JP3865761B2 - Radar equipment - Google Patents
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Description
本発明は、複数の素子アンテナで受信した信号を用いて、少なくとも目標物体の存在する方向を測定するレーダ装置に関する。 The present invention relates to a radar apparatus that measures at least a direction in which a target object exists using signals received by a plurality of element antennas.
従来より、目標を検出するレーダ装置として各種のものが知られている。この中で、複数の受信アンテナを有するホログラフィックレーダ装置が知られており、このホログラフィックレーダ装置では、通常隣接する2つのビームを用いたモノパルス測角により、目標の方向を求める。 Conventionally, various types of radar devices for detecting a target are known. Among them, a holographic radar device having a plurality of receiving antennas is known. In this holographic radar device, a target direction is usually obtained by monopulse angle measurement using two adjacent beams.
図7は、特許文献1のホログラフィックレーダ装置を示す。送信部1は、発振器1aと送信機1bを有しており、発振器1aにおいて得られた送信信号が送信機1bを介し、送信アンテナ2に供給され、送信アンテナ2から所定周波数の電波が車両前方に放射される。目標3により反射された反射波は、n個の素子アンテナA#1〜A#nから構成されるアレーアンテナ4によって受信される。このアレーアンテナ4には、n個の個別受信部RM#1〜RM#nから構成される受信部5に接続されており、各素子アンテナA#1〜A#nからの受信波が対応する個別受信部RM#1〜RM#nにより信号処理される。なお、個別受信部RM#1〜RM#nは、それぞれ受信波を電力増幅する低雑音増幅器5a、増幅信号を発振器1bからの送信信号と混合して送信信号と反射信号との差信号を得る合成器5bと、合成器5bからのアナログの差信号をデジタル信号に変換するA/D変換器5cからなっている。
FIG. 7 shows a holographic radar device of
各個別受信部RM#1〜RM#nにおいて、復調されたデジタル信号は、高速フーリエ変換による周波数分析を行うFFT6−1〜6−nに供給され、その処理結果は、すべてデジタルマルチビーム形成手段7に供給される。マルチビーム形成手段7は、目標3へのマルチビームを形成し、各マルチビームについてマルチビーム測角手段8において目標3の角度を検出する。
In each of the individual receiving units RM # 1 to RM #n , the demodulated digital signal is supplied to FFTs 6-1 to 6-n that perform frequency analysis by fast Fourier transform, and all the processing results are digital multi-beam forming means. 7 is supplied. The multi-beam forming unit 7 forms a multi-beam to the target 3, and the multi-beam
ここで、図7のマルチビーム測角手段とはモノパルス測角を複数の方位に対して連続的に行うもので基本原理はモノパルス測角法である。 Here, the multi-beam angle measuring means in FIG. 7 performs monopulse angle measurement continuously in a plurality of directions, and the basic principle is the monopulse angle measurement method.
このモノパルス測角は、単一目標の角度を検出するレーダ装置には、演算速度及び精度面において有効な方式である。しかし、同一ビーム内に複数目標が存在する場合、目標の検出角度誤差が大きく、検出精度の劣化が生じていた。 This monopulse angle measurement is an effective method in terms of calculation speed and accuracy for a radar apparatus that detects a single target angle. However, when there are a plurality of targets in the same beam, the detection angle error of the target is large and the detection accuracy is deteriorated.
モノパルス測角には、位相モノパルス方式と、振幅モノパルス方式がある。位相モノパルス測角では、ビーム方向が等しい2つのビームを使用してその位相差から電波の到来方向を検出する。一方、振幅モノパルスでは、ビーム方向の異なる2つのビームを使用して、その振幅和および差の比から電波到来方向を推定する。 The monopulse angle measurement includes a phase monopulse method and an amplitude monopulse method. In phase monopulse angle measurement, two beams having the same beam direction are used, and the arrival direction of the radio wave is detected from the phase difference. On the other hand, in the amplitude monopulse, two beams having different beam directions are used, and the radio wave arrival direction is estimated from the ratio of the amplitude sum and the difference.
従って、同一ビーム内に2つの目標が存在する場合には、受信波が2つの目標からの反射波の合成されたものになっており、これらを分離して2つの目標についてそれぞれ正しい方向を検出することは難しかった。 Therefore, when there are two targets in the same beam, the received wave is a composite of the reflected waves from the two targets, and these are separated to detect the correct direction for each of the two targets. It was difficult to do.
