JP4651605B2 - レーダ信号識別装置 - Google Patents

Description

この発明は、受信したレーダ信号のパルス諸元及びそのパルス内変調の情報からレーダ信号の発生源を識別するレーダ信号識別装置に関するものである。

従来、受信したレーダ信号の特徴を検出し、予め内部に所有しているレーダ送信信号のデータベースとマッチングを行いレーダの発信源を特定するレーダ信号識別装置が知られている。
このようなレーダ信号識別装置として、レーダ信号からパルス周波数を検出すると共に、レーダ信号を包絡線検波して得られたビデオ信号からパルス幅（ＰＷ）、パルス繰返し周期（ＰＲＩ）等のパルス諸元を検出する第１の信号処理系と、レーダ信号から中間周波数（ＩＦ）信号に変換した信号を高速Ａ／Ｄ変換器によりデジタルパルス波形データに変換し、変換されたデジタルパルス波形データをメモリに蓄積し、蓄積されたメモリからデジタルパルス波形データを読み出すことによりパルス内変調の振幅特性、周波数特性、位相特性を抽出する第２の信号処理系と、パルス列特性データベースとパルス内特性データベースの２つのデータベースを管理するデータベース管理部とを備えたものがある。
そして、まず第１の信号処理系で得られたパルス諸元をパルス列特性データベースと比較照合し、照合の結果、信号源の種類・動作モードが識別されれば、そのデータと同一種類・動作モードの信号源の波形データをパルス内特性データベースから優先的に読み出して発信源の個体を特定するようにする。また照合の結果、信号源の種類・動作モードが識別されなければ、第２の信号処理系で得られたパルス内変調諸元とパルス内特性データベースとを比較照合し、照合の結果に基づいて、パルス列特性データベースまたはパルス内特性データベースを更新登録するようにしている。（特許文献１参照）

また、パルス内変調の変調方式を採用したレーダ送信機が増加する中、パルス内部の特徴を分析し、分析識別に使用するレーダ信号分析装置が提案されている。このようなレーダ信号分析装置は、アンテナで取り出された高周波（ＲＦ）信号を中間周波数（ＩＦ）信号に変換するＲＦ／ＩＦ変換部と、変換されたＩＦ信号をデジタルパルス波形データに変換するＡ／Ｄ変換部と、変換されたデジタルパルス波形データとそのパルスの到来時間を格納するメモリと、格納されたデジタルパルス波形データを読み出して所定のアルゴリズムに従って、デジタルパルス波形データのパルスの特徴データを分析し、パルス内変調の有無を判定し、パルス内変調であるデジタルパルス波形データについて変調方式を特定するパルス分析部と、このパルス分析部で得られたパルスの特徴データおよび変調方式の特定結果に基づいて、対応するパルス列を変調方式ごとに分離して出力するパルス列分離部とを備え、受信したレーダ信号におけるパルス内部の特徴分析を行なっている。（特許文献２参照）

特開２００３−２７０３２６号公報 特開２００５−２４１３６０号公報

従来のレーダ信号分析装置には、次のような問題があった。
第１に、包絡線検波によるパルス諸元検出のみを行うレーダ信号識別装置では、識別のリアルタイム性には優れるが、パルス内の変調特性の分析能力を持たないため、将来的に分析、識別能力が低下する可能性がある。

第２に、パルス内変調の変調方式の特定には、高周波サンプリングを行ってデジタルパルス波形データを得るため、メモリに蓄積されるデジタルデータは大容量になる。また、メモリからデータを読み出し、パルス内変調の変調方式を分析するためには、データが大容量なため高性能の処理器が要求される。このため、複数のレーダ信号を受信している状況で、分析するデータが多くなると、メモリの蓄積及び蓄積データの分析処理が飽和してしまい、リアルタイム性に欠けてしまう問題がある。

