JP4746436B2 - Radar apparatus and signal processing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、雨や雲の動的な状況をとらえるドップラ気象レーダに用いられるレーダ装置とその信号処理方法に関する。 The present invention relates to a radar apparatus used in a Doppler weather radar that captures dynamic conditions of rain and clouds, for example, and a signal processing method thereof.
一般にドップラレーダでは、速度分布のばらつきの大きいターゲットに対しては速度の算出精度が劣化する。特に気象レーダなど、自然現象を観測対象とするレーダ装置にあってはこの傾向が大きい。これに対処するには観測データすなわちパルスヒット数を多くしてばらつきを平均化することが有効である。
しかしながら、既存のレーダ装置において、レーダパルスの送信繰り返し周波数(PRF:Pulse Repetition Frequency)を上げたり、方位分解能を犠牲にしてパルスヒット数を稼ぐには限界がある。また、従来のドップラレーダの信号処理方式では、異なるスキャン間のデータを一度に扱ってドップラ速度を算出することができなかった。レーダで観測するターゲットが気象エコーのような場合、ばらつきが大きいため多数のデータを一度に扱い速度を算出する必要が出てくる。同一スキャンのデータ(連続したパルスヒットのデータ)しか扱えない場合、方位分解能の関係から得られるパルスヒット数が必然的に決まってしまい、ばらつきを抑えるために多くのデータを用いることはできない。 However, in existing radar devices, there are limits to increasing the pulse repetition frequency (PRF) of the radar pulse and increasing the number of pulse hits at the expense of azimuth resolution. In addition, in the conventional Doppler radar signal processing method, data between different scans cannot be handled at a time to calculate the Doppler velocity. When the target observed by the radar is a weather echo, it is necessary to handle a lot of data at one time and calculate the speed because the variation is large. When only the data of the same scan (data of continuous pulse hits) can be handled, the number of pulse hits obtained from the relationship of the azimuth resolution is inevitably determined, and a lot of data cannot be used to suppress the variation.
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、観測対象の速度分布のばらつきが大きい場合でも、高い精度で観測対象の速度を算出できるレーダ装置とその信号処理方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and its object is to provide a radar apparatus capable of calculating the speed of an observation target with high accuracy even when there is a large variation in the speed distribution of the observation target, and its signal processing method Is to provide.
上記目的を達成するためにこの発明に係わるレーダ装置は、ターゲットに向け繰り返しレーダパルスを送信しレーダエコーを受信しつつレーダ覆域をスキャンする送受信部と、前記スキャン毎のレーダエコーの受信信号から同一の方位角領域のパルスヒットのデータを抽出する手段と、複数のスキャンの1つを基準スキャンにして、前記基準スキャンと各スキャンとの間で、パルスヒット同士の位相差を平均して第1平均値を算出する手段と、前記第1平均値をもとに、各スキャンのパルスヒットの位相を前記基準スキャンに相当する位相にそれぞれ補正する第1補正手段と、前記複数のスキャンにおける隣り合うパルスヒット間の位相差を平均して第2平均値を算出する手段と、前記第2平均値をもとに、前記第1補正手段により補正された各スキャンのパルスヒットの位相を前記基準スキャンのパルスヒットと連続する位相に補正する第2補正手段と、前記第2補正手段により補正された複数のスキャンのパルスヒットのデータをもとに前記ターゲットのドップラ速度を算出する手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a radar apparatus according to the present invention includes a transmission / reception unit that repeatedly transmits a radar pulse toward a target and receives a radar echo while scanning a radar coverage, and a received signal of the radar echo for each scan. A means for extracting pulse hit data in the same azimuth area, and setting one of a plurality of scans as a reference scan, and averaging the phase difference between the pulse hits between the reference scan and each scan . Means for calculating one average value, first correction means for correcting the phase of the pulse hit of each scan to a phase corresponding to the reference scan based on the first average value, and adjacent in the plurality of scans means for calculating a second mean value by averaging the phase difference between the pulses hit fit, on the basis of the second average value, corrected by the first correcting means A second correction means for correcting the pulse hits the phase of each scan phase continuous pulse hits the reference scan, the target based on the data of the pulse hits the corrected plurality of scanning by said second correcting means And a means for calculating the Doppler speed.
