JP4144195B2

JP4144195B2 - レーダ装置

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Publication number: JP4144195B2
Application number: JP2001200922A
Authority: JP
Inventors: 龍平高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2021-07-02
Also published as: JP2003014836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＷ妨害波やノイズ妨害波が到来する電子妨害環境下にて、コヒーレントな複数のパルス波を送信して目標物体からの反射パルスである所望波を受信する場合、上記妨害波を除去して目標信号の検出を行うレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のレーダ装置としては、例えばDimitris G. Manolakisら著「Statistical and Adaptive Signal Processing」（McGraw-Hill, 2000）やTim J. Noharaら著「Adaptive Mainbeam Jamming Suppression for Multi-Function Radars」（IEEE National Radar Conference, 1998）に示されたものがある。図６は、上記Manolakisらの文献を元に示した従来のレーダ装置の一例を示した図である。また、図７及び図８、は上記Noharaらの文献を元に示した従来のレーダ装置の一例を示した図である。なお、レーダ装置における妨害波除去に着目していることから、上記図６及び７では受信系のみを示している。
【０００３】
まず図６について説明する。同図において、１ａは複数のM個のアンテナAnt#1〜Ant#Mから構成されるアレイアンテナ、２ａは複数のM個の受信機Rx#1〜Rx#Mから構成され、それぞれ上記アレイアンテナへの到来波である所望波と妨害波を受信して、ビデオ信号に周波数変換し、A/D変換により距離に応じた処理単位であるレンジビン毎にデジタル信号に変換した受信信号を出力する受信機群、３は到来波の内の妨害波のみが存在するレンジビンの上記受信信号および所望波の到来角を入力とし、アンテナ指向性が急激に落ち込むヌルを妨害波到来方向に形成するような荷重係数を求めて出力する荷重係数算出器、４ａは上記受信信号および荷重係数とを入力とし、妨害波到来方向に対しヌルを有する受信ビーム形成を行い、目標信号を出力するビームフォーマである。
【０００４】
次に、図７の動作の説明を示す。まず、一定のパルス繰返し間隔でN回の送受信を行い、受信においてはレンジビン毎に受信処理を行うものとする。このとき、着目レンジビン（以下、着目レンジビンと記す）の受信処理において、互いに無相関な所望波と妨害波が到来するような状況にあるとともに、他のレンジビンでは妨害波のみが到来する状況にあると想定する。
【０００５】
まず、アレイアンテナ１ａへの到来波である所望波、妨害波が受信機群２ａに入力され、周波数変換によりビデオ信号に変換、さらにA/D変換によりデジタル信号に変換された着目レンジビンの受信信号を（x₀(n), x₁(n),…, x_M-1(n)）（nはサンプリング番号、サンプリング間隔は上記パルス繰返し間隔である。）とする。ここで、上記受信信号をまとめて受信信号ベクトルX(n)と呼ぶことにし、数１のように表す。ここでTは転置を表す記号である。
【０００６】
【数１】

【０００７】
一方、他のレンジビン、即ち到来波の内の妨害波のみが存在するレンジビンの受信ベクトルをX_J ^(r)(n)と表す。なお、rは着目レンジビン以外のレンジビンに対するレンジビン番号である。
【０００８】
上記受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)および所望波到来角q_sが荷重係数算出器３に入力され、荷重係数（w₀,w₁,…,w_M-1）が出力される。ここで上記荷重係数を荷重係数ベクトルと呼ぶことにし、数２の（２）のように表す。また、任意の到来角fに対し、上記アレイアンテナを構成するアンテナAnt#mのアレイ応答a_m-1(f)をとし、アレイ応答ベクトルa(f)を数２の（３）のように表す。
【０００９】
【数２】

【００１０】
上記荷重係数ベクトルWの算出式を数３に示す。ここでHは複素共役転置、Rはレンジビン総数を表す。なお、(R-1)は、到来波の内の妨害波のみが存在するレンジビン数であることに注意する。
【００１１】
【数３】

【００１２】
次に、上記荷重係数ベクトルWおよび着目レンジビンの受信信号ベクトルX(n)はビームフォーマ４ａへ入力され、数４に示す演算により妨害波到来方向にヌルを有する受信ビーム形成を行い、目標信号y(n)を出力する。
【００１３】
【数４】

