JP4727311B2 - Radar equipment - Google Patents

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Description

この発明は、クラッタを抑圧して移動小目標の検出を向うレーダ装置に関するものである。   The present invention relates to a radar device that suppresses clutter and detects a moving small target.

移動小目標の検出方式を実装したレーダ装置は、特に、航空機やその他のプラットフォームに搭載され、上空から電波を送受信することによって地表面や海面付近の観測を行い、地表面や海面付近に存在する小目標の検出を行うものである。なお、ここで言う、小目標とは電波の反射強度の小さい目標のことを意味しており、その物理的な大きさが小さい目標とは限らない。この種のレーダで地表面や海面付近を観測すると、一般に地表面や海面からの強いエコー(それぞれグラウンドクラッタ、シークラッタと呼ぶ。また、この発明に関しての説明においてはグラウンドクラッタやシークラッタのように背景からのエコーを、総称して単にクラッタと呼ぶ。)が受信される。したがって、地表面や海面付近に存在する目標からのエコー(これを目標信号と呼ぶ。)を受信レーダ信号の中から検出するためには、予めクラッタを抑圧することが必要となる。   Radar equipment that implements a moving small target detection method is installed on aircraft and other platforms, and it observes the surface of the earth and the sea surface by transmitting and receiving radio waves from the sky, and exists near the earth surface and the sea surface. A small target is detected. Here, the small target means a target having a low radio wave reflection intensity, and is not necessarily a target having a small physical size. When this type of radar observes the ground surface or the sea surface, it is generally a strong echo from the ground surface or sea surface (referred to as ground clutter and sea clutter, respectively. In the description of the present invention, from the background as ground clutter or sea clutter. Are collectively referred to simply as clutter). Therefore, it is necessary to suppress clutter in advance in order to detect an echo from a target (referred to as a target signal) existing near the ground surface or the sea surface from the received radar signal.

従来のレーダ装置におけるクラッタ抑圧技術には、目標信号とクラッタのドップラー周波数差を利用してクラッタを抑圧するMTI(Moving Target Indicator)と呼ばれる技術がある(例えば非特許文献1参照。)。これは、小目標として、車両や船舶のように移動するものを想定して、背景と目標の速度差に基づいてクラッタと目標信号を判別し、クラッタを抑圧する方法である。
また、静止目標を検出するためのクラッタ抑圧方法としては、目標と背景の偏波特性の相違に着目してクラッタを抑圧し、目標を検出する方法がある(例えば非特許文献2参照。)。この方法は、互いに直交する2つの偏波(たとえば水平偏波(H偏波)と垂直偏波(V偏波))の組み合わせで電波を送受信して、背景と目標の偏波特性を計測し、受信信号の中でクラッタの偏波特性に相当する部分を抑圧するというものである。
As a conventional clutter suppression technique in a radar apparatus, there is a technique called MTI (Moving Target Indicator) that suppresses clutter by using a Doppler frequency difference between a target signal and a clutter (see Non-Patent Document 1, for example). This is a method of suppressing clutter by determining a clutter and a target signal based on the speed difference between the background and the target assuming a small target that moves like a vehicle or a ship.
Further, as a clutter suppression method for detecting a stationary target, there is a method for detecting a target by suppressing the clutter while paying attention to the difference between the polarization characteristics of the target and the background (see, for example, Non-Patent Document 2). . This method measures the background and target polarization characteristics by transmitting and receiving radio waves with a combination of two orthogonal polarizations (for example, horizontal polarization (H polarization) and vertical polarization (V polarization)). Then, a portion corresponding to the polarization characteristic of the clutter in the received signal is suppressed.

さらに、受信信号のドップラー周波数と偏波特性を解析して、クラッタのドップラー周波数と偏波特性に相当する部分を抑圧する方法がある(例えば非特許文献3参照。)。この方法は、偏波・時間信号内でアダプティブフィルタを生成して、クラッタを抑圧するものである。したがって、この方式と移動目標を対象としたMTIなどの方式とを比較すると、目標とクラッタの偏波特性の相違によってクラッタを抑圧できる分、クラッタの抑圧性能および目標の検出性能が向上するという利点がある。   Further, there is a method of analyzing the Doppler frequency and polarization characteristic of the received signal and suppressing a portion corresponding to the Doppler frequency and polarization characteristic of the clutter (see Non-Patent Document 3, for example). In this method, an adaptive filter is generated in the polarization / time signal to suppress clutter. Therefore, when this method is compared with a method such as MTI for moving targets, the clutter suppression performance and target detection performance are improved by the amount that the clutter can be suppressed by the difference in the polarization characteristics of the target and the clutter. There are advantages.

上記非特許文献3に記載された、ドップラー周波数と偏波特性の情報を同時に用いてクラッタを抑圧する方法を実現する機能構成の例を図5に示し説明する。
図において、受信信号101は、レーダ装置によって複数のパルスを送受信して得られたものであり、一時メモリに格納される。受信信号101の構造は、レンジセル毎に、複数偏波チャネル、複数ヒットの信号が配列された形であり、ヒット数をM、偏波チャネル数をPとした場合、各レンジセルの信号はM×P次元ベクトル信号である。なお、受信信号101の構造については、この発明の実施の形態1で詳細に説明する。試験セルのクラッタを抑圧するために、その前後の参照セルの信号から、共分散行列推定手段102によってクラッタ共分散行列を推定する。このクラッタ共分散行列を用いて、フィルタ生成手段103によってクラッタ抑圧用フィルタを生成し、クラッタ抑圧手段104において、該クラッタ抑圧用フィルタを試験セルにおける観測値に適用することによってクラッタを抑圧する。次いで、判定手段105においてクラッタ抑圧手段104が出力したクラッタ抑圧後の信号を閾値と比較することによって目標検出判定を行う。
An example of a functional configuration for realizing the method of suppressing clutter using information on the Doppler frequency and polarization characteristics described in Non-Patent Document 3 will be described with reference to FIG.
In the figure, a received signal 101 is obtained by transmitting and receiving a plurality of pulses by a radar device, and is stored in a temporary memory. The structure of the received signal 101 is a form in which signals of a plurality of polarization channels and a plurality of hits are arranged for each range cell. When the number of hits is M and the number of polarization channels is P, the signal of each range cell is M × It is a P-dimensional vector signal. The structure of received signal 101 will be described in detail in Embodiment 1 of the present invention. In order to suppress the clutter of the test cell, the clutter covariance matrix is estimated by the covariance matrix estimation means 102 from the signals of the reference cells before and after the test cell. Using this clutter covariance matrix, the filter generation unit 103 generates a clutter suppression filter, and the clutter suppression unit 104 applies the clutter suppression filter to the observation value in the test cell to suppress the clutter. Next, the determination unit 105 performs target detection determination by comparing the clutter-suppressed signal output from the clutter suppression unit 104 with a threshold value.