例えば、車載レーダでは、複数車線の道路を走行中などに、先行車両が2つ以上あり、それぞれからの反射波が到来する場合も多い。このような場合に、モノパルス測角では、正しい目標検出が行えないという問題があった。 For example, in an in-vehicle radar, there are two or more preceding vehicles when traveling on a road with multiple lanes, and reflected waves from each of them often arrive. In such a case, there was a problem that correct target detection could not be performed in monopulse angle measurement.
この発明は、上記課題を解決し、同一ビーム内に複数目標が存在する状況において、角度検出誤差を少なくかつ効率的に目標方向の角度を得ることを目的としている。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and to obtain an angle in a target direction efficiently with a small angle detection error in a situation where a plurality of targets exist in the same beam.
この発明に係るレーダ装置は、複数の素子アンテナで受信した信号を用いて、マルチビームを形成するマルチビーム形成手段と、前記マルチビーム形成手段によるマルチビーム形成後に、受信レベルのピーク検出を行うピーク検出手段と、前記受信した信号について前記ピーク検出手段により検出された受信レベルのピークとなる方位周辺に限定し、最尤推定法を応用して高分解能で測角処理を行う高分解能測角処理手段とを備えたものであり、前記複数の素子アンテナの受信信号X1〜Xn(nは自然数)と、前記複数の素子アンテナからの複素振幅情報S1〜Sm(mは自然数)との関係から行列表現されるX=ASを用いた、実測値と理論値との誤差が最小となる受信波の到来方向θ1〜θmの組み合わせmax[tr[A(A H A) -1 A H XX H ]]のうち、A(A H A) -1 A H を予めテーブル化して前記テーブルを用いて高分解能で測角処理を行うものである。 The radar apparatus according to the present invention uses a signal received by a plurality of element antennas to form a multi-beam forming means for forming a multi-beam, and a peak for detecting a reception level peak after the multi-beam forming by the multi -beam forming means. A high-resolution angle measurement process that performs a high-resolution angle measurement process by applying a maximum likelihood estimation method to the detection means and the azimuth around the reception level detected by the peak detection means for the received signal. And a matrix from the relationship between the reception signals X1 to Xn (n is a natural number) of the plurality of element antennas and the complex amplitude information S1 to Sm (m is a natural number) from the plurality of element antennas. Using the expressed X = AS, the combination max [tr [A (A H A) −1 of the received wave arrival directions θ1 to θm that minimizes the error between the actual measurement value and the theoretical value. A ( A H XX H ]], A (A H A) −1 A H is tabulated in advance, and angle measurement processing is performed with high resolution using the table.
このように、マルチビーム形成後のピーク検出結果を用いて受信信号について高分解能処理演算を実施するため、高分解能処理演算をピークの周辺に限定することができる。従って、高分解能処理演算の演算量を減少して、高分解能ながら効率的な目標検出を行うことができる。なお、高分解能処理演算としては、最尤推定法、MUSIC法等が好適である。 In this way, since the high-resolution processing calculation is performed on the received signal using the peak detection result after multi-beam formation, the high-resolution processing calculation can be limited to the periphery of the peak. Therefore, it is possible to reduce the amount of high resolution processing calculation and perform efficient target detection with high resolution. Note that, as the high-resolution processing calculation, a maximum likelihood estimation method, a MUSIC method, or the like is preferable.
さらに、受信信号に対しモノパルス演算を実施しΣ信号とΔ信号を形成し、得られたΣ信号及びΔ信号から目標存在方向を検出するモノパルス測角手段と、このモノパルス測角手段により算出した角度誤差結果から目標存在数を判定し、この判定結果に基づいて上記高分解能測角手段を用いるか否かを選定する選定手段と、をさらに備えることが好適である。これによって、高分解能処理演算が必要ない場合には、モノパルス測角を用いることができる。すなわち、目標存在数が複数のときに高分解能処理手段を選定することで演算量を減少して効率的な目標物の角度検出を行うことができる。 Further, monopulse calculation is performed on the received signal to form a Σ signal and a Δ signal, and a monopulse angle measuring unit that detects a target direction from the obtained Σ signal and Δ signal, and an angle calculated by the monopulse angle measuring unit It is preferable to further comprise selection means for determining the target number of presence from the error result and selecting whether or not to use the high-resolution angle measuring means based on the determination result. Thus, monopulse angle measurement can be used when high-resolution processing calculation is not required. That is, by selecting a high resolution processing means when there are a plurality of target existence numbers, it is possible to reduce the amount of calculation and perform efficient target angle detection.
