JP3607846B2 - Clutter suppression device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダ装置において意図せずに受信される不要反射波(クラッタ)を抑圧するクラッタ抑圧装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
レーダ装置において、地面、海面、雲や雨などからの不要反射エコー(クラッタ)の抑圧は、目標検出のためには必須である。
図10は、特公平3−2433号公報に開示されたクラッタ抑圧装置の構成を概念的に表した図である。
図10において、101はグランドクラッタやシークラッタのような固定クラッタを抑圧するための固定クラッタ消去器、102は固定クラッタ消去器101の出力信号の振幅と位相の補正を行うための振幅・位相補正器、103はウェザクラッタのように反射源が移動するクラッタを抑圧するための移動クラッタ消去器である。なお、図10において、表記を簡略化するために、入力信号は同相信号を実部、直交信号を虚部とする複素信号とする。
【0003】
上記構成において、固定クラッタ消去器101では、グランドクラッタやシークラッタのような反射源が動かない、もしくは動いたとしても非常に速度の遅い反射源からのクラッタを抑圧する。しかし、それだけでは、ウェザクラッタのような移動クラッタが存在すれば、固定クラッタ消去器101だけでは消去できないため、これを抑圧するために、移動クラッタ消去器103を設けている。振幅・位相補正器102では、固定クラッタ消去器101の出力信号に対して、移動クラッタが固定クラッタのように見えるように振幅と位相の補正を行う。固定クラッタ消去器101と移動クラッタ消去器103の実態は、ノッチ周波数が0の高域通過フィルタである。伝達関数が1−z−1の単一消去器や、(1−z−1の2重消去器はその例である。
【0004】
実際には、固定クラッタは捜索レーダの探知距離まで広がっているわけではない。通常、近距離までしか広がっていない。移動クラッタはもっと複雑である。レーダにおけるパルス間隔に依存して、2次エコーが存在する場合もある。すなわち、実際のクラッタの距離とドップラー周波数に関する分布は複雑である。それに対して、図10に示す構成では、固定クラッタ消去器101も移動クラッタ消去器103も全距離にわたって適用することになる。例えば、遠距離にしか移動クラッタが存在しないのに、近距離に移動クラッタとほぼ同じドップラー周波数の目標信号があったとすれば、目標信号まで消去してしまうことになる。
【0005】
一方、実際のクラッタの距離に関する分布に適応してクラッタ抑圧を行うクラッタ抑圧装置が文献1(A. Wojtkiewicz and M. Tuszynsky、“Polish radar technology Part V. Adaptive MTI filters for uniform and staggered sampling、”IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems、 vol. 27、 No. 5, September 1991)に開示されている。
【0006】
図11は、上記文献に開示されたたクラッタ抑圧装置を示す構成図である。
図11において、111は固定クラッタを抑圧するための固定クラッタ抑圧フィルタ、112は移動クラッタを抑圧するための移動クラッタ抑圧フィルタ、113はクラッタマップを生成するためのクラッタパラメータ推定器・クラッタマップ生成器、114はクラッタパラメータ推定器・クラッタマップ生成器113でのクラッタマップに基づいて固定クラッタ抑圧フィルタと移動クラッタ抑圧フィルタを個別にオン・オフ制御するフィルタ制御器である。なお、図11において、表記を簡略化するために、入力信号は同相信号を実部、直交信号を虚部とする複素信号とする。
【0007】
上記構成において、クラッタパラメータ推定器・クラッタマップ生成器113は、受信クラッタ電力、固定クラッタ抑圧フィルタ111の出力電力、移動クラッタのドップラー周波数を推定し、クラッタマップを生成する。図10に示す構成と異なり、これは距離に応じたものとなるため、距離によってグランドクラッタ(あるいはシークラッタ)やウェザクラッタの有無を知ることができる。そして、生成したクラッタマップに基づいて、フィルタ制御器114で固定クラッタ抑圧フィルタと移動クラッタ抑圧フィルタに対して個別にオン・オフの制御を行う。従って、実際のクラッタの距離に関する分布に適応して、クラッタ抑圧を行うことができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図11に示す構成では以下の問題点がある。
・固定クラッタ抑圧フィルタ111の入出力信号の電力からは目標信号の有無はわからない。目標信号の消去を避けるためにその存在を認識するには、アンテナビームを数回スキャンしてクラッタマップを更新していかなければならない。・文献1に開示されているように(Fig. 26とFig. 28)、特にスタガトリガ時に移動クラッタ抑圧フィルタの阻止域減衰量が十分にとれない。これは移動クラッタの抑圧能力が低いことを意味する。
【0009】
この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、1コヒーレントプロセッシングインターバル内で、目標信号の存在を考慮して実際のクラッタの距離に関する分布に適応してクラッタ抑圧を行うことが可能となり、かつ、移動クラッタ抑圧性能が高いクラッタ抑圧装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るクラッタ抑圧装置は、レーダにおいて受信される不要反射エコーであるクラッタを抑圧するクラッタ抑圧装置において、ディジタル同相・直交信号に変換された受信信号中に含まれるクラッタの中心周波数を、クラッタが最大複数I個存在すると仮定して最大エントロピー法に基づいて推定するクラッタ中心周波数推定手段と、上記受信信号を入力とする縦続接続された複数I個のノッチフィルタと、上記受信信号と上記複数I個のそれぞれのノッチフィルタ出力信号を入力とし、それらのうちの1つの信号を選択出力する選択手段と、上記クラッタ中心周波数推定手段で得られるAR(auto−regressive)モデルの極に基づき、上記選択手段で選択出力すべき信号を、複数の連続するレンジビンからなるブロック毎に判定する判定手段とを備え、上記複数I個のノッチフィルタは、上記クラッタ中心周波数推定手段で推定された複数I個のそれぞれのクラッタ中心周波数を周波数特性の零点とすることを特徴とするものである。
【0011】
また、上記判定手段は、上記クラッタ中心周波数推定手段で得られるARモデルの極および上記受信信号と上記複数のノッチフィルタ出力信号のそれぞれの電力に基づいて、上記選択手段で選択出力すべき信号を複数の連続するレンジビンからなるブロック毎に判定することを特徴とするものである。
【0012】
また、他の発明に係るクラッタ抑圧装置は、レーダにおいて受信される不要反射エコーであるクラッタを抑圧するクラッタ抑圧装置において、ディジタル同相・直交信号に変換された受信信号中に含まれるクラッタの中心周波数を、クラッタが1つから複数I個まで存在すると仮定して最大エントロピー法に基づいて推定するクラッタ中心周波数推定手段と、i個(i=1,2,・・・,I)縦続接続されたノッチフィルタがそれぞれi=1,2,・・・,Iに対して上記受信信号を入力として並列に接続された合計I(I+1)/2個のノッチフィルタと、上記受信信号と、上記i個(i=1,2,・・・,I)縦続接続されたノッチフィルタの最終段の複数I個の出力信号を入力とし、そのうちの1つの信号を選択出力する選択手段と、上記クラッタ中心周波数推定手段で得られるARモデルの極に基づき、上記選択手段で選択出力すべき信号を、複数の連続するレンジビンからなるブロック毎に判定する判定手段とを備え、上記i個(i=1,2,・・・,I)縦続接続されたノッチフィルタのそれぞれの零点となる周波数は、クラッタがi個存在すると仮定したときの上記クラッタ中心周波数推定手段での推定値であることを特徴とするものである。
【0013】
さらに、上記判定手段は、上記クラッタ中心周波数推定手段で得られるARモデルの極および上記受信信号と上記i個(i=1,2,・・・,I)縦続接続されたノッチフィルタの最終段の複数I個の出力信号それぞれの電力に基づいて、上記選択手段で選択出力すべき信号を複数の連続するレンジビンからなるブロック毎に判定することを特徴とするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係るクラッタ抑圧装置を示す構成図である。この実施の形態におけるクラッタ抑圧装置は、通常レーダ装置を構成する一要素であり、レーダ装置に組み込んだ形で使用する。
図1において、1は単峰性スペクトルを持つクラッタもしくは双峰性スペクトルを持つ2つのクラッタが重畳したうちの一方のクラッタを抑圧するための第1のノッチフィルタ(FIR形、FIR:Finite Impulse Respnse)、2は第1のノッチフィルタ1で消え残った双峰性スペクトルを持つクラッタを抑圧するための第2のノッチフィルタ(FIR形)、5は受信信号中のクラッタ中心周波数を推定するクラッタ中心周波数推定手段、10は受信信号、第1のノッチフィルタ1の出力信号、第2のノッチフィルタ2の出力信号の3つの信号から1つを選択して出力するための選択手段、20は選択手段10の3つの入力信号からどれを選択するかを判定するための判定手段である。
【0015】
ここで、双峰性スペクトルとは、固定クラッタと移動クラッタ等が重畳して、ピークが2つあるスペクトルのことをいう。また、単峰性スペクトルとは、クラッタとして固定クラッタか移動クラッタの一方のみ存在し、ピークが1つあるスペクトルのことをいう。目標信号によるスペクトルのピークは数えないものとする。
【0016】
以下、図1に従って実施の形態1の動作について説明する。
レーダの送信信号としては、パルス信号あるいはパルス圧縮を行うために周波数変調あるいは符号変調されたパルス信号を想定する。信号はレンジビンとヒットの2次元形式で表現する。受信信号をu(k,n)、第1のノッチフィルタ1の出力信号をy(k,n)、第2のノッチフィルタ2の出力信号をy(k,n)とする。kはレンジビン番号(k=1,2,・・・,K)、nはヒット番号である(n=1,2,・・・,N)。K、Nはそれぞれ1コヒーレントプロセッシングインターバル中のレンジビン数とヒット数である。受信信号は受信機やA/D変換器などによりディジタル同相・直交信号に変換されている。表記の簡単化のため、各信号は同相信号を実部、直交信号を虚部とする複素ディジタル信号とする。
【0017】