M.I.Skolnik,“Introduction to Radar Systems,” Second Edition,McGraw-Hill,1980.M.I.Skolnik, “Introduction to Radar Systems,” Second Edition, McGraw-Hill, 1980. L.M. Novak, M.C. Burl, W.W. Irving,“Optimal polarimetric processing for enhanced target detection,”IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,Vol. 29, No. 1, pp.234-244, Jan. 1993L.M.Novak, M.C.Burl, W.W.Irving, “Optimal polarimetric processing for enhanced target detection,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 29, No. 1, pp.234-244, Jan. 1993 D.Pastina他 “aptive Polarimetric Target Detection with Coherent Radar,”IEEE International Radar Conf. 2000,pp93-97D. Pastina et al. “Aptive Polarimetric Target Detection with Coherent Radar,” IEEE International Radar Conf. 2000, pp93-97

従来のレーダ装置は、目標からのエコー(目標信号)を受信レーダ信号の中から検出するために、以上のような各種方法で予めクラッタを抑圧するようにしているが、下記のような問題がある。
非特許文献1に記載された方法では、地表面上で静止している車両や、海面に浮遊している船舶などのように目標信号のドップラー周波数がクラッタのドップラー周波数と一致する場合、また、たとえ目標が移動していてもクラッタのドップラー周波数が広がり、目標信号のドップラー周波数と重なってしまうような場合には、目標信号も抑圧されてしまい判別できなくなる。また、目標信号強度が極めて小さい場合は、クラッタを抑圧しても目標信号を十分に検出できないという問題が生じる場合がある。
The conventional radar apparatus suppresses clutter in advance by various methods as described above in order to detect an echo (target signal) from the target from the received radar signal. However, there are the following problems. is there.
In the method described in Non-Patent Document 1, when the Doppler frequency of the target signal matches the Doppler frequency of the clutter, such as a vehicle stationary on the ground surface or a ship floating on the sea surface, Even if the target is moving, if the Doppler frequency of the clutter spreads and overlaps with the Doppler frequency of the target signal, the target signal is also suppressed and cannot be determined. Further, when the target signal intensity is extremely small, there may be a problem that the target signal cannot be sufficiently detected even if clutter is suppressed.

また、非特許文献2に記載された方法では、背景と目標の偏波特性が一致する場合、また偏波特性の相違が小さい場合には、クラッタを抑圧しても目標信号を十分に検出できない場合がある。
さらに、非特許文献3に記載された方法では、目標の偏波特性に関する情報を事前に準備しておく必要がある。また、フィルタ生成手段において、共分散行列の固有値解析が必要であるが、共分散行列は(M×P)×(M×P)の行列であるため、演算量が非常に多くなるという問題がある。
Further, in the method described in Non-Patent Document 2, if the background and target polarization characteristics match, or if the difference in polarization characteristics is small, the target signal is sufficiently obtained even if clutter is suppressed. It may not be detected.
Furthermore, in the method described in Non-Patent Document 3, it is necessary to prepare information related to the target polarization characteristics in advance. Further, the filter generation means needs to perform eigenvalue analysis of the covariance matrix. However, since the covariance matrix is a matrix of (M × P) × (M × P), there is a problem that the amount of calculation becomes very large. is there.

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、ドップラー情報と偏波情報を用いることで、移動目標に対するSCR(Signal to Clutter Ratio)を改善し、目標検出確率を向上させることができるレーダ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. By using Doppler information and polarization information, the SCR (Signal to Clutter Ratio) for a moving target can be improved and the target detection probability can be improved. An object of the present invention is to obtain a radar device that can be used.

この発明に係るレーダ装置は、複数のパルスの送受信によって得られた受信信号から各レンジセルにおけるドップラースペクトルを算出し、算出されたドップラースペクトルからクラッタを抑圧して移動小目標の検出を行うレーダ装置において、クラッタのドップラー周波数帯域を算出するクラッタ帯域推定手段と、受信信号のドップラースペクトルの中から上記クラッタのドップラー周波数帯域内に存在する信号を抽出するクラッタ帯域信号抽出手段と、抽出されたクラッタのドップラー周波数帯域内に存在する信号に基づいてクラッタの偏波特性を推定するクラッタ偏波特性推定手段と、推定されたクラッタ偏波特性の成分を抑圧するためのクラッタ抑圧フィルタを生成するクラッタ抑圧フィルタ生成手段と、受信信号のドップラースペクトルのうち、上記クラッタのドップラー周波数帯域内に存在するドップラースペクトルに対してクラッタ抑圧フィルタを適用して上記クラッタの偏波特性に相当する成分を抑圧するクラッタ抑圧手段と、クラッタ抑圧手段によってクラッタが抑圧されたドップラースペクトルを閾値と比較して目標の検出判定を行う目標検出手段とを備えたものである。   A radar apparatus according to the present invention calculates a Doppler spectrum in each range cell from received signals obtained by transmitting and receiving a plurality of pulses, and detects a moving small target by suppressing clutter from the calculated Doppler spectrum. A clutter band estimating means for calculating a Doppler frequency band of the clutter, a clutter band signal extracting means for extracting a signal existing in the Doppler frequency band of the clutter from the Doppler spectrum of the received signal, and a Doppler of the extracted clutter Clutter polarization characteristic estimation means for estimating the polarization characteristic of clutter based on a signal existing in the frequency band, and a clutter for generating a clutter suppression filter for suppressing the component of the estimated clutter polarization characteristic Suppression filter generation means and received signal Doppler spectrum A clutter suppression unit that applies a clutter suppression filter to a Doppler spectrum existing in the Doppler frequency band of the clutter to suppress a component corresponding to the polarization characteristics of the clutter, and a clutter suppression unit by the clutter suppression unit. And a target detection means for performing target detection determination by comparing the suppressed Doppler spectrum with a threshold value.

