JP4330114B2 - パッシブコヒーレント探索における検出および特徴抽出システムおよび方法 - Google Patents

Description

［発明の背景］
発明の分野
本発明は、パッシブコヒーレント探索（「ＰＣＬ」）レーダシステムおよび方法に関し、より詳細には、ＰＣＬレーダアプリケーションでの検出および特徴抽出のシステムおよび方法に関する。

関連出願の相互参照
本願は、２００１年５月４日に出願された「System and Method for Detection and Feature Extraction for PCL Applications」と題する米国仮特許出願第６０／２８８，４９３号（参照により本明細書に援用される）の利益を主張する。

関連技術の説明
ＰＣＬレーダシステムは、マルチスタティックレーダシステムに代表されることできる。マルチスタティックレーダシステムは、１つまたは複数の送信機から離れた多くの受信機を有する。送信機からの放射信号は、２つの別個の経路を介して受信機に到達する。１つの経路は送信機から受信機への直接経路であり、他の経路は、送信機からターゲットを介して受信機までの間接経路を含むターゲット経路である可能性がある。測定値は、ターゲット経路信号の全経路長すなわち通過時間、ターゲット経路信号の到来角度、ならびに直接経路信号およびターゲット経路信号の周波数を含んでよい。ターゲットが動いている場合、ドップラー効果によって、周波数の差を検出することができる。

ターゲット経路信号から情報を抽出する場合、受信機において送信信号がわかっていることが望ましい。ドプラ周波数シフトを求めるのには送信周波数が望ましい。全散乱経路長を求める場合、時間または位相もまた望まれる。周波数基準は直接信号から得ることができる。送信機と受信機の間の距離が既知であれば、時間基準もまた直接信号から得ることができる。

マルチスタティックレーダシステムは、レーダの到達範囲内にあるターゲットの存在、ターゲットの場所、および、レーダに対する速度成分すなわちドップラーを確定することができる。ターゲット位置を探索するプロセスは、距離と到来角度を測定することを含んでもよい。受信サイトに対する距離の測定値を求めるには、受信サイトでの到来角度ならびに送信機と受信機の間の距離の両方が必要であり得る。直接信号を利用できる場合、直接信号を基準信号として用いて、ドプラ周波数シフトを抽出することができる。

ＰＣＬレーダシステムにおいて、送信機は放射器(illuminator)として知られている。放射器は、商用周波数変調（「ＦＭ」）放送送信機および／またはリピータ、商用高品位テレビジョン（「ＨＤＴＶ」）放送送信機および／またはリピータなどを含む広帯域オポチュニティ源(sources of opportunities)であってよい。広帯域信号事前検出処理および同一チャネル干渉緩和のための既知の技法が存在している。既知の手法は、主放射器などの利用されるオポチュニティ源、および環境に存在する任意の他の同一チャネル信号を受信するのに用いられるアンテナアレイを含む。

受け取った信号が処理された後、ターゲットパラメータが抽出され、新たなターゲットが検出されるべきである。存在するターゲットは、現在の処理区間のデータで更新することができる。ターゲット情報の検出および特徴抽出は、正確かつ適時に行われるべきである。不正確または無効な検出は、処理資源を無駄にし、さらなる計算を必要とし得る。さらに、システムは、ノイズまたはグランドクラッタからの擬似警報を伴わずに新たなターゲットを検出すべきである。したがって、ＰＣＬレーダシステムは、効率的かつ正確にターゲットを検出し、これらのターゲットの特徴を抽出することが可能でなければならない。

したがって、本発明はＰＣＬアプリケーションおよびＰＣＬアプリケーション内での信号処理を対象とする。

一実施形態によると、パッシブコヒーレント探索システム内でのコヒーレント処理区間中のターゲット情報を検出および抽出する方法が開示される。本方法は、コヒーレント処理区間のアンビギュイティ表面データを有するアンビギュイティ表面を形成する工程を含む。本方法はまた、先行的に形成されたアンビギュイティ表面からのビンを特定する工程を含む。本方法はまた、先行的に形成されたアンビギュイティ表面からのビンをアンビギュイティ表面データに関連付ける工程を含む。本方法はまた、アンビギュイティ表面内で新たなターゲットエコーの新たなビンを特定する工程を含む。

別の実施形態によると、パッシブコヒーレント探索システムにおいてコヒーレント処理区間内のターゲットのターゲットデータを検出および抽出する方法が開示される。本方法は、アンビギュイティ表面を生成する工程を含む。本方法はまた、ビンをアンビギュイティ表面に関連付ける工程を含む。本方法はまた、ビンからのピーク検出結果（peak detections：ピーク検出値）を形成する工程を含む。ピーク検出結果は、コヒーレント処理区間内のターゲットエコーと関係がある。本方法はまた、ピーク検出結果からのターゲットパラメータを推定する工程を含む。

別の実施形態によると、パッシブコヒーレント探索システムにおいて、アンビギュイティ表面のアンビギュイティ表面データから潜在的なターゲットのターゲットパラメータを抽出する方法が開示される。アンビギュイティ表面データは、コヒーレント処理区間および潜在的なターゲットのエコーと関係がある。本方法は、先行的に形成されたアンビギュイティ表面を検索する工程を含む。本方法はまた、アンビギュイティ表面データを先行的に形成されたアンビギュイティ表面と比較する工程であって、それにより既知のターゲットに関連するビンを特定する、比較する工程を含む。本方法はまた、ビンをアンビギュイティ表面データで更新する工程を含む。本方法はまた、潜在的なターゲットエコーの新たなターゲットエコーについて新たなビンを特定する工程を含む。本方法はまた、ビンおよび新たなビンをピーク検出結果に分類する工程を含む。本方法はまた、ピーク検出結果から潜在的なターゲットのターゲットパラメータを推定する工程を含む。

