JP3546859B2 - Pulse compression apparatus and pulse compression method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波を用いて反射体を検出するレーダ装置等に広く用いられるパルス圧縮装置及びパルス圧縮方法に関し、特に反射体の検出能力を改良したパルス圧縮装置及びパルス圧縮方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルス圧縮とは、送信信号の振幅を低く抑える代わりに、パルス幅を長くすることにより所要の平均送信電力を確保しつつ、パルスを長くした分、距離分解能が劣化しないように送信パルス内に変調をかけ、受信信号に対しての計算処理によりパルス幅を狭くして距離分解能を確保する技術である。
【０００３】
図４［ａ］は、パルス圧縮装置の第一従来例を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００４】
第一従来例のパルス圧縮装置は、レーダ装置に用いられる一般的なものである。このパルス圧縮装置では、受信信号がパルス圧縮フィルタ部１に入力される。同時にパルス圧縮フィルタ部１では、参照信号記憶部３に格納された参照信号を読み取る。参照信号とは、送信信号、又は事前に測定するなどして得た検出位置が既知である受信信号のことである。パルス圧縮フィルタ部１は、これらの受信信号及び参照信号を用いて相関処理であるパルス圧縮処理を行い、その結果を目標検出部２へ出力する。パルス圧縮フィルタ部１から出力される信号には、目標である反射体の位置に対応して検出時間が現れ、反射体からの反射強度に対応して振幅が変化するピークが現れる。目標検出部２においては、この信号に対し一定しきい値を越えた信号を抽出するなどして検出処理を行い、検出した信号の検出位置や強度などを目標検出結果として出力する。
【０００５】
図４［ｂ］は、パルス圧縮装置の第二従来例を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図４［ａ］と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【０００６】
第二従来例のパルス圧縮装置は、第一従来例のパルス圧縮装置に対し、逆関数フィルタ処理を追加したものである。逆関数フィルタ部４では、受信信号に対するパルス圧縮フィルタ部１からのパルス圧縮処理後の信号と、逆関数フィルタ処理を行うためのフィルタ係数発生部６で作成されるフィルタ係数とを用い、逆関数フィルタ処理を行った結果を出力する。逆関数フィルタ部４の出力信号は、パルス圧縮フィルタ部１で入力する受信信号を、下記式１で表現されるフィルタを通過させて得られる信号と、等価となる。これにより、サイドローブレベルを低減する効果が期待できる。
【０００７】
Ｈ（ω）＝Ｓ＊（ω）／｛α＋（１−α）｜Ｓ（ω）｜２｝・・・（式１）
Ｓ（ω）：パスル圧縮信号のスぺクトラム、α：定数（１＞α≧０）
【０００８】
ここで言うサイドローブとは、処理後の信号において反射体の検出位置の前後に生じる振幅の大きな不要信号のことである。このサイドローブレベルが受信機の内部雑音信号などによる装置のノイズレベルを越えて現れた場合、サイドローブを目標位置として誤検出したり、サイドローブ内にある小目標の検出を妨げたりする。したがって、目標の正確な検出のためには、できるだけサイドローブを低減する必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第一従来例では、大目標付近に存在する小目標の検出が困難であった。パルス圧縮処理波形において検出される目標信号付近には、参照信号波形の相関時間に相当するサイドローブが存在する。そのため、大目標におけるパルス圧縮処理波形のサイドローブが存在する位置に小目標があると、その小目標の信号がサイドローブに埋もれてしまう。
【００１０】
その問題を解決するために考案された第二従来例では、サイドローブ内にあるために検出できなかった小目標を検出できるようになるものの、低Ｓ／Ｎ目標の検出が困難となってしまうという問題があった。その理由は、逆関数フィルタ部を追加することにより、サイドローブが低減されるので大目標付近の小目標の検出が可能となるものの、パルス圧縮後の信号におけるＳ／Ｎ特性が劣化するため、低Ｓ／Ｎ目標の検出が困難となってしまうためである。
【００１１】
【発明の目的】
このように、従来技術では、サイドローブ内の小目標を検出しようとすると低Ｓ／Ｎ目標を検出できなくなり、逆に低Ｓ／Ｎ目標を検出しようとするとサイドローブ内の小目標を検出できなくなるという問題があった。そこで、本発明の目的は、サイドローブ内の小目標の検出と低Ｓ／Ｎ目標の検出とを両立できる、パルス圧縮装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るパルス圧縮装置は、参照信号を記憶する参照信号記憶部と、受信信号に対し前記参照信号に基づきパルス圧縮処理を施して出力するパルス圧縮フィルタ部と、前記参照信号を用いて逆関数フィルタ係数を算出するフィルタ係数発生部と、前記パルス圧縮フィルタ部からの出力信号に対して前記逆関数フィルタ係数を用い、指定領域に対して逆関数フィルタ処理を施して出力する逆関数フィルタ部と、この逆関数フィルタ部の出力信号から目標信号を抽出し、その目標の位置及び信号強度を出力する第一の目標検出部と、前記パルス圧縮フィルタ部の出力信号から目標信号を抽出し、その目標の位置及び信号強度を出力する第二の目標検出部と、前記第二の目標検出部の出力信号からサイドローブレベルがノイズレベルを越える目標を抽出し、その目標を含む領域を前記指定領域として前記逆関数フィルタ部へ出力する統合処理部と、を備えたものである（請求項１）。
