JP3781218B2 - Multiband radar apparatus and method and circuit suitable for the same - Google Patents

Multiband radar apparatus and method and circuit suitable for the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶等の移動体に搭載され当該移動体の周囲に存在する物標の映像を指示するレーダ装置に関し、特に、複数の無線周波数を同時並行的に利用するマルチバンドレーダ装置や、この装置の実施に適する方法及び回路に関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】
移動体の運行・操業に必要な情報の一つにその周囲に存在する物標(例えば他の船舶、海岸線、港湾、ブイ等)の映像がある。物標の存否及びその位置を検出しその位置と共に物標の映像を画面上に指示できる装置として、レーダ装置が周知である。レーダ装置を用いた場合には、用いない場合に比べ、一般に、より安全かつ正常な移動体運行・操業が可能になる。
【0003】
しかし、降雨、降雪が激しいとき(図3参照)や、海面に波浪が生じているとき(図4参照)には、雨滴・雪片からの反射波(ウエザークラッタ)や海面からの反射波(シークラッタ)等のクラッタ成分が相対的に比率を増すため、物標からの反射波即ち物標信号が埋もれやすくなる。特に、航路ブイ等の小物標を比較的高い無線周波数(例えばXバンド)にて検出するのは、困難になりやすい。逆に、天候が良好で海面が穏やかなとき(凪)には海面が鏡面反射を起こしやすいため、海面をへた反射波によって受信信号強度が低下してしまうことがある(図5参照:いわゆるマルチパス障害)。また、物標の形状によっては、その物標からの反射波同士の位相合成によりやはり受信信号強度が低下してしまう(図6参照)。特に、マルチパスや位相合成の問題は、比較的低い無線周波数(例えばSバンド)にて中距離以遠の比較的小さい物標を検出するのに、支障となる。
【0004】
レーダ装置の分野では、これまで、クラッタにどのように対策するかといった検討が様々に行われてきた。クラッタへの対策として広く用いられているものの一つに、CFAR(Constant False Alarm Rate) と呼ばれる回路乃至処理がある。CFARとは、大まかにいえば、レーダ装置にて得られる極座標型式の映像信号即ちレーダビデオからその低周波成分を取り出し、取り出した低周波成分をレーダビデオから減ずる処理である。一般に、レーダビデオには、相対的に低レベルでかついずれの受信時刻(位置)でも現れる成分(例えばクラッタ)と、相対的に高レベルでごく短時間に亘って現れる成分(例えば物標信号)とが含まれているから、CFARの実行によって、誤警報確率即ち物標でないものを物標としたり物標であるものと物標でないとしたりする誤りの確率を、ある一定水準以下に抑圧できる。また、CFARの一つに、CA−CFARとよばれるものがある。ここでいうCA(Cell Averaging)とは、レーダビデオからその低周波成分を取り出す方法として、“時間軸に沿って注目受信時刻(位置)を順次変化させながら、注目受信時刻(位置)を中心とした数点の受信時刻(位置)におけるレーダビデオの平均又は加重平均を求める”という処理を採用するものである。注目受信時刻(位置)を中心とした数点の受信時刻(位置)はセルと呼ばれ、またセル毎に得られる平均又は加重平均はセルアベレージと呼ばれる。なお、CFARやCAに関しては、各種の先行技術文献が存在しているので、後述の本発明の解釈に当たってはそれらも参照されたい。
【0005】
図3〜図6に例示した問題点は、このようなCFARを単純に適用したとしても、十分に緩和する又は解消することはできない。即ち、図3及び図4に示した問題点は無線周波数が高いときに、図5及び図6に示した問題点は無線周波数が低いときに顕著になるものであり、顕著になったときには、最早CFARでは十分な効果が得られない。
【0006】
【発明の概要】
本発明の目的の一つは、図3〜図6に例示した問題点を解決可能なレーダ装置を実現することにある。本発明の好ましい実施形態においては、この目的を、CFARと周波数ダイバーシティとの結合により、達成している。
【0007】
本発明に係るレーダ装置はマルチバンドレーダ装置、即ち複数の無線周波数にて周囲の物標を検出可能なレーダ装置である。本発明に係るマルチバンドレーダ装置は、第1レーダ部、第2レーダ部及び指示部を備える。第1及び第2レーダ部は、いずれも、無線信号を周囲に送信し物標からの反射波を受信することにより、一般に当該物標の映像及びクラッタ成分を含むレーダビデオを生成する。但し、第1レーダ部が使用する無線信号の周波数は第1無線周波数、第2レーダ部が使用する無線信号の周波数はそれとは異なる第2無線周波数である。従って、本発明においては、第1レーダ部の出力即ち第1レーダビデオと第2レーダ部の出力即ち第2レーダビデオという2種類のレーダビデオが得られる。本発明に係るマルチバンドレーダ装置の特徴の一つは、その指示部に内蔵される(又は指示部に併設された)マルチバンドレーダ用信号処理回路或いはこの回路により実行されるレーダビデオ結合方法にあり、より詳細には、これらの回路又は方法におけるマルチバンド結合レーダビデオの生成手順即ち改良された周波数ダイバシティ手順にある。更に詳細には、この周波数ダイバシティ手順において、CFAR又はCA−CFARの出力を利用できることにある。
【0008】
本発明においては、第1レーダビデオからその低周波成分が抽出され、抽出された低周波成分の量に応じて第1及び第2係数のうち少なくとも一方が可変設定される。更に、第2レーダビデオと上記第1レーダビデオとの相関値が第1係数により、また第1レーダビデオが第2係数により、それぞれ重み付けされる。他方で、重み付け前の第1レーダビデオから低周波成分が除去される。そして、重み付け後の相関値、重み付け後の第1レーダビデオ、及び低周波成分除去後の第1レーダビデオの結合をさせることによって、マルチバンド結合レーダビデオが生成される。生成されたマルチバンド結合レーダビデオは、物標映像の指示に利用される。