また、この発明に係わる信号処理方法は、ターゲットに向け繰り返しレーダパルスを送信しレーダエコーを受信しつつレーダ覆域をスキャンするレーダ装置に用いられる信号処理方法において、前記スキャン毎のレーダエコーの受信信号から同一の方位角領域のパルスヒットのデータを抽出するステップと、複数のスキャンの1つを基準スキャンにして、前記基準スキャンと各スキャンとの間で、パルスヒット同士の位相差の第1平均値を算出するステップと、前記第1平均値をもとに、各スキャンのパルスヒットの位相を前記基準スキャンに相当する位相にそれぞれ補正する第1補正ステップと、前記複数のスキャンにおける隣り合うパルスヒット間の位相差の第2平均値を算出するステップと、前記第2平均値をもとに、前記第1補正ステップにより補正された各スキャンのパルスヒットの位相を前記基準スキャンのパルスヒットと連続する位相に補正する第2補正ステップと、前記第2補正ステップにより補正された複数のスキャンのパルスヒットのデータをもとに前記ターゲットのドップラ速度を算出するステップとを有するものである。 The signal processing method according to the present invention, in the signal processing method for use in the radar system for scanning a radar cover area while receiving the repeating radar echoes transmitted radar pulses toward the target, receiving the radar return for each of the scan Extracting pulse hit data in the same azimuth region from the signal, and setting one of a plurality of scans as a reference scan, and a first phase difference between the pulse hits between the reference scan and each scan . A step of calculating an average value, a first correction step of correcting a phase of a pulse hit of each scan to a phase corresponding to the reference scan based on the first average value, and an adjacent in the plurality of scans Calculating a second average value of a phase difference between pulse hits; and, based on the second average value, the first correction value. A second step of correcting the phase of the Tsu pulse hits each scan corrected by up phase continuous pulse hits the reference scan, a plurality of scan pulses hit data corrected by said second correction step which is a shall which have a calculating a Doppler velocity of the target based on.
上記構成によるレーダ装置とその信号処理方法では、互いに異なる複数のスキャンのパルスヒットを位相補正することにより、連続したデータとして扱うことができ、複数のスキャン間のデータを一度に扱いドップラ速度を算出することができるようになる。 The radar device and its signal processing method with the above configuration can handle pulse hits from multiple scans that are different from each other as phased data , and handle the data between multiple scans at one time to calculate the Doppler velocity. Will be able to.
したがってこの発明によれば、観測対象の速度分布のばらつきが大きい場合でも、高い精度で観測対象の速度を算出できるレーダ装置とその信号処理方法を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a radar apparatus and its signal processing method capable of calculating the speed of the observation target with high accuracy even when the variation in the speed distribution of the observation target is large.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明に係るレーダ装置の構成の一例を示すもので、信号処理装置11からの制御に従い、指定された変調方式の中間周波信号のデジタル値が変調部12で作成され、D/A変換部13でアナログ化される。作成された中間周波信号は送受信装置14でアップコンバート後、電力増幅され、空中線装置15に供給され空間に送出される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of the configuration of a radar apparatus according to the present invention. A digital value of an intermediate frequency signal of a specified modulation method is created by a modulation unit 12 in accordance with control from a signal processing apparatus 11, and D / Analogized by the A converter 13. The created intermediate frequency signal is up-converted by the transmission / reception device 14, power amplified, supplied to the antenna device 15, and sent to the space.
上記空中線装置15から送出された周波数f0の送信波は、目標(雨粒等)に当たって戻ってくるが、目標の移動によりドップラ周波数を伴っている。空中線装置15で受けた受信信号(周波数f0+fd)は、送受信装置14で増幅後ダウンコンバートされ、A/D変換部16でデジタル値に変換後直交検波される。直交検波された信号は復調部17で複数の変調方式で復調され、信号処理装置11に送られ、強度・速度・速度幅などの算出処理が行われる。ただし、本発明においてD/A変換部13とA/D変換部16は必要不可欠な装置ではなく、同様の機能を他の装置に持たせることも可能である。上記構成において、以下にその動作を説明する。 The transmission wave of the frequency f0 transmitted from the antenna device 15 returns upon hitting a target (raindrops, etc.), but is accompanied by a Doppler frequency due to the movement of the target. The reception signal (frequency f0 + fd) received by the antenna device 15 is amplified and down-converted by the transmission / reception device 14 and converted into a digital value by the A / D conversion unit 16 and subjected to quadrature detection. The quadrature-detected signal is demodulated by the demodulator 17 using a plurality of modulation schemes, sent to the signal processing device 11, and subjected to calculation processing such as intensity, speed, and speed width. However, in the present invention, the D / A conversion unit 13 and the A / D conversion unit 16 are not indispensable devices, and other devices can have the same function. The operation of the above configuration will be described below.
本発明の特徴は、信号処理装置11に集約される。図2は、信号処理装置11におけるドップラ速度算出の処理手順とその内容を示すフローチャートである。また、図3は、異なるスキャン間で受信したデータを位相補正する様子を示す模式図である。本発明では、図3に示すように、同一領域における複数スキャンのデータを用いて位相補正しドップラ速度を算出する。 The features of the present invention are summarized in the signal processing device 11. FIG. 2 is a flowchart showing the Doppler velocity calculation processing procedure and its contents in the signal processing device 11. FIG. 3 is a schematic diagram showing a phase correction of data received between different scans. In the present invention, as shown in FIG. 3, phase correction is performed using data of a plurality of scans in the same region, and the Doppler velocity is calculated.
