JP4625720B2 - Radar equipment - Google Patents
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Description
本発明は、時間周波数軸上で目標を検出するレーダ装置に関する。 The present invention relates to a radar apparatus that detects a target on a time-frequency axis.
周知のように、レーダ装置にあっては、目標からの反射エコーに基づくビデオ信号をフーリエ変換して周波数軸上のスペクトラムを求め、これをフィルタリングすることで目標成分を抽出する。 As is well known, in a radar apparatus, a video signal based on a reflected echo from a target is Fourier transformed to obtain a spectrum on the frequency axis, and a target component is extracted by filtering the spectrum.
例えば、ヘリコプタのブレード信号のように、時間周波数軸上で、広がりをもつ目標信号を検出する際に、STFT(短時間フーリエ変換、非特許文献1参照)を用いる。この検出方法は、MTI(移動目標検出;Moving Target Indicator、非特許文献2参照)によりクラッタを抑圧した信号に対して、STFTを実施して、時間軸上のCFAR(一定誤警報率;Constant False Alarm Rate、非特許文献3参照)をかけ、所定のスレショルドと比較することにより目標を検出するというものである。 For example, STFT (short-time Fourier transform, see Non-Patent Document 1) is used to detect a target signal having a spread on the time-frequency axis, such as a helicopter blade signal. In this detection method, STFT is performed on a signal in which clutter is suppressed by MTI (moving target indicator; see Non-Patent Document 2), and CFAR (constant false alarm rate; Constant False on the time axis) is performed. The target is detected by applying Alarm Rate (see Non-Patent Document 3) and comparing it with a predetermined threshold.
しかしながら、上記のような従来のレーダ装置では、時間周波数軸で局所的にクラッタが残留するようなクラッタ信号があった場合に、誤検出があがって誤警報となってしまうという問題があった。これを防ぐために、従来では、時間軸及び周波数軸で隣接セルと相関をとり、広がりがあればクラッタとして棄却するという方法が提案されている。しかしながら、このような相関処理を追加することは、演算処理規模の増大となり、効率的に目標を検出することができない。
以上述べた従来のレーダ装置では、時間周波数軸上で広がりをもつ目標信号を検出する際に、残留クラッタ成分によって誤警報が検出されるという問題があり、これを防ぐためにはクラッタの広がりを検出するための相関処理が必要であり、処理規模の増大となる問題があった。 In the conventional radar apparatus described above, there is a problem that a false alarm is detected by the residual clutter component when detecting a target signal having a spread on the time-frequency axis. To prevent this, the spread of the clutter is detected. There is a problem that the correlation processing is necessary to increase the processing scale.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、目標信号が時間周波数軸で広がりを持つことを利用して、クラッタ等による誤警報を簡易な手法で低減するレーダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a radar apparatus that reduces false alarms caused by clutter or the like by a simple method by utilizing the fact that the target signal has a spread on the time-frequency axis. For the purpose.
上記目的を達成するために本発明に係るレーダ装置は、必要に応じてMTI処理した後、STFTまたはウェーブレット変換を実施して時間周波数軸に変換した後、必要に応じてCFARをかけて、最大値のセルを検出し、その回りのNセルのうち、Mセルがスレショルドを越えた場合に、検出をあげる、あるいは最大値から複数番目までの極値を中心に選定されたセルの回りのNセルのうち、Mセルがスレショルドを越えた場合に目標の検出をあげるものである。 In order to achieve the above object, the radar apparatus according to the present invention performs MTI processing as necessary, performs STFT or wavelet conversion to convert it to the time frequency axis, and then applies CFAR as necessary. If a cell having a value is detected and the M cell exceeds the threshold among the N cells around it, the detection is increased, or N around the cell selected around the maximum value to a plurality of extreme values is selected. Target detection is performed when M cells out of the cells exceed the threshold.
上記構成によるレーダ装置では、目標信号が広がりを持っているため、最大値の回りの所定の範囲のNセルを決めて、その中でMセル以上スレショルドを越えるかどうかを判定することにより、目標信号とクラッタ信号の弁別ができて、目標信号のみを検出できる。さらに、MTI処理、CFAR処理を併用すれば、それぞれの処理後のクラッタは、時間周波数軸上で広がりを持ちにくいため、いっそう効果的である。 In the radar apparatus having the above-described configuration, since the target signal has a spread, N cells in a predetermined range around the maximum value are determined, and it is determined whether or not the threshold is exceeded by more than M cells. The signal and clutter signal can be discriminated, and only the target signal can be detected. Furthermore, if the MTI process and the CFAR process are used together, the clutter after each process is more effective because it is difficult to spread on the time-frequency axis.
