JP4720474B2 - 移動目標検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、レーダを用いて移動目標を検出する移動目標検出装置に関するものである。

レーダにおける目標物の検出において、クラッタ環境下から目標反射波を検出する技術があるが、特に、海面からのクラッタに比べレーダ散乱断面積の大きいグランドクラッタの抑圧は容易ではない。

目標反射波とクラッタのドップラー周波数の違いを利用して、クラッタ環境下から目標反射波を検出する技術として、時空間適応信号処理（Space-Time Adaptive Processing; 以後ＳＴＡＰと呼ぶ）技術があり、ＳＴＡＰは、時間と空間の２次元のフィルタ処理を行うことにより、フィルタ処理後の目標検出、特に低速移動目標の検出性能を向上する信号処理技術である。
この方法は従来の時間方向、あるいは空間方向のみの１次元のフィルタ処理よりも、クラッタやジャマー等の干渉波に対して高い抑圧効果を達成できる（例えば、非特許文献１参照。）。

ＳＴＡＰ技術における時空間フィルタは、パルス間の移動距離がアンテナの素子間隔、あるいは開口間隔となる場合に、最も優れた性能を発揮し、この関係は（１）式であらわされる。

従って、干渉波に対して高い抑圧効果をもつ時空間フィルタは、自機速度Ｖ、パルス繰り返し時間間隔（Pulse Repetation Interval；ＰＲＩ）、アンテナ素子間隔ｄといった測定系パラメータによって決定される。

R. Klemm著 「Principles of space-time adaptive processing」 IEE Radar, Sonar, Navigation, and Avionics series 12, 2002, 図3-40, P113

このような測定系パラメータは観測条件によって常に変動してしまうため、様々な測定環境下において常に最適なフィルタリングを達成することは容易ではなく、ＳＴＡＰ信号処理システムの問題点の一つとなっている。

一般に素子間隔、あるいは開口間隔は固定であり、自機速度も観測環境によって変化し、また、パルスを送信する時間間隔であるパルス繰り返し時間間隔は目標の距離等によって制限されてしまう。
例えば、所望の距離からのエコーが受信される前に次のパルスを送信できないため、パルスの往復時間でＰＲＩの下限が制限されてしまい、ＳＴＡＰ条件の制約が厳しくなってしまう。

この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、使用するアンテナ素子をアダプティブに選択することにより、自機速度・目標の距離等に応じた最適なドップラーフィルタを形成する。これによって、クラッタやジャマー等の干渉波に対し高い抑圧効果を達成し、所望の移動体信号を検出する装置を得ることを目的としている。

この発明の移動目標検出装置は、高周波パルス信号を放射するとともに複数のアンテナ素子で反射エコーを収集するフェイズドアレイアンテナ部と、上記フェイズドアレイアンテナ部へ高周波パルス信号を送信するとともに、上記フェイズドアレイアンテナ部のアンテナ素子で収集された反射エコーを受信する送受信部と、自機の移動速度を測定する動揺センサ部と、自機がパルス繰り返し時間に移動した距離が、上記動揺センサ部で測定した自機の移動速度から求めた自機の移動距離と等しくなるように、上記アンテナ素子を間引く間隔を選択するアレイ選択処理部と、上記アレイ選択処理部で選択された間隙毎にアンテナ素子を選択し、選択したアンテナ素子を介して上記送受信部で受けた反射エコーを処理することにより移動目標を検出する信号処理部とを備えたものである。

この発明によれば、使用するアンテナ素子をアダプティブに選択して、自機速度・目標の距離等に応じた最適なドップラーフィルタを形成することによって、クラッタやジャマー等の干渉波に対し高い抑圧効果を達成し、所望の移動体信号を検出する装置を得ることができるという効果が得られる。

実施の形態１．

図１はこの発明の装置構成を示したものであり、１はフェイズドアレイアンテナ、２は送受部、３は信号処理部、４は表示部、５はアレイ選択処理部、６は動揺センサである。

フェイズドアレイアンテナ１は、航空機や衛星等の移動プラットフォームに搭載され、高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコーを収集する部分であり、送受信部２は、前記フェイズドアレイアンテナ１で放射する高周波パルス信号を発生させるとともに、前記フェイズドアレイアンテナ１で放射された信号を受信する部分である。

信号処理部３は、送受信部２で受信された信号をアダプティブ信号処理することにより、移動目標を検出する部分であり、表示部４は、信号処理部３で検出された目標を表示する部分である。

アレイ選択処理部５は、この発明によって新たに導入される機能で、信号処理に用いるフェイズドアレイアンテナ１において選択する素子を決定する部分であり、動揺センサ６は、航空機や衛星等の移動プラットフォームの自機移動速度を測定し、その情報を信号処理部３とアレイ選択処理部５に送信する部分である。

本発明における新しい機能はアレイ選択処理部５である。
アレイ選択処理部５は動揺センサ６で得た情報を信号処理部３にフィードバックする機能を有し、アレイ選択処理部５は、動揺センサ６から自機速度情報を受け取り、また、ＰＲＩ情報を信号処理部３から受け取る。

自機速度情報あるいはＰＲＩ情報のアレイ選択処理部５への送信元は、動揺センサ６あるいは信号処理部３からの入力に限定されることなく、一般的な制御部からの入力でもよい。
このようにして得られた自機速度およびＰＲＩ情報に応じて、アレイ選択処理部５ではＳＴＡＰ処理に必要な条件を算出し、どのアンテナ素子を選択するかの選別信号を信号処理部４に送信する。