【0009】
このような手順を実行することによって、本発明においては、無線周波数の高低に応じて顕在化しやすさが異なる問題点を、容易に解消することが可能になる。例えば、第1無線周波数がXバンドに、第2無線周波数がSバンドに、各々属するよう、設計したとする。このような無線周波数設計の下では、図3や図4に示される問題点は第1レーダビデオに現れやすく、図5や図6に示される問題点は第2レーダビデオに現れやすい。他方、図3や図4に示される問題点が顕在化しているときには、第1レーダビデオ中の低周波成分が比較的高レベルになる。従って、第1レーダビデオから取り出した低周波成分が比較的高レベルのときには第1係数を大きくし又は第2係数を小さくし、逆に比較的低レベルのときには第1係数を小さくし又は第2係数を大きくすることにより、本発明によれば、図3〜図6の問題点を、いずれも、従来に比べ緩和し又は解消することが可能になる。なお、ここではXバンド、Sバンドといった具体的な周波数帯域を示したが、これは例示であり、他の帯域にも適用できることに、留意されたい。さらに、無線周波数の帯域が異なればその周波数帯域独特の問題点も異なるから、本発明の目的が図3〜図6に例示した問題点の解消に限定されるべきでないことにも、留意されたい。
【0010】
本発明に係るマルチバンド結合レーダビデオ生成手順は、CA−CFAR回路を用いることにより、好適に実現できる。例えば、CA−CFAR回路にて生成したセルアベレージを相関回路及び係数回路に供給し、相関回路及び係数回路が各々このセルアベレージの値に応じて第1又は第2係数を決定する。或いは、CA−CFAR回路にて更に第1及び第2係数の決定をも実行する。相関回路では第1レーダビデオと第2レーダビデオとの相関値に第1係数による重み付けを施し、係数回路では第1レーダビデオに第2係数による重み付けを施す。最後に、加算回路を用いて、CA−CFAR回路から出力されるセルアベレージ除去後の第1レーダビデオ、第1係数による重み付け後の相関値、及び第2係数による重み付け後の第1レーダビデオを、加算結合させる。このようなCA−CFAR技術の応用によって、マルチバンド結合レーダビデオを好適に生成できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図1及び図2に基づき説明する。まず、図1に示すように、本実施形態では、例えば船舶の見晴らしのよい箇所にXバンドアンテナ10x 及びSバンドアンテナ10s を設け、これらを単一の駆動部(例えばモータ)12によって一括回転させている。無論、各アンテナ毎に別々の駆動部を設け、各駆動部を同期してさせるようにしてもよい。Xバンドアンテナ10x 及びSバンドアンテナ10s 各々のビームは同一の方向を向くのが好ましいけれども、あらかじめビーム方向の差(オフセット)が分かっているのであれば後の信号処理の際そのオフセットを補償できるから、ビーム方向がずれていても構わない。
【0012】
Xバンドアンテナ10x 及びSバンドアンテナ10s は、各々、送受切換器14x 又は14s を介して送信機16x 又は16s 及び受信機18x 又は18s に、接続されている。送受切換器14x 及び14s は対応するアンテナを対応する送信機及び受信機で共用するための部材であり、対応する送信機から供給される送信信号を対応するアンテナに供給し、対応するアンテナにて受信された反射波を対応する受信機に供給する。なお、アンテナを送受別々に設けるときや受信のみを行うときには、送受切換器14x 及び14s は省略できる(例えば、船団中の1隻のみが送信を行い各船舶が受信を行うような用途)。また、送信機16x 及び16s は、例えば、所定周波数の搬送波を所定幅所定繰返し周期のパルスにて変調することにより、上記送信信号を生成する(パルスレーダの場合)。受信機18x 及び18s は、対応する送受切換器を介して対応するアンテナから得た反射波に、増幅、周波数変換等を施し、その結果得られるアナログのレーダビデオXx(t)又はXs(t)を、指示部20に供給する(tは反射波の受信時刻)。指示部20は、Xx(t)及びXs(t)を結合させ、その結果に基づき物標の映像を例えばPPI型式でCRT画面等に表示する。
【0013】
図2に、指示部20の内部回路のうち、Xx(t)及びXs(t)を結合してマルチバンド結合レーダビデオy(t) を生成する信号処理回路、即ちCA−CFAR機能を有する周波数ダイバシティ回路の構成を示す。図中、アナログ制御回路21x はXx(t)に増幅、クラッタ抑圧等の処理を施し、A/Dコンバータ22x はアナログ制御回路21x をへたXx(t)をディジタルのレーダビデオXx(i)に変換する(i:時刻を表す離散値)。同様に、アナログ制御回路21s はXs(t)にクラッタ抑圧等の処理を施し、A/Dコンバータ22s はアナログ制御回路21s をへたXs(t)をディジタルのレーダビデオXs(i)に変換する。
【0014】
CA−CFAR回路23はXx(i)に周知のCA−CFARを施し、その経過で得たセルアベレージXxav を相関回路24及び係数回路25に、またCA−CFARの結果たる偏差ΔX=Xx(i)−Xxav を加算回路26に、それぞれ供給する。なお、Xxav に代え、Xxav に基づき決定した係数Aを相関回路24に、Xxav に基づき決定した係数Bを係数回路25に、それぞれ供給するようにしてもよい。相関回路24は、Xx(i)とXs(i)の相関Xx(i)*Xs(i)に係数Aを乗じた値A*Xx(i)*Xs(i)を、加算回路26に供給する。係数回路25は、Xx(i)に係数Bを乗じた値B*Xx(i)を、加算回路26に供給する。加算回路26は、A*Xx(i)*Xs(i)、B*Xx(i)及びΔXの和即ちマルチバンド結合レーダビデオy(t) を求め、これを、図示しないバッファメモリに出力・格納する。指示部20の画面には、このバッファメモリ上のレーダビデオy(t) に基づく映像が表示される。例えば、バッファメモリ上のレーダビデオ(スイープデータ)をスキャンコンバータにて座標変換し、ラスタスキャン型の指示器の画面に表示する。
【0015】
ここで、アナログ制御回路やA/Dコンバータでの利得を無視すると、上の処理は、
【数1】
y=A*Xx *Xs +B*Xx +ΔX