この発明によれば、クラッタの偏波特性とドップラー周波数の情報を利用してクラッタを抑圧するので、目標検出性能を向上させる効果がある。また、はじめに受信信号のドップラースペクトルから、クラッタのドップラー周波数帯域の信号を抽出して、その抽出された信号を用いてクラッタの偏波特性を推定するため、クラッタの偏波特性の推定精度を向上させる効果がある。一般に、海面や一様な地表面においてはクラッタの偏波特性とドップラー周波数の相関は低いため、ドップラー周波数解析と偏波特性解析を順次適用することで、行列演算に供する行列の次数を低減することができ、その分演算量を低減することができる。   According to this invention, since the clutter is suppressed using the information on the polarization characteristics of the clutter and the Doppler frequency, there is an effect of improving the target detection performance. In addition, since the signal of the Doppler frequency band of the clutter is first extracted from the Doppler spectrum of the received signal, and the polarization characteristics of the clutter are estimated using the extracted signal, the estimation accuracy of the polarization characteristics of the clutter is estimated. There is an effect of improving. In general, since the correlation between the polarization characteristics of clutter and the Doppler frequency is low on the sea surface or a uniform ground surface, the order of the matrix used for matrix calculation can be determined by applying Doppler frequency analysis and polarization characteristics analysis in sequence. The amount of calculation can be reduced accordingly.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による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、送信機(送信手段)1でパルス信号を生成し、送受切換器2が当該パルス信号を偏波切換器3に送る。偏波切換器3は、第1偏波送受信アンテナ4を駆動することにより、そのパルス信号を第1偏波送受信アンテナ4から空間に放射させる。空間に放射されたパルス信号は観測対象によって散乱される。偏波切換器3は、第1偏波送受信アンテナ4と第2偏波送受信アンテナ5の双方を駆動し、観測対象によって散乱された散乱波を各アンテナでそれぞれ受信する。ここで、第1偏波送受信アンテナ4と第2偏波送受信アンテナ5の偏波特性は互いに直交する関係を有する。なお、第1偏波送受信アンテナ4および第2偏波送受信アンテナ5における偏波特性が直交する組み合わせとして、例えば、垂直偏波と水平偏波の組み合わせや、右旋円偏波と左旋円偏波の組み合わせなどが考えられる。観測対象からの散乱波の各受信信号のそれぞれは、送受切換器2を介して受信機(受信手段)6に送られる。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, a transmitter (transmission means) 1 generates a pulse signal, and a transmission / reception switch 2 sends the pulse signal to a polarization switch 3. The polarization switch 3 radiates the pulse signal from the first polarization transmitting / receiving antenna 4 to the space by driving the first polarization transmitting / receiving antenna 4. The pulse signal radiated into space is scattered by the observation target. The polarization switching unit 3 drives both the first polarization transmission / reception antenna 4 and the second polarization transmission / reception antenna 5, and receives the scattered waves scattered by the observation target by each antenna. Here, the polarization characteristics of the first polarized wave transmitting / receiving antenna 4 and the second polarized wave transmitting / receiving antenna 5 are orthogonal to each other. Note that as the combinations in which the polarization characteristics of the first polarization transmitting / receiving antenna 4 and the second polarization transmitting / receiving antenna 5 are orthogonal, for example, a combination of vertical polarization and horizontal polarization, right-handed circular polarization and left-handed circular polarization, and the like. A combination of waves can be considered. Each reception signal of the scattered wave from the observation target is sent to the receiver (reception means) 6 via the transmission / reception switch 2.

受信機6において、第1偏波送受信アンテナ4と第2偏波送受信アンテナ5が受信した散乱波の受信信号のそれぞれに対して、位相検波処理とA/D変換処理およびレンジ圧縮処理を実施し、それぞれの受信信号の振幅と位相を示すデジタル受信信号x1mn、x2mnを出力する。受信機6から出力された受信信号x1mn,x2mnはメモリ7に送られ、一時保存される。なお、xpmnは、第p偏波チャネル(p=1,2,3,4,詳細は後述する。)m番目(m=0,1,…,M−1)のパルスの受信信号のn番目(n=0,1,…,N−1)のレンジセルにおける値である。ここで、Mはパルス数であり、Nはレンジセル数である。パルスをM個送受信するタイミングについては後述する。
同様に、送信機1で生成した広帯域パルスは、送受切換器2を介して偏波切換器3に送り、これを第2偏波送受信アンテナ5から観測対象に照射される。第1偏波送受信アンテナ4と第2偏波送受信アンテナ5において受信された散乱波の受信信号に対しても、受信機6で同様の処理を繰り返すことにより、受信信号x3mn,x4mnを得る。この受信信号x3mn,x4mnもメモリ7に送られ、一時保存される。
In the receiver 6, phase detection processing, A / D conversion processing, and range compression processing are performed on each of the received signals of the scattered waves received by the first polarization transmitting / receiving antenna 4 and the second polarization transmitting / receiving antenna 5. , each of the received signal amplitude and the digital reception signal x 1mn indicating the phase, and outputs a x 2mn. Output from the receiver 6 the received signal x 1mn, x 2mn is transmitted to a memory 7, is temporarily stored. Note that x pmn is the nth received signal of the p-th polarization channel (p = 1, 2, 3, 4, details will be described later) and the m-th (m = 0, 1,..., M−1) pulse. It is the value in the range cell of the th (n = 0, 1,..., N−1). Here, M is the number of pulses, and N is the number of range cells. The timing for transmitting and receiving M pulses will be described later.
Similarly, the broadband pulse generated by the transmitter 1 is sent to the polarization switching unit 3 via the transmission / reception switching unit 2, and is irradiated to the observation target from the second polarization transmitting / receiving antenna 5. The reception signal x 3mn , x 4mn is obtained by repeating the same processing for the reception signal of the scattered wave received by the first polarization transmission / reception antenna 4 and the second polarization transmission / reception antenna 5 by the receiver 6. . The received signals x 3mn and x 4mn are also sent to the memory 7 and temporarily stored.

なお、ここで、第1偏波チャネルの受信信号は、第1偏波送受信アンテナ4で送信して第1偏波送受信アンテナ4で受信した信号とし、第2偏波チャネルの受信信号は、第1偏波送受信アンテナ4で送信して第2偏波送受信アンテナ5で受信した信号として定義する。また、第3偏波チャネルの受信信号は、第2偏波送受信アンテナ5で送信して第2偏波送受信アンテナ5で受信した信号とし、第4偏波チャネルの受信信号は、第2偏波送受信アンテナ5で送信して第1偏波送受信アンテナ4で受信した信号として定義する。   Here, the reception signal of the first polarization channel is a signal transmitted by the first polarization transmission / reception antenna 4 and received by the first polarization transmission / reception antenna 4, and the reception signal of the second polarization channel is It is defined as a signal transmitted by the first polarization transmitting / receiving antenna 4 and received by the second polarization transmitting / receiving antenna 5. Further, the received signal of the third polarization channel is a signal transmitted by the second polarization transmitting / receiving antenna 5 and received by the second polarization transmitting / receiving antenna 5, and the received signal of the fourth polarization channel is the second polarized wave. It is defined as a signal transmitted by the transmission / reception antenna 5 and received by the first polarization transmission / reception antenna 4.

