JP3290846B2 - スーパーレゾリューションアレイ装置 - Google Patents

スーパーレゾリューションアレイ装置

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JP3290846B2
JP3290846B2 JP07628495A JP7628495A JP3290846B2 JP 3290846 B2 JP3290846 B2 JP 3290846B2 JP 07628495 A JP07628495 A JP 07628495A JP 7628495 A JP7628495 A JP 7628495A JP 3290846 B2 JP3290846 B2 JP 3290846B2
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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、ビーム幅内の近接し
た複数目標の方向を探知するためのスーパーレゾリュー
ションアレイ(以下、SRAと略す)装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、アレイアンテナ装置にお
けるスーパーレゾリューション技術は、同一レンジ、同
一速度を持つビーム幅内の複数目標を角度方向に分解す
る技術である。この代表的な方式として、アダプティブ
技術を用いる方式(K.Takao,“An Adaptive Array Util
izing an Adaptive Spetial Averaging Technique forM
ultipath Environments”, IEEE Trans. AP., vol.AP-3
5, No.12, pp.1389-1396, Dec.(1987) )がある。この
方式によるSRA装置の構成を図2に示す。
【0003】図2において、1〜Nはアンテナ素子であ
り、それぞれの素子出力は周波数変換器11〜1Nによ
って中間周波数帯に周波数変換された後、A/D変換器
21〜2Nでデジタル信号(以下、素子データと称す
る)に変換される。各素子データはSRA処理回路5に
供給され、同時に乗算器41〜4Nに供給される。
【0004】ここで、SRA処理回路5は入力したN個
の素子データから同一レンジ、同一速度を持つビーム幅
内の複数目標を角度方向に分解し、その結果から各素子
データに対する複素ウェイトを算出する。各乗算器41
〜4NはSRA処理回路5で算出された複素ウェイトを
入力素子データに付加して出力する。このように、SR
A処理回路5からの複素ウェイトを付けられた素子デー
タは合成回路6で合成され、SRAデータとして出力さ
れる。
【0005】ここで、メインビームのピーク方向のレベ
ルを拘束する一般的な方式を用いた場合で考える。複数
目標が存在する場合、考えられる方向で所用の分解能が
得られるように角度分解し、それぞれの方向に順次拘束
条件を設定し、アダプテーションを行う。そして、アダ
プテーション後のビーム出力をディスプレイすれば、拘
束方向以外の波が除去されたSRAの出力が得られるこ
とになる。
【0006】但し、ある目標方向に拘束条件を設定した
とき、他の目標と互いに相関を持たない場合は拘束条件
方向の目標は除去されないが、レーダで観測する目標の
ように、複数目標信号が互いに相関を持っている場合に
は、電力最小化する目的で拘束条件方向の目標と他の目
標を打ち消す動作となる。したがって、所望の目標信号
を検出することができない。
【0007】これを防ぐために、前述の文献に空間平均
処理法が提案されている。この処理法は、図3に示すよ
うに、N素子アレイをL素子毎のサブアレイに分割し、
それを1素子ずつずらしたM(M=N−L)個のサブア
レイについて、それぞれ相関マトリクスRxxm (m=
1,2,…,M)を算出する。ここで、
【0008】
【数1】 である。但し、{ }はM×M行列、E[ ]は時間平
均を表す。そして、各相関マトリクスRxxm の平均をと
ることにより、複数目標間の相関成分を除去する。
【0009】
【数2】 これを用いて最適ウェイトWopt を求める。例えば、方
向拘束付出力電力最小化法(K.Takao,“An Adaptive An
tenna Array under Directional Constraint”,IEEE Tr
ans. AP., vol.AP-24, pp.662-669, Sept.(1987) )に