別の実施形態によると、パッシブコヒーレント探索システムにおいて、コヒーレント処理区間のアンビギュイティ表面から潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステムが開示される。本システムは、アンビギュイティ表面を形成し、かつアンビギュイティ表面データを生成するアンビギュイティ表面形成機能を含む。本システムはまた、アンビギュイティ表面データを用いて、既知のターゲットおよび新たなターゲットのビンを特定するピーク／ノイズ判別機能を含む。本システムはまた、ビンを分類して、既知のターゲットおよび新たなターゲットに関連するピーク検出結果を確定するピーク関連付け機能を含む。本システムはまた、ピーク検出結果から既知のターゲットおよび新たなターゲットのターゲットパラメータを推定するパラメータ推定機能を含む。本システムはまた、ピーク検出結果を編集するピーク編集機能を含む。

別の実施形態によると、パッシブコヒーレント探索システムにより特定されたターゲットの特徴を検出および抽出する方法が開示される。本方法は、ビンをアンビギュイティ表面データに関連付ける工程を含む。本方法はまた、ビンからのピーク検出結果を形成する工程を含む。

別の実施形態によると、ターゲットを検出して、アンビギュイティ表面のアンビギュイティ表面データからターゲットパラメータを確定する検出・特徴抽出処理サブシステムを有するパッシブコヒーレント探索レーダシステムが開示される。パッシブコヒーレント探索レーダシステムは、先行的に形成されたアンビギュイティ表面データをアンビギュイティ表面データと比較し、かつ先行的に形成されたアンビギュイティ表面データと関係があるビンを更新するピーク／ノイズ判別器を含む。パッシブコヒーレント探索レーダシステムはまた、アンビギュイティ表面内の新たなターゲットエコーについて、ピーク／ノイズ判別器により特定される新たなビンを含む。パッシブコヒーレント探索レーダシステムはまた、ビンおよびピーク／ノイズ判別器により特定された新たなビンを分類し、かつターゲットと関係があるピーク検出結果を形成するピークアソシエータを含む。パッシブコヒーレント探索レーダシステムはまた、ピーク検出結果からターゲットパラメータを推定するパラメータ推定器を含む。

本発明の付加的な特徴および利点は次に続く開示に記載されるであろう。そして、本発明の付加的な特徴および利点は、一部は開示から明らかとなるであろう、すなわち、本発明の実施によって知ることができる。本発明の目的および他の利点は、書面の説明およびその特許請求の範囲ならびに添付図面において特に明らかにされた構造によって、認識され、得られるであろう。

本発明をさらに理解できるようにするために含められ、本明細書の一部に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示し、その説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

ここで、本発明の好ましい実施形態に対し詳細にわたって参照を行うが、実施形態の例は添付図面に示す。

図１は、本発明の実施形態による、レーダシステム、ターゲット、および送信機のブロック図を示す。レーダ検出システム１０は、複数の送信機１１０、１１２、および１１４を用いて、１つまたは複数の対象のターゲット１５０を検出するＰＣＬシステム１００を含む。ＰＣＬシステム１００は、同一系統のマルチスタティック広域ターゲット監視センサを表す。ＰＣＬシステムは、往々にして、他の目的で動作することができるオポチュニティ源からの、連続波（「ＣＷ」）電磁エネルギーを利用する。オポチュニティ源は、テレビジョン放送局およびＦＭラジオ局を含んでもよい。ＰＣＬシステム１００は、オポチュニティ源１１０、１１２、および１１４としても知られている、複数の統制されていない送信機からの送波(transmission)を受信できるのが好ましい。より好ましくは、送信機１１０、１１２、および１１４は、商用ＦＭ放送送信機および／またはリピータ、ならびに、商用ＨＤＴＶ ＴＶ放送送信機および／またはリピータを含む広帯域オポチュニティ源であってよい。しかしながら、送信機１１０、１１２、および１１４は、これらのオポチュニティ源に限定されず、統制されていない信号を送信する、任意のデバイス、システム、または手段を含んでよい。

送信機１１０、１１２、および１１４は、広帯域電磁エネルギー送波を全方向に送信することができる。これらの送波のいくつかは、１つまたは複数の対象のターゲット１５０によって反射され、ＰＣＬシステム１００によって受信される。たとえば、反射した送波１３０は、ターゲット１５０によって反射され、ＰＣＬシステム１００によって受信される場合がある。さらに、送信機１１４に関して、基準送波１４０は、ＰＣＬシステム１００によって直接受信される。ＰＣＬシステム１００は、基準送波１４０と反射した送波１３０を比較して、１つまたは複数の対象のターゲット１５０についての位置情報が求められる。基準送波１４０は直接経路信号としても知られている。反射した送波１３０はまたターゲット経路信号としても知られている。位置情報は、到達時間差（「ＴＤＯＡ」）、到達周波数差（「ＦＤＯＡ」）、および到来角度（「ＡＯＡ」）を求めることによる、場所、速度、および加速度を含む、ターゲット１５０の位置に関する任意の情報を含んでもよい。

図２は、本発明の実施形態による、パッシブコヒーレント探索システムのブロック図を示す。ＰＣＬシステム１００は、アンテナサブシステム２００、アナログ−デジタル変換器（「ＡＤＣ」）サブシステム２２０、処理サブシステム２４０、および出力デバイス２６０を含む。アンテナサブシステム２００は、少なくとも１つのアンテナによって、図１の反射した送波１３０および基準送波１４０を含む電磁エネルギー送波を受信する。ＡＤＣサブシステム２２０は、アンテナサブシステム２００の信号出力を受信し、あるサンプリングレートで信号をサンプリングして各サンプリング区間におけるアナログ信号についての大きさを用いてデジタル波形を形成することによって、入力部でデジタルの信号サンプルを出力する。処理サブシステム２４０は、アセンブリサブシステム２２０の出力を受け取り、測定データ、追尾、ターゲットの更新などのために信号を処理する。出力デバイス２６０は、処理結果を受け取り、処理サブシステム２３０の出力を表示する。

図３は、本発明の一実施形態による検出・特徴抽出処理サブシステム３００のブロック図を示す。検出・特徴抽出処理サブシステム３００は、図２の処理サブシステム２４０に組み込むことができる。あるいは、検出・特徴抽出処理サブシステム３００は、ＡＤＣサブシステム２２０に組み込むことができる。

