JP3181416B2 - 移動目標検出用レーダ装置 - Google Patents

移動目標検出用レーダ装置

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JP3181416B2
JP3181416B2 JP02419493A JP2419493A JP3181416B2 JP 3181416 B2 JP3181416 B2 JP 3181416B2 JP 02419493 A JP02419493 A JP 02419493A JP 2419493 A JP2419493 A JP 2419493A JP 3181416 B2 JP3181416 B2 JP 3181416B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、航空機等の移動体に
搭載され、特に海面上等を低速で移動中の小目標を検出
する移動目標検出用レーダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】移動体搭載のレーダ装置によって移動目
標を検出する方式の一つとして、DPCA(Displaced
Phase Center Antenna)と称される処理が知られてい
る。図9にDPCAの処理系統の一例を示す。
【0003】図9において、空中線装置11はR,L2
つの空中線111,112を備える。これらの空中線1
11,112は、移動体の飛行平面に平行に、適当な距
離を離して配置され、所定のビーム幅で電力を放射、受
信する。
【0004】送受信装置12は各空中線111,112
を通じて2つのパルスを一定周期で繰り返し送出し、そ
の反射信号を受信する。すなわち、送信波形の生成、受
信電力の増幅、周波数変換、直交検波を行う。この送受
信装置12で得られたL,R2つの受信信号は共に信号
処理装置13に送られる。
【0005】この信号処理装置13では、A/D(アナ
ログ/デジタル)変換器131で2つの受信信号をデジ
タル信号に変換した後、DPCA処理器132に送る。
このDPCA処理器132は一方のデジタル受信信号を
PRI(送信パルス繰返し周期)遅延回路132aによ
りPRI相当分遅延した後、減算回路132bで他方の
デジタル受信信号を減算することでクラッタ成分を抑圧
する。目標検出器133はDPCA処理器132の出力
から残留クラッタ成分を除去した後、目標信号を検出す
る。このようにして信号処理装置13で得られた目標信
号は表示器14に送られ、適宜表示される。ここで、図
10を参照して、上記DPCA処理器132が理想的な
動作を説明する。
【0006】図10は、(A0)に示すように受信ビー
ム内で被搭載移動体の速度方向に垂直な方向からの成分
を受信する場合、(B0)に示すように垂直以外の方向
からの成分を受信する場合において、それぞれDPCA
周波数レスポンスを(A1),(B1)に、受信される
反射スペクトラムを(A2,B2)に、DPCA処理後
のスペクトラムを(A3),(B3)に例示している。
【0007】すなわち、被搭載移動体の速度方向に垂直
な方向からの受信信号は、自機移動によるドプラの影響
を受けず、海面からの不要反射(クラッタ)はドプラ0
[Hz]を中心に広がり、同時にDPCA周波数レスポンス
のノッチは0[Hz]に形成される。
【0008】一方、垂直以外の方向からの受信信号は、
自機移動によるドプラにより周波数軸上でシフトするの
で、これに伴って海面からの不要反射もシフトし、同時
にDPCA周波数のレスポンスのノッチも海面からの不
要反射スペクトラムの中心に形成される。
【0009】このように、DPCA処理方式によれば、
ビーム内全ての方向に対してDPCA周波数レスポンス
のノッチと海面からの不要反射スペクトラムの中心が重
なり合うので、最終的にビーム内全ての海面からの不要
反射を有効に抑圧することができる。
【0010】ところで、従来の航空機搭載用レーダ装置
にあっては、対象とする移動目標がたいていの場合は航
空機、ミサイル等の、高いドプラ周波数を示すような高
速移動体である。よって、DPCAによる処理を行え
ば、地表反射あるいは海面反射による不要反射信号のみ
を有効に抑圧することができ、確実に目標を検出するこ
とができる。この様子を図11に示す。
【0011】しかしながら、地表あるい海面上をゆっく
りとした速度に移動する低速移動目標を検出使用とする
場合には、目標自体のドプラ周波数が低く、不要反射信
号のドプラ周波数の広がりに近い(場合によっては重な
ってしまう)ため、DPCA処理のみでは目標信号の電