よれば、
【0010】
【数3】 と表せる。ここで、
【0011】
【数4】 である。そこで、拘束点方向を順次ずらせながら、
(4)式の複素ウェイトWopt を算出し、設定した場合
のビーム出力を記録することにより、図4に示すよう
に、近接目標を角度方向に分離したSRA出力が得られ
る。
【0012】しかしながら、上記のような従来のSRA
装置では、(4)式から明らかなように、拘束演算を行
うために複雑な行列演算を行わなければならず、演算に
時間を要するため、SRA出力を得るのに時間がかか
る。また、レーダ動作の場合の処理方法の具体的な構成
例が見当たらない。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
のSRA装置では、拘束点の演算のために複雑な行列演
算を要し、SRA出力を得るのに時間がかかっていた。
また、レーダ動作の場合の具体的な構成方法が案出され
ていない。
【0014】そこでこの発明は上記の課題を解決するた
めになされたもので、ビーム幅内の近接した複数目標を
比較的簡易な演算により高速に分離することができるス
ーパーレゾリューションアレイ装置を提供することを目
的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係るスーパーレゾリューションアレイ装
置は、N(Nは自然数)素子アレイの各アンテナ素子で
捕捉された高周波信号をそれぞれ中間周波数帯に周波数
変換するN個の周波数変換器と、このN個の周波数変換
器の変換出力をそれぞれデジタル信号に変換して素子デ
ータを得るN個のアナログ/デジタル変換器と、このN
個のアナログ/デジタル変換器から出力される素子デー
タを所定時間分、例えばレーダ動作の少なくとも1パル
ス繰り返し周期内の予め予測した目標の距離範囲分記憶
するメモリと、このメモリに記憶された各素子データに
それぞれ第1の複素ウェイトを付加するN個の第1の乗
算器と、このN個の第1の乗算器の出力を合成する第1
の合成回路と、前記メモリに記憶された各素子データに
ついて、互いに隣接するデータ間の差分データを得るN
−1個の第1の減算回路と、このN−1個の第1の減算
回路の出力データにそれぞれ第2の複素ウェイトを付加
するN−1個の第2の乗算器と、このN−1個の第2の
乗算器の出力を合成する第2の合成回路と、前記第1の
合成回路の出力と前記第2の合成回路の出力との差分デ
ータを求める第2の減算回路と、前記N−1個の第1の
減算回路の出力データ及び前記第2の減算回路の出力デ
ータから同一レンジ、同一速度を持つビーム幅内の複数
目標を角度方向に分解し、その結果に基づいて前記第
1、第2の複素ウェイトを算出するスーパーレゾリュー
ションアレイ処理回路とを具備して構成される。
【0016】
【作用】上記構成によるスーパーレゾリューションアレ
イ処理装置では、各アンテナ素子で捕捉された高周波信
号をそれぞれ周波数変換器で中間周波数帯に周波数変換
した後、それぞれA/D変換器でデジタル信号に変換し
て、素子データとして所定時間分、例えばレーダ動作の
少なくとも1パルス繰り返し周期内の予め予測した目標
の距離範囲分メモリに記憶しておく。そして、メモリに
記憶された各素子データについて、一方でそれぞれ第1
の複素ウェイトを付加して合成し、他方で互いに隣接す
るデータ間の差分データを得て、第2の複素ウェイトを
付加して合成し、両合成データについて差分データを求
め、隣接データ間の差分データと共にスーパーレゾリュ
ーションアレイ処理回路に入力し、当該回路にて入力デ
ータから同一レンジ、同一速度を持つビーム幅内の複数
目標を角度方向に分解し、その結果に基づいて前記第
1、第2の複素ウェイトを算出するようにしている。
【0017】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
詳細に説明する。尚、ここでは説明を簡単にするため、
リニアアレイの場合について考える。また、図1におい
て、図2と同一部分に同一符号を付して示す。
【0018】図1はその構成を示すもので、N素子リニ
アアレイのアンテナ素子1〜Nでそれぞれ捕捉されたR
F信号は、周波数変換器11〜1Nによって中間周波数
帯に周波数変換された後、A/D変換器21〜2Nによ
りデジタル信号なる素子データxi (i=1,2,…,
N)に変換され、メモリ3にレーダ動作の1PRI(Pu