検出・特徴抽出処理サブシステム３００は、測定関連付けオペレーションで用いられる検出データを供給する役割を担う。検出・特徴抽出処理サブシステム３００は、各アンビギュイティ表面のアンビギュイティ表面データを受け取る。アンビギュイティ表面データは、単純な平滑化機能により平滑化することができる。各クロスアンビギュイティ表面は、ターゲットまたは残存しているグランドクラッタを表すビンについて走査することができる。ビンは、現在の更新のピーク検出結果を形成するために、標的ビームまたは表面にわたって関連付けられ得る。各ピーク検出結果の遅延、ドップラー、到来角度、信号電力、および信号対ノイズ比（「ＳＮＲ」）のターゲット測定パラメータが、ピークのロケーションおよび関連するエネルギーから推定される。さらに、遅延、ドップラー、到来角度、および信号電力の分散が計算され得る。

各処理サイクルは、事前検出オペレーションから検出・特徴抽出処理サブシステム３００へ入力されるアンビギュイティ関数データブロック３０２から開始し得る。アンビギュイティ関数データブロック３０２は、アンビギュイティ表面データを含み得る。アンビギュイティ表面データは、信号ならびに不整合信号に対する整合フィルタの応答を表すアンビギュイティ図であり得る。整合フィルタの出力、すなわちアンビギュイティ図は、受信信号と送信信号の間の相互相関に近似し得る。したがって、アンビギュイティ図は、ターゲットの検出と関係があるピークを有し得る。

アンビギュイティ関数データ３０２は、アンビギュイティ表面形成機能３０６に入力される。アンビギュイティ表面形成機能３０６は、後続の検出処理オペレーションのために各アンビギュイティ関数を準備する。これにより、アンビギュイティ関数データ３０２は、サイクルごとに受け取られ、アンビギュイティ関数形成機能３０６は、そのサイクルのデータを準備する。これらのサイクルは、コヒーレント処理区間（「ＣＰＩ」）として知られている場合がある。

アンビギュイティ表面平滑化機能３０８は、クロスアンビギュイティ表面データ３８０の背景ノイズからターゲットのピークを判別する前に、クロスアンビギュイティ表面の不整（irregularity）を減らす。アンビギュイティ表面形成機能３０６は、平滑化されたアンビギュイティ関数データ３０２をクロスアンビギュイティ表面データ３８０として出力する。アンビギュイティ表面の平滑化には、３つの代替方法を実施することができる。単純な平滑化機能は、Ｎ×Ｎの隣接点を平均化し、アンビギュイティ表面形成機能３０６により生成された未処理のアンビギュイティ表面を平滑化する。従来のアンビギュイティ表面平滑化機能は、二次元フィルタカーネルをクロスアンビギュイティ表面データ３８０の未処理のアンビギュイティ表面に適用することにより達成することができる。高速畳み込み平滑化機能もまた、二次元フィルタカーネルを未処理のアンビギュイティ表面に適用することができるが、事前検出処理から間引きされた遅延積（decimated lag-products）に直接適用することにより、事前検出処理において未処理のアンビギュイティ関数を形成する必要性を回避することができる。高速畳み込み平滑化機能により、他のアンビギュイティ表面平滑化プロセスにわたる計算を省くことができる。アンビギュイティ表面平滑化機能３０８は、平滑化スイッチ３１０により有効にされ得る。したがって、検出・特徴抽出処理サブシステム３００がクロスアンビギュイティ表面データ３８０の不整を減らすことを望む場合、平滑化スイッチ３１０はアンビギュイティ表面平滑化機能３０８を有効にするように構成される。

クロスアンビギュイティ表面データ３８０は、次に、ピーク／ノイズ判別機能３１２により受け取られる。ピーク／ノイズ判別機能３１２は、クロスアンビギュイティ表面データ３８０内の、ターゲットエコーまたは残存しているグランドクラッタにより生成された可能性が高いビンを特定する。先行的に形成されたアンビギュイティ表面更新でピーク／ノイズ判別機能３１２により特定されたビンが現在の更新のビンの集合に対する妥当な初期推量であり得るという結論に基づいて予測されるアルゴリズムを、ピーク／ノイズ判別機能３１２により実施することができる。したがって、このアルゴリズムにより、先行的に形成されたアンビギュイティ表面データを現在のアンビギュイティ表面データと比較することができる。既知のターゲットまたは残存しているグランドクラッタに関連するビンは全て、クロスアンビギュイティ表面データ３８０などの現在のアンビギュイティ表面データとともに再び用いられ得る。比較後に、クロスアンビギュイティ表面データ３８０は、新たなターゲットのエコーについて調べられ得る。ノイズフロアの推定値は、これらの残りのビンの平均電力に基づいて生成することができる。この情報を用いて、ピーク／ノイズ判別機能３１２は、表面ピーク３８２を検出することができる。

表面ピーク３８２は、ピーク関連付け機能３１４により受け取られる。ピーク関連付け機能３１４は、ピーク／ノイズ判別機能３１２により特定されたビンを個別のピークに分類することができる。これらの個別のピークは、ピーク検出結果３８４などのピーク検出結果として既知であり得る。パラメータ推定機能３１６は、ピーク検出結果３８４を受け取り、検出されたピークから主な目的物パラメータを推定する。主なターゲットパラメータは、信号対ノイズ比、時間遅延、ドップラーシフト、到来角度、信号電力などを含み得る。パラメータ推定機能３１６はまた、ピーク検出結果８３４の検出されたピークに対して特徴抽出を行い得る。特徴抽出は、ブレードレート（blade rates）、バイスタティックレーダ断面積などの、より高度な標的パラメータを引き出すことができる。したがって、パラメータ推定機能３１６は、ピーク測定値３８６を計算する。ピーク測定値３８６は、ピーク編集機能３１８により受け取られる。ピーク編集機能３１８は、擬似警報を発生させる、ターゲットエコーの結果ではない検出されたピークの数を減らし得る。ピーク編集機能３１８は、図４を参照して以下でより詳細に開示される。