また特許文献１のように、包絡線検波により検出したパルス諸元をパルス列特性データベースと比較照合し、照合の結果による優先度に基づいてパルス内特性データベースを参照することで信号源の特定を行なうことにより、処理時間を短縮すると共に、誤識別の可能性を低くすることはできる。しかしこの特許文献１においても、パルス内変調の変調方式の分析は常に行なわれており、前記した第２の課題で述べたと同様に、分析するデータが多くなると、メモリの蓄積及び蓄積データの分析処理が飽和してしまい、リアルタイム性に欠けてしまう問題がある。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、パルス内変調の有無を簡易分析し、その結果、パルス内変調が有りと分析された対象のパルス信号のみパルス内変調の変調方式を分析することで、レーダ信号識別のリアルタイム性を向上させたレーダ信号識別装置を提供することを目的としたものである。

この発明によるレーダ信号識別装置は、レーダ信号を受信して高周波信号を取り出すアンテナ、アンテナで取り出された高周波信号を中間周波数信号に変換するＲＦ／ＩＦ変換部、上記ＲＦ／ＩＦ変換部で変換された中間周波数信号を検波処理してビデオ信号を出力する検波部、検波部からのビデオ信号をデジタル信号に変換するビデオ信号Ａ／Ｄ変換部、ビデオ信号Ａ／Ｄ変換部でデジタル化されたビデオ信号から各レーダパルスのパルス幅、パルス繰返し周期、パルス振幅の各諸元を検出するＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部、ＲＦ／ＩＦ変換部からの中間周波数信号から周波数を測定する周波数測定部、周波数測定部で得られた周波数及びＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部で得られたパルス振幅からパルス内変調の有無を簡易分析するパルス内変調簡易分析部、周波数測定部及び上記ＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部から得られたパルスの諸元に基づいてレーダ信号に対応したパルス列を共通の傾向を持つパルスのグループ毎に分離してパルスデータを生成するパルス列分離部、ＲＦ／ＩＦ変換部からの中間周波数信号をデジタル信号に変換するＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部、ＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル信号をパルス波形データとして蓄積するメモリ、パルス内変調簡易分析部によりパルス内変調の有無を分析した結果、変調有りとなった場合にパルス列分離部で生成されたパルスデータとメモリに蓄積されたパルス波形データとの同期をとり、対応するパルス波形データに対して、各パルスのパルス内変調の情報を検出するパルス内変調諸元検出部、及びパルス列分離部で得られたパルスデータ及びパルス内変調諸元検出部で得られたパルス内変調情報から、対象とするレーダの目標データを生成する目標データ生成部を備えたものである。

この発明によれば、パルス内変調簡易分析部において、パルス内変調有りと分析されたレーダ信号のパルスのみ、第２の信号処理回路においてパルス内変調諸元を検出させるので、パルス内変調の変調方式を採用していないレーダ信号に対しては、従来通りリアルタイムに諸元検出、識別を行うことができ、またパルス内変調の変調方式を採用しているレーダ信号のみパルス内変調諸元を検出させるため分析、識別能力が向上するとともに、メモリへの蓄積時間及び分析への処理負荷を軽減させることができる。

実施の形態１
以下、この発明の実施の形態１におけるレーダ信号識別装置について図１乃至図５に基づいて説明する。図１は実施形態１によるレーダ信号識別装置の構成を示すブロック図、図２はレーダ信号識別装置のパルス内変調簡易分析部の処理アルゴリズムを示すフローチャート、図３はパルス内周波数変調有無の簡易分析を説明するための図、図４および図５はパルス内位相変調有無の簡易分析を説明するための図である。

