JP4723880B2 - Radio wave induction device - Google Patents
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Description
本発明は、クラッタ環境下で、例えばヘリコプタのブレード信号のような非定常信号を検出することにより目標を検出する電波誘導装置に関し、特に、目標検出時の信号対ノイズ比(SN比)を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a radio wave guidance device that detects a target by detecting an unsteady signal such as a helicopter blade signal in a clutter environment, and in particular, improves a signal-to-noise ratio (SN ratio) at the time of target detection. It is related to the technology.
従来、電波誘導シーカ装置や移動体搭載用レーダ装置といった、クラッタ環境下で高速移動しながら目標を検出する電波誘導装置が知られている。図23は、このような電波誘導装置の構成を示すブロック図である。この電波誘導装置は、アンテナ1、送信器2、受信器3、信号処理器4および速度検出器5から構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a radio wave induction device that detects a target while moving at high speed in a clutter environment, such as a radio wave induction seeker device or a radar device mounted on a moving body, is known. FIG. 23 is a block diagram showing the configuration of such a radio wave guidance device. This radio wave induction device includes an
アンテナ1は、アンテナ素子111〜11N、送受信モジュール121〜12Nおよび給電回路13から構成されている。アンテナ素子111〜11Nは、送受信モジュール121〜12Nから送られてくる高周波信号を空中に向けてそれぞれ放射するとともに、空中からの信号、つまり目標からの反射波を受信し、送受信モジュール121〜12Nにそれぞれ送る。
The
送受信モジュール121〜12Nは、給電回路13から送られてくる信号の位相を調整して高周波送信信号に変換し、さらに増幅してアンテナ素子111〜11Nにそれぞれ送る。また、送受信モジュール121〜12Nは、アンテナ素子111〜11Nから送られてくる高周波受信信号を増幅し、さらに位相を調整して中間周波信号に変換し、給電回路13に送る。
The transmission / reception modules 12 1 to 12 N adjust the phase of the signal sent from the
給電回路13は、送信器2から送られてくる送信信号をN個に電力分配して送受信モジュール121〜12Nに送る。また、給電回路13は、送受信モジュール121〜12Nから送られてくる信号を合成し、受信信号として受信器3に送る。
The
送信機2は、送信信号を生成してアンテナ1の給電回路13に送る。受信器3は、アンテナ1の給電回路13から送られてくる受信信号を周波数変換し、さらにデジタル信号に変換する。受信器3において得られたデジタル信号は、受信デジタル信号として信号処理器4に送られる。速度検出器5は、自己の移動速度を検出する。速度検出器5で検出された速度は、速度信号として信号処理器4に送られる。
The
信号処理器4は、MTI(Moving Target Indicator;移動目標検出)処理部41、DFT(Discrete Fourier Transformation;離散フーリエ変換)処理部42、目標検出測角処理部43およびMTIノッチ位置演算処理部44から構成されている。MTIノッチ位置演算処理部44は、速度検出器5から送られてくる速度信号に基づいてノッチ位置を検出し、ノッチ位置信号としてMTI処理部41に送る。
The
MTI処理部41は、MTIノッチ位置演算処理部44から送られてくるノッチ位置信号に基づいて、受信器3から送られてくる受信デジタル信号のうちの所定範囲を選択し、選択した範囲の受信デジタル信号に含まれるクラッタを抑圧する。クラッタの抑圧は、目標のドップラ周波数と目標以外のクラッタからの反射信号のドップラ周波数との違いを利用して行われる。MTI処理部41においてクラッタが抑圧された信号は、DFT処理部42に送られる。
Based on the notch position signal sent from the MTI notch position
DFT処理部42は、ドップラ周波数の異なる目標を分離検出するために、MTI処理部41から送られてくる信号に対し、パルス繰り返し周期(PRI:Pulse Repetition Interval)単位で離散フーリエ変換処理を行い、その結果を目標検出測角処理部43に送る。なお、DFT処理部42の代わりに、STFT(Short Time Fourier Transform;短時間フーリエ変換)処理部が採用される場合もある。
The
目標検出測角処理部43は、DFT処理部42から送られてくる信号の最大値に基づき目標検出処理および測角処理を実行する。この目標検出測角処理部43における目標検出の結果および測角の結果は、目標情報として外部に送出される。
The target detection angle
以上のように構成される従来の電波誘導装置では、クラッタ環境下で、例えばホバリングヘリコプタのブレード信号を検出することにより目標を検出する場合のように、目標が瞬時にしか出現しない場合には、DFTまたはSTFTを実施し、この際、瞬時にしか存在しない信号に対するヒット数を増加させるとともに熱雑音を増加させないようにヒット数を選定し、目標を検出することが行われている。 In the conventional radio wave guidance device configured as described above, when the target appears only instantaneously, for example, when the target is detected by detecting the blade signal of the hovering helicopter in a clutter environment, DFT or STFT is performed, and at this time, the number of hits for a signal that exists only instantaneously is increased, and the number of hits is selected so as not to increase thermal noise, and a target is detected.
