JP4986284B2 - Weight calculation method, weight calculation device, adaptive array antenna, and radar device - Google Patents
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Description
本発明は、ウェイト制御により、不要波を抑圧して目標からの反射信号を検出するのに好適なウェイト算出方法、そのウェイト算出方法を用いたウェイト算出装置、そのウェイト算出装置を採用したアダプティブアレーアンテナ、及びそのアダプティブアレーアンテナを組み込んだレーダ装置に関する。 The present invention relates to a weight calculation method suitable for detecting a reflected signal from a target by suppressing unnecessary waves by weight control, a weight calculation device using the weight calculation method, and an adaptive array employing the weight calculation device. The present invention relates to an antenna and a radar apparatus incorporating the adaptive array antenna.
近年、パルスレーダ装置では、より目標検出精度を向上させるために、アダプティブアレーアンテナを組み込んで、いわゆるアダプティブヌルステアリングを行うようになってきている。このアダプティブヌルステアリングは、アダプティブアレーアンテナにおいて受信信号の位相及び振幅にウェイト制御を施すことで、妨害波等の不要波が到来する方向の指向性が零(ヌル)になるように受信合成ビームを形成する処理である。このような用途に用いられるアダプティブアレーアンテナには、多数の遅延信号が到来する環境下やクラッタ及び妨害波等の不要波が存在する環境下においても、上記の受信合成ビームの形成が適正に行われるようにウェイト制御を行うことが求められている。 In recent years, in order to further improve the target detection accuracy, pulse radar apparatuses have incorporated an adaptive array antenna to perform so-called adaptive null steering. This adaptive null steering performs weight control on the phase and amplitude of the received signal at the adaptive array antenna, and the received combined beam is made so that the directivity in the direction in which an unwanted wave such as an interference wave arrives becomes zero (null). It is a process to form. The adaptive array antenna used for such applications properly forms the received combined beam even in an environment where a large number of delayed signals arrive or an environment where unnecessary waves such as clutter and jamming waves exist. Therefore, it is required to perform weight control.
そこで、アダプティブアレーアンテナにおいて、時空間適応信号処理(STAP:Space Time Adaptive Processing)方式を採用したウェイト制御方法が注目されている。この時空間適応信号処理(STAP)方式は、SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)をより改善し、不要波の到来方向での指向性が零(ヌル)に近い良好なビーム形成を行い得るという特徴を有する。 Therefore, a weight control method that employs a space-time adaptive signal processing (STAP) method is attracting attention in an adaptive array antenna. This spatio-temporal adaptive signal processing (STAP) system can improve SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), and can perform good beam formation with directivity in the arrival direction of unnecessary waves close to zero. Has characteristics.
時空間適応信号処理(STAP)方式では、以下のような処理が行われる。まず、複数(M)本のアレー状に配列されたアンテナ(素子アンテナ、すなわちチャンネル)により目標反射信号を受信し、その受信信号を、受信パルス幅に対応した幅のレンジ(距離)セル(range cell)が時間軸上に所定の長さで連なるように形成された、全処理レンジセルの対応セル位置に記憶する。そして、その記憶されたデータから、目標信号を含むと想定されるレンジセル(処理適用レンジセルという)を除いたレンジセル、すなわち不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算する。最終的に、ビーム合成回路において、その共分散行列に基づき算出された適応ウェイトを用いて、アンテナ受信信号にウェイト制御を施す。 In the space-time adaptive signal processing (STAP) system, the following processing is performed. First, a target reflected signal is received by antennas (element antennas, that is, channels) arranged in a plurality (M) of arrays, and the received signal is converted into a range (distance) cell (range) corresponding to the received pulse width. cell) is stored in the corresponding cell positions of all the processing range cells formed so as to be continuous with a predetermined length on the time axis. Then, from the stored data, the covariance matrix is calculated from the data of the range cell excluding the range cell that is assumed to contain the target signal (referred to as the processing applied range cell), that is, the cell that is assumed to be formed only from unnecessary waves. To do. Finally, the beam combining circuit performs weight control on the antenna reception signal using the adaptive weight calculated based on the covariance matrix.
