JP3749486B2

JP3749486B2 - レーダ信号処理方式

Info

Publication number: JP3749486B2
Application number: JP2002009120A
Authority: JP
Inventors: 由之吉川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: JP2003215235A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２種のパルス繰り返し周波数(Dual PRF)を用いたレーダの信号処理方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は一般的な気象レーダの構成を示すものである。図４によりその概略動作を説明する。送信器１は所定のPRF(パルス繰り返し周波数＝Pulse Repetition Frequency)を有する送信パルス信号を、送信系と受信系とで経路を切り替えるサーキュレータ２を介して空中線３にて空間へ放出する。放出された送信信号の一部は気象目標から反射され、また、一部は地面や山等の気象目標以外のものからも反射される。これらは空中線３、サーキュレータ２を介して受信器４へ入力される。受信器４は受信信号の周波数をRF帯からIF帯に変換した後、信号処理装置５へ送る。
【０００３】
信号処理装置５では次のような処理が行われる。すなわち、入力信号に対してI,Q（信号の実数成分Ｉと虚数成分Ｑ）ベクトル作成のため位相検波５１を行った後、不要信号である山や地面等からの反射信号（グランド・クラッタ）を取り除くため、クラッタ除去５２を行い、パルスペア処理５３にて目標のドップラ速度を算出し、速度折り返し補正５４にて目標のドップラ速度に補正を加える。最終的な結果はデータ処理・表示制御装置６に送付され、表示される。
【０００４】
気象レーダにおいて、空間へ放射された送信信号は、必要とされる気象目標からの反射信号となると同時に、不要とされる山や地面等からの反射信号いわゆるグランド・クラッタともなる。不要な反射信号であるグランド・クラッタを除去する場合、信号処理装置５内のクラッタ除去フィルタ、一般的にはIIRフィルタ(Infinite Impulse Response フィルタ)を用いてクラッタ除去処理５２を行っている。図５は代表的なIIRフィルタを示すもので、乗算器１００乃至１０８、遅延素子１１０乃至１１３、及び加算器１２０乃至１２３を図のように組み合わせて構成する。その周波数特性の参考例を図６に示す。
【０００５】
図６に示すようにIIRフィルタの周波数特性は、サンプリング周波数に依存している。サンプリング周波数ｆ_sは次式で示される。
【数式１】

式(1)より、サンプリング周波数ｆ_sは、レーダが使用しているPRFに依存していることが分かる。
【０００６】
一方、気象目標等のドップラ速度Vは次の式から得られる。
【数式２】

この結果より、レーダによる目標の観測可能なドップラ速度は、λとPRFに依存していることが分かる。この範囲外の移動速度を持つ目標が検出される場合、目標の風向が逆方向に検出されてしまうことがある。これを速度の折り返しという。
【０００７】
そこで二つの異なるPRFを使用するDual PRFという技術を使用して、速度の折り返し補正を行っている。概略算出方法を以下に示す。
【０００８】
二つのPRFのうち、高い周波数のPRFをH-PRF、低い周波数のPRFをL-PRFとする。H-PRFで得られたドップラ速度をV1、その最大測風をVmax1、L-PRFで得られたドップラ速度をV2、その最大測風をVmax2とすると、Vmax1及びVmax2は次式で得られる。
【数式３】

【０００９】
目標の実速度がVである場合、H-PRF及びL-PRFで観測されたドップラ速度V1及びV2は次式で表される。なお図７に実速度とドップラ速度の関係図（図中K１、K２は２の倍数となる係数）を示す。
【数式４】