以上説明したように、本発明によれば、ピーク検出手段の検出結果を用いて受信信号について高分解能処理演算を実施する。従って、高分解能処理を効率的に実施することができ、1つのビーム内の複数の目標を効率的に分離することができる。 As described above, according to the present invention, the high resolution processing operation is performed on the received signal using the detection result of the peak detecting means. Accordingly, high-resolution processing can be efficiently performed, and a plurality of targets in one beam can be efficiently separated.
また、高分解能処理手段は、ピーク検出手段により検出されたピークの周辺に限定して高分解能処理を行うことで、高分解能処理をより効率的に行うことができる。 Further, the high resolution processing means can perform the high resolution processing more efficiently by performing the high resolution processing only in the vicinity of the peak detected by the peak detecting means.
また、処理範囲を限定して最尤推定法により高分解能処理を行うことにより、計算負荷を抑制しつつ、高精度の測角を行うことができる。 In addition, by performing high resolution processing by the maximum likelihood estimation method with a limited processing range, highly accurate angle measurement can be performed while suppressing a calculation load.
また、受信信号に対しモノパルス演算を実施しΣ信号とΔ信号を形成し、得られたΣ信号及びΔ信号から目標存在方向を検出するモノパルス測角手段と、このモノパルス測角手段により算出した角度誤差結果から目標存在数を判定し、この判定結果に基づいて上記高分解能測角手段を用いるか否かを選定する選定手段と、をさらに備えることで、目標数に応じていずれかの測角手段を利用することができ、効率的な目標の方向検出が行える。 In addition, monopulse calculation is performed on the received signal to form a Σ signal and a Δ signal, and a monopulse angle measuring unit that detects a target direction from the obtained Σ signal and Δ signal, and an angle calculated by the monopulse angle measuring unit Selecting a target presence number from the error result, and selecting means for selecting whether or not to use the high-resolution angle measuring means based on the determination result. Means can be used, and efficient target direction detection can be performed.
また、前記選定手段は、モノパルス測角手段により判定した目標存在数が1つのときにモノパルス測角手段の測角結果を選定し、目標存在数が複数のときに高分解能処理手段を選定することで、目標が1つの時に、簡単な演算で目標の方向を検出することができる。 The selection means selects the angle measurement result of the monopulse angle measurement means when the target existence number determined by the monopulse angle measurement means is 1, and selects the high resolution processing means when the target existence number is plural. Thus, when there is only one target, the direction of the target can be detected with a simple calculation.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1に本発明の実施の形態1の構成を示す。送信部11は、発振器11aと送信機11bを有しており、発振器11aにおいて得られた送信信号(所定の繰り返し周波数で周波数が上下するFMCW波)が送信機11bを介し、出力される。この実施の形態では、FMCW方式を用いており、発振器11aは、一定の繰り返し周期で周波数変調された送信周波数fRFの送信信号を発生する。この送信信号は、送信機11bで電力増幅された後送信アンテナ12され、ここから目標に向けられて放射される。この実施形態のレーダ装置は、車載されたもので、車両前方に向けて放射される。
FIG. 1 shows the configuration of the first embodiment of the present invention. The
送信アンテナ12の前方に目標13(この例では、目標1と目標2の2つ)が存在すると、この目標13で反射された反射波がn個の素子アンテナA#1〜A#nから構成されるアレーアンテナ14によって受信される。このアレーアンテナ14には、n個の個別受信部RM#1〜RM#nから構成される受信部15に接続されており、各素子アンテナA#1〜A#nからの受信波が対応する個別受信部RM#1〜RM#nにより信号処理される。個別受信部RM#1〜RM#nは、それぞれ受信波を電力増幅する低雑音増幅器15a、増幅信号を発振器11bからの送信信号と混合して送信信号と反射信号との差信号であるビート信号を得る合成器15b、合成器15bからのビート信号をデジタル受信信号に変換するA/D変換器15cからなっている。
Target 13 in front of the transmitting antenna 12 (in this example, two
各個別受信部RM#1〜RM#nにおいて、得られたビート信号は、A/D変換器15cでデジタル信号X1〜Xnに変換される。A/D変換器15cからのデジタル信号X1〜Xnは、FFT16−1〜16−nにそれぞれ供給され、ここで高速フーリエ変換による周波数分析が行われる。
In each of the individual receiving units RM # 1 to RM #n , the obtained beat signal is converted into digital signals X 1 to X n by the A /