【００１４】
次に、図６について説明する。同図において、１ｂは3個のアンテナAnt#1〜Ant#3から構成されるアレイアンテナ、２ｂは3個の受信機Rx#1〜Rx#3から構成され、それぞれ上記アレイアンテナへの到来波である所望波1波、妨害波1波を受信して、ビデオ信号に周波数変換し、A/D変換によりレンジビン毎にデジタル信号に変換した受信信号を出力する受信機群、５ａは到来波の内の妨害波のみが存在するレンジビンの上記受信信号より妨害波ヌル空間への射影行列を算出するヌリング行列算出器、６ａは上記受信信号と射影行列を入力とし、受信信号を妨害波ヌル空間への射影を行い、妨害波除去後受信信号を出力するベクトル射影器である。
【００１５】
続いて図８について説明する。同図において、７ａは到来波の内の妨害波のみが存在するレンジビンの上記受信信号を入力とし、共分散行列を求めて、出力する共分散行列算出器、８ａは上記共分散行列を入力とし、この固有値・固有ベクトル解析を行い、固有値・固有ベクトルを出力する固有値・固有ベクトル算出器、９ａは上記固有値・固有ベクトルを入力とし、最大固有値とその固有ベクトルを選定し、この固有ベクトルを出力する妨害波空間選定器、１０ａは上記固有ベクトルを入力とし、妨害波ヌル空間への射影行列を算出して、出力する射影行列算出器である。
【００１６】
次に、図７及び８の動作を説明する。まず、一定のパルス繰返し間隔でＮ回の送受信を行い、受信においてはレンジビン毎に受信処理を行うものとする。このとき、着目レンジビンの受信処理において、互いに無相関な所望波と妨害波が到来するような状況にあるとともに、他のレンジビンでは妨害波のみが到来する状況にあると想定する。
【００１７】
Ant#1~Ant#3から構成されるアレイアンテナ１ｂへの到来波である所望波１波、妨害波１波がRx#1〜Rx#3から構成される受信機群２ｂに入力され、周波数変換によりビデオ信号に変換、さらにA/D変換によりデジタル信号に変換された着目レンジビンの受信信号を（x₀(n), x₁(n), x₂(n)）とする。ここで、上記受信信号をまとめて受信信号ベクトルと呼ぶことにし、数５のように表す。
【００１８】
【数５】

【００１９】
一方、他のレンジビン、即ち到来波の内の妨害波のみが存在するレンジビンの受信ベクトルをX_J ^(r)(n)と表す。
【００２０】
次に、上記受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)をヌリング行列算出器５ａに入力し、共分散行列算出器７ａにおいて、数６に示す共分散行列R_Jを求める。
【００２１】
【数６】

【００２２】
続いて固有値・固有ベクトル算出器８ａにおいて、上記共分散行列R_Jに関する固有値・固有ベクトルを求め、さらに妨害波空間選定器９ａにおいて最大固有値に対応する固有ベクトルe_Jを選定する。このとき、上記固有ベクトルが張る部分空間を妨害波空間、その補空間を妨害波ヌル空間と呼ぶことにする。これより射影行列算出器１０ａにおいて、妨害波ヌル空間への射影行列P_Jnullが数７のように求めることができる。ここでIは単位行列である。
【００２３】
【数７】

【００２４】
上記射影行列P_Jnullと着目レンジビンの受信信号ベクトルX(n)をベクトル射影器６ａに入力し、数８に示す演算により、受信信号ベクトルを妨害波ヌル空間へ射影し、妨害波除去を行う。
【００２５】
【数８】

