７】
【００２９】その際図５には、重み付けられた単色信号
の時間信号が示されておりかつ図６には対応する振幅ス
ペクトルが示されている。パルス・ドップラー・レーダ
の送信信号Ｓt（ｔ）は次のように表すことができる：
の時間信号が示されておりかつ図６には対応する振幅ス
ペクトルが示されている。パルス・ドップラー・レーダ
の送信信号Ｓt（ｔ）は次のように表すことができる：
【００３０】
【数８】
【００３１】その際ｂ（ｔ）はパルス繰返し周波数ＰＲ
Ｆにおける周期的な関数およびω0は送信周波数であ
る。
Ｆにおける周期的な関数およびω0は送信周波数であ
る。
【００３２】図７に示すように、パルス・ドップラー・
レーダを有する図示の航空機１に２つの近接して並んで
飛行する、殆ど同じ速度を有する目標Ｚ１，Ｚ２が近付
いて飛来する状況があるとき、航空機１は次の受信信号
ｓr（ｔ）を受信する：
レーダを有する図示の航空機１に２つの近接して並んで
飛行する、殆ど同じ速度を有する目標Ｚ１，Ｚ２が近付
いて飛来する状況があるとき、航空機１は次の受信信号
ｓr（ｔ）を受信する：
【００３３】
【数９】
【００３４】上式（４．２）は、２つの加算重畳された
成分から成っており、その際ｃ１およびｃ２は２つの反
射成分の振幅である。２つの項はドップラー周波数およ
び走行時間において微分成分ｄＲおよびｄｖだけが相異
している。更に、２つの目標が、ランダムな位相を有し
ていることが重要である。これら位相は相互に全く相関
されていない。
成分から成っており、その際ｃ１およびｃ２は２つの反
射成分の振幅である。２つの項はドップラー周波数およ
び走行時間において微分成分ｄＲおよびｄｖだけが相異
している。更に、２つの目標が、ランダムな位相を有し
ていることが重要である。これら位相は相互に全く相関
されていない。
【００３５】
【数１０】
【００３６】による復調の際にこれら２つの位相はその
まま維持される。というのは復調器における初期フェー
ズは、零への一般化に制限することなく次のように表す
ことができるからである：
まま維持される。というのは復調器における初期フェー
ズは、零への一般化に制限することなく次のように表す
ことができるからである：
【００３７】
【数１１】
【００３８】式（４．３）をフーリエ変換すると次式が
成り立つ：
成り立つ：
【００３９】
【数１２】
【００４０】ただしＢ（ｆ）は、ｂ（ｔ）○＿●Ｂ
（ｆ）から生じた。フーリエ変換された値を離散的フー
リエ変換（ＤＦＴ）によって近似すると、基準点ｉにお
いて離散的なスペクトルが得られる： ｉΔｆ＝ｆ （４．５） 時間ずれＴrないし信号の走行時間により、周波数とと
もに直線的に上昇する位相が生じ、その際勾配、即ち群
遅延時間は、目標距離に正比例している。この位相項が
検出点毎に非常に僅かに変化するものと仮定すれば、次
式が得られる：
（ｆ）から生じた。フーリエ変換された値を離散的フー
リエ変換（ＤＦＴ）によって近似すると、基準点ｉにお
いて離散的なスペクトルが得られる： ｉΔｆ＝ｆ （４．５） 時間ずれＴrないし信号の走行時間により、周波数とと
もに直線的に上昇する位相が生じ、その際勾配、即ち群
遅延時間は、目標距離に正比例している。この位相項が
検出点毎に非常に僅かに変化するものと仮定すれば、次
式が得られる：
【００４１】
【数１３】
【００４２】それからスペクトルに対する一般化の制限
なしに次のように書き表すことができる：
なしに次のように書き表すことができる：
【００４３】
【数１４】
【００４４】この式は、スペクトルＢ（ｆ）が僅かな検
出値にわたってしか拡がっていないので、有効である。
図８は、式（４．７）に相応する２つの位相値の重要性
を示そうとするものである。このために図８には、位相
の点で著しく相異している２つの近接して並んで存在す
る目標のスペクトルが示されている。
出値にわたってしか拡がっていないので、有効である。
図８は、式（４．７）に相応する２つの位相値の重要性
を示そうとするものである。このために図８には、位相
の点で著しく相異している２つの近接して並んで存在す
る目標のスペクトルが示されている。
【００４５】式（４．６）における前提条件が成り立っ
ていなければ、位相はスペクトルに沿ってある値だけ更
に回転する。位相の引き続く回転は、式（４．４）に従
った距離に依存している。この効果は、図９に図示され