【００１３】
また、前記統合処理部は、前記第一及び第二の目標検出部の出力信号において同一位置に目標がある場合にＳ／Ｎの大きい方を選択する、としてもよい（請求項２）。
【００１４】
更に、前記統合処理部は、前記目標を中心として前後にそれぞれ送信パルス幅分の領域を前記指定領域として前記逆関数フィルタ部へ出力する、としてもよい（請求項３）。
【００１５】
本発明に係るパルス圧縮方法は、本発明に係るパルス圧縮装置で使用されるものである（請求項４〜６）。
【００１６】
換言すると、本発明に係るパルス圧縮装置は、通常のパルス圧縮処理に加え、パルス圧縮フィルタ部の出力信号に対して直接目標検出した結果に対し、統合処理部において算出した目標信号のＳ／Ｎから、サイドローブレベルが装置のノイズレベルを越えると判断できる目標信号を抽出し、抽出された目標信号検出位置を中心として前後それぞれの送信パルス幅分の領域にのみ、パルス圧縮フィルタ部の出力信号に対して逆関数フィルタ部による逆関数フィルタ処理を行う。これにより、通常の逆関数フィルタ処理を含む装置に比べ、逆関数フィルタ処理に要するハードウェア規模及び処理時間を縮小している。また、パルス圧縮フィルタ部の出力信号に対して直接目標検出した結果と、パルス圧縮フィルタ部の出力信号に対して逆関数フィルタ部による逆関数フィルタ処理を行った後に目標検出した結果とを、統合処理部において比較する。そして、同一位置に目標が検出された場合は、目標からの反射信号のない状態で測定されたパルス圧縮結果から求めたノイズレベルと目標検出結果の信号強度レベルとから求められるＳ／Ｎを、それぞれの結果について比較し、Ｓ／Ｎの高い方の目標を選択することにより、検出結果の統合を行う。これにより、サイドローブの低減と低Ｓ／Ｎ目標の検出とを同時に実現する。
【００１７】
すなわち、通常のパルス圧縮処理に加え、パルス圧縮処理の結果においてサイドローブレベルが装置のノイズレベルを越える目標を検出し、その検出された部分に対してのみ、逆関数フィルタ処理を用いたパルス圧縮処理を行う。この逆関数フィルタ処理は、パルス圧縮波形に存在するサイドローブレベルを低減することにより、大目標付近に存在する小目標の検出を可能とする。これにより、通常の逆関数フィルタを有するパルス圧縮装置に比べ、逆関数フィルタ処理に要する処理時間及び装置規模を縮小することができる。なおかつ、逆関数フィルタ処理後の信号に対する目標検出結果と逆関数フィルタ処理の無い信号に対する目標検出結果とを比較し、同一距離に目標信号が検出された場合は、それらの目標検出結果のうち高いＳ／Ｎの目標信号を選択することにより検出結果を統合する。これにより、従来検出できなかった目標を低サイドローブ化により検出できるとともに、タイムサイドローブによる誤検出を無くすことができる。しかも、逆関数フィルタ処理を行う従来の装置では困難だった低Ｓ／Ｎ目標の検出も可能となるので、より精度の高い目標検出が実現される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るパルス圧縮装置の一実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図４［ｂ］と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００１９】
本実施形態のパルス圧縮装置は、送信信号波形を参照信号として記憶する参照信号記憶部３と、受信信号に対し前記参照信号に基づきパルス圧縮処理を施して出力するパルス圧縮フィルタ部１と、前記参照信号を用いて逆関数フィルタ係数を算出するフィルタ係数発生部６と、パルス圧縮フィルタ部１からの出力信号に対して前記逆関数フィルタ係数を用い、指定領域に対して逆関数フィルタ処理を施して出力する逆関数フィルタ部４と、逆関数フィルタ部４の出力信号から目標信号を抽出し、その目標の位置及び信号強度を出力する目標検出部２１と、パルス圧縮フィルタ部１の出力信号から目標信号を抽出し、その目標の位置及び信号強度を出力する目標検出部２２と、目標検出部２２の出力信号からサイドローブレベルがノイズレベルを越える目標を抽出し、その目標を含む領域を前記指定領域として逆関数フィルタ部４へ出力する統合処理部５とを備えたものである。
【００２０】
また、統合処理部５は、目標検出部２１，２２の出力信号において同一位置に目標がある場合にＳ／Ｎの大きい方を選択する。更に、統合処理部５は、目標を中心として前後にそれぞれ送信パルス幅分の領域を、前記指定領域として逆関数フィルタ部４へ出力する。
【００２１】
本実施形態のパルス圧縮装置は、通常のパルス圧縮処理に加え、パルス圧縮フィルタ部１の出力信号に対して直接目標検出し、その結果に対して統合処理部５において次のように処理する。算出した目標信号のＳ／Ｎから、サイドローブレベルが装置のノイズレベルを越えると判断できる目標信号を抽出し、抽出された目標信号検出位置を中心として前後に送信パルス幅分の領域に対してのみ、パルス圧縮フィルタ部１の出力信号に対して逆関数フィルタ部４による逆関数フィルタ処理を行う。これにより、通常の逆関数フィルタ処理を含む装置に比べ、逆関数フィルタ処理に要するハードウェア規模及び処理時間を縮小している。
【００２２】
また、パルス圧縮フィルタ部１の出力信号に対して直接目標検出した結果と逆関数フィルタ部４による逆関数フィルタ処理を行った後に目標検出した結果とを、統合処理部５において比較する。そして、同一位置に目標が検出された場合は、目標からの反射信号のない状態で測定されたパルス圧縮結果から求めたノイズレベルと、目標検出結果の信号強度レベルとから求められるＳ／Ｎを比較し、よりＳ／Ｎの高い目標を選択する検出結果の統合を行うことで、サイドローブの低減による効果と低Ｓ／Ｎ目標の検出とを同時に実現する。
【００２３】