この時空間適応信号処理方式におけるウェイト制御では、適応ウェイトを算出するために、レンジセル毎のウェイト演算がウェイト算出回路において行われる。このウェイト演算には、その一手法としてマルチステージ・ウィナー・フィルタ(MWF:Multistage Wiener Filter)方式が知られている(非特許文献1参照)。 In weight control in this space-time adaptive signal processing method, weight calculation for each range cell is performed in a weight calculation circuit in order to calculate adaptive weight. A multistage Wiener Filter (MWF) method is known as one method for this weight calculation (see Non-Patent Document 1).
ところが、上記非特許文献1には、不要波方向を零にするためのウェイト算出方法が記載されているものの、行列の次数に応じて解析ステージを順序よく削減して最適ウェイトを導出するため、演算の高速化が必要であった。
以上述べたように、従来のレーダ装置に用いられるアダプティブアレーアンテナのウェイト制御による時空間適応信号処理方式において、不要波方向を零にするためのウェイト算出に際し、行列次数に応じた演算量が必要であった。 As described above, in the spatio-temporal adaptive signal processing method using adaptive array antenna weight control used in conventional radar equipment, a calculation amount corresponding to the matrix order is required when calculating the weight to make the unnecessary wave direction zero. Met.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、ウェイト制御による時空間適応信号処理方式において、不要波方向を零にするためのウェイト算出に際し、実質的な精度を維持しつつ演算量を大幅に削減することのできるウェイト算出方法を提供すると共に、このウェイト算出方法を採用したウェイト算出装置、アダプティブアレーアンテナ、レーダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in the spatio-temporal adaptive signal processing method based on weight control, when calculating weights to make the unnecessary wave direction zero, the amount of calculation is greatly increased while maintaining substantial accuracy. An object of the present invention is to provide a weight calculation method that can be reduced to a minimum, and to provide a weight calculation device, an adaptive array antenna, and a radar device that employ this weight calculation method.
上記問題を解決するために、本発明に係るウェイト演算方法は、アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを複数の処理ステージで段階的に算出するウェイト算出方法であって、前記ウェイトを算出する過程で、前記複数の処理ステージのうち任意のステージの飛び越しを実行するものとし、前記飛び越しの段数を、予め処理ステージの飛び越し段数に対して求めた損失の許容値に基づいて決定することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the weight calculation method according to the present invention provides a target reflected signal of a radar pulse received via an antenna for a plurality of processing range cells having a length corresponding to a predetermined distance on the time axis. The received combined beam is stored in the corresponding cell position according to the reception timing, and the arrival direction of the unwanted wave is zero with respect to the arrival direction of the target reflected signal using the values stored in the plurality of processing range cells. A weight calculation method for calculating weights for the phase and amplitude of the received signal in a plurality of processing stages in a stepwise manner to form any one of the plurality of processing stages in the process of calculating the weights The jump number is determined on the basis of an allowable loss value obtained in advance with respect to the jump stage number of the processing stage. It is characterized in.
また、本発明に係るウェイト演算装置は、アンテナを介して受信されるレーダパルスの目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを複数の処理ステージで段階的に算出する算出手段とを具備し、前記算出手段は、前記ウェイトを算出する過程で、前記複数の処理ステージのうち任意のステージの飛び越しを実行するものとし、前記飛び越しの段数を、予め処理ステージの飛び越し段数に対して求めた損失の許容値に基づいて決定することを特徴とする。 In addition, the weight calculation device according to the present invention provides a target reflected signal of a radar pulse received via an antenna in accordance with a reception timing with respect to a plurality of processing range cells having a length corresponding to a predetermined distance on the time axis. Using the storage means stored in the corresponding cell position and the values stored in the plurality of processing range cells, a reception combined beam is formed so that the arrival direction of the unnecessary wave is zero with respect to the arrival direction of the target reflected signal. Calculating means for calculating weights for the phase and amplitude of the received signal in stages at a plurality of processing stages, wherein the calculating means is an arbitrary one of the plurality of processing stages in the process of calculating the weights. The number of stages to be skipped is determined based on the allowable loss value obtained in advance with respect to the number of stages to skip the processing stage. And wherein the Rukoto.