図2は第1偏波送受信アンテナ4と第2偏波送受信アンテナ5の各時刻の動作モードについて示している。図中のインターバルは、受信信号x1mn,x2mn,x3mn,x4mnの一組を得るのに要する処理のひとまとめである。インターバルの時間をT[秒]とする。このインターバルをM回繰り返すことによって、各偏波チャネルの信号をMパルス分取得する。レーダ装置が、送受アンテナの位置が等しいモノスタティック構成の場合には、x2mnとx4mnが等しいことは、文献“Radar polarimetry for geoscience applications”(Ulaby他著, Artech House Inc., 1990)などに示されており、周知である。そこで、以下の説明においては、受信信号x4mnは用いず、3つの偏波チャネルの受信信号x1mn,x2mn,x3mnのみを用いる。なお、偏波チャネルの数が3つ以外の場合についての拡張は容易である。以上のように取得された偏波チャネル3チャネルのMパルス、Nレンジセル分の信号はメモリ7に一時保存される。 FIG. 2 shows operation modes of the first polarized wave transmitting / receiving antenna 4 and the second polarized wave transmitting / receiving antenna 5 at each time. Interval in the figure, the received signal x 1mn, x 2mn, x 3mn , a lump of processing required to obtain a set of x 4mn. The interval time is T [seconds]. By repeating this interval M times, signals of each polarization channel are acquired for M pulses. Radar apparatus, when the position of the transmitting and receiving antennas is equal monostatic configuration, it x 2mn and x 4mn are equal, the literature "Radar polarimetry for geoscience applications" ( Ulaby et al, Artech House Inc., 1990), etc. It is shown and is well known. Therefore, in the following description, the received signal x 4mn without using the received signal x 1mn three polarized channel, x 2mn, x 3 mn only used. It should be noted that expansion in the case where the number of polarization channels is other than three is easy. The signals for the M pulses and N range cells of the polarization channel 3 channels acquired as described above are temporarily stored in the memory 7.

ドップラー処理手段8は、メモリ7から読み出した受信信号xpmn(p=1,2,3;m=0,…,M−1;n=0,…,N−1)に対して、(1)式の離散フーリエ変換の処理を施して偏波チャネルp、レンジセルnにおけるドップラースペクトルXpkn(k=0,…,M−1)を算出する。

Figure 0004727311
(p=1,2,3; n=0,…,N−1) The Doppler processing means 8 applies (1) to the received signal x pmn (p = 1, 2, 3; m = 0,..., M−1; n = 0,..., N−1) read from the memory 7. The Doppler spectrum X pkn (k = 0,..., M−1) in the polarization channel p and the range cell n is calculated by performing the processing of the discrete Fourier transform of the equation (1).
Figure 0004727311
(P = 1, 2, 3; n = 0,..., N−1)

ここで、(1)式の離散フーリエ変換はFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)によって高速に演算できる。(1)式によって得られるスペクトルXpknは偏波チャネルp、レンジセルnにおけるドップラー周波数fk=k/(M×T)の成分である。なお、送信パルス数Mを増加することによりドップラー分解能を向上でき、これによって後述のクラッタ抑圧手段14におけるクラッタ抑圧性能を向上することも可能であるが、パルス数を増加して観測時間が延長した場合、(1)式のドップラー処理の前に自機位置情報計測手段10からの情報により、レンジマイグレーション補償処理が必要になる場合がある。これは従来合成開口レーダ技術などで用いられる処理であり、例えば、大内著「リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎」(東京電機大学出版局)などに記載された周知の技術である。自機位置情報計測手段10としては、たとえば、慣性航法装置やGPS(Global Positioning System)受信機などを使用する。 Here, the discrete Fourier transform of equation (1) can be calculated at high speed by FFT (Fast Fourier Transform). The spectrum X pkn obtained by the equation (1) is a component of the Doppler frequency f k = k / (M × T) in the polarization channel p and the range cell n. It should be noted that the Doppler resolution can be improved by increasing the number M of transmission pulses, which can improve the clutter suppression performance in the clutter suppression means 14 described later, but the observation time is extended by increasing the number of pulses. In some cases, the range migration compensation process may be required based on the information from the own position information measuring unit 10 before the Doppler process of the equation (1). This is a process used in the conventional synthetic aperture radar technology, for example, a well-known technology described in Ouchi's book "Basics of Synthetic Aperture Radar for Remote Sensing" (Tokyo Denki University Press). For example, an inertial navigation device or a GPS (Global Positioning System) receiver is used as the own position information measuring means 10.

ドップラー処理手段8から出力されたドップラースペクトルXpkn(p=1,2,3;k=0,…,M−1;n=0,…,N−1)はクラッタ帯域信号抽出手段9に送られる。クラッタ帯域信号抽出手段9は、クラッタ帯域推定手段11によって推定されたクラッタのドップラー周波数帯域を受信信号のドップラースペクトルXpknの中から抽出する処理を行う。
ここで、クラッタ帯域信号抽出手段9の動作の詳細を説明する前に、クラッタ帯域推定手段11の動作について説明しておく。図3はプラットフォームに搭載したレーダ装置による観測状況を示す模式図である。背景が地表面のように静止している場合、クラッタのドップラー周波数はプラットフォームの移動速度と高度およびビーム幅など、観測のパラメータのみで決まるが、背景が海面のように動くものである場合は、その移動速度もクラッタのドップラー周波数の大きさに寄与する。しかし、以下では、まずクラッタは静止しているものと考える。そうすることで、ドップラースペクトルXpknの中でクラッタの存在する領域は次のようになる。
The Doppler spectrum X pkn (p = 1, 2, 3; k = 0,..., M−1; n = 0,..., N−1) output from the Doppler processing means 8 is sent to the clutter band signal extraction means 9. It is done. The clutter band signal extraction unit 9 performs processing for extracting the Doppler frequency band of the clutter estimated by the clutter band estimation unit 11 from the Doppler spectrum X pkn of the received signal.
Here, before explaining the details of the operation of the clutter band signal extraction means 9, the operation of the clutter band estimation means 11 will be explained. FIG. 3 is a schematic diagram showing an observation state by a radar device mounted on the platform. If the background is stationary like the ground surface, the clutter Doppler frequency is determined only by the observation parameters such as the moving speed and altitude and beam width of the platform, but if the background is moving like the sea surface, The moving speed also contributes to the magnitude of the clutter Doppler frequency. In the following, however, the clutter is assumed to be stationary first. By doing so, the area where the clutter exists in the Doppler spectrum X pkn is as follows.