また、クラッタが強い場合には、クラッタを抑圧するために、数パルスのMTIとDFT(またはSTFT)とを組み合わせることが行われている。移動体に搭載されたレーダ装置のMTIクラッタ抑圧性能は、非特許文献1に示されているように、移動体の移動速度およびPRIに比例し、アンテナ開口に反比例して低下する。
上述した従来の電波誘導装置では、自己の移動速度が速く、速度変化も大きく、かつアンテナ開口が小さい場合には、上述した非特許文献1に示されるように、MTIによるクラッタ抑圧効果が不十分であるため、MTIと組み合わせてDFTまたはSTFTを使用することができないという問題がある。
In the conventional radio wave guiding device described above, when the moving speed of the device is high, the speed change is large, and the antenna aperture is small, the clutter suppression effect by MTI is insufficient as shown in Non-Patent
また、目標検出後の測角処理においては、アンテナから得られる和信号、方位角方向の差信号および仰角方向の差信号といった3チャンネルの信号が使用されていたが、装置の構成の簡単化および低価格化の要請から、PRI毎のデータ列の全期間にわたる和信号、および、PRI毎のデータ列の前半が方位角方向の差信号から成り後半が仰角方向の差信号からなる信号といった2チャンネルの信号が使用されるように構成されている。従って、目標が瞬時にしか出現しない場合は、2チャンネルの信号によっては、方位角方向の差信号および仰角方向の差信号の何れかを得ることができない状態が発生し、測角できないという問題がある。 In the angle measurement processing after target detection, three-channel signals such as the sum signal obtained from the antenna, the difference signal in the azimuth direction, and the difference signal in the elevation direction are used. 2 channels such as a sum signal over the entire period of the data sequence for each PRI, and a signal in which the first half of the data sequence for each PRI is composed of the difference signal in the azimuth direction and the second half is composed of the difference signal in the elevation direction in response to a request for price reduction. Are configured to be used. Therefore, when the target appears only instantaneously, depending on the two-channel signal, there is a problem that either the azimuth direction difference signal or the elevation direction difference signal cannot be obtained, and the angle cannot be measured. is there.
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、MTIによるクラッタ抑圧を行うことなく高いSN比で瞬時にしか出現しない目標を検出でき、また、2チャンネルの信号で測角を行うことができる電波誘導装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and can detect a target that appears only instantaneously at a high S / N ratio without suppressing clutter by MTI, and can measure an angle with a signal of two channels. It is an object of the present invention to provide a radio wave induction device capable of performing the above.
第1の発明に係る電波誘導装置は、上記課題を達成するために、アンテナから得られた方位角方向の差信号と仰角方向の差信号とをパルス繰り返し期間で交互に選択して差信号として出力するスイッチと、前記アンテナから送られてくる和信号および前記スイッチから出力される差信号をデジタル信号に変換する受信器と、前記受信器から送られてくる信号を処理する信号処理器と、当該電波誘導装置の移動速度を検出する速度検出器とを備え、前記信号処理器は、前記受信器から送られてくる信号のパルス繰り返し期間毎にサンプルしたデータ列を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換処理部と、前記高速フーリエ変換処理部において得られた周波数領域の信号のうちの所定の周波数帯域以外をゼロ埋めして帯域制限し、帯域制限された信号に対して前記速度検出器から送られてくる速度信号に応じたオフセットを与えた後にフーリエ逆変換して出力する帯域制限高速フーリエ逆変換処理部と、前記帯域制限高速フーリエ逆変換処理部から出力された時間領域の信号の最大値およびその前後の複数点の信号を短時間フーリエ変換によりコヒーレント積分する短時間フーリエ変換処理部と、前記短時間フーリエ変換処理部において得られた信号に基づき目標検出および測角を行う目標検出測角処理部とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the radio wave guiding apparatus according to the first invention alternately selects the difference signal in the azimuth direction and the difference signal in the elevation direction obtained from the antenna in the pulse repetition period as a difference signal. a switch for outputting a receiver for converting a differential signal output from the sum signal and the switch transmitted from the antenna to a digital signal, and a signal processor for processing the signals that will be sent from the receiver , fast the a speed detector for detecting a moving speed of the radio wave guiding device, wherein the signal processor is the sampled data sequence to the fast Fourier transform for each pulse repetition period of the signal that will be sent from the receiver The band is limited by zero-filling the frequency domain signal obtained by the Fourier transform processing unit and the fast Fourier transform processing unit except for a predetermined frequency band, and band-limited. A band-limited fast Fourier inverse transform processing unit that outputs an inverse Fourier transform after giving an offset corresponding to a speed signal sent from the speed detector to the signal, and a band-limited fast Fourier inverse transform processing unit A short-time Fourier transform processing unit that coherently integrates the maximum value of the output time-domain signal and signals at multiple points before and after that by a short-time Fourier transform, and a target based on the signal obtained in the short-time Fourier transform processing unit And a target detection angle measurement processing unit for performing detection and angle measurement.
また、第2の発明に係る電波誘導装置は、第1の発明に係る電波誘導装置において、前記帯域制限高速フーリエ逆変換処理部は、予め想定された複数の目標の各々の特徴に適応する複数の周波数帯域について、前記高速フーリエ変換処理部において得られた周波数領域の信号のうちの該周波数帯域以外をゼロ埋めして帯域制限し、帯域制限された信号に対して前記速度検出器から送られてくる速度信号に応じたオフセットを与えた後にフーリエ逆変換して複数の時間領域の信号を生成し、生成された複数の時間領域の信号を用いてよりSN比を大きくした信号を出力することを特徴とする。 The radio wave guidance device according to a second invention is the radio wave guidance device according to the first invention, wherein the band-limited fast Fourier inverse transform processing unit is adapted to each of a plurality of targets that are assumed in advance. Of the frequency band obtained by the fast Fourier transform processing unit, the band other than the frequency band is zero-padded to limit the band, and the band-limited signal is sent from the speed detector. After giving an offset according to the speed signal coming, inverse Fourier transform is performed to generate a plurality of time domain signals, and a signal with a larger SN ratio is output using the generated plurality of time domain signals. It is characterized by.