ている。そこにはリニヤに変化する位相を有する２つの
目標のスペクトルが示されている。
ていなければ、位相はスペクトルに沿ってある値だけ更
に回転する。位相の引き続く回転は、式（４．４）に従
った距離に依存している。この効果は、図９に図示され
ている。そこにはリニヤに変化する位相を有する２つの
目標のスペクトルが示されている。
【００４６】図１０には、多目標状況を検出するために
振幅の評価をすればよい種々の例が示されている。この
ような分解能に対する前提条件は、使用のフィルタまた
は距離ゲートの数が２より大きいことである。その場合
３つの順次並んだフィルタまたは距離ゲートｘ（ｉ），
ｘ（ｉ＋１），ｘ（ｉ＋２）において、
振幅の評価をすればよい種々の例が示されている。この
ような分解能に対する前提条件は、使用のフィルタまた
は距離ゲートの数が２より大きいことである。その場合
３つの順次並んだフィルタまたは距離ゲートｘ（ｉ），
ｘ（ｉ＋１），ｘ（ｉ＋２）において、
【００４７】
【数１５】
【００４８】が成り立つとき、即ち平均値が最小振幅を
有しているかまたはしきい値を上回っていないとき（上
式中λ（ｉ＋１）は、基準点ｉ＋１におけるしきい値で
ある）、多目標状況が推定される。全部がしきい値を上
回る４つの順次並んだフィルタまたは距離ゲートｘ
（ｉ），ｘ（ｉ＋１），ｘ（ｉ＋２），ｘ（ｉ＋３）で
は、多目標判定に対する条件は次の通りである：
有しているかまたはしきい値を上回っていないとき（上
式中λ（ｉ＋１）は、基準点ｉ＋１におけるしきい値で
ある）、多目標状況が推定される。全部がしきい値を上
回る４つの順次並んだフィルタまたは距離ゲートｘ
（ｉ），ｘ（ｉ＋１），ｘ（ｉ＋２），ｘ（ｉ＋３）で
は、多目標判定に対する条件は次の通りである：
【００４９】
【数１６】
【００５０】上式中∧は論理ＡＮＤでありかつ∨は論理
ＯＲである。（５．１）および（５．２）における条件
が満たされていないとき、評価のために付加的に位相が
用いられる。条件（５．２）の、５つまたはそれ以上の
順次並んだフィルタまたは距離ゲートを有する状況への
拡張が特別困難ではなく、ここでは明らかに実施されな
い。
ＯＲである。（５．１）および（５．２）における条件
が満たされていないとき、評価のために付加的に位相が
用いられる。条件（５．２）の、５つまたはそれ以上の
順次並んだフィルタまたは距離ゲートを有する状況への
拡張が特別困難ではなく、ここでは明らかに実施されな
い。
【００５１】図１１には、正確に同じ速度、ひいては同
じドップラー変位を有するが、２つの隣接する距離ゲー
トにおいて現われる２つの目標がモデルとして示されて
いる。
じドップラー変位を有するが、２つの隣接する距離ゲー
トにおいて現われる２つの目標がモデルとして示されて
いる。
【００５２】ところで、１つの目標が２つの距離ゲート
に分割されるかまたは２つの目標が２つの隣接する距離
ゲートに現われる２つの場合を区別しなければならな
い。このことは、各目標に属する２つの位相値に基づい
てのみ可能である。最初、単一目標状況と見做して、式
（４．３）から次の相応の時間信号が導出される：
に分割されるかまたは２つの目標が２つの隣接する距離
ゲートに現われる２つの場合を区別しなければならな
い。このことは、各目標に属する２つの位相値に基づい
てのみ可能である。最初、単一目標状況と見做して、式
（４．３）から次の相応の時間信号が導出される：
【００５３】
【数１７】
【００５４】この信号を検出時間Ｔａによって検出する
とき、べき指数において時間ｔを次の項によって置換す
ることができる：
とき、べき指数において時間ｔを次の項によって置換す
ることができる：
【００５５】
【数１８】
【００５６】従って位相は、距離ゲート毎の目標のドッ
プラー速度に基づいて次の値だけ更に回転する：
プラー速度に基づいて次の値だけ更に回転する：
【００５７】
【数１９】
【００５８】この位相回転は、ドップラー変位ｆD1に比
例している。ドップラー周波数は非常に正確に既知であ
るので、分解アルゴリズムにおいて相応の補正を導入す
ることができる。冒頭に述べた例のデータに対して、次
の限界値内で次の位相回転が生じ：
例している。ドップラー周波数は非常に正確に既知であ
るので、分解アルゴリズムにおいて相応の補正を導入す
ることができる。冒頭に述べた例のデータに対して、次
