JP4988332B2 - 速度が曖昧な物標の非コヒーレント積分のための技法 - Google Patents
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Description
本発明は概括的にはレーダ信号処理に関し、より詳細には目標(物標)のレンジ(距離)および/または半径方向速度を判定するための装置および方法に関する。
当該技術分野において知られているように、物体のレンジおよび/または相対速度(すなわちドップラー速度)を判定するために、パルスドップラーレーダシステムのようなレーダシステムが用いられる。レーダパルスは、パルス繰返し周波数(PRF)と呼ばれる速度で送信される。連続するパルス間の時間間隔はパルス繰返し間隔(PRI)と呼ばれる。パルス送信後の所定の時間中に、レーダシステムによって、レーダ反射(エコー)信号がサンプリング、すなわちゲーティングされる。すなわち、パルス送信と、サンプルが得られた時間との間の時間差に基づいて、個々のサンプルは、レーダシステムと、サンプリングされるエコーを生成する物体との間のレンジ、すなわち距離に対応する。その過程はレンジゲーティングと呼ばれ、サンプルが得られる各時間は、サンプルが得られる時間に対応するレンジにある物体によって生成されるエコーのレンジセル、すなわちレンジ(距離)ゲートを表す。
本発明によれば、パルスドップラーレーダ信号を処理して物標を検出するための方法は、レーダシステムから、所定の可変周波数を有するレーダ信号を送信すること、或る周波数帯域内で、物標の速度を指示する周波数を有する物標エコー信号を含む信号を受信すること、および可変周波数スケールを有するフーリエ変換を用いて、物標エコー信号を変換することを含む。そのような技法を用いる場合、信号ドップラー周波数を位置調整する(揃える)ためにレーダエコー信号の多大な事後処理を必要とすることなく、非コヒーレント積分による信号の検出可能性が高められる。本発明の技法は、複数のドウェルを積分することを利用して、より高い感度を達成し、周波数ダイバーシティを用いて、物標断面積を拡大し、RFマルチパス干渉を軽減する。この技法は、DFTの式を実効的に変更することにより、ビンシフト問題を解決する。式を変更する結果として、信号のスペクトル成分の「物標速度」正規化バージョンが生成されるので、用いられるRF搬送波周波数毎に、同じDFTビン内で物標エコーが揃えられる。
本発明の上記の特徴、および本発明自体は、図面を参照する以下の説明から、より十分に理解することができるであろう。
di=λ0/λi
であり、
λ0は所定の波長であり、
λiはCPI#iを含むパルスの波長であり、
Nは1つのCPI内で処理されるパルスの数であり、
kは周波数インクリメント指数(添字)であり、
pはデジタル化された受信信号の時間サンプルを表す添字であり、
Xp(k)はk*PRF/Nの周波数ビン内の信号エコーエネルギーの量であり、
xp(n)は、時間サンプルp、PRIiにおける時間領域(ドメイン)受信信号である。
式1において、周波数インクリメントを表す添字kは、1つのCPI内で処理されるパルスの数によって制限され、ここではNに等しい。
第2のCPIが処理され、新たな1組のレンジ−半径方向速度セルが導出される。可変波長スケーリングファクタdiは、波長と周波数との間が逆の関係であるので、対応する周波数スケーリングファクタと等価であることが理解される。
Mは物標速度曖昧性の次数(任意の正または負の整数)であり、kの最大値および最小値に限界があるために、Mが用いられる。Mは以下の式に従って、図2に関連して説明するような整数値をとる。
kは周波数インクリメントを表す添字であり、
nはPRIを表す添字であり、
xp(n)は、時間nにおける時間領域受信信号、すなわちCPIiのためのPRIである。
項diの下付き文字iは異なるドウェルに用いられることに留意されたい。
入力信号のこのモデルが式1の基本変換に代入されるとき、その結果は以下のようになる。
この式は以下の式によって表すことができる。
図2の例では、以下の3つの異なる波長を有する3つのレーダドウェルが用いられる。
λ1=.0333メートル(9GHz)
λ2=.0375メートル(8GHz)
これらの異なる波長およびMのいくつかの値の場合の曲線群が図2に示される。各式は以下の領域においてのみ有効である。
M=0の場合の曲線群は1つの曲線に収束する。有効性の領域は0mpsからv=λ0/2T≡v0に及ぶ。それゆえ、変更された以下に示す変換は第1の速度曖昧性v0(遅い物標速度を有する領域I)内の速度で物標を正規化する。