図１に示す構成ブロック図において、アンテナ１は複数の発生源からのレーダ信号を受信して高周波（ＲＦ）信号を取り出す。ＲＦ／ＩＦ変換部２はアンテナ１で取り出された高周波信号を中間周波数（ＩＦ）信号に変換する。検波部３はＲＦ／ＩＦ変換部２で取り出された中間周波数信号を包絡線検波処理してビデオ信号を出力する。ビデオ信号Ａ／Ｄ変換部４はアナログのビデオ信号をデジタル信号に変換する。ＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部５は、ビデオ信号Ａ／Ｄ変換部４でデジタル化されたビデオ信号から各レーダパルスのパルス幅（ＰＷ）、パルス繰返し周期（ＰＲＩ）、パルス振幅（ＰＡ）等の諸元を検出する。また、周波数測定部６はＲＦ／ＩＦ変換部２において変換された中間周波数信号をＩＦＭ（Instantaneous Frequency Measurement）方式により周波数を瞬時に測定する。パルス内変調簡易分析部７は、ＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部５及び周波数測定部６において測定されたパルスの諸元情報に基づきパルス内変調の変調方式を簡易分析して変調の有無を検出するものである。

パルス列分離部８は、ＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部５及び周波数測定部６にて得られた周波数、ＰＷ、ＰＲＩ、ＰＡ等のパルスの諸元情報に基づいて、受信したレーダ信号に対応したパルス列を共通の傾向を持つパルスのグループ毎に分離してパルスデータとするものである。またこの実施の形態１ではパルス内変調簡易分析部７で得られたパルス内変調の簡易分析結果もパルス列分離の諸元に追加している。
ここで共通の傾向を持つパルスをグループ毎に分離するとは、１）周波数が近似しているパルスをまとめる、２）パルス幅（ＰＷ）が近似しているパルスをまとめる、３）パルス繰返し周期（ＰＲＩ）が近似しているパルスをまとめる、４）パルス振幅（ＰＡ）が近似しているパルスをまとめる、５）パルス内変調簡易分析結果が近似しているパルスをまとめる、というように、抽出された諸元のうちのいずれか１つまたは複数のパラメータに基づいて、共通の傾向を持つパルス列をグループ毎に分離するものである。

ＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部９はＲＦ／ＩＦ変換部２にて変換された中間周波数信号をデジタル信号に変換する。メモリ１０はＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部９にて変換されたデジタル信号をパルス波形データとして蓄積する。パルス内変調諸元検出部１１は、パルス内変調簡易分析部７にてパルス内変調有りとなっているパルスデータとメモリ１０に蓄積したパルス波形データとの同期をとり、対応するパルス波形データに対して、各パルスのパルス内変調方式の情報、周波数変調、位相変調等の情報を検出するものである。目標データ生成部１２は、パルス列分離部８からのパルスデータ及びパルス内変調諸元検出部１１からのパルス内変調諸元検出結果から対象とするレーダ信号の目標データを生成して出力するものである。

上記構成において、検波部３とビデオ信号Ａ／Ｄ変換部４とＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部５と周波数測定部６とパルス列分離部８は、中間周波数信号の包絡線検波によりアンテナで受信された各レーダ信号のパルス諸元を検出すると共に、共通の傾向を持つパルスデータを生成する第１の信号処理回路を構成している。また、ＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部９とメモリ１０とパルス内変調諸元検出部１１は、中間周波数信号からアンテナで受信された各レーダ信号をデジタルパルス波形データに変換してメモリに蓄積し、各レーダ信号のパルス内変調の諸元を検出する第２の信号処理回路を構成している。