図3において、レーダ装置を搭載した航空機などのプラットフォーム16が高度Hを速さVpfで水平に等速直線運動していることを考える。このときのアンテナのビームパターンは進行方向正面下方を向いている。ビーム中心のオフナディア角をθとし、ビームの3dB幅をΨとする。3dB幅のビームが照射している範囲はフットプリント17である。オフナディア角θ、進行方向正面から見込み角ψだけ進行方向と垂直な方向にずれた方向にある点Pからの反射信号のドップラー周波数fdは(2)式によって表される。

Figure 0004727311
In FIG. 3, it is considered that a platform 16 such as an aircraft equipped with a radar device is moving at a constant linear velocity at an altitude H at a speed Vpf . At this time, the beam pattern of the antenna faces downward in front of the traveling direction. Let θ be the off-nadir angle at the center of the beam, and let ψ be the 3 dB width of the beam. The range irradiated by the 3 dB wide beam is the footprint 17. The Doppler frequency f d of the reflected signal from the point P in the direction perpendicular to the traveling direction by an off-nadir angle θ and a prospective angle ψ from the front in the traveling direction is expressed by the equation (2).
Figure 0004727311

n番目のレンジセルまでの距離をrとする(これをレンジセルnのスラントレンジ距離rと呼ぶ。)。スラントレンジrにおいて進行方向に直交する方向(アジマス方向)のフットプリントの見込み角の大きさをΨr(図3参照)とすると、n番目のレンジセルのドップラースペクトルにおいて、クラッタの存在するドップラー周波数帯は(3)式で表される範囲となる。

Figure 0004727311
ここで、θrはプラットフォームの位置から、スラントレンジrの点までのオフナディア角であり、(4)式の関係を満たす。
Figure 0004727311
Let r be the distance to the nth range cell (this is called the slant range distance r of range cell n). In the slant range r, if the size of the prospective angle in the direction orthogonal to the traveling direction (azimuth direction) is ψ r (see FIG. 3), the Doppler frequency band in which clutter exists in the Doppler spectrum of the nth range cell. Is a range represented by equation (3).
Figure 0004727311
Here, θ r is the off-nadir angle from the position of the platform to the point of the slant range r, and satisfies the relationship of equation (4).
Figure 0004727311

フットプリントの見込み角Ψrはアンテナのビームパターンと自機位置およびクラッタの位置の関数である。したがって、クラッタ帯域推定手段11においては、まず自機位置情報計測手段10から得られる自機位置の情報と速度情報、および予め計測したアンテナのビームパターンの情報に基づいて、各レンジセルnにおけるフットプリントの見込み角Ψrを算出する。次いで、(3)式によって各レンジセルnにおけるクラッタのドップラー周波数帯域を算出して出力する。なお、航空機が水平な等速直線運動をしていない場合についても、正確な自機位置情報計測手段10から正確な軌道情報を得ることによって、以上と同様な方法でクラッタのドップラー帯域を計算することは可能である。また、ここではアンテナのビームパターンが進行方向正面の下方を向いている場合を例に説明したが、ビームが進行方向に対して、斜め前方や横を向いていても、同様な計算によってクラッタのドップラー周波数帯域を算出できる。クラッタ帯域推定手段11は、以上によって算出したクラッタのドップラー周波数帯域(以下、クラッタ帯域とする。)を出力する。 The prospective angle Ψ r of the footprint is a function of the antenna beam pattern and the position of the aircraft and the position of the clutter. Therefore, in the clutter band estimation means 11, the footprint in each range cell n is first determined based on the information on the own position obtained from the own position information measuring means 10 and the speed information, and the beam pattern information of the antenna measured in advance. The prospective angle Ψ r of is calculated. Next, the Doppler frequency band of the clutter in each range cell n is calculated and output by the equation (3). Even in the case where the aircraft does not perform a horizontal uniform linear motion, the Doppler band of the clutter is calculated by the same method as described above by obtaining accurate trajectory information from the accurate own position information measuring means 10. It is possible. In addition, here, the case where the beam pattern of the antenna is directed downward in front of the traveling direction has been described as an example, but even if the beam is directed obliquely forward or sideward with respect to the traveling direction, The Doppler frequency band can be calculated. The clutter band estimation means 11 outputs the Doppler frequency band of the clutter calculated as described above (hereinafter referred to as the clutter band).

クラッタ帯域信号抽出手段9は、ドップラースペクトルXpkn(p=1,2,3;k=0,…,M−1;n=0,…,N−1)の中から、クラッタ帯域推定手段11で算出されたクラッタ帯域内に存在する信号を次のようにして抽出する。
あるレンジセルn、ドップラーセルkにおけるドップラースペクトルXpknはドップラー周波数fk=k/(M×T)の成分であるから、各レンジセルと各ドップラーセルにおいて、(5)式を用いた比較を実施する。(5)式の不等号が成立した場合は、その比較対象とされたドップラースペクトルXpknはクラッタ帯域内の信号であるとして抽出し、一方、不成立の場合は、クラッタ帯域外であると判定する(ただし、(3)式において適切な端点処理は必要である。)。

Figure 0004727311
The clutter band signal extraction means 9 is a clutter band estimation means 11 from the Doppler spectrum X pkn (p = 1, 2, 3; k = 0,..., M−1; n = 0,..., N−1). The signal existing in the clutter band calculated in step (1) is extracted as follows.
Since the Doppler spectrum X pkn in a certain range cell n and Doppler cell k is a component of Doppler frequency f k = k / (M × T), the comparison using the formula (5) is performed in each range cell and each Doppler cell. . When the inequality sign in equation (5) is satisfied, the Doppler spectrum X pkn to be compared is extracted as a signal within the clutter band. On the other hand, when the inequality sign is not satisfied, it is determined that it is outside the clutter band ( However, appropriate end point processing is necessary in the equation (3).)
Figure 0004727311

なお、インターバルの周期Tが広く、クラッタのドップラースペクトルが折り返して観測される場合は、例えば(6)式の比較演算によって、折り返した領域を抽出する。すなわち、(6)式の不等号が成立すれば、ドップラースペクトルXpknはクラッタ帯域内の信号であるとして抽出され、不成立であれば、クラッタ帯域外であると判定される。
図4は受信信号のドップラースペクトルXpknにおけるクラッタ帯域の概念を示す模式図である。図の直方体は、ドップラースペクトルXpknを3次元行列として表現した概念モデルである。受信信号のドップラースペクトルのうち、一部がクラッタ帯域であることを楕円の領域で示している。(5)式の基準によって抽出される信号はこの楕円で囲まれた部分に相当する。
Note that when the interval period T is wide and the Doppler spectrum of the clutter is folded and observed, the folded region is extracted by, for example, the comparison operation of Equation (6). That is, if the inequality sign in equation (6) holds, the Doppler spectrum X pkn is extracted as a signal within the clutter band, and if not, it is determined that it is outside the clutter band.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the concept of the clutter band in the Doppler spectrum X pkn of the received signal. The rectangular parallelepiped in the figure is a conceptual model expressing the Doppler spectrum X pkn as a three-dimensional matrix. An elliptical region indicates that a part of the Doppler spectrum of the received signal is a clutter band. The signal extracted according to the criterion of equation (5) corresponds to the part surrounded by this ellipse.