要約すると、本実施形態のパルス圧縮装置は、従来のパルス圧縮装置に対し、次の点が異なる。統合処理部５により検出されたサイドローブレベルが装置のノイズレベルを越える目標を含んだ部分に対してサイドローブレベルの低減を可能にする逆関数フィルタ部４を含んだ処理を追加し、その結果と逆関数フィルタ部４を含まない処理の結果とを統合処理部５において比較し、同一距離においてＳ／Ｎの高い方の信号を選択出力する統合処理をしている点で大きく異なる。
【００２４】
参照信号記憶部３には、送信信号波形データが参照信号として格納されている。パルス圧縮フィルタ部１は、入力した受信信号と参照信号記憶部３から取り出した参照信号とを用いてパルス圧縮処理を施し、その結果であるパルス圧縮信号を出力する。
【００２５】
フィルタ係数発生部６は、参照信号記憶部３に格納されている参照信号を用いて、逆関数フィルタ部４において逆関数フィルタ処理を行うための、フィルタ係数を算出し出力する。逆関数フィルタ部４は、統合処理部５から指定のあった領域の入力信号に対して、フィルタ係数発生部６からのフィルタ係数を用いて逆関数フィルタ処理を行い、その結果を出力する。
【００２６】
目標検出部２２は、入力信号に対し一定しきい値を越える信号を検出することにより目標信号を検出し、検出された目標信号の位置及び強度の情報を出力する。統合処理部５は、パルス圧縮フィルタ部１の出力に対する目標検出部２２の目標検出結果のＳ／Ｎを算出し、その結果からサイドローブレベルが装置のノイズレベルを越える目標信号を抽出し、その検出位置を中心として前後に送信パルス幅分の処理範囲を逆関数フィルタ部４に対して指定する。
【００２７】
更に、統合処理部５は、目標検出部２２からの入力と指定した処理範囲に対する目標検出結果である目標検出部２１からの入力とを比較し、同一距離の検出結果に対してＳ／Ｎの高い方を選択する検出結果の統合を行うことにより、装置に入力された受信信号に対応する目標検出結果を出力する。
【００２８】
次に、本実施形態のパルス圧縮処理における動作を説明する。
【００２９】
参照信号記憶部３は、送信信号、又は位置などが既知である反射体からの反射信号を、参照信号として格納している。パルス圧縮フィルタ部１は、受信信号を入力し、この受信信号に対し参照信号記憶部３から取り出した参照信号を用いてパルス圧縮処理を行い、算出されたパルス圧縮波形を目標検出部２２及び逆関数フィルタ部４へ出力する。なお、受信信号には、発射した電波が反射体で反射した信号が含まれている。
【００３０】
目標検出部２２は、入力した信号に対し一定しきい値を越える信号を検出することで目標信号を抽出し、その検出位置及び信号強度などを統合処理部５へ出力する。統合処理部５は、目標検出部２２の結果を記憶するとともに、反射体からの信号のない場合の受信機の内部雑音などによるノイズ信号のみの状態で事前に測定されたパルス圧縮結果を、装置のノイズレベルとして記憶している。パルス圧縮フィルタ処理の際に現れるサイドローブレベルが、検出される信号の強度に比例することを利用し、このノイズレベルと目標検出部２２からの検出結果の信号強度レベルとから算出されるＳ／Ｎから、目標信号のサイドローブレベルが装置のノイズレベルを越える目標信号を抽出し、抽出された目標信号の検出位置に対応した処理範囲を逆関数フィルタ処理部４に対し指定する。
【００３１】
このとき、統合処理部５が逆関数フィルタ部４に対し指定する領域の根拠となる目標信号を、そのサイドローブレベルが装置のノイズレベルを越える場合に限定しているのは、逆関数フィルタ処理によって新たに目標信号が検出される可能性のある箇所が、この条件を満たす目標信号が検出されている領域に限られているからである。また、指定すべき処理範囲は、サイドローブに隠れている目標の信号の検出レベルが逆関数フィルタ処理によって損失することの無いように、目標検出位置を中心とする前後にそれぞれ送信信号パルス幅分の領域とする必要がある。
【００３２】
また、パルス幅の２倍の領域に、目標が抽出されたとする。この目標は、複数のサイドローブレベルが装置のノイズレベルを越えるものとして抽出される。この場合、検出された目標それぞれの処理を必要とする領域を合わせた領域を、処理範囲として一括して指定することにより、重なり合う領域に対し逆関数フィルタ処理が重ねて行われることの無いように、処理時間の無駄を防ぐ必要がある。
【００３３】
フィルタ係数発生部６は、参照信号記憶部３に格納されている参照信号を用い、逆関数フィルタの係数を作成する。逆関数フィルタ部４は、フィルタ係数発生部６で作成されたフィルタ係数を用い、パルス圧縮フィルタ部１から入力するパルス圧縮フィルタ処理後の信号について、統合処理部５から指定のあった領域のみに逆関数フィルタ処理を行い、その結果を目標検出部２１へ出力する。この逆関数フィルタ部４の出力信号は、パルス圧縮部１で入力した受信信号を、式１で表現されるフィルタを通過させることにより得られる信号と等価となる。
Ｈ（ω）＝Ｓ＊（ω）／｛α＋（１−α）｜Ｓ（ω）｜２｝・・・（式１）
Ｓ（ω）：パスル圧縮信号のスペクトラム、α：定数（１＞α≧０）
【００３４】
統合処理部５は、指定した信号に対しての逆関数フィルタ部４での処理を経て得られる目標検出部２１からの検出結果が入力されると、その検出結果に対し目標検出部２２の検出結果に対して行ったのと同じように、ノイズレベルと目標信号の強度レベルとの比較によってＳ／Ｎを算出し、その結果と記憶してある同一距離における目標検出部２２からの検出結果とを比較し、よりＳ／Ｎが大きいものをその距離における最終的な目標信号として選択し目標検出結果として出力する。
【００３５】
次に、計算機シミュレーションの結果を用いて本発明の効果について具体的に説明する。図２は、本実施形態におけるサイドローブ低減の効果を示す計算機シミュレーション結果のグラフであり、図２［ａ］はパルス圧縮フィルタ部出力、図２［ｂ］は逆関数フィルタ出力である。