また、第3の発明に係る電波誘導装置は、アンテナから得られた方位角方向の差信号と仰角方向の差信号とをパルス繰り返し期間で交互に選択して差信号として出力するスイッチと、前記アンテナから送られてくる和信号および前記スイッチから出力される差信号をデジタル信号に変換する受信器と、前記受信器から送られてくる信号を処理する信号処理器と、当該電波誘導装置の移動速度を検出する速度検出器とを備え、前記信号処理器は、前記受信器から送られてくる信号のパルス繰り返し期間毎にサンプルしたデータ列と前記速度検出器から送られてくる速度信号に応じたフィルタ係数とを演算することによりクラッタを抑圧するフィルタ処理部と、前記フィルタ処理部でクラッタが抑圧された信号の最大値およびその前後の複数点の信号を短時間フーリエ変換によりコヒーレント積分する短時間フーリエ変換処理部と、前記短時間フーリエ変換処理部において得られた信号に基づき目標検出および測角を行う目標検出測角処理部とを備えることを特徴とする。 The radio wave guidance device according to a third aspect of the present invention is a switch that alternately selects a difference signal in an azimuth direction and a difference signal in an elevation direction obtained from an antenna in a pulse repetition period and outputs the difference signal, a receiver for converting a differential signal output from the sum signal and the switch is sent from the antenna to a digital signal, and a signal processor for processing the signals that will be sent from the receiver, of the radio wave guide device and a speed detector for detecting a moving speed, wherein the signal processor is the speed signal sent sampled data sequence and for each pulse repetition period of the signal that will be transmitted from the receiver from the speed detector A filter processing unit that suppresses clutter by calculating a filter coefficient corresponding to the maximum value of a signal in which clutter is suppressed by the filter processing unit, and a plurality of points before and after the maximum value. A short-time Fourier transform processing unit that coherently integrates the signal by short-time Fourier transform, and a target detection angle measurement processing unit that performs target detection and angle measurement based on the signal obtained in the short-time Fourier transform processing unit. Features.
第1の発明に係る電波誘導装置によれば、受信信号を高速フーリエ変換と帯域制限高速フーリエ逆変換により、クラッタを抑圧すると同時に、複数バンクに広がった信号を積分することで信号エネルギーを集め、かつ帯域制限することにより雑音を低減し、時間領域の信号を短時間フーリエ変換によってコヒーレント積分することによりSN比を向上させるように構成したので、瞬時にしか出現しない目標であっても、MTIによるクラッタ抑圧を行うことなく高いSN比で目標を検出できる。また、速度検出器と帯域制限高速フーリエ逆変換処理部を用いることにより、電波誘導装置が自速度に応じて帯域可変するので、ホバリングしたヘリコプタを高いSN比で検出できる。また、アンテナから得られた方位角方向の差信号と仰角方向の差信号とをパルス繰り返し期間で交互に選択して差信号と和信号といった2つの信号を信号処理器に送るので、瞬時にしか出現しない非定常信号に対して2チャンネルでの測角処理が可能となる。 According to the radio wave guiding apparatus according to the first aspect of the invention, the received signal is subjected to fast Fourier transform and band-limited fast Fourier inverse transform to suppress clutter and simultaneously collect signal energy by integrating signals spread over a plurality of banks. In addition, since the noise is reduced by limiting the band and the signal-to-noise ratio is improved by coherent integration of the time domain signal by short-time Fourier transform, even if the target appears only instantaneously, The target can be detected with a high S / N ratio without performing clutter suppression. Further, by using the speed detector and the band-limited fast Fourier inverse transform processing unit, the radio wave guidance device varies the band according to its own speed, so that the hovered helicopter can be detected with a high SN ratio. In addition, the difference signal in the azimuth direction and the difference signal in the elevation direction obtained from the antenna are alternately selected in the pulse repetition period, and two signals such as the difference signal and the sum signal are sent to the signal processor. Angle measurement processing in two channels is possible for unsteady signals that do not appear.
また、第2の発明に係る電波誘導装置によれば、帯域制限高速フーリエ逆変換処理部は、予め想定された複数の目標の各々の特徴に適応する複数の周波数帯域について、該周波数帯域以外をゼロ埋めして帯域制限し、帯域制限された信号に対して前記速度検出器から送られてくる速度信号に応じたオフセットを与えた後にフーリエ逆変換して複数の時間領域の信号を生成し、その信号を用いてよりSN比を大きくした信号を出力するように構成したので、対象とする目標に対して、より強い相関をもった検出が可能になる。 Further, according to the radio wave guiding apparatus according to the second invention, the band limited fast Fourier inverse transform processing unit applies a frequency band other than the frequency band to a plurality of frequency bands adapted to the characteristics of the plurality of targets assumed in advance. Zero-padded to limit the band, and after giving an offset according to the speed signal sent from the speed detector to the band-limited signal, inverse Fourier transform is performed to generate a plurality of time domain signals, Since the signal is used to output a signal having a larger S / N ratio, detection with a stronger correlation can be performed with respect to the target.
また、第3の発明に係る電波誘導装置によれば、受信信号に速度検出器から送られてくる速度信号に応じたフィルタ係数を演算を施すことにより、クラッタおよび雑音を除去し、このフィルタ演算が施された信号を短時間フーリエ変換によりコヒーレント積分することによりSN比を向上させるように構成したので、瞬時にしか出現しない目標であっても、MTIによるクラッタ抑圧を行うことなく高いSN比で検出できる。また、アンテナから得られた方位角方向の差信号と仰角方向の差信号とをパルス繰り返し期間で交互に選択して差信号と和信号といった2つの信号を信号処理器に送るので、瞬時にしか出現しない非定常信号に対して2チャンネルでの測角処理が可能となる。 Further, according to the radio wave guiding apparatus according to the third aspect of the present invention, the filter coefficient corresponding to the speed signal sent from the speed detector is calculated on the received signal to remove clutter and noise, and this filter calculation Since the S / N ratio is improved by coherent integration of the signal subjected to the short-time Fourier transform, even if the target appears only instantaneously, the S / N ratio can be increased without suppressing the clutter by MTI. It can be detected. In addition, the difference signal in the azimuth direction and the difference signal in the elevation direction obtained from the antenna are alternately selected in the pulse repetition period, and two signals such as the difference signal and the sum signal are sent to the signal processor. Angle measurement processing in two channels is possible for unsteady signals that do not appear.