から、K1とK2を求めれば、(5)式または(6)式より実速度Vを求めることが出来る。
【００１０】
前述の通りIIRフィルタの周波数特性は、サンプリング周波数ｆ_sに依存している。一方、速度折り返し補正のためにDual PRFを用いると、２種類のPRFを交互に切り替える度に、(1)式によりサンプリング周波数が変化してしまう。これにより、図６から明らかなように、クラッタ除去フィルタの周波数特性も変化してしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ信号処理装置は、クラッタ除去フィルタが一つしかなかったことから、速度が比較的小さい気象目標からのエコーの場合、Dual PRF使用時にPRFの切り替わりにより、フィルタの阻止帯域が変化し、受信強度が変化してしまうという問題があった。
【００１２】
この発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、Dual PRF使用時においても、Dual PRF時のクラッタ除去フィルタの周波数特性を変化させないようにして、速度の小さい受信信号強度を安定して測定できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ信号処理方式は、クラッタ除去フィルタを使用して信号処理を行うDual PRFレーダの信号処理方式において、上記クラッタ除去フィルタをそれぞれのPRFに対する周波数特性が同じ二つのフィルタで構成し、PRFの切り替えに合わせて、上記二つのフィルタを切り替えて使用するようにしたものである。
【００１４】
また、クラッタ除去フィルタを使用して信号処理を行うDual PRFレーダの信号処理方式において、上記クラッタ除去フィルタを、一方のPRFに対して複数の周波数特性を有する第１のフィルタ群と、他方のPRFに対して複数の周波数特性を有する第２のフィルタ群とで構成し、PRFの切り替えに合わせて上記二つのフィルタ群を切り替えると共に、上記フィルタ群の中からレーダサイトの周辺環境に応じて外部から加えられる信号により適切な周波数特性のフィルタを選択して使用するようにしたものである。
【００１５】
また、上記に記載のレーダ信号処理方式において、選択して使用するフィルタは、それぞれのPRFに対する周波数特性を同じにしている。
【００１６】
また、上記に記載のレーダ信号処理方式において、等価フィルタ選択手段を設け、一方のフィルタ群からある特定のフィルタを選択したとき、他方のフィルタ群から上記と同じ周波数特性のフィルタを上記等価フィルタ選択手段により選択するようにしたものである。
【００１７】
【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に係るレーダ信号処理装置におけるクラッタ除去フィルタを示すブロック図である。ここでは、二つのPRFのうち、高い周波数のPRFをH-PRF、低い周波数のPRFをL-PRFとして説明する。図１において、１０はクラッタ除去フィルタ、１１はH-PRF用クラッタ除去フィルタ（以下Hフィルタと呼ぶ）、１２はL-PRF用クラッタ除去フィルタ（以下Lフィルタと呼ぶ）、３０はI,Qベクトル信号が供給される入力端、３１はクラッタ除去フィルタを通ったI,Qベクトル信号を取り出す出力端、１３は上記フィルタの入力端側に、また、１４は上記フィルタの出力端側にそれぞれ設けられた切り替えスイッチ、１５は制御装置で、PRF情報を得て、上記入力端３０及び出力端３１をHフィルタ１１に接続するか、Lフィルタ１２に接続するか切り替え制御を行う。
【００１８】
なお、上記Hフィルタ１１とLフィルタ１２は、それぞれの使用PRFに合わせて、周波数特性（阻止帯域や抑圧度等）が同一になるように設定されている。
【００１９】
上記装置の動作を説明するために、図２に従来技術におけるクラッタ除去フィルタの周波数特性（ｂ）とこの発明によるクラッタ除去フィルタの周波数特性（ａ）とを比較して示している。図中、Ｇはグランド・クラッタ、Ｅは観測目標の気象エコーである。従来技術においては、Dual PRF使用時に、二つのPRFに対して一つのクラッタ除去フィルタにて信号処理を行っていた。この場合、図２（ｂ）に示すように、H-PRFとL-PRFとの切り替えが行われる度にフィルタの周波数特性が変化してしまい、特に移動速度の遅い気象エコーは、H-PRF時にフィルタの影響を受けることがある。このため、同一目標にも関わらず、PRFが切り替わる度に、受信信号強度が変化し、安定な観測ができない可能性があった。
