JP3709701B2

JP3709701B2 - Radar signal processor

Info

Publication number: JP3709701B2
Application number: JP05767898A
Authority: JP
Inventors: 誠司菅沼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2018-03-10
Also published as: JPH11258342A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は目標物の形状を画像データとして取得できるレーダ信号処理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来のレーダ信号処理器を構成品の一部として組み込まれたレーダ装置を示すもので、図において１は一定のパルス繰り返し周期で周波数変調を施した送信パルス信号を発生する送信機、２は送受信回路を切り換える送受切換器、３は送信パルス信号を目標に指向させて放射すると共に目標からの反射信号を受信する送受信アンテナ、４は送信機１から出力された基準信号を参照して、送受切換器２を経由し入力した受信信号を増幅及び位相検波してビデオ信号を得る受信機、５はビデオ信号をパルスヒット方向×レンジ方向の二次元に格納する二次元メモリ、６は従来のレーダ信号処理器であり、７はレーダ信号処理器６から出力される画像データを表示する表示器である。また、レーダ信号処理器６において、８は送信機１で周波数変調を施した位相情報を用いて上記ビデオ信号をパルス圧縮するレンジ圧縮器、９は目標物の速度データを推定する距離追尾処理器、１０は目標物の速度データを推定するために目標物の距離をパルスヒット毎に算出する振幅最大値検出器、１１は目標物の距離の変化を平滑化するスムージング処理器、１２は目標物の運動に伴って移動する距離変化を補正するレンジマイグレーション補正処理器、１３は目標物の速度データを推定するドップラ追尾処理器、１４は目標物の運動に伴って生じるドップラ周波数のオフセット成分及び一次成分を補償する位相補償処理器、１５は目標をクロスレンジ方向に圧縮するクロスレンジ圧縮器である。
【０００３】
次に動作について説明する。送信機１は、一定のパルス繰り返し周期で周波数変調を施した送信パルス信号を発生させ、送受切換器２を経由して空中線３に出力する。また、送信機１は、受信機４で行われる位相検波、タイミング調整に用いられる基準信号を受信機４に出力する。送受信アンテナ３は入力した送信パルス信号を目標に放射し、再び反射信号として入力する。受信機４は、この反射信号を送受切換器２を経由して入力し、送信機１から出力された基準信号を用いて、増幅及び位相検波し、ビデオ信号に変換して、一旦パルスヒット方向×レンジ方向の二次元メモリに格納され、レーダ信号処理器６に出力する。
【０００４】
レーダ信号処理器６では上記ビデオ信号を入力し、逆合成開口レーダの原理に基づいて画像データを得ることができる。ここで逆合成開口レーダの基本原理を説明する。画像データは目標物のレンジ方向とクロスレンジ方向の二次元画像で表され、パルス圧縮技術を用いて目標物をレンジ方向に圧縮し、目標物の運動により発生するドップラ周波数の違いに着目してクロスレンジ方向に圧縮している。しかしながら、この逆合成開口レーダでは目標物の運動を利用しているため、ビデオ信号が異なったレンジビンに移動してしまう誤差要因を補正する必要がある。さらに、発生するドップラ周波数には画像の劣化の原因となる周波数のオフセット成分及び一次成分を除去する必要がある。そこで、良好な目標物の画像を得るために、これら誤差要因に対し、距離追尾処理器９及びレンジマイグレーション補正処理器１２でレンジビンの移動の補正を行っており、また、ドップラ追尾処理器１３及び位相補償処理器１４で周波数のオフセット成分及び一次成分を除去している。以下、信号処理器で施されるこれらの補正処理を重点的に説明する。
【０００５】
二次元メモリ５から出力されるビデオ信号は、レンジ圧縮器５に入力され、送信機１で周波数変調を施した位相情報を参照して、レーダ信号処理の分野で一般的に用いられるマッチドフィルタ方式等によりパルス圧縮される。次に、このパルス圧縮されたビデオ信号は、レンジ圧縮器５で高分解能化されたことにより、複数のレンジビンに広がる。ここで、このビデオ信号は、図６（ａ）に示すように目標物の運動により異なったレンジビンに移動してしまい、同じレンジビンに存在するよう補正する必要が生じる（図６（ｂ）参照）。そのため、レンジマイグレーション補正器１２では、距離追尾処理器９で検出された速度データの情報を基に各パルス毎の目標距離の変化（以下レンジマイグレーション補正量と称す）を算出し、レンジビンを移動させている。
【０００６】
距離追尾処理器９では、レンジマイグレーション補正処理器１２へ出力するための速度データを次のように推定している。まず、振幅最大値検出器１０では、複数のレンジビンに広がったビデオ信号から最も反射電力の大きいレンジビンを検出し、その距離を算出する（図２参照）。この処理をパルスヒット毎に行うことにより目標物の距離変化を取得し、スムージング処理器１１へ出力する。この距離情報は図３に示すように複数の反射点の散乱により安定な変化はしていない。そのため、スムージング処理器１１では、最小二乗法、カルマンフィルター等の処理で平滑化することにより速度を推定している。
【０００７】
次に、画像データの性能の劣化の要因となるドップラ周波数のオフセット成分及び一次成分の除去方法を以下に説明する。まず、ドップラ追尾処理器１３では、レンジマイグレーション補正処理器１２より出力されるビデオ信号から振幅最大値検出器１０で得られた反射電力の最大点であるレンジビンのビデオ信号を切り出す。そして、このビデオ信号をある時間間隔でフーリエ変換し、ドップラ周波数を算出する。この処理を時間方向にずらしながら行うことにより、目標物のドップラヒストリーを算出し、目標物の各パルスヒット毎の速度データを推定する。
【０００８】
次に、位相補償処理器１４では、上記速度データを用いて各パルスヒット毎の位相補償量を算出し、レンジマイグレーション補正処理器１２から出力されるビデオ信号と複素乗算することにより位相補償処理を行う。そして、クロスレンジ圧縮器１５では、このビデオ信号を入力し、パルスヒット方向に周波数分析することによってクロスレンジ方向に圧縮する。
【０００９】
以上のように、従来のレーダ信号処理器は、目標物をレンジ圧縮器５でレンジ方向に圧縮し、クロスレンジ圧縮器１５でクロスレンジ方向に圧縮することによって二次元の画像データが得ることができる。また、画像の劣化の原因となるレンジビンのずれは距離追尾処理器９及びレンジマイグレーション補正処理器１２で補正し、また、ドップラ周波数のオフセット成分及び一次成分はドップラ追尾処理器１３及び移動補償処理器１４で除去することにより、良好な画像データを得ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のレーダ信号処理器では、距離追尾処理器９で目標物の速度を推定する際、目標物の反射点が散乱することにより、反射電力の最大点が図３に示すように急激に変化するため、最小二乗法、カルマンフィルター等の平滑化処理では速度を正確に推定できず、画像データを得ることができないという課題があった。