ピーク編集機能３１８は、ターゲット状態フィードバック３９２も受け取る。ターゲット状態フィードバック３９２は、アンビギュイティ関数データ３０２から導出され得る。ピーク編集機能３１８はまた、自動アンビギュイティピーク発見機能３２２から自動アンビギュイティピーク３９０を受け取る。自動アンビギュイティピーク発見機能３２２は、アンビギュイティ表面形成機能３０６から表面データ３８８を受け取る。自動アンビギュイティピーク発見機能３２２は、表面データ３８８内のより高い信号対ノイズ比ピークの変調アーチファクトを示す基準に一致するピークを求めて表面データ３８８を走査し得る。このオペレーションは、アンビギュイティ関数データ３０２内のピークのサイドローブを特徴付け得る。自動アンビギュイティデータ２９０は、サイドローブ処理オペレーションのためにピーク編集機能３１８へ転送される。

初期分散計算機能３２０は、検出データ３９４を受け取る後続のライン追尾機能において用いることができる各ターゲットパラメータの分散を定義し得る。検出データ３９４は、検出・特徴抽出処理サブシステム３００の出力である。ライン追尾機能は、これらの分散を用いて、そのカルマンフィルタの状態ベクトルを更新し得る。この実施態様で用いられる測定値の分散の計算は、クラーメル・ラオ境界（Cramer-Rao boundary）に基づき得る。構成データ３３０は、検出・特徴抽出処理サブシステム３００とともに用いられるＰＣＬレーダシステム１００に関するシステム構成または技術情報を供給し得る。さらに、構成データ３３０は、検出・特徴抽出処理サブシステム３００内の様々な機能により実施されるアルゴリズムのデフォルト値または定数値を供給し得る。

強力ターゲット消去機能３２４は、アンビギュイティ関数データ３０２からターゲット状態データ３７８を受け取ることができる。強力ターゲット消去機能３２４は、ターゲット状態フィードバック３９２も受け取ることができる。強力ターゲット消去スイッチ３２４は、所望の場合、強力ターゲット消去機能３２４を有効にする。好ましくは、強力ターゲット消去スイッチ３２４は、強力ターゲット消去機能３２４を起動する。アンビギュイティ関数データ３０２が強力ターゲットデータを含む場合、強力ターゲットデータは消去することができ、アンビギュイティ表面形成機能３０６に入力される（the strong target data may...formation function 306）。強力ターゲットは、アンビギュイティ関数データ３０２内の他のピークを歪める検出されたピークを示し得る。強力ターゲットを消去することにより、アンビギュイティ関数データ３０２を有する他のピークおよびデータをより効率的に解析することができる。

検出データ３９４は、検出・特徴抽出処理サブシステム３００の出力である。検出データ３９４は、現在の更新のための新たなピーク検出結果のデータブロックであり得る。データブロックは、各放射器のピーク検出結果の数、各放射器の処理されたビンの数、現在の更新の関連時間、各放射器の現在の周波数、各放射器の基準信号の二乗平均平方根帯域幅、各放射器のシステムノイズ指数、各ピーク検出結果に関連する測定データなどを含むことができる。このデータは、ターゲットの推定状態を更新するために後続のライン追尾機能により用いられ得る。検出データ３９４の個々のピーク検出結果は、これらの更新で用いられる測定データを含み得る。以下の表１に示す測定データは、個々のピーク検出結果それぞれに含まれるパラメータの例である。

図４は、本発明の一実施形態によるピーク編集機能のブロック図を示す。ピーク編集機能３１８は、本発明の実施形態をより十分に開示するためにより詳細に示される。しかしながら、ピーク編集機能３１８は、図４に示す実施形態に限定されない。前述のように、ピーク編集機能３１８は、擬似警報を発生させ得る、ピーク測定データ３８６内のターゲットエコーの結果ではない検出されたピークの数を減らし得る。ピーク編集機能３１８は、このタスクを遂行するいくつかの機能およびフィルタを含むことができる。図４は、ピーク編集機能３１８を構成するフィルタおよび機能の概観を示す。基準信号の特性不良、信号の変調アーチファクト、および残存しているグランドクラッタにより、望ましくないピーク検出結果が生じる可能性がある。以下で開示する機能およびフィルタは、これらの検出結果がさらに処理されることを防止するために有効にされ得る。ピーク測定データ３８６は、ピーク編集機能３１８において受け取られる。ピーク測定データ３８６は、検出されたピークからの主なターゲットパラメータを含み得る。

二乗平均平方根帯域幅により定義されるピーク検出排除機能４０２は、二乗平均平方根帯域幅スイッチ４０４により有効にされ得る。基準信号の帯域幅が狭まる（collapse）時の不適切な相互相関による擬似ピークを防止するために、二乗平均平方根帯域幅スイッチ４０４が検出処理において有効にされ、そのピーク検出結果に関連する実現帯域幅が閾値を下回る場合には現在のピーク検出結果を無視するようにする。この閾値は、二乗平均平方根帯域幅により定義されるピーク検出排除機能４０２により定義され得る。

サイドローブピーク検出フィルタ４０６は、サイドローブフィルタスイッチ４０８により有効にされ得る。サイドローブピーク検出フィルタ４０６は、より高いＳＮＲ比の変調アーチファクトである検出されたピークを除去することができる。クロスアンビギュイティ表面からのピーク検出結果、および自動アンビギュイティピーク発見機能３２２または現在の処理区間更新により発見されたピークが、サイドローブピーク検出フィルタ４０６のエントリにおいて強弱順にソートされ得る。強弱順にソートされることにより、サイドローブフィルタスイッチ４０８が有効である場合には、より小さいサイドロープピークはサイドローブフィルタスイッチ４０８により除去され得る。

至近距離ターゲットの閾値処理機能４１０は、至近距離ターゲットスイッチ４１２により有効にすることができる。有効である場合、閾値ランプを用いて至近距離のターゲットに向けて検出器の感度を下げることができる。伝搬損失の低減により、至近距離のターゲットは、検出器がピークであると解釈する可能性がある高いサイドローブを誘発する、より高い信号対ノイズ比を有し得る。感度の低下は、ピークの時間遅延測定に基づいて適応閾値として実施することができる。したがって、至近距離ターゲットの閾値処理機能４１０は、至近距離にターゲットがある結果生じる全てのサイドローブを除去することができる。