【００３６】
図２に示したグラフは、サイドローブ低減の効果を検証するために行った、単独のノイズのない反射体からの信号に対する、パルス圧縮フィルタ部１から出力されるパルス圧縮処理結果の出力信号（図２［ａ］）と、逆関数フィルタ部４の出力信号（図２［ｂ］）とを、計算機シミュレーションにより示したものである。シミュレーション条件としては、受信信号及び参照信号には、６３ビットのＭ系列符号による符号変調信号を使用し、前述の（式１）で示される逆関数フィルタ係数の定数αは０．０１とした。
【００３７】
図２［ａ］は従来のパルス圧縮装置における出力信号と等価である。したがって、逆関数フィルタ処理の効果としてサイドローブレベルが１５ｄＢ以上改善されていることが、このシミュレーション結果よりわかる。
【００３８】
次に、目標信号検出の効果を検証するために行ったシミュレーション結果を、図３に示す。図３は本実施形態における大目標信号付近の小目標検出の効果を示すシミュレーション結果のグラフであり、図３［ａ］はパルス圧縮フィルタ部出力、図３［ｂ］は逆関数フィルタ部出力である。
【００３９】
実際の観測条件により近い条件とするため、入力信号にホワイトノイズを加えるとともに、大目標付近の小目標の信号を加えて、シミュレーションを行っている。図３［ａ］がパルス圧縮フィルタ部１の出力に相当するものであり、図３［ｂ］が逆関数フィルタ部４の出力波形となる。シミュレーション条件としては受信信号及び参照信号は図２と同一のものとし、逆関数フィルタ係数の算出に用いる定数αは０．１、大信号に対するＳ／Ｎを３０ｄＢ、小信号のＳ／Ｎを１０ｄＢとしている。
【００４０】
この二つのグラフの比較からわかるように、サイドローブが低減されることにより、図２［ｂ］に現れているサイドローブはノイズ信号レベル以下となるので、検出できなかった大目標付近の小目標の信号が、現れ検出可能となっている。しかしながら、Ｓ／Ｎが劣化していることから、逆関数フィルタ処理を行うと低Ｓ／Ｎ目標の検出には不利となることがわかる。
【００４１】
以上のことからも分かるように、本発明では逆関数フィルタ処理を行う場合と行わない場合との結果を統合処理することで、通常のパルス圧縮処理で両立させることが困難であった、大目標付近に存在する小目標の検出及び低Ｓ／Ｎ目標の検出を両立させることができる。また、パルス圧縮フィルタ処理後のサイドローブレベルが装置のノイズレベルを越えかつＳ／Ｎが高い目標信号を抽出して、その信号を含む領域にのみ逆関数フィルタ処理を行うため、通常の逆関数フィルタ処理を含むパルス圧縮装置に比べ、逆関数フィルタ処理に要する処理時間及びハードウェア規模の縮小を可能としている。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、次のような効果を奏する。
【００４３】
第一の効果は、大目標付近の小目標を検出できると同時に、低Ｓ／Ｎ目標をも検出できるので、精度の高い目標検出を実現できることである。その理由は、従来のパルス圧縮処理に加え、通常のパルス圧縮処理によってサイドローブが装置のノイズレベルを越える目標を検出し、その検出された部分に対し逆関数フィルタ処理を実施し、その結果を用いて目標検出処理を行った結果と、通常のパルス圧縮処理の結果を用いて目標検出処理を行った結果とを比較し、よりＳ／Ｎの高い信号を選択する統合処理を行うことで、逆関数フィルタ処理を実施することによるパルス圧縮処理の際に現れていたサイドローブを低減する効果を得ると同時に、逆関数フィルタ処理の際に起きていたＳ／Ｎ劣化の問題を回避できるためである。
【００４４】
第二の効果は、通常のパルス圧縮処理に用いられる逆関数フィルタ処理に比べ、逆関数フィルタ処理に要する処理時間やハードウェア規模を縮小できることにある。その理由は、入力した信号の全てに対し逆関数フィルタ処理を行うのではなく、サイドローブレベルが装置のノイズレベルを越える目標信号を含む部分を抽出し、その部分に対してのみ逆関数フィルタ処理を実施しているためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパルス圧縮装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本実施形態におけるサイドローブ低減の効果を示す計算機シミュレーション結果のグラフであり、図２［ａ］はパルス圧縮フィルタ部出力、図２［ｂ］は逆関数フィルタ出力である。
【図３】本実施形態における大目標信号付近の小目標検出の効果を示すシミュレーション結果のグラフであり、図３［ａ］はパルス圧縮フィルタ部出力、図３［ｂ］は逆関数フィルタ部出力である。
【図４】図４［ａ］はパルス圧縮装置の第一従来例を示すブロック図であり、図４［ｂ］はパルス圧縮装置の第二従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ パルス圧縮フィルタ部
２１ 目標検出部（第一の目標検出部）
２２ 目標検出部（第二の目標検出部）
３ 参照信号記憶部
４ 逆関数フィルタ部
５ 統合処理部
６ フィルタ係数発生部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse compression device and a pulse compression method widely used for a radar device or the like that detects a reflector using radio waves, and more particularly to a pulse compression device and a pulse compression method with improved reflector detection capability.