【００２６】
なお、妨害波除去された受信信号ベクトルX'(n)の要素は（x₀'(n), x₁'(n), x₂'(n)）である。
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
まず、図６を用いて説明した従来のレーダ装置では、妨害波が送信ビームのメインビーム内に到来する場合、荷重係数は妨害波到来方向にヌルを形成しつつ、所望波方向への拘束条件に基づき、同方向へのアンテナ利得の保持をするような値となり、荷重係数の振幅が増大してしまう。このため、妨害波がサイドローブ方向から到来するような場合に比べ、受信ビーム形成後の目標信号における雑音成分が増加する。従って、サイドローブ方向から妨害波が到来するような場合より、信号電力対雑音電力比（以下、SNRと記す）が劣化してしまうという問題があった。
【００２８】
また、図７及び８を用いて説明した従来のレーダ装置では、妨害波が複数の場合、妨害波空間が妨害波に対応する複数の固有値の張る部分空間となり、最大固有値に対応する固有ベクトルが張る部分空間とは異なってしまう。このため、妨害波ヌル空間への射影行列が正しく求まらず、複数の妨害波の除去が出来ないという問題があった。
【００２９】
本発明は、上記のような問題点を解決するものであり、サイドローブ方向やメインビーム方向から到来する複数の妨害波に対して、SNR劣化なしに妨害波除去するレーダ装置を得ることを目的としている。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるレーダ装置は、送信パルスを空中に送信し、反射物からの反射パルス、妨害波などの到来波を受信するアレイアンテナと、アレーアンテナより到来波を入力して、レンジビン毎にデジタル信号に変換した受信信号を出力する受信機と、受信機より入力した受信信号より共分散行列を求め、共分散行列より求めた固有値を、受信機の内部雑音電力の値を超える妨害波固有値と受信機の内部雑音電力の値に等しいまたはほぼ等しい雑音固有値とに分類し、妨害波固有値が張る部分空間に基づき、雑音固有値に対応する雑音固有ベクトルが張る妨害波ヌル空間への射影行列を算出し出力するヌリング行列算出器と、受信信号と射影行列とを入力とし、レンジビン毎に射影行列を用いて受信信号を妨害波ヌル空間へ射影して妨害波の除去を行い、妨害波除去後受信信号を出力するベクトル射影器とを備えたものである。
【００３１】
第２の発明によるレーダ装置は、第１の発明において、到来波にクラッタからの反射パルスが含まれている場合に、受信信号を入力として、含まれているクラッタ反射波をデジタルフィルタで抑圧し、受信信号よりクラッタ反射波を取り除いたクラッタ抑圧後受信信号をヌリング行列算出器とベクトル射影器へ出力するクラッタ抑圧器を備えたものである。
【００３２】
第３の発明によるレーダ装置は、第１もしくは２の発明において、妨害波除去後受信信号に基づき目標信号を検出した場合、妨害波除去後受信信号の到来方向の測角を行い、所望波到来方向の測角値を出力する測角装置を備えたものである。
【００３３】
第４の発明によるレーダ装置は、第３の発明において、測角値に基づき、パルス変調された連続波に移相操作を施したものを送信パルスとして、アレイアンテナに出力する送信機と、測角値に指向する受信ビーム形成を妨害波除去後受信信号に対して行い、目標信号を出力するビームフォーマと、を備えたことを特徴とするものである。
【００３５】
第５の発明によるレーダ装置は、第１から４の発明において、妨害波除去の処理対象のレンジビンにおける受信信号以外の受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とするものである。
【００３６】
第６の発明によるレーダ装置は、第１から４の発明において、妨害波除去の処理対象のレンジビンとその周囲のレンジビンにおける受信信号以外の受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とするものである。
【００３７】
第７の発明によるレーダ装置は、第１から４の発明において、妨害波除去の処理対象のレンジビン以外のレンジビンの内、所望波が存在するレンジビン以外における全てのレンジビンの受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とするものである。
【００３８】
第８の発明によるレーダ装置は、第１から４の発明において、予め設定してある単一あるいは複数のレンジビンの受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とするものである。
【００３９】
第９の発明によるレーダ装置は、第１から４の発明において、全てのレンジビンの受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とするものである。
【００４０】
第１０の発明によるレーダ装置は、第１から４の発明において、送信を止めた場合に受信する妨害波のみの全てのレンジビンの受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とするものである。
【００４１】
【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。図１において、１１は送信周波数設定値と送信タイミングトリガとビーム指向角設定値とを出力する制御器、１２は上記送信周波数設定値に基づく連続波を出力する周波数発振器、１３は上記送信タイミングトリガに基づき上記連続波をパルス変調し、上記ビーム指向角設定値に基づく移相操作を施す送信パルスを出力する送信機、１４は送受信を切換える送受切換器、１ａは送受切換器を介し入力される送信パルスを空中に送信し、反射物からの反射パルス、妨害波などの到来波を受信する複数のアンテナから構成されるアレイアンテナ、２ａは上記到来波を上記送受切換器を介して、ビデオ信号に周波数変換し、A/D変換によりレンジビン毎にデジタル信号に変換した受信信号を出力する複数の受信機から構成される受信機群、５ｂは到来波の内の妨害波のみが存在するレンジビンの上記受信信号より妨害波ヌル空間への射影行列を算出するヌリング行列算出器、６ｂは上記受信信号と射影行列とを入力とし、受信信号を妨害波ヌル空間へ射影して妨害波の除去を行い、妨害波除去後受信信号を出力するベクトル射影器、４ａは上記ビーム指向角設定値に指向する受信ビーム形成を上記妨害波除去後受信信号とに対して行い目標信号を出力するビームフォーマ、１５は上記目標信号を入力とし、フーリエ変換による周波数解析を行い、目標のドップラ周波数に対応するドップラビンの目標ドップラ信号を出力する周波数解析器、１６は上記目標ドップラ信号を入力とし、閾値処理による信号検出を行う信号検出器である。
【００４２】
図２は、この発明の実施の形態１におけるヌリング行列算出器の構成図である。図２において、７ｂは到来波の内の妨害波のみが存在するレンジビンの上記受信信号を入力とし、共分散行列を求めて、出力する共分散行列算出器、８ｂは上記共分散行列を入力とし、この固有値・固有ベクトル解析を行い、固有値・固有ベクトルを出力する固有値・固有ベクトル算出器、９ｂは上記固有値・固有ベクトルを入力とし、最大固有値とその固有ベクトルを選定し、この固有ベクトルを出力する妨害波空間選定器、１０ｂは上記固有ベクトルを入力とし、妨害波ヌル空間への射影行列を算出して、出力する射影行列算出器である。
【００４３】
以下に動作に関する説明をする。まず、一定のパルス繰返し間隔でＮ回の送受信を行い、受信においてはレンジビン毎に受信処理を行うものとする。このとき、着目レンジビンの受信処理において、互いに無相関な所望波及び妨害波が到来するような状況にあるとともに、他のレンジビンでは妨害波j₀ ^(r)(n), j₁ ^(r)(n),…, j_KJ-1 ^(r)(n)のみが到来する状況にあると想定する。但し、アンテナ数Mと妨害波数K_Jとの間には、数９に示す関係が成立しているものとする。
【００４４】
【数９】