ここで、この実施の形態は、FMCWレーダ装置であり、目標13が移動している場合には反射信号にドップラー周波数が現れる。また、FM−CWレーダで一般的に行われているリニアチャープの周波数変調が掛けられている場合にはドップラー周波数に加えて距離遅延分の周波数が含まれている。すなわち、送信信号は、図2(a)に実線で示されるように、周波数が直線的に上昇する期間(upチャープ)と、下降する期間(downチャープ)を繰り返す。そして、反射信号は、図2(a)に破線で示すように、送信信号に比べ、その周波数が相対速度によりドップラー周波数だけシフトするとともに、相対距離に応じて遅延する。 Here, this embodiment is an FMCW radar device, and when the target 13 is moving, the Doppler frequency appears in the reflected signal. In addition, when linear chirp frequency modulation generally performed in FM-CW radar is applied, a frequency corresponding to a distance delay is included in addition to the Doppler frequency. That is, as shown by a solid line in FIG. 2A, the transmission signal repeats a period in which the frequency increases linearly (up chirp) and a period in which the frequency decreases (down chirp). Then, as shown by a broken line in FIG. 2A, the reflected signal is shifted in frequency by the Doppler frequency depending on the relative speed and delayed according to the relative distance, as compared with the transmission signal.
従って、送信信号と反射信号の周波数の差(ビート信号)の周波数は、upチャープ期間はfb1、downチャープ期間はfb2となる。すなわち、遅延時間に基づく周波数差にドップラー周波数が重畳された信号が得られる。なお、図2(a)の場合には、反射信号の方が送信信号より周波数が高くなっており、相対距離が小さくなる方向(接近方向)の相対速度を示している。 Accordingly, the frequency difference (beat signal) between the transmission signal and the reflected signal is fb1 in the up chirp period and fb2 in the down chirp period. That is, a signal in which the Doppler frequency is superimposed on the frequency difference based on the delay time is obtained. In the case of FIG. 2A, the reflected signal has a higher frequency than the transmission signal, and indicates the relative speed in the direction in which the relative distance decreases (the approach direction).
そして、FFT16−1〜16−nにおいて、図2(b)に示すようなビート信号が得られる。そこで、この信号が距離・速度算出手段30に供給され、ここでFM−CWレーダの原理により目標の距離と速度が求められる。 Then, in the FFTs 16-1 to 16-n, beat signals as shown in FIG. 2B are obtained. Therefore, this signal is supplied to the distance / velocity calculating means 30, where the target distance and speed are determined by the principle of FM-CW radar.
ここで、この実施の形態では、FFT16−1〜16−nからのビート信号の周波数成分についてのデジタル信号X1,X2,・・・Xnは、目標信号抽出手段17に供給される。目標信号抽出手段17では、ビート信号におけるピークである周波数fb1、fb2の信号の複素データの抽出を素子アンテナA#1〜A#n毎に行う。そして、得られた周波数fb1またはfb2の複素データ(X1〜Xn)を素子アンテナ数分集めてマルチビーム形成手段18および高分解能処理器19に供給する。
Here, in this embodiment, the digital signals X 1 , X 2 ,... X n regarding the frequency components of the beat signals from the FFTs 16-1 to 16-n are supplied to the target
マルチビーム形成手段18は全方位について複数のアンテナビームを指向させる。すなわち、アンテナを2つで1つの電波のみが到来すると仮定し、両アンテナ間の間隔をd、両アンテナを結ぶ線に垂直な方向対する受信波の到来方向をθ、受信波の波長をλとした場合に、図3に示すように、両アンテナにおいて得られる受信信号の位相差φは、φ=(2π/λ)dsin(θ)となる。従って第1のアンテナにおけるある時点の受信波の振幅がA(t)であるとすると、同時点における第2のアンテナにおける振幅は、A(t)exp[j(2π/λ)dsin(θ)]となる。 Multi-beam forming means 18 directs a plurality of antenna beams in all directions. That is, assuming that only one radio wave arrives with two antennas, the distance between the two antennas is d, the arrival direction of the received wave with respect to the direction perpendicular to the line connecting the two antennas is θ, and the wavelength of the received wave is λ. In this case, as shown in FIG. 3, the phase difference φ between the received signals obtained by both antennas is φ = (2π / λ) dsin (θ). Therefore, assuming that the amplitude of the received wave at a certain point in time at the first antenna is A (t), the amplitude at the second antenna at the same point is A (t) exp [j (2π / λ) dsin (θ). ].