の限界値内で次の位相回転が生じ：
【００５９】
【数２０】
【００６０】かつ極端な場合７５６ｍｒａｄまたは４６
°をとることができる。この事実関係は図１２に示され
ている。従って上述の補正は、ドップラー周波数に依存
している位相ずれ値を計算しかつそれから隣接する距離
ゲートにおいて単一目標状況に相応する信号を発生しな
ければならない。
°をとることができる。この事実関係は図１２に示され
ている。従って上述の補正は、ドップラー周波数に依存
している位相ずれ値を計算しかつそれから隣接する距離
ゲートにおいて単一目標状況に相応する信号を発生しな
ければならない。
【００６１】
【数２１】
【００６２】この値Σ1′は、Σ1に隣接する距離ゲート
の実際の複素値Σ2と比較されなければならない。例え
ば１０ｄＢの最小ＳＮ比、即ち
の実際の複素値Σ2と比較されなければならない。例え
ば１０ｄＢの最小ＳＮ比、即ち
【００６３】
【数２２】
【００６４】を選択すれば、補正された値Σ1′分の角
度をもったセクタが得られる。この事実関係は、図１３
に示されている。
度をもったセクタが得られる。この事実関係は、図１３
に示されている。
【００６５】その際このセクタの最大幅θmaxは、ＳＮ
比ＳＮＲに依存している。
比ＳＮＲに依存している。
【００６６】この角度領域は、単一目標状況に対する識
別空間Ｅであり、即ちすべての目標はこの識別空間内で
は単一目標として評価される。これに相補的な角度領
域、即ちこの識別領域の外部にある目標は多目標状況
（複数の単一目標から成る）として評価される。識別空
間Ｅの最大幅２θmaxは次の式から生じる：
別空間Ｅであり、即ちすべての目標はこの識別空間内で
は単一目標として評価される。これに相補的な角度領
域、即ちこの識別領域の外部にある目標は多目標状況
（複数の単一目標から成る）として評価される。識別空
間Ｅの最大幅２θmaxは次の式から生じる：
【００６７】
【数２３】
【００６８】その際１０ｄＢのＳＮ比を基礎にして考察
された。式（５．８）をθmaxに従って解くと、 θmax＝１８．５° （５．９） が得られる。
された。式（５．８）をθmaxに従って解くと、 θmax＝１８．５° （５．９） が得られる。
【００６９】従って単一目標に対する識別空間は次の角
度セクタ −θmax＜ａｒｇΣ1′−ａｒｇΣ2＜θmax （５．１０） によって制限されている。逆三角関数を回避するため
に、次の式が利用される：
度セクタ −θmax＜ａｒｇΣ1′−ａｒｇΣ2＜θmax （５．１０） によって制限されている。逆三角関数を回避するため
に、次の式が利用される：
【００７０】
【数２４】
【００７１】式（５．９）における値を用いて最終的
に、多目標状況に対する次の識別特徴が得られる：
に、多目標状況に対する次の識別特徴が得られる：
【００７２】
【数２５】
【００７３】この事実関係は、図１４に示されている。
単一目標状況が多目標状況として宣言される確率ＰF2を
解析計算するのは非常に困難である。ＰF2は次の積分に
よって決められる：
単一目標状況が多目標状況として宣言される確率ＰF2を
解析計算するのは非常に困難である。ＰF2は次の積分に
よって決められる：
【００７４】
【数２６】
【００７５】積分に基づいて形成される密度関数は、数
値数学の補助手段によって計算することができるガウス
曲線である。
値数学の補助手段によって計算することができるガウス
曲線である。
【００７６】図１５には、正確に同じ距離を有するが、
ドップラー方向において微分値ｄｆだけ相異している２
つの目標が示されている。
ドップラー方向において微分値ｄｆだけ相異している２
つの目標が示されている。
【００７７】更に図１５には、それぞれの目標の位相が
ドップラー方向に沿って更に回転することが示されてい
る。この場合も、ドップラー信号に対する個別状況が考
察される。それから式（４．４）に従って次の式が成り
立つ：
ドップラー方向に沿って更に回転することが示されてい
る。この場合も、ドップラー信号に対する個別状況が考
察される。それから式（４．４）に従って次の式が成り
立つ：
【００７８】
【数２７】
【００７９】ここでは検出は周波数領域において行われ
る。
る。
【００８０】
【数２８】
【００８１】として次式が成り立つ：
【００８２】
【数２９】
【００８３】ここでも位相は検出値毎に順次回転する。