と表すことができる。なお、記載の簡略化のため、Xx(t)をXx と表記する等の省略を施している。この式から理解できるように、相対的にAが大きければ相関成分Xx *Xs がyに強く現れ、Bが大きければXバンドのレーダビデオXx がyに強く現れる。他方、Xxav は、Xバンドのレーダビデオに含まれるクラッタの相対的な比率を表しているから、降雨降雪が激しいとき(図3)、海面が荒れているとき(図4)等には大きくなる。本実施形態では、A及びBをXxav に基づき決定することにより、例えば、物標近傍が激しい降雨降雪や激しい波浪に見舞われているときには相対的にSバンドレーダビデオを活かし、逆に凪のときには相対的にXバンドレーダビデオを活かして、y(t) を生成している。
【0016】
具体例として、A及びBを次の論理にて決定する例を示す。X0 は、実験的にあるいは経験的に決定する定数である。
【0017】
【数2】

Figure 0003781218
このような論理にてA及びBを決定したとすると、物標近傍が激しい降雨降雪や激しい波浪に見舞われているときにはXxav ≧0が成立するため
【数3】
y=Xx *Xs +ΔX
となる。Xx は物標からの反射波即ち物標信号Sx とクラッタ成分Cx の和と見なすことができ、またXs も物標信号Ss とクラッタ成分Cs の和と見なすことができるから、
【数4】
Xx *Xs
=(Sx +Cx )*(Ss +Cs )
=Sx *Ss +Cx *Ss +Sx *Cs +Cx *Cs
={S/C|X ・S/C|S +S/C|S +S/C|X +1}*Cx *Cs
但し、S/C|X =Sx /Cx :Xバンド単独でのS/C比
S/C|S =Ss /Cs :Sバンド単独でのS/C比
Sx 、Cx 、Ss 及びCs :tの関数
と表せる。この式の右辺から、この場合のyにおける物標信号対クラッタ抑圧比即ちS/C比を、
【数5】
S/C|X ・S/C|S +S/C|S +S/C|X
と表せることがわかる。一般に、Xxav が大きいときにはS/C|S >S/C|X >1が成り立つから、yのS/C比はSバンド単独でのそれよりも、またXバンド単独でのそれよりも、大きくなることが分かる。即ち、上のような論理に従いA及びBを決定したときには、各バンド単独でのS/Cよりも良好なS/Cを、降雨降雪時及び波浪時に、提供することができる。
【0018】
逆に、Xxav が小さいときには、上の論理から、
【数6】
y=Xx *Xs +(1−Xxav /X0)*Xx +ΔX
となる。この式は、Xxav が大きいときの式にXx の項を付加した式である。一般に、Xxav が小さくなるのは例えば凪のとき、即ち図5に示した鏡面反射によるマルチパスがSバンドで顕在化しやすいときであるから、Xx の項の導入によって、Sバンドレーダに対するXバンドレーダの利点即ちこのようなマルチパス障害がおきにくいという利点を、確保できる。また、Xx の項の係数はXxav が小さくなると大きくなるから、一般的な傾向として、風雨波浪が小さければ小さいほど、Xバンドレーダの利点を強調できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】 この実施形態に含まれる信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図3】 従来の問題点を説明するための図である。
【図4】 従来の問題点を説明するための図である。
【図5】 従来の問題点を説明するための図である。
【図6】 従来の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
10x ,10s アンテナ、12 駆動部、18x ,18s 受信機、20 指示部、23 CA−CFAR回路、24 相関回路、25 係数回路、26 加算回路、Xx ,Xs ,y レーダビデオ、Xxav セルアベレージ、ΔX 偏差、A,B 係数。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radar apparatus that is mounted on a moving body such as a ship and instructs an image of a target existing around the moving body, and in particular, a multiband radar apparatus that uses a plurality of radio frequencies simultaneously, It relates to a method and circuit suitable for the implementation of this device.
[0002]
[Prior art and its problems]
One of the information necessary for the operation and operation of a moving object is an image of a target (for example, another ship, a coastline, a harbor, a buoy, etc.) existing around the information. A radar device is well known as a device that can detect the presence or absence of a target and its position, and indicate an image of the target together with the position on the screen. When a radar device is used, it is generally possible to operate and operate the mobile body more safely and normally than when the radar device is not used.
[0003]