[0002]
[Prior art]
Pulse compression means that instead of keeping the amplitude of the transmission signal low, the required pulse width is extended to ensure the required average transmission power, and the transmission pulse is modulated so that the distance resolution does not deteriorate as much as the pulse is lengthened. This is a technique to secure the distance resolution by narrowing the pulse width by performing a calculation process on the received signal.
[0003]
FIG. 4A is a block diagram showing a first conventional example of a pulse compression device. Hereinafter, description will be made based on this drawing.
[0004]
The pulse compression device of the first conventional example is a general one used for a radar device. In this pulse compression device, a received signal is input to the pulse compression filter unit 1. At the same time, the pulse compression filter unit 1 reads the reference signal stored in the reference signal storage unit 3. The reference signal is a transmission signal or a reception signal whose detection position obtained by performing measurement in advance is known. The pulse compression filter unit 1 performs a pulse compression process as a correlation process using the received signal and the reference signal, and outputs the result to the
[0005]
FIG. 4B is a block diagram showing a second conventional example of the pulse compression device. Hereinafter, description will be made based on this drawing. However, the same parts as those in FIG. 4A are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0006]
The pulse compression device of the second conventional example is obtained by adding an inverse function filter process to the pulse compression device of the first conventional example. The inverse function filter unit 4 uses the signal after the pulse compression processing from the pulse compression filter unit 1 for the received signal and the filter coefficient generated by the filter coefficient generation unit 6 for performing the inverse function filter processing, and uses the inverse function Outputs the result of filtering. The output signal of the inverse function filter unit 4 is equivalent to a signal obtained by passing a reception signal input by the pulse compression filter unit 1 through a filter expressed by the following equation 1. Thereby, the effect of reducing the side lobe level can be expected.
[0007]
H (ω) = S * (ω) / {α + (1−α) | S (ω) | 2 } (Equation 1)
S (ω): spectrum of pulse compression signal, α: constant (1> α ≧ 0)
[0008]
The side lobe referred to here is an unnecessary signal having a large amplitude generated before and after the detection position of the reflector in the processed signal. If the side lobe level exceeds the noise level of the device due to the internal noise signal of the receiver, the side lobe is erroneously detected as the target position, or the detection of the small target in the side lobe is prevented. Therefore, it is necessary to reduce side lobes as much as possible for accurate detection of a target.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first conventional example, it is difficult to detect a small target existing near a large target. Near the target signal detected in the pulse compression processing waveform, there is a side lobe corresponding to the correlation time of the reference signal waveform. Therefore, if the small target is located at the position where the side lobe of the pulse compression processing waveform exists in the large target, the signal of the small target is buried in the side lobe.
[0010]
In the second conventional example devised to solve the problem, a small target that cannot be detected because it is in the side lobe can be detected, but it is difficult to detect a low S / N target. There was a problem. The reason is that the side lobe is reduced by adding the inverse function filter unit, so that a small target near the large target can be detected. However, the S / N characteristic of the signal after pulse compression deteriorates. This is because it becomes difficult to detect the low S / N target.
[0011]
[Object of the invention]
As described above, in the related art, it is impossible to detect a low S / N target when trying to detect a small target in a side lobe, and conversely, it is possible to detect a small target in a side lobe when trying to detect a low S / N target. There was a problem of disappearing. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a pulse compression device that can achieve both detection of a small target in a side lobe and detection of a low S / N target.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A pulse compression device according to the present invention includes a reference signal storage unit that stores a reference signal, a pulse compression filter unit that performs pulse compression processing on a received signal based on the reference signal, and outputs the received signal. A filter coefficient generation unit for calculating a function filter coefficient, and an inverse function filter unit for performing an inverse function filter process on a designated area using the inverse function filter coefficient for an output signal from the pulse compression filter unit and outputting the result. And a target signal extracted from the output signal of the inverse function filter unit, a first target detection unit that outputs the target position and signal strength, and a target signal is extracted from the output signal of the pulse compression filter unit. A second target detection unit that outputs the position and signal strength of the target; and a second target detection unit that outputs a side lobe level exceeding a noise level from an output signal of the second target detection unit. Extracting, at the area including the target that and a integration processing section to be output to the inverse function filter unit as the specified area (claim 1).
[0013]
Further, the integration processing unit may select the one with the larger S / N when there is a target at the same position in the output signals of the first and second target detection units (claim 2).