次に上記構成における動作を簡単に説明する。まず第１の信号処理回路においては、アンテナ１で受信されたパルスのレーダ信号がＲＦ／ＩＦ変換部２で中間周波数信号に変換され、検波部３に入力される。検波部３は中間周波数信号を包絡線検波処理してビデオ信号を生成し、ビデオ信号Ａ／Ｄ変換部４に入力する。ビデオ信号Ａ／Ｄ変換部４はビデオ信号をデジタル信号に変換してＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部５に入力する。ＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部５では、デジタル化されたビデオ信号から各レーダパルスのパルス幅（ＰＷ）、パルス繰返し周期（ＰＲＩ）、パルス振幅（ＰＡ）等の諸元を検出する。また、周波数測定部６はＲＦ／ＩＦ変換部２において変換された中間周波数信号をＩＦＭ方式により周波数を瞬時に測定する。こうして検出されたＰＷ、ＰＲＩ、ＰＡ、周波数等の諸元はパルス内変調簡易分析部７を介してパルス列分離部８に送られ、パルス列分離部８で共通の傾向を持つパルスのグループ毎に分離されて目標データ生成部１２に送られる。こうしてパルス内変調の変調方式を採用していないレーダ信号に対しては、第１の信号処理回路による処理のみの諸元データが目標データ生成部１２にてデータベース等のデータと比較照合され、発信源のレーダ信号をリアルタイムに諸元検出、識別を行うことができる。

次に第２の信号処理回路においては、アンテナ１で受信されたパルスのレーダ信号がＲＦ／ＩＦ変換部２で中間周波数信号に変換され、ＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部９に入力される。ＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部９は中間周波数信号をデジタル信号に変換し、メモリ１０にデジタル信号をパルス波形データとして蓄積する。パルス内変調諸元検出部１１は、パルス内変調有りとなっているパルスデータとメモリ１０に蓄積したパルス波形データとの同期をとり、対応するパルス波形データに対して、各パルスのパルス内変調方式の振幅特性、周波数特性、位相特性等の情報を検出して、目標データ生成部１２に送る。こうしてパルス内変調の変調方式を採用しているレーダ信号に対しては、目標データ生成部１２は、パルス列分離部８からのパルスデータ及びパルス内変調諸元検出部１１からのパルス内変調諸元検出結果とデータベース等のデータとを比較照合することにより、レーダ信号の諸元検出、識別を行うことができる。
なおこの第２の信号処理回路におけるパルス内変調諸元検出部１１での処理は、パルス内変調簡易分析部７でパルス内変調有りと検出された場合のみ行われるもので、パルス内変調の変調方式を採用していないレーダ信号に対してはこの処理は行われない。

次に図１のパルス内変調簡易分析部７にて各パルスに対しパルス内変調の有無を簡易分析する動作を、図２に示す処理アルゴリズムのフローチャート、および図３〜５に示す周波数変調、位相変調のパルス内変調方式を簡易判定するための判断基準に基づき説明する。
まず図２のステップＳ１１では、周波数測定部６で得られたパルス内部の各タイミングでの周波数データについて、そのパルスの周波数とするタイミングの周波数値（例えば立ち上がりの周波数）から上下一定のところに判定ラインを設け、各タイミングでの周波数データがその判定ラインを超えている割合を検出する。
例えば図３（ａ）に示すようなパルス幅及び振幅のパルスにおいて、パルス内部の各タイミングでの周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４・・・・を測定する。一方、図３（ｂ）に示すようにパルスの立ち上がりの周波数Ｆ１から上下一定のところに判定ラインＦ１±Ａを設定し、測定した各タイミングでの周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４・・・・が判定ラインＦ１±Ａを超えている数をカウントし、一定の割合数を超えている場合（ＹＥＳ）は周波数変調方式ありと判定する。判定ラインＦ１±Ａを超えた周波数が一定の割合数に満たない場合（ＮＯ）はステップＳ１３に進む。

次に、図２のステップＳ１２では、ＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部５においてＰＷ、ＰＲＩ、ＰＡの測定に使用したパルス内部の各タイミングでの振幅値（ＰＡ）データにおいて、一つ前のタイミングの振幅値から一定量急激なレベルの落ち込みがあったか否か（有無）を検出する。
例えば図４に示すようなパルス幅及び振幅のパルスにおいて、パルス内部の各タイミングでの振幅値ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３、ＰＡ４・・・・を測定する。なお急激な振幅の立下りに対しては、振幅値が元の値に戻るまでの時間の幅を設け、その時間内に元の振幅値に戻った場合は、位相変調方式ありと判定する。振幅値が元に戻らなかった場合は、パルスの終わりと検出するようにする。これは、位相変調により位相が反転するタイミングにおいて、パルス内部の振幅が急激に落ち込む特性を捉えようとしているものである。