【００４５】
まず、アレイアンテナ１ａへの到来波である所望波、妨害波が受信機群２ａに入力され、周波数変換によりビデオ信号に変換、さらにA/D変換によりデジタル信号に変換された着目レンジビンの受信信号を（x₀(n), x₁(n),…, x_M-1(n)）とする。ここで、上記受信信号をまとめて受信信号ベクトルと呼ぶことにし、数１０のように表す。
【００４６】
【数１０】

【００４７】
一方、他のレンジビン、即ち、到来波の内の妨害波のみが存在するレンジビンの受信ベクトルをX_J ^(r)(n)と表す。
【００４８】
次に、Rx#mにおける受信機内部雑音をw_m-1 ^(r)(n)とし、雑音ベクトルW^(r)(n)を数１１のように定義する。
【００４９】
【数１１】

【００５０】
また、妨害波を数１２に示す妨害波ベクトルで表す。
【００５１】
【数１２】

【００５２】
ここで、上記妨害波の到来角をψ₀, ψ ₁,…,ψ_kJ-1とし、これら到来角は違いに異なるものとする。さらに、任意の到来角fに対し、上記アレイアンテナ１ａを構成するアンテナAnt#mのアレイ応答a_m-1(f)をとし、アレイ応答ベクトルa(f)を数１３のように定義する。
【００５３】
【数１３】

【００５４】
妨害波の上記アレイ応答ベクトルに関し、数１４のようなアレイ応答行列A_Jを定義する。
【００５５】
【数１４】

【００５６】
よって、到来波の内の妨害波のみが存在するレンジビンにおける受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)は、数１５のように表すことができる。
【００５７】
【数１５】

【００５８】
次に、上記受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)をヌリング行列算出器５ｂに入力し、共分散行列算出器７ｂにおいて、共分散行列R_Jを数１６により求める。但し、s²は受信機Rx#mにおける受信機内部雑音電力である。
【００５９】
【数１６】

【００６０】
ここで、妨害波は互いに無相関であることから、行列JのランクはK_Jとなり、妨害波数に一致する。また、到来角も互いに異なるため、アレイ応答行列A_JのランクもK_Jとなる。従って、Graham著「Matrix Theory and Applications for Engineers and Mathematicians」（Ellis Horwood,1979）にあるようにrank(B)≦rank(C)のときrank(BC)≦rank(B)であるので、上記行列A_JJA_J ^HのランクもK_Jとなる。
【００６１】
さらに、上記行列A_JJA_J ^Hは非負定値エルミート行列であるので、その固有値z_j（0≦j< K_J）は必ず正の実数となる。また、行列s²Iのランクは明らかにMであり、その固有値はM個のs²である。従って、上記行列A_JJA_J ^Hと上記単位行列Iの和である上記共分散行列R_Jも非負定値エルミート行列となり、その固有値及び固有ベクトルに関しては、数１７が成立する。
【００６２】
【数１７】

【００６３】
従って、固有値・固有ベクトル算出器８ｂにおいて固有値・固有ベクトルを求め、さらに妨害波空間選定器９ａにおいて、固有値の大きさから、妨害波に対応する固有値、受信機内部雑音に対応する固有値とに分類する。ここで、これらをそれぞれ妨害波固有値、雑音固有値、また対応する固有ベクトルを妨害波固有ベクトル、雑音固有ベクトルと呼ぶことにする。
【００６４】
妨害波固有値が張る部分空間、即ち妨害波空間は数１７の（２１）の性質により、雑音固有ベクトルが張る部分空間に直交する。ここで、雑音固有ベクトルが張る部分空間を妨害波ヌル空間と呼ぶことにする。
【００６５】
従って、射影行列算出器１０ｂにおいて、妨害波ヌル空間への射影行列P_JNullは数１８のように求まる。
【００６６】
【数１８】

【００６７】
よって、上記射影行列P_JNullベクトル射影器６ｂに入力し、数１９に示すように、着目レンジビンの受信信号ベクトルX(n)に上記射影行列P_JNullを乗じることにより、妨害波除去後受信信号X'(n)が求まる。
【００６８】
【数１９】

【００６９】
次に、ビームフォーマ４ａにおいて、数２０のように妨害波除去後受信信号X'(n)に対し送信ビーム指向角q_txbeamに対する受信ビーム形成を行い、目標信号y(n)を得る。
【００７０】
【数２０】

【００７１】
続いて、上記目標信号y(n)を周波数解析器へ入力し、フーリエ変換による周波数解析を行う。このとき、振幅スペクトルが最大値となるドップラ周波数をf_dとし、その最大値をY(f_d)とし、それぞれ目標ドップラ周波数、目標ドップラ信号と呼ぶ。このとき、目標ドップラ信号Y(f_d)は数２１で表すことができる。
【００７２】
【数２１】