以下、本発明の実施例に係る電波誘導装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a radio wave guidance device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図である。この電波誘導装置は、アンテナ1、送信器2、受信器3、速度検出器5、スイッチ6および信号処理器7から構成されている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a radio wave guidance device according to an embodiment of the present invention. This radio wave induction device includes an
アンテナ1は、アンテナ素子111〜11N、送受信モジュール121〜12Nおよび給電回路13から構成されている。アンテナ素子111〜11Nは、送受信モジュール121〜12Nから送られてくる高周波信号を空中に向けてそれぞれ放射するとともに、空中からの信号、つまり目標からの反射波を受信し、送受信モジュール121〜12Nにそれぞれ送る。
The
送受信モジュール121〜12Nは、給電回路13から送られてくる信号の位相を調整して高周波送信信号に変換し、さらに増幅してアンテナ素子111〜11Nにそれぞれ送る。また、送受信モジュール121〜12Nは、アンテナ素子111〜11Nから送られてくる高周波受信信号を増幅し、さらに位相を調整して中間周波信号に変換し、受信信号として給電回路13に送る。
The transmission / reception modules 12 1 to 12 N adjust the phase of the signal sent from the
給電回路13は、送信器2から送られてくる送信信号をN個に電力分配して送受信モジュール121〜12Nに送る。また、給電回路13は、送受信モジュール121〜12Nから送られてくる受信信号に基づき、和信号Σを生成して受信器3に送るとともに、方位角方向の差信号ΔAZおよび仰角方向の差信号ΔELを生成してスイッチ6に送る。
The
スイッチ6は、アンテナ1から入力端子aに送られてくる差信号ΔAZおよびアンテナ1から入力端子bに送られてくる差信号ΔELの何れかを、信号処理器7から送られてくるスイッチ制御信号に従って交互に選択し、共通端子cから出力する。スイッチ制御信号は、後述するように、PRI毎に変化する。従って、スイッチ6からは、差信号ΔAZと差信号ΔELとがPRI毎に切り替えられた(タイムシェアされた)信号が出力される。このスイッチ6の出力は、差信号Δとして受信器3に送られる。
The switch 6 is a switch control signal sent from the
送信機2は、送信信号を生成してアンテナ1の給電回路13に送る。受信器3は、アンテナ1の給電回路13から送られてくる和信号Σおよびスイッチ6から送られてくる差信号Δを周波数変換し、さらにデジタル信号に変換する。この受信器3において周波数変換されたデジタルの和信号Σおよび差信号Δは、信号処理器4に送られる。この構成により、受信器3より後段の回路では、和信号Σおよび差信号Δといった2チャンネルの信号を処理することにより目標検出および測角を行うことができるので、和信号Σ、差信号ΔAZおよび差信号ΔELといった3チャンネルの信号を処理する必要がある従来の電波誘導装置に較べて構成を簡単化でき、また低コスト化が可能になっている。
The
速度検出器5は、自己の移動速度を検出する。この速度検出器5で検出された速度は、速度信号として信号処理器4に送られる。
The
本発明の高速フーリエ変換処理部は、第1FFT処理部71aおよび第2FFT処理部71bから構成され、帯域制限高速フーリエ逆変換処理部は、第1帯域制限IFFT処理部72aおよび第2帯域制限IFFT処理部72bから構成され、短時間フーリエ変換処理部は、第1STFT73aおよび第2STFT処理部73bから構成されている。
The fast Fourier transform processing unit of the present invention includes a first
第1FFT処理部71aは、受信器3から送られてくる、PRI毎にサンプリングされた複数個のデータ列からなる和信号Σを、窓関数付で高速フーリエ変換する。この第1FFT処理部71aにおける高速フーリエ変換によって得られた周波数領域の信号は、第1帯域制限IFFT処理部72aに送られる。
The first
同様に、第2FFT処理部71bは、スイッチ6から送られてくる、PRI毎にサンプリングされた複数個のデータ列からなる差信号Δを、窓関数付で高速フーリエ変換する。この第2FFT処理部71bにおける高速フーリエ変換によって得られた周波数領域の信号は、第2帯域制限IFFT処理部72bに送られる。
Similarly, the second FFT processing unit 71b performs a fast Fourier transform with a window function on the difference signal Δ, which is sent from the switch 6 and includes a plurality of data strings sampled for each PRI. The frequency domain signal obtained by the fast Fourier transform in the second FFT processing unit 71b is sent to the second band-limited
第1帯域制限IFFT処理部72aは、第1FFT処理部71aから送られてきた周波数領域の信号のうち、所定の周波数帯域以外の部分をゼロ埋め(ゼロフィル)することにより帯域制限する。この際、受信信号の周波数は、自己の移動に起因してドップラ周波数だけ移動しているので、帯域制限された信号に対して、速度検出器5から送られてくる速度信号に応じたオフセットが与えられる。その後、第1帯域制限IFFT処理部72aは、帯域制限された信号を高速フーリエ逆変換して時間領域の信号に戻す。この第1帯域制限IFFT処理部72aにおいて得られた時間領域の信号は、第1STFT処理部73aに送られる。
The first band limiting
同様に、第2帯域制限IFFT処理部72bは、第2FFT処理部71bから送られてきた周波数領域の信号のうち、所定の周波数帯域以外の部分をゼロ埋めすることにより帯域制限する。この際、受信信号の周波数は、自己の移動に起因してドップラ周波数だけ移動しているので、帯域制限された信号に対して、速度検出器5から送られてくる速度信号に応じたオフセットが与えられる。その後、第2帯域制限IFFT処理部72bは、帯域制限された信号を高速フーリエ逆変換して時間領域の信号に戻す。この第1帯域制限IFFT処理部72bにおいて得られた時間領域の信号は、第2STFT処理部73bに送られる。
Similarly, the second band limiting
第1STFT処理部73aは、第1帯域制限IFFT処理部72aから送られてきた時間領域の信号に対し、短時間フーリエ変換を実行する。より詳しくは、第1STFT処理部73aは、第1帯域制限IFFT処理部72aから送られてくる信号のピーク値を中心とする前後の数点の信号を短時間フーリエ変換により波形積分する。この第1STFT処理部73aにおける短時間フーリエ変換により得られた信号は、目標検出測角処理部74に送られる。
The
同様に、第2STFT処理部73bは、第2帯域制限IFFT処理部72bから送られてきた時間領域の信号に対し、短時間フーリエ変換を実行する。より詳しくは、第2STFT処理部73bは、第2帯域制限IFFT処理部72bから送られてくる信号のピーク値を中心とする前後の数点の信号を短時間フーリエ変換により波形積分する。この第2STFT処理部73bにおける短時間フーリエ変換により得られた信号は、目標検出測角処理部74に送られる。
Similarly, the second