However, when rainfall and snowfall are severe (see FIG. 3) or when waves are generated on the sea surface (see FIG. 4), reflected waves from raindrops or snowflakes (weather clutter) or reflected waves from the sea surface (sea clutter) ) And the like have a relatively high ratio, so that the reflected wave from the target, that is, the target signal is easily buried. In particular, it is likely to be difficult to detect a small target such as a channel buoy at a relatively high radio frequency (for example, X band). On the contrary, when the weather is good and the sea surface is calm (凪), the sea surface is likely to cause specular reflection, so the reflected signal intensity to the sea surface may reduce the received signal strength (see FIG. 5: so-called Multipath failure). Further, depending on the shape of the target, the received signal strength is also lowered by the phase synthesis of the reflected waves from the target (see FIG. 6). In particular, the problem of multipath and phase synthesis is an obstacle to detecting a relatively small target that is at a medium distance or longer at a relatively low radio frequency (for example, S band).
[0004]
In the field of radar devices, various studies have been made on how to deal with clutter. One of the widely used countermeasures against clutter is a circuit or process called CFAR (Constant False Alarm Rate). Roughly speaking, the CFAR is a process of extracting a low frequency component from a polar coordinate type video signal obtained by a radar apparatus, that is, a radar video, and subtracting the extracted low frequency component from the radar video. In general, in a radar video, a component (eg, clutter) that appears at a relatively low level and at any reception time (position) and a component (eg, a target signal) that appears at a relatively high level for a very short time. Therefore, by executing CFAR, it is possible to suppress the false alarm probability, that is, the error probability that a non-target is a target or a target is not a target to a certain level or less. . One CFAR is called CA-CFAR. CA (Cell Averaging) here is a method for extracting low frequency components from radar video as follows: “Mainly focusing on the reception time (position) while changing the reception time (position) of interest along the time axis. The process of “determining the average or weighted average of radar video at a plurality of received times (positions)” is employed. Several reception times (positions) around the reception time (position) of interest are called cells, and the average or weighted average obtained for each cell is called cell average. Regarding CFAR and CA, various prior art documents exist, so please refer to them in the interpretation of the present invention described later.