また、本発明に係るアダプティブアレーアンテナは、複数の素子アンテナをアレー状に配列し、前記複数のアンテナ素子それぞれの位相を適応ウェイトに基づいて制御することで任意の方向に受信合成ビームを形成し、当該受信合成ビームによってレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナであって、前記適応ウェイトは、前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを複数の処理ステージで段階的に算出し、前記ウェイトを算出する過程で、前記複数の処理ステージのうち任意のステージの飛び越しを実行して算出されたウェイトであり、前記飛び越しの段数は、予め処理ステージの飛び越し段数に対して求めた損失の許容値に基づいて決定されることを特徴とする。 The adaptive array antenna according to the present invention forms a received combined beam in an arbitrary direction by arranging a plurality of element antennas in an array and controlling the phase of each of the plurality of antenna elements based on an adaptive weight. An adaptive array antenna that receives a target reflected signal of a radar pulse by the received combined beam, wherein the adaptive weight is configured to send the target reflected signal to a plurality of processing range cells having a length corresponding to a predetermined distance on a time axis. On the other hand, it is stored in the corresponding cell position according to the reception timing, and using the values stored in the plurality of processing range cells, reception synthesis is performed so that the arrival direction of the unnecessary wave becomes zero with respect to the arrival direction of the target reflected signal. Weights for the phase and amplitude of the received signal for forming a beam are calculated in stages at a plurality of processing stages, In the process of calculating the weight, the weight is calculated by executing skipping of any stage among the plurality of processing stages, and the number of skipped stages is an allowable loss calculated in advance with respect to the number of skipped stages of the processing stage. It is determined based on a value.
また、本発明に係るレーダ装置は、複数の素子アンテナをアレー状に配列し、前記複数のアンテナ素子それぞれの位相を適応ウェイトに基づいて制御することで任意の方向に受信合成ビームを形成し、当該受信合成ビームによってレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナと、前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを複数の処理ステージで段階的に算出することで前記適応ウェイトを生成するウェイト算出装置と、前記アダプティブアレーアンテナで受信された目標反射信号から目標を検出する信号処理装置とを具備し、前記ウェイト算出装置は、前記ウェイトを算出する過程で、前記複数の処理ステージのうち任意のステージの飛び越しを実行するものとし、前記飛び越しの段数を、予め処理ステージの飛び越し段数に対して求めた損失の許容値に基づいて決定することを特徴とする。 The radar apparatus according to the present invention forms a reception combined beam in an arbitrary direction by arranging a plurality of element antennas in an array and controlling the phase of each of the plurality of antenna elements based on an adaptive weight, An adaptive array antenna that receives a target reflected signal of a radar pulse by the received composite beam, and the target reflected signal corresponding to a plurality of processing range cells having a length corresponding to a predetermined distance on the time axis in accordance with the reception timing The reception for forming a reception composite beam that is stored in a cell position and uses the values stored in the plurality of processing range cells so that an arrival direction of an unnecessary wave becomes zero with respect to an arrival direction of the target reflected signal Weight calculation for generating adaptive weights by calculating weights for signal phase and amplitude in stages at multiple processing stages And a signal processing device for detecting a target from the target reflected signal received by the adaptive array antenna, wherein the weight calculation device is configured to select any of the plurality of processing stages in the process of calculating the weight. Stage skipping is executed, and the number of skipped stages is determined based on an allowable loss value obtained in advance with respect to the number of skipped stages of the processing stage.
すなわち、本発明に係るウェイト算出方法では、目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向を零になるようにするためのウェイト算出方式における処理ステージを複数飛び越えて算出するため、演算時間の高速化を図ることができる。 That is, in the weight calculation method according to the present invention, the calculation time is calculated by skipping a plurality of processing stages in the weight calculation method for making the arrival direction of the unwanted wave zero with respect to the arrival direction of the target reflected signal. Can be speeded up.
本発明のウェイト算出装置は、上記のように、その処理量が短縮可能なウェイト算出方法を使用するので、ウェイト算出の時間短縮が可能である。 As described above, the weight calculation apparatus according to the present invention uses the weight calculation method capable of reducing the processing amount, so that the time for weight calculation can be reduced.
本発明のアダプティブアレイアンテナは、上記のように、ウェイト算出の時間短縮が可能なウェイト算出回路を採用するので、良好な合成ビームを短時間に形成することができる。 As described above, the adaptive array antenna according to the present invention employs the weight calculation circuit capable of shortening the time for weight calculation, so that a good combined beam can be formed in a short time.