上述したように本発明に係るレーダ装置は、クラッタ環境化において、時間周波数軸上で広がりをもつ目標信号を、誤警報を低減した上で、検出する能力を高めることができる。したがって、本発明によれば、時間周波数軸で目標信号が広がりを持つことを利用して、クラッタ等による誤警報を簡易な手法で低減するレーダ装置を提供することができる。 As described above, the radar apparatus according to the present invention can increase the ability to detect a target signal having a spread on the time-frequency axis while reducing false alarms in a clutter environment. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a radar apparatus that reduces false alarms caused by clutter or the like by a simple method by utilizing the spread of the target signal on the time-frequency axis.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係わるレーダ装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。図1において、目標からの反射エコーを捕捉して得られた受信信号はMTI処理部11に供給され、ここでMTI処理が実施されてクラッタ成分が抑圧される。このMTI処理出力は、STFT処理部12に供給され、ここで周波数軸上でF0 〜Fn-1 個のバンクの信号の抽出がなされる。これらのバンク信号はCFAR処理部13に供給される。
FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a radar apparatus according to the present invention. In FIG. 1, a received signal obtained by capturing a reflected echo from a target is supplied to an MTI processing unit 11, where MTI processing is performed and clutter components are suppressed. This MTI processing output is supplied to the
上記CFAR処理部13は、クラッタ成分等による目標の誤検出発生を抑制するためになされるもので、具体的には図2に示すように構成される。図2において、入力されたCFAR信号Xi は遅延回路131により遅延されたのち、加算回路132及び除算回路134に分配される。加算回路132は一定の期間に渡ってN個の遅延信号を加算するもので、その加算結果は平均化処理回路(1/N)133に入力され、加算結果のN平均値が算出される。このN平均値は除算回路134に入力される。この除算回路134は遅延信号とN平均値との除算結果を求めるもので、これをCFAR出力とする。
The CFAR
上記CFAR出力は、最大値検出部14に送られ、ここで最大値が検出される。このとき、最大値の回りのNセルのうちスレッショルド151〜15nを越えるセル数(予め指定される判定セル範囲)を判定し、M/N検出部16において、そのセル数がMを越えた場合に、検出をあげる。以下、この検出結果から目標成分の検出がなされる。
The CFAR output is sent to the
上記構成において、以下、図3乃至図5を参照してその処理動作を説明する。 In the above configuration, the processing operation will be described below with reference to FIGS.
まず、図3に入力データの様子を示す。図3(a)に示すように、レーダ送受信データはレンジセル×PRI(パルス繰り返し周期;Pulse Repetition Interval、R×Lセル)のデータであるが、これを図3(b)に示すようにレンジ毎に切り出して、PRI毎の信号(ブレード信号)として入力する。この入力信号に対して、図1に示すように、MTI処理(11)を実施してクラッタを抑圧した後、その信号に対してSTFT処理(12)を実施する。STFT処理により、周波数軸上でF(n/2-1)〜F0〜F(-n/2)(n;STFT処理のPRI数)バンクの信号が得られ、また時間軸上では、次式によりKセル数となるため、周波数軸×時間軸=n×Kの変換後のデータが得られる。
K={L−n(1−p0 )}/n(1−p0 )
ここで、
L ; 全PRI数
n ; STFTのパルス数
p0 ; STFT時のオーバーラップ率
この時間周波数軸上の信号に対して、図2に示す構成によるCFAR(13)を実施する。CFARの軸としては、目標信号が広がりを持つ方向とは異なる軸として、目標信号が抑圧されるのを防ぐ。CFAR処理した結果に対して、最大値のセルを抽出し(14)、その回りのNセル(Gp ×Gq )のうち、Mセルがスレショルド(151〜15n)を越えた場合に、検出をあげる(16)。
First, FIG. 3 shows the state of input data. As shown in FIG. 3A, the radar transmission / reception data is data of a range cell × PRI (pulse repetition interval; R × L cell), which is shown for each range as shown in FIG. 3B. And input as a signal (blade signal) for each PRI. As shown in FIG. 1, an MTI process (11) is performed on the input signal to suppress clutter, and then an STFT process (12) is performed on the signal. By STFT processing, F (n / 2-1) to F0 to F (-n / 2) (n: PRI number of STFT processing) bank signals are obtained on the frequency axis. Thus, the number of K cells is obtained, and thus converted data of frequency axis × time axis = n × K is obtained.