従って、各素子アンテナA#1を基準として、これに対する各素子アンテナA#2〜A#nの距離をid(素子間距離はすべてd)とすれば、各素子アンテナA#2〜A#nでの振幅は、A(t)exp[j(2π/λ)(1−i)dsin(θ)]となる。 Accordingly, if each element antenna A # 1 is used as a reference and the distance between each element antenna A # 2 to A #n is id (the distance between all elements is d), each element antenna A # 2 to A #n Is A (t) exp [j (2π / λ) (1-i) dsin (θ)].
また、到来方向θ1,θ2の2つの方向から電波が到来し、アンテナA#1における振幅がA(t)、B(t)であれば、同時点における素子アンテナA#2における振幅は、A(t)exp[j(2π/λ)dsin(θ)],B(t)exp[j(2π/λ)dsin(θ)]となり、素子アンテナA#nにおける振幅は、A(t)exp[j(2π/λ)ndsin(θ)],B(t)exp[j(2π/λ)ndsin(θ)]となる。 If radio waves arrive from two directions of arrival directions θ1 and θ2, and the amplitude at antenna A # 1 is A (t) and B (t), the amplitude at element antenna A # 2 at the same point is A (t) exp amplitude at [j (2π / λ) dsin (θ)], B (t) exp [j (2π / λ) dsin (θ)] , and the antenna elements A #n is, A (t) exp [J (2π / λ) ndsin (θ)], B (t) exp [j (2π / λ) ndsin (θ)].
実際の各素子アンテナA#1〜A#nの受信信号X1〜Xnは、これらの反射波にノイズが加算されたものである。 The actual received signals X 1 to X n of the element antennas A # 1 to A #n are obtained by adding noise to these reflected waves.
そこで、マルチビーム形成手段は、受信信号X1〜Xnに、ビーム方向ψとして、このψを順次変更しながら、exp[−j(2π/λ)(i−1)dsinψ]を乗算して、順次出力する。 Therefore, the multi-beam forming means multiplies the received signals X 1 to X n by exp [−j (2π / λ) (i−1) dsinψ] while sequentially changing this ψ as the beam direction ψ. , Output sequentially.
このマルチビーム形成手段18の出力は、ピーク検出手段20に供給される。ピーク検出手段20は、マルチビーム形成手段18の出力を角度方向に並べ極大点を検出する。すなわち、ビーム方向ψと受信波到来方向θ1,θ2が一致したときに計算上はexpの指数項が0になり振幅がそのまま出力されるからである。
The output of the
ピーク検出手段20は、極大点が見つかるとその方位を高分解能処理器19に供給する。
The peak detection means 20 supplies the direction to the
高分解能処理器19は、極大点の左右数点について目標の到来方位を仮定し、最尤推定法やMUSIC(Multiple Signal Classification)法などを用いて、高分解能で複数の目標からの反射波を分離する処理を行う。
The high-
最尤推定法を用いた場合には、次のように演算を行う。例えば、受信波がm個、各素子アンテナ間の距離がd、各素子アンテナの受信信号がX1〜Xnであったとする。この場合に、FFTで得られるそれぞれの素子アンテナからの複素振幅情報をS1〜Smとすると各受信信号は以下のように表現される。
これらを行列表現すると、以下の通りになる。
従って、考え得るすべてのθ1〜θmの組合せにおいて、実測値と理論値の誤差ε2が最小になるθ1〜θmの組合せを求めれば、その結果により、複数の到来波について分離して検出することができる。すなわち、
なお、式を展開すると、
そして、この実施の形態では、高分解能処理器19にピーク検出手段20からピークについての信号が供給されている。そこで、θ1〜θmについて、ピーク周辺に限定して処理が行える。これによって、目標物の検出範囲すべてについて、θ1〜θmを変更する場合に比べ、その計算量を減少することができ、効率的な検出が行える。
In this embodiment, a peak signal is supplied from the
なお、MUSIC法を利用した場合にも、ピーク周辺の検出に限定することで、効率的な高分解能処理を行うことができる。 Even when the MUSIC method is used, efficient high-resolution processing can be performed by limiting the detection to the periphery of the peak.