本発明のレーダ装置は、上記のように、合成ビームを短時間に形成することが可能なアダプティブアレイアンテナを組み込むので、目標を迅速に捕捉することができる。 Since the radar apparatus of the present invention incorporates an adaptive array antenna capable of forming a combined beam in a short time as described above, the target can be quickly captured.
以上のように、本発明によれば、ウェイト制御による時空間適応信号処理方式において、不要波方向を零にするためのウェイト算出に際し、実質的な精度を維持しつつ演算量を大幅に削減することのできるウェイト算出方法、ウェイト算出装置、アダプティブアレーアンテナ、レーダ装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, in the spatio-temporal adaptive signal processing method based on weight control, the calculation amount is greatly reduced while maintaining substantial accuracy when calculating the weight to make the unnecessary wave direction zero. A weight calculation method, a weight calculation device, an adaptive array antenna, and a radar device can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、前述の非特許文献1に記載されたウェイト演算の一手法としてのMWF(Multistage Wiener Filter)方式について説明する。
First, an MWF (Multistage Wiener Filter) method as one method of weight calculation described in
MWF方式では、受信信号Xの到来方向の方向行列をA、また複素振幅ベクトルをS、平均0、分散σ2 で与えられる熱雑音をnとしたとき、受信信号Xは次の(1)式で表される。
また、間隔dxをなしてアレー状に配列されたM個の素子アンテナ#m(m:1〜M)により目標信号を受信したとき、受信周波数信号の波長をλ(Λ)、D個の到来目標信号d(d:1〜D)の到来方向を決めるステアリングベクトルa(θd )は、次の(2)式で表される。
また、空間系列に対する方向行列Aθは下記(3)式となる。
そこで、目標信号dの到来方向を決めるステアリングベクトルa(fd)は次の(4)式で示される。
このことから、時系列に対する方向行列Afは下記(5)式で表される。
よって、方向行列A(θ,f)は、次の(6)式
で表される時空間ステアリングベクトルa(θd,fd)を用いて、下記(7)式で与えられる。
上記MWFにおけるウェイト演算は、非特許文献1に記載されている。表1及び図1に非特許文献1に記載されているMWFにおけるウェイト算出方法の処理の流れとその処理構成を示す。
すなわち、表1は、ウェイト演算における前方回帰(Forward Recursion)、後方回帰(Backward Recursion)の処理内容を示し、図1は表1に示す処理内容を複数の処理ステージで実行する場合の従来の構成を示している。図1に示すように、従来では、順序よく1ステージずつ演算する方式となっている。このため、ブロッキング行列Bの行列次数が、1ステージに対して1次元ずつしか削減されない。よって、全体として多大な演算が必要であった。 That is, Table 1 shows the processing contents of forward regression and backward regression in weight calculation, and FIG. 1 shows a conventional configuration when the processing contents shown in Table 1 are executed in a plurality of processing stages. Is shown. As shown in FIG. 1, conventionally, the calculation is performed in order one by one. For this reason, the matrix order of the blocking matrix B is reduced only one dimension at a time for one stage. Therefore, a large amount of calculation is required as a whole.
これに対し、本発明を適用した場合の処理構成の一例を図2に示す。図2に示す処理構成では、処理ステージを1ステージ飛び越えてウェイト演算を実施する構成となっている。図1に示した従来の方式と比べて、計算するステージ数が5ステージから3ステージに削減されており、演算時間の高速化が可能となることは明らかである。 In contrast, FIG. 2 shows an example of a processing configuration when the present invention is applied. In the processing configuration shown in FIG. 2, the weight calculation is performed by skipping one processing stage. Compared with the conventional method shown in FIG. 1, the number of stages to be calculated is reduced from five to three, and it is clear that the calculation time can be increased.
ここで、M=8、N=8、サンプルデータ数64において、ブロッキング行列Bを算出する際に、飛び越える(削除する)ステージ数とSINR特性の関係を図3に示す。図3から分かるように、削除する行数(飛び越えるステージ数)Lが4(即ち、3ステージジャンプ)程度であれば、従来法とほぼ同等のSINR特性が得られていることが分かる。 Here, when M = 8, N = 8, and the number of sample data 64, the relationship between the number of stages to be skipped (deleted) and the SINR characteristic when calculating the blocking matrix B is shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, if the number of rows to be deleted (the number of stages to jump) L is about 4 (that is, a 3-stage jump), SINR characteristics substantially equivalent to those of the conventional method are obtained.