K = {L-n (1-p0)} / n (1-p0)
here,
L: Total number of PRIs
n: Number of STFT pulses
p0: Overlap ratio at STFT CFAR (13) having the configuration shown in FIG. 2 is performed on the signal on the time-frequency axis. As the axis of the CFAR, the target signal is prevented from being suppressed as an axis different from the direction in which the target signal has a spread. For the result of the CFAR processing, a maximum value cell is extracted (14), and detection is performed when M cells out of the surrounding N cells (Gp × Gq) exceed the threshold (151 to 15n). (16).
図4は、MTI処理により、グランドクラッタや目標がヘリコプタの場合の胴体が抑圧される様子を示しており、(a)はMTI前、(b)はMTI後の周波数分布を示している。この図からわかるように、MTI前に残っている胴体またはグランドクラッタは、MTI処理によってほぼ完全に抑圧される。 FIG. 4 shows how the body is suppressed by MTI processing when the ground clutter or the target is a helicopter. FIG. 4A shows the frequency distribution before MTI and FIG. 4B shows the frequency distribution after MTI. As can be seen from this figure, the fuselage or ground clutter remaining before the MTI is almost completely suppressed by the MTI processing.
図5は、さらに、CFAR処理を適用した場合にウェザクラッタが抑圧される様子を示している。同図において、CFAR処理後に残留クラッタ成分が存在するが、いずれも単一セルで残留している。同図に示すように、最大値の回りのN=Gp ×Gq セルのうち、Mセル以上スレショルトを越えた場合に目標として検出する。 FIG. 5 further shows how weather clutter is suppressed when CFAR processing is applied. In the figure, residual clutter components exist after CFAR processing, but all remain in a single cell. As shown in the figure, among N = Gp × Gq cells around the maximum value, when the threshold is exceeded by more than M cells, it is detected as a target.
したがって、上記構成によるレーダ装置によれば、クラッタ環境化において、時間周波数軸上で広がりをもつ目標信号を、誤警報を低減した上で、検出する能力を高めることができる。 Therefore, according to the radar apparatus having the above configuration, in the clutter environment, it is possible to increase the ability to detect a target signal having a spread on the time frequency axis while reducing false alarms.
尚、本発明はSTFT処理により時間周波数軸に変換した後に、最大値を検出して、その回りのNセルのうちMセルにおいてスレショルドを越えた場合に、目標として検出することを特徴とするものであり、それ以外の処理であるMTI処理やCFAR処理等が無い場合も、適用することができる。 The present invention is characterized in that after converting to the time-frequency axis by STFT processing, the maximum value is detected, and when the threshold is exceeded in the M cells among the surrounding N cells, it is detected as a target. The present invention can also be applied when there are no other processes such as MTI processing and CFAR processing.
また、MTI処理の代わりに、他の周波数フィルタによりクラッタを抑圧する形式のものでもよい。 Further, instead of MTI processing, a type in which clutter is suppressed by another frequency filter may be used.
また、上記実施形態では、CFAR後の出力に対して、最大値の回りのセルを選定したが、時間周波数軸で極値を検出し、最大値から複数番目までの極値を中心にセルを選定することにより、複数の目標まで検出できる方式にしてもよい。 In the above embodiment, the cell around the maximum value is selected for the output after CFAR, but the extreme value is detected on the time-frequency axis, and the cell is centered on the extreme value from the maximum value to a plurality of extreme values. By selecting, a system that can detect up to a plurality of targets may be used.
また、STFTの代わりに、ウェーブレット変換(特許文献1、非特許文献4参照)により時間周波数軸に変換して、STFTの場合と同様の処理を実施するようにしてもよい。
Further, instead of the STFT, it may be converted into a time-frequency axis by wavelet transform (see
さらに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。また、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。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Moreover, you may combine the component covering different embodiment suitably.
11…MTI処理部、
12…STFT処理部、
13…CFAR処理部、
131…遅延回路、
132…加算回路、
133…平均化処理回路(1/N)、
134…除算回路、
14…最大値検出部、
151〜15n…スレッショルド、
16…M/N検出部。
11 ... MTI processing unit,
12 ... STFT processing unit,
13 ... CFAR processing unit,
131 ... delay circuit,
132... Addition circuit,
133: Averaging processing circuit (1 / N),
134: division circuit,
14 ... maximum value detection unit,
151-15n ... threshold,
16: M / N detector.