[0005]
The problems illustrated in FIGS. 3 to 6 cannot be sufficiently mitigated or eliminated even if such a CFAR is simply applied. That is, the problems shown in FIG. 3 and FIG. 4 become prominent when the radio frequency is high, and the problems shown in FIG. 5 and FIG. 6 become prominent when the radio frequency is low. CFAR is no longer effective enough.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION
One of the objects of the present invention is to realize a radar apparatus that can solve the problems illustrated in FIGS. In the preferred embodiment of the present invention, this objective is achieved through a combination of CFAR and frequency diversity.
[0007]
The radar apparatus according to the present invention is a multiband radar apparatus, that is, a radar apparatus capable of detecting surrounding targets at a plurality of radio frequencies. The multiband radar apparatus according to the present invention includes a first radar unit, a second radar unit, and an instruction unit. Both the first and second radar units generally generate a radar video including an image of the target and a clutter component by transmitting a radio signal to the surroundings and receiving a reflected wave from the target. However, the frequency of the radio signal used by the first radar unit is the first radio frequency, and the frequency of the radio signal used by the second radar unit is a different second radio frequency. Accordingly, in the present invention, two types of radar video are obtained, namely, the output of the first radar unit, that is, the first radar video, and the output of the second radar unit, that is, the second radar video. One of the features of the multiband radar apparatus according to the present invention is a multiband radar signal processing circuit incorporated in (or provided with) the instruction unit, or a radar video combining method executed by this circuit. Yes, and more particularly in the generation procedure of the multiband combined radar video in these circuits or methods, i.e. the improved frequency diversity procedure. More particularly, the output of CFAR or CA-CFAR can be used in this frequency diversity procedure.
[0008]
In the present invention, the low frequency component is extracted from the first radar video, and at least one of the first and second coefficients is variably set according to the amount of the extracted low frequency component. Further, the correlation value between the second radar video and the first radar video is weighted by the first coefficient, and the first radar video is weighted by the second coefficient. On the other hand, low frequency components are removed from the first radar video before weighting. Then, a multiband combined radar video is generated by combining the weighted correlation value, the weighted first radar video, and the first radar video after the removal of the low frequency component. The generated multiband combined radar video is used to indicate a target image.
[0009]
By executing such a procedure, in the present invention, it is possible to easily solve the problems that are easily manifested according to the level of the radio frequency. For example, it is assumed that the first radio frequency belongs to the X band and the second radio frequency belongs to the S band. Under such a radio frequency design, the problems shown in FIGS. 3 and 4 tend to appear in the first radar video, and the problems shown in FIGS. 5 and 6 tend to appear in the second radar video. On the other hand, when the problems shown in FIGS. 3 and 4 are obvious, the low-frequency component in the first radar video is at a relatively high level. Accordingly, when the low frequency component extracted from the first radar video is at a relatively high level, the first coefficient is increased or the second coefficient is decreased, and conversely, when the low frequency component is at a relatively low level, the first coefficient is decreased or the second coefficient is decreased. By increasing the coefficient, according to the present invention, any of the problems shown in FIGS. 3 to 6 can be alleviated or eliminated as compared with the prior art. Although specific frequency bands such as the X band and the S band are shown here, it should be noted that this is only an example and can be applied to other bands. In addition, it should be noted that the object of the present invention should not be limited to solving the problems illustrated in FIGS. 3 to 6 because different radio frequency bands have different problems peculiar to the frequency bands. .
[0010]
The multiband combined radar video generation procedure according to the present invention can be suitably realized by using a CA-CFAR circuit. For example, the cell average generated by the CA-CFAR circuit is supplied to the correlation circuit and the coefficient circuit, and the correlation circuit and the coefficient circuit each determine the first or second coefficient according to the value of the cell average. Alternatively, the first and second coefficients are further determined by the CA-CFAR circuit. The correlation circuit weights the correlation value between the first radar video and the second radar video with a first coefficient, and the coefficient circuit weights the first radar video with a second coefficient. Finally, using the adder circuit, the first radar video after cell average removal output from the CA-CFAR circuit, the correlation value after weighting with the first coefficient, and the first radar video after weighting with the second coefficient are obtained. , Add and combine. By applying such CA-CFAR technology, a multiband coupled radar video can be suitably generated.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. First, as shown in FIG. 1, in the present embodiment, for example, an X-band antenna 10x and an S-band antenna 10s are provided at a place with a good view of a ship, and these are collectively rotated by a single drive unit (for example, a motor) 12. ing. Of course, a separate drive unit may be provided for each antenna, and the drive units may be synchronized. The X-band antenna 10x and the S-band antenna 10s are preferably directed in the same direction. However, if the beam direction difference (offset) is known in advance, the offset can be compensated for in the subsequent signal processing. The beam direction may be shifted.