更に、非特許文献2によれば、ブロッキング行列Bに関わる下記(8)式
の演算量はO(NTOTAL 2K)回となる(Ntotalは行列の次数であり、ここではM×N、Kはサンプルデータ数)。そのため、計算諸元M=8、N=8、サンプルデータ数64では、図1に示した5ステージ分の従来の方式によるブロッキング行列Bに関わる(8)式の総演算量は、
4096+4032+3968+3904+3840=19840回
となる。一方、図3に示す本発明の構成によれば、3ステージ分の処理に削減され、
4096 +3968 +3840=11904回
となり、約0.6倍の演算量となり、本発明により1ステージ飛び越えた場合においても、大幅に演算量が削減可能となることが分かる。
Is O (N TOTAL 2 K) times (N total is the order of the matrix, where M × N, K is the number of sample data). Therefore, in the calculation specifications M = 8, N = 8, and the number of sample data 64, the total calculation amount of the equation (8) related to the blocking matrix B according to the conventional method for five stages shown in FIG.
4096 + 4032 + 3968 + 3904 + 3840 = 19840 times
It becomes. On the other hand, according to the configuration of the present invention shown in FIG.
4096 +3968 +3840 = 11904 times
Thus, the calculation amount is about 0.6 times, and it can be seen that the calculation amount can be greatly reduced even when one stage is skipped by the present invention.
なお、飛び越えるステージ数、順序に関してはここで示した例に限らず、任意に設定することが可能である。但し、具体的には、図4に示すようにして飛び越えるステージ数を決定する。 Note that the number and order of the jumping stages are not limited to the example shown here, and can be arbitrarily set. However, specifically, the number of stages to jump is determined as shown in FIG.
図4において、まず要求される空間及び時間チャンネル数から装置規模が決定されると(ステップS1)、飛び越えるステージ数とSINR特性との関係をシミュレーションによって求め、このSINR特性から飛び越えるステージ数に対する損失を確認する(ステップS2)。続いて、損失の許容値α[dB]から飛び越えるステージ数を決定し(ステップS3)、飛び越えるステージ数に応じた回路を実機へ実装する(ステップS4)。 In FIG. 4, when the device scale is first determined from the required space and the number of time channels (step S1), the relationship between the number of stages jumping over and the SINR characteristic is obtained by simulation, and the loss for the number of stages jumping over from this SINR characteristic is calculated. Confirm (step S2). Subsequently, the number of stages that jumps is determined from the allowable value α [dB] of loss (step S3), and a circuit corresponding to the number of stages that jumps is mounted on the actual machine (step S4).
したがって、本発明のウェイト算出方法によれば、処理ステージを複数飛び越えてウェイトを決定するため、演算時間の高速化を図ることができる。 Therefore, according to the weight calculation method of the present invention, since the weight is determined by skipping a plurality of processing stages, the calculation time can be increased.
図5は本発明に係るウェイト算出装置の一実施形態を示すブロック図である。図5において、11はCPU(演算処理装置)であり、このCPU11はバス12を通じてプログラム記憶用ROM13、データ入出力インターフェース(I/O)14、データ一時記憶用RAM15に接続されている。ROM13には、本発明による処理ステージ数を飛び越えてウェイトを算出する方式に基づくMWFウェイト算出プログラムが格納されており、処理開始が指示されると、CPU11はROM13からプログラムをロードし、データ入出力インターフェース14を介してデータを取り込んでRAM15に一時格納し、当該RAM15から適宜データを読み出して、本発明による処理ステージ数を飛び越えてウェイトを算出する方式に基づくMWFウェイト演算処理を実行し、得られたウェイト演算結果をインターフェース14から出力する。
FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of a weight calculation apparatus according to the present invention. In FIG. 5,
上記構成による本発明のウェイト算出装置は、その処理量を短縮可能な上記本発明に係るウェイト算出方法を使用するので、ウェイト算出の時間短縮が可能である。そこで、このウェイト算出装置をアダプティブアレイアンテナに採用し、個々のアンテナ素子の入出力に対するウェイト算出を行わせる。これによれば、ウェイト算出の時間が短縮されるため、良好な合成ビームを短時間に形成することが可能となる。 Since the weight calculation apparatus of the present invention having the above configuration uses the weight calculation method according to the present invention that can reduce the processing amount, the time for weight calculation can be shortened. Therefore, this weight calculation device is employed in an adaptive array antenna to calculate weights for input / output of individual antenna elements. According to this, since the time for calculating the weight is shortened, it is possible to form a good synthesized beam in a short time.