Figure 0004727311
ここで、mod(a,b)は、aをbで除算したときの剰余である。クラッタ帯域信号抽出手段9は、以上によってクラッタ領域として抽出された(レンジセル番号n、ドップラーセル番号k)の集合CCを出力する。
Figure 0004727311
Here, mod (a, b) is a remainder when a is divided by b. The clutter band signal extraction means 9 outputs a set CC of (range cell number n, Doppler cell number k) extracted as a clutter region as described above.

クラッタ偏波特性推定手段12は、クラッタ帯域信号抽出手段9によって抽出されたクラッタ帯域に含まれる信号に基づいてクラッタの偏波特性を推定する処理を、次のようにして実施する。
あるレンジセルn、ドップラーセルkにおけるドップラースペクトルXpknの偏波特性は、(7)式のようなベクトル量Yknで表現できる。Yknはそのベクトル空間内での向きが偏波特性を表し、その長さが信号強度を表す量である。このベクトルを「散乱ベクトル」と呼び、下記(7)式が散乱ベクトルの定義式である。

Figure 0004727311
The clutter polarization characteristic estimation unit 12 performs the process of estimating the polarization characteristic of the clutter based on the signal included in the clutter band extracted by the clutter band signal extraction unit 9 as follows.
The polarization characteristics of the Doppler spectrum X pkn in a certain range cell n and Doppler cell k can be expressed by a vector quantity Y kn as shown in equation (7). Y kn is a quantity whose direction in the vector space represents the polarization characteristic and whose length represents the signal intensity. Call this vector as a "scattering vector", following equation (7) is a definition equation of the scattering vector.
Figure 0004727311

クラッタの散乱ベクトルは、一般にランダムベクトルとして扱うことが出来、その分布は平均ゼロの多変量正規分布に従うことが知られている(なお、分解能が向上すると多変量K分布やワイブル分布に従うようになるという報告がされている。)。クラッタ偏波特性推定手段12においては、クラッタ帯域推定手段9においてクラッタ帯域内と判定された信号のレンジセルおよびドップラーセルにおける散乱ベクトルの平均的な性質を算出する処理を行う。これは、(8)式のようにして、散乱ベクトルの共分散行列Σcを計算することによって実現できる。すなわち、クラッタ偏波特性推定手段12は、(8)式に従って共分散行列Σcを算出してクラッタの偏波特性として出力する。つまり、この共分散行列Σ c で表現されるものがクラッタ偏波特性であり、この共分散行列Σ c を(8)式で算出することがクラッタ偏波特性を推定することである。

Figure 0004727311
ただし、上付きの*Tはベクトルおよび行列の共役転置を表し、CCはクラッタのドップラー周波数帯域内に含まれる分解能セルのインデックス番号の集合である。 It is known that the clutter scattering vector can generally be treated as a random vector, and its distribution follows a multivariate normal distribution with a mean of zero (in addition, as the resolution improves, it will follow a multivariate K distribution or Weibull distribution). Has been reported.) The clutter polarization characteristic estimation means 12 performs a process of calculating the average property of the scattering vector in the range cell and the Doppler cell of the signal determined to be within the clutter band by the clutter band estimation means 9. This can be realized by calculating the covariance matrix Σ c of the scattering vector as in equation (8). That is, the clutter polarization characteristic estimation means 12 calculates the covariance matrix Σ c according to the equation (8) and outputs it as the polarization characteristic of the clutter. That is, what is expressed by this covariance matrix Σ c is the clutter polarization characteristic, and calculating this covariance matrix Σ c by equation (8) is to estimate the clutter polarization characteristic.
Figure 0004727311
However, superscript * T will display the conjugate transpose of a vector and a matrix, CC is a set of index number of resolution cells included in the Doppler frequency band of the clutter.

クラッタ抑圧フィルタ生成手段13は、共分散行列Σcで表現される偏波特性の成分を抑圧するためのクラッタ抑圧フィルタを、次のようにして生成する。
ここでは、クラッタ抑圧フィルタとして特開2003−185733号公報に示されたポラリメトリックノッチフィルタ(以下、PNFとする。)を使用する。よって、クラッタ抑圧フィルタ生成手段13においては、まず、共分散行列Σcを、ユニタリ行列Vを用いて次式のように対角化する処理(固有値分解)を行う。

Figure 0004727311
ただし、λ1≧λ2≧λ3はΣcの固有値とする。 Clutter suppression filter generating unit 13, a clutter suppression filter for suppressing the components of the polarization characteristics represented by the covariance matrix sigma c, is generated as follows.
Here, a polarimetric notch filter (hereinafter referred to as PNF) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-185733 is used as a clutter suppression filter . Therefore, the clutter suppression filter generation unit 13 first performs a process (eigenvalue decomposition) for diagonalizing the covariance matrix Σ c using the unitary matrix V as shown in the following equation.
Figure 0004727311
However, λ 1 ≧ λ 2 ≧ λ 3 are the eigenvalues of sigma c.

次に、(9)式の処理で得られた共分散行列Σcの固有値とユニタリ行列Vとを用いて、PNFのフィルタ係数Fを(10)式のように決定し、出力する。

Figure 0004727311
(10)式によって算出されるPNFは、クラッタ偏波特性のうち、その第1主成分をゼロに抑圧して、残りの第2、第3主成分については、白色化するフィルタである。なお、クラッタ抑圧フィルタ生成手段13の処理で使用されるフィルタはPNFに限定されるものではなく、例えば非特許文献2に示されているPWF(Polarimetric Whitening Filter)などをはじめとして、従来から知られている偏波情報を用いたクラッタ抑圧用フィルタなどを用いてもよい。 Next, using the eigenvalue of the covariance matrix Σ c obtained by the processing of equation (9) and the unitary matrix V, the filter coefficient F of PNF is determined as in equation (10) and output.
Figure 0004727311
The PNF calculated by the equation (10) is a filter that suppresses the first principal component of the clutter polarization characteristics to zero and whitens the remaining second and third principal components. Note that the filter used in the processing of the clutter suppression filter generation unit 13 is not limited to PNF, and has been conventionally known, such as PWF (Polarimetric Whitening Filter) shown in Non-Patent Document 2. Alternatively, a clutter suppression filter using polarization information may be used.