第1のノッチフィルタ1は、単峰性スペクトルのクラッタあるいは双峰性スペクトルのクラッタのうちの固定クラッタか移動クラッタを抑圧する。第2のノッチフィルタ2は、双峰性スペクトルのクラッタのうち、第1のノッチフィルタ1で消え残ったクラッタを抑圧する。第1のノッチフィルタ1および第2のノッチフィルタ2のノッチ周波数はともに、クラッタ中心周波数推定手段5で推定された周波数にノッチを持つようにする。そのために、まず、クラッタ中心周波数推定手段5で、受信信号を双峰性スペクトルのクラッタと仮定して2次AR(auto−regressive)モデルを使ってクラッタ中心周波数(2つのクラッタのそれぞれの中心周波数)の推定を行う。これは、文献2(原沢、真野:“メジアンフィルタを用いたアダプティブMTI”電子情報通信学会論文誌B−II, vol. J79−B−II, No. 12, pp. 1013−1021, Nov., 1996)で開示されている方法を使う。最大エントロピー法に基づいて、ARモデルを用いた推定を行っている。
【0018】
クラッタ中心周波数推定はレンジビン毎に行う。双峰性スペクトルを仮定しているので、中心周波数推定結果は2通り出る。そのうちの一方の推定値f (b)をノッチ周波数とする第1のノッチフィルタ1でクラッタ抑圧処理を行う。第1のノッチフィルタ1の出力信号を判定手段20と選択手段10に出力するとともに、第2のノッチフィルタ2へも出力する。第2のノッチフィルタ2では、先程のクラッタ中心周波数推定値のもう一方f (b)をノッチ周波数とする第2のノッチフィルタ2でクラッタ抑圧処理を行い、判定手段20と選択手段10へ出力する。
【0019】
判定手段20では、受信信号電力、第1のノッチフィルタ1の出力信号電力、第2のノッチフィルタ2の出力信号電力と、クラッタ中心周波数推定手段5においてクラッタ中心周波数推定に利用するARモデルの極を併用して、3つの信号のうちのどれを出力すべきかを判定する。判定手段20での判定において、受信信号電力、第1のノッチフィルタ1出力信号電力、第2のノッチフィルタ2出力信号電力を使わない方法もある。判定手段20での判定結果に基づき、選択手段10は、3つの信号のうち1つを選択出力する。選択手段10の出力信号はこのあと目標検出などに利用する。判定手段20の詳細な動作については後で説明する。また、f (b)、f (b)の(b)は、後で説明するように、全レンジビン数Kを適当なブロック長Bでブロック分けしたときのブロック番号である。b=1,2,・・・,K/Bである。f (b)、f (b)はパルス繰り返し周波数PRF(スタガトリガ方式の場合は、平均のパルス間隔PRIavの逆数)で正規化した周波数である。以下、周波数は断りのない限り、正規化された周波数である。
【0020】
(b)とf (b)の算出について説明する。
文献2の推定法では、クラッタ中心周波数推定は受信信号のレンジビンとヒット毎に行うため、クラッタ中心周波数推定値はレンジビンkとヒットnに依存する。双峰性スペクトルのクラッタを仮定すると、2次ARモデルを用いることになる。クラッタ中心周波数推定値は2つあるので、それらをfc21(k,n)、fc22(k,n)とする。また、単峰性スペクトルのクラッタを仮定して1次ARモデルを使ったクラッタ中心周波数推定を同時に行う。単峰性スペクトルを仮定したクラッタ中心周波数推定値をfc1(k,n)とする。基本的には、双峰性スペクトルクラッタを仮定して得られた2つの中心周波数推定値のうち、単峰性スペクトルを仮定したクラッタ中心周波数推定値に近い方を第1のノッチフィルタ1に使い、もう一方を第2のノッチフィルタ2に使う。f (b)、f (b)は、ヒットおよびそのレンジビンブロック内で平均したものを使う。なお、平均操作はその周波数を偏角とする絶対値1の複素数に対して行い、その結果の偏角をもって平均の周波数とする。
【0021】
c1(k,n)、fc21(k,n)、fc22(k,n)をヒットおよびレンジビンブロック番号b内で平均したものをf01 (b)、f021 (b)、f022 (b)とし、式(1)、(2)に示す。f021 (b)、f022 (b)のうち、f01 (b)に近い方をf (b)、他方をf (b)とする。
【0022】
【数1】

Figure 0003607846
【0023】
次に、第1のノッチフィルタ1および第2のノッチフィルタ2について説明する。
まず、送信パルス間隔が等間隔の場合について説明する。
想定されるクラッタ帯域幅に対応して、あらかじめ周波数0近傍を阻止域とする適当な高域通過ディジタルフィルタ(周波数0に零点を持つことが望ましい)を2種類用意しておく。それらの係数(実数)を第1のノッチフィルタ1用にa(m=0、1,・・・,M−1;Mはインパルス応答長)、第2のノッチフィルタ2用にb(m=0、1,・・・,M−1;Mはインパルス応答長)とする。クラッタ中心周波数推定手段5で得られた推定値(平均した結果)は、上述のようにf (b)、f (b)である。第1のノッチフィルタ1の係数をα (b)、第2のノッチフィルタ2の係数β (b)とすると、式(3)のようになる。
【0024】
【数2】
Figure 0003607846
【0025】
第1のノッチフィルタ1の出力信号y(k,n)、第2のノッチフィルタ2の出力信号y(k,n)はそれぞれ式(4)、(5)のようになる。レンジビン番号kがどのブロック番号bに属しているか注意する。
【0026】
【数3】
Figure 0003607846
【0027】
次に、スタガトリガ方式の場合の第1のノッチフィルタ1および第2のノッチフィルタ2について説明する。
説明の前に、表記法を以下に記す。i≦Lに対してはτ=PRI,i>Lに対してはτL+1=PRI,τL+2=PRI,・・・,τ2L−1=PRIL−1,τ2L=PRI,τ2L+1=PRI,・・・とする。スタガトリガ方式の場合は、信号の表現において、ヒット変数nをパルス間隔に応じてtのように書くことにする。ただ、区別する必要がない場合は単にnと記す。
【0028】
Figure 0003607846
【0029】
文献3(H. W. Thomas, N. P. Lutte, and M. W. Jelffs, “Design of m.t.i. filters with staggered p.r.f: a pole−zero approach,” Proc. IEE, vol. 121, no. 12, p. 1460−1466, 1974)によれば、スタガトリガ方式の場合、従来の2重消去器などのようにフィルタ係数を時不変とするのではなく、処理を行おうとする信号のパルスの位置(あるいはパルス間隔)に応じてフィルタ係数を変えると、スタガトリガ方式でも周波数0に多重零点を持つ阻止域幅の広いノッチフィルタを得ることができる。本実施の形態でもそのような時変係数フィルタを使うことを想定して説明する(そのような時変係数フィルタしか使えないわけではない)。そのような時変係数ノッチフィルタのインパルス応答を、第1のノッチフィルタ1用にhi0,hi1,・・・,h M1−1、第2のノッチフィルタ2用にgi0,gi1,・・・,g M2−1とする。添字のi(i=0,1,・・・,L−1)は、パルス間隔に応じて係数が変わることを意味する。
【0030】
クラッタ中心周波数推定手段5では、スタガトリガ方式でもそれを考慮せずに等間隔パルスとして信号を扱ってクラッタ中心周波数推定を行う。それで問題ないことを多数の例から確かめている。クラッタ中心周波数推定手段5で得られた推定値(平均した結果)は、上述のようにf (b)、f (b)である。第1のノッチフィルタ1の係数をAim (b)、第2のノッチフィルタ2の係数Bim (b)とすると、式(6)、(7)のようになる。このように係数を設定すると、スタガトリガ方式でも深いノッチがそのまま周波数軸上で平行移動する。第1のノッチフィルタ1、第2のノッチフィルタ2の入出力信号の関係はそれぞれ式(8)、(9)のようになる。レンジビン番号kがどのブロック番号bに属しているか注意する。
【0031】
【数4】
Figure 0003607846
【0032】
【数5】
Figure 0003607846
【0033】
次に、判定手段20の動作について説明する。
これはスタガトリガ方式であってもなくても共通である。
最初に、全レンジビンのブロック分けを行う理由を説明する。
判定手段20では、どの信号を選択するかを判定するが、その判定のための特徴量として、各信号の電力と、クラッタ中心周波数推定に利用するARモデルの極を用いる。これらを用いてレンジビン毎に判定すると特徴量がばらついてしまい、判定結果がレンジビン毎に変化してしまう可能性がある。そうなると選択手段10の出力信号の統計的性質もレンジビン毎に変わってしまう。これは、クラッタ抑圧処理に続くCFAR(constant false alarm)による目標検出処理に悪影響を与える可能性がある。また、現実には、数十レンジビンでクラッタ中心周波数が大きく変わることはほとんどない。そこで、全レンジを適当なブロック長Bでブロック分けし、特徴量をレンジビンブロック内で平均して判定に用いる。判定はそのレンジビンブロック毎に行う。そうすれば、判定を行う回数は多くならないし、選択手段10の出力信号の統計的性質もそのレンジビンブロック内では均一に保たれる。CFAR処理はそのレンジビンブロック内で行えばよい。
【0034】
判定に用いる特徴量について説明する。
特徴量としては、受信信号、第1のノッチフィルタ1の出力信号、第2のノッチフィルタ2の出力信号の、各信号のレンジビンブロック内の平均電力、クラッタ中心周波数推定手段5で用いるARモデルの極の絶対値をレンジビンブロック内で平均したものである。各信号の電力だけを比較したのでは、目標信号を消去してしまう可能性が大きいため、電力以外の特徴量であるARモデルの極の絶対値の平均値を特徴量に加える。なお、各信号の電力を特徴量として利用せず、ARモデルの極の絶対値の平均値だけを利用する判定手順も考えられる。レンジビンブロック番号bにおける平均電力は以下の式(10)〜(12)から算出する。P (b)、P (b)、P (b)はそれぞれ受信信号u(k,n)、第1のノッチフィルタ1の出力信号y(k,n)、第2のノッチフィルタ2の出力信号y(k,n)のレンジビンブロック番号bにおける平均電力である。
【0035】
【数6】
Figure 0003607846
【0036】
もう1つの特徴量であるARモデルの極の絶対値の平均値について説明する。
図2は、文献2におけるクラッタ中心周波数推定法の概念図である。
図2は2次ARモデルによる双峰性スペクトルを持つクラッタの中心周波数推定の場合で、1次ARモデルによる単峰性スペクトルのクラッタ中心周波数推定の場合は、図2の「2次ARモデリング」が1次ARモデリングになり、各モデルに対して極と中心周波数推定値が1つのみで、図2の破線の矢印に関わる部分がない。
【0037】