しかしここではその原因となるのは距離ないし信号の走
行時間である。これにより個々のドップラーフィルタ間
に次の位相差が生じる：
しかしここではその原因となるのは距離ないし信号の走
行時間である。これにより個々のドップラーフィルタ間
に次の位相差が生じる：
【００８４】
【数３０】
【００８５】前述の例との相異点は、距離が既知でない
こと、従って補正も実施できないことである。ＨＰＲＦ
−ＶＳ−モードに対する本願の実施例において、位相回
転に対して次式が得られる：
こと、従って補正も実施できないことである。ＨＰＲＦ
−ＶＳ−モードに対する本願の実施例において、位相回
転に対して次式が得られる：
【００８６】
【数３１】
【００８７】２２５ｋｍの最大距離において位相は６５
°または１．１３ｒａｄだけ更に回転する。
°または１．１３ｒａｄだけ更に回転する。
【００８８】図１６には、２つの隣接するドップラーフ
ィルタと距離との間の関係が示されている。
ィルタと距離との間の関係が示されている。
【００８９】距離は既知ではないので、ベクトルΣ
1（ｉ）が図１６に示されたセクタの中心に正確に回転
される。このことは、
1（ｉ）が図１６に示されたセクタの中心に正確に回転
される。このことは、
【００９０】
【数３２】
【００９１】との複素乗算によって次のように実現され
る：
る：
【００９２】
【数３３】
【００９３】ここでも１０ｄＢのＳＮ比が仮定される。
従って図１７に示されているように、単一目標状況に対
する識別空間として用いられる、Σ1′を中心とした対
称形のセクタが得られる。その際図１６に示されている
セクタは式（５．９）に相応してθmax＝１８．５°を
中心に右方向および左方向に拡大された。従ってセクタ
の角度限界値に対して次式が成り立つ：
従って図１７に示されているように、単一目標状況に対
する識別空間として用いられる、Σ1′を中心とした対
称形のセクタが得られる。その際図１６に示されている
セクタは式（５．９）に相応してθmax＝１８．５°を
中心に右方向および左方向に拡大された。従ってセクタ
の角度限界値に対して次式が成り立つ：
【００９４】
【数３４】
【００９５】ここでも式（５．１１）を使用することが
でき、従って逆三角関数の使用を避けることができる。
しかしこのことは、ベクトルΣ1′は識別空間の中心に
位置し、従って余弦関数に相応する状態が発生されたこ
とによってのみ可能である。これにより単一目標状況に
対するセクタは、Σ1′の変数を中心に５１°の拡がり
を有している。これを移行して識別基準に対して次の式
が生じる：
でき、従って逆三角関数の使用を避けることができる。
しかしこのことは、ベクトルΣ1′は識別空間の中心に
位置し、従って余弦関数に相応する状態が発生されたこ
とによってのみ可能である。これにより単一目標状況に
対するセクタは、Σ1′の変数を中心に５１°の拡がり
を有している。これを移行して識別基準に対して次の式
が生じる：
【００９６】
【数３５】
【００９７】距離が既知であれば、２つの隣接するドッ
プラーフィルタ間の位相回転は正確に前以て計算するこ
とができる。式（５．１６）を用いて次式が成り立つ：
プラーフィルタ間の位相回転は正確に前以て計算するこ
とができる。式（５．１６）を用いて次式が成り立つ：
【００９８】
【数３６】
【００９９】これに応じて複素ベクトルは距離に相応す
る位相を中心に更に回転することができる：
る位相を中心に更に回転することができる：
【０１００】
【数３７】
【０１０１】そこで多目標状況に対する識別空間の決定
は、これまでの実施に従って行われる。例として使用し
た、１０ｄＢのＳＮ比の場合、単一目標状況に対する仮
説が成り立つセクタが、次の角度値によって制限され
る：
は、これまでの実施に従って行われる。例として使用し
た、１０ｄＢのＳＮ比の場合、単一目標状況に対する仮
説が成り立つセクタが、次の角度値によって制限され
る：
【０１０２】
【数３８】
【０１０３】この事実関係は、図１８に示されている。
多目標状況ないし単一目標状況に対する識別基準は次の
ように、式（５．１２）と同一である。
多目標状況ないし単一目標状況に対する識別基準は次の
ように、式（５．１２）と同一である。
【０１０４】
【数３９】
【０１０５】ただしここではベクトルΣ1およびΣ2は距
離方向において並んでおらず、ドップラー方向において