力も抑圧されてしまい、目標を探知することができなく
なってしまう。この現象は不要反射信号スペクトラムの
広がりが大きい環境下(海面上等)に存在する低速目標
に対して顕著である。この様子を図12に示す。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のDPCA処理方式による移動体搭載の移動目標検出
用レーダ装置では、地表上あるいは海面上の低速目標を
検出しようとすると、不要反射成分の抑圧時に目標信号
をも抑圧してしまうため、目標検出が困難であった。
【0013】この発明は上記の問題を解決するためにな
されたもので、ドプラ周波数の低い地表面または海面か
らの不要反射信号を抑圧しつつ、これに非常に近接した
ドプラ周波数を持つ低速目標を適確に探知することので
きる移動目標検出用レーダ装置を提供することを目的と
する。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明に係る移動体搭載の移動目標検出用レーダ装
置は、所定間隔で配置される一対の空中線と、一定周期
で繰り返し送信される送信パルスの反射信号を前記一対
の空中線それぞれで受けて2つの受信信号を取得し、一
方の受信信号を前記送信パルスの繰り返し周期分遅延
し、他方の受信信号と減算処理することでクラッタ成分
を抑圧するDPCA(Displaced Phase Center Antenn
a)処理手段と、前記DPCA処理手段の処理結果につ
いて高速フーリエ変換を施して時間軸上の信号から周波
数軸上の信号に変換し、周波数解析によりクラッタ成分
のみをさらに抑圧するFFT(Fast Fourier Transfor
m)処理手段と、前記FFT処理手段の処理結果から移
動目標によるドプラ周波数成分を検出する目標検出手段
とを具備したことを特徴とする。特に、前記FFT処理
手段は、予め移動目標のドプラ周波数が得られると推定
される範囲内にFFTフィルタバンクを設け、各バンク
内での周波数解析を行うことを特徴とする。
【0015】
【作用】上記構成による移動目標検出用レーダ装置で
は、DPCA処理手段とFFT処理手段を直列に組み合
わせ、低速移動目標のドプラ周波数が得られると推定さ
れる範囲内にいくつかのFFTフィルタバンクを設け、
この各バンク内での周波数解析を高精度に行うようにし
ている。
【0016】
【実施例】以下、図1乃至図8を参照してこの発明の実
施例を詳細に説明する。尚、図1、図3、図6におい
て、図9と同一部分には同一符号を付して示し、それぞ
れ異なる部分を中心に説明する。
【0017】図1はこの発明に係るレーダ装置の第1の
実施例を示すもので、信号処理装置13において、DP
CA処理器132と直列にFFT(高速フーリエ変換)
処理器134を設けたことを特徴とする。
【0018】すなわち、R,Lなる2つの空中線11
1,112で受信された反射信号は、R,Lそれぞれ送
受信装置12においてビデオ信号に周波数変換され、信
号処理装置13の入力段にあるA/D変換器131でデ
ジタル信号に変換される。
【0019】これらのデジタル受信信号を入力したDP
CA処理器132は、一方の受信信号をPRI遅延回路
132aによりPRI相当分遅延した後、減算回路13
2bで他方の受信信号を減算することでクラッタ成分を
抑圧する。
【0020】ここで、低速移動目標を対象とする場合、
前述したように、目標からの受信信号はドプラ周波数が
低いので、DPCA処理を行うと目標信号自体の減衰が
大きくなり、所要のSC比(目標からの受信信号/クラ
ッタからの受信信号)改善が得らず、目標検出が困難に
なる。
【0021】そこで、上記実施例では、DPCA処理器
132とFFT処理器134を直列に組み合わせ、低速
移動目標のドプラ周波数が得られると推定される範囲内
にいくつかのFFTフィルタバンクを設け、この各バン
ク内での周波数解析を高精度に行うこととした。
【0022】図2にその様子を示す。図2(a)は受信
ビーム内のある方向に対する信号処理の周波数レスポン
スを示しており、図中AはDPCAのレスポンス、Bは
あるFFTフィルタバンクのレスポンスである。いま、
図2(b)に示すように、ドプラ周波数軸上で海面クラ
ッタの周波数分布に近接した目標信号成分があった場
合、図2(c)に示すように、海面クラッタ成分はDP
CA処理によって抑圧されるが、目標成分はFFTフィ
ルタバンク内にあるため、そのフィルタリング処理によ
ってほぼそのままの電力が得られ、所要のSC比改善が
なされる。
【0023】したがって、上記構成によるレーダ装置
は、目標検出器133において、ピーク検波等の処理を