物標の速度が領域II、v0≦ v≦ 2v0内に存在する場合には、ピークエネルギー物標フィルタ(すなわちビン)の数はレーダドウェル毎に変化する。結果として、1つの物標を積分するために、これらの信号変換を単に加算することができなくなる。
nはパルス繰返し間隔(PRI)を表す添字であり、
mはCPIを表す添字であり、
NはCPI内のパルス数であり、
kは周波数インクリメントを表す添字であり、
pは時間サンプルを表す添字であり、
Ψp,n,mは周波数領域の関数であり、時間を表す添字p、周波数を表す添字kおよびCPIを表す添字mを有し、
Ψp,n,mは時間領域受信信号であり、時間サンプルを表す添字p、パルスを表す添字n、CPIを表す添字mを有する。
ドウェル内の全ての搬送波周波数によって用いられるレンジレートセルサイズが最初に決定される。ドップラー周波数fdはレンジ−半径方向速度、ドット(上に・を付けた)rおよび動作周波数c/λの関数である。到来するレンジレートが以下の正の値を有するという取り決めを用いると、
ここで図3を参照すると、1つの例示的な送信されるレーダ信号124が、複数の送信パルス128a1〜128nnと、複数の送信パルス128a1〜128nnのそれぞれに続く複数の対応する受信区間130a1〜130nnとを含む複数の一連のバースト列126a〜126n(全体としてバースト列126と呼ばれる)を含む。一実施形態では、各バースト列は共通のパルス繰返し周波数(PRF)を有し、その周波数でパルス128a1〜128nnが送信される。バースト列126a〜126nはドウェルサイクルとも呼ばれる。たとえば送信パルス128a1〜128anおよび受信区間130a1〜130anを含む各バースト列126aは、CPIと呼ばれる。バースト列126a’は後続のドウェルサイクルの最初のバースト列を表すことに留意されたい。図3に示されるように、周波数ダイバーシティを与えるために、バースト列126aは1つのPRFおよび第1の周波数を有し、バースト列126bは同じPRFおよび第2の周波数を有し、バースト列126nは同じPRFおよび異なる第3の周波数を有する。
送信される信号が可変PRFを含む実施形態では、レンジ次元において任意の起こり得る曖昧性を除去するためのさらに別のステップが必要とされるであろう。ステップ320では、エコー信号が既知の技法を用いて処理され、ステップ322では、物標レポートが計算される。
本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、ここで、それらの概念を組み込む他の実施形態を用いることができることが当業者には明らかであろう。本発明とともに、他の送信されるレーダ信号を用いて、物標レンジおよび速度を検出することができることは当業者には理解されよう。それゆえ、これらの実施形態は開示される実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の精神およびその範囲によってのみ制限されるべきであると考える。
Claims (28)
- パルスドップラーレーダ信号を処理して物標のレンジ及び半径方向の速度を判定するための方法であって、
レーダシステムから所定の可変周波数を有するレーダ信号を送信し、
1つの周波数帯域内で、前記物標の速度を示す周波数を有する物標エコー信号を含む信号を受信し、
可変周波数スケールを有するフーリエ変換を用いて前記物標エコー信号をレンジ半径方向速度マトリックスに変換する、
ことを含む方法。 - 前記エコー信号の変換は、離散フーリエ変換を用いて、前記エコー信号を物標位置に対応するレンジにおける半径方向速度値を示すレンジ半径方向速度マトリックスに変換することを含む、請求項1に記載の方法。
- 高いパルス繰返し周波数(PRF)によって導入される曖昧な速度を除去することをさらに含み、前記所定の周波数技法はさらに、周波数ダイバーシティを有する信号を含む、請求項2に記載の方法。
- 曖昧な速度の除去は、DFTフェーザが前記速度領域の異なる領域において位置調整されるように、前記エコー信号に位相シフト重み付け関数を適用することを含む、請求項3に記載の方法。
- 曖昧な速度の除去は、
非コヒーレント積分のために前記半径方向速度マトリックスを位置調整し、
ドップラーエイリアスから生じる複数の物標エコー検出を識別して、
ドップラーエイリアスの影響を除去する、
ことを含む請求項3に記載の方法。 - レーダ信号の送信は、周波数ダイバーシティを有するドウェル積分を与えるために複数のパルスを送信することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のパルスは、それぞれ異なる搬送波周波数を有する複数のコヒーレント処理間隔(CPI)を含む、請求項6に記載の方法。