ブレード変調誘導ピーク編集器４１４は、ブレード変調編集器スイッチ４１６により有効にされる。ブレード変調誘導ピーク編集器４１４は、航空機のブレードの変調効果によりドップラー空間で複製されるピーク検出結果を防止するために有効にされ得る。航空機がロータブレードを有する場合、ロータブレードは、航空機からのドップラーシフトに加えて、ブレードのドップラーシフトを生じさせ得る。ブレード変調誘発ピーク編集器４１４は、ＰＣＬシステム１００が航空機の検出オペレーションとともに用いられる場合に有効にされ得る。

ピーク検出ゼロ−ドップラー排除機能４１８は、ゼロ−ドップラー排除スイッチ４２０により有効にすることができる。ピーク検出ゼロ−ドップラー排除機能４１８は、既存のライントラックに関連することによるゼロ−ドップラー消去効果によって歪められる検出結果を防止するために有効にされ得る。ゼロ−ドップラー排除ゾーンは、ピーク検出の促進のために定義され得る。

ピーク編集機能およびフィルタにより用いられるデータは、検出器前処理オペレーションで計算することができる。たとえば、ゼロ−ドップラー消去および二乗平均平方根帯域幅の計算は、広帯域処理オペレーション中に行うことができ、それらの値はここで用いられる。

ピーク制限機能４２２は、ピーク編集機能３１８を参照して開示した機能により増進されるピークの最終的な数を制限することができる。ピークは、さらなる処理のために追尾アルゴリズムに進められる。信号対ノイズ比が最も高いピークは、ピーク検出ブロックの出力、すなわち検出データ３９４を形成するものであり得る。フィルタリングされたピークデータ４３０は、検出データ３９４内に含まれ得る。したがって、ピーク編集機能３１８は、ピーク検出結果をフィルタリングして、サイドローブ、至近距離のターゲット、およびブレード変調効果により生じる検出結果を除去する。

図５は、本発明の一態様によるＰＣＬオペレーションのために特徴を検出および抽出するフローチャートを示す。ステップ５０２は、アンビギュイティ表面データを平滑化することによって実行される。アンビギュイティ平滑化表面は、構成される場合、単純なＮ×Ｎの平滑化機能により平滑化することができる。アンビギュイティ表面平滑化機能を実施するために、上記に開示した代替方法を用いることができる。背景ノイズからターゲットのピークを検出および抽出する前に、アンビギュイティ表面データの不整を低減することができる。

ステップ５４０は、ターゲットまたは残存しているグランドクラッタを表すビンを走査することによって実行される。各クロスアンビギュイティ表面が、これらのビンを用いて走査される。ターゲットエコーにより生成された可能性が高いビンを求めて表面データを走査するために、ピーク−ノイズ判別出力を実施することができる。ステップ５０６は、標的ビームまたは表面にわたってビンを関連付けて、現在の更新のピーク検出結果を形成することによって実行される。たとえば、アンビギュイティ表面データを生み出すアンビギュイティ関数データは、個別の更新中に受け取られ得る。このデータは、ピーク検出結果をターゲットエコーの結果として確定するために解析および走査される。ステップ５０６で特定されたビンは、ピーク検出結果を形成するために個別のピークに分類され得る。ステップ５０８は、ピーク検出結果のターゲット測定パラメータを推定することによって実行される。各ピーク検出結果の遅延、ドップラー、到来角度、信号電力、および信号体ノイズ比などのターゲット測定パラメータが、ピークのロケーションおよびエネルギーから推定され得る。さらに、遅延、ドップラー、到来角度、および信号電力などの分散が、検出ピークから推定され得る。ステップ５１０は、検出されたピークを編集して、擬似警報を発生させ得る、ターゲットエコーの結果ではない検出されたピークの数を減らすことによって実行される。フィルタおよび機能は、これらの擬似ピーク検出結果が処理されることを防止するために有効にされ得る。

図６は、本発明の別の実施形態による、アンビギュイティ関数データから特徴を検出および抽出するフローチャートを示す。ステップ６０２は、アンビギュイティ関数データを入力することによって実行される。たとえば、アンビギュイティ関数データ３０２は、検出・特徴抽出処理サブシステム３００に入力され得る。ステップ６０４は、表面データクロスアンビギュイティ表面データを有するアンビギュイティ表面を形成することによって実行される。さらに、ステップ６０４では、アンビギュイティ表面データから強力ターゲットデータを消去することができる。ステップ６０６は、アンビギュイティ表面データを平滑化して、背景ノイズからのターゲットピークの判別前に不整を減らすことよって実行される。前述のように、アンビギュイティ表面の平滑化の３つの代替方法を実施することができる。アンビギュイティ表面データが平滑化されると、ステップ６０８は、ターゲットピークをノイズから判別することによって実行される。先行的に形成されたアンビギュイティ表面の更新でピーク／ノイズ判別機能により特定されたビンは、現在の更新のために初期化され得る。したがって、以前のピーク検出結果は、ターゲットエコー検出を更新するために現在のアンビギュイティ表面データと比較され得る。ステップ６１０は、ステップ６０８において先行的に形成されたアンビギュイティ表面の更新に相当していたビンを特定することによって実行される。既知のターゲットまたは残存しているグランドクラッタに関連するビンの全てが再び調べられると、アンビギュイティ表面が新たなターゲットエコーについて調べられる。さらに、ノイズ式の推定値が、残りのビンの平均電力に基づいて生成され得る。

ステップ６１０は、ビンを個別のピークに分類することによって実行される。これらのビンは、ステップ６０８のピーク／ノイズ判別オペレーションにより特定することができる。ステップ６１４は、検出されたピークから主なターゲットパラメータを推定することによって実行される。主なターゲットは、信号対ノイズ比、時間遅延、ドップラー、到来角度、信号電力などを含み得る。ステップ６１６は、検出されたピークを用いて高度なターゲットパラメータを導出することによって実行される。高度なターゲットパラメータは、ブレードレート、バイスタティックレーダ断面積などを含み得る。高度なターゲットパラメータは、検出されたピークの主なターゲットパラメータと関係がある。主なターゲットパラメータおよび高度なターゲットパラメータは、ＰＣＬシステム１００内のライン追尾機能により用いられ得る。