Claims (12)
前記目標信号を短時間フーリエ変換(STFT;Short Time Fourier Transform)して時間周波数軸に変換する時間周波数軸変換手段と、
前記時間周波数軸変換を受けた目標信号から時間周波数軸の最大値のセルを検出する最大値セル検出手段と、
前記最大値セルの回りのNセルのうち、M(N≧M)セルがスレショルドを越えた場合に目標の検出をあげる目標検出手段と
を具備することを特徴とするレーダ装置。 In a radar apparatus for detecting a target from a received signal having a target signal having a spread on a time-frequency axis,
A time frequency axis converting means for converting the target signal into a time frequency axis by performing a short time Fourier transform (STFT);
Maximum value cell detection means for detecting a cell of the maximum value of the time frequency axis from the target signal subjected to the time frequency axis conversion;
A radar apparatus comprising: target detection means for detecting a target when M (N ≧ M) cells out of the N cells around the maximum value cell exceed a threshold.
前記目標信号を短時間フーリエ変換(STFT;Short Time Fourier Transform)して時間周波数軸に変換する時間周波数軸変換手段と、
前記時間周波数軸変換を受けた目標信号から時間周波数軸で極値を検出し、最大値から複数番目までの極値を中心にセルを選定するセル選定手段と、
前記最大値から複数番目までの極値を中心に選定されたセルの回りのNセルのうち、M(N≧M)セルがスレショルドを越えた場合に目標の検出をあげる目標検出手段と
を具備することを特徴とするレーダ装置。 In a radar apparatus for detecting a target from a received signal having a target signal having a spread on a time-frequency axis,
A time frequency axis converting means for converting the target signal into a time frequency axis by performing a short time Fourier transform (STFT);
A cell selecting means for detecting an extreme value on the time frequency axis from the target signal subjected to the time frequency axis conversion, and selecting a cell centering on a maximum value to a plurality of extreme values;
Target detection means for increasing target detection when M (N ≧ M) cells exceed the threshold among N cells around the cells selected around the maximum value to a plurality of extreme values. A radar device characterized by:
前記目標信号をウェーブレット変換して時間周波数軸に変換する時間周波数軸変換手段と、
前記時間周波数軸変換を受けた目標信号から時間周波数軸の最大値のセルを検出する最大値セル検出手段と、
前記最大値セルの回りのNセルのうち、M(N≧M)セルがスレショルドを越えた場合に目標の検出をあげる目標検出手段と
を具備することを特徴とするレーダ装置。 In a radar apparatus for detecting a target from a received signal having a target signal having a spread on a time-frequency axis,
A time-frequency axis conversion means for converting the target signal into a time-frequency axis by wavelet transform;
Maximum value cell detection means for detecting a cell of the maximum value of the time frequency axis from the target signal subjected to the time frequency axis conversion;
A radar apparatus comprising: target detection means for detecting a target when M (N ≧ M) cells out of the N cells around the maximum value cell exceed a threshold.
前記目標信号をウェーブレット変換して時間周波数軸に変換する時間周波数軸変換手段と、
前記時間周波数軸変換を受けた目標信号から時間周波数軸で極値を検出し、最大値から複数番目までの極値を中心にセルを選定するセル選定手段と、
前記最大値から複数番目までの極値を中心に選定されたセルの回りのNセルのうち、M(N≧M)セルがスレショルドを越えた場合に目標の検出をあげる目標検出手段と
を具備することを特徴とするレーダ装置。 In a radar apparatus for detecting a target from a received signal having a target signal having a spread on a time-frequency axis,
A time-frequency axis conversion means for converting the target signal into a time-frequency axis by wavelet transform;
A cell selecting means for detecting an extreme value on the time frequency axis from the target signal subjected to the time frequency axis conversion, and selecting a cell centering on a maximum value to a plurality of extreme values;
Target detection means for increasing target detection when M (N ≧ M) cells exceed the threshold among N cells around the cells selected around the maximum value to a plurality of extreme values. A radar device characterized by:
11. The apparatus according to claim 10, further comprising CFAR processing means for performing a CFAR (Constant False Alarm Rate) process on the conversion output of the time-frequency axis conversion means and outputting the result to the cell selection means . Radar device.
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