JP4468203B2

JP4468203B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP4468203B2
Application number: JP2005042324A
Authority: JP
Inventors: 晋一竹谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: JP2006226897A

Description

本発明は、メインローブ及び妨害環境下でクラッタ及び妨害を抑圧するＳＬＣ（Sidelobe Cancellation；サイドローブ・キャンセラ）搭載のレーダ装置に関する。

従来のレーダ装置に搭載されるＳＬＣでは、主アンテナのサイドローブよりも利得の高い補助アンテナからの信号を使って、妨害到来方向のアンテナ感度を０とする、いわゆるヌル点（ノッチ）を形成するようにしている（例えば非特許文献１参照）。しかしながら、実際には、メインローブ及び妨害環境下で、ビーム出力に妨害レベルよりも大きなクラッタが含まれる場合にＳＬＣを動作させると、メインローブクラッタを低減するようにＳＬＣが動作してしまい、妨害を抑圧することができない。

この対策として、ＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標指示装置）によりクラッタを抑圧した後に、ＳＬＣ動作する方法がある（非特許文献２参照）。この方法は、複数のパルスヒットのＰＲＩ（Pulse Repetition Interval；パルス繰返し間隔）間のデータを用いて周波数軸上にドップラー中心周波数が０となる位置にノッチを形成するＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標指示装置）処理を利用し、主アンテナで得られる主ＣＨ（Channel；チャンネル）信号と補助アンテナで得られる補助ＣＨ信号それぞれについて、ＭＴＩによりメインローブクラッタを抑圧した後にＳＬＣ処理を施すことで、メインローブクラッタ及び妨害環境下における妨害を抑圧するようにしている。

この方法によれば、ドップラー中心周波数が０のクラッタの場合には、ＭＴＩによりクラッタが抑圧されるため、その後段のＳＬＣにより妨害が抑圧される。しかしながら、ドップラー中心周波数が０ドップラーと異なるクラッタが入力された場合には、０ドップラーに対してノッチ（ヌル）を持つＭＴＩでは抑圧しきれず、クラッタが残留し、その結果クラッタも妨害も十分抑圧しきれないという問題があった。
電子情報通信学会、"改訂レーダ技術"、ｐｐ．２９５−２９６ Alfonso Farina,"Antenna-Based Signal Processing Techniques for Radar Systems", Artech House,pp.170-176(1992) 菊間信良、"アレーアンテナによる適応信号処理"、科学技術出版（1999）、ｐｐ．６７−８６菊間信良、"アレーアンテナによる適応信号処理"、科学技術出版（1999）、ｐｐ．３５−３７，９８−９９特許登録番号Ｐ１８１６５４８：アダプティブアンテナ装置

以上述べたように、従来のＳＬＣ搭載のレーダ装置では、ドップラー中心周波数が０ドップラーと異なるクラッタが入力された場合には、０ドップラーに対してノッチ（ヌル）を持つＭＴＩでは抑圧しきれずクラッタが残留し、その結果クラッタも妨害も十分抑圧しきれないという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、中心周波数が０ドップラー以外のクラッタや妨害の存在する環境下でも、クラッタ及び妨害の両者を十分抑圧することのできるレーダ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明に係るレーダ装置は以下のように構成される。

（１）ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval；パルス繰り返し周期）間隔で送信されるパルスの反射パルスを受信する主アンテナ及び補助アンテナと、主アンテナから出力される主チャンネル信号、補助アンテナから出力される補助アンテナ信号それぞれに、ＰＲＩ間の複数のパルスヒットのデータを用いて周波数軸上にノッチを形成することでクラッタ成分を除去するＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標指示装置）処理を施すＭＴＩ処理手段と、前記ＭＴＩ処理手段に対して前記ノッチ位置を複数通りに変化させ、各ノッチ位置での前記主チャンネル信号、補助チャンネル信号それぞれのＭＴＩ処理結果を出力させるノッチ位置制御手段と、前記複数通りのノッチ位置での前記ＭＴＩ処理後の主チャンネル信号及び補助チャンネル信号間でＳＬＣ（Sidelobe Cancellation；サイドローブ・キャンセラ）処理を施して妨害信号を抑圧するＳＬＣ処理手段と、前記複数通りのノッチ位置それぞれで得られる前記ＳＬＣ処理出力の中から少なくとも最小の残留電力となる信号を選択的に出力する出力選択手段とを具備することを特徴とする。