ステップ６１８は、ステップ６０４内で形成された自動アンビギュイティ表面データを走査することによって実行される。自動アンビギュイティ表面データの走査により、自動アンビギュイティピークを検出することができる。ステップ６２０は、ステップ６１８からの自動アンビギュイティピーク、ならびにステップ６１４およびステップ６１６からのターゲットパラメータデータを用いて検出されたピークを編集することにより行うことができる。検出されたピークは、擬似警報を発生させ得る、ターゲットエコーの結果ではないピークの数を減らすために編集される。フィルタリングされたオペレーションおよび他の判別機能は、擬似ピーク検出結果がさらに処理されることを防止するために有効にされ得る。ステップ６２２は、ターゲットパラメータ分散を計算することによって実行される。各ターゲットパラメータの分散は、その後のライン追尾機能において用いるために定義され得る。ステップ６２６は、さらなる処理のために出力される検出データを生成することによって実行される。好ましくは、検出データはライン追尾機能に出力され、ピーク測定データを存在するターゲットの検出に関連付けるか、または新たなターゲット検出データを生成する。

図７は、本発明の一実施形態によるノイズからピークを判別するフローチャートである。図７は、図６のステップ６０８およびステップ６１０に関係があり得る。しかしながら、図６のステップ６０８およびステップ６１０は、図７の開示されたステップに限定されない。

ステップ７０２は、先行的に形成されたアンビギュイティ表面からのビンを特定することによって実行される。先行的に形成されたアンビギュイティ表面は、現在の更新よりも前の時点の更新であり得る。ステップ７０４は、先行的に形成されたアンビギュイティ表面内の以前のビンを現在のアンビギュイティ表面の現在のビンに関連付けることによって実行される。以前のビンは、現在のアンビギュイティ表面の更新内のビンの集合に対する初期推量として用いられ得る。ステップ７０６は、新たなターゲットエコーのアンビギュイティ表面を調べることによって実行される。先行的に形成されたアンビギュイティ表面の更新に関係がなかったピークは、新たに検出されたターゲットのターゲットパラメータを計算する際に用いられ得る。ステップ７０８は、検出されたピークに従って新たなビンを特定することによって実行される。ステップ７１０は、残存しているグランドクラッタのターゲットエコーに関連しない残りのビンの平均電力に基づいてこれら４つを推定することによって実行される。

本発明の精神または範囲から逸脱しない限り、本発明の開示された実施形態に様々な変更および変形を加えることができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、任意の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内にある限り、本発明の変更および変形を具現することが意図される。

本発明の一実施形態によるレーダシステム、ターゲット、および送信機のブロック図である。 本発明の一実施形態によるパッシブコヒーレント探索システムのブロック図である。 本発明の一実施形態による検出・特徴抽出処理サブシステムのブロック図である。 本発明の一態様によるピーク編集機能のブロック図である。 本発明の一実施形態によるＰＣＬオペレーションのために特徴を検出および抽出するフローチャートである。 本発明の一実施形態によるアンビギュイティ関数データから特徴を検出および抽出するフローチャートである。 本発明の一実施形態によるノイズからピークを判別するフローチャートである。

Claims (56)