【００１１】
第１の発明によるレーダ信号処理器は、かかる課題を解決するためになされたもので、図３に示すように急激に距離が変化しても、目標物の距離を推定するレーダ信号処理器を得ることを目的とする。
【００１２】
また、第２の発明によるレーダ信号処理器は、上記目的に加えて、数パルス分だけ距離変化が不安定になっても目標物の距離を推定するレーダ信号処理器を得ることを目的とする。
【００１３】
また、第３の発明によるレーダ信号処理器は、上記目的に加えて、目標物のドップラヒストリーを推定する際、最適なレンジビンの信号を切り出すことによりドップラ追尾精度を向上する処理レーダ信号処理器を得ることを目的とする。
【００１４】
また、第４の発明によるレーダ信号処理器は、上記目的に加えて、レンジマイグレーション補正処理を行う際、ドップラ追尾処理から出力された速度データを用いることにより高精度なレンジマイグレーション補正処理を行うレーダ信号処理器を得ることを目的とする。
【００１５】
また、第５の発明によるレーダ信号処理器は、上記目的に加えて、ビデオ信号をある時間間隔でずらしながら処理することにより連続的な画像を取得するレーダ信号処理器を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるレーダ信号処理器は、目標物の距離情報から距離が安定して変化する区間を切出すと共に、それぞれの区間における距離／時間の傾きを算出する傾き算出器と、振幅値を重みとして上記傾き算出器で得られた複数の傾きを重み付け平均し、速度データを算出する傾き平均算出器を取り付けたものである。
【００１７】
また、第２の発明によるレーダ信号処理器は、上記のものにおいて傾き算出器でパルスヒット毎に算出された最大点の距離から距離が安定して変化する区間を切出す際、数パルス分だけ距離変化が不安定になっている区間を雑音として除去するための雑音除去処理器を取り付けたものである。
【００１８】
また、第３の発明によるレーダ装置は、上記のものにおいて、レンジマイグレーション補正処理後の信号を全レンジビンについてパルスヒット方向に加算し、その最大値となったレンジビンの信号を切り出す基準点検出器を取り付けたものである。
【００１９】
また、第４の発明によるレーダ装置は、上記のものにおいてドップラ追尾処理器で推定された速度データを用いて、目標物の運動に伴う距離変化を除去するためのレンジマイグレーション補正量を各パルス毎に算出すると共に、距離変化を各パルス毎に補正する第２のレンジマイグレーション補正処理器を取り付けたものである。
【００２０】
また、第５の発明によるレーダ装置は、上記のものにおいてレンジ圧縮器から出力されるビデオ信号をレンジ方向×パルスヒット方向の二次元のデータとして一旦格納し、パルスヒット方向の切り出し位置をある時間間隔でずらしながら上記信号を切り出すと共に第２のレンジマイグレーション補正処理器に出力する第１のメモリと、ドップラ追尾処理器で推定されるパルスヒット毎の速度データを一旦格納し、上記第１のメモリで切り出したデータと時間的に相当する上記速度データを切り出すと共に、第２のレンジマイグレーション補正処理器に出力する第２のメモリを取り付けたものである。
【００２１】
【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を示す構成図である。なお、従来技術と同一の構成要素については、同一番号を付して、その説明を省略する。図において、１６は振幅最大値検出器１０から出力された目標物の距離情報から距離が安定して変化する区間を切出すと共に、それぞれの区間における距離／時間の傾きを算出する傾き算出器、１７は傾き算出器１６で得られた複数の傾き振幅値を重みとした重み付け平均を算出し、速度データを取得する傾き平均算出器である。以下距離追尾処理器９の動作について説明する。
【００２２】
実際のレーダ装置で取得した実データの解析結果より、レンジ圧縮器８でレンジ方向に圧縮されたビデオ信号について、次のことが判明している。図２に示すように、このレンジ方向に圧縮されたビデオ信号は、複数のレンジビンに広がっており、近傍のレンジビンと比較して振幅値が高い孤立反射点が複数存在している（図２のＡ〜Ｄ参照）。これら複数の孤立反射点の振幅値は複雑な構造物が干渉しあって高くなっており、レーダの送受信ビームと目標とのなす角（アスペクト角）に依存される。従って、目標物の運動によりアスペクト角が変化すると、孤立反射点の振幅値の最大点は目標物の他の部位に移る。本発明の構成で考えてみると、複数の孤立反射点の最大値はアスペクト角により他の孤立点に移る時、振幅最大値検出器１０で算出される振幅最大値となる目標物の距離は、図３に示すような傾きが同じでｙ切片が異なる変化となる。それゆえ、従来のスムージング処理器１１で行われた最上二乗法、カルマンフィルター等の平滑化処理では、正確な速度を求めることができなかった。
【００２３】
そこで、図３に示すような目標物の距離変化に対応した最適な速度推定方法を考える。図３に示すような目標物の距離変化は傾きが同じでｙ切片が異なる変化なので、ｙ切片が異なる距離変化の部分を切り出し（図３（ａ）〜（ｇ）参照）、それぞれの区間における傾きを算出し、振幅値を重みとした重み付け平均を算出し、速度を推定する。まず、ｙ切片が異なる距離変化の部分を切り出す方法として、次のような条件をつける。目標物とレーダ装置との最大の相対速度をｖ、パルスヒットの間隔をΔｔとした場合、目標物の距離変化の最大はｖ・Δｔとなるので、このｖ・Δｔを超える距離変化が起こった場合は、異なった孤立反射点に移ったとみなす。また、数十パルス分継続したら、安定した区間とみなし、継続しなければ、不安定区間とみなす。以上の条件により、距離の変化が安定した区間を切り出し、それらの各区間の傾きを算出すると共に、振幅値の平均も算出する。以上の処理を傾き算出器で行い、それぞれの傾き及び振幅値の平均を傾き算出器１７に出力する。
【００２４】
次に、傾き平均算出器１７では、上記各々の区間における傾き及び振幅値の平均を入力し、振幅値が高いほど距離の変化は安定しているという考え方に基づいて、振幅値を重みとした各々の区間の傾きの重み付け平均値を算出することにより、速度を推定する。以下、従来のレーダ装置と同様にこの速度データをレンジマイグレーション補正処理器に出力し、目標の運動による位置ずれを補正し、さらに、目標のドップラヒストリを推定して、目標物のドップラ周波数のオフセット及び一次成分を除去し、クロスレンジ方向に圧縮することにより目標物の二次元の画像データを取得することができる。
【００２５】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２を示す構成図である。なお、従来技術と同一の構成要素については、同一番号を付して、その説明を省略する。図において、１８は数パルス程度の間で目標物の距離変化が不安定になっても雑音とみなし、除去する雑音除去処理器である。
【００２６】