図2で、中心周波数推定に用いるヒット数をN、レンジビン数を注目セルu(k,n)の片側K、中心周波数推定に使わない注目セルの隣接レンジビン(ガードレンジ)数を片側Kとする。中心周波数推定には注目セルより過去のヒットを用いることにする。使用する信号の領域は、
Figure 0003607846
である。
【0038】
上のレンジビンの範囲の各kに対して、信号系列u(k,n−N+1),u(k,n−N+2),・・・,u(k,n)をBurg法などで2次ARモデリングし、2次ARモデルの極を求める。2つの極をq21(k,n),q22(k,n)とする。
【0039】
次に、各レンジビンに対する極の実部と虚部それぞれに対してメディアン操作を行う。
これは目標周波数が推定値とならないようにするためのものである。メディアン操作で抽出された実部と虚部から偏角を求め、それから周波数を求める。この操作は極1、2の両方に対して行う。これで2つのクラッタ中心周波数推定値が求められる。この操作を数式で表現する。
【0040】
各レンジビン(k−(K+K)〜k−K−1、k+K+1〜k+K+Kの2Kレンジビン分)に対する2次ARモデルの極が求まったとき、正規化されたクラッタ中心周波数推定値fc2i(k,n)(i=1,2)は式(13)〜(15)で求められる。式(15)のtan−1は、かっこ内の分母・分子の両方の符号を考慮して角度を求める。式(13)、(14)のMedはメディアン操作(中間値抽出)を意味する。メディアンをとる範囲は、上に示したレンジビン範囲である。式(13)、(14)はそれぞれ極の実部と虚部に相当する。以上の操作を、注目セルをずらしながら、全ヒット・全レンジビンに対して行う。同様に、単峰性スペクトルを仮定して、1次ARモデリング後、メディアン操作によって極QR1(k,n)+jQI1(k,n)とクラッタ中心周波数推定値fc1(k,n)が求められる。
【0041】
【数7】
Figure 0003607846
【0042】
判定手段20における特徴量としてのARモデルの極の絶対値のレンジビンブロック番号b内の平均値(以後、混同のおそれがない限り、単にARモデルの極の絶対値と呼ぶ)を、1次ARモデルに対してQ (b)、2次ARモデルに対してQ2i (b)(i=1、2)とする。これは式(16)、(17)で求められる。
【0043】
【数8】
Figure 0003607846
【0044】
ここで、ARモデルの極の絶対値が特徴量となりうることを数値例で示す。そのため、計算機で疑似的な受信信号を生成した。等間隔パルスで、パルス繰り返し周波数PRF=1000Hz、レンジビン数300、ヒット数128である。ヒット数はスペクトルの表示の都合上、多く取った。固定クラッタは0Hzを中心周波数とし、移動クラッタは−320Hzが中心周波数である。ただし、移動クラッタは距離が遠くなるにつれて中心周波数がやや0に近づく。また、第210レンジビンにドップラー周波数50Hzの目標信号が存在する。クラッタの強度は、距離が遠くなるにつれて小さくなるようにした。特に固定クラッタの減衰が大きくなるようにした。固定クラッタの第200レンジビン以遠は雑音レベルとほとんど変わらない。
【0045】
図3は、生成した信号のスペクトルである。
第1、第50、第100、第150、第210レンジビンにおけるスペクトルを示す。凡例の#1が第1レンジビンにおけるスペクトルで、以下同様である。固定クラッタのスペクトルレベルは距離が遠くなるにつれて減衰していくことがわかる。第210レンジビンのスペクトルで、50Hz付近に目標信号によるピークが存在する。
【0046】
図4は、レンジに対する式(16)と(17)のARモデルの極の絶対値を示したものである。
レンジビンブロック長B=25である。ここで、1次ARモデルによるもの(実線)と、2次ARモデルによるものの一方(破線)は、比較的大きな値を保っているが、2次ARモデルによるもののもう一方(一点鎖線)は、距離に従って減衰していくことがわかる。これは、固定クラッタの減衰に対応している。
【0047】
このようにして色々と調べた結果、ARモデルの極の絶対値について以下のことがわかった。
・クラッタが存在しないときは、1次ARモデルの極の絶対値は小さくなる。
・単峰性スペクトルの場合は、1次ARモデルの極の絶対値と、2次ARモデルの極の絶対値の一方は比較的大きい値を取る。
・双峰性スペクトルの場合は、2次ARモデルの2つの極の絶対値はともに比較的大きい値を取る。
【0048】
これより、ARモデルの極の絶対値は、スペクトルの単峰性や双峰性を判断する材料となることがわかった。文献2のクラッタ中心周波数推定法は、目標信号を保存させるために目標信号のスペクトルのピークを捕らえないようにしている。その過程で得られるARモデルの極QR1(k,n)+jQI1(k,n)、QR2i(k,n)+jQI2i(k,n)(i=1、2)についても同様である。従って、式(16)と(17)のARモデルの極の絶対値を特徴量として利用すると、目標信号によるスペクトルのピークを無視して、クラッタによるスペクトルのピークの数だけを数えられる。
【0049】
判定手段20によって選択すべき信号の決定手順について記す。
クラッタ中心周波数推定手段5におけるARモデルの極の絶対値だけを用いる第1の手順と、それに加えて、式(10)〜(12)の、受信信号、第1のノッチフィルタ1の出力信号、第2のノッチフィルタ2の出力信号の、各信号のレンジビンブロック内の平均電力P (b)、P (b)、P (b)を特徴量としてともに用いる第2の手順を記す。スペクトルが単峰性か双峰性か、あるいはクラッタが存在しないかを判定するための、ARモデルの極の絶対値のしきい値をQthとする。
【0050】
〈第1の判定手順〉
レンジビンブロック番号b(b=1,2,・・・,K/B)について、
(1)式(16)のQ (b)がQth未満であれば、クラッタが存在しないと判断し、そのレンジビン番号bに属する範囲のレンジビンに対しては、図1のA、すなわち受信信号を選択する。
(2)式(17)のQ21 (b)、Q22 (b)の一方がQth未満であれば、クラッタスペクトルは単峰性であると判断し、図1のB、すなわち、第1のノッチフィルタ1の出力信号を選択する。
(3)以上のいずれでもなければ、クラッタスペクトルは双峰性であると判断し、図1のC、すなわち、第2のノッチフィルタ2の出力信号を選択する。
【0051】
〈第2の判定手順〉
図5は判定手段20における第2の判定手順を示したフローチャートである。図5に従って手順を説明する。受信機雑音電力と関係して、2つの電力しきい値を設ける。小さい方のしきい値をPth min、大きい方のしきい値をPth maxとする。受信機雑音電力がこの2つのしきい値の間に入るようにする。
【0052】
レンジビンブロック番号b(b=1,2,・・・,K/B)について、
受信信号、第1のノッチフィルタ1の出力信号、第2のノッチフィルタ2の出力信号の各信号のレンジビンブロック内の平均電力である式(10)〜(12)のP (b)、P (b)、P (b)のうち、最小のものをPmin (b)とする(ステップS1)。電力の最も小さい信号(図1のA、B、Cのどれか)を選んで、ステップS2へ進む。
【0053】
ステップS2:以下の3つの条件で分岐
ステップS1で選ばれた信号の電力Pmin (b)がPth min未満の場合(ステップS2.1):
2番目に小さい信号電力がPth maxより大きい場合は、ステップS1で選んだ信号を保持する。そうでない場合は、Pth min以上で最小の電力の信号を選ぶ(ステップS2.1.1)。そして、ステップS3へ進む。
ステップS1で選ばれた信号の電力がPth min以上でPth max以下の場合(ステップS2.2):
他の信号電力がこの範囲内にあれば、通過したノッチフィルタ次数が最も低い信号を選ぶ(ステップS2.2.1)。他の信号電力がこの範囲内になければステップS1で選んだ信号を保持する。そして、ステップS3へ進む。
ステップS1で選ばれた信号の電力がPth maxより大きい場合(ステップS2.3):
ステップS1で選んだ信号を最終選択結果として、選択操作を終了する。
【0054】
次に、ステップS3において、1次ARモデルの極の絶対値Q (b)がQth未満であるなら、クラッタがないと判断して、受信信号(図1のA)を選択して(ステップS3.1)、選択操作を終了する。そうでない場合はステップS2までで選択した信号を保持して、ステップS4へ進む。
【0055】
ステップS4において、ここまでで選択された信号が第1のノッチフィルタ1出力信号(図1のB)なら、その信号を選択結果として(ステップS4.1)、選択操作を終了する。そうでない場合はステップS5へ進む。
【0056】
ステップS5において、1次ARモデルの極の絶対値Q (b)がQth以上かつ2次ARモデルの2つの極の絶対値Q21 (b)、Q22 (b)の両方か一方がQth未満なら、クラッタスペクトルは単峰性と判断して第1のノッチフィルタ1の出力信号(図1のB)を選択結果とする(ステップS4.1)。そうでない場合は、第2のノッチフィルタ2の出力信号(図1のC)を選択結果とする(ステップS5.1)。以上で手順を終了する。
【0057】
第2の手順における各ステップの意味を記す。
ステップS2.1は、既にクラッタが抑圧されているのに、さらにフィルタを通した信号を選ばないようにするものである。必要以上に電力が小さい信号はブラインド領域が広いと解釈する。
ステップS2.2は、電力しきい値範囲内であれば、雑音電力までクラッタが抑圧されたとみなし、通過するノッチフィルタの次数がなるべく低くなるように信号を選択するものである。
ステップS2.3は、どの信号を選んでもクラッタが消え残ってしまったが、なるべく消え残りが少ない信号を選択するものである。
【0058】
ステップS3は、クラッタの有無をARモデルの極の絶対値から判断するものである。
ステップS4は、クラッタスペクトルが単峰性か双峰性かを信号電力から判定するものである。
ステップS5は、さらに、クラッタスペクトルが単峰性か双峰性かをARモデルの極から判定するものである。これは、本来単峰性スペクトルなのに誤って双峰性スペクトルと判断されているものを修正するために行うが、特に目標信号を保持するためのものである。電力だけで判断すると、目標信号を誤って抑圧してしまう可能性がある。
【0059】
以上のように、実施の形態1によれば、判定手段20で利用する特徴量が1コヒーレントプロセッシングインターバル内の受信信号で算出可能であるため、従来の技術のように数回のスキャンを必要としないで実際のクラッタの距離に関する分布に適応してクラッタ抑圧を行うことが可能となる。さらに、スタガトリガ方式でも深いノッチがそのまま周波数軸上で平行移動するようにノッチフィルタの係数を設定するため、移動クラッタ抑圧性能が高い。また、特徴量の算出には多数のヒット数を必要としないため、1コヒーレントプロセッシングインターバルあたりのパルスヒット数が少ない捜索レーダでも良好なクラッタ抑圧性能を得ることができる。
【0060】
実施の形態2.