クラッタ抑圧手段14は、先ず、上記生成されたクラッタ抑圧フィルタを用いて、ドップラー処理手段8によって算出されたドップラースペクトルのうち、クラッタ帯域信号抽出手段9で抽出されたクラッタ帯域内に存在する信号に対して、(11)式によるクラッタ抑圧処理を適用する。すなわち、ドップラースペクトルのベクトル量Yknにフィルタ係数Fを乗じる。

kn=FYkn (k,n)∈CC (11)

また、クラッタ抑圧手段14は、クラッタ帯域外の信号に対しては、受信機雑音電力の値σNを用いて、(12)式に従って正規化を行う。

Figure 0004727311
(11)式および(12)式の処理に従って算出されたZkn(k=0,…,M−1;n=0,…,N−1)は、クラッタ帯域内についてはクラッタの偏波特性成分が抑圧されており、クラッタ帯域外については雑音電力で正規化された信号である。 The clutter suppression unit 14 first converts a signal existing in the clutter band extracted by the clutter band signal extraction unit 9 from the Doppler spectrum calculated by the Doppler processing unit 8 using the generated clutter suppression filter. On the other hand, the clutter suppression processing by the equation (11) is applied. That is, the vector coefficient Y kn of the Doppler spectrum is multiplied by the filter coefficient F.

Z kn = FY kn (k, n) ∈CC (11)

Also, the clutter suppression unit 14 performs normalization on the signal outside the clutter band using the receiver noise power value σ N according to the equation (12).
Figure 0004727311
Z kn (k = 0,..., M−1; n = 0,..., N−1) calculated according to the processing of equations (11) and (12) is the polarization characteristics of the clutter within the clutter band. The sex component is suppressed, and the signal outside the clutter band is a signal normalized by noise power.

次いでクラッタ抑圧手段14は、ドップラースペクトル上のアンテナパターンの補正を行う。レンジセルn、ドップラーセルkの信号の到来方向をオフナディア角θr、アジマス角度ψkとし、この方向へのアンテナパターンのゲインをG(θr,ψk)とすると、(13)式のようにして、アンテナパターンを補正できる。

Figure 0004727311
ここで、レンジセルnにおけるストラントレンジはrであるものとして、オフナディア角は(4)式の定義に従って、θrとしている。また、ドップラーセルkにおけるドップラー周波数fkに対応するアジマス角度ψkは(14)式で表される。
Figure 0004727311
Next, the clutter suppression unit 14 corrects the antenna pattern on the Doppler spectrum. If the arrival direction of the signals of the range cell n and the Doppler cell k is the off-nadir angle θr and the azimuth angle ψ k and the gain of the antenna pattern in this direction is G (θr, ψ k ), The antenna pattern can be corrected.
Figure 0004727311
Here, it is assumed that the strain range in the range cell n is r, and the off-nadir angle is θr according to the definition of the equation (4). Further, the azimuth angle [psi k corresponding to the Doppler frequency f k of the Doppler cell k is expressed by equation (14).
Figure 0004727311

クラッタ抑圧手段14は以上によって、クラッタ抑圧フィルタを適用する処理を行い、クラッタが抑圧された信号Wkn(k=0,…,M−1;n=0,…,N−1)を出力する。なお、Wknは散乱ベクトルの次元をもつベクトル量である。
The clutter suppression unit 14 performs the process of applying the clutter suppression filter as described above, and outputs a signal W kn (k = 0,..., M−1; n = 0,..., N−1) in which the clutter is suppressed. . Note that W kn is a vector quantity having the dimension of the scattering vector.

目標検出手段15は、次のようにして、クラッタ抑圧手段14によってクラッタが抑圧されたドップラースペクトルを閾値と比較して目標の検出判定を行う。
先ず、クラッタ抑圧手段14から出力されたクラッタが抑圧されたドップラースペクトルWknから、各レンジセル、各ドップラーセルにおける全ての偏波チャネルの電力和を算出した後、各レンジセルnの電力和Pnを算出する。この計算式は(15)で表される。

Figure 0004727311
(n=0,…,N−1)
次に、電力和Pnを予め設定した閾値Tと比較し、(16)式の規則に従って目標の検出判定を行い、目標と判定されたレンジセルnの値を出力する。

n≧T(目標有りと判定)
n<T(目標無しと判定) (16)
(n=0,…,N−1)
The target detection unit 15 performs target detection determination by comparing the Doppler spectrum in which clutter is suppressed by the clutter suppression unit 14 with a threshold as follows.
First, after calculating the power sum of all polarization channels in each range cell and each Doppler cell from the Doppler spectrum W kn in which the clutter is output, which is output from the clutter suppression means 14, the power sum P n of each range cell n is calculated. calculate. This calculation formula is expressed by (15).
Figure 0004727311
(N = 0, ..., N-1)
Next, the power sum P n is compared with a preset threshold value T, a target detection determination is performed according to the rule of equation (16), and the value of the range cell n determined as the target is output.

P n ≧ T (determines that there is a target)
P n <T (determined that there is no target) (16)
(N = 0, ..., N-1)

以上のように、この実施の形態1によれば、クラッタの偏波特性とドップラー周波数の情報を用いてクラッタを抑圧するので、目標検出性能を向上させることができる。また、はじめに受信信号のドップラースペクトルから、クラッタのドップラー周波数帯域の信号を抽出して、その抽出された信号を用いてクラッタの偏波特性を推定するため、クラッタの偏波特性の推定精度を向上させることができる。また、非特許文献3の従来の方式ではヒット数をM、偏波チャネル数をPとした場合、(M×P)×(M×P)の共分散行列の固有値解析が必要であったが、この実施の形態1では、固有値解析を行う共分散行列のサイズがP×Pであるため、演算量を低減できる。したがって、この実施の形態1のレーダ装置は、航空機をはじめ、自動車などあらゆる移動体に適用が可能である。   As described above, according to the first embodiment, since the clutter is suppressed using information on the polarization characteristics of the clutter and the Doppler frequency, the target detection performance can be improved. In addition, since the signal of the Doppler frequency band of the clutter is first extracted from the Doppler spectrum of the received signal, and the polarization characteristics of the clutter are estimated using the extracted signal, the estimation accuracy of the polarization characteristics of the clutter is estimated. Can be improved. In the conventional method of Non-Patent Document 3, when the number of hits is M and the number of polarization channels is P, eigenvalue analysis of a covariance matrix of (M × P) × (M × P) is necessary. In Embodiment 1, since the size of the covariance matrix for performing eigenvalue analysis is P × P, the amount of calculation can be reduced. Therefore, the radar apparatus according to the first embodiment can be applied to any moving body such as an aircraft and an automobile.