図３はＳＴＡＰ技術のアンテナ部の構成概念とその問題点を示した図であり、アンテナ素子７のアレイを時間軸と自機進行方向で示しており、図３（ａ）は性能が良い場合、図３（ｂ）は性能が劣化した場合である。
図３（ａ）はパルス間の移動距離がアンテナの素子間隔と等しくなる場合で、この状態ではＳＴＡＰ処理は優れた性能を発揮する。
−方で、図３（ｂ）はこの条件を満たしていない場合で、ＳＴＡＰ処理の性能が劣化してしまう。なお、ここで素子を開口に置き換えてもよい。

図４はこの発明である移動目標検出装置のアンテナ部の構成概念を示した図であり、７は受信状態がｏｎのアンテナ素子、８は受信状態がｏｆｆのアンテナ素子である。
図４はアレイ選択処理部５の詳細な動作を説明するためのもので、式（１）で示したように、一般にＳＴＡＰによるクラッタ処理では、素子間隔もしくは開口間隔ｄがパルス間の移動距離lに等しくなった場合のみに、干渉波に対し高い抑圧効果を達成する。

本発明では、図４に示すようなアンテナ素子選択パターンを、アンテナ選択処理部５によって構成する。
即ち、自機速度Ｖ、ＰＲＩに応じたアダプティブな開口間隔を達成させるため、図４のように、観測ごとに使用する素子の間隔Ｄをパルス間の移動距離Ｖ・ＰＲＩと等しくなるように選択する。
ここで選択する開口間隔数をｎ（正の整数）とすると、Ｄ＝ｎ・ｄとなり、この関係は（２）式であらわされる。図４ではｎ＝３の例である。

アレイ選択処理部５では、このように観測条件によって変動するＶ（自機速度）・ＰＲＩに応じて（２）式を満たすようなｎを選定し、必要なアンテナ素子のみを選択する。
実際は、常に（２）式を厳密に満たすｎは存在しないため、（３）式の関係を満たすｎを定める。このアレイ選択処理部５の導入によって、変動してゆく測定環境に適応可能なＳＴＡＰ処理を実現する。

このようなアレイ選択処理部５のアダプティブな素子選択は、自機速度・目標距離に応じたＳＴＡＰ処理が実現可能になり、従来のレーダに対し同等の性能をより安価なシステムで構成することが可能という効果が得られる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２である移動目標検出装置の構成を示した図であり、９は素子選択部であり、１〜６は実施の形態１と同じものである。
アレイ選択処理部５で計算された素子選択情報は、実施の形態１では信号処理部３に送られていたが、実施の形態２では素子選択部９に送られる。

フェイズドアレイアンテナ１で受信した信号は送受信部２に送られる前に素子選択部９において使用される素子を選択する。
どの素子を選択するかは、アレイ選択処理部５において自機速度情報およびＰＲＩ情報を用いることで算出され、素子選択部９に送られる。

素子選択部９で選択された処理信号数はアレイアンテナ数に比べ減少している。
従って、送受信部２のモジュール数はアレイアンテナ１の素子数に比べ少なくすることが可能となる。
このように送受信部２のモジュール数を減らせることが実施の形態２の特徴である。

図４を例にとって実施の形態２のモジュール数を算出する。
アレイアンテナ１の素子数をｐ素子とすると、実施の形態１の場合は送受信部２の数はｐ個必要である。
一方で実施の形態２の場合、ｎ＞＝３であるとすると、送受信部２の必要数は最大でも約ｐ／３個になる。一般に、実施の形態２における送受信部２の数はｐ／ｎ個となり、アレイアンテナ１に比べ１／ｎ倍とすることができる。

このようなアレイ選択処理部５のアダプティブな素子選択は、自機速度・目標距離に応じたＳＴＡＰ処理が実現可能なだけではなく、使用する素子が実際の素子数より常に少なくなり受信チャンネルを削減することが可能となり、従来のレーダに対し同等の性能をより安価なシステムで構成することが可能という効果が得られる。

この発明の実施の形態１である移動目標検出装置の構成を示した図である。 この発明の実施の形態２である移動目標検出装置の構成を示した図である。 ＳＴＡＰ技術のアンテナ部の構成概念とその問題点を示した図である。 この発明である移動目標検出装置のアンテナ部の構成概念を示した図である。

符号の説明

１ フェイズドアレイアンテナ、 ２ 送受部、 ３ 信号処理部、 ４ 表示部、 ５ アレイ選択処理部、 ６ 動揺センサ、 ７ 受信状態がｏｎのアンテナ素子、 ８ 受信状態がｏｆｆのアンテナ素子、 ９ 素子選択部。

Claims (2)

1. 高周波パルス信号を放射するとともに複数のアンテナ素子で反射エコーを収集するフェイズドアレイアンテナ部と、
   上記フェイズドアレイアンテナ部へ高周波パルス信号を送信するとともに、上記フェイズドアレイアンテナ部のアンテナ素子で収集された反射エコーを受信する送受信部と、
   自機の移動速度を測定する動揺センサ部と、
   上記動揺センサ部により測定される自機の移動速度と上記高周波パルス信号のパルス繰り返し時間との積と、上記フェイズドアレイアンテナ部のアンテナ素子の最小間隔の整数倍の値とが概略等しくなるように、当該整数倍に係る整数の値を定め、当該整数と当該フェイズドアレイアンテナ部のアンテナ素子の最小間隔の積により求められる長さ分、隔てられたアンテナ素子を、観測ごとに使用するアンテナ素子として選択するアレイ選択処理部と、
   上記アレイ選択処理部で選択されたアンテナ素子を介して上記送受信部で受けた反射エコーを処理することにより移動目標を検出する信号処理部と、
   を備えた移動目標検出装置。
2. 上記アレイ選択処理部で選択された素子の選定情報に基づいて、上記フェイズドアレイアンテナ部から送られた信号の中から所定の受信信号を選択して、上記送受信部へ送るための素子選択部を、具備する請求項１ 記載の移動目標検出装置。

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