行うことで目標を検出することができるようになり、こ
れによって表示器14に低速移動目標の位置を表示可能
となる。
【0024】ところで、できるだけ低速の移動目標を探
知したい場合、FFT処理器134では一つ当りのFF
Tフィルタバンクの周波数幅を狭くすればよい。これ
は、FFTポイント数を増やすことで実現できる。しか
しながら、同時に処理時間が増加してしまうため、リア
ルタイム処理が困難になる。特に、ビームを走査しなが
ら目標を捜索する場合には、短時間にFFT処理を完了
させなければならないので、ポイント数はあまり多くす
ることはできない。ポイント数を一定とするならば、サ
ンプリング時間を長くすることでフィルタバンクの周波
数幅を狭くすることができる。一方、DPCA処理にお
いては、ドプラ周波数軸上に広がった不要反射信号をで
きるだけ抑圧したいので、PRI遅延時間を短くするこ
とが要望される。
【0025】図3にその様子を示す。まず、PRI遅延
時間が長い場合、図3(A1)に示すように、クラッタ
成分に対してDPCA周波数レスポンスのノッチが狭く
なり、図3(A2)に示すようにDPCA出力の残留ク
ラッタが大きくなってしまう。これに対し、PRI遅延
時間を短くすると、図3(B1)に示すように、DPC
A周波数レスポンスが周波数方向に広がるため、図3
(B2)に示すようにDPCA出力の残留クラッタを小
さくすることができる。
【0026】図1の構成では、A/D変換器131の一
方のデジタル受信信号をRx(R)データ、他方のデジ
タル受信信号をRx(L)データ、PRI遅延時間をT
(1/パルス繰り返し周期)[sec]一定とすると、DP
CA処理器132におけるRx(R)データ(R(t) ,
R(t+T) ,R(t+2T) ,…)、Rx(L)データ(L(t)
,L(t+T) ,L(t+2T) ,…)、FFT処理器134の
入力データ(DO(t),DO(t+T) ,DO(t+2T) ,…)
及びその出力データ(FO(t) ,FO(t+T),FO(t+2
T) ,…)のタイミング関係は図4に示すようになる。
この場合、 FFTサンプリング時間(T*)−PRI遅延時間(T) となる。
【0027】よって、FFT処理器134のフィルタバ
ンクは、図5(DPCA,FFTの周波数レスポンス特
性)に示すように、FFTポイント数だけしか存在しな
い。このときのFFT周波数分解能frはおよそPRF
/P(P:FFTポイント数)となり、PRF内に低速
目標検出するには限界がある。
【0028】図6は以上のような点を考慮した第2の実
施例を示すもので、空中線切換器15は2つの空中線1
11,112をパルス繰り返し周期で選択的に送受信装
置12に接続する。送受信装置13はRx(R,L)時
分割受信信号を得る。信号処理装置13では、1系統の
みのA/D変換器131で入力する受信信号をデジタル
受信信号に変換し、DPCA処理器132において、デ
ジタル受信信号を2系統に分け、一方をPRI遅延回路
132aでPRI相当分遅延し、減算回路132bで他
方の受信信号を減算し、その減算出力をFFT処理器1
34に供給してFFT処理する。
【0029】この構成では、DPCA処理器132のR
x入力データ、FFT入力データ、FFT出力データの
タイミング関係は図7に示すようになる。この場合は、
DPCA処理器132の出力データの更新が2×Tごと
(FFTサンプリング時間はDPCA処理のPRI遅延
時間の2倍の長さ)に行われるので、一つ当りのFFT
フィルタバンクの幅fr′は、図8に示すように図1の
構成のときのfrの1/2となり、周波数分解能を上げ
ることができる。
【0030】したがって、DPCA処理のPRI遅延時
間に対してFFTサンプリング時間を長くすることによ
り、より低い速度の目標検出性能を向上させることがで
きる。
【0031】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記実施例では2パルスのDPC
A処理を行う場合について述べたが、2パルス以上の場
合でもこの発明を適用できることはいうまでもない。そ
の他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
も、同様に実施可能である。
【0032】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ドプラ
周波数の低い地表面または海面からの不要反射信号を抑
圧しつつ、これに非常に近接したドプラ周波数を持つ低
速目標を適確に探知することのできる移動目標検出用レ