（１）の構成によるレーダ装置では、ノッチの中にはクラッタを周波数軸上で抑圧できるものがあり、その出力においてはＳＬＣ動作により妨害成分も抑圧することができることに着目し、主チャンネル信号及び補助チャンネル信号それぞれについて、ノッチ位置の異なる複数のＭＴＩ処理を施した後、それぞれのＭＴＩ出力についてＳＬＣ処理を実行し、その処理結果の中から最小の残留電力となるものを選択するようにしている。

（２）ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval；パルス繰り返し周期）間隔で送信されるパルスの反射パルスを受信する主アンテナ及び補助アンテナと、主アンテナから出力される主チャンネル信号、補助アンテナから出力される補助アンテナ信号それぞれに、ＰＲＩ間の複数のパルスヒットのデータを用いて周波数軸上にノッチを形成することでクラッタ成分を除去するＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標指示装置）処理を施すＭＴＩ処理手段と、前記ＭＴＩ処理後の主チャンネル信号及び補助チャンネル信号間でＳＬＣ（Sidelobe Cancellation；サイドローブ・キャンセラ）処理を施して妨害信号を抑圧するＳＬＣ処理手段と、前記ＭＴＩ処理手段に対して前記ＳＬＣ処理出力が予め決められた閾値を下回るように前記ノッチ位置を変化させるノッチ位置制御手段とを具備することを特徴とする。

（２）の構成によるレーダ装置では、主チャンネル信号及び補助チャンネル信号それぞれについて、ノッチ位置をフィードバックループにより制御したＭＴＩ処理によってクラッタ成分を除去した後にＳＬＣ動作させることで、クラッタ、妨害成分を共に抑圧するようにしている。

本発明によれば、中心周波数が０ドップラー以外のクラッタや妨害の存在する環境下でも、クラッタ及び妨害の両者を十分抑圧することのできるレーダ装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るＳＬＣ搭載レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１において、１１，２１はそれぞれフェーズド・アレイによる主アンテナと補助アンテナであり、ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval；パルス繰り返し周期）間隔で送信されるパルスの反射パルスを受信する。各アンテナ１１，２１から出力される主ＣＨ信号Ｘb 、補助ＣＨ信号Ｘa はそれぞれＭＴＩ処理部１２，２２に入力され、ＰＲＩ間の複数のパルスヒットのデータを用いて周波数軸上にノッチを形成することでクラッタ成分を除去するＭＴＩによってクラッタ成分が抑圧される。各ＭＴＩ処理部１２，２２の出力Ｘbmti ，Ｘamti はＳＬＣ処理部３０に入力される。

上記ＳＬＣ処理部３０は、遅延回路Ａ１、増幅器Ａ２，Ａ３、加算器Ａ４による帯域フィルタと、乗算器Ａ５，Ａ６及び減算器Ａ７による重み付け回路で構成され、入力信号帯域において、主アンテナ１１のサイドローブ方向から入力される妨害信号を補助アンテナ２１に入力される妨害信号で打ち消し、これによって入力信号帯域の妨害信号を角度方向のフィルタで抑圧する。

本実施形態のレーダ装置は、さらにノッチ位置制御部４０、出力選定部５０を備える。ノッチ位置制御部４０は、上記ＭＴＩ１２，２２のそれぞれに対して、ＰＲＩ間の複数のパルスヒットのデータを用いて周波数軸上に形成されるノッチ位置をＰ（Ｐは２以上の自然数で任意に決定される）通りに変化させ、各ノッチ位置での前記主チャンネル信号、補助チャンネル信号それぞれのＰ通りのＭＴＩ処理結果を出力させる。ＳＬＣ処理部３０は、Ｐ通りのＭＴＩ処理結果それぞれに妨害除去処理を行って、順次、出力選定部５０に出力する。この出力選定部５０は、Ｐ個の入力信号の中から電力が最小となる信号を選択してビーム出力とする。

上記構成において、以下、図２及び図３を参照して第１の実施形態の処理動作を説明する。

図２（ａ）は主アンテナ１１及び補助アンテナ２１から出力されるＮパルスの主ＣＨ信号、補助ＣＨ信号で、これらの主ＣＨ信号、補助ＣＨ信号は、それぞれＭＴＩ処理部１２，２２によって、図２（ｂ）に示すようにＬ個のＰＲＩのレンジセル毎にＭＴＩ処理される。この様子を次式に示す。