並んでいる。この識別基準の表示は、図１４からわか
る。
離方向において並んでおらず、ドップラー方向において
並んでいる。この識別基準の表示は、図１４からわか
る。
【０１０６】図１９ないし図２２には、ＨＰＲＦ−レー
ダの、種々の条件下での分解能を説明するための実施例
が示されている。
ダの、種々の条件下での分解能を説明するための実施例
が示されている。
【０１０７】図１９のａおよびｂは、距離方向における
２つの目標の、距離方向における分解確率が示されてい
る。反射された信号においては単に２つの目標によって
重畳された振幅が評価される。その際２つの目標は正確
に、おおよそ３００ｍ／ｓのドップラー速度、同じ振幅
を来すことになる同じ反射波横断面および約５０ｋｍの
平均距離を有している。ＨＰＲＦレーダは約３．５ｃｍ
の送信波長によって動作する。送信されたパルス長（検
出時間）は、約７５ｍの距離ゲート長に相応し、受信分
岐の入力側における整合フィルタの帯域幅ＢtxはＢtx＝
０．８５ＭＨｚである。図１９のａには、上述の平均距
離において、目標距離（ｍにおける）、即ち検出すべき
目標間の距離に依存している識別確率Ｐ＿Ａ（％におい
て）が示されている。その際整合フィルタの出力側に４
０ｄＢのＳＮ比が生じるものことを前提とした。図１９
ａから、５０％の検出確率において約１１２ｍの最小目
標距離を有する２つの目標が２つの目標として識別され
ることが明らかである。
２つの目標の、距離方向における分解確率が示されてい
る。反射された信号においては単に２つの目標によって
重畳された振幅が評価される。その際２つの目標は正確
に、おおよそ３００ｍ／ｓのドップラー速度、同じ振幅
を来すことになる同じ反射波横断面および約５０ｋｍの
平均距離を有している。ＨＰＲＦレーダは約３．５ｃｍ
の送信波長によって動作する。送信されたパルス長（検
出時間）は、約７５ｍの距離ゲート長に相応し、受信分
岐の入力側における整合フィルタの帯域幅ＢtxはＢtx＝
０．８５ＭＨｚである。図１９のａには、上述の平均距
離において、目標距離（ｍにおける）、即ち検出すべき
目標間の距離に依存している識別確率Ｐ＿Ａ（％におい
て）が示されている。その際整合フィルタの出力側に４
０ｄＢのＳＮ比が生じるものことを前提とした。図１９
ａから、５０％の検出確率において約１１２ｍの最小目
標距離を有する２つの目標が２つの目標として識別され
ることが明らかである。
【０１０８】図１９のｂに示された例は図１９のａに示
された例とは単に、所望のＳＮ比２５ｄＢを有している
点でのみ相異している。この条件下でも、最小目標距離
は約１０ｍだけ約１２２ｍに拡張される。
された例とは単に、所望のＳＮ比２５ｄＢを有している
点でのみ相異している。この条件下でも、最小目標距離
は約１０ｍだけ約１２２ｍに拡張される。
【０１０９】図２０のａおよびｂには、２つの目標の、
速度方向における分解確率が示されている。その際、図
１９におけるように、反射された目標の和信号の振幅の
みが評価される。２つの目標は正確に、約３００ｍ／ｓ
の平均速度および同じ反射波横断面においておおよそ５
０ｋｍの同じ距離を有している。ＦＦＴの長さは次の通
りであり：ＮＦＦＴ＝２０４８、パルス繰返し周波数は
次の通りであった：ＰＲＦ＝２５０ｋＨｚ。重み付けの
ためにハミング窓が使用された。図２０のａにおいて整
合フィルタの出力側では４０ｄＢのＳＮ比である。その
際目標における５０％の検出確率は、約３．３３ｍ／ｓ
の速度差に対応している。１０ｄＢのＳＮ比において
（図２０Ｂ）、殆ど同じ速度分解が存在している。
速度方向における分解確率が示されている。その際、図
１９におけるように、反射された目標の和信号の振幅の
みが評価される。２つの目標は正確に、約３００ｍ／ｓ
の平均速度および同じ反射波横断面においておおよそ５
０ｋｍの同じ距離を有している。ＦＦＴの長さは次の通
りであり：ＮＦＦＴ＝２０４８、パルス繰返し周波数は
次の通りであった：ＰＲＦ＝２５０ｋＨｚ。重み付けの
ためにハミング窓が使用された。図２０のａにおいて整
合フィルタの出力側では４０ｄＢのＳＮ比である。その
際目標における５０％の検出確率は、約３．３３ｍ／ｓ
の速度差に対応している。１０ｄＢのＳＮ比において
（図２０Ｂ）、殆ど同じ速度分解が存在している。
【０１１０】図２１ａ，ｂおよび図２２ａ，ｂは図１９