目標検出測角処理部74は、第1STFT処理部73aおよび第2STFT処理部73bから送られてくる信号に基づき、目標検出処理および測角処理を実行する。この目標検出測角処理部74における目標検出処理の結果および測角処理の結果は、目標情報として外部に送出される。
The target detection angle
タイミング制御部75は、PRI毎に変化するスイッチ制御信号を生成し、スイッチ6に送る。これにより、上述したように、スイッチ6から、差信号ΔAZと差信号ΔELとがPRI毎に切り替えられた差信号Δが出力され、受信器3に送られる。
The
次に、上記のように構成される実施例1に係る電波誘導装置の動作を、電波誘導装置を実際に動作させて取得したデータを用いて説明する。以下の説明で使用する取得データは、PRI=6.5μs毎に2048点サンプルした和信号Σのデータである。また、データの取得は地上に固定した電波誘導装置を用いて行ったので、自己の移動速度は0m/sである。 Next, the operation of the radio wave guiding apparatus according to the first embodiment configured as described above will be described using data acquired by actually operating the radio wave guiding apparatus. The acquired data used in the following description is data of the sum signal Σ obtained by sampling 2048 points every PRI = 6.5 μs. Further, since the data acquisition was performed using a radio wave induction device fixed on the ground, its own moving speed is 0 m / s.
図2は、受信器3から得られた和信号Σのデータ列(2048サンプル)を示す。このデータ列が第1FFT処理部71aに送られる。第1FFT処理部71aは、2048個のデータ列からなる和信号Σを、窓関数付で高速フーリエ変換する。図3は、Blackman窓関数を用いて高速フーリエ変換した結果を示す。ここで、抽出したい信号はヘリコプタのブレード信号である。
FIG. 2 shows a data string (2048 samples) of the sum signal Σ obtained from the
なお、実測は、ホバリングしているヘリコプタではなく、微速で移動しているのでヘリコプタに対して行ったので、図3では、その胴体から反射された胴体信号に対応する波形も出現しているが、ホバリングしているヘリコプタの場合は、胴体信号に対応する波形は出現しない。ヘリコプタのブレード信号は、その特性に応じた周波数帯域で、周波数方向の広がりを有する。このブレード信号からさらに高い周波数の領域に広がっている信号はノイズである。第1FFT処理部71aにおいて得られた信号は、第1帯域制限IFFT処理部72aに送られる。
Note that the actual measurement was performed not on the hovering helicopter but on the helicopter because it moved at a slow speed, so in FIG. 3, the waveform corresponding to the fuselage signal reflected from the fuselage also appears. In the case of a hovering helicopter, the waveform corresponding to the fuselage signal does not appear. The helicopter blade signal has a spread in the frequency direction in a frequency band corresponding to the characteristic. The signal spreading from the blade signal to a higher frequency region is noise. The signal obtained in the first
第1帯域制限IFFT処理部72aでは、図4に示すように、第1FFT処理部71aから送られてきた信号のうち、ブレード信号に対応する周波数帯域以外の部分がゼロ埋めされて帯域制限される。
In the first band limiting
なお、自己の移動速度は0m/sであるので、ドップラ効果による周波数の移動は存在せず、オフセットはゼロである。その後、高速フーリエ逆変換が行われる。これにより、図5に示すような、抽出したブレード信号に対応する位置にピークを有する時間領域の信号が得られる。第1帯域制限IFFT処理部72aにおいて得られた時間領域の信号は、第1STFT処理部73aに送られる。
Since the moving speed of itself is 0 m / s, there is no frequency shift due to the Doppler effect, and the offset is zero. Thereafter, fast Fourier inverse transform is performed. As a result, a time-domain signal having a peak at a position corresponding to the extracted blade signal as shown in FIG. 5 is obtained. The time domain signal obtained in the first band-limited
第1STFT処理部73aでは、図6に示すような、第1帯域制限IFFT処理部72aから送られてきた信号のピーク値を中心とする前後の4点、合計8点に対して短時間フーリエ変換を実行する。図7は、第1STFT処理部73aにおける短時間フーリエ変換により得られた信号を示す。この短時間フーリエ変換により、周波数方向に拡がったヘリコプタからの反射信号のS/N比を改善することができる。この第1STFT処理部73aにおいてり得られた結果は、目標検出測角処理部74に送られる。
In the first
受信器3から得られる差信号Δについても、第2FFT処理部71b、第2帯域制限IFFT処理部72bおよび第1STFT処理部73bにおいて、上述した処理と同様の処理が行われる。そして、第2STFT処理部73bにおいて得られた結果は、目標検出測角処理部74に送られる。目標検出測角処理部74では、第1STFT処理部73aから得られる信号に基づき目標検出が行われるとともに、第1STFT処理部73aから得られる信号および第2STFT処理部73bから得られる信号に基づき測角処理が行われ、これらの処理結果が目標情報として出力される。
The difference signal Δ obtained from the
以上説明したように、本発明の実施例1に係る電波誘導装置によれば、第1帯域制限IFFT処理部72aおよび第2帯域制限IFFT処理部72bから出力される信号によって目標検出および測角を行うこともできるが、さらに、第1STFT処理部73aおよび第2STFT処理部73bにおいて短時間フーリエ変換を行うことにより、周波数方向に拡がったヘリコプタからの反射信号のS/N比を改善するように構成したので、MTIを使用しない場合でも、瞬時にしか出現しない目標に対してクラッタを抑圧し、目標を可能な限り高いS/N比で検出し測角できる。特に、自己の移動速度が速く、速度変化も大きく、且つアンテナ開口が小さい場合に対して、その効果が大である。