[0012]
The X-band antenna 10x and the S-band antenna 10s are connected to a transmitter 16x or 16s and a receiver 18x or 18s via a transmission / reception switch 14x or 14s, respectively. The duplexers 14x and 14s are members for sharing the corresponding antennas with the corresponding transmitters and receivers. The transmission / reception switches 14x and 14s supply the transmission signals supplied from the corresponding transmitters to the corresponding antennas. The received reflected wave is supplied to the corresponding receiver. When antennas are provided separately for transmission and reception or when only reception is performed, the transmission / reception switchers 14x and 14s can be omitted (for example, only one ship in the fleet transmits and each ship receives). Further, the transmitters 16x and 16s generate the transmission signal by, for example, modulating a carrier wave having a predetermined frequency with a pulse having a predetermined width and a predetermined repetition period (in the case of pulse radar). The receivers 18x and 18s perform amplification, frequency conversion and the like on the reflected wave obtained from the corresponding antenna via the corresponding transmission / reception switch, and the resulting analog radar video Xx (t) or Xs (t) Is supplied to the instruction unit 20 (t is the reception time of the reflected wave). The instruction unit 20 combines Xx (t) and Xs (t), and displays the target image on the CRT screen or the like in the PPI format based on the result.
[0013]
FIG. 2 shows a signal processing circuit for generating a multiband combined radar video y (t) by combining Xx (t) and Xs (t) among the internal circuits of the instruction unit 20, that is, a frequency having a CA-CFAR function. The structure of a diversity circuit is shown. In the figure, an analog control circuit 21x performs processing such as amplification and clutter suppression on Xx (t), and an A / D converter 22x converts Xx (t) through the analog control circuit 21x into a digital radar video Xx (i). Convert (i: discrete value representing time). Similarly, the analog control circuit 21s performs processing such as clutter suppression on Xs (t), and the A / D converter 22s converts Xs (t) through the analog control circuit 21s into digital radar video Xs (i). .
[0014]
The CA-CFAR circuit 23 applies a well-known CA-CFAR to Xx (i), and the cell average Xxav obtained in the course is given to the correlation circuit 24 and the coefficient circuit 25, and the deviation ΔX = Xx (i resulting from the CA-CFAR ) -Xxav is supplied to the adder circuit 26, respectively. Instead of Xxav, the coefficient A determined based on Xxav may be supplied to the correlation circuit 24, and the coefficient B determined based on Xxav may be supplied to the coefficient circuit 25, respectively. The correlation circuit 24 supplies a value A * Xx (i) * Xs (i) obtained by multiplying the correlation Xx (i) * Xs (i) between Xx (i) and Xs (i) by the coefficient A to the addition circuit 26. To do. The coefficient circuit 25 supplies the addition circuit 26 with a value B * Xx (i) obtained by multiplying Xx (i) by the coefficient B. The adder circuit 26 calculates the sum of A * Xx (i) * Xs (i), B * Xx (i) and ΔX, that is, the multiband coupled radar video y (t), and outputs this to a buffer memory (not shown). Store. An image based on the radar video y (t) on the buffer memory is displayed on the screen of the instruction unit 20. For example, the radar video (sweep data) on the buffer memory is coordinate-converted by a scan converter and displayed on the screen of a raster scan type indicator.
[0015]
Here, if the gain in the analog control circuit or the A / D converter is ignored, the above processing is
[Expression 1]
y = A * Xx * Xs + B * Xx + ΔX
It can be expressed as. For simplification of description, Xx (t) is omitted as Xx. As can be understood from this equation, if A is relatively large, the correlation component Xx * Xs appears strongly in y, and if B is large, the X-band radar video Xx appears strongly in y. On the other hand, Xxav represents the relative ratio of clutter contained in the X-band radar video, and therefore becomes large when the rainfall is heavy (FIG. 3), when the sea surface is rough (FIG. 4), etc. . In the present embodiment, by determining A and B based on Xxav, for example, when the vicinity of the target is hit by heavy rain, snow, or heavy waves, the S band radar video is used relatively, and conversely, when it is dredging The y (t) is generated relatively utilizing the X-band radar video.
[0016]
As a specific example, A and B are determined by the following logic. X0 is a constant determined experimentally or empirically.