[0014]
Furthermore, the integration processing unit may output regions corresponding to the transmission pulse width before and after the target as the designated region to the inverse function filter unit, respectively (claim 3).
[0015]
The pulse compression method according to the present invention is used in the pulse compression device according to the present invention (claims 4 to 6).
[0016]
In other words, the pulse compression device according to the present invention performs the S / N of the target signal calculated by the integrated processing unit on the result of the direct detection of the output signal of the pulse compression filter unit in addition to the normal pulse compression processing. From the target signal which can be determined to have a side lobe level exceeding the noise level of the device, and outputs the output signal of the pulse compression filter unit only in the region corresponding to the transmission pulse width before and after the extracted target signal detection position. Is subjected to inverse function filtering by an inverse function filter unit. As a result, the hardware scale and processing time required for the inverse function filter processing are reduced as compared with a device including the usual inverse function filter processing. In addition, the result of direct target detection for the output signal of the pulse compression filter unit and the result of target detection after performing the inverse function filter processing by the inverse function filter unit on the output signal of the pulse compression filter unit are integrated. The comparison is made in the processing unit. Then, when the target is detected at the same position, the S / N obtained from the noise level obtained from the pulse compression result measured without the reflected signal from the target and the signal intensity level of the target detection result, The detection results are integrated by comparing the respective results and selecting a target having a higher S / N. Thereby, the reduction of the side lobe and the detection of the low S / N target are simultaneously realized.
[0017]
In other words, in addition to the normal pulse compression processing, a target whose side lobe level exceeds the noise level of the device in the result of the pulse compression processing is detected, and only the detected part is subjected to pulse compression using an inverse function filter processing. Perform processing. This inverse function filter processing enables detection of a small target existing near a large target by reducing the side lobe level existing in the pulse compression waveform. This makes it possible to reduce the processing time and device scale required for the inverse function filter processing as compared with a pulse compression device having a normal inverse function filter. In addition, the target detection result for the signal after the inverse function filter processing is compared with the target detection result for the signal without the inverse function filter processing. If target signals are detected at the same distance, the target detection result is higher among the target detection results. The detection results are integrated by selecting an S / N target signal. This makes it possible to detect a target that could not be detected conventionally by lowering the side lobe and eliminate erroneous detection due to the time side lobe. In addition, since it is possible to detect a low S / N target, which is difficult with a conventional device that performs an inverse function filter process, more accurate target detection is realized.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a pulse compression device according to the present invention. Hereinafter, description will be made based on this drawing. However, the same parts as those in FIG. 4B are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0019]
The pulse compression device of the present embodiment includes a reference signal storage unit 3 that stores a transmission signal waveform as a reference signal, a pulse compression filter unit 1 that performs pulse compression processing on a received signal based on the reference signal, and outputs the received signal. A filter coefficient generator 6 that calculates an inverse function filter coefficient using a reference signal, and performs an inverse function filter process on a designated area using the inverse function filter coefficient on an output signal from the pulse compression filter 1. Inverse function filter unit 4 for extracting and outputting a target signal from an output signal of the inverse function filter unit 4, a target detection unit 21 for outputting the target position and signal strength, and an output signal of the pulse compression filter unit 1. A
[0020]
In addition, when there is a target at the same position in the output signals of the
[0021]
The pulse compression apparatus according to the present embodiment performs target detection directly on the output signal of the pulse compression filter unit 1 in addition to normal pulse compression processing, and processes the result in the integrated processing unit 5 as follows. From the calculated S / N of the target signal, a target signal whose side lobe level can be determined to exceed the noise level of the device is extracted, and a region corresponding to the transmission pulse width before and after the extracted target signal detection position is centered. Only the inverse function filter unit 4 performs the inverse function filter processing on the output signal of the pulse compression filter unit 1. As a result, the hardware scale and processing time required for the inverse function filter processing are reduced as compared with a device including the usual inverse function filter processing.
[0022]
Further, the integrated processing unit 5 compares the result of directly detecting the target with respect to the output signal of the pulse compression filter unit 1 and the result of detecting the target after performing the inverse function filter processing by the inverse function filter unit 4. When the target is detected at the same position, the S / N obtained from the noise level obtained from the pulse compression result measured without the reflected signal from the target and the signal intensity level of the target detection result is calculated. By comparing and integrating the detection results for selecting a target with a higher S / N, the effect of reducing the side lobe and the detection of the low S / N target are simultaneously realized.
[0023]
In summary, the pulse compression apparatus of the present embodiment differs from the conventional pulse compression apparatus in the following point. A process including an inverse function filter unit 4 that enables reduction of the side lobe level is added to a portion including a target whose side lobe level detected by the integration processing unit 5 exceeds the noise level of the apparatus, and as a result, And a result of processing not including the inverse function filter unit 4 in the integration processing unit 5, which is greatly different in that integration processing for selectively outputting a signal having a higher S / N at the same distance is performed.
[0024]
The reference signal storage unit 3 stores transmission signal waveform data as a reference signal. The pulse compression filter unit 1 performs a pulse compression process using the input received signal and the reference signal extracted from the reference signal storage unit 3, and outputs a pulse compression signal as a result.
[0025]
Using the reference signal stored in the reference signal storage unit 3, the filter coefficient generation unit 6 calculates and outputs a filter coefficient for performing the inverse function filter processing in the inverse function filter unit 4. The inverse function filter unit 4 performs an inverse function filter process on the input signal in the area specified by the integration processing unit 5 using the filter coefficient from the filter coefficient generation unit 6 and outputs the result.