- 可変周波数スケールを有するフーリエ変換を用いた前記物標エコー信号の変換は、前記複数のCPIのためのドップラー周波数正規化を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記フーリエ変換は高速フーリエ変換(FFT)として実施される、請求項1に記載の方法。
- c/λminに対応する最小速度を選択することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- コヒーレント処理間隔(CPI)を非コヒーレントに積分することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 信号ドップラー周波数を揃えるための物標エコー信号の事後処理を除去することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- パルス圧縮フィルタを前記物標ドップラーに一致させるための要件を緩和することにより、相対的に高いレンジ分解能を与えるために、半径方向速度位相を補正することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 相対的に高い信号対雑音比を与えるために、半径方向速度位相を補正することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 曖昧な速度を除去することをさらに含み、前記所定の周波数技法はさらに、複数の変化するパルス繰返し周波数(PRF)を有する信号を含む、請求項2に記載の方法。
- 可変周波数スケールを有するフーリエ変換を用いたエコー信号の変換は、前記物標エコー信号を半径方向速度に直に変換することを含む、請求項1に記載の方法。
- クラッタノッチフィルタで前記物標エコー信号をフィルタリングし、
前記クラッタノッチを所定の雑音レベルまで満たし、
非コヒーレントに積分するためにノッチフィルタリングされたレンジ半径方向速度マトリックスを位置調整し、
前記クラッタノッチエイリアスによって前記物標エコーが曖昧になることが実質上低減されるように、前記物標を検出するために前記ノッチフィルタリングされたレンジ半径方向速度マトリックスからの信号を積分することをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 曖昧な速度を有する物標のため変化する搬送波周波数のCPIから複数の物標エコーを半径方向速度に関して正規化する方法であって、
前記複数の物標エコーをレンジ半径方向速度マトリックスに変換し、該変換されたエコーは前記CPIの前記変化する搬送波周波数に対応する周期的な成分を有し、
前記レンジ半径方向速度マトリックスにおいて物標エコーを非コヒーレント積分し、
ドップラーエイリアスから生じる物標エコー検出を識別し、
ドップラーエイリアスから生じる前記物標エコー検出を除去する、
ことを含む方法。 - ドップラーエイリアスから生じる物標エコー検出の識別は、前記レンジ半径方向速度マトリックスにおいて前記物標エコーの位置調整を含む、請求項21に記載の方法。
- 所定の周波数技法に従って、一連のパルス信号を送信するように適応された送信機と、
物標速度の周波数を示す物標エコー信号を含む、1つの周波数帯域内の信号を受信するように適応された受信機と、
前記物標エコー信号をレンジ半径方向速度マトリックスに変換するための半径方向速度フーリエ変換器を含む、前記受信機に結合されるシグナルプロセッサと、
を備えたレーダシステム。 - 非コヒーレント積分器をさらに備える請求項23に記載のレーダシステム。
- 曖昧性除去器をさらに備える請求項23に記載のレーダシステム。
- 半径方向速度位相補正器をさらに備える請求項23に記載のレーダシステム。
- クラッタノッチフィルタをさらに備える請求項23に記載のレーダシステム。
- 第1のコヒーレント処理間隔を有する第1の一連のパルスと、異なる搬送波周波数を有し、第2のコヒーレント処理間隔を有する第2の一連のパルスとを送信するように適応された送信機と、
1つの周波数帯域内の信号を受信するように適応された受信機と、
該受信機に結合され、可変周波数スケールを有する離散フーリエ変換を用いて前記受信された信号をレンジ半径方向速度マトリックスに変換するためのフーリエ変換器を含むシグナルプロセッサと、
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