[0017]
[Expression 2]
Figure 0003781218
Assuming that A and B are determined by such logic, Xxav ≧ 0 holds when the vicinity of the target is hit by heavy rain, snow, or heavy waves.
y = Xx * Xs + ΔX
It becomes. Xx can be regarded as the sum of the reflected wave from the target, that is, the target signal Sx and the clutter component Cx, and Xs can also be regarded as the sum of the target signal Ss and the clutter component Cs.
[Expression 4]
Xx * Xs
= (Sx + Cx) * (Ss + Cs)
= Sx * Ss + Cx * Ss + Sx * Cs + Cx * Cs
= {S / C | X · S / C | S + S / C | S + S / C | X + 1} * Cx * Cs
However, S / C | X = Sx / Cx: S / C ratio in X band alone S / C | S = Ss / Cs: S / C ratio in S band alone Sx, Cx, Ss and Cs: t It can be expressed as a function. From the right side of this equation, the target signal to clutter suppression ratio, that is, the S / C ratio at y in this case,
[Equation 5]
S / C | X・ S / C | S + S / C | S + S / C | X
It can be expressed that. In general, when Xxav is large, S / C | S > S / C | X > 1 holds, so that the S / C ratio of y is larger than that of the S band alone and larger than that of the X band alone. I understand that That is, when A and B are determined according to the above logic, S / C better than S / C of each band alone can be provided at the time of raining and snowing.
[0018]
Conversely, when Xxav is small,
[Formula 6]
y = Xx * Xs + (1-Xxav / X0) * Xx + ΔX
It becomes. This expression is an expression obtained by adding a term of Xx to an expression when Xxav is large. In general, Xxav becomes small, for example, in the case of wrinkles, that is, when the multipath due to specular reflection shown in FIG. 5 is easily manifested in the S band. By introducing the term Xx, the X band radar for the S band radar is introduced. , That is, the advantage that such a multipath failure hardly occurs. Further, since the coefficient of the Xx term increases as Xxav decreases, the general tendency is that the smaller the wind and rain waves, the more the advantage of the X-band radar can be emphasized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a signal processing circuit included in this embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional problem.
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional problem.
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional problem.
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional problem.
[Explanation of symbols]
10x, 10s antenna, 12 drive unit, 18x, 18s receiver, 20 indicating unit, 23 CA-CFAR circuit, 24 correlation circuit, 25 coefficient circuit, 26 adder circuit, Xx, Xs, y radar video, Xxav cell average, ΔX Deviation, A, B coefficient.

Claims (5)

第1無線周波数を有する無線信号を周囲に送信し物標からの反射波を受信することにより、当該物標の映像及びクラッタ成分を含む第1レーダビデオを生成する第1レーダ部と、
第1無線周波数と異なる第2無線周波数を有する無線信号を周囲に送信し物標からの反射波を受信することにより、当該物標の映像及びクラッタ成分を含む第2レーダビデオを生成する第2レーダ部と、
当該物漂の映像を指示する指示部と、
を有するマルチバンドレーダ装置に用いられ、得られた二つの物標の映像及びクラッタ成分を含むレーダビデオを一つに結合するレーダビデオ結合方法において、
第1無線周波数を利用して得た第1レーダビデオからクラッタ成分となる低周波成分を抽出する低周波抽出ステップと、
低周波成分の量に応じて第1及び第2係数のうち少なくとも一方を可変設定する係数設定ステップと、
第1無線周波数と異なる第2無線周波数を利用して得た第2レーダビデオと第1レーダビデオとの相関値を、第1係数により重み付けするレーダビデオ相関値算出ステップと、
第1レーダビデオを第2係数により重み付けする第1レーダビデオ算出ステップと、
重み付け前の第1レーダビデオから低周波成分を除去する第1レーダビデオ低周波除去ステップと、
重み付け後の相関値、重み付け後の第1レーダビデオ、及び低周波成分除去後の第1レーダビデオを加算することにより、マルチバンド結合レーダビデオを生成するレーダビデオ加算ステップと、
を有することを特徴とするレーダビデオ結合方法。
By receiving the reflected wave from the transmitted target object radio signals around having a first radio frequency, a first radar unit for generating a first radar video including video and clutter components of the target object,
A second radar signal is generated by transmitting a radio signal having a second radio frequency different from the first radio frequency to the surroundings and receiving a reflected wave from the target, thereby generating a second radar video including an image of the target and a clutter component. A radar unit;
An instruction unit for instructing the image of the Mono漂,
In a radar video combining method, which is used in a multiband radar apparatus having the above , and combines the obtained images of two targets and a radar video including clutter components into one,
A low-frequency extraction step of extracting a low-frequency component serving as a clutter component from the first radar video obtained using the first radio frequency;
A coefficient setting step for variably setting at least one of the first and second coefficients according to the amount of the low frequency component;
A radar video correlation value calculating step of weighting a correlation value between the second radar video and the first radar video obtained by using a second radio frequency different from the first radio frequency by a first coefficient;
A first radar video calculating step of weighting the first radar video by a second coefficient;
A first radar video low frequency removal step of removing low frequency components from the first radar video before weighting;
A radar video addition step of generating a multiband combined radar video by adding the weighted correlation value, the weighted first radar video, and the first radar video after removal of the low frequency component;
A radar video combining method comprising:
第1無線周波数がXバンドに、第2無線周波数がSバンドに、各々属し、
係数設定ステップにおいて、低周波成分が予め決められた値より高レベルのときには第1係数を大きくし又は第2係数を小さくし、逆に予め決められた値より低レベルのときには第1係数を小さくし又は第2係数を大きくすることを特徴とする請求項1記載のレーダビデオ結合方法。
The first radio frequency belongs to the X band, the second radio frequency belongs to the S band,
In the coefficient setting step, when the low frequency component is higher than a predetermined value, the first coefficient is increased or the second coefficient is decreased. Conversely, when the low frequency component is lower than the predetermined value, the first coefficient is decreased. The radar video combining method according to claim 1, wherein the second coefficient is increased.