ところで、アダプティブアレイアンテナは、目標を捕捉するための合成開口レーダ装置等のレーダ装置に採用されている。そこで、上記のようにアダプティブアレイアンテナに本発明のウェイト算出装置を採用することで、合成ビームを短時間に形成することが可能となるため、このアンテナを用いるレーダ装置にあっては、目標をより迅速に捕捉することができるようになる。特に、開口合成レーダ装置に適用した場合には、上記のように、アダプティブアレイアンテナにおいて合成ビームが短時間に形成されるようになるため、目標の形状を迅速に把握することができる。 Incidentally, adaptive array antennas are employed in radar devices such as a synthetic aperture radar device for capturing a target. Therefore, since the combined beam can be formed in a short time by employing the weight calculation device of the present invention for the adaptive array antenna as described above, the radar device using this antenna has a target. It becomes possible to capture more quickly. In particular, when applied to an aperture synthesis radar apparatus, a synthetic beam is formed in an adaptive array antenna in a short time as described above, so that the target shape can be quickly grasped.
上記レーダ装置の一例として、図6に本発明を適用した時空間適応信号処理におけるウェイト算出装置が組み込まれたレーダ装置の概略ブロック構成図を示す。図6において、21はM個のアンテナ素子でレーダパルスの目標反射信号を受信するアダプティブアレーアンテナである。このアンテナ21の各素子出力は、それぞれ受信部22で受信検波されてデータ蓄積部23に送られる。データ蓄積部23では、予め所定距離相当の長さの処理レンジセルに対応する記憶領域が用意されており、入力データは受信タイミングに沿った対応セル位置の記憶領域に順次記憶される。
As an example of the radar apparatus, FIG. 6 shows a schematic block configuration diagram of a radar apparatus in which a weight calculation apparatus in space-time adaptive signal processing to which the present invention is applied is incorporated. In FIG. 6,
ここで、一部のアンテナ素子出力はリファレンス信号推定部24に送られ、受信信号の振幅・位相の基準として用いられる。励振部26は、リファレンス信号推定部24及びリファレンス信号生成部25を定期的に励振させて、所定距離相当のレンジセルそれぞれのウェイト算出のためのリファレンス信号を推定し生成する。
Here, a part of the antenna element output is sent to the reference
また、上記データ蓄積部23の蓄積データは、時空間適応信号処理部27に送られる。この時空間適応信号処理部27は、ウェイト算出回路271において、目標信号を含むと想定されるレンジセルを除いたレンジセル、すなわち不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算する。最終的に、ビーム合成回路272において、その共分散行列に基づき算出された適応ウェイトによりアンテナ受信信号にウェイト制御を施して出力データとする。
The accumulated data in the
上記構成の時空間適応信号処理方式におけるウェイト制御では、適応ウェイトを算出するために、ウェイト算出回路271において、レンジセル毎のウェイト演算が行われる。このウェイト算出回路271に先に述べたウェイト算出方法、すなわち処理ステージを複数飛び越えてウェイトを算出する方法を採用する。これにより、演算時間の高速化を図ることが可能となる。
In the weight control in the spatio-temporal adaptive signal processing system having the above configuration, the
尚、本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わせにより、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、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that 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. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
11…CPU、12…バス、13…プログラム記憶用ROM、14…データ入出力インターフェース、15…データ一時格納用RAM、21…アダプティブアレーアンテナ、22…受信部、23…データ蓄積部、24…リファレンス信号推定部、25…リファレンス信号生成部、26…励振部、27…時空間適応信号処理部、271…ウェイト算出回路、272…ビーム合成回路。
11 ... CPU, 12 ... bus, 13 ... ROM for program storage, 14 ... data input / output interface, 15 ... RAM for temporary storage of data, 21 ... adaptive array antenna, 22 ... receiver, 23 ... data storage, 24 ... reference
Claims (6)
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを複数の処理ステージで段階的に算出するウェイト算出方法であって、
前記ウェイトは、マルチステージ・ウィナー・フィルタ(MWF:Multistage Wiener Filter)方式により、不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算し、この共分散行列に基づいて算出される適応ウェイトであり、
前記ウェイトを算出する過程で、前記複数の処理ステージのうち前記共分散行列に用いられる特定の変数に関わるステージの飛び越しを実行するものとし、
予め、要求される空間及び時間チャンネル数から決定される装置規模に基づいて、飛び越えるステージ数とSINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)特性との関係を求め、この関係から飛び越えるステージの段数に対する損失を求め、前記損失の許容値から飛び越えるステージ数を決定することを特徴とするウェイト算出方法。 A target reflected signal of a radar pulse received via an antenna is stored in a corresponding cell position along a reception timing with respect to a plurality of processing range cells having a length corresponding to a predetermined distance on the time axis,