【００７３】
さらに、上記目標ドップラ信号Y(f_d)を目標検出器１１に入力し、閾値処理により目標の検出を行う。
【００７４】
以上の説明にあるように、本実施の形態では、受信信号を入力とし、これより妨害波ヌル空間への射影行列を算出し、これを出力するヌリング行列算出器５ｂと、上記受信信号と上記射影行列とを入力とし、レンジビン毎に上記受信信号を妨害波ヌル空間へ射影して妨害波の除去を行い、妨害波除去後受信信号を出力するベクトル射影器６ｂとを備えたレーダ装置を構成して上記の処理を行うことにより、サイドローブ方向やメインビーム方向から到来する複数の妨害波に対して、SNR劣化なしに妨害波除去をし、目標信号の検出を行うことが出来る。
【００７５】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２を示す構成図である。図において、図１及び図２に対応する部分は同一符号を付し、その詳細の説明は省略する。１７は、受信機#1〜#Mからの出力である受信信号毎にクラッタ抑圧を行い、クラッタ抑圧後受信信号を出力するクラッタ抑圧器#1〜#Mで構成されるクラッタ抑圧器群である。
【００７６】
以下に動作に関する説明をする。まず、一定のパルス繰返し間隔でＮ回の送受信を行い、受信においてはレンジビン毎に受信処理を行うものとする。このとき、着目レンジビンの受信処理において、互いに無相関な所望波、妨害波及びクラッタ反射波が到来するような状況にあるとともに、他のレンジビンでは妨害波j₀ ^(r)(n), j₁ ^(r)(n),…, j_KJ-1 ^(r)(n)及びクラッタ反射波c₀ ^(r)(n), c₁ ^(r)(n),…, c_KC-1 ^(r)(n)のみが到来する状況にあると想定する。但し、アンテナ数Mと妨害波数K_Jとの間には、実施の形態１の説明で示したとおり、数９に示す関係が成立しているものとする。
【００７７】
まず、アレイアンテナ１ａへの到来波である所望波、妨害波及びクラッタ反射波が受信機群２ａに入力され、周波数変換によりビデオ信号に変換、さらにA/D変換によりデジタル信号に変換された着目レンジビンの受信信号を（xc₀(n), xc₁(n),…, xc_M-1(n)）とする。
【００７８】
次に、上記受信信号（xc₀(n), xc₁(n),…, xc_M-1(n)）をクラッタ抑圧器群１７に入力し、クラッタ抑圧器#mにより受信信号xc_m(n)に含まれているクラッタ反射波を抑圧し、クラッタ抑圧後受信信号x_m(n)を出力する。クラッタ抑圧はFIR型デジタルフィルタの原理に従って行われ、例えばMerrill I. Skolnikら著「Radar Handbook」（McGraw Hill,1989）によれば、建物、山、海面等の固定もしくは低速移動クラッタからの反射波を抑圧することができることが示されている。このようにして、クラッタ抑圧器群１７からは、クラッタ抑圧後受信信号（x₀(n), x₁(n),…, x_M-1(n)）、即ち、数１０のようにまとめて記述すればクラッタ抑圧後受信信号ベクトルX(n)が出力される。
【００７９】
さらに、着目レンジビン以外の受信信号においても同様にして、クラッタ抑圧を行い、クラッタ抑圧後受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)を出力する。ここで、着目レンジビン以外の受信信号に含まれる到来波数（K_J+K_C）が、クラッタ抑圧後受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)においては到来波数K_Jに削減されていることに注意する。
【００８０】
上記クラッタ抑圧後受信信号X(n)もしくはX_J ^(r)(n)が出力された以降の動作は、実施の形態１の説明と同一であるので省略する。
【００８１】
以上の説明にあるように、本実施の形態では、上記到来波にクラッタからの反射パルスが含まれている場合、受信機群２ａからの出力である受信信号を入力とし、これに含まれるクラッタ反射波をデジタルフィルタで抑圧し、上記受信信号よりクラッタ反射波を取り除いたクラッタ抑圧後受信信号を出力するクラッタ抑圧器を備えたレーダ装置を構成したことにより、クラッタ反射波と妨害波とを合わせた到来波数（K_J+K_C）がアンテナ数Mに一致もしくは上回ってしまい、上記射影行列が正しく求まらなくなることを防ぐとともに、クラッタ環境下においてクラッタを抑圧し、複数の妨害波をSNR劣化なしに妨害波除去し、目標信号の検出を行うことができる。
【００８２】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３を示す構成図である。図において、図１、２及び３に対応する部分は同一符号を付し、その詳細の説明は省略する。１８は、信号検出器からの探知ステータス及び妨害波除去後受信信号ベクトルX'(n)を入力とし、測角処理を行い、測角値を出力する測角器である。
【００８３】
以下に動作に関する説明をする。信号検出器１６までの動作の説明は、実施の形態１および２と同一であるので省略する。信号検出器１６からの出力である探知ステータスが「目標信号あり」の場合、上記妨害波除去後受信信号ベクトルX'(n)を用いた測角処理を行い、所望波到来方向の測角値を出力する。測角処理は、例えばR.O.Schmit著「Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation」（IEEE Trans. AP-34,3,1986）に示されているような方法により、高精度な測角値を得ることができる。
【００８４】
これにより、本実施の形態では、妨害波除去後受信信号の到来方向の測角を行うための測角装置１８を備えたレーダ装置を構成したことにより、電子妨害環境下において複数の妨害波をSNR劣化なしに妨害波除去し、目標信号の検出を行うとともに、所望波到来方向の測角値を求めることができる。クラッタ及び電子妨害環境下においても同様である。
【００８５】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態を示す構成図である。図における符号は、全て図１〜４と同一符号を付してあるので、その詳細な説明は省略する。
【００８６】
本実施形態において、測角器１８までの動作の説明は、実施の形態３と同一であるので省略する。本実施形態では、所望波到来方向の測角値を制御器１に入力し、送信ビーム中心に目標が存在するように送信ビームの指向角を制御する。
【００８７】
これにより、本実施の形態では、制御器１に上記測角値を入力し、これをビーム指向角設定値として用いるレーダ装置を構成したことにより、目標信号がビーム中心からずれていたことによる信号電力損失をなくすことができ、信号電力対雑音電力を改善した上での、電子妨害環境下での目標信号の検出を行うことが出来る。クラッタ及び電子妨害環境下においても同様である。
【００８８】
実施の形態５．
実施の形態１〜４では、着目レンジビンを1レンジビンとしているが、目標のレンジ方向の長さがレンジビン分解能を超えるため、目標信号が着目レンジビンの周囲まで広がって存在する場合には、着目レンジビン及びその周囲のレンジビン以外のレンジビン、即ちゲート外レンジビンの受信信号ベクトルを用いて共分散行列を求める。
【００８９】
即ち、着目レンジビン数をr_tとすると、共分散行列R_Jは数２２により求めることができる。
【００９０】
【数２２】