低周波抽出ステップ及び第1レーダビデオ低周波除去ステップを実行するCA−CFAR回路と、
係数設定ステップのうち第1係数の決定に係る手順及びレーダビデオ相関値算出ステップを実行する相関回路と、
係数設定ステップのうち第2係数の決定に係る手順及び第1レーダビデオ算出ステップを実行する係数回路と、
レーダビデオ加算ステップを実行する加算回路と、
を備え、
CA−CFAR回路における第1レーダビデオのセルアベレージング及びその結果の利用により、請求項1又は2記載のレーダビデオ結合方法を実行することを特徴とするマルチバンドレーダ用信号処理回路。
A CA-CFAR circuit for performing a low frequency extraction step and a first radar video low frequency removal step;
A correlation circuit for executing a procedure for determining the first coefficient and a radar video correlation value calculating step among the coefficient setting steps;
A coefficient circuit for executing a procedure relating to determination of the second coefficient and a first radar video calculating step in the coefficient setting step;
An addition circuit for performing a radar video addition step;
With
3. A signal processing circuit for multiband radar, wherein the radar video combining method according to claim 1 or 2 is executed by cell averaging of the first radar video in the CA-CFAR circuit and use of the result.
低周波抽出ステップ、係数設定ステップ及び第1レーダビデオ低周波除去ステップを実行するCA−CFAR回路と、
レーダビデオ相関値算出ステップを実行する相関回路と、
第1レーダビデオ算出ステップを実行する係数回路と、
レーダビデオ加算ステップを実行する加算回路と、
を備え、
CA−CFAR回路における第1レーダビデオのセルアベレージング及びその結果の利用により、請求項1又は2記載のレーダビデオ結合方法を実行することを特徴とするマルチバンドレーダ用信号処理回路。
A CA-CFAR circuit that executes a low-frequency extraction step, a coefficient setting step, and a first radar video low-frequency removal step;
A correlation circuit for performing a radar video correlation value calculating step;
A coefficient circuit for executing a first radar video calculation step;
An addition circuit for performing a radar video addition step;
With
3. A signal processing circuit for multiband radar, wherein the radar video combining method according to claim 1 or 2 is executed by cell averaging of the first radar video in the CA-CFAR circuit and use of the result.
第1無線周波数を有する無線信号を周囲に送信し物標からの反射波を受信することにより、一般に当該物標の映像及びクラッタ成分を含む第1レーダビデオを生成する第1レーダ部と、
第1無線周波数と異なる第2無線周波数を有する無線信号を周囲に送信し物標からの反射波を受信することにより、一般に当該物標の映像及びクラッタ成分を含む第2レーダビデオを生成する第2レーダ部と、
請求項3又は4記載のマルチバンドレーダ用信号処理回路を有しマルチバンド結合レーダビデオに基づき物標の映像を指示する指示部と、
を備えることを特徴とするマルチバンドレーダ装置。
A first radar unit that generally generates a first radar video including an image of the target and a clutter component by transmitting a radio signal having a first radio frequency to the surroundings and receiving a reflected wave from the target;
By transmitting a radio signal having a second radio frequency different from the first radio frequency to the surroundings and receiving a reflected wave from the target, a second radar video that generally includes an image of the target and a clutter component is generated. Two radar units;
An instruction unit that has the signal processing circuit for multiband radar according to claim 3 or 4 and indicates an image of a target based on a multiband combined radar video;
A multiband radar device comprising:
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