次に動作について説明する。図３中の（＊）において、孤立反射点Ａが安定して距離が変化している間に、孤立点反射点Ｄに振幅最大点が移ってしまった場合、孤立反射点Ａが安定して距離が変化しているにも拘わらず、異なった区間とみなされるため、推定する速度の精度が落ちるといった問題が発生する。それで、次のような処理を行う。数十パルス分継続したら、安定した区間とみなし、継続しなければ、不安定区間とみなす。その不安定区間が数パルス程度の時間であれば、直前に安定していた孤立反射点の距離変化を補間する。以上の処理を行うことにより、（＊）のように数パルス程度の間で目標物の距離変化が不安定になっても雑音とみなし、その部分を除去して、安定区間の切り出しを最適に行う。図３では（＊）を雑音とみなし、（ａ）、（ｂ）の区間は同一の区間とみなす。
【００２７】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３を示す構成図である。なお、従来技術と同一の構成要素については、同一番号を付して、その説明を省略する。図において、１９はドップラ追尾処理器１３で目標物のドップラヒストリを推定する際、処理に用いるデータを最適に切り出す基準点検出器である。
【００２８】
次に動作について説明する。ドップラ追尾処理器１３で目標のドップラヒストリを推定する際、図２及び図３に示す複数の孤立反射点のうちのいずれかの点におけるレンジマイグレーション後のビデオデータを切り出して処理を行う。従来では、振幅最大値検出器１０において検出された孤立点のうち、最初のパルスヒットで検出された振幅最大の孤立点に着目し、その孤立点のレンジマイグレーション後のビデオデータを切り出してドップラ追尾処理を行っていた（図３の場合はＤ点）。その場合、その孤立点が図３に示すように初めのパルスヒット分だけ安定し、それ以後振幅値が低ければ、精度のよいドップラ追尾を行うことができない。そのため基準点検出器１９では図６に示すように全レンジビンについてレンジマイグレーション補正処理後のビデオ信号をパルスヒット方向に振幅加算し、その中で振幅値が最大の孤立反射点を検出し、そのビデオ信号を切り出し、ドップラ追尾処理器１３に出力する。以上の処理を行うことにより、複数の孤立反射点の中で振幅最大値の孤立反射点を選ぶことにより、最も安定した孤立反射点によるドップラ追尾処理を行うことができる。
【００２９】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４を示す構成図である。なお、従来技術と同一の構成要素については、同一番号を付して、その説明を省略する。図において、２０はドップラ追尾処理器１３で推定した目標物の速度データを入力して、レンジマイグレーション補正処理を行う第２のレンジマイグレーション補正処理器である。
【００３０】
次に動作について説明する。第２のレンジマイグレーション補正処理器２０はレンジマイグレーション補正処理器１２と同一のものであるが、実施の形態３と比較して異なる点は、距離追尾処理器９から算出された速度データを用いるのではなく、ドップラ追尾処理器１３から算出された速度データを用いる。本発明において、処理の流れを考えると主に画像データを算出する系と、目標物の移動を補正するための速度データを算出する系とに分かれている。従来の技術及び実施の形態１〜３では、画像データを算出する過程で、上記速度データを並行して算出していたが、実施の形態４では、まず速度データをドップラ追尾処理器１３で算出した後、その速度データを用いて、レンジマイグレーション補正処理及び位相補償処理を行い、画像データを算出する。以上の処理を行う理由として、距離追尾処理器９で算出された速度データよりドップラ追尾処理器１３で算出された速度データのほうが精度が高く、その速度データを用いて補正処理を行ったほうがより鮮明な画像データを得ることができるためである。通常の逆合成開口レーダを想定した場合、距離追尾処理器９で速度を推定する時、レンジビン幅が約１ｍ、データ収集時間が１ｓなので、速度誤差は約１ｍ／ｓであるが、ドップラ追尾処理器１３で速度を推定する時、周波数分解能４Ｈｚ、波長０．０３ｍであるので、速度誤差は約０．０６ｍ／ｓとなりドップラ追尾処理器で選られた速度のほうが精度が良い。従って、ドップラ追尾処理器１３で算出された速度データを第２のレンジマイグレーション補正処理器２０に入力して補正することにより、より鮮明な画像データを得ることができる。
【００３１】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５を示す構成図である。なお、従来技術と同一の構成要素については、同一番号を付して、その説明を省略する。図において、２１はレンジ圧縮器８から出力されるビデオ信号をレンジ方向×パルスヒット方向の二次元のデータとして一旦格納し、パルスヒット方向の切り出し位置をある時間間隔でずらしながら上記信号を切り出す第１のメモリ、２２はドップラ追尾処理器で推定されるパルスヒット毎の速度データを一旦格納し、上記第１のメモリで切り出したデータと時間的に相当する上記速度データを切り出す第２のメモリである。
【００３２】
次に動作について説明する。図９は第１のメモリと第２のメモリのデータ切り出し例を示したものであり、パルスヒット方向の切り出し位置をある時間間隔でずらしながら第２のレンジマイグレーション補正処理器２０に出力し、画像データを作成することにより連続的な画像データを算出することができる。従来では、このように切り出さなかったために（図９ではビデオ信号の切り出しをオーバーラップさせずに切り出すのと等価）、コマ送り的に画像データを算出していた。本発明では、画像データを算出する場合目標の速度データを必要とするので、第１のメモリで切り出したデータを時間的に相当する速度データを切り出すための第２のメモリを設けてある。
【００３３】
【発明の効果】
第１の発明によれば、目標物の距離情報から距離が安定して変化する区間を切出すと共に、それぞれの区間における距離／時間の傾きを算出する傾き算出器と、振幅値を重みとして上記傾き算出器で得られた複数の傾きを重み付け平均し、速度データを算出する傾き平均算出器を取り付けることにより図３に示すような急激な距離な変化に対しても、正確に目標物の距離を推定することができるという効果がある。
【００３４】
また、第２の発明によれば、上記効果に加え、傾き算出器でパルスヒット毎に算出された最大点の距離から距離が安定して変化する区間を切出す際、数パルス分だけ距離変化が不安定になっている区間を雑音として除去するための雑音除去処理器を取り付けることにより、数パルス分だけ距離変化が不安定になっても正確に目標物の距離を推定することができるという効果がある。
【００３５】
また、第３の発明によれば、上記効果に加え、ドップラ追尾処理器でドップラヒストリーを推定するために、レンジマイグレーション補正処理後の信号を全レンジビンについてパルスヒット方向に加算し、その最大値となったレンジビンの信号を切り出す基準点検出器を取り付けることにより、ドップラ追尾精度を向上することができるという効果がある。
【００３６】
また、第４の発明によれば、上記効果に加え、ドップラ追尾処理器で推定された速度データを用いて、目標物の運動に伴う距離変化を除去するためのレンジマイグレーション補正量を各パルス毎に算出すると共に、距離変化を各パルス毎に補正する第２のレンジマイグレーション補正処理器を取り付けることにより、高精度なレンジマイグレーション補正処理を行うことができ、より鮮明な画像データを算出することができるという効果がある。
【００３７】