パルス内部の振幅が急激に落ち込む理由として、位相変調により位相が反転するタイミングで、周波数値に比較的大きなぐらつきが起こるために、パルス振幅検出前のフィルタの範囲から一時的に外れるため、フィルタの有効幅特性によりレベルが下がる。このため、図２のステップＳ１３では、周波数の急激なぐらつきを検出することによって、例えば判定ラインＦ１±Ａを超えた周波数は一定の割合数に満たないが、図５に示すように判定ラインを瞬間的に超えている周波数があれば、即ち、パルス内部の各タイミングでの周波数データにおいて、一つ前のタイミングの周波数から一定量急激な変化があった場合は位相変調方式ありと簡易的に判定する。

パルス内変調簡易分析部７でパルス内変調が有りと分析されたパルス列に対しては、パルス列分離部８は、目標データ生成部１２へその情報を送出すると同時に、第２の信号処理回路のパルス内変調諸元検出部１１へ信号を送り、第２の信号処理回路にてパルス内変調の諸元を検出する処理を行なわせる。即ち、パルス内変調諸元検出部１１は、パルス内変調有りとなっているパルスデータとメモリ１０に蓄積しているパルス波形データとの同期をとり、対応するパルス波形データに対して、各パルスのパルス内変調諸元を検出する。
同期の取り方は、ビデオ信号Ａ／Ｄ変換部４とＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部９でのサンプリングに同一の基準信号を用いることにより、時刻の整合を取ることが出来、またパルス内変調諸元検出部１１において、パルス分離部８から伝送されたパルス内変調有りのパルスデータと同タイミングのパルス波形データをメモリ１０から読み取ることで行える。

パルス内変調諸元検出部１１で得られたパルス内変調諸元結果は目標データ生成部１２へ送出され、パルス列分離部８から目標データ生成部１２へ得られたパルスデータと整合して対象とするレーダ信号の目標データを生成する。その目標データ生成の一例を図６に示す。こうして生成された目標データを予め蓄積されたレーダ諸元データベースと比較照合し、レーダ信号の発信源の識別を行う。

この実施の形態１のように、パルス内変調の有無を簡易分析し、分析の結果、パルス内変調が有りと分析された対象のパルス信号のみパルス内変調の変調方式を分析することができるので、パルス内変調分析処理の負荷を軽減することができ、レーダ信号識別をリアルタイムに実施することができる。

実施の形態２
次に、この発明の実施の形態２におけるレーダ信号識別装置について図７に基づいて説明する。図７は実施の形態２によるレーダ信号識別装置の構成を示すブロック図で、図１と同一または相当する構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
実施の形態１ではパルス内変調簡易分析部７で得られたパルス内変調の簡易分析結果をパルス列分離部８に送付し、パルス列分離の諸元に追加していたが、この実施の形態２においては、パルス内変調簡易分析部７によるパルス内変調の簡易分析結果はパルス列分離部８に送付しないようにしたものである。したがってパルス内変調簡易分析部７による簡易分析結果はパルス内変調諸元検出部１１に直接通知され、パルス内変調諸元検出部１１は、パルス内変調有りとなっているパルス列分離部８のパルスデータとメモリ１０に蓄積したパルス波形データとの同期をとり、対応するパルス波形データに対して、各パルスのパルス内変調方式の振幅特性、周波数特性、位相特性等の情報を検出し、目標データ生成部１２に送るようになっている。