ーダ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る移動目標検出用レーダ装置の第
1の一実施例の構成を示すブロック図。
【図2】同実施例の信号処理動作を説明するための周波
数特性図。
【図3】同実施例のDPCA処理レートと処理結果との
関係を説明するための周波数特性図。
【図4】同実施例のDPCA入出力データ、FFT入出
力データのタイミング関係を示すタイミング図。
【図5】同実施例のFFT周波数分解能を説明するため
の周波数特性図。
【図6】この発明に係る第2の実施例の構成を示すブロ
ック図。
【図7】同実施例のDPCA入出力データ、FFT入出
力データのタイミング関係を示すタイミング図。
【図8】同実施例のFFT周波数分解能を説明するため
の周波数特性図。
【図9】従来のDPCA処理方式による移動目標検出用
レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図10】上記DPCA処理方式の概要を説明するため
の図。
【図11】目標が高速移動体である場合のDPCA処理
結果を示す周波数特性図。
【図12】目標が低速移動体である場合のDPCA処理
結果を示す周波数特性図。
【符号の説明】
11…空中線装置、111,112…空中線、12…送
受信装置、13…信号処理装置、131…A/D変換
器、132…DPCA処理器、132a…PRI遅延回
路、132b…減算回路、133…目標検出器、134
…FFT処理器、14…表示器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−54476(JP,A) 特開 昭63−247682(JP,A) 特開 昭59−105576(JP,A) 特開 平2−66464(JP,A) 特開 平5−27021(JP,A) 特開 昭58−167980(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動体に搭載される移動目標検出用レー
    ダ装置において、 所定間隔で配置される一対の空中線と、 一定周期で繰り返し送信される送信パルスの反射信号を
    前記一対の空中線それぞれで受けて2つの受信信号を取
    得し、一方の受信信号を前記送信パルスの繰り返し周期
    分遅延し、他方の受信信号と減算処理することでクラッ
    タ成分を抑圧するDPCA(Displaced Phase Center A
    ntenna)処理手段と、 前記DPCA処理手段の処理結果について高速フーリエ
    変換を施して時間軸上の信号から周波数軸上の信号に変
    換し、周波数解析によりクラッタ成分のみをさらに抑圧
    するFFT(Fast Fourier Transform)処理手段と、 前記FFT処理手段の処理結果から移動目標によるドプ
    ラ周波数成分を検出する目標検出手段とを具備すること
    を特徴とする移動目標検出用レーダ装置。
  2. 【請求項2】 前記FFT処理手段のFFTサンプル時
    間を前記DPCA処理手段の遅延時間より長くするよう
    にしたことを特徴とする請求項1記載の移動目標検出用
    レーダ装置。
  3. 【請求項3】 前記DPCA処理手段は、前記2つの受
    信信号を前記送信パルスの繰り返し周期で交互に取り出
    して時分割受信信号を生成し、この時分割受信信号を前
    記送信パルスの繰り返し周期分遅延し、遅延前の時分割
    受信信号と減算処理することを特徴とする請求項1記載
    の移動目標検出用レーダ装置。
  4. 【請求項4】 前記FFT処理手段は、予め移動目標の
    ドプラ周波数が得られると推定される範囲内にFFTフ
    ィルタバンクを設け、各バンク内での周波数解析を行う
    ことを特徴とする請求項1記載の移動目標検出用レーダ
    装置。
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KR101356169B1 (ko) * 2012-09-06 2014-01-24 국방과학연구소 Fmcw 레이더 시스템 및 fmcw 레이더 시스템의 레이더센서 운용방법

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JP5247077B2 (ja) * 2007-07-11 2013-07-24 三菱電機株式会社 移動目標検出装置

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