のａ，ｂないし図２０のａ，ｂに相応するが、振幅（絶
対値）に対して付加的に位相が評価される点で相異して
いる。
のａ，ｂないし図２０のａ，ｂに相応するが、振幅（絶
対値）に対して付加的に位相が評価される点で相異して
いる。
【０１１１】図２１ａにおいてパラメータは図１９ａの
パラメータに相応している。ＳＮ比は４０ｄＢである。
図から、５０％の検出確率は約２５ｍの目標距離に低下
していることが明らかである。２５ｄＢのＳＮ比では
（図２１のｂ）、この目標距離間隔は再び約５２ｍに拡
大される。
パラメータに相応している。ＳＮ比は４０ｄＢである。
図から、５０％の検出確率は約２５ｍの目標距離に低下
していることが明らかである。２５ｄＢのＳＮ比では
（図２１のｂ）、この目標距離間隔は再び約５２ｍに拡
大される。
【０１１２】図２２ａにおいてパラメータは図２０のａ
のパラメータに相応する。ＳＮ比は４０ｄＢである。５
０％の検出確率は約２．１ｍ／ｓの速度差に低下してい
ることがわかる。最小の速度差は有利にも、著しく低い
ＳＮ比、例えば図２２ｂに示されているように２５ｄＢ
においても維持される。
のパラメータに相応する。ＳＮ比は４０ｄＢである。５
０％の検出確率は約２．１ｍ／ｓの速度差に低下してい
ることがわかる。最小の速度差は有利にも、著しく低い
ＳＮ比、例えば図２２ｂに示されているように２５ｄＢ
においても維持される。
【０１１３】本発明は図示の実施例に制限されず、別の
レーダ、例えばＭＰＲＦまたはＬＰＲＦ方式に従って動
作するパルスドップラーレーダにも使用可能である。
レーダ、例えばＭＰＲＦまたはＬＰＲＦ方式に従って動
作するパルスドップラーレーダにも使用可能である。
【図１】横座標にドップラー周波数ｆおよび速度ｖがと
られ、縦座標に時間ｔおよび距離がとられた距離−２重
マトリクスの略図である。
られ、縦座標に時間ｔおよび距離がとられた距離−２重
マトリクスの略図である。
【図２】周波数０の際の増幅定数を１に固定したとき残
る帯域幅の絶対値スペクトルを示す線図である。
る帯域幅の絶対値スペクトルを示す線図である。
【図３】図２に対応した、ガウスフィルタの正規化され
たインパルス応答の線図である。
たインパルス応答の線図である。
【図４】信号Ｓ（ｔ）の経過および距離ゲートの拡がり
を示す線図である。
を示す線図である。
【図５】重み付けられた単色信号の時間信号を示す線図
である。
である。
【図６】図５に対応する振幅スペクトルを示す線図であ
る。
る。
【図７】パルス・ドップラー・レーダを有する航空機１
および該航空機に近付いて飛来する目標Ｚ１，Ｚ２を略
示する図である。
および該航空機に近付いて飛来する目標Ｚ１，Ｚ２を略
示する図である。
【図８】位相が異なっている２つの目標のスペクトルを
示す線図である。
示す線図である。
【図９】リニヤに変化する位相を有する２つの目標のス
ペクトルを示す線図である。
ペクトルを示す線図である。
【図１０】多目標状況を検出するために振幅を評価する
種々の例を示す線図である。
種々の例を示す線図である。
【図１１】正確に同じ速度、ひいては同じドップラー変
位を有するが、２つの隣接する距離ゲートにおいて現わ
れる２つの目標をモデルとして示す図である。
位を有するが、２つの隣接する距離ゲートにおいて現わ
れる２つの目標をモデルとして示す図である。
【図１２】位相回転を説明する略図である。
【図１３】単一目標に対する識別空間Ｅを示す略図であ
る。
る。
【図１４】多目標状況に対する識別方法を説明するため
の線図である。
の線図である。
【図１５】正確に同じ距離を有するが、ドップラー方向
において部分値ｄｆだけ相異している２つの目標を示す
図である。
において部分値ｄｆだけ相異している２つの目標を示す
図である。
【図１６】２つの隣接するドップラーフィルタと距離と
の関係を示す略図である。
の関係を示す略図である。
【図１７】単一目標および多目標の識別を説明するため
の図である。
の図である。
【図１８】単一目標および多目標の識別を説明するため
の線図である。
の線図である。
【図１９】距離方向における２つの目標の、距離方向に
おける分解確率を示す線図である。
おける分解確率を示す線図である。
【図２０】２つの目標の、速度方向における分解確率を
示す線図である。
示す線図である。
【図２１】図１９に相応する別の分解確率を示す線図で
ある。