先ず、ステップS2aにおいて、各スキャンのデータ(IQデータ)から基準スキャン(1スキャン目)に対して、パルスヒット毎に位相差を求める。図3に示すように、例えば、P1とP6、P1とP11のように対応するもの同士の位相差を求める。なお、位相差を求めるパルスヒットは互いに近い位置にあるほど望ましい。次に、ステップS2bにより、上記求められた各位相差の平均を取り、スキャン毎の位相差θn(第1平均値)を算出する。図3において、1スキャン目と2スキャン目の位相差の平均をθ1、1スキャン目と3スキャン目の位相差の平均をθ2とする。そして、ステップS2cにおいて、各位相差の平均θnを用いて、各スキャンデータの位相を基準スキャンに合わせるよう補正する。
(P6〜P10のそれぞれの位相)−θ1
(P11〜P15のそれぞれの位相)−θ2
さらに、ステップS2dにより、隣り合うヒット間の位相差を求め、平均θaveを算出する。そして、ステップS2eにおいて、算出されたθave(第2平均値)を用いて、各ヒットの位相を次式により補正する。
(P6〜P10のそれぞれの補正後の位相)+θave×(5×1)(各スキャンのヒット数×基準スキャンからのスキャン数)
(P11〜P15のそれぞれの補正後の位相)+θave×(5×2)(各スキャンのヒット数×基準スキャンからのスキャン数)
このようにすることで、1スキャン目から3スキャン目までパルスヒットが連続データとして扱うことができるようになる。そして、ステップS2fにおいて、このように補正された各パルスヒットのデータを用いてドップラ速度を算出する。
First, in step S2a, a phase difference is obtained for each pulse hit from the data (IQ data) of each scan to the reference scan (first scan). As shown in FIG. 3, for example, the phase difference between corresponding ones such as P1 and P6 and P1 and P11 is obtained. It is desirable that the pulse hits for obtaining the phase difference are closer to each other. Next, in step S2b, the average of the obtained phase differences is taken, and the phase difference θn (first average value) for each scan is calculated. In FIG. 3, the average phase difference between the first and second scans is θ1, and the average phase difference between the first and third scans is θ2. In step S2c, the average θn of each phase difference is used to correct the phase of each scan data to match the reference scan.
(Each phase of P6 to P10) −θ1
(Each phase of P11 to P15) −θ2
Further, in step S2d, a phase difference between adjacent hits is obtained, and an average θave is calculated. In step S2e, the phase of each hit is corrected by the following equation using the calculated θave (second average value) .
(Phase after correction of each of P6 to P10) + θave × ( 5 × 1 ) ( number of hits of each scan × number of scans from the reference scan )
(Phase after correction of each of P11 to P15) + θave × ( 5 × 2 ) ( number of hits of each scan × number of scans from the reference scan )
In this way, pulse hits can be handled as continuous data from the first scan to the third scan. In step S2f, the Doppler velocity is calculated using the data of each pulse hit corrected in this way.
以上のように本発明によれば、同一領域における複数スキャンのデータを用いることにより、より多くのパルスヒットデータを用いてドップラ速度を算出することができるようになる。このようにすることで、観測対象の速度分布のばらつきが大きい場合でも、多くのデータを用いて、高い精度で観測対象のドップラ速度を算出できるようになる。 As described above, according to the present invention, the Doppler velocity can be calculated using more pulse hit data by using data of a plurality of scans in the same region. By doing so, even when the variation in the velocity distribution of the observation target is large, the Doppler velocity of the observation target can be calculated with high accuracy using a lot of data.
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば図1においてD/A変換部13、およびA/Dの変換部16の機能は、他の機能ブロックに併せ持たせることもできる。また本発明は、気象レーダに限定されることなく他のドップラレーダにももちろん適用することができる。また基準スキャンは、1スキャン目に限らず、2スキャン目や3スキャン目など、他のスキャンを基準値としても良い。また計算に使用するスキャン数は3スキャンに限らず、さらに多くのスキャンに対しても適用することができる。さらに本発明は単独のレーダ装置おける複数のスキャンデータを用いるだけでなく、同一領域をPRFのそれぞれ異なる複数のレーダ装置を組み合わせた、いわゆるレーダシステムに対しても適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in FIG. 1, the functions of the D / A conversion unit 13 and the A / D conversion unit 16 can be combined with other functional blocks. In addition, the present invention is not limited to the weather radar but can be applied to other Doppler radars. The reference scan is not limited to the first scan, and other scans such as the second scan and the third scan may be used as reference values. The number of scans used for the calculation is not limited to three scans, and can be applied to a larger number of scans. Furthermore, the present invention can be applied not only to a plurality of scan data in a single radar apparatus, but also to a so-called radar system in which a plurality of radar apparatuses having different PRFs in the same region are combined.