図6は、この発明の実施の形態2に係わるクラッタ抑圧装置の構成図である。この実施の形態2におけるクラッタ抑圧装置は、通常レーダ装置を構成する一要素であり、レーダ装置に組み込んだ形で使用する。ここで、実施の形態1(図1)との違いは、図1では第1のノッチフィルタ1に単峰性スペクトルのクラッタ抑圧と、双峰性スペクトルを持つクラッタの一方の抑圧を兼ねていた。しかし本実施の形態2においては、図6に示すように、第3のノッチフィルタ3(FIR形)を設けて、これを単峰性スペクトルクラッタ抑圧専用とし、第1のノッチフィルタ1は双峰性スペクトルを持つクラッタの一方のクラッタ抑圧専用とするものである。この点を除けば、実施の形態1と動作は同じである。
【0061】
以下、実施の形態2について、主に実施の形態1との相違点について説明する。
まず、送信パルス間隔が等間隔の場合について説明する。第1のノッチフィルタ1、第2のノッチフィルタ2、第3のノッチフィルタ3は、クラッタ中心周波数推定手段5での推定結果に基づいたノッチ周波数を持つ。第1のノッチフィルタ1、第2のノッチフィルタ2は式(2)に示されるf021 (b)、f022 (b)、第3のノッチフィルタ3は式(1)で示されるf01 (b)をノッチ周波数とする。想定されるクラッタ帯域幅に対応して、あらかじめ周波数0近傍を阻止域とする適当な高域通過ディジタルフィルタ(周波数0に零点を持つことが望ましい)を用意しておくことは実施の形態1と同様であるが、第3のノッチフィルタ3用にもう1つ用意する。場合によっては第1のノッチフィルタや第2のノッチフィルタ2で用いるものと同じでもよい。その係数(実数)を第3のノッチフィルタ3用にc(m=0、1,・・・,M−1;Mはインパルス応答長)とする。推定されたクラッタ中心周波数f01 (b)、f021 (b)、f022 (b)をノッチ周波数とする第1のノッチフィルタ1の係数をα(b)、第2のノッチフィルタ2の係数β(b)、第3のノッチフィルタ3の係数をγ (b)とすると、式(18)のようになる。
【0062】
【数9】
Figure 0003607846
【0063】
第1のノッチフィルタ1の出力信号y(k,n)、第2のノッチフィルタ2の出力信号y(k,n)、第3のノッチフィルタ3の出力信号y(k,n)はそれぞれ式(19)〜(21)のようになる。レンジビン番号kがどのブロック番号bに属しているか注意する。
【0064】
【数10】
Figure 0003607846
【0065】
スタガトリガ方式の場合、処理を行おうとする信号のパルスの位置(あるいはパルス間隔)に応じてフィルタ係数を変えると、スタガトリガ方式でも周波数0に多重零点を持つ阻止域幅の広いノッチフィルタを得ることができる。本実施の形態でも、第3のノッチフィルタ3にそのような時変係数フィルタを用いるものとして説明する(そのような事変係数フィルタしか使えないわけではない)。そのような時変係数ノッチフィルタのインパルス応答を、第3のノッチフィルタ3用にei0,ei1,・・・,e M3−1とする。添字のi(i=0,1,・・・,L−1)は、パルス間隔に応じて係数が変わることを意味する。第1のノッチフィルタ1の係数をAim(b)、第2のノッチフィルタ2の係数Bim(b)、第3のノッチフィルタ3の係数Cim (b)とすると、それぞれ式(22)〜(24)のようになる。第1のノッチフィルタ1、第2のノッチフィルタ2、第3のノッチフィルタ3の入出力信号の関係はそれぞれ式(25)〜(27)のようになる。
【0066】
【数11】
Figure 0003607846
【0067】
【数12】
Figure 0003607846
【0068】
判定手段20における特徴量としての電力は、受信信号、第3のノッチフィルタ3の出力信号、第2のノッチフィルタ2の出力信号の、各信号のレンジビンブロック内の平均電力である。第1のノッチフィルタ1の出力信号は用いない。従って、式(11)のP (b)の代わりに式(28)で示すP (b)を用いる。第2の判定手順において、P (b)はP (b)に置き換える。選択肢とする信号は、図6のA、B、Cで示した受信信号u(k,n)、第3のノッチフィルタ3の出力信号y(k,n)、第2のノッチフィルタ2の出力信号y(k,n)である。これらの点を除いて、判定手段20の動作は実施の形態1と同じである。
【0069】
【数13】
Figure 0003607846
【0070】
以上のように、実施の形態2によれば、判定手段20で利用する特徴量が1コヒーレントプロセッシングインターバル内の受信信号で算出可能であるため、従来の技術のように数回のスキャンを必要としないで実際のクラッタの距離に関する分布に適応してクラッタ抑圧を行うことが可能となる。加えて、スタガトリガ方式でも深いノッチがそのまま周波数軸上で平行移動するようにノッチフィルタの係数を設定するため、移動クラッタ抑圧性能が高い。また、特徴量の算出には多数のヒット数を必要としないため、1コヒーレントプロセッシングインターバルあたりのパルスヒット数が少ない捜索レーダでも良好なクラッタ抑圧性能を得ることができる。
【0071】
実施の形態3.
実施の形態1と2ではクラッタが最大2つ存在するとしてきたが、それ以上(I個、I>2)のクラッタに対処するためには、図1や図6の構成をそれぞれ拡張した図7あるいは図8の構成とする。
図7の構成について説明する。図7では、I個のノッチフィルタを縦続に接続する。それぞれのノッチフィルタは1つの周波数にノッチを持つ。クラッタ中心周波数推定手段5ではI次ARモデルを使用してクラッタ中心周波数を推定する。推定されたI個の周波数をそれぞれI個のノッチフィルタのノッチ周波数として1個づつ割り当てる。各ノッチフィルタの係数は、第1および第2の実施形態と同様にして計算する。判定手段20における判定手順としては、第1の判定手順をそのまま拡張できる。判定手段20での判定結果に基づいて、選択手段10では(I+1)個の信号の中から1つを選択出力する。
【0072】
次に、図8の構成について説明する。
図8では、1つのノッチフィルタ(30−1)、2つのノッチフィルタを縦続に接続したもの(30−2−1、30−2−1),・・・,I個のノッチフィルタを縦続に接続したもの(30−I−1,30−I−2,・・・,30−I−I)の、I組のノッチフィルタ群を並列接続する。合計I(I+1)/2個のノッチフィルタを使用することになる。
【0073】
個々のノッチフィルタは1つの周波数にノッチを持つ。クラッタ中心周波数推定手段5では、i個(i=1,2,・・・,I)のノッチフィルタが縦続に接続されているノッチフィルタ群(第iノッチフィルタ群と呼ぶ)に対しては、i個のクラッタが重畳していると仮定して、i次ARモデルを使ってクラッタ中心周波数推定を行い、その結果を第iノッチフィルタ群の各ノッチフィルタに1個づつ出力する。各ノッチフィルタの係数は、第1および第2の実施形態と同様にして計算する。これをi=1,2,・・・,Iに対して行う。判定手段20における判定手順としては、第1の判定手順をそのまま拡張できる。判定手段20での判定結果に基づいて、選択手段10では(I+1)個の信号の中から1つを選択出力する。
【0074】
これらの構成により、3つ以上のクラッタが存在しても、従来の技術のように数回のスキャンを必要としないで、1コヒーレントプロセッシングインターバル内の受信信号で実際のクラッタの距離に関する分布に適応してクラッタ抑圧を行うことが可能となる。加えて、スタガトリガ方式でも深いノッチがそのまま周波数軸上で平行移動するようにノッチフィルタの係数を設定するため、移動クラッタ抑圧性能が高い。また、特徴量の算出には多数のヒット数を必要としないため、1コヒーレントプロセッシングインターバルあたりのパルスヒット数が少ない捜索レーダでも良好なクラッタ抑圧性能を得ることができる。
【0075】
次に、レーダ送信波形が等間隔パルスの場合、実施の形態2によってクラッタを抑圧できることを計算機シミュレーションにより示す。図3でスペクトルを示した信号を受信信号とする。第210レンジビンにドップラー周波数50Hzの目標が存在する。1レンジビンブロック長B=25レンジビンである。判定手段20の判定手順は第2の手順を用いた。ARモデルの極の絶対値のしきい値はQth=0.3、電力のしきい値は、Pth min=雑音電力−6dB、Pth max=雑音電力+2dBである。
【0076】
選択手段10の出力信号z(k,n)のスペクトルを図9に示す。
これは、図3に対応して、第1、第50、第100、第150、第210レンジビンにおけるスペクトルである。目標信号は保存して、クラッタのみ抑圧できていることがわかる。選択手段10で選択された出力信号は、第150レンジビンより近くは第2のノッチフィルタ2、それ以遠は第3のノッチフィルタ3であった。それぞれ、双峰性スペクトルのクラッタ、単峰性スペクトルのクラッタであると判定された。目標の存在する第210レンジビンでは単峰性スペクトルのクラッタと判断されており、その結果目標信号を消去せずにクラッタを抑圧できた。この処理は数回のアンテナスキャンを必要とせず、1コヒーレントプロセッシングインターバル内の受信信号で行っていることを強調しておく。
【0077】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、判定手段で利用する特徴量が1コヒーレントプロセッシングインターバル内の受信信号で算出可能であるため、数回のスキャンを必要としないで実際のクラッタの距離に関する分布に適応してクラッタ抑圧を行うことができる。
【0078】
また、選択手段で選択出力すべき信号を複数の連続するレンジビンからなるブロック毎に判定するようにしたので、短時間にクラッタ抑圧を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1に係るクラッタ抑圧装置の構成図である。
【図2】文献2によるクラッタ中心周波数推定法を模式的に表した図である。
【図3】計算機で疑似的に生成した固定クラッタと移動クラッタの両方と目標信号を含む信号のスペクトルである。
【図4】図3のスペクトルの信号に対して、レンジビンとARモデルの極の絶対値の平均値の関係を示した図である。
【図5】判定手段20における第2の判定手順を示したフローチャートである。
【図6】この発明の実施の形態2に係るクラッタ抑圧装置の構成図である。
【図7】この発明の実施の形態3に係るもので、3つ以上のクラッタに対処できるクラッタ抑圧装置の構成図である。
【図8】この発明の実施の形態3に係るもので、3つ以上のクラッタに対処できるクラッタ抑圧装置の他の構成図である。
【図9】この発明の実施の形態2に係るクラッタ抑圧処理の結果得られた信号の特定のレンジビンに対するスペクトルの説明図である。
【図10】従来のクラッタ抑圧装置の概念的な構成図である。
【図11】文献1で開示されたクラッタ抑圧装置の構成図である。
【符号の説明】
1 第1のノッチフィルタ、2 第2のノッチフィルタ、3 第3のノッチフィルタ、4 第Iのノッチフィルタ、5 クラッタ中心周波数推定手段、10 選択手段、20 判定手段、30−1 ノッチフィルタ♯1、30−2−1 ノッチフィルタ♯2−1、30−2−2 ノッチフィルタ♯2−2、30−I−1ノッチフィルタ♯I−1、30−I−2 ノッチフィルタ♯I−2、30−I−I ノッチフィルタ♯I−I。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a clutter suppression device that suppresses unnecessary reflected waves (clutter) that are unintentionally received by a radar device.
[0002]
[Prior art]
In a radar apparatus, suppression of unnecessary reflected echo (clutter) from the ground, sea surface, clouds, rain, and the like is essential for target detection.
FIG. 10 is a diagram conceptually showing the configuration of the clutter suppression device disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-2433.