また、第５の発明によれば、上記効果に加え、レンジ圧縮器から出力されるビデオ信号をレンジ方向×パルスヒット方向の二次元のデータとして一旦格納し、パルスヒット方向の切り出し位置をある時間間隔でずらしながら上記信号を切り出すと共に第２のレンジマイグレーション補正処理器に出力する第１のメモリと、ドップラ追尾処理器で推定されるパルスヒット毎の速度データを一旦格納し、上記第１のメモリで切り出したデータと時間的に相当する上記速度データを切り出すと共に、第２のレンジマイグレーション補正処理器に出力する第２のメモリを取り付けることにより、連続的な画像を取得することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態１を示す図である。
【図２】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態１におけるレンジ圧縮後のビデオ信号を説明するための図である。
【図３】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態１における振幅最大値検出器から出力される目標物の距離情報を説明するための図である。
【図４】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態２を示す図である。
【図５】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態３を示す図である。
【図６】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態３における基準点検出器の動作を説明するための図である。
【図７】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態４を示す図である。
【図８】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態５を示す図である。
【図９】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態５における第１のメモリ及び第２のメモリの動作を説明するための図である。
【図１０】従来のレーダ装置を示す図である。
【符号の説明】
１送信機、２送受切換器、３送受信アンテナ、４受信機、５二次元メモリ、６信号処理器、７表示器、８レンジ圧縮器、９距離追尾処理器、１０振幅最大値検出器、１１スムージング処理器、１２レンジマイグレーション補正処理器、１３ドップラ追尾処理器、１４位相補償処理器、１５クロスレンジ圧縮器、１６傾き算出器、１７傾き平均算出器、１８雑音除去処理器、１９基準点検出器、２０第２のレンジマイグレーション補正処理、２１第１のメモリ、２２第２のメモリ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radar signal processor that can acquire the shape of a target as image data.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 shows a radar apparatus in which a conventional radar signal processor is incorporated as a part of a component. In FIG. 10, reference numeral 1 denotes a transmitter that generates a transmission pulse signal subjected to frequency modulation at a constant pulse repetition period. 2 is a transmission / reception switch for switching a transmission / reception circuit, 3 is a transmission / reception antenna that radiates a transmission pulse signal toward a target and receives a reflected signal from the target, and 4 is a reference signal output from the transmitter 1. A receiver that amplifies and phase-detects a received signal input via the transmission / reception switch 2 to obtain a video signal, 5 is a two-dimensional memory that stores the video signal in two dimensions in the pulse hit direction × range direction, and 6 is a conventional one. 7 is a display for displaying image data output from the radar signal processor 6. In the radar signal processor 6, 8 is a range compressor that pulse-compresses the video signal using the phase information frequency-modulated by the transmitter 1, and 9 is a distance tracking processor that estimates velocity data of the target. 10 is a maximum amplitude detector for calculating the target distance for each pulse hit in order to estimate the velocity data of the target; 11 is a smoothing processor for smoothing the change in the target distance; and 12 is the target. A range migration correction processor that corrects a change in the distance traveled with the movement of the object, 13 is a Doppler tracking processor that estimates the velocity data of the target, and 14 is an offset component of the Doppler frequency and a first order generated with the movement of the target. A phase compensation processor 15 that compensates for components, and a cross range compressor 15 that compresses the target in the cross range direction.