周波数軸上のノッチ位置はＭＴＩのウェイト制御により実現される。そこで、例えば２パルスＭＴＩ（Ｌ＝２）の場合には、次式によりＰ通りのノッチ位置を制御（４０）する。

ノッチ位置は、ＰＲＦ内で均等に選択してもよいし、クラッタがありそうなドップラー周波数付近に集中して配置してもよい。また、ノッチの幅を制御した係数を設定してもよいのは言うまでもない。Ｐ通りのノッチ位置における各ＭＴＩ出力を図２（ｃ）に示す。

このＰ通りのＭＴＩ信号を用いて、次式によりＳＬＣ（非特許文献２参照）（３０）を実施する。ＳＬＣの動作原理図を図３示す。今、図３（ａ）に示すように、主アンテナ１１に対して目標信号と共にサイドローブ方向から妨害信号が到来したとする。このとき、ＳＬＣ処理部３０は、図３（ｂ）に示すように、主アンテナ１１のサイドローブ方向から入力される妨害信号を補助アンテナ２１に入力される妨害信号で打ち消す、すなわち図３（ｃ）に示すようにヌル点を形成するものである。これにより、妨害信号を角度方向のフィルタで抑圧することができる。このＳＬＣ処理の様子を次式に示すと共に、図２（ｄ）に示す。

この出力Ｙout(p,itr) の収束後の電力を比較し、図２（ｅ）に示すように、電力が最小となるｐminの出力を選定（５０）して、以降のレーダ処理を実施する。

ここで、図４に、入力信号とＭＴＩ周波数応答との関係を示す。図４（ａ）は、ＰＲＦ帯域内にグランドクラッタ、ウェザクラッタ、妨害が存在する入力信号を示している。このようなクラッタ及び妨害が含まれる入力信号に対し、同図（ｂ），（ｃ），（ｄ），…に示すようにＭＴＩのフィルタ帯域を切り替えてノッチ位置を変化させていく。すると、同図（ｄ）に示すように、０ドップラー以外のクラッタを抑圧できる場合がある（図ではウェザクラッタ）。

以上のように、本実施形態では、Ｐ通りのＭＴＩによりそれぞれ周波数軸上でクラッタを抑圧し、ＳＬＣにより空間軸上（角度軸）でアンテナパターンのヌルを形成し、妨害を抑圧する。その出力のうち、残留電力が最小のＳＬＣ出力を選定するようにしているので、中心周波数が０ドップラー以外のクラッタや妨害の存在する環境下でも、クラッタ及び妨害の両者を十分抑圧することができる。

尚、図４では、０ドップラー周波数とそれ以外のドップラー周波数にヌルを同時に形成する場合を示しているが、ヌルの位置を制御する主旨であれば、単一のヌルの場合や、複数のヌルを同時に形成する場合でも同様に実施可能であることは言うまでもない。

また、ＳＬＣ出力のうち、最小の残留電力のものを選定する代わりに、小さいほうから数番目の出力まで選定して、以降のレーダ信号処理を実施するようにしてもよい。

尚、本実施形態では、補助アンテナが１ＣＨの場合で説明したが、妨害数が複数の場合には、補助アンテナを複数ＣＨにして、補助アンテナ〜ＳＬＣの系統を複数並列に並べればよい。補助ＣＨがｍチャンネルの場合の系統を図５に示す。この場合、補助ＣＨの各ＳＬＣ系統Ｂ１１，Ｂ１２，…，Ｂ１ｍの出力を加算器Ｂ２で加算し、減算器Ｂ３にて主ＣＨの信号から減算することで、妨害数分のヌルを形成することができる。尚、図５では、複数ループのＭＳＮ方式（非特許文献３参照）の場合を示しているが、縦続接続するグラムシュミット方式（特許文献１参照）や直接解方式（非特許文献４参照）等、他の方式でよいのは言うまでもない。

（第２の実施形態）
図６は本発明の第２の実施形態に係るＳＬＣ搭載レーダ装置の構成を示すブロック図である。但し、図６において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。