In FIG. 10, 101 is a fixed clutter eraser for suppressing fixed clutter such as ground clutter and sea clutter, and 102 is an amplitude / phase corrector for correcting the amplitude and phase of the output signal of the fixed clutter eraser 101. , 103 are moving clutter erasers for suppressing clutter that the reflection source moves, such as weather clutter. In FIG. 10, in order to simplify the notation, the input signal is a complex signal in which the in-phase signal is a real part and the quadrature signal is an imaginary part.
[0003]
In the above configuration, the fixed clutter eraser 101 suppresses clutter from a reflection source that is very slow even if a reflection source such as a ground clutter or a sea clutter does not move or moves. However, if there is only a moving clutter such as a weather clutter, it cannot be erased only by the fixed clutter eraser 101. Therefore, a moving clutter eraser 103 is provided to suppress this. The amplitude / phase corrector 102 corrects the amplitude and phase of the output signal of the fixed clutter canceller 101 so that the moving clutter looks like a fixed clutter. The actual condition of the fixed clutter canceller 101 and the moving clutter canceller 103 is a high-pass filter having a notch frequency of zero. The transfer function is 1-z-1Single eraser or (1-z-1)2The double eraser is an example.
[0004]
In practice, fixed clutter does not extend to the search range of the search radar. Usually it extends only to a short distance. Moving clutter is more complex. Depending on the pulse interval in the radar, there may be secondary echoes. That is, the distribution regarding the actual clutter distance and the Doppler frequency is complicated. On the other hand, in the configuration shown in FIG. 10, both the fixed clutter eraser 101 and the moving clutter eraser 103 are applied over the entire distance. For example, if a moving clutter exists only at a long distance but a target signal having a Doppler frequency substantially the same as that of the moving clutter exists at a short distance, the target signal is deleted.
[0005]
On the other hand, a clutter suppression apparatus that performs clutter suppression in accordance with a distribution related to an actual clutter distance is disclosed in Reference 1 (A. Wojtkiewicz and M. Tuszynsky, “Polish radical technology Part V. Adaptive MTI filters”. Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 27, No. 5, September 1991).
[0006]
FIG. 11 is a block diagram showing the clutter suppression device disclosed in the above document.
11, 111 is a fixed clutter suppression filter for suppressing fixed clutter, 112 is a moving clutter suppression filter for suppressing moving clutter, and 113 is a clutter parameter estimator / clutter map generator for generating a clutter map. , 114 is a filter controller that individually controls on / off of the fixed clutter suppression filter and the moving clutter suppression filter based on the clutter map in the clutter parameter estimator / clutter map generator 113. In FIG. 11, in order to simplify the notation, the input signal is a complex signal in which the in-phase signal is a real part and the quadrature signal is an imaginary part.
[0007]
In the above configuration, the clutter parameter estimator / clutter map generator 113 estimates the received clutter power, the output power of the fixed clutter suppression filter 111, and the Doppler frequency of the moving clutter, and generates a clutter map. Unlike the configuration shown in FIG. 10, this depends on the distance, so that the presence or absence of a ground clutter (or sea clutter) or weather clutter can be known from the distance. Based on the generated clutter map, the filter controller 114 individually controls on / off of the fixed clutter suppression filter and the moving clutter suppression filter. Therefore, the clutter suppression can be performed in conformity with the distribution related to the actual clutter distance.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the configuration shown in FIG. 11 described above has the following problems.
The presence / absence of the target signal cannot be determined from the power of the input / output signal of the fixed clutter suppression filter 111. To recognize the presence of the target signal in order to avoid erasure, the antenna beam must be scanned several times to update the clutter map. As disclosed in Document 1 (FIG. 26 and FIG. 28), the stop band attenuation of the moving clutter suppression filter cannot be sufficiently obtained particularly during stagger triggering. This means that the suppression capability of the mobile clutter is low.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems. In one coherent processing interval, clutter suppression is performed by adapting to the distribution related to the actual clutter distance in consideration of the presence of the target signal. It is possible to provide a clutter suppression device that can perform the above and has high moving clutter suppression performance.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The clutter suppression device according to the present invention is a clutter suppression device that suppresses clutter, which is an unnecessary reflected echo received by a radar, in which a clutter center frequency included in a received signal converted into a digital in-phase / quadrature signal is determined. Clutter center frequency estimation means that estimates based on the maximum entropy method on the assumption that there are a maximum of a plurality of I, a plurality of cascaded I notch filters that receive the reception signal, the reception signal, and the plurality of Based on the pole of an AR (auto-regressive) model obtained by the selection means for selectively outputting one of the I notch filter output signals as input and the clutter center frequency estimation means, The signal to be selected and output by the selection means is a block consisting of a plurality of continuous range bins. A plurality of I notch filters, wherein each of the plurality of I clutter center frequencies estimated by the clutter center frequency estimation unit is set as a zero point of a frequency characteristic. To do.
[0011]
In addition, the determining means determines a signal to be selectively output by the selecting means based on the pole of the AR model obtained by the clutter center frequency estimating means and the respective powers of the received signal and the plurality of notch filter output signals. The determination is made for each block composed of a plurality of continuous range bins.
[0012]
A clutter suppression device according to another invention is a clutter suppression device that suppresses clutter, which is an unnecessary reflected echo received by a radar. And i (i = 1, 2,..., I) cascade connection with clutter center frequency estimation means for estimating the number of clutters based on the maximum entropy method on the assumption that there are one to a plurality of I clutters A total of I (I + 1) / 2 notch filters in which the notch filters are connected in parallel with the received signal as input for i = 1, 2,..., I, the received signal, and the i number of filters. (I = 1, 2,..., I) Selection means for inputting a plurality of I output signals at the final stage of the cascade-connected notch filters and selecting and outputting one of them. Determination means for determining, based on the pole of the AR model obtained by the clutter center frequency estimation means, a signal to be selected and output by the selection means for each block composed of a plurality of continuous range bins. = 1, 2,..., I) The frequency that is the zero point of each of the cascade-connected notch filters is an estimated value by the clutter center frequency estimating means when it is assumed that there are i clutters. It is a feature.
[0013]
Further, the determination means includes a final stage of a notch filter cascade-connected to the i poles (i = 1, 2,..., I) of the AR model pole obtained by the clutter center frequency estimation means and the received signal. On the basis of the power of each of the plurality of I output signals, a signal to be selectively output by the selection means is determined for each block composed of a plurality of continuous range bins.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a clutter suppression apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The clutter suppression device in this embodiment is one element that normally constitutes a radar device, and is used in a form incorporated in the radar device.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a first notch filter (FIR type, FIR: Finite Impulse Response) for suppressing one of two superimposed clutters having a monomodal spectrum or two clutters having a bimodal spectrum. ) 2 is a second notch filter (FIR type) for suppressing the clutter having a bimodal spectrum that remains undisappeared in the first notch filter 1, and 5 is a clutter center for estimating the clutter center frequency in the received signal. Frequency estimation means 10 is a selection means for selecting and outputting one of three signals of a received signal, an output signal of the first notch filter 1 and an output signal of the second notch filter 2, and 20 is a selection means It is a determination means for determining which of the three input signals is selected.
[0015]
Here, the bimodal spectrum refers to a spectrum having two peaks by overlapping a fixed clutter and a moving clutter. In addition, the unimodal spectrum is a spectrum in which only one of a fixed clutter and a moving clutter exists as a clutter and has one peak. The spectrum peak due to the target signal is not counted.
[0016]
The operation of the first embodiment will be described below with reference to FIG.
As a radar transmission signal, a pulse signal or a pulse signal that is frequency-modulated or code-modulated to perform pulse compression is assumed. The signal is expressed in a two-dimensional format of range bin and hit. The received signal is u (k, n), and the output signal of the first notch filter 1 is y1(K, n), the output signal of the second notch filter 2 is y2Let (k, n). k is a range bin number (k = 1, 2,..., K), and n is a hit number (n = 1, 2,..., N). K and N are the number of range bins and the number of hits, respectively, during one coherent processing interval. The received signal is converted into a digital in-phase / quadrature signal by a receiver, an A / D converter or the like. To simplify the notation, each signal is a complex digital signal with the in-phase signal as a real part and the quadrature signal as an imaginary part.
[0017]
The first notch filter 1 suppresses a fixed clutter or a moving clutter out of a clutter of a unimodal spectrum or a clutter of a bimodal spectrum. The second notch filter 2 suppresses the clutter remaining unerased by the first notch filter 1 out of the bimodal spectrum clutter. Both the notch frequencies of the first notch filter 1 and the second notch filter 2 have a notch at the frequency estimated by the clutter center frequency estimating means 5. For this purpose, first, the clutter center frequency estimation means 5 assumes that the received signal is a clutter of a bimodal spectrum, and uses a second-order AR (auto-regressive) model to determine the clutter center frequency (the center frequency of each of the two clutters). ). This is described in Reference 2 (Harazawa, Mano: “Adaptive MTI using median filter”, IEICE Transactions B-II, vol. J79-B-II, No. 12, pp. 1013-1021, Nov., 1996) is used. Based on the maximum entropy method, estimation using an AR model is performed.
[0018]
The clutter center frequency is estimated for each range bin. Since a bimodal spectrum is assumed, there are two types of center frequency estimation results. Estimated value f of one of themA (B)The clutter suppression processing is performed by the first notch filter 1 having a notch frequency. The output signal of the first notch filter 1 is output to the determination means 20 and the selection means 10 and also output to the second notch filter 2. In the second notch filter 2, the other one of the clutter center frequency estimation values just above f.B (B)Is subjected to clutter suppression processing by the second notch filter 2 having the notch frequency as a notch frequency, and the result is output to the determination means 20 and the selection means 10.
[0019]
In the determination means 20, the received signal power, the output signal power of the first notch filter 1, the output signal power of the second notch filter 2, and the poles of the AR model used for clutter center frequency estimation in the clutter center frequency estimation means 5. Are used together to determine which of the three signals should be output. In the determination by the determination means 20, there is a method in which the received signal power, the first notch filter 1 output signal power, and the second notch filter 2 output signal power are not used. Based on the determination result of the determination unit 20, the selection unit 10 selectively outputs one of the three signals. The output signal of the selection means 10 is subsequently used for target detection and the like. The detailed operation of the determination unit 20 will be described later. FA (B), FB (B)(B) is a block number when the total range bin number K is divided into blocks by an appropriate block length B as will be described later. b = 1, 2,..., K / B. fA (B), FB (B)Is the pulse repetition frequency PRF (in the case of the stagger trigger method, the average pulse interval PRIavThe frequency normalized by the reciprocal of Hereinafter, the frequency is a normalized frequency unless otherwise specified.
[0020]
fA (B)And fB (B)The calculation of will be described.