1. パッシブコヒーレント探索システム内でのコヒーレント処理区間中のターゲット情報を検出および抽出する方法であって、
   前記コヒーレント処理区間のアンビギュイティ表面データを有するアンビギュイティ表面を形成する工程、
   先行的に形成されたアンビギュイティ表面からのビンを特定する工程、
   先行的に形成されたアンビギュイティ表面からの前記ビンを前記アンビギュイティ表面データに関連付ける工程、および
   前記アンビギュイティ表面内の新たなターゲットエコーの新たなビンを特定する工程、を備えるパッシブコヒーレント探索システム内でのコヒーレント処理区間中のターゲット情報を検出および抽出する方法。
2. 前記アンビギュイティ表面を平滑化する工程をさらに備える請求項１に記載のターゲット情報を検出および抽出する方法。
3. 前記アンビギュイティ表面を先行的に形成されたアンビギュイティ表面と比較する工程をさらに備える請求項１に記載のターゲット情報を検出および抽出する方法。
4. 前記ビンについて前記アンビギュイティ表面を走査する工程をさらに備える請求項３に記載のターゲット情報を検出および抽出する方法。
5. ピーク検出結果を形成するために、先行的に形成されたアンビギュイティ表面からのビンおよび前記新たなビンを標的ビームにわたって関連付ける工程をさらに備える請求項１に記載のターゲット情報を検出および抽出する方法。
6. 前記ピーク検出結果からターゲットパラメータを推定する工程をさらに備える請求項５に記載のターゲット情報を検出および抽出する方法。
7. 前記ピーク検出結果を編集する工程をさらに備える請求項６に記載のターゲット情報を検出および抽出する方法。
8. ノイズフロアを推定する工程をさらに備える請求項１に記載のターゲット情報を検出および抽出する方法。
9. 前記推定する工程は、前記新たなビンの平均電力を前記ノイズフロアとして確定する工程を備える請求項８に記載のターゲット情報を検出および抽出する方法。
10. パッシブコヒーレント探索システムにおいてコヒーレント処理区間内のターゲットのターゲットデータを検出および抽出する方法であって、
    アンビギュイティ表面を生成する工程、
    ビンを前記アンビギュイティ表面に関連付ける工程、
    前記ビンと、前記先行的に形成されたアンビギュイティ表面からの複数の古いビンとから、前記コヒーレント処理区間内のターゲットエコーと関係があるピーク検出結果を形成する工程、および
    前記ピーク検出結果からターゲットパラメータを推定する工程、を備えるパッシブコヒーレント探索システムにおいてコヒーレント処理区間内のターゲットのターゲットデータを検出および抽出する方法。
11. 前記ピーク検出結果を編集する工程をさらに備える請求項１０に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
12. 前記編集する工程は、前記ピーク検出結果のピーク測定データを受け取る工程を備える請求項１１に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
13. 前記編集する工程は、前記ピーク検出結果からのサイドローブピークをフィルタリングする工程を備える請求項１１に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
14. 前記編集する工程は、至近距離のターゲットからのサイドローブを前記ピーク検出結果から除去する工程を備える請求項１１に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
15. 前記編集する工程は、検出されたブレード変調ピーク検出結果を前記ピーク検出結果から除去する工程を備える請求項１１に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
16. 前記編集する工程は、ゼロ−ドップラー消去効果からのピーク検出結果を前記ピーク検出結果から除去する工程を備える請求項１１に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
17. 前記アンビギュイティ表面を平滑化する工程をさらに備える請求項１０に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
18. 前記ターゲットパラメータの分散を推定する工程をさらに備える請求項１０に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
19. 前記コヒーレント処理区間の前記ピーク検出結果を含む検出データを出力する工程をさらに備える請求項１０に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
20. 前記出力する工程は、ライントラッカーに出力する工程を備える請求項１９に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
21. 前記検出データは、前記ピーク検出結果の前記ターゲットパラメータをさらに備える請求項１９に記載のターゲットデータを検出および抽出する方法。
22. パッシブコヒーレント探索システムにおいて、アンビギュイティ表面のアンビギュイティ表面データから潜在的なターゲットのターゲットパラメータを抽出する方法であって、前記アンビギュイティ表面データは、コヒーレント処理区間および前記潜在的なターゲットのエコーと関係があり、該方法は、
    先行的に形成されたアンビギュイティ表面を検索する工程、
    前記アンビギュイティ表面データを先行的に形成されたアンビギュイティ表面と比較する工程であって、それにより既知のターゲットに関連するビンを特定する、比較する工程、
    前記ビンを前記アンビギュイティ表面データで更新する工程、
    前記潜在的なターゲットのエコーの新たなターゲットエコーについて新たなビンを特定する工程、
    前記ビンおよび前記新たなビンをピーク検出結果に分類する工程、および
    前記ピーク検出結果から前記潜在的なターゲットの前記ターゲットパラメータを推定する工程、を備えるパッシブコヒーレント探索システムにおいて、アンビギュイティ表面のアンビギュイティ表面データから潜在的なターゲットのターゲットパラメータを抽出する方法。
23. 前記ピーク検出結果および前記ターゲットパラメータを出力する工程をさらに備える、請求項２２に記載の潜在的なターゲットのターゲットパラメータを抽出する方法。
24. パッシブコヒーレント探索システムにおいて、コヒーレント処理区間のアンビギュイティ表面から潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステムであって、
    前記アンビギュイティ表面を形成し、かつアンビギュイティ表面データを生成するアンビギュイティ表面形成機能、
    前記アンビギュイティ表面データを用いて、先行的に形成されたアンビギュイティ表面において特定される既知のターゲットおよび新たなターゲットのビンを特定するピーク／ノイズ判別機能、
    前記ビンを分類して、前記既知のターゲットおよび前記新たなターゲットに関連するピーク検出結果を確定するピーク関連付け機能、
    前記ピーク検出結果から前記既知のターゲットおよび前記新たなターゲットのターゲットパラメータを推定するパラメータ推定機能、および
    前記ピーク検出結果を編集するピーク編集機能、を備えるパッシブコヒーレント探索システムにおいて、コヒーレント処理区間のアンビギュイティ表面から潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
25. 前記ピーク／ノイズ判別機能は、前記新たなビンの平均電力からノイズフロアを推定する請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
26. 前記ターゲットパラメータの分散を定義する分散計算機能をさらに備える請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
27. 前記アンビギュイティ表面を平滑化するアンビギュイティ表面平滑化機能をさらに備える請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
28. 前記アンビギュイティ表面平滑化機能は、前記アンビギュイティ表面平滑化機能と前記アンビギュイティ表面形成機能の間の平滑化スイッチにより有効にされる請求項２７に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
29. 前記ピーク編集機能は、サイドローブピーク検出フィルタを備える請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
30. 前記ピーク編集機能は、二乗平均平方根帯域幅により定義されるピーク検出排除機能を備える請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
31. 前記二乗平均平方根帯域幅により定義されるピーク検出排除機能は、閾値を下回るピーク検出結果が排除されるように前記閾値を定義する請求項３０に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