As described above, according to the radio wave guiding apparatus according to the first embodiment of the present invention, target detection and angle measurement are performed by the signals output from the first band limited
また、アンテナ1から得られた方位角方向の差信号と仰角方向の差信号とをパルス繰り返し周期で交互に選択して差信号として出力するスイッチ6を備え、受信器3は、アンテナから送られてくる和信号およびスイッチから出力される差信号を受信信号として信号処理器7に送るように構成したので、瞬時にしか出現しない非定常信号に対して2チャンネルでの測角処理が可能になる。
In addition, a switch 6 is provided that alternately selects the difference signal in the azimuth direction and the difference signal in the elevation direction obtained from the
なお、上述した実施例1では、第1帯域制限IFFT処理部72aおよび第2帯域制限IFFT処理部72bにおいて、所定の周波数帯域以外の信号をゼロ埋めした後にフーリエ逆変換して出力するように構成したが、第1帯域制限IFFT処理部72aおよび第2帯域制限IFFT処理部72bは、予め想定された複数の目標の各々の特徴に適応する複数の周波数帯域について、第1高速フーリエ変換処理部71aおよび第2高速フーリエ変換処理部71bにおいて得られた周波数領域の信号のうちの該周波数帯域以外をゼロ埋めした後にフーリエ逆変換して複数の時間領域の信号を生成し、生成された複数の時間領域の信号を用いてよりSN比を大きくした信号を出力するように構成できる。このような構成によれば、対象とする目標に対して、より強い相関をもった検出が可能になる。
In the first embodiment described above, the first band-limited
本発明の実施例2に係る電波誘導装置は、非定常信号の検出をデジタルフィルタで行うように構成したものである。 The radio wave guiding apparatus according to the second embodiment of the present invention is configured to detect a non-stationary signal with a digital filter.
図8は、本発明の実施例2に係る電波誘導装置の構成を示すブロック図である。この電波誘導装置は、信号処理器8の構成のみが、実施例1に係る電波誘導装置と異なる。以下では、実施例1に係る電波誘導装置の構成と同一部分には同一の符号を付して説明を省略または簡略化し、相違する部分を中心に説明する。
FIG. 8 is a block diagram illustrating the configuration of the radio wave guidance device according to the second embodiment of the present invention. This radio wave guiding apparatus is different from the radio wave guiding apparatus according to the first embodiment only in the configuration of the
信号処理器8は、第1デジタルフィルタ処理部81a、第2デジタルフィルタ処理部81b、フィルタ係数メモリ82、第1STFT処理部73a、第2STFT処理部73b、目標検出測角処理部74およびタイミング制御部75から構成されている。
The
第1デジタルフィルタ処理部81aは、受信器3から送られてくる、PRI毎にサンプリングされた複数個のデータ列からなる和信号Σに対してフィルタ演算処理を施すことによりクラッタを抑圧する。この第1デジタルフィルタ処理部81aにおけるフィルタ演算処理によってクラッタが抑圧された信号は、第1STFT処理部73aに送られる。
The first digital
同様に、第2デジタルフィルタ処理部81bは、スイッチ6から送られてくる、PRI毎にサンプリングされた複数の個のデータ列からなる差信号Δをフィルタ演算処理することによりクラッタを抑圧する。この第2デジタルフィルタ処理部81bにおけるフィルタ演算処理によってクラッタが抑圧された信号は、第2STFT処理部73bに送られる。
Similarly, the second digital
図9は、第1デジタルフィルタ処理部81aおよび第2デジタルフィルタ処理部81bを構成するデジタルフィルタの詳細な回路構成を示す図である。このデジタルフィルタは、楕円関数型のIIR(Infinite Impulse Response Filter)フィルタから構成されており、16段の単位遅延素子(Z-1)、各単位遅延素子の出力を入力側の加算器にフィードバックする16個の係数アンプa1〜a16および各単位遅延素子の出力を出力側の加算器に送る16個の係数アンプb1〜b16を備える。
FIG. 9 is a diagram illustrating a detailed circuit configuration of a digital filter constituting the first digital
フィルタ係数データメモリ82は、複数の速度に対応する複数のフィルタ係数セットを予め記憶している。このフィルタ係数データメモリ82からは、速度検出器5から送られてくる速度信号に対応するフィルタ係数セットが読み出され、第1デジタルフィルタ処理部81aおよび第2デジタルフィルタ処理部81bに送られる。これにより、フィルタ係数セットの切り換えが行われる。
The filter
ここで、自己の速度に対応したフィルタ係数セットについて説明する。例えば自己の速度が100m/sから800m/sまで変化し、送信周波数を6GHzとすれば、速度とドップラ周波数の関係は図10のようになる。今、100m/s毎にフィルタ係数セットを用意すると8セットが必要になる。100m/s毎のドップラ周波数オフセットは4kHzであるので、フィルタ係数データメモリ82には、自己の移動速度に対応してフィルタ応答が図12〜図19に示す形状となるようなフィルタ係数セットが記憶される。
Here, the filter coefficient set corresponding to its own speed will be described. For example, if the own speed changes from 100 m / s to 800 m / s and the transmission frequency is 6 GHz, the relationship between the speed and the Doppler frequency is as shown in FIG. Now, if a filter coefficient set is prepared every 100 m / s, 8 sets are required. Since the Doppler frequency offset for every 100 m / s is 4 kHz, the filter