In the estimation method of Document 2, the clutter center frequency estimation is performed for each range bin and hit of the received signal, so the clutter center frequency estimation value depends on the range bin k and the hit n. Assuming bimodal spectral clutter, a second-order AR model is used. Since there are two clutter center frequency estimates,c21(K, n), fc22Let (k, n). In addition, the clutter center frequency estimation using the first-order AR model is performed at the same time assuming the clutter of the unimodal spectrum. The clutter center frequency estimate assuming a unimodal spectrum is fc1Let (k, n). Basically, of the two center frequency estimation values obtained by assuming the bimodal spectrum clutter, the one closer to the clutter center frequency estimation value assuming the unimodal spectrum is used for the first notch filter 1. The other is used for the second notch filter 2. fA (B), FB (B)Uses the hit and the average within its range bin block. Note that the averaging operation is performed on a complex number having an absolute value of 1 whose frequency is a declination, and the resulting declination is used as an average frequency.
[0021]
fc1(K, n), fc21(K, n), fc22The average of (k, n) within hit and range bin block number b is f01 (B), F021 (B), F022 (B)And shown in equations (1) and (2). f021 (B), F022 (B)F01 (B)F closer toA (B), The other is fB (B)And
[0022]
[Expression 1]
Figure 0003607846
[0023]
Next, the first notch filter 1 and the second notch filter 2 will be described.
First, the case where transmission pulse intervals are equal will be described.
Two types of suitable high-pass digital filters (desirably having a zero at frequency 0) are prepared in advance corresponding to the assumed clutter bandwidth. Those coefficients (real numbers) are a for the first notch filter 1.m(M = 0, 1, ..., M1-1; M1Is the impulse response length), b for the second notch filter 2m(M = 0, 1, ..., M2-1; M2Is the impulse response length). The estimated value (averaged result) obtained by the clutter center frequency estimating means 5 is f as described above.A (B), FB (B)It is. The coefficient of the first notch filter 1 is αm (B), Coefficient β of the second notch filter 2m (B)Then, it becomes like Formula (3).
[0024]
[Expression 2]
Figure 0003607846
[0025]
Output signal y of the first notch filter 11(K, n), the output signal y of the second notch filter 22(K, n) is represented by equations (4) and (5), respectively. Note which block number b the range bin number k belongs to.
[0026]
[Equation 3]
Figure 0003607846
[0027]
Next, the first notch filter 1 and the second notch filter 2 in the case of the stagger trigger method will be described.
Before the explanation, the notation is described below. τ for i ≦ Li= PRIi, I> L, τL + 1= PRI1, ΤL + 2= PRI2, ..., τ2L-1= PRIL-1, Τ2L= PRIL, Τ2L + 1= PRI1, .... In the case of the stagger trigger method, in the signal representation, the hit variable n is set to t according to the pulse interval.nI will write like this. However, when it is not necessary to distinguish, it is simply written as n.
[0028]
Figure 0003607846
[0029]
Reference 3 (H. W. Thomas, N. P. Lutete, and M. W. Jelffs, “Design of m. T. Filters with staggered p. R. F: a pole-zero approach, E. Pro. , Vol. 121, no. 12, p. 1460-1466, 1974), in the case of the stagger trigger method, the filter coefficient is not time-invariant as in the conventional double eraser, but the processing is performed. If the filter coefficient is changed according to the pulse position (or pulse interval) of the signal to be obtained, a notch filter having a wide stop band width having multiple zeros at frequency 0 can be obtained even by the stagger trigger method. This embodiment will also be described assuming that such a time-varying coefficient filter is used (not only such a time-varying coefficient filter can be used). The impulse response of such a time-varying coefficient notch filter is expressed as h for the first notch filter 1.i0, Hi1, ..., hi , M1-1G for the second notch filter 2i0, Gi1, ..., gi , M2-1And The subscript i (i = 0, 1,..., L−1) means that the coefficient changes according to the pulse interval.
[0030]
The clutter center frequency estimation means 5 estimates the clutter center frequency by treating the signals as equally spaced pulses without considering the stagger trigger method. We have confirmed from many examples that there is no problem. The estimated value (averaged result) obtained by the clutter center frequency estimating means 5 is f as described above.A (B), FB (B)It is. The coefficient of the first notch filter 1 is Aim (B), Coefficient B of the second notch filter 2im (B)Then, equations (6) and (7) are obtained. When the coefficient is set in this way, the deep notch is translated on the frequency axis as it is even in the stagger trigger method. The relationship between the input / output signals of the first notch filter 1 and the second notch filter 2 is expressed by equations (8) and (9), respectively. Note which block number b the range bin number k belongs to.
[0031]
[Expression 4]
Figure 0003607846
[0032]
[Equation 5]
Figure 0003607846
[0033]
Next, the operation of the determination unit 20 will be described.
This is common regardless of the stagger trigger method.
First, the reason for performing block division of all range bins will be described.
The determination means 20 determines which signal is selected, and uses the power of each signal and the pole of the AR model used for clutter center frequency estimation as the feature quantity for the determination. If these are used for determination for each range bin, the feature amount varies, and the determination result may vary for each range bin. When this happens, the statistical properties of the output signal of the selection means 10 will also change for each range bin. This may adversely affect target detection processing by CFAR (constant false alarm) following clutter suppression processing. In reality, the clutter center frequency hardly changes greatly in several tens of range bins. Therefore, the entire range is divided into blocks with an appropriate block length B, and the feature values are averaged in the range bin block and used for determination. The determination is made for each range bin block. By doing so, the number of determinations does not increase, and the statistical properties of the output signal of the selection means 10 are also kept uniform in the range bin block. The CFAR process may be performed within the range bin block.
[0034]
A feature amount used for determination will be described.
As the feature amount, the received signal, the output signal of the first notch filter 1, the output signal of the second notch filter 2, the average power in the range bin block of each signal, the AR model used in the clutter center frequency estimation means 5 The absolute value of the pole is averaged within the range bin block. If only the power of each signal is compared, there is a high possibility that the target signal will be deleted. Therefore, the average absolute value of the poles of the AR model, which is a feature quantity other than power, is added to the feature quantity. Note that a determination procedure that uses only the average of the absolute values of the poles of the AR model without using the power of each signal as a feature amount is also conceivable. The average power in the range bin block number b is calculated from the following formulas (10) to (12). P0 (B), P1 (B), P2 (B)Are the received signal u (k, n) and the output signal y of the first notch filter 1, respectively.1(K, n), the output signal y of the second notch filter 22This is the average power in the range bin block number b of (k, n).
[0035]
[Formula 6]
Figure 0003607846
[0036]
The average value of the absolute values of the poles of the AR model, which is another feature amount, will be described.
FIG. 2 is a conceptual diagram of the clutter center frequency estimation method in Document 2.
FIG. 2 shows the case of estimating the center frequency of a clutter having a bimodal spectrum by a second order AR model. In the case of estimating the clutter center frequency of a single peak spectrum by a first order AR model, “Second order AR modeling” of FIG. Is the first-order AR modeling, and there is only one pole and center frequency estimation value for each model, and there is no portion related to the dashed arrow in FIG.
[0037]
In FIG. 2, the number of hits used for center frequency estimation is represented by NB, The number of range bins on one side K of the cell of interest u (k, n)B, The number of adjacent range bins (guard ranges) of the cell of interest not used for center frequency estimationGAnd For the center frequency estimation, hits past from the cell of interest are used. The area of the signal used is
Figure 0003607846
It is.
[0038]
For each k in the range of the upper range bin, the signal sequence u (k, n−NB+1), u (k, n−NB+2),..., U (k, n) are second-order AR modeled by the Burg method or the like to determine the poles of the second-order AR model. Q the two poles21(K, n), q22Let (k, n).
[0039]
Next, a median operation is performed on each of the real part and imaginary part of the pole for each range bin.
This is to prevent the target frequency from becoming an estimated value. The declination is obtained from the real part and the imaginary part extracted by the median operation, and then the frequency is obtained. This operation is performed for both poles 1 and 2. Thus, two clutter center frequency estimation values are obtained. This operation is expressed by a mathematical expression.
[0040]
Each range bin (k- (KB+ KG) ~ K-KG-1, k + KG+1 to k + KB+ KG2KBNormalized clutter center frequency estimate f when the poles of the second order AR model for the range bin) are foundc2i(K, n) (i = 1, 2) is obtained by equations (13) to (15). Tan in formula (15)-1Finds the angle in consideration of both the denominator and numerator signs in parentheses. Med in the equations (13) and (14) means median operation (intermediate value extraction). The range where the median is taken is the range bin range shown above. Expressions (13) and (14) correspond to the real part and imaginary part of the pole, respectively. The above operation is performed for all hits and all range bins while shifting the target cell. Similarly, assuming a unimodal spectrum, after first-order AR modeling, the pole QR1(K, n) + jQI1(K, n) and clutter center frequency estimate fc1(K, n) is determined.
[0041]
[Expression 7]
Figure 0003607846
[0042]
The average value in the range bin block number b of the absolute value of the pole of the AR model as the feature value in the determination means 20 (hereinafter simply referred to as the absolute value of the pole of the AR model unless there is a possibility of confusion) Q for model1 (B)Q for secondary AR model2i (B)(I = 1, 2). This is obtained by equations (16) and (17).
[0043]
[Equation 8]
Figure 0003607846
[0044]
Here, a numerical example shows that the absolute value of the pole of the AR model can be a feature amount. Therefore, a pseudo received signal was generated by a computer. Pulses with equal intervals, pulse repetition frequency PRF = 1000 Hz, range bin number 300, hit number 128. A large number of hits was taken for convenience of spectrum display. The fixed clutter has a center frequency of 0 Hz, and the moving clutter has a center frequency of −320 Hz. However, the center frequency of the moving clutter approaches 0 as the distance increases. A target signal having a Doppler frequency of 50 Hz exists in the 210th range bin. The intensity of the clutter was made smaller with increasing distance. In particular, the attenuation of fixed clutter was increased. The fixed clutter beyond the 200th range bin is almost the same as the noise level.
[0045]
FIG. 3 shows the spectrum of the generated signal.
The spectrum in a 1st, 50th, 100th, 150th, 210th range bin is shown. Legend # 1 is the spectrum in the first range bin, and so on. It can be seen that the spectral level of the fixed clutter attenuates with increasing distance. In the spectrum of the 210th range bin, a peak due to the target signal exists in the vicinity of 50 Hz.
[0046]
FIG. 4 shows the absolute values of the poles of the AR model of equations (16) and (17) with respect to the range.
Range bin block length B = 25. Here, one of the primary AR model (solid line) and one of the secondary AR model (broken line) maintain a relatively large value, while the other of the secondary AR model (dashed line) is It turns out that it attenuates according to distance. This corresponds to the attenuation of the fixed clutter.