この発明の実施の形態１によるレーダ信号識別装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ信号識別装置のパルス内変調簡易分析部の処理アルゴリズムを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるパルス内周波数変調有無の簡易分析を説明するための図である。 この発明の実施の形態１によるパルス内位相変調有無の簡易分析を説明するための図である。 この発明の実施の形態１によるパルス内位相変調有無の簡易分析を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による目標データ生成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２によるレーダ信号識別装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１：アンテナ、 ２：ＲＦ／ＩＦ変換部、
３：検波部、 ４：ビデオ信号Ａ／Ｄ変換部、
５：ＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部、 ６：周波数測定部、
７：パルス内変調簡易分析部、 ８：パルス列分離部、
９：ＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部、 １０：メモリ、
１１：パルス内変調諸元検出部、 １２：目標データ生成部

Claims (5)

1. レーダ信号を受信して高周波信号を取り出すアンテナ、
   上記アンテナで取り出された高周波信号を中間周波数信号に変換するＲＦ／ＩＦ変換部、
   上記ＲＦ／ＩＦ変換部で変換された中間周波数信号を検波処理してビデオ信号を出力する検波部、
   上記検波部からのビデオ信号をデジタル信号に変換するビデオ信号Ａ／Ｄ変換部、
   上記ビデオ信号Ａ／Ｄ変換部でデジタル化されたビデオ信号から各レーダパルスのパルス幅、パルス繰返し周期、パルス振幅の各諸元を検出するＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部、
   上記ＲＦ／ＩＦ変換部からの中間周波数信号から周波数を測定する周波数測定部、
   上記周波数測定部で得られた周波数及び上記ＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部で得られたパルス振幅からパルス内変調の有無を簡易分析するパルス内変調簡易分析部、
   上記周波数測定部及び上記ＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部から得られたパルスの諸元に基づいてレーダ信号に対応したパルス列を共通の傾向を持つパルスのグループ毎に分離してパルスデータを生成するパルス列分離部、
   上記ＲＦ／ＩＦ変換部からの中間周波数信号をデジタル信号に変換するＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部、
   上記ＩＦ信号Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル信号をパルス波形データとして蓄積するメモリ、
   上記パルス内変調簡易分析部によりパルス内変調の有無を分析した結果、変調有りとなった場合に上記パルス列分離部で生成されたパルスデータと上記メモリに蓄積されたパルス波形データとの同期をとり、対応するパルス波形データに対して、各パルスのパルス内変調の情報を検出するパルス内変調諸元検出部、
   及び上記パルス列分離部で得られたパルスデータ及び上記パルス内変調諸元検出部で得られたパルス内変調情報から、対象とするレーダの目標データを生成する目標データ生成部を備えたレーダ信号識別装置。
2. パルス列分離部は、周波数測定部及びＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部で得られたパルスの諸元情報に加え、パルス内変調簡易分析部で抽出したパルス内部の変調情報に基づいて共通の傾向を持つパルス列をグループ毎に分離することを特徴とする請求項１に記載のレーダ信号識別装置。
3. パルス内変調簡易分析部は、周波数測定部で得られたパルス内部の各タイミングの周波数情報から、各タイミングでの周波数が一定のラインを超える割合を検出することにより、パルス内変調が周波数変調であるかどうかを簡易分析することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ信号識別装置。
4. パルス内変調簡易分析部は、ＰＷ・ＰＲＩ・ＰＡ測定部で得られたパルス内部の各タイミングの振幅情報から、一つ前のタイミングの振幅値から一定量急激なレベルの落ち込みがあった場合の箇所を検出することにより、パルス内変調が位相変調であるかどうかを簡易分析することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ信号識別装置。
5. パルス内変調簡易分析部は、周波数測定部で得られたパルス内部の各タイミングの周波数情報から、一つ前のタイミングの周波数から一定量急激な変化があった場合の箇所を検出することにより、パルス内変調が位相変調であるかどうかを簡易分析することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ信号識別装置。

Images