具体的には、図12は、自己の移動速度が100m/sの場合のフィルタ係数によって実現されるフィルタ応答を示す図である。図13は、自己の移動速度が200m/sの場合のフィルタ係数によって実現されるフィルタ応答を示す図である。図14は、自己の移動速度が300m/sの場合のフィルタ係数によって実現されるフィルタ応答を示す図である。図15は、自己の移動速度が400m/sの場合のフィルタ係数によって実現されるフィルタ応答を示す図である。図16は、自己の移動速度が500m/sの場合のフィルタ係数によって実現されるフィルタ応答を示す図である。図17は、自己の移動速度が600m/sの場合のフィルタ係数によって実現されるフィルタ応答を示す図である。図18は、自己の移動速度が700m/sの場合のフィルタ係数によって実現されるフィルタ応答を示す図である。図19は、自己の移動速度が800m/sの場合のフィルタ係数によって実現されるフィルタ応答を示す図である。 Specifically, FIG. 12 is a diagram showing a filter response realized by a filter coefficient when the moving speed of the self is 100 m / s. FIG. 13 is a diagram illustrating a filter response realized by a filter coefficient when the moving speed of the self is 200 m / s. FIG. 14 is a diagram showing the filter response realized by the filter coefficient when the moving speed of the self is 300 m / s. FIG. 15 is a diagram illustrating a filter response realized by a filter coefficient when the moving speed of the self is 400 m / s. FIG. 16 is a diagram illustrating a filter response realized by a filter coefficient when the moving speed of the self is 500 m / s. FIG. 17 is a diagram illustrating a filter response realized by a filter coefficient when the moving speed of the self is 600 m / s. FIG. 18 is a diagram illustrating a filter response realized by a filter coefficient when the moving speed of the self is 700 m / s. FIG. 19 is a diagram illustrating a filter response realized by a filter coefficient when the moving speed of the self is 800 m / s.
図11は、上記フィルタ応答を実現するために、フィルタ係数データメモリ82に記憶されるフィルタ係数セットの一例を示す。各フィルタ係数セットにより形成されるフィルタは、その通過帯域幅は変わらず、中心周波数がオフセットして行く。
FIG. 11 shows an example of a filter coefficient set stored in the filter
次に、上記のように構成される実施例2に係る電波誘導装置の動作を、電波誘導装置を実際に動作させて取得したデータを用いて説明する。以下の説明で使用する取得データは、PRI=6.5μs毎に2048点サンプルした和信号Σのデータである。また、データの取得は地上に固定した電波誘導装置を用いて行ったので、自己の移動速度は0m/sである。 Next, the operation of the radio wave guiding apparatus according to the second embodiment configured as described above will be described using data acquired by actually operating the radio wave guiding apparatus. The acquired data used in the following description is data of the sum signal Σ obtained by sampling 2048 points every PRI = 6.5 μs. Further, since the data acquisition was performed using a radio wave induction device fixed on the ground, its own moving speed is 0 m / s.
実施例1に係る電波誘導装置と同様に、受信器3からは、図2に示すような和信号Σのデータ列(2048サンプル)が得られる。このデータ列が第1デジタルフィルタ処理部81aに送られる。第1デジタルフィルタ処理部81aは、2048個のデータ列からなる和信号Σ入力対してデジタルフィルタ演算を行う。図20は、第1デジタルフィルタ処理部81aにおけるフィルタ演算の結果を示し、図21は、このフィルタ演算に使用したフィルタ応答を示す。このようにして、第1デジタルフィルタ処理部81aにおいて得られた信号は、第1STFT処理部73aに送られる。
Similar to the radio wave guiding apparatus according to the first embodiment, a data string (2048 samples) of the sum signal Σ as shown in FIG. 2 is obtained from the
第1STFT処理部73aでは、第1デジタルフィルタ処理部81aから送られてきた信号のピーク値を中心とする前後の4点、合計8点に対して短時間フーリエ変換を実行して波形積分を行う。図22は、第1STFT処理部73aにおける短時間フーリエ変換により得られた信号を示す。この短時間フーリエ変換により、周波数方向に拡がったヘリコプタからの反射信号のS/N比を改善することができる。この第1STFT処理部73aにおいてり得られた結果は、目標検出測角処理部74に送られる。
In the first
受信器3から得られる差信号Δについても、第2デジタルフィルタ処理部81bおよび第1STFT処理部73bにおいて、上述した処理と同様の処理が行われる。そして、第2STFT処理部73bにおいて得られた結果は、目標検出測角処理部74に送られる。目標検出測角処理部74では、第1STFT処理部73aから得られる信号に基づき目標検出が行われるとともに、第1STFT処理部73aから得られる信号および第2STFT処理部73bから得られる信号に基づき測角処理が行われ、これらの処理結果が目標情報として出力される。
The difference signal Δ obtained from the
以上説明したように、本発明の実施例2に係る電波誘導装置によれば、受信信号にフィルタ演算を施すことにより、クラッタおよび雑音を除去し、このフィルタ演算が施された信号を短時間フーリエ変換によりコヒーレント積分することによりSN比を向上させるように構成したので、瞬時にしか出現しない目標であっても、MTIによるクラッタ抑圧を行うことなく高いSN比で検出できる。 As described above, according to the radio wave guiding apparatus according to the second embodiment of the present invention, the received signal is filtered to remove clutter and noise, and the filtered signal is subjected to Fourier transform for a short time. Since the S / N ratio is improved by performing coherent integration by conversion, even a target that appears only instantaneously can be detected with a high S / N ratio without performing clutter suppression by MTI.