lse Repetition Interval ;パルス繰り返し周期)分記
憶される。
【0019】記憶された素子データは適当な間隔で読み
出され、乗算器41〜4Nで後述のSRA処理回路9か
ら与えられる複素ウェイトが付けられる。このように重
み付け処理された素子データは、合成回路(Σ)6で合
成されると共に、互いに隣接したデータ同士がそれぞれ
減算回路71〜7(N−1)に入力され、その差分デー
タが演算される。
【0020】各減算回路71〜7(N−1)で得られる
差分データはそれぞれ乗算器81〜8(N−1)でSR
A処理回路9から与えられる複素ウェイトが付けられ、
合成回路(Σ)10で合成される。
【0021】この合成出力は上記合成回路6の合成出力
と共に減算回路A1に入力され、ここで両者の差分デー
タが求められる。ここで求められた差分データは上記減
算回路71〜7(N−1)で求められた差分データと共
にSRA処理回路9に入力される。このSRA処理回路
9は入力した差分データから同一レンジ、同一速度を持
つビーム幅内の複数目標を角度方向に分解し、その結果
に基づいてメモリ3から読み出される各素子データに対
する複素ウェイト、減算回路71〜7(N−1)から出
力される差分データに対する複素ウェイトを算出する。
上記構成において、以下にSRA処理回路9の具体的な
処理内容を説明する。まず、ビーム出力yは素子データ
xi と複素ウェイトWi を用いて、
【0022】
【数5】 と表せる。ここで、複素ウェイトWi は所定の指向方向
とサイドローブ等のビーム形状から決まる係数である。
次に、隣接する素子データの差bi を次式で定義する。
【0023】
【数6】
【0024】続いて、bi を用いてL素子ずつのサブア
レイを1列ずつずらせたM個の相関行列Rxxm (m=
1,2,…,M;M=N−L−1)を計算し、さらにそ
れらの平均をとってRxxa を算出する。
【0025】
【数7】
【0026】また、m番目(m=1〜M)のサブアレイ
の成分bm (bi ;i=(m−1)L+1〜mL)を用
いて、ビーム出力yとbm との相関rxym を次式で定義
する。
【0027】
【数8】 この平均は次式となる。
【0028】
【数9】 Rxxa とRxya を用いて最適ウェイトWopt は次式で表
される。
【0029】
【数10】
【0030】以上の処理内容から明らかなように、従来
方式における(4)式の演算が逆行列演算を3回必要と
するのに対して、この発明の方式に係る(14)式の演
算は1回ですむ。よって、この発明による方式を採用す
ることで、演算速度の高速化を実現することができる。
【0031】ところで、(14)式のウェイトを設定す
ることによってSRA出力が得られるが、この場合、指
向方向に対してはbi は0である(xi の差信号である
ため)ので、その合成出力も0であり、yの指向方向に
対するレスポンスは変化しない。逆に言えば、指向方向
以外の到来波は最適ウェイトにより除去されることにな
る。したがって、この指向方向を所定の分解能に対して
順次変化させることにより、SRA出力が得られること
になる。
【0032】また、複数目標が互いに相関を持たない場
合には、M=N−1,L=1を選び、空間平均処理を行
わずに全開口を用いることができるのは言うまでもな
い。また、メモリ3に記憶する素子データとしては、メ
モリが足らない場合には必ずしも1PRI分の全素子デ
ータをメモリする必要はなく、予め予測した目標の距離
範囲分のみのデータを記憶させ、処理できるようにすれ
ばよい。
【0033】また、S/N(信号電力/熱雑音電力)が
不足する場合は、上記の処理を数PRI分行い、積分す
ればよい。この場合、メモリするのは複数PRI分でも
よい。
【0034】また、レーダ動作で説明したが、受信のみ
の場合にも、所定の時間の素子データをメモリしてお
き、同様の処理を施せば、ビーム幅内の近接した目標を
分離できる。
【0035】したがって、上記構成によるSRA装置で
は、アンテナ素子信号をデジタル信号に変換した後、メ
モリし、隣接する差信号を用いてSRA処理することに
より、比較的簡易な演算とすることができる。尚、この
発明は上述した実施例に限定されず、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
ことはいうまでもない。
【0036】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ビ