また、本発明の応用例としては、地形エコー除去(MTI:Moving Target Indicator)処理にも適用することができる。本発明を用いることにより、多数のデータを扱うことができ、地形エコーを効率よく除去することができる。 Further, as an application example of the present invention, it can be applied to terrain echo removal (MTI: Moving Target Indicator) processing. By using the present invention, a large amount of data can be handled, and terrain echoes can be efficiently removed.
要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 In short, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
11…信号処理部、12…変調部、13…D/A変換部、14…送受信部、15…空中線、16…A/D変換部、17…復調部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Signal processing part, 12 ... Modulation part, 13 ... D / A conversion part, 14 ... Transmission / reception part, 15 ... Antenna, 16 ... A / D conversion part, 17 ... Demodulation part
Claims (2)
前記スキャン毎のレーダエコーの受信信号から同一の方位角領域のパルスヒットのデータを抽出する手段と、
複数のスキャンの1つを基準スキャンにして、前記基準スキャンと各スキャンとの間で、パルスヒット同士の位相差を平均して第1平均値を算出する手段と、
前記第1平均値をもとに、各スキャンのパルスヒットの位相を前記基準スキャンに相当する位相にそれぞれ補正する第1補正手段と、
前記複数のスキャンにおける隣り合うパルスヒット間の位相差を平均して第2平均値を算出する手段と、
前記第2平均値をもとに、前記第1補正手段により補正された各スキャンのパルスヒットの位相を前記基準スキャンのパルスヒットと連続する位相に補正する第2補正手段と、
前記第2補正手段により補正された複数のスキャンのパルスヒットのデータをもとに前記ターゲットのドップラ速度を算出する手段と
を備えることを特徴とするレーダ装置。 A transmitter / receiver that repeatedly transmits radar pulses toward the target and receives radar echoes while scanning the radar coverage;
Means for extracting pulse hit data in the same azimuth region from the radar echo received signal for each scan ;
Means for calculating a first average value by averaging one of a plurality of scans as a reference scan and averaging a phase difference between pulse hits between the reference scan and each scan ;
First correcting means for correcting the phase of the pulse hit of each scan to a phase corresponding to the reference scan based on the first average value ;
Means for averaging the phase difference between adjacent pulse hits in the plurality of scans to calculate a second average value;
Second correction means for correcting the phase of the pulse hit of each scan corrected by the first correction means to a phase continuous with the pulse hit of the reference scan based on the second average value ;
A radar apparatus comprising: means for calculating a Doppler velocity of the target based on pulse hit data of a plurality of scans corrected by the second correction means .
前記スキャン毎のレーダエコーの受信信号から同一の方位角領域のパルスヒットのデータを抽出するステップと、
複数のスキャンの1つを基準スキャンにして、前記基準スキャンと各スキャンとの間で、パルスヒット同士の位相差の第1平均値を算出するステップと、
前記第1平均値をもとに、各スキャンのパルスヒットの位相を前記基準スキャンに相当する位相にそれぞれ補正する第1補正ステップと、
前記複数のスキャンにおける隣り合うパルスヒット間の位相差の第2平均値を算出するステップと、
前記第2平均値をもとに、前記第1補正ステップにより補正された各スキャンのパルスヒットの位相を前記基準スキャンのパルスヒットと連続する位相に補正する第2補正ステップと、
前記第2補正ステップにより補正された複数のスキャンのパルスヒットのデータをもとに前記ターゲットのドップラ速度を算出するステップと
を有することを特徴とする信号処理方法。 In a signal processing method used in a radar apparatus that scans a radar coverage area while repeatedly transmitting radar pulses to a target and receiving radar echoes,
Extracting pulse hit data in the same azimuth region from the received signal of the radar echo for each scan ;
Setting one of a plurality of scans as a reference scan, and calculating a first average value of phase differences between pulse hits between the reference scan and each scan ;
A first correction step of correcting the phase of the pulse hit of each scan to a phase corresponding to the reference scan based on the first average value ;
Calculating a second average value of phase differences between adjacent pulse hits in the plurality of scans;
A second correction step of correcting the phase of the pulse hit of each scan corrected in the first correction step based on the second average value to a phase continuous with the pulse hit of the reference scan;
Signal processing method comprising Rukoto that having a calculating a Doppler velocity of the target based on the data of the pulse hits plurality of scan corrected by the second correcting step.
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