【００９１】
以上の説明にあるように、本実施の形態では、妨害波除去の処理対象として着目レンジビンとその周囲のレンジビンにおける受信信号以外の受信信号を用いて共分散行列を求める方法を用いるレーダ装置を構成したことにより、共分散行列R_Jを求めるのに用いる受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)に、所望波を含む受信信号ベクトルが含まれてしまうことを防ぐことができ、より正確な共分散行列R_Jを用いた妨害波除去をし、目標信号の検出を行うことが出来る。
【００９２】
実施の形態６
実施の形態１〜５では、共分散行列を求める際にゲート外レンジビンの受信信号ベクトルを用いるが、ゲート外レンジビン中の幾つかのレンジビンに目標信号が存在する場合には、これらを除いたゲート外レンジビンの受信信号ベクトルを用いて共分散行列を求める。
【００９３】
即ち、着目レンジビン数をr_t1とし、さらにゲート外レンジビン中の目標信号が存在するレンジビン数をr_t2とすれば、共分散行列R_Jは数２３により求めることができる。
【００９４】
【数２３】

【００９５】
以上の説明にあるように、本実施の形態では、妨害波除去の処理対象として着目レンジビン以外のレンジビンの内、所望波が存在するレンジビン以外における全てのレンジビンの受信信号を用いて共分散行列を求める方法を用いるレーダ装置を構成したことにより、共分散行列R_Jを求めるのに用いる受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)に、所望波を含む受信信号ベクトルが含まれてしまうことを防ぐことができ、より正確な共分散行列R_Jを用いた妨害波除去をし、目標信号の検出を行うことが出来る。
【００９６】
実施の形態７．
実施の形態１〜６では、共分散行列を求める際に着目レンジビン以外の受信信号ベクトルを用いるが、目標信号が存在しないことが既知である指定ゲート内の単一あるいは複数のレンジビンの受信信号ベクトルを用いて共分散行列を用いる。このような指定ゲート内レンジビンとしては、例えばレーダの性能上、目標信号が微弱なため受信機内部雑音に埋もれているレンジビンや、レーダ見通外距離のレンジビンがある。
【００９７】
即ち、指定ゲート内のレンジビン数をr₀とすれば、共分散行列R_Jは数２４により求めることができる。
【００９８】
【数２４】

【００９９】
以上の説明にあるように、本実施の形態では、予め設定してある単一あるいは複数のレンジビンの受信信号を用いて共分散行列を求める方法を用いるレーダ装置を構成したことにより、指定ゲート内の受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)で求めた共分散行列R_Jを１度求めてしまえば、着目レンジビンで受信処理毎に共分散行列を求めるための演算処理をせず、常に上記共分散行列R_Jを受信信号ベクトルX(n)に乗じて妨害波除去を行い、目標信号の検出を行うことが出来る。
【０１００】
実施の形態８．
実施の形態１〜６では、共分散行列を求める際に着目レンジビン以外の受信信号ベクトルを用いるが、全レンジビンの中で目標信号の存在するレンジビン数が少ない場合には、共分散行列を求める際にこれらレンジビンの影響は小さいと想定できるので、全レンジビンの受信信号ベクトルを用いて共分散行列を用いる。
【０１０１】
即ち、目標信号の存在するレンジビン番号をq、その目標レンジビン総数をQとし、受信信号ベクトルをX ^(q)(n)とすれば、共分散行列R_Jは数２５により求めることができる。
【０１０２】
【数２５】