[0026]
The
[0027]
Further, the integration processing unit 5 compares the input from the
[0028]
Next, an operation in the pulse compression processing of the present embodiment will be described.
[0029]
The reference signal storage unit 3 stores a transmission signal or a reflection signal from a reflector whose position or the like is known as a reference signal. The pulse compression filter unit 1 receives the received signal, performs a pulse compression process on the received signal using the reference signal extracted from the reference signal storage unit 3, and outputs the calculated pulse compression waveform to the
[0030]
The
[0031]
At this time, the reason why the target signal serving as the basis of the region designated by the integration processing unit 5 for the inverse function filter unit 4 is limited to the case where the side lobe level exceeds the noise level of the device is the inverse function filter process. This is because the portion where the target signal may be newly detected is limited to the region where the target signal satisfying this condition is detected. Also, the processing range to be specified is determined by the transmission signal pulse width before and after the target detection position, so that the detection level of the target signal hidden in the side lobe is not lost by the inverse function filtering. Area.
[0032]
Further, it is assumed that a target is extracted in a region twice the pulse width. This target is extracted as multiple sidelobe levels exceeding the noise level of the device. In this case, by designating, as a processing range, an area in which the areas requiring processing for each of the detected targets are combined, the inverse function filter processing is not performed repeatedly on the overlapping area. It is necessary to prevent the processing time from being wasted.
[0033]
The filter coefficient generator 6 uses the reference signal stored in the reference signal storage 3 to create coefficients for the inverse function filter. The inverse function filter unit 4 uses the filter coefficients generated by the filter coefficient generation unit 6 and applies the signal after the pulse compression filter processing input from the pulse compression filter unit 1 only to the area specified by the integration processing unit 5. Inverse function filter processing is performed, and the result is output to the target detection unit 21. The output signal of the inverse function filter unit 4 is equivalent to a signal obtained by passing the reception signal input by the pulse compression unit 1 through the filter expressed by the equation (1).
H (ω) = S * (ω) / {α + (1−α) | S (ω) | 2 } (Equation 1)
S (ω): spectrum of pulse compression signal, α: constant (1> α ≧ 0)
[0034]
When the detection result from the target detection unit 21 obtained by processing the designated signal through the inverse function filter unit 4 is input, the integration processing unit 5 detects the detection result by the
[0035]
Next, the effects of the present invention will be specifically described using the results of computer simulation. 2A and 2B are graphs of computer simulation results showing the effect of side lobe reduction in the present embodiment. FIG. 2A shows the output of the pulse compression filter unit, and FIG. 2B shows the output of the inverse function filter.
[0036]
The graph shown in FIG. 2 is an output signal of the result of the pulse compression processing output from the pulse compression filter unit 1 with respect to a signal from a single noise-free reflector performed to verify the effect of side lobe reduction. FIG. 2A) and an output signal of the inverse function filter unit 4 (FIG. 2B) are shown by computer simulation. As a simulation condition, a code modulation signal based on a 63-bit M-sequence code was used for the reception signal and the reference signal, and the constant α of the inverse function filter coefficient shown in the above (Equation 1) was set to 0.01.
[0037]
FIG. 2A is equivalent to the output signal of the conventional pulse compression device. Therefore, it can be seen from the simulation result that the side lobe level is improved by 15 dB or more as an effect of the inverse function filtering.
[0038]
Next, a simulation result performed to verify the effect of target signal detection is shown in FIG. 3A and 3B are graphs of simulation results showing the effect of detecting a small target near a large target signal in the present embodiment. FIG. 3A shows the output of a pulse compression filter unit, and FIG. 3B shows the output of an inverse function filter unit. is there.
[0039]
In order to make the conditions closer to the actual observation conditions, a simulation is performed by adding white noise to the input signal and adding a small target signal near the large target. FIG. 3A shows the output of the pulse compression filter unit 1, and FIG. 3B shows the output waveform of the inverse function filter unit 4. As the simulation conditions, the received signal and the reference signal are the same as those in FIG. 2, the constant α used for calculating the inverse function filter coefficient is 0.1, the S / N for the large signal is 30 dB, and the S / N for the small signal is 10 dB. And
[0040]
As can be seen from the comparison between these two graphs, the side lobes appearing in FIG. 2B become lower than the noise signal level due to the reduction of the side lobes. Signals appear and can be detected. However, since the S / N is deteriorated, it is understood that performing the inverse function filter processing is disadvantageous for detecting a low S / N target.
[0041]
As can be seen from the above, according to the present invention, it is difficult to achieve both in the normal pulse compression process by integrating the results of the case where the inverse function filter process is performed and the case where the inverse function filter process is not performed. The detection of a small target existing in the vicinity and the detection of a low S / N target can both be achieved. Further, a target signal whose side lobe level after the pulse compression filter processing exceeds the noise level of the apparatus and whose S / N is high is extracted, and the inverse function filter processing is performed only on a region including the signal. Compared with the pulse compression device including the filter processing, the processing time and the hardware scale required for the inverse function filter processing can be reduced.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
[0043]
The first effect is that a small target near a large target can be detected, and at the same time, a low S / N target can be detected, so that highly accurate target detection can be realized. The reason is that, in addition to the conventional pulse compression processing, the target whose side lobe exceeds the noise level of the device is detected by the normal pulse compression processing, and the detected part is subjected to the inverse function filter processing. By comparing the result of performing the target detection processing using the result with the result of performing the target detection processing using the result of the normal pulse compression processing, and performing the integration processing of selecting a signal having a higher S / N, This is because the effect of reducing the side lobes that appeared during the pulse compression processing by performing the inverse function filter processing can be obtained, and at the same time, the problem of S / N degradation that occurred during the inverse function filter processing can be avoided. is there.