[0047]
As a result of various investigations as described above, it was found that the absolute values of the poles of the AR model were as follows.
• When there is no clutter, the absolute value of the pole of the primary AR model is small.
In the case of a unimodal spectrum, one of the absolute value of the pole of the primary AR model and the absolute value of the pole of the secondary AR model takes a relatively large value.
In the case of a bimodal spectrum, the absolute values of the two poles of the second-order AR model both take a relatively large value.
[0048]
From this, it was found that the absolute value of the pole of the AR model is a material for judging the monomodality and bimodality of the spectrum. The clutter center frequency estimation method of Document 2 is designed not to capture the spectrum peak of the target signal in order to preserve the target signal. The pole Q of the AR model obtained in the processR1(K, n) + jQI1(K, n), QR2i(K, n) + jQI2iThe same applies to (k, n) (i = 1, 2). Therefore, if the absolute values of the poles of the AR model in the equations (16) and (17) are used as feature amounts, only the number of spectrum peaks due to clutter can be counted ignoring the spectrum peak due to the target signal.
[0049]
A procedure for determining a signal to be selected by the determination means 20 will be described.
The first procedure using only the absolute value of the pole of the AR model in the clutter center frequency estimation means 5, and in addition, the received signal, the output signal of the first notch filter 1, of the equations (10) to (12), The average power P in the range bin block of each signal of the output signal of the second notch filter 20 (B), P1 (B), P2 (B)A second procedure using both as features will be described. The absolute value threshold of the pole of the AR model to determine whether the spectrum is unimodal or bimodal, or no clutter is present, QthAnd
[0050]
<First determination procedure>
For the range bin block number b (b = 1, 2,..., K / B)
(1) Q in formula (16)1 (B)Is QthIf it is less than that, it is determined that there is no clutter, and A in FIG. 1, that is, the received signal is selected for the range bin in the range belonging to the range bin number b.
(2) Q in formula (17)21 (B), Q22 (B)One of the Q isthIf it is less than that, it is determined that the clutter spectrum is unimodal, and B in FIG. 1, that is, the output signal of the first notch filter 1 is selected.
(3) If none of the above, it is determined that the clutter spectrum is bimodal, and C in FIG. 1, that is, the output signal of the second notch filter 2 is selected.
[0051]
<Second determination procedure>
FIG. 5 is a flowchart showing a second determination procedure in the determination means 20. The procedure will be described with reference to FIG. In relation to the receiver noise power, two power thresholds are provided. Set the smaller threshold to Pth min, Let P be the larger thresholdth maxAnd The receiver noise power is allowed to fall between these two thresholds.
[0052]
For range bin block number b (b = 1, 2,..., K / B)
P in the equations (10) to (12), which is the average power in the range bin block of each of the received signal, the output signal of the first notch filter 1 and the output signal of the second notch filter 20 (B), P1 (B), P2 (B)Of these, the smallest one is Pmin (B)(Step S1). A signal having the smallest power (any one of A, B, and C in FIG. 1) is selected, and the process proceeds to step S2.
[0053]
Step S2: Branch under the following three conditions
The power P of the signal selected in step S1min (B)Is Pth minIf less than (step S2.1):
The second smallest signal power is Pth maxIf larger, the signal selected in step S1 is held. Otherwise, Pth minThe signal with the minimum power is selected as described above (step S2.1.1). Then, the process proceeds to step S3.
The power of the signal selected in step S1 is Pth minPth maxIn the following case (step S2.2):
If the other signal power is within this range, the signal having the lowest notch filter order passed is selected (step S2.2.1). If the other signal power is not within this range, the signal selected in step S1 is held. Then, the process proceeds to step S3.
The power of the signal selected in step S1 is Pth maxIf larger (step S2.3):
The selection operation is terminated with the signal selected in step S1 as the final selection result.
[0054]
Next, in step S3, the absolute value Q of the poles of the primary AR model1 (B)Is QthIf not, it is determined that there is no clutter, the received signal (A in FIG. 1) is selected (step S3.1), and the selection operation is terminated. Otherwise, the signal selected up to step S2 is held and the process proceeds to step S4.
[0055]
In step S4, if the signal selected so far is the first notch filter 1 output signal (B in FIG. 1), that signal is used as a selection result (step S4.1), and the selection operation is terminated. Otherwise, the process proceeds to step S5.
[0056]
In step S5, the absolute value Q of the poles of the primary AR model1 (B)Is QthThe absolute value Q of the two poles of the second order AR model21 (B), Q22 (B)Q or boththIf it is less than that, the clutter spectrum is determined to be unimodal, and the output signal (B in FIG. 1) of the first notch filter 1 is selected (step S4.1). If not, the output signal (C in FIG. 1) of the second notch filter 2 is selected (step S5.1). This is the end of the procedure.
[0057]
The meaning of each step in the second procedure will be described.
In step S2.1, the signal that has passed through the filter is not selected even though the clutter is already suppressed. A signal with lower power than necessary is interpreted as having a large blind area.
In step S2.2, if within the power threshold range, it is considered that the clutter is suppressed to the noise power, and the signal is selected so that the order of the notch filter passing therethrough is as low as possible.
In step S2.3, the clutter disappears regardless of which signal is selected, but selects a signal with as little disappearance as possible.
[0058]
Step S3 determines the presence or absence of clutter from the absolute value of the pole of the AR model.
Step S4 determines whether the clutter spectrum is unimodal or bimodal from the signal power.
Step S5 further determines whether the clutter spectrum is unimodal or bimodal from the poles of the AR model. This is performed in order to correct what was originally determined to be a bimodal spectrum although it was originally a unimodal spectrum, and is particularly for holding a target signal. If it is determined only by electric power, the target signal may be erroneously suppressed.
[0059]
As described above, according to the first embodiment, since the feature amount used by the determination unit 20 can be calculated from the received signal within one coherent processing interval, several scans are required as in the conventional technique. It is possible to suppress clutter by adapting to the distribution related to the actual distance of the clutter. Further, even in the stagger trigger method, the coefficient of the notch filter is set so that the deep notch moves in parallel on the frequency axis, so that the moving clutter suppression performance is high. In addition, since a large number of hits is not required for calculating the feature amount, even a search radar having a small number of pulse hits per coherent processing interval can obtain good clutter suppression performance.
[0060]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a block diagram of a clutter suppression device according to Embodiment 2 of the present invention. The clutter suppression device according to the second embodiment is a component that normally constitutes a radar device, and is used in a form incorporated in the radar device. Here, the difference from the first embodiment (FIG. 1) is that, in FIG. 1, the first notch filter 1 serves both as a clutter suppression of a single peak spectrum and a suppression of one of a clutter having a bimodal spectrum. . However, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, a third notch filter 3 (FIR type) is provided, which is dedicated to unimodal spectrum clutter suppression, and the first notch filter 1 is a bimodal. One of the clutters having a sex spectrum is exclusively used for clutter suppression. Except this point, the operation is the same as in the first embodiment.
[0061]
Hereinafter, the difference between the second embodiment and the first embodiment will be mainly described.
First, the case where transmission pulse intervals are equal will be described. The first notch filter 1, the second notch filter 2, and the third notch filter 3 have notch frequencies based on the estimation result of the clutter center frequency estimation means 5. The first notch filter 1 and the second notch filter 2 are expressed as f shown in Equation (2).021 (B), F022 (B), The third notch filter 3 is expressed by the equation (1) f01 (B)Is the notch frequency. Corresponding to the assumed clutter bandwidth, preparing an appropriate high-pass digital filter (desirably having a zero at frequency 0) in advance with a frequency near 0 is the same as in the first embodiment. Similarly, another one is prepared for the third notch filter 3. In some cases, it may be the same as that used in the first notch filter or the second notch filter 2. The coefficient (real number) is c for the third notch filter 3.m(M = 0, 1, ..., M3-1; M3Is the impulse response length). Estimated clutter center frequency f01 (B), F021 (B), F022 (B)Is the coefficient of the first notch filter 1 with the notch frequency αm(B), Coefficient β of the second notch filter 2m(B), The coefficient of the third notch filter 3 is γm (B)Then, the equation (18) is obtained.
[0062]
[Equation 9]
Figure 0003607846
[0063]
Output signal y of the first notch filter 11(K, n), the output signal y of the second notch filter 22(K, n), the output signal y of the third notch filter 33(K, n) is represented by equations (19) to (21), respectively. Note which block number b the range bin number k belongs to.
[0064]
[Expression 10]
Figure 0003607846
[0065]
In the case of the stagger trigger method, if the filter coefficient is changed according to the pulse position (or pulse interval) of the signal to be processed, a notch filter having a wide stop band width having multiple zeros at the frequency 0 can be obtained even in the stagger trigger method. it can. Also in this embodiment, description will be made assuming that such a time-varying coefficient filter is used for the third notch filter 3 (only such an event variable coefficient filter can be used). The impulse response of such a time-varying notch filter is defined as e for the third notch filter 3.i0, Ei1, ..., ei , M3-1And The subscript i (i = 0, 1,..., L−1) means that the coefficient changes according to the pulse interval. The coefficient of the first notch filter 1 is Aim(B), Coefficient B of the second notch filter 2im(B), Coefficient C of the third notch filter 3im (B)Then, equations (22) to (24) are obtained, respectively. The relationship between the input / output signals of the first notch filter 1, the second notch filter 2, and the third notch filter 3 is expressed by equations (25) to (27), respectively.
[0066]
[Expression 11]
Figure 0003607846
[0067]
[Expression 12]
Figure 0003607846
[0068]
The power as the characteristic amount in the determination unit 20 is the average power in the range bin block of each signal of the received signal, the output signal of the third notch filter 3, and the output signal of the second notch filter 2. The output signal of the first notch filter 1 is not used. Therefore, P in equation (11)1 (B)Instead of P in the formula (28)3 (B)Is used. In the second determination procedure, P1 (B)Is P3 (B)Replace with The signals to be selected are the received signal u (k, n) indicated by A, B, and C in FIG. 6 and the output signal y of the third notch filter 3.3(K, n), the output signal y of the second notch filter 22(K, n). Except for these points, the operation of the determination means 20 is the same as that of the first embodiment.
[0069]
[Formula 13]
Figure 0003607846
[0070]
As described above, according to the second embodiment, since the feature amount used by the determination unit 20 can be calculated from the received signal within one coherent processing interval, several scans are required as in the conventional technique. It is possible to suppress clutter by adapting to the distribution related to the actual distance of the clutter. In addition, even in the staggered trigger method, the coefficient of the notch filter is set so that the deep notch moves in parallel on the frequency axis, so that the moving clutter suppression performance is high. In addition, since a large number of hits is not required for calculating the feature amount, even a search radar having a small number of pulse hits per coherent processing interval can obtain good clutter suppression performance.
[0071]
Embodiment 3 FIG.