[0003]
Next, the operation will be described. The transmitter 1 generates a transmission pulse signal subjected to frequency modulation at a constant pulse repetition period, and outputs the transmission pulse signal to the antenna 3 via the transmission / reception switch 2. Further, the transmitter 1 outputs a reference signal used for phase detection and timing adjustment performed by the receiver 4 to the receiver 4. The transmitting / receiving antenna 3 radiates the input transmission pulse signal to the target and inputs it again as a reflected signal. The receiver 4 inputs this reflected signal via the transmission / reception switch 2, amplifies and phase-detects using the reference signal output from the transmitter 1, converts it to a video signal, and once in the pulse hit direction X Stored in a two-dimensional memory in the range direction and output to the radar signal processor 6.
[0004]
The radar signal processor 6 can input the video signal and obtain image data based on the principle of inverse synthetic aperture radar. Here, the basic principle of inverse synthetic aperture radar will be described. The image data is expressed as a two-dimensional image of the target range and cross-range directions. Using the pulse compression technique, the target is compressed in the range direction, paying attention to the difference in Doppler frequency generated by the movement of the target. Compressed in the cross range direction. However, since this inverse synthetic aperture radar uses the motion of the target, it is necessary to correct an error factor that causes the video signal to move to a different range bin. Furthermore, it is necessary to remove the offset component and the primary component of the frequency that cause image degradation from the generated Doppler frequency. Therefore, in order to obtain an image of a good target, the distance bin processing unit 9 and the range migration correction processing unit 12 correct the movement of the range bin for these error factors, and the Doppler tracking processing unit 13 and The phase compensation processor 14 removes frequency offset components and primary components. Hereinafter, these correction processes performed by the signal processor will be described mainly.
[0005]
The video signal output from the two-dimensional memory 5 is input to the range compressor 5 and is referred to the phase information subjected to frequency modulation by the transmitter 1, and a matched filter method generally used in the field of radar signal processing. Etc., and pulse compression. Next, the pulse-compressed video signal is spread over a plurality of range bins by being increased in resolution by the range compressor 5. Here, as shown in FIG. 6A, the video signal moves to a different range bin due to the movement of the target, and needs to be corrected so as to exist in the same range bin (see FIG. 6B). . Therefore, the range migration corrector 12 calculates a change in the target distance for each pulse (hereinafter referred to as a range migration correction amount) based on the speed data information detected by the distance tracking processor 9, and moves the range bin. ing.
[0006]
The distance tracking processor 9 estimates speed data to be output to the range migration correction processor 12 as follows. First, the maximum amplitude detector 10 detects the range bin having the largest reflected power from the video signal spread over a plurality of range bins, and calculates the distance (see FIG. 2). By performing this process for each pulse hit, the distance change of the target is acquired and output to the smoothing processor 11. As shown in FIG. 3, the distance information does not change stably due to scattering of a plurality of reflection points. Therefore, the smoothing processor 11 estimates the speed by performing smoothing by a process such as a least square method or a Kalman filter.
[0007]
Next, a method for removing the Doppler frequency offset component and the primary component, which cause degradation of the performance of the image data, will be described below. First, the Doppler tracking processor 13 cuts out the video signal of the range bin that is the maximum point of the reflected power obtained by the maximum amplitude detector 10 from the video signal output from the range migration correction processor 12. Then, the video signal is Fourier-transformed at a certain time interval to calculate the Doppler frequency. By performing this process while shifting in the time direction, the Doppler history of the target is calculated, and the velocity data for each pulse hit of the target is estimated.
[0008]
Next, the phase compensation processor 14 calculates a phase compensation amount for each pulse hit using the velocity data, and performs phase compensation processing by complex multiplication with the video signal output from the range migration correction processor 12. Do. The cross range compressor 15 receives this video signal and compresses it in the cross range direction by frequency analysis in the pulse hit direction.
[0009]
As described above, the conventional radar signal processor can obtain two-dimensional image data by compressing a target in the range direction by the range compressor 5 and compressing the target in the cross range direction by the cross range compressor 15. it can. Further, the range bin shift that causes image degradation is corrected by the distance tracking processor 9 and the range migration correction processor 12, and the offset component and the primary component of the Doppler frequency are the Doppler tracking processor 13 and the movement compensation processor. By removing in step 14, good image data can be obtained.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional radar signal processor as described above, when the speed of the target is estimated by the distance tracking processor 9, the reflection point of the target is scattered so that the maximum point of the reflected power is as shown in FIG. Because of the rapid change, smoothing processing such as the least square method and the Kalman filter cannot accurately estimate the speed, and there is a problem that image data cannot be obtained.