ある。
【図２２】図２０に相応する別の分解確率を示す線図で
ある。
ある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−68680（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−6781（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−260382（ＪＰ，Ａ) 西独国特許3620734（ＤＥ，Ｂ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95
Claims (8)
- 【請求項１】 少なくとも１つの目標によって反射され
るレーダ信号を距離および／または速度方向に関して評
価しかつそこから１つまたは複数の目標の存在を推定す
る、パルス・ドップラー・レーダを用いて少なくとも２
つの目標を識別する方法において、少なくとも１つの目
標によって反射されたレーダ信号においてその位相値を
評価し、そこから隣接フィルタないし隣接距離ゲートの
平均位相値を求め、前記隣接フィルタないし隣接距離ゲ
ートの位相値の、その前に計算された平均位相値からの
偏差を求めかつ前記位相値の偏差が所属のしきいを上回
るや否や、多目標状況を識別することを特徴とする少な
くとも２つの目標を識別する方法。 - 【請求項２】 しきい値を、重み付けフィルタの通過後
に受信された信号のＳＮ比に依存して形成する請求項１
記載の少なくとも２つの目標を識別する方法。 - 【請求項３】 重み付けフィルタをガウスフィルタとし
て形成する請求項１または２記載の少なくとも２つの目
標を識別する方法。 - 【請求項４】 それぞれのドップラー領域に対して、隣
接するドップラーフィルタにおける平均位相値を形成す
る請求項１から３までのいずれか１項記載の少なくとも
２つの目標を識別する方法。 - 【請求項５】 それぞれの距離領域（距離ゲート）に対
して、隣接距離ゲートにおける平均位相値を形成する請
求項１から４までのいずれか１項記載の少なくとも２つ
の目標を識別する方法。 - 【請求項６】 振幅値（絶対値）に対して付加的に、計
算された平均位相値に対する位相値の偏差を評価し、か
つ所属のしきい値を上回った際に多目標状況の存在を推
定する請求項１から５までのいずれか１項記載の少なく
とも２つの目標を識別する方法。 - 【請求項７】 パルス・ドップラー・レーダはＨＰＲＦ
モードに従って動作しかつ前記レーダの受信された信号
の位相を評価する請求項１から６までのいずれか１項記
載の少なくとも２つの目標を識別する方法。 - 【請求項８】 パルス・ドップラー・レーダを航空機に
おける機上レーダとして形成する請求項１から７までの
いずれか１項記載の少なくとも２つの目標を識別する方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4131141.8 | 1991-09-19 | ||
| DE4131141A DE4131141A1 (de) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | Verfahren zur unterscheidung mindestens zweier ziele |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249234A JPH05249234A (ja) | 1993-09-28 |
| JP3021978B2 true JP3021978B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=6440946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4184921A Expired - Fee Related JP3021978B2 (ja) | 1991-09-19 | 1992-07-13 | 少なくとも２つの目標を識別する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5311189A (ja) |
| EP (1) | EP0533220B1 (ja) |
| JP (1) | JP3021978B2 (ja) |