In Embodiments 1 and 2, it is assumed that there are a maximum of two clutters, but in order to cope with more (I, I> 2) clutters, the configurations of FIGS. 1 and 6 are expanded respectively. Or it is set as the structure of FIG.
The configuration of FIG. 7 will be described. In FIG. 7, I notch filters are connected in cascade. Each notch filter has a notch at one frequency. The clutter center frequency estimation means 5 estimates the clutter center frequency using an I-order AR model. The estimated I frequencies are assigned one by one as the notch frequencies of the I notch filters. The coefficient of each notch filter is calculated in the same manner as in the first and second embodiments. As a determination procedure in the determination means 20, the first determination procedure can be expanded as it is. Based on the determination result of the determination unit 20, the selection unit 10 selects and outputs one of (I + 1) signals.
[0072]
Next, the configuration of FIG. 8 will be described.
In FIG. 8, one notch filter (30-1), two notch filters connected in cascade (30-2-1, 30-2-1), ..., I notch filters in cascade The I notch filter groups of the connected ones (30-I-1, 30-I-2,..., 30-II) are connected in parallel. A total of I (I + 1) / 2 notch filters will be used.
[0073]
Each notch filter has a notch at one frequency. In the clutter center frequency estimating means 5, for a notch filter group (referred to as an i-th notch filter group) in which i (i = 1, 2,..., I) notch filters are connected in cascade, Assuming that i clutters are superimposed, clutter center frequency estimation is performed using an i-th AR model, and the result is output to each notch filter of the i-th notch filter group. The coefficient of each notch filter is calculated in the same manner as in the first and second embodiments. This is performed for i = 1, 2,. As a determination procedure in the determination means 20, the first determination procedure can be expanded as it is. Based on the determination result of the determination unit 20, the selection unit 10 selects and outputs one of (I + 1) signals.
[0074]
With these configurations, even if there are more than two clutters, the received signal within one coherent processing interval can be adapted to the distribution related to the actual clutter distance without requiring several scans as in the prior art. Thus, clutter suppression can be performed. In addition, even in the stagger trigger method, the coefficient of the notch filter is set so that the deep notch translates as it is on the frequency axis, so that the moving clutter suppression performance is high. In addition, since a large number of hits is not required for calculating the feature amount, even a search radar having a small number of pulse hits per coherent processing interval can obtain good clutter suppression performance.
[0075]
Next, it will be shown by computer simulation that clutter can be suppressed by the second embodiment when the radar transmission waveform is an equidistant pulse. A signal whose spectrum is shown in FIG. A target with a Doppler frequency of 50 Hz exists in the 210th range bin. One range bin block length B = 25 range bins. The determination procedure of the determination means 20 used the second procedure. The absolute value threshold of the pole of the AR model is Qth= 0.3, power threshold is Pth min= Noise power -6dB, Pth max= Noise power +2 dB.
[0076]
The spectrum of the output signal z (k, n) of the selection means 10 is shown in FIG.
This corresponds to the spectrum in the first, 50th, 100th, 150th, and 210th range bins corresponding to FIG. It can be seen that the target signal is saved and only clutter can be suppressed. The output signal selected by the selection means 10 was the second notch filter 2 nearer than the 150th range bin, and the third notch filter 3 beyond that. It was determined to be a bimodal spectrum clutter and a unimodal spectrum clutter, respectively. In the 210th range bin where the target exists, it was judged as a clutter of a unimodal spectrum, and as a result, the clutter could be suppressed without erasing the target signal. It is emphasized that this process does not require several antenna scans and is performed on the received signal within one coherent processing interval.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the feature quantity used in the determination unit can be calculated from the received signal within one coherent processing interval, the distribution related to the actual clutter distance without requiring several scans. It is possible to suppress clutter by adapting to.
[0078]
In addition, since the signal to be selectively output by the selection means is determined for each block composed of a plurality of continuous range bins, clutter suppression can be performed in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a clutter suppression device according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a clutter center frequency estimation method according to Document 2. FIG.
FIG. 3 is a spectrum of a signal including a target signal and both a fixed clutter and a moving clutter generated artificially by a computer.
4 is a diagram showing the relationship between the average value of the absolute values of the poles of the range bin and the AR model with respect to the spectrum signal of FIG. 3;
FIG. 5 is a flowchart showing a second determination procedure in the determination unit 20;
FIG. 6 is a configuration diagram of a clutter suppression device according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 7 is a configuration diagram of a clutter suppression device according to Embodiment 3 of the present invention and capable of dealing with three or more clutters.
FIG. 8 is another configuration diagram of a clutter suppression device according to Embodiment 3 of the present invention and capable of dealing with three or more clutters.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a spectrum for a specific range bin of a signal obtained as a result of clutter suppression processing according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 10 is a conceptual configuration diagram of a conventional clutter suppression device.
11 is a configuration diagram of a clutter suppression device disclosed in Document 1. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st notch filter, 2nd 2nd notch filter, 3rd notch filter, 4th I notch filter, 5 Clutter center frequency estimation means, 10 Selection means, 20 Determination means, 30-1 Notch filter # 1 30-2-1 Notch filter # 2-1, 30-2-2 Notch filter # 2-2, 30-I-1 Notch filter # I-1, 30-I-2 Notch filter # I-2, 30 -I-I Notch filter # I-I.

Claims (4)

レーダにおいて受信される不要反射エコーであるクラッタを抑圧するクラッタ抑圧装置において、
ディジタル同相・直交信号に変換された受信信号中に含まれるクラッタの中心周波数を、クラッタが最大複数I個存在すると仮定して最大エントロピー法に基づいて推定するクラッタ中心周波数推定手段と、
上記受信信号を入力とする縦続接続された複数I個のノッチフィルタと、
上記受信信号と上記複数I個のそれぞれのノッチフィルタ出力信号を入力とし、それらのうちの1つの信号を選択出力する選択手段と、
上記クラッタ中心周波数推定手段で得られるAR(auto−regressive)モデルの極に基づき、上記選択手段で選択出力すべき信号を、複数の連続するレンジビンからなるブロック毎に判定する判定手段と
を備え、
上記複数I個のノッチフィルタは、上記クラッタ中心周波数推定手段で推定された複数I個のそれぞれのクラッタ中心周波数を周波数特性の零点とすることを特徴とするクラッタ抑圧装置。
In a clutter suppression device that suppresses clutter, which is an unnecessary reflected echo received by a radar,
A clutter center frequency estimating means for estimating a center frequency of clutter included in a received signal converted into a digital in-phase / quadrature signal based on a maximum entropy method on the assumption that there are a maximum of a plurality of I clutters;
A plurality of I notch filters connected in cascade with the received signal as an input;
Selecting means for receiving the received signal and each of the plurality of I notch filter output signals as input and selectively outputting one of them;
Determination means for determining, based on the poles of an AR (auto-regressive) model obtained by the clutter center frequency estimation means, a signal to be selected and output by the selection means for each block composed of a plurality of continuous range bins;
The clutter suppression device according to claim 1, wherein the plurality of I notch filters use a plurality of I clutter center frequencies estimated by the clutter center frequency estimating means as zero points of frequency characteristics.
請求項1に記載のクラッタ抑圧装置において、上記判定手段は、上記クラッタ中心周波数推定手段で得られるARモデルの極および上記受信信号と上記複数のノッチフィルタ出力信号のそれぞれの電力に基づいて、上記選択手段で選択出力すべき信号を複数の連続するレンジビンからなるブロック毎に判定することを特徴とするクラッタ抑圧装置。2. The clutter suppression device according to claim 1, wherein the determination means is based on the poles of the AR model obtained by the clutter center frequency estimation means and the respective powers of the received signal and the plurality of notch filter output signals. A clutter suppression apparatus, wherein a signal to be selectively output by a selection means is determined for each block composed of a plurality of continuous range bins. レーダにおいて受信される不要反射エコーであるクラッタを抑圧するクラッタ抑圧装置において、
ディジタル同相・直交信号に変換された受信信号中に含まれるクラッタの中心周波数を、クラッタが1つから複数I個まで存在すると仮定して最大エントロピー法に基づいて推定するクラッタ中心周波数推定手段と、
i個(i=1,2,・・・,I)縦続接続されたノッチフィルタがそれぞれi=1,2,・・・,Iに対して上記受信信号を入力として並列に接続された合計I(I+1)/2個のノッチフィルタと、
上記受信信号と、上記i個(i=1,2,・・・,I)縦続接続されたノッチフィルタの最終段の複数I個の出力信号を入力とし、そのうちの1つの信号を選択出力する選択手段と、
上記クラッタ中心周波数推定手段で得られるARモデルの極に基づき、上記選択手段で選択出力すべき信号を、複数の連続するレンジビンからなるブロック毎に判定する判定手段と
を備え、
上記i個(i=1,2,・・・,I)縦続接続されたノッチフィルタのそれぞれの零点となる周波数は、クラッタがi個存在すると仮定したときの上記クラッタ中心周波数推定手段での推定値であることを特徴とするクラッタ抑圧装置。
In a clutter suppression device that suppresses clutter, which is an unnecessary reflected echo received by a radar,
A clutter center frequency estimating means for estimating a center frequency of clutter contained in a received signal converted into a digital in-phase / quadrature signal based on a maximum entropy method on the assumption that one to a plurality of I clutters exist;
A total of I (i = 1, 2,..., I) cascaded notch filters connected in parallel with the received signal as an input to i = 1, 2,. (I + 1) / 2 notch filters;
The received signal and a plurality of I output signals at the last stage of the i (i = 1, 2,..., I) cascade-connected notch filters are input, and one of the signals is selectively output. A selection means;
Determination means for determining, for each block composed of a plurality of continuous range bins, a signal to be selected and output by the selection means based on the pole of the AR model obtained by the clutter center frequency estimation means;
The frequency that is the zero point of each of the i (i = 1, 2,..., I) cascade-connected notch filters is estimated by the clutter center frequency estimating means when it is assumed that there are i clutters. Clutter suppression device characterized in that it is a value.
請求項3に記載のクラッタ抑圧装置において、上記判定手段は、上記クラッタ中心周波数推定手段で得られるARモデルの極および上記受信信号と上記i個(i=1,2,・・・,I)縦続接続されたノッチフィルタの最終段の複数I個の出力信号それぞれの電力に基づいて、上記選択手段で選択出力すべき信号を複数の連続するレンジビンからなるブロック毎に判定することを特徴とするクラッタ抑圧装置。4. The clutter suppression device according to claim 3, wherein the determination means includes the poles of the AR model obtained by the clutter center frequency estimation means and the received signals and i (i = 1, 2,..., I). Based on the power of each of a plurality of I output signals at the last stage of the cascade-connected notch filter, a signal to be selected and output by the selection unit is determined for each block composed of a plurality of continuous range bins. Clutter suppression device.
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