このように、この実施形態によれば、各素子アンテナで受信した受信信号をもとに全方位について複数のアンテナビームを指向させ、目標信号がもっとも強く受けるアンテナビームを検索し、そのアンテナビーム周辺について最尤推定法を応用した測角方式を適用する。これによって計算負荷を抑制しつつ、高精度の測角を行うことができる。すなわち、この方式ではアンテナビーム幅内にある2つ以上の目標についてそれぞれ角度を求めることができる。 As described above, according to this embodiment, a plurality of antenna beams are directed in all directions based on the received signals received by the element antennas, the antenna beam that the target signal receives most strongly is searched, and the periphery of the antenna beam The angle measurement method applying the maximum likelihood estimation method is applied. This makes it possible to perform highly accurate angle measurement while suppressing the calculation load. That is, in this method, the angle can be obtained for each of two or more targets within the antenna beam width.
実施の形態2.
図4に本発明の実施の形態2の構成を示す。上述の実施の形態1ではすべてのピークのアンテナビーム方向に対して最尤推定法を適用しているが、実施の形態2では、最尤推定法を適用する前にモノパルス演算により1目標か否かを判定し、1目標であればモノパルス測角、2目標以上であれば最尤推定法を適用する。最尤推定法はモノパルス測角に比べて格段に時間がかかるため、2つの方法を併用することにより演算時間を短くすることができる。なお、図1の実施の形態1と同一の部材については、同一の名称を付し説明を省略する。
FIG. 4 shows the configuration of the second embodiment of the present invention. In the above-described first embodiment, the maximum likelihood estimation method is applied to the antenna beam directions of all peaks. However, in the second embodiment, before applying the maximum likelihood estimation method, whether or not one target is obtained by monopulse calculation. If it is 1 target, the monopulse angle measurement is applied, and if it is 2 targets or more, the maximum likelihood estimation method is applied. Since the maximum likelihood estimation method takes much longer time than the monopulse angle measurement, the calculation time can be shortened by using the two methods in combination. In addition, about the member same as
このマルチビーム形成手段18の出力は、モノパルス演算器21に供給される。このモノパルス演算器21ではマルチビーム形成手段18の出力X1〜Xnをもとに、全素子アンテナA#1〜A#nからの信号の和であるΣ信号と素子アンテナを真ん中より2グループに分けて片方のグループの和からもう片方のグループの和を引き算したΔ信号を算出する。
The output of the
すなわち、素子アンテナA#1〜A#nを2つのグループ(アンテナ1、アンテナ2)に分け、それぞれ別個にΣ信号、A、Bを得る。例えば、A、Bは、次のように表される。
このようにして、積算して2つの信号にまとめることによって、得られた2つの信号A,Bは2つのアンテナから得られた2つの受信信号と実質的に同一である。従って、1つの受信波の到来方向がθであれば、上述のように2つの信号の位相差φ=(2π/λ)dsinθとなる。 The two signals A and B obtained by integrating the two signals in this way are substantially the same as the two received signals obtained from the two antennas. Therefore, if the arrival direction of one received wave is θ, the phase difference between the two signals φ = (2π / λ) dsin θ as described above.