本発明は、クラッタ環境下で、例えばヘリコプタのブレード信号のような非定常信号を検出することにより目標を検出するレーダ装置全般に適用することができる。 The present invention can be applied to all radar devices that detect a target by detecting an unsteady signal such as a helicopter blade signal in a clutter environment.
1 アンテナ
2 送信機
3 受信器
5 速度検出器
6 スイッチ
7、8 信号処理器
111〜11N アンテナ素子
121〜12N 送受信モジュール
13 給電回路
71a 第1FFT処理部
71b 第2FFT処理部
72a 第1帯域制限IFFT処理部
72a 第2帯域制限IFFT処理部
73a 第1STFT処理部
73b 第2STFT処理部
74 目標検出測角処理部
75 タイミング制御部
81a 第1デジタルフィルタ処理部
81b 第2デジタルフィルタ処理部
82 フィルタ係数データメモリ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記アンテナから送られてくる和信号および前記スイッチから出力される差信号を
デジタル信号に変換する受信器と、
前記受信器から送られてくる信号を処理する信号処理器と、
当該電波誘導装置の移動速度を検出する速度検出器とを備え、
前記信号処理器は、
前記受信器から送られてくる信号のパルス繰り返し期間毎にサンプルしたデータ列を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換処理部と、
前記高速フーリエ変換処理部において得られた周波数領域の信号のうちの所定の周波数帯域以外をゼロ埋めして帯域制限し、帯域制限された信号に対して前記速度検出器から送られてくる速度信号に応じたオフセットを与えた後にフーリエ逆変換して出力する帯域制限高速フーリエ逆変換処理部と、
前記帯域制限高速フーリエ逆変換処理部から出力された時間領域の信号の最大値およびその前後の複数点の信号を短時間フーリエ変換によりコヒーレント積分する短時間フーリエ変換処理部と、
前記短時間フーリエ変換処理部において得られた信号に基づき目標検出および測角を行う目標検出測角処理部と、
を備えることを特徴とする電波誘導装置。 A switch that alternately selects a difference signal in the azimuth direction obtained from the antenna and a difference signal in the elevation direction in the pulse repetition period and outputs it as a difference signal;
The sum signal sent from the antenna and the difference signal output from the switch
A receiver for converting to a digital signal ;
A signal processor for processing the signals that will be sent from the receiver,
A speed detector for detecting the moving speed of the radio wave induction device,
The signal processor is
A fast Fourier transform unit for the sampled data sequence for each pulse repetition period of the signal that will be transmitted from the receiver a fast Fourier transform,
The speed signal sent from the speed detector to the band-limited signal by zero-filling the band other than the predetermined frequency band of the frequency domain signal obtained in the fast Fourier transform processing unit. A band-limited fast Fourier inverse transform processing unit that outputs an inverse Fourier transform after giving an offset according to
A short-time Fourier transform processing unit that coherently integrates the maximum value of the time-domain signal output from the band-limited fast Fourier inverse transform processing unit and signals at a plurality of points before and after the maximum by a short-time Fourier transform;
A target detection angle measurement processing unit that performs target detection and angle measurement based on the signal obtained in the short-time Fourier transform processing unit;
A radio wave induction device comprising:
前記アンテナから送られてくる和信号および前記スイッチから出力される差信号を
デジタル信号に変換する受信器と、
前記受信器から送られてくる信号を処理する信号処理器と、
当該電波誘導装置の移動速度を検出する速度検出器とを備え、
前記信号処理器は、
前記受信器から送られてくる信号のパルス繰り返し期間毎にサンプルしたデータ列と前記速度検出器から送られてくる速度信号に応じたフィルタ係数とを演算することによりクラッタを抑圧するフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理部でクラッタが抑圧された信号の最大値およびその前後の複数点の信号を短時間フーリエ変換によりコヒーレント積分する短時間フーリエ変換処理部と、
前記短時間フーリエ変換処理部において得られた信号に基づき目標検出および測角を行う目標検出測角処理部と、
を備えることを特徴とする電波誘導装置。 A switch that alternately selects a difference signal in the azimuth direction obtained from the antenna and a difference signal in the elevation direction in the pulse repetition period and outputs the difference signal,
The sum signal sent from the antenna and the difference signal output from the switch
A receiver for converting to a digital signal ;
A signal processor for processing the signals that will be sent from the receiver,
A speed detector for detecting the moving speed of the radio wave induction device,
The signal processor is
Filter processing unit for suppressing the clutter by computing a filter coefficient according to the speed signal sent sampled data sequence and for each pulse repetition period of the signal that will be transmitted from the receiver from the speed detector When,
A short-time Fourier transform processing unit that coherently integrates the maximum value of the signal whose clutter is suppressed by the filter processing unit and signals at a plurality of points before and after the maximum value, and a short-time Fourier transform;
A target detection angle measurement processing unit that performs target detection and angle measurement based on the signal obtained in the short-time Fourier transform processing unit;
A radio wave induction device comprising:
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