Using the values stored in the plurality of processing range cells, with respect to the phase and amplitude of the received signal for forming a received combined beam so that the arrival direction of the unwanted wave becomes zero with respect to the arrival direction of the target reflected signal A weight calculation method for calculating weights in stages in a plurality of processing stages,
The weight is calculated based on the covariance matrix by calculating a covariance matrix from data of cells assumed to be formed only from unnecessary waves by a multistage Wiener Filter (MWF) method. Adaptation weights,
In the process of calculating the weight, a jump related to a specific variable used in the covariance matrix among the plurality of processing stages is executed.
The relationship between the number of stages to jump and the SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) characteristic is obtained in advance based on the equipment scale determined from the required space and the number of time channels. A weight calculation method comprising: obtaining and determining the number of stages that jumps from the allowable value of loss .
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを複数の処理ステージで段階的に算出する算出手段とを具備し、
前記算出手段は、前記ウェイトとして、マルチステージ・ウィナー・フィルタ(MWF:Multistage Wiener Filter)方式により、不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算し、この共分散行列に基づいて適応ウェイトを算出するものとし、前記ウェイトを算出する過程で、前記複数の処理ステージのうち前記共分散行列に用いられる特定の変数に関わるステージの飛び越しを実行するものとし、予め、要求される空間及び時間チャンネル数から決定される装置規模に基づいて、飛び越えるステージ数とSINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)特性との関係を求め、この関係から飛び越えるステージの段数に対する損失を求め、前記損失の許容値から飛び越えるステージ数を決定することを特徴とするウェイト算出装置。 Storage means for storing a target reflected signal of a radar pulse received via an antenna at a corresponding cell position along a reception timing with respect to a plurality of processing range cells having a length corresponding to a predetermined distance on a time axis;
Using the values stored in the plurality of processing range cells, with respect to the phase and amplitude of the received signal for forming a received combined beam so that the arrival direction of the unwanted wave becomes zero with respect to the arrival direction of the target reflected signal Calculating means for calculating weights in stages in a plurality of processing stages;
The calculation means calculates a covariance matrix from data of cells assumed to be formed only from unnecessary waves by the multistage Wiener Filter (MWF) method as the weight, and this covariance An adaptive weight is calculated based on a matrix, and in the process of calculating the weight, a jump related to a specific variable used in the covariance matrix among the plurality of processing stages is executed in advance. Based on the equipment scale determined from the required space and the number of time channels, the relationship between the number of stages to jump and SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) characteristics is obtained, and the loss for the number of stages to jump from this relationship is obtained, weight calculator instrumentation, characterized in that to determine the number of stages jump from the allowable value of the loss .