そこで、アンテナ1の出力A(t)とすれば、アンテナ2の出力は、A(t)exp[jφ]となり、従って、両者の和Σ=A(t)exp[jφ]+A(t)、両者の差Δ=A(t)exp[jφ]−A(t)となる。
Therefore, if the output A (t) of the
そして、このΣとΔを角度検出器22に供給する。角度検出器22は、ΣとΔの比Δ/Σを求めその値から到来角度を求める。
Then, Σ and Δ are supplied to the
すなわち、アンテナボアサイトからの到来波の場合には、Σ信号はボアサイトが大きくなるアンテナ1、アンテナ2の振幅値は、それぞれのボアサイトからずれた方向が最大となる。そして、この関係から、Δ/Σ(誤差電圧)は、図5(b)のようになり、Δ/Σの値から、目標のアンテナ4全体のボアサイトからのずれ(目標の角度Δεm)を検出することができる。すなわち、出力Σ信号とΔ信号の比を算出し誤差電圧を求め、アンテナボアサイトからのずれを計算し、測角値として算出する。
That is, in the case of the incoming wave from the antenna boresight, the amplitude values of the
このとき、図5(a)のΣ信号の曲線内に目標が1つしかない場合には目標の方位は一意に決るが、2目標以上の場合にはそれぞれの目標からの反射信号が合成された形になるため、角度を特定することができない。そこでΣ信号とΔ信号で計算する誤差信号Δ/Σの特性に着目し、1目標であるか、2目標以上であるかの判別を行う。 At this time, when there is only one target in the curve of the Σ signal in FIG. 5 (a), the target direction is uniquely determined, but when there are two or more targets, the reflected signals from the respective targets are synthesized. The angle cannot be specified. Accordingly, paying attention to the characteristics of the error signal Δ / Σ calculated by the Σ signal and the Δ signal, it is determined whether the target is one target or two targets or more.
ここで、図6に示すように同一ビーム内に2目標存在した場合について考える。2つの電波がθa、θbの角度から到来し、これを素子間距離dの2つのアンテナで受信した場合、ある時点における1つのアンテナにおける振幅がA(t)、B(t)であるとすると、同時点におけるもう1つのアンテナにおける振幅は、A(t)exp[j(2π/λ)dsin(θ)],B(t)exp[j(2π/λ)dsin(θ)]となる。ここで、φ1=(2π/λ)dsin(θ),φ2=(2π/λ)dsin(θ)とすると、誤差電圧Δ/Σは、次のように表される。
従って、cos(φ1−φ2)=1、すなわちφ1−φ2=2πn(n=0、1、2、・・・)が成り立つときにのみ実部がなくなるが、これは2つの電波が同一方向から到来する電波であることを意味する。 Therefore, the real part disappears only when cos (φ 1 −φ 2 ) = 1, that is, φ 1 −φ 2 = 2πn (n = 0, 1, 2,...). Means radio waves coming from the same direction.
そこで、位相モノパルスにおいて、2ビームのΔ/Σを求め、その結果から実部を持つか否かを調べることで、到来電波が1波か2波以上かを判別することができる。 Therefore, it is possible to determine whether the incoming radio wave is one wave or two or more by obtaining Δ / Σ of two beams in the phase monopulse and examining whether or not the result has a real part.
そこで、角度検出器22は、この中間データを目標数判定器23に供給する。目標数判定器23は角度検出器で算出された誤差電圧Δ/Σの虚数部の値によりゼロ付近であれば1目標、値が大きければ2目標以上であると判定する。
Therefore, the
2目標以上と判定した場合には目標信号抽出手段17で目標の周波数fb1またはfb2の複素データを素子アンテナ数分集めて高分解能処理器に送る。高分解能処理器19では、実施の形態1の場合と同様に目標の方位を求める。
If it is determined that there are two or more targets, the target signal extraction means 17 collects the complex data of the target frequency fb1 or fb2 for the number of element antennas and sends it to the high resolution processor. In the
さらに、セレクタ回路24では、目標数判定器23からの信号により目標数が1の場合には角度検出器22からの測角データを選択し、目標数が2以上の場合には高分解能処理器19からの測角データを選択して出力する。
Further, the
この実施の形態では、単一目標が存在する場合には従来のモノパルス測角方式に、複数目標が存在する場合には角度分解能を向上させる高分解能測角方式に切り換えることができるため、同一ビーム内に存在する複数目標に対し、角度検出誤差が少なく検出可能となる。更に、上記2種類の測角方式を切り換えて運用するため、処理負荷のかかる高分解能測角方式を常時使用する必要がなく、レーダ装置として効率的な運用が可能となる。 In this embodiment, when there is a single target, it can be switched to the conventional monopulse angle measurement method, and when there are multiple targets, it can be switched to a high resolution angle measurement method that improves the angle resolution. It is possible to detect a small number of angle detection errors for a plurality of targets existing inside. Furthermore, since the two types of angle measurement methods are switched and operated, it is not necessary to always use the high-resolution angle measurement method which requires a processing load, and the radar device can be efficiently operated.