この発明の実施の形態1によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る第1偏波送受信アンテナと第2偏波送受信アンテナの各時刻の動作モードについて示すタイムチャートである。It is a time chart shown about the operation mode of each time of the 1st polarization transmission / reception antenna which concerns on Embodiment 1 of this invention, and a 2nd polarization transmission / reception antenna. この発明の実施の形態1に係るプラットフォームに搭載したレーダ装置による観測状況を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the observation condition by the radar apparatus mounted in the platform which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るドップラースペクトルにおけるクラッタ領域の概念を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the concept of the clutter area | region in the Doppler spectrum which concerns on Embodiment 1 of this invention. ドップラー周波数と偏波特性の情報を同時に用いてクラッタを抑圧する従来の方法を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the conventional method of suppressing clutter using the information of a Doppler frequency and a polarization characteristic simultaneously.

符号の説明Explanation of symbols

1 送信機(送信手段)、2 送受切換器、3 偏波切換器、4 第1偏波送受信アンテナ、5 第2偏波送受信アンテナ、6 受信機(受信手段)、7 メモリ、8 ドップラー処理手段、9 クラッタ帯域信号抽出手段、10 自機位置情報計測手段、11 クラッタ帯域推定手段、12 クラッタ偏波特性推定手段、13 クラッタ抑圧フィルタ生成手段、14 クラッタ抑圧手段、15 目標検出手段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmitter (transmission means), 2 Transmission / reception switch, 3 Polarization switch, 4 1st polarization transmission / reception antenna, 5 2nd polarization transmission / reception antenna, 6 Receiver (reception means), 7 Memory, 8 Doppler processing means , 9 Clutter band signal extraction means, 10 Own position information measurement means, 11 Clutter band estimation means, 12 Clutter polarization characteristic estimation means, 13 Clutter suppression filter generation means, 14 Clutter suppression means, 15 Target detection means.

Claims (2)

複数のパルスの送受信によって得られた受信信号から各レンジセルにおけるドップラースペクトルを算出し、算出されたドップラースペクトルからクラッタを抑圧して移動小目標の検出を向うレーダ装置において、
クラッタのドップラー周波数帯域を算出するクラッタ帯域推定手段と、
前記受信信号のドップラースペクトルの中から前記クラッタのドップラー周波数帯域内に存在する信号を抽出するクラッタ帯域信号抽出手段と、
抽出されたクラッタのドップラー周波数帯域内に存在する信号に基づいて共分散行列Σcで表現されるクラッタ偏波特性を下記(8)式により共分散行列Σcを算出することで推定するクラッタ偏波特性推定手段と、
推定されたクラッタ偏波特性の成分を抑圧するためのクラッタ抑圧フィルタのフィルタF係数を、前記共分散行列Σcの固有値と共分散行列Σcを対角化するユニタリ行列Vとを用いて下記(10)式により算出することで生成するクラッタ抑圧フィルタ生成手段と、
前記受信信号のドップラースペクトルのうち、前記クラッタのドップラー周波数帯域内に存在するドップラースペクトルに対して前記クラッタ抑圧フィルタを適用して前記クラッタの偏波特性に相当する成分を抑圧するクラッタ抑圧手段と、
前記クラッタ抑圧手段によってクラッタが抑圧されたドップラースペクトルからレンジセルの電力和を下記(15)式から算出し閾値と比較して目標の検出判定を行う目標検出手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置。

Figure 0004727311
Figure 0004727311
Figure 0004727311
ただし、CCはクラッタのドップラー周波数帯域内に含まれる分解能セルのインデックス番号の集合であり、Y kn は分解能セルk,nにおける散乱ベクトルである。また、λ 2 とλ 3 は、前記共分散行列Σ c の3つの固有値のうち、1番大きなものを除いた2つである。
さらに、W kn は、散乱ベクトルY kn に次のような処理を施して得られる散乱ベクトルである。すなわち、クラッタのドップラー周波数帯域に含まれる分解能セルにおける散乱ベクトルY kn に対しては、(10)式で与えられるクラッタ抑圧フィルタ係数を乗じてクラッタを抑圧する処理を施す。また、クラッタのドップラー周波数帯域外の分解能セルにおける散乱ベクトルY kn に対しては、受信機雑音電力によって正規化する処理を施す。その後、すべての分解能セルに対して適切なアンテナパターンの補正処理を施す。
In a radar apparatus that calculates a Doppler spectrum in each range cell from received signals obtained by transmitting and receiving a plurality of pulses, suppresses clutter from the calculated Doppler spectrum, and detects a moving small target.
A clutter band estimating means for calculating the Doppler frequency band of the clutter;
A clutter band signal extraction means for extracting a signal present in the Doppler frequency band of the clutter from the Doppler spectrum of the received signal;
Clutter for estimating the clutter polarization characteristic expressed by the covariance matrix Σ c based on the signal existing in the Doppler frequency band of the extracted clutter by calculating the covariance matrix Σ c by the following equation (8) Polarization characteristic estimation means;
The filter F coefficients of clutter suppression filter for suppressing the components of the estimated clutter polarization characteristics, by using the unitary matrix V diagonalizing eigenvalues and covariance matrix sigma c of the covariance matrix sigma c A clutter suppression filter generating means that is generated by calculation according to the following equation (10);
Clutter suppression means for applying the clutter suppression filter to the Doppler spectrum existing in the Doppler frequency band of the clutter among the Doppler spectrum of the received signal to suppress a component corresponding to the polarization characteristic of the clutter. ,
Radar comprising target detection means for calculating a power sum of a range cell from the following equation (15) from the Doppler spectrum in which clutter is suppressed by the clutter suppression means, and comparing the result with a threshold value to determine target detection. apparatus.

Figure 0004727311
Figure 0004727311
Figure 0004727311
However, CC is Ri set der index numbers resolution cell contained within the Doppler frequency range of the clutter, Y kn is the scattering vector in resolution cell k, n. Further, λ 2 and λ 3 are two of the three eigenvalues of the covariance matrix Σ c excluding the largest one.
Further, W kn is a scattering vector obtained by performing the following processing on the scattering vector Y kn . That is, the scattering vector Y kn in the resolution cell included in the Doppler frequency band of the clutter is subjected to a process of suppressing the clutter by multiplying by the clutter suppression filter coefficient given by the equation (10). Further, the scattering vector Y kn in the resolution cell outside the Doppler frequency band of the clutter is subjected to a process of normalizing with the receiver noise power. Thereafter, an appropriate antenna pattern correction process is performed on all resolution cells.
クラッタ帯域推定手段は、当該レーダ装置を搭載するプラットフォームの自機位置情報計測手段から与えられた自機位置の情報と速度情報、および予め計測したアンテナのビームパターンの情報に基づいて、各レンジセルにおけるクラッタのドップラー周波数帯域を算出することを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。   The clutter band estimation means is based on the position information and speed information of the own apparatus given from the own apparatus position information measuring means of the platform on which the radar device is mounted, and the beam pattern information of the antenna measured in advance. The radar apparatus according to claim 1, wherein a Doppler frequency band of clutter is calculated.
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