【００２０】
これに対して、この発明では、PRFの切り替えが行われると、このPRF情報を制御装置１５が受けて切り替えスイッチ１３及び１４を制御し、H-PRF信号が入力されるときは入力端３０、出力端３１をHフィルタ１１側へ、L-PRF信号が入力されるときは入力端３０、出力端３１をLフィルタ１２側へ切り替え、それぞれのPRFに対応するクラッタ除去フィルタに信号を通す。クラッタ除去フィルタの周波数特性は、図２（ａ）に示すように、それぞれのPRFに対して同じになるように設定されていることから、風速の遅い気象エコーを観測する場合にも、PRFの切り替えにより受信信号強度が変化することはなく、安定した目標観測が可能となる。
【００２１】
上記のように、この発明ではクラッタ除去処理におけるクラッタ除去フィルタに、周波数特性が同一の二つのフィルタを用いることを特徴とし、PRFの変化にクラッタ除去フィルタ特性の影響が及ばないようにしたため、観測目標から安定した信号を得ることができる。
【００２２】
実施の形態２．
本実施の形態２は、クラッタ除去フィルタとして、それぞれが周波数特性の異なる複数のフィルタを有する２群のフィルタ群、すなわちH-PRF用クラッタ除去フィルタ群（第１のクラッタ除去フィルタ群またはHフィルタ群と呼ぶ）とL-PRF用クラッタ除去フィルタ群（第２のクラッタ除去フィルタ群またはLフィルタ群と呼ぶ）とを備えることにより、クラッタ抑圧特性の選択の可能性を広げ、一層安定した目標観測を可能にしたものである。
【００２３】
図３はこの発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置におけるクラッタ除去フィルタを示すブロック図である。図３において、２０はクラッタ除去フィルタ、２１は周波数特性（阻止帯域や抑圧度等）の異なる複数のフィルタを有するHフィルタ群、２２は同じく周波数特性の異なる複数のフィルタを有するLフィルタ群であり、これら第１及び第２のクラッタ除去フィルタ群２１、２２はそれぞれのPRFに対して互いに同一周波数特性を有する。
【００２４】
３２は上記それぞれのフィルタ群の中でどの周波数特性のフィルタを使用するかを選択する外部信号を入力する選択信号入力端、２５は選択信号入力端３２をHフィルタ群２１、Lフィルタ群２２のいずれかに接続する切り替えスイッチである。上記選択信号入力端３２に加えられるフィルタ選択信号は、レーダサイトにおける周辺の環境、主として周囲の地形に応じて外部から入力されるもので、最適な周波数特性のフィルタを選択し、より安定した観測を行うための信号である。２７はHフィルタ群２１とLフィルタ群２２間に挿入された等価フィルタ選択装置で、これは切り替えスイッチ２５が例えばHフィルタ群２１側に切り替えられ、フィルタ選択信号によりHフィルタ群２１中のあるフィルタを選択した場合、他方のLフィルタ群２２中からこれと同じ周波数特性のフィルタを選択する手段である。
【００２５】
３０、３１は図１と同様のI,Qベクトル信号の入力端、出力端、２３、２４は図１の切り替えスイッチ１３、１４に相当する切り替えスイッチである。２６はPRFの切り替えに応じて、切り替えスイッチ２３、２４を切り替える制御と、切り替えスイッチ２５をHフィルタ群２１側、またはLフィルタ群２２側に必要に応じて切り替える信号を出力する制御装置である。
【００２６】
実施の形態２では、Dual PRF使用時、PRFの切り替えが行われると、このPRF
情報を制御装置２６が受けて切り替えスイッチ２３、２４を制御し、H-PRF信号が入力されるときは入力端３０、出力端３１をHフィルタ群２１側へ切り替える。このとき、切り替えスイッチ２５がHフィルタ群２１側に接続されているとすると、Hフィルタ群２１では選択信号入力端３２から入力されたフィルタ選択信号により、周辺環境に適した周波数特性のフィルタが選択される。上記フィルタが選択された時点で、等価フィルタ選択装置２７は上記選択されたフィルタと周波数特性が同じフィルタをLフィルタ群２２から選び出しておく。入力端３０に加えられたI,Qベクトル信号はHフィルタ群２１のフィルタを通して信号出力端３１から出力される。
【００２７】