【０１０３】
以上の説明にあるように、本実施の形態では、全てのレンジビンの受信信号を用いて共分散行列を求める方法を用いるレーダ装置を構成したことにより、全レンジビンの受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)及びX ^(q)(n)で求めた共分散行列R_Jを１度求めてしまえば、各ゲート内レンジビンで受信処理毎に共分散行列を求めるための演算処理をせず、常に上記共分散行列R_Jを受信信号ベクトルX(n)に乗じて妨害波除去を行い、目標信号の検出を行うことが出来る。
【０１０４】
実施の形態９．
実施の形態１〜８では送信を行っているので、共分散行列を求める際の受信信号ベクトルを選ぶ際には必ず目標信号の存在を考慮するが、妨害波の到来に伴い送信を止め、このとき受信される妨害波のみの全てのレンジビンの受信信号ベクトルを用いて共分散行列を用いる。
【０１０５】
即ち、共分散行列R_Jは数２６により求めることができる。
【０１０６】
【数２６】

【０１０７】
これにより本実施の形態では、送信を止めたときに受信される妨害波のみの全てのレンジビンの受信信号を用いて共分散行列を求める方法を用いるレーダ装置を構成したことにより、送信停止時の全レンジビンの受信信号ベクトルX_J ^(r)(n)で求めた共分散行列R_Jを１度求めてしまえば、各ゲート内レンジビンで受信処理毎に共分散行列を求めるための演算処理をせず、常に上記共分散行列R_Jを受信信号ベクトルX(n)に乗じて妨害波除去を行い、目標信号の検出を行うことが出来る。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１に関わる発明によれば、上記受信信号を入力して共分散行列を求め、上記共分散行列の固有値・固有ベクトル解析を行い、上記固有値が大きい１個あるいは複数個の妨害波固有値を選び、上記妨害波固有値に対応する妨害波固有ベクトルの張る部分空間をもとに補空間をなす妨害波ヌル空間への射影行列を算出、出力するヌリング行列算出器と、上記受信信号と上記射影行列とを入力して、上記レンジビン毎に上記受信信号を妨害波ヌル空間へ射影して上記妨害波の除去を行い、妨害波除去後受信信号を出力するベクトル射影器とを備えたレーダ装置を構成したことにより、サイドローブ方向やメインビーム方向から到来する複数の上記妨害波に対して、ＳＮＲ劣化なしに上記妨害波除去を行うことが出来るという効果がある。
【０１０９】
また、請求項２に関わる発明によれば、上記到来波にクラッタからの反射パルスが含まれている場合に、上記受信信号を入力して、含まれているクラッタ反射波をデジタルフィルタで抑圧し、上記受信信号よりクラッタ反射波を取り除いたクラッタ抑圧後受信信号を出力するクラッタ抑圧器を備えたことにより、クラッタ環境下においても、クラッタを抑圧し、サイドローブ方向やメインビーム方向から到来する複数の上記妨害波に対して、ＳＮＲ劣化なしに上記妨害波除去を行うことが出来るという効果がある。
【０１１０】
また、請求項３に関わる発明によれば、上記妨害波除去後受信信号の到来方向の測角を行うための測角装置を備えたことにより、電子妨害環境下、もしくはクラッタ及び電子妨害環境下においても、複数の上記妨害波をＳＮＲ劣化なしに上記妨害波除去し、上記目標信号の上記測角値を求めることが出来るという効果がある。
【０１１１】
また、請求項４に関わる発明によれば、測角値に基づいて送信ビームの移相操作、受信ビーム形成を行うことにより、上記目標信号がビーム中心からずれていたことによる信号電力損失をなくすことができ、信号電力対雑音電力を改善した上で、電子妨害環境下、もしくはクラッタ及び電子妨害環境下においても、複数の上記妨害波をＳＮＲ劣化なしに上記妨害波除去し、目標検出を行うことが出来るという効果がある。
【０１１３】
また、請求項５に関わる発明によれば、上記妨害波除去の処理対象の上記レンジビンにおける上記受信信号以外の上記受信信号を用いて共分散行列を求めることにより、上記共分散行列を求めるのに用いる上記受信信号ベクトルに、所望波を含む上記受信信号ベクトルが含まれてしまうことを防ぐことができ、より正確な上記共分散行列を求めることが出来るという効果がある。
【０１１４】
また、請求項６に関わる発明によれば、上記妨害波除去の処理対象の上記レンジビンとその周囲の上記レンジビンにおける上記受信信号以外の上記受信信号を用いて共分散行列を求めることにより、上記共分散行列を求めるのに用いる上記受信信号ベクトルに、所望波を含む上記受信信号ベクトルが含まれてしまうことを防ぐことができ、より正確な上記共分散行列を求めることが出来るという効果がある。
【０１１５】
また、請求項７に関わる発明によれば、上記妨害波除去の処理対象の上記レンジビン以外のレンジビンの内、所望波が存在する上記レンジビン以外における全ての上記レンジビンの上記受信信号を用いて共分散行列を求めることにより、上記共分散行列を求めるのに用いる上記受信信号ベクトルに、所望波を含む上記受信信号ベクトルが含まれてしまうことを防ぐことができ、より正確な上記共分散行列を求めることが出来るという効果がある。
【０１１６】
また、請求項８に関わる発明によれば、予め設定してある単一あるいは複数の上記レンジビンの上記受信信号を用いて共分散行列を求めることにより、上記レンジビン内の上記受信信号ベクトルで求めた上記共分散行列を１度求めてしまえば、着目している上記レンジビンで受信処理毎に上記共分散行列を求めるための演算処理をなくすことが出来るという効果がある。
【０１１７】
また、請求項９に関わる発明によれば、全ての上記レンジビンの上記受信信号を用いて共分散行列を求めることにより、上記共分散行列を１度求めてしまえば、着目している上記レンジビンで受信処理毎に上記共分散行列を求めるための演算処理をなくすことが出来るという効果がある。
【０１１８】
また、請求項１０に関わる発明によれば、送信を止めた場合に受信する上記妨害波のみの全ての上記レンジビンの上記受信信号を用いて共分散行列を求めることにより、上記共分散行列を１度求めてしまえば、着目している上記レンジビンで受信処理毎に上記共分散行列を求めるための演算処理をなくすことが出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示すレーダ装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるヌリング行列算出器の構成図
【図３】この発明の実施の形態２を示すレーダ装置の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３を示すレーダ装置の構成図である。
【図５】従来のレーダ装置を示す構成図である。
【図６】従来のレーダ装置を示す構成図である。
【図７】図６の従来のレーダ装置におけるヌリング行列算出器の構成図である。
【図８】図６の従来のレーダ装置におけるヌリング行列算出器の構成図の一部である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂアレイアンテナ、２ａ、２ｂ受信機群、
３荷重係数算出器、４ａ、４ｂビームフォーマ、
５ａ、５ｂヌリング行列算出器、６ａ、６ｂベクトル射影器、
７ａ、７ｂ共分散行列算出器、８ａ、８ｂ固有値・固有ベクトル算出器
９ａ、９ｂ妨害波空間選定器、１０ａ、１０ｂ射影行列算出器
１１制御器、１２周波数発振器、１３送信機、
１４送受切換器、１５周波数解析器、１６信号検出器、
１７クラッタ抑圧器群、１８測角器