[0011]
The radar signal processor according to the first aspect of the present invention has been made to solve such a problem. As shown in FIG. 3, a radar signal processor for estimating the distance of a target even if the distance changes suddenly. The purpose is to obtain.
[0012]
In addition to the above object, a radar signal processor according to the second invention has an object to obtain a radar signal processor that estimates the distance of a target even when the distance change becomes unstable by several pulses. .
[0013]
In addition to the above object, a radar signal processor according to a third aspect of the invention is a processing radar signal processor that improves Doppler tracking accuracy by extracting an optimum range bin signal when estimating the Doppler history of a target. The purpose is to obtain.
[0014]
In addition to the above object, the radar signal processor according to the fourth invention is a radar that performs high-precision range migration correction processing by using velocity data output from Doppler tracking processing when performing range migration correction processing. The purpose is to obtain a signal processor.
[0015]
In addition to the above object, a radar signal processor according to a fifth invention has an object to obtain a radar signal processor that acquires a continuous image by processing a video signal while shifting it at a certain time interval. .
[0016]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, a radar signal processor extracts a section in which a distance stably changes from distance information of a target, and calculates a slope of a distance / time slope in each section, and an amplitude value. A slope average calculator for weighting and averaging a plurality of slopes obtained by the slope calculator as weights is attached.
[0017]
In the radar signal processor according to the second invention, when the section in which the distance stably changes from the distance of the maximum point calculated for each pulse hit by the slope calculator in the above-mentioned one, only a few pulses are provided. A noise removal processor for removing a section where the change in distance is unstable as noise is attached.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a radar apparatus according to the above aspect, wherein the reference point detector for adding the signal after the range migration correction processing to the pulse hit direction for all the range bins and cutting out the signal of the range bin having the maximum value. It is attached.
[0019]
The radar apparatus according to the fourth aspect of the present invention uses the velocity data estimated by the Doppler tracking processor in the above, and sets a range migration correction amount for removing a distance change accompanying the movement of the target for each pulse. And a second range migration correction processor that corrects the change in distance for each pulse.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, a radar apparatus according to the fifth aspect of the present invention temporarily stores the video signal output from the range compressor as two-dimensional data in the range direction × pulse hit direction, and sets the cut position in the pulse hit direction for a certain time. A first memory that cuts out the signal while shifting at an interval and outputs it to the second range migration correction processor, and velocity data for each pulse hit estimated by the Doppler tracking processor are temporarily stored, and the first memory The speed data corresponding to the time cut out in step (b) is cut out, and a second memory to be output to the second range migration correction processor is attached.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing Embodiment 1 of the present invention. In addition, about the component same as a prior art, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. In the figure, reference numeral 16 denotes a slope calculator that cuts out sections in which the distance stably changes from the target distance information output from the maximum amplitude detector 10 and calculates a slope of distance / time in each section; Reference numeral 17 denotes a slope average calculator that calculates a weighted average using a plurality of slope amplitude values obtained by the slope calculator 16 as weights to obtain speed data. The operation of the distance tracking processor 9 will be described below.
[0022]
From the analysis result of the actual data acquired by the actual radar apparatus, the following has been found for the video signal compressed in the range direction by the range compressor 8. As shown in FIG. 2, the video signal compressed in the range direction spreads to a plurality of range bins, and there are a plurality of isolated reflection points having higher amplitude values than neighboring range bins (FIG. 2). A to D). The amplitude values of the plurality of isolated reflection points are high due to interference of complex structures, and depend on the angle (aspect angle) formed by the radar transmission / reception beam and the target. Therefore, when the aspect angle changes due to the movement of the target, the maximum point of the amplitude value of the isolated reflection point moves to another part of the target. Considering the configuration of the present invention, when the maximum value of a plurality of isolated reflection points moves to another isolated point depending on the aspect angle, the distance of the target that is the maximum amplitude value calculated by the maximum amplitude value detector 10 is As shown in FIG. 3, the y-intercept changes with the same inclination. Therefore, the smoothing process such as the least square method and the Kalman filter performed by the conventional smoothing processor 11 cannot obtain an accurate speed.
[0023]
Therefore, an optimum speed estimation method corresponding to the change in the target distance as shown in FIG. 3 is considered. Since the change in the distance of the target as shown in FIG. 3 has the same slope and a different y-intercept, a portion of the distance change with a different y-intercept is cut out (see FIGS. 3A to 3G), The slope is calculated, the weighted average with the amplitude value as a weight is calculated, and the speed is estimated. First, the following conditions are set as a method of cutting out the portion of the distance change with different y-intercepts. When the maximum relative speed between the target and the radar apparatus is v and the interval between pulse hits is Δt, the maximum distance change of the target is v · Δt. Therefore, the distance change exceeding v · Δt has occurred. In the case, it is considered that the point has moved to a different isolated reflection point. Further, if it continues for several tens of pulses, it is regarded as a stable section, and if it does not continue, it is regarded as an unstable section. Based on the above conditions, sections in which the change in distance is stable are cut out, the slope of each section is calculated, and the average of amplitude values is also calculated. The above processing is performed by the slope calculator, and the average of each slope and amplitude value is output to the slope calculator 17.