32. 前記ピーク編集機能は、至近距離ターゲットの閾値処理機能を備える請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
33. 前記ピーク編集機能は、ブレード変調誘導ピーク編集器を備える請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
34. 前記ピーク編集機能は、ピーク検出ゼロ−ドップラー排除機能を備える請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
35. 前記ピーク編集機能は、前記ピーク検出結果を編集する少なくとも１つの機能、および該少なくとも１つの機能を有効にする少なくとも１つのスイッチを備える請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
36. 前記ピーク編集機能は、前記ピーク検出結果を編集する少なくとも１つのフィルタと、該少なくとも１つのフィルタを有効にする少なくとも１つのスイッチとを備える請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
37. 強力なターゲットのピーク検出結果を消去する強力ターゲット消去機能をさらに備える請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
38. 前記強力ターゲット消去機能は、強力ターゲット消去スイッチにより有効にされる請求項３７に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
39. 前記アンビギュイティ表面形成は、前記アンビギュイティ表面と関係があるアンビギュイティ関数データブロックを受け取る請求項２４に記載の潜在的なターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
40. パッシブコヒーレント探索システムにより特定されたターゲットの特徴を検出および抽出する方法であって、
    ビンを、アンビギュイティ表面データと、先行的に形成されたアンビギュイティ表面からの１つ以上の古いビンとに関連付ける工程、および
    前記関連付けられたビンからのピーク検出結果を形成する工程、を備えるパッシブコヒーレント探索システムにより特定されたターゲットの特徴を検出および抽出する方法。
41. 前記ピーク検出結果からターゲットパラメータを推定する工程をさらに備える請求項４０に記載のターゲットの特徴を検出および抽出する方法。
42. 前記ピーク検出結果から前記ターゲットパラメータの分散を計算する工程をさらに備える請求項４１に記載のターゲットの特徴を検出および抽出する方法。
43. 少なくとも１つのフィルタを用いて前記ピーク検出結果を編集する工程をさらに備える請求項４０に記載のターゲットの特徴を検出および抽出する方法。
44. 少なくとも１つの編集関数を用いて前記ピーク検出結果を編集する工程をさらに備える請求項４０に記載のターゲットの特徴を検出および抽出する方法。
45. 前記アンビギュイティ表面データを含むアンビギュイティ表面を形成する工程をさらに備える請求項４０に記載のターゲットの特徴を検出および抽出する方法。
46. 前記アンビギュイティ表面を平滑化する工程であって、それにより前記アンビギュイティ表面から不整を除去する、平滑化する工程をさらに備える請求項４５に記載のターゲットの特徴を検出および抽出する方法。
47. ターゲットを検出して、アンビギュイティ表面のアンビギュイティ表面データからターゲットパラメータを確定する検出・特徴抽出処理サブシステムを有するパッシブコヒーレント探索レーダシステムであって、
    先行的に形成されたアンビギュイティ表面データを前記アンビギュイティ表面データと比較し、かつ先行的に形成されたアンビギュイティ表面データと関係があるビンを更新するピーク／ノイズ判別器、
    前記アンビギュイティ表面内の新たなターゲットエコーについて新たなビンを特定する前記ピーク／ノイズ判別器、
    前記ビンおよび前記ピーク／ノイズ判別器により特定された前記新たなビンを分類し、かつ前記ターゲットと関係があるピーク検出結果を形成するピークアソシエータ、および
    前記ピーク検出結果から前記ターゲットパラメータを推定するパラメータ推定器、を備えるターゲットを検出して、アンビギュイティ表面のアンビギュイティ 表面データからターゲットパラメータを確定する検出・特徴抽出処理サブシステムを有するパッシブコヒーレント探索レーダシステム。
48. 前記ピーク検出結果を編集するピーク編集器をさらに備える請求項４７に記載のパッシブコヒーレント探索レーダシステム。
49. 前記アンビギュイティ表面を形成するアンビギュイティ表面形成器をさらに備える請求項４７に記載のパッシブコヒーレント探索レーダシステム。
50. 前記アンビギュイティ表面から不整を除去するアンビギュイティ表面平滑器をさらに備える請求項４９に記載のパッシブコヒーレント探索レーダシステム。
51. パッシブコヒーレント探索システム内でコヒーレント処理区間中のターゲット情報を検出および抽出するシステムであって、
    前記コヒーレント処理区間のアンビギュイティ表面データを有するアンビギュイティ表面を形成する手段、
    先行的に形成されたアンビギュイティ表面からのビンを特定する手段、
    先行的に形成されたアンビギュイティ表面からの前記ビンを前記アンビギュイティ表面データに関連付ける手段、および
    前記アンビギュイティ表面内の新たなターゲットエコーについて新たなビンを特定する手段、を備えるパッシブコヒーレント探索システム内でコヒーレント処理区間中のターゲット情報を検出および抽出するシステム。
52. コンピュータ可読コードを中に取り込んでいるコンピュータ使用可能媒体を備え、パッシブコヒーレント探索システム内でコヒーレント処理区間中のターゲット情報を検出および抽出するためのコンピュータプログラム製品であって、コンピュータ上で実行されると、
    前記コヒーレント処理区間のアンビギュイティ表面データを有するアンビギュイティ表面を形成するステップ、
    先行的に形成されたアンビギュイティ表面からのビンを特定するステップ、
    先行的に形成されたアンビギュイティ表面からの前記ビンを前記アンビギュイティ表面データに関連付けるステップ、および
    前記アンビギュイティ表面内の新たなターゲットエコーについて新たなビンを特定するステップ、を含む複数のステップを実行するようになっているコンピュータプログラム製品。
53. パッシブコヒーレント探索システムにおいてコヒーレント処理区間内のターゲットのターゲットデータを検出および抽出するシステムであって、
    アンビギュイティ表面を生成する手段、
    ビンを前記アンビギュイティ表面に関連付ける手段、
    前記ビンおよび先行的に形成されたアンビギュイティ表面からの１つ以上の古いビンから、前記コヒーレント処理区間内のターゲットエコーと関係があるピーク検出結果を形成する手段、および
    前記ピーク検出結果からターゲットパラメータを推定する手段、を備えるパッシブコヒーレント探索システムにおいてコヒーレント処理区間内のターゲットのターゲットデータを検出および抽出するシステム。
54. コンピュータ可読コードを中に取り込んでいるコンピュータ使用可能媒体を備え、パッシブコヒーレント探索システムにおいてコヒーレント処理区間内のター ゲットのターゲットデータを検出および抽出するためのコンピュータプログラム製品であって、コンピュータ上で実行されると、
    アンビギュイティ表面を生成するステップ、
    ビンを前記アンビギュイティ表面に関連付けるステップ、
    前記ビンおよび先行的に形成されたアンビギュイティ表面からの１つ以上の古いビンからのピーク検出結果を形成するステップであって、該ピーク検出結果は、前記コヒーレント処理区間内のターゲットエコーと関係がある、形成するステップ、および
    前記ピーク検出結果からターゲットパラメータを推定するステップ、を含む複数のステップを実行するようになっているコンピュータプログラム製品。
55. パッシブコヒーレント探索システムにより特定されるターゲットの特徴を検出および抽出するシステムであって、
    ビンおよび先行的に形成されたアンビギュイティ表面からの１つ以上の古いビンをアンビギュイティ表面データに関連付ける手段、および
    前記関連付けられたビンからのピーク検出結果を形成する手段、を備えるパッシブコヒーレント探索システムにより特定されたターゲットの特徴を検出および抽出するシステム。
56. コンピュータ可読コードを中に取り込んでいるコンピュータ使用可能媒体を備え、パッシブコヒーレント探索システムによって特定されるターゲットの特徴を検出および抽出するためのコンピュータプログラム製品であって、コンピュータ上で実行されると、
    ビンおよび先行的に形成されたアンビギュイティ表面からの１つ以上の古いビンをアンビギュイティ表面データに関連付けるステップ、および
    前記関連付けられたビンからのピーク検出結果を形成するステップ、を含む複数のステップを実行するようになっているコンピュータプログラム製品。

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