| DE (2) | DE4131141A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06342022A (ja) * | 1993-03-17 | 1994-12-13 | Hewlett Packard Co <Hp> | ゲートスペクトル分析方法 |
| FR2712094B1 (fr) * | 1993-11-02 | 1995-12-01 | Thomson Csf | Procédé de détermination du rang d'ambiguïté en distance d'échos radar. |
| WO1998002760A1 (en) * | 1996-06-28 | 1998-01-22 | Milkovich Systems Engineering | Improved fast fourier transform sensor processor using enhanced frequency domain principles |
| AU8500298A (en) * | 1997-07-18 | 1999-02-10 | Kohler Company | Bathroom fixture using radar detector having leaky transmission line to control fluid flow |
| WO1999004285A1 (en) | 1997-07-18 | 1999-01-28 | Kohler Company | Radar devices for low power applications and bathroom fixtures |
| US6250601B1 (en) | 1997-07-18 | 2001-06-26 | Kohler Company | Advanced touchless plumbing systems |
| WO1999031525A1 (en) * | 1997-12-15 | 1999-06-24 | Milkovich Systems Engineering | Signal processing architecture which improves sonar and pulse doppler radar performance and tracking capability |
| US6064331A (en) * | 1998-06-11 | 2000-05-16 | Boeing North American, Inc. | Pulse repetition frequency section method and system |
| US6260759B1 (en) | 1998-08-11 | 2001-07-17 | Northrop Grumman Corporation | Method for tracking a target having substantially constrained movement |
| DE60108403T2 (de) * | 2001-11-24 | 2005-12-29 | Eads Deutschland Gmbh | Verfahren zur Messung mittels einer HPRF-Radaranlage |
| US6798374B1 (en) | 2002-11-05 | 2004-09-28 | Decatur Electronics Inc. | Traffic surveillance radar using ranging for accurate target identification |
| DE10258097A1 (de) * | 2002-12-11 | 2004-07-01 | Robert Bosch Gmbh | Einrichtung zur Abstands- und Geschwindigkeitsmessung von Objekten |
| WO2005109033A1 (ja) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | レーダ |
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