[0024]
Next, the gradient average calculator 17 inputs the average of the gradient and the amplitude value in each of the above sections, and based on the idea that the higher the amplitude value, the more stable the change in distance, the amplitude value is used as a weight. The speed is estimated by calculating the weighted average value of the slope of each section. Thereafter, this velocity data is output to the range migration correction processor as in the case of the conventional radar apparatus, the position shift due to the target motion is corrected, and the target Doppler history is estimated to offset the target Doppler frequency. In addition, the two-dimensional image data of the target can be obtained by removing the primary component and compressing in the cross range direction.
[0025]
Embodiment 2. FIG.
4 is a block diagram showing Embodiment 2 of the present invention. In addition, about the component same as a prior art, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. In the figure, reference numeral 18 denotes a noise removal processor that treats and eliminates noise even if a change in the distance of the target becomes unstable between several pulses.
[0026]
Next, the operation will be described. In (*) in FIG. 3, when the maximum amplitude point moves to the isolated point reflection point D while the isolated reflection point A is stably changing in distance, the isolated reflection point A is stabilized. Although the distance is changed, it is regarded as a different section, which causes a problem that the accuracy of the estimated speed is lowered. Therefore, the following processing is performed. If it continues for several tens of pulses, it is regarded as a stable section, and if it does not continue, it is regarded as an unstable section. If the unstable period is a time of about several pulses, the distance change of the isolated reflection point that was stabilized immediately before is interpolated. By performing the above processing, even if the distance change of the target becomes unstable between several pulses as shown in (*), it is regarded as noise, and that part is removed and the stable section is cut out optimally. Do. In FIG. 3, (*) is regarded as noise, and the sections (a) and (b) are regarded as the same section.
[0027]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing Embodiment 3 of the present invention. In addition, about the component same as a prior art, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. In the figure, reference numeral 19 denotes a reference point detector that optimally cuts out data used for processing when the Doppler tracking processor 13 estimates the Doppler history of the target.
[0028]
Next, the operation will be described. When the target Doppler history is estimated by the Doppler tracking processor 13, the video data after range migration at any one of the plurality of isolated reflection points shown in FIGS. 2 and 3 is cut out and processed. Conventionally, out of isolated points detected by the maximum amplitude detector 10, attention is paid to an isolated point having the maximum amplitude detected by the first pulse hit, and video data after range migration of the isolated point is cut out and Doppler tracking is performed. Processing was performed (point D in FIG. 3). In that case, if the isolated point is stabilized by the first pulse hit as shown in FIG. 3 and the amplitude value is low thereafter, accurate Doppler tracking cannot be performed. Therefore, as shown in FIG. 6, the reference point detector 19 adds the amplitude of the video signal after the range migration correction processing for all the range bins in the pulse hit direction, detects an isolated reflection point having the maximum amplitude value, and detects the video. The signal is cut out and output to the Doppler tracking processor 13. By performing the above processing, the Doppler tracking process using the most stable isolated reflection point can be performed by selecting the isolated reflection point having the maximum amplitude value from among the plurality of isolated reflection points.
[0029]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing Embodiment 4 of the present invention. In addition, about the component same as a prior art, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. In the figure, reference numeral 20 denotes a second range migration correction processor that inputs the speed data of the target estimated by the Doppler tracking processor 13 and performs range migration correction processing.
[0030]
Next, the operation will be described. The second range migration correction processor 20 is the same as the range migration correction processor 12 except that the speed data calculated from the distance tracking processor 9 is different from that of the third embodiment. Instead, the speed data calculated from the Doppler tracking processor 13 is used. In the present invention, the processing flow is mainly divided into a system for calculating image data and a system for calculating speed data for correcting the movement of the target. In the conventional technique and the first to third embodiments, the speed data is calculated in parallel in the process of calculating the image data. However, in the fourth embodiment, the speed data is first calculated by the Doppler tracking processor 13. After that, using the speed data, range migration correction processing and phase compensation processing are performed to calculate image data. The reason why the above processing is performed is that the speed data calculated by the Doppler tracking processor 13 is more accurate than the speed data calculated by the distance tracking processor 9, and the correction processing is performed by using the speed data. This is because clear image data can be obtained. Assuming a normal inverse synthetic aperture radar, when the speed is estimated by the distance tracking processor 9, the range bin width is about 1 m and the data collection time is 1 s, so the speed error is about 1 m / s, but the Doppler tracking process When the speed is estimated by the device 13, since the frequency resolution is 4 Hz and the wavelength is 0.03 m, the speed error is about 0.06 m / s, and the speed selected by the Doppler tracking processor is more accurate. Therefore, clearer image data can be obtained by inputting the velocity data calculated by the Doppler tracking processor 13 to the second range migration correction processor 20 for correction.
[0031]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing Embodiment 5 of the present invention. In addition, about the component same as a prior art, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. In the figure, reference numeral 21 denotes a video signal output from the range compressor 8 which is temporarily stored as two-dimensional data in the range direction × pulse hit direction, and the above signal is cut out while shifting the cut position in the pulse hit direction at a certain time interval. The first memory 22 is a second memory for temporarily storing speed data for each pulse hit estimated by the Doppler tracking processor, and cutting out the speed data corresponding to the time cut out from the first memory. is there.
[0032]
Next, the operation will be described. FIG. 9 shows an example of data cut-out in the first memory and the second memory. The data is output to the second range migration correction processor 20 while shifting the cut-out position in the pulse hit direction at a certain time interval. By creating data, continuous image data can be calculated. Conventionally, since it was not cut out in this way (in FIG. 9, it is equivalent to cutting out video signals without overlapping), image data was calculated frame by frame. In the present invention, since target speed data is required when calculating image data, a second memory is provided for extracting speed data corresponding to the time extracted from the data extracted by the first memory.