なお、上述の実施の形態では、FMCW方式を採用したが、スペクトル拡散方式など別の方式でも同様の効果が得られる。 In the above-described embodiment, the FMCW method is adopted, but the same effect can be obtained by another method such as a spread spectrum method.
11 送信部、12 送信アンテナ、13 目標、14 アレーアンテナ、15 受信部、16−1〜16ーn FFT、17 目標信号抽出手段、18 マルチビーム形成手段、19 高分解能処理器、20 ピーク検出手段、21 モノパルス演算器、22 角度検出器、23 目標数判定器、24 セレクタ回路、30 距離・速度算出手段。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記マルチビーム形成手段によるマルチビーム形成後に、受信レベルのピーク検出を行うピーク検出手段と、
前記受信した信号について前記ピーク検出手段により検出された受信レベルのピークとなる方位周辺に限定し、最尤推定法を応用して高分解能で測角処理を行う高分解能測角処理手段とを備え、
前記複数の素子アンテナの受信信号X1〜Xn(nは自然数)と、前記複数の素子アンテナからの複素振幅情報S1〜Sm(mは自然数)との関係から行列表現されるX=ASを用いた、実測値と理論値との誤差が最小となる受信波の到来方向θ1〜θmの組み合わせmax[tr[A(AHA)-1AHXXH]]のうち、
A(AHA)-1AHを予めテーブル化して前記テーブルを用いて高分解能で測角処理を行うこと
を特徴とするレーダ装置。 Multi-beam forming means for forming a multi-beam using signals received by a plurality of element antennas;
Peak detection means for detecting a peak of a reception level after multi-beam formation by the multi-beam forming means;
High-resolution angle measurement processing means for limiting the received signal to the vicinity of the azimuth at which the reception level detected by the peak detection means is high, and performing angle measurement processing at high resolution by applying a maximum likelihood estimation method. ,
X = AS represented by a matrix from the relationship between the reception signals X1 to Xn (n is a natural number) of the plurality of element antennas and the complex amplitude information S1 to Sm (m is a natural number) from the plurality of element antennas was used. Among the combinations max [tr [A [A (A H A) −1 A H XX H ]] of the arrival directions θ1 to θm of the received waves that minimize the error between the measured value and the theoretical value,
A radar apparatus characterized in that A (A H A) −1 A H is tabulated in advance and angle measurement processing is performed with high resolution using the table.
前記モノパルス測角手段により算出した角度誤差結果から目標存在数を判定し、この判定結果に基づいて受信信号について高分解能測角処理を行うか否かを選定する選定手段とを更に備え、
前記選定手段は、モノパルス測角手段により判定した目標存在数が1つのときにモノパルス測角手段の測角結果を選定し、目標存在数が複数のときに高分解能処理手段を選定することを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 Monopulse angle measuring means for performing monopulse angle measurement after multi-beam formation by the multi-beam forming means;
A selection means for determining a target existence number from the angle error result calculated by the monopulse angle measurement means, and selecting whether to perform high-resolution angle measurement processing on the received signal based on the determination result;
The selection means selects the angle measurement result of the monopulse angle measurement means when the target existence number determined by the monopulse angle measurement means is 1, and selects the high resolution processing means when the target existence number is plural. The radar apparatus according to claim 1.
前記送信アンテナから送信され、目標で反射されて複数の素子アンテナで受信された信号を用いて、少なくとも目標物体の存在する方向を測定する請求項1または請求項2のいずれかに記載のレーダ装置。The radar apparatus according to claim 1, wherein at least a direction in which the target object exists is measured using a signal transmitted from the transmission antenna, reflected by a target and received by a plurality of element antennas. .
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