次に制御装置２６が、PRFの切り替えに基づいてPRF情報を受けると、切り替えスイッチ２３、２４を制御し、入力端３０、出力端３１をLフィルタ群２２側へ切り替えるが、Lフィルタ群２２の中では、すでに等価フィルタ選択装置２７により適切な周波数特性のフィルタが選択されているので、L-PRFの信号はそのクラッタ除去フィルタを通り出力端３１から出力される。第１、第２のクラッタ除去フィルタ群（Hフィルタ群、Lフィルタ群）から選択されたクラッタ除去フィルタの周波数特性は、図２（ａ）に示すように、PRFの切り替えにより変化することがないことから、風速の遅い気象エコーの観測に対してもPRFの切り替えにより受信信号強度が変化することはなく、また、周辺の環境に合った安定した目標観測が可能となる。
【００２８】
なお、 Hフィルタ群とLフィルタ群から選択される二つのフィルタは、周波数特性が全く同一のものでなくても、PRF切り替え時にそれらの周波数特性が実質上クラッタの除去及び信号の通過に影響を与えないものであれば、全く同一の周波数特性を有していなくてもよい。
【００２９】
本実施の形態２においては、複数のHフィルタ、及びLフィルタを設けることにより、レーダサイトの周辺における観測環境に適合するH-PRF用、及びL-PRF用のクラッタ除去フィルタを選択することが可能となり、観測環境の影響を考慮して一層安定した目標観測が可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、複数の周波数特性のフィルタを有し、相互の周波数特性が同一である H-PRF 用クラッタ除去フィルタ群と L-PRF 用クラッタ除去フィルタ群とを設け、この中から、レーダサイト周辺環境に応じた同一特性のフィルタを選択使用することにより、 PRF が変化しても周波数特性が変わらず、レーダサイト周辺の観測環境に左右されない安定した目標観測が可能となる。更に一方のフィルタ群の中からいずれかのフィルタを選択することにより、自動的に他方のフィルタ群の中から同一周波数特性のフィルタを選択するようにしているため、フィルタ選択の煩雑さを解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るクラッタ除去フィルタを示すブロック図である。
【図２】この発明のクラッタ除去フィルタの特性を従来技術のクラッタ除去フィルタの特性と比較して示す概念図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るクラッタ除去フィルタを示すブロック図である。
【図４】一般的な気象レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】代表的なIIRフィルタの構成を示す図である。
【図６】 IIRフィルタの参考周波数特性である。
【図７】実速度とドップラ速度の関係を示す図である。
【符号の説明】
１送信器、２サーキュレータ、
３空中線、４受信器、
５信号処理装置、６データ処理・表示制御装置。
１０クラッタ除去フィルタ、１１ H-PRF用クラッタ除去フィルタ、
１２ L-PRF用クラッタ除去フィルタ、１３切り替えスイッチ、
１４切り替えスイッチ、１５制御装置、
２０クラッタ除去フィルタ、
２１ H-PRF用クラッタ除去フィルタ群、
２２ L-PRF用クラッタ除去フィルタ群、
２３切り替えスイッチ、２４切り替えスイッチ、
２５切り替えスイッチ、２６制御装置、
２７等価フィルタ選択装置、３０信号入力端、
３１信号出力端、３２フィルタ選択信号入力端、
５１位相検波、５２クラッタ除去、
５３パルスペア処理、５４速度折り返し補正。

Claims

クラッタ除去フィルタを使用して信号処理を行うDual PRFレーダの信号処理方式において、上記クラッタ除去フィルタは、一方のPRFに対して複数の周波数特性を有する第１のフィルタ群と、他方のPRFに対して複数の周波数特性を有する第２のフィルタ群と、一方のフィルタ群からある特定のフィルタを選択したとき、他方のフィルタ群から上記と同じ周波数特性のフィルタを自動的に選択する等価フィルタ選択手段とを備え、PRFの切り替えに合わせて上記二つのフィルタ群を切り替えると共に、上記フィルタ群の中からレーダサイトの周辺環境に応じて外部から加えられる信号により適切な周波数特性のフィルタを選択して使用するようにしたことを特徴とするレーダ信号処理方式。