[0033]
【The invention's effect】
According to the first invention, a section in which the distance stably changes is extracted from the distance information of the target object, the slope calculator that calculates the slope of the distance / time in each section, and the amplitude value as a weight A weighted average of a plurality of inclinations obtained by the inclination calculator and by attaching an inclination average calculator for calculating speed data, the distance of the target object can be accurately detected even for a sudden change as shown in FIG. There is an effect that can be estimated.
[0034]
Further, according to the second invention, in addition to the above-described effect, when a section in which the distance stably changes from the distance of the maximum point calculated for each pulse hit by the slope calculator, the distance changes by several pulses. By installing a noise removal processor to remove the unstable section as noise, the distance of the target can be estimated accurately even if the distance change becomes unstable by several pulses. effective.
[0035]
According to the third invention, in addition to the above effect, in order to estimate the Doppler history by the Doppler tracking processor, the signals after the range migration correction processing are added in the pulse hit direction for all the range bins, and the maximum value is obtained. By attaching a reference point detector that cuts out the signal of the range bin that has become, there is an effect that the Doppler tracking accuracy can be improved.
[0036]
Further, according to the fourth invention, in addition to the above effect, the range migration correction amount for removing the distance change accompanying the movement of the target is calculated for each pulse by using the velocity data estimated by the Doppler tracking processor. At the same time, by attaching a second range migration correction processor that corrects a change in distance for each pulse, a highly accurate range migration correction process can be performed, and clearer image data can be calculated. There is an effect that can be done.
[0037]
According to the fifth invention, in addition to the above effect, the video signal output from the range compressor is temporarily stored as two-dimensional data in the range direction × pulse hit direction, and the cutout position in the pulse hit direction is determined for a certain time. A first memory that cuts out the signal while shifting at an interval and outputs it to the second range migration correction processor, and velocity data for each pulse hit estimated by the Doppler tracking processor are temporarily stored, and the first memory By cutting out the speed data corresponding to the data cut out in step (b) and attaching the second memory to be output to the second range migration correction processor, a continuous image can be obtained. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a radar signal processor according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a video signal after range compression in the first embodiment of the radar signal processor according to the present invention;
FIG. 3 is a diagram for explaining target distance information output from a maximum amplitude detector in the first embodiment of the radar signal processor according to the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of a radar signal processor according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of a radar signal processor according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of a reference point detector in a third embodiment of a radar signal processor according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment of a radar signal processor according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a fifth embodiment of a radar signal processor according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of a first memory and a second memory in a fifth embodiment of a radar signal processor according to the present invention;
FIG. 10 is a diagram showing a conventional radar apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmitter, 2 Transmission / reception switching device, 3 Transmission / reception antenna, 4 Receiver, 5 Two-dimensional memory, 6 Signal processor, 7 Display, 8 Range compressor, 9 Distance tracking processor, 10 Amplitude maximum value detector, 11 Smoothing processor, 12 range migration correction processor, 13 Doppler tracking processor, 14 phase compensation processor, 15 cross-range compressor, 16 slope calculator, 17 slope average calculator, 18 denoising processor, 19 reference point detection 20 second range migration correction process, 21 first memory, 22 second memory.

Claims

In the inverse synthetic aperture radar that images the shape of the target using the Doppler frequency generated by the motion of the target, output from the receiver using the transmission signal (chirp signal) that has been frequency modulated by the transmitter A range compressor that performs pulse compression on the video signal to be detected, and detects the maximum point of the reflected power of the target for each pulse hit in order to estimate the speed in the range direction (radial speed), and the distance between the maximum points A maximum amplitude detector to be calculated, a section in which the distance stably changes from the distance information, a slope calculator that calculates a distance / time slope in each section, and the slope using the amplitude value as a weight A slope average calculator that calculates the velocity data by weighted averaging of multiple slopes obtained by the calculator, and range migration to remove distance changes associated with the movement of the target A range migration correction processor that calculates the distance correction amount for each pulse from the velocity data estimated by the slope calculator and corrects the change in distance for each pulse, and the maximum amplitude value from the signal after the range migration correction process. It is generated by Doppler tracking processor that estimates the Doppler history by calculating the target velocity data by cutting out the signal of the maximum point of the reflected power detected by the detector and performing Fourier transform while shifting the time, and by the motion of the target In order to remove the offset component and the primary component of the Doppler frequency, a Doppler compensation processor for calculating a phase compensation amount from the velocity data output from the Doppler tracking processor and compensating the video signal after the range migration correction, Frequency analysis of the video signal after compensation processing in the time direction The radar signal processor, characterized in that it comprises a cross-range compressor to compress a target in the cross range direction by.

When cutting out the section where the distance changes stably from the maximum point distance calculated for each pulse hit by the slope calculator, to remove the section where the distance change is unstable by several pulses as noise The radar signal processor according to claim 1, further comprising a noise elimination processor.

In order to estimate the Doppler history with the above Doppler tracking processor, the signal after range migration correction processing was added to the pulse hit direction for all range bins, and a reference point detector that cuts out the signal of the range bin that became the maximum value was attached. The radar signal processor according to claim 2.

Using the velocity data estimated by the Doppler tracking processor, the range migration correction amount for removing the distance change accompanying the movement of the target is calculated for each pulse, and the distance change is corrected for each pulse. 4. The radar signal processor according to claim 3, further comprising a second range migration correction processor.

The video signal output from the range compressor is temporarily stored as two-dimensional data in the range direction × pulse hit direction, and the signal is cut out while shifting the cut position in the pulse hit direction at a certain time interval and the second range migration is performed. The first memory to be output to the correction processor and the velocity data for each pulse hit estimated by the Doppler tracking processor are temporarily stored, and the velocity data corresponding in time to the data cut out by the first memory is stored. 5. The radar signal processor according to claim 4, further comprising a second memory which is cut out and output to the second range migration correction processor.