前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶する記憶手段と、
前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを複数の処理ステージで段階的に算出する算出手段とを具備し、
前記算出手段は、前記ウェイトとして、マルチステージ・ウィナー・フィルタ(MWF:Multistage Wiener Filter)方式により、不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算し、この共分散行列に基づいて前記適応ウェイトを算出するものとし、前記ウェイトを算出する過程で、前記複数の処理ステージのうち前記共分散行列に用いられる特定の変数に関わるステージの飛び越しを実行するものとし、予め、要求される空間及び時間チャンネル数から決定される装置規模に基づいて、飛び越えるステージ数とSINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)特性との関係を求め、この関係から飛び越えるステージの段数に対する損失を求め、前記損失の許容値に基づいて飛び越えるステージ数を決定することを特徴とするアダプティブアレーアンテナ。 A plurality of element antennas are arranged in an array, and a received combined beam is formed in an arbitrary direction by controlling the phase of each of the plurality of antenna elements based on an adaptive weight, and a target reflection of a radar pulse is generated by the received combined beam. An adaptive array antenna for receiving signals,
A storage means for said target reflected signal is stored in a corresponding cell location along the reception timing for a plurality of processing range cells having a length of a predetermined distance corresponding on the time axis,
Using the values stored in the plurality of processing range cells, with respect to the phase and amplitude of the received signal for forming a received combined beam so that the arrival direction of the unwanted wave becomes zero with respect to the arrival direction of the target reflected signal Calculating means for calculating weights in stages in a plurality of processing stages;
The calculation means calculates a covariance matrix from data of cells assumed to be formed only from unnecessary waves by the multistage Wiener Filter (MWF) method as the weight, and this covariance It is assumed that the adaptive weight is calculated based on a matrix, and in the process of calculating the weight, a jump related to a specific variable used for the covariance matrix among the plurality of processing stages is executed in advance. Based on the equipment size determined from the required space and the number of time channels, the relationship between the number of stages to jump and the SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) characteristics is obtained, and the loss for the number of stages to jump is obtained from this relationship. , Ada, characterized in that to determine the number of stages jump based on the allowable value of the loss Restorative array antenna.
前記目標反射信号を、時間軸上で所定距離相当の長さからなる複数の処理レンジセルに対して受信タイミングに沿った対応セル位置に記憶し、前記複数の処理レンジセルに記憶された値を用いて前記目標反射信号の到来方向に対して不要波の到来方向が零になるように受信合成ビームを形成するための前記受信信号の位相及び振幅に対するウェイトを複数の処理ステージで段階的に算出することで前記適応ウェイトを生成するウェイト算出装置と、
前記アダプティブアレーアンテナで受信された目標反射信号から目標を検出する信号処理装置とを具備し、
前記ウェイト算出装置は、前記ウェイトとして、マルチステージ・ウィナー・フィルタ(MWF:Multistage Wiener Filter)方式により、不要波のみから形成されると想定されるセルのデータから共分散行列を演算し、この共分散行列に基づいて前記適応ウェイトを算出するものとし、前記ウェイトを算出する過程で、前記複数の処理ステージのうち前記共分散行列に用いられる特定の変数に関わるステージの飛び越しを実行するものとし、予め、要求される空間及び時間チャンネル数から決定される装置規模に基づいて、飛び越えるステージ数とSINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)特性との関係を求め、この関係から飛び越えるステージの段数に対する損失を求め、前記損失の許容値に基づいて飛び越えるステージ数を決定することを特徴とするレーダ装置。 A plurality of element antennas are arranged in an array, and a received combined beam is formed in an arbitrary direction by controlling the phase of each of the plurality of antenna elements based on an adaptive weight, and a target reflection of a radar pulse is generated by the received combined beam. An adaptive array antenna for receiving signals;
The target reflected signal is stored in a corresponding cell position along the reception timing for a plurality of processing range cells having a length corresponding to a predetermined distance on the time axis, and values stored in the plurality of processing range cells are used. Weighting with respect to the phase and amplitude of the received signal for forming a received combined beam so that the direction of arrival of unwanted waves is zero with respect to the direction of arrival of the target reflected signal in a plurality of processing stages. A weight calculation device for generating the adaptive weight in
A signal processing device for detecting a target from a target reflected signal received by the adaptive array antenna,
The weight calculation device calculates a covariance matrix from the data of a cell that is assumed to be formed only from unnecessary waves, using the multistage Wiener Filter (MWF) method as the weight. The adaptive weight is calculated based on a variance matrix, and in the process of calculating the weight, a jump related to a specific variable used in the covariance matrix among the plurality of processing stages is executed. The relationship between the number of stages to jump and the SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio) characteristic is obtained in advance based on the equipment scale determined from the required space and the number of time channels. determined, and characterized by determining the number of stages jump based on the allowable value of the loss That the radar device.
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