本実施形態は、主アンテナ１１及び補助アンテナ２１で得られる主ＣＨ信号と補助ＣＨ信号において、ＭＴＩ処理部１２，２２によって周波数軸上のノッチ位置を設定したＭＴＩを行い、さらにＳＬＣ処理部３０により妨害を抑圧する。そして、ノッチ位置制御部６０において、ＳＬＣ出力と所定のスレショルドを比較し、スレショルド以上であれば、ＭＴＩのノッチ位置を変化させて、再度、ＭＴＩ及びＳＬＣの処理結果がスレショルド以下になるまで繰り返すフィードバックループを備えるものである。

すなわち、上記構成によるＳＬＣ搭載レーダ装置では、主ＣＨ信号及び補助ＣＨ信号それぞれについて、ノッチ位置をフィードバックループにより制御したＭＴＩ処理によってクラッタ成分を除去した後にＳＬＣ動作させるようにしているので、先に説明した第１の実施形態と同様に、クラッタ、妨害成分を共に抑圧することができる。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るＳＬＣ搭載レーダ装置の構成を示すブロック図。図１に示すレーダ装置の処理動作を説明するためのタイミング波形図。本発明に適用されるＳＬＣ処理の概要を説明するための図。図１に示すレーダ装置で複数通りのＭＴＩ処理を行った場合の効果を説明するための図。第１の実施形態において、補助ＣＨが複数の場合の系統構成を示すブロック図。本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１１…主アンテナ、
２１…補助アンテナ、
１２，２２…ＭＴＩ処理部、
３０…ＳＬＣ処理部、
４０，６０…ノッチ位置制御部
５０…出力選定部、
Ａ１…遅延回路、
Ａ２，Ａ３…増幅器、
Ａ４…加算器、
Ａ５，Ａ６…乗算器、
Ａ７…減算器、
Ｂ１１〜Ｂ１ｍ…ＳＬＣ処理回路、
Ｂ１…加算器、
Ｂ２…減算器。

Claims

ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval；パルス繰り返し周期）間隔で送信されるパルスの反射パルスを受信する主アンテナ及び補助アンテナと、
主アンテナから出力される主チャンネル信号、補助アンテナから出力される補助アンテナ信号それぞれに、ＰＲＩ間の複数のパルスヒットのデータを用いて周波数軸上にノッチを形成することでクラッタ成分を除去するＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標指示装置）処理を施すＭＴＩ処理手段と、
前記ＭＴＩ処理手段に対して前記ノッチ位置を複数通りに変化させ、各ノッチ位置での前記主チャンネル信号、補助チャンネル信号それぞれのＭＴＩ処理結果を出力させるノッチ位置制御手段と、
前記複数通りのノッチ位置での前記ＭＴＩ処理後の主チャンネル信号及び補助チャンネル信号間でＳＬＣ（Sidelobe Cancellation；サイドローブ・キャンセラ）処理を施して妨害信号を抑圧するＳＬＣ処理手段と、
前記複数通りのノッチ位置それぞれで得られる前記ＳＬＣ処理出力の中から少なくとも最小の残留電力となる信号を選択的に出力する出力選択手段と、
を具備することを特徴とするレーダ装置。
ＰＲＩ（Pulse Repetition Interval；パルス繰り返し周期）間隔で送信されるパルスの反射パルスを受信する主アンテナ及び補助アンテナと、
主アンテナから出力される主チャンネル信号、補助アンテナから出力される補助アンテナ信号それぞれに、ＰＲＩ間の複数のパルスヒットのデータを用いて周波数軸上にノッチを形成することでクラッタ成分を除去するＭＴＩ（Moving Target Indicator；移動目標指示装置）処理を施すＭＴＩ処理手段と、
前記ＭＴＩ処理後の主チャンネル信号及び補助チャンネル信号間でＳＬＣ（Sidelobe Cancellation；サイドローブ・キャンセラ）処理を施して妨害信号を抑圧するＳＬＣ処理手段と、
前記ＭＴＩ処理手段に対して前記ＳＬＣ処理出力が予め決められた閾値を下回るように前記ノッチ位置を変化させるノッチ位置制御手段と、
を具備することを特徴とするレーダ装置。
前記ノッチ位置制御手段は、前記ノッチ位置を前記ＰＲＩ内で均等に変化させることを特徴とする請求項１または２記載のレーダ装置。
前記ノッチ位置制御手段は、前記ノッチ位置を前記ＭＴＩ処理でクラッタの存在が予想されるドップラー周波数付近に集中して配置することを特徴とする請求項１または２記載のレーダ装置。