[0044]
The second effect is that the processing time and hardware scale required for the inverse function filter processing can be reduced as compared with the inverse function filter processing used for normal pulse compression processing. The reason is that instead of performing the inverse function filtering on all of the input signals, a portion including the target signal whose side lobe level exceeds the noise level of the device is extracted, and the inverse function filtering is performed only on that portion. This is because it is implemented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a pulse compression device according to the present invention.
2A and 2B are graphs of computer simulation results showing an effect of side lobe reduction in the present embodiment, wherein FIG. 2A shows an output of a pulse compression filter unit, and FIG. 2B shows an output of an inverse function filter.
3A and 3B are graphs of simulation results showing the effect of small target detection in the vicinity of a large target signal in the present embodiment. FIG. 3A shows an output of a pulse compression filter, and FIG. 3B shows an output of an inverse function filter. It is.
FIG. 4A is a block diagram showing a first conventional example of a pulse compression device, and FIG. 4B is a block diagram showing a second conventional example of a pulse compression device.
[Explanation of symbols]
1 pulse compression filter section 21 target detection section (first target detection section)
22 Target detection unit (second target detection unit)
3 Reference signal storage unit 4 Inverse function filter unit 5 Integration processing unit 6 Filter coefficient generation unit
Claims (6)
受信信号に対し前記参照信号に基づきパルス圧縮処理を施して出力するパルス圧縮フィルタ部と、
前記参照信号を用いて逆関数フィルタ係数を算出するフィルタ係数発生部と、前記パルス圧縮フィルタ部からの出力信号に対して前記逆関数フィルタ係数を用い、指定領域に対して逆関数フィルタ処理を施して出力する逆関数フィルタ部と、
この逆関数フィルタ部の出力信号から目標信号を抽出し、その目標の位置及び信号強度を出力する第一の目標検出部と、
前記パルス圧縮フィルタ部の出力信号から目標信号を抽出し、その目標の位置及び信号強度を出力する第二の目標検出部と、
前記第二の目標検出部の出力信号からサイドローブレベルがノイズレベルを越える目標を抽出し、その目標を含む領域を前記指定領域として前記逆関数フィルタ部へ出力する統合処理部と、
を備えたパルス圧縮装置。A reference signal storage unit that stores a reference signal;
A pulse compression filter unit that performs a pulse compression process on the received signal based on the reference signal and outputs the result.
A filter coefficient generation unit that calculates an inverse function filter coefficient using the reference signal; and performing an inverse function filter process on a designated area using the inverse function filter coefficient on an output signal from the pulse compression filter unit. An inverse function filter section for outputting
A first target detection unit that extracts a target signal from an output signal of the inverse function filter unit, and outputs a position and a signal strength of the target;
A second target detection unit that extracts a target signal from the output signal of the pulse compression filter unit and outputs the target position and signal strength,
An integrated processing unit that extracts a target whose side lobe level exceeds the noise level from the output signal of the second target detection unit, and outputs a region including the target to the inverse function filter unit as the designated region,
A pulse compression device equipped with:
請求項１記載のパルス圧縮装置。The integration processing unit selects a larger S / N when there is a target at the same position in the output signals of the first and second target detection units.
The pulse compression device according to claim 1.
請求項１又は２記載のパルス圧縮装置。The integration processing unit outputs a region corresponding to the transmission pulse width before and after the target as the designated region to the inverse function filter unit,
The pulse compression device according to claim 1.
受信信号に対し前記参照信号に基づきパルス圧縮処理を施して出力し、
前記参照信号を用いて逆関数フィルタ係数を算出し、
前記パルス圧縮処理後の出力信号に対して前記逆関数フィルタ係数を用い、指定領域に対して逆関数フィルタ処理を施して出力し、
この逆関数フィルタ処理後の出力信号から目標信号を抽出し、その目標の位置及び信号強度を第一の目標検出信号として出力し、
前記パルス圧縮処理後の出力信号から目標信号を抽出し、その目標の位置及び信号強度を第二の目標検出信号として出力し、
前記第二の目標検出信号からサイドローブレベルがノイズレベルを越える目標を抽出し、その目標を含む領域を前記指定領域とする、
パルス圧縮方法。Memorize the reference signal,
The received signal is subjected to pulse compression processing based on the reference signal and output,
Calculating an inverse function filter coefficient using the reference signal,
Using the inverse function filter coefficient for the output signal after the pulse compression process, performing an inverse function filter process on the designated area and outputting
A target signal is extracted from the output signal after the inverse function filter processing, and the position and signal strength of the target are output as a first target detection signal,
Extract a target signal from the output signal after the pulse compression process, and output the position and signal strength of the target as a second target detection signal,
Extracting a target whose side lobe level exceeds the noise level from the second target detection signal, and defining an area including the target as the designated area,
Pulse compression method.
請求項４記載のパルス圧縮方法。When there is a target at the same position in the first and second target detection signals, a larger S / N is selected.
The pulse compression method according to claim 4.
請求項４又は５記載のパルス圧縮方法。A region corresponding to the transmission pulse width before and after the target is set as the designated region,
The pulse compression method according to claim 4.
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