Claims

送信パルスを空中に送信し、反射物からの反射パルス、妨害波などの到来波を受信するアレイアンテナと、
上記アレーアンテナより到来波を入力して、レンジビン毎にデジタル信号に変換した受信信号を出力する受信機と、
上記受信機より入力した受信信号より共分散行列を求め、上記共分散行列より求めた固有値を、上記受信機の内部雑音電力の値を超える妨害波固有値と上記受信機の内部雑音電力の値に等しいまたはほぼ等しい雑音固有値とに分類し、上記妨害波固有値が張る部分空間に基づき、上記雑音固有値に対応する雑音固有ベクトルが張る妨害波ヌル空間への射影行列を算出し出力するヌリング行列算出器と、
上記受信信号と上記射影行列とを入力とし、上記レンジビン毎に上記射影行列を用いて受信信号を妨害波ヌル空間へ射影して上記妨害波の除去を行い、妨害波除去後受信信号を出力するベクトル射影器と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
上記到来波にクラッタからの反射パルスが含まれている場合に、上記受信信号を入力として、含まれているクラッタ反射波をデジタルフィルタで抑圧し、上記受信信号よりクラッタ反射波を取り除いたクラッタ抑圧後受信信号を上記ヌリング行列算出器と上記ベクトル射影器へ出力するクラッタ抑圧器を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
上記妨害波除去後受信信号に基づき目標信号を検出した場合、上記妨害波除去後受信信号の到来方向の測角を行い、所望波到来方向の測角値を出力する測角装置を備えたことを特徴とする請求項１もしくは２記載のレーダ装置。
上記レーダ装置は、
上記測角値に基づき、パルス変調された連続波に移相操作を施した上記連続波を送信パルスとして、上記アレイアンテナに出力する送信機と、
上記測角値に指向する受信ビーム形成を上記妨害波除去後受信信号に対して行い、目標信号を出力するビームフォーマと、
を備えたことを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
上記妨害波除去の処理対象の上記レンジビンにおける上記受信信号以外の上記受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載のレーダ装置。
上記妨害波除去の処理対象の上記レンジビンとその周囲の上記レンジビンにおける上記受信信号以外の上記受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載のレーダ装置。
上記妨害波除去の処理対象の上記レンジビン以外のレンジビンの内、所望波が存在する上記レンジビン以外における全ての上記レンジビンの上記受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載のレーダ装置。
予め設定してある単一あるいは複数の上記レンジビンの上記受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載のレーダ装置。
全ての上記レンジビンの上記受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載のレーダ装置。
送信を止めた場合に受信する上記妨害波のみの全ての上記レンジビンの上記受信信号を用いて共分散行列を求めることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載のレーダ装置。