ーム幅内の近接した複数目標を比較的簡易な演算により
高速に分離することができるスーパーレゾリューション
アレイ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SRA装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。
【図2】従来のSRAの構成図である。
【図3】複数目標が互いに相関を持つ場合のSRA処理
回路の具体的な処理内容を表す図である。
【図4】従来のSRA装置の動作を説明するための図で
ある。
【符号の説明】
1〜N…アンテナ素子、11〜1N…周波数変換器、2
1〜2N…A/D変換器、3…メモリ、41〜4N…乗
算器、5…SRA処理回路、6…合成回路、71〜7
(N−1)…減算回路、81〜8(N−1)…乗算器、
9…SRA処理回路、10…合成回路、A1…減算回
路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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】 N(Nは自然数)素子アレイの各アンテ
    ナ素子で捕捉された高周波信号をそれぞれ中間周波数帯
    に周波数変換するN個の周波数変換器と、 このN個の周波数変換器の変換出力をそれぞれデジタル
    信号に変換して素子データを得るN個のアナログ/デジ
    タル変換器と、 このN個のアナログ/デジタル変換器から出力される素
    子データを所定時間分記憶するメモリと、 このメモリに記憶された各素子データにそれぞれ第1の
    複素ウェイトを付加するN個の第1の乗算器と、 このN個の第1の乗算器の出力を合成する第1の合成回
    路と、 前記メモリに記憶された各素子データについて、互いに
    隣接するデータ間の差分データを得るN−1個の第1の
    減算回路と、 このN−1個の第1の減算回路の出力データにそれぞれ
    第2の複素ウェイトを付加するN−1個の第2の乗算器
    と、 このN−1個の第2の乗算器の出力を合成する第2の合
    成回路と、 前記第1の合成回路の出力と前記第2の合成回路の出力
    との差分データを求める第2の減算回路と、 前記N−1個の第1の減算回路の出力データ及び前記第
    2の減算回路の出力データから同一レンジ、同一速度を
    持つビーム幅内の複数目標を角度方向に分解し、その結
    果に基づいて前記第1、第2の複素ウェイトを算出する
    スーパーレゾリューションアレイ処理回路とを具備する
    スーパーレゾリューションアレイ装置。
  2. 【請求項2】 前記スーパーレゾリューションアレイ処
    理回路は、 前記第1の複素ウェイトをビームの指向方向と形状から
    決定して前記第1の乗算器に送出する手段と、 前記隣接する素子データの差分データを用いてL素子ず
    つのサブアレイを1列ずつずらせたM個の相関行列Rxx
    m (m=1,2,…,M;M=N−L−1)を計算し、
    さらにそれらの平均値Rxxa ,Rxya を算出する手段
    と、 前記相関行列Rxxm 及び平均値Rxxa ,Rxya を用いて
    最適ウェイトを算出する手段と、 前記第1の複素ウェイトを変化させて順次ビーム指向方
    向を変え、前記最適ウェイトを前記第2の複素ウェイト
    として第2の乗算器に送出する手段とを備えるようにし
    たことを特徴とする請求項1記載のスーパーアレイレゾ
    リューションアレイ装置。
  3. 【請求項3】 前記メモリは、前記N個のアナログ/デ
    ジタル変換器から出力される素子データをレーダ動作の
    少なくとも1パルス繰り返し周期内の予め予測した目標
    の距離範囲分記憶するようにしたことを特徴とする請求
    項1記載のスーパーアレイレゾリューションアレイ装
    置。
  4. 【請求項4】 前記メモリは、前記N個のアナログ/デ
    ジタル変換器から出力される素子データをレーダ動作の
    少なくとも複数パルス繰り返し周期分記憶するように
    し、 さらに前記メモリに記憶した素子データを積分処理する
    積分手段を備えるようにしたことを特徴とする請求項1
    記載のスーパーアレイレゾリューションアレイ装置。
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