JP5161474B2 - Unwanted wave suppression device - Google Patents

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Description

本発明は、レーダ装置または受信装置などに適用されて不要波を抑圧する不要波抑圧装置に関し、特に回転するアンテナに対してアダプティブ処理またはSTAP(Space Time Adaptive Processing)処理を行う技術に関する。   The present invention relates to an unnecessary wave suppressing device that is applied to a radar device or a receiving device to suppress unnecessary waves, and more particularly to a technique for performing adaptive processing or STAP (Space Time Adaptive Processing) processing on a rotating antenna.

従来、レーダ装置または受信装置に適用される不要波抑圧装置において、アダプティブ処理またはSTAP処理を実施することにより、妨害波の到来方向のアンテナ利得を小さくしてヌル点を形成し、妨害波を抑圧するアダプティブヌルステアリングの技術が知られている。なお、アダプティブ処理およびSTAP処理の詳細は、例えば、非特許文献1〜4および非特許文献5に記載されている。   Conventionally, in an unnecessary wave suppressing device applied to a radar device or a receiving device, adaptive processing or STAP processing is performed to reduce the antenna gain in the arrival direction of the interference wave to form a null point and suppress the interference wave. The technology of adaptive null steering is known. Details of adaptive processing and STAP processing are described in Non-Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 5, for example.

図11は、このような不要波抑圧装置の一例として、アダプティブヌルステアリングのシステムであるサイドローブキャンセラ(SLC;Side lobe Canceller)を説明するための図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining a side lobe canceller (SLC), which is an adaptive null steering system, as an example of such an unnecessary wave suppressing device.

SLC処理部は、図11(a)に示すように、主アンテナからの信号と補助アンテナからの信号とを処理することにより妨害波の到来方向のアンテナ利得を小さくして妨害波を抑圧する。   As shown in FIG. 11A, the SLC processing unit processes the signal from the main antenna and the signal from the auxiliary antenna to reduce the antenna gain in the arrival direction of the interference wave and suppress the interference wave.

具体的には、図11(b)に示すように、SLC処理のフィードバックループにより、主アンテナのサイドローブと補助アンテナのレベルを一致させるようにウェイトを変化させ、図11(c)に示すように、主アンテナパターンにヌル点を形成する。これにより、妨害波の到来方向に対する感度を低下させ、妨害波を抑圧する。
菊間信良、“アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版(1999) pp.35-37,98-99 菊間信良、“アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版(1999) pp.67-86 菊間信良、“アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版(1999) pp.17-21 菊間信良、“アレーアンテナによる適応信号処理”、科学技術出版(1999) pp.43-46、76-78 Richard Klemm,”SPACE−TIME ADAPTIVE PROCESSING”,IEE RADAR,SONAR,NAVIGATION AND AVIONICS 9,pp.110-118(1998)
Specifically, as shown in FIG. 11B, the weight is changed so that the side lobe of the main antenna and the level of the auxiliary antenna are matched by the feedback loop of the SLC process, as shown in FIG. 11C. In addition, a null point is formed in the main antenna pattern. Thereby, the sensitivity with respect to the arrival direction of the jamming wave is reduced, and the jamming wave is suppressed.
Nobuyoshi Kikuma, “Adaptive signal processing by array antenna”, Science and Technology Publishing (1999) pp.35-37, 98-99 Nobuyoshi Kikuma, “Adaptive signal processing by array antenna”, Science and Technology Publishing (1999) pp.67-86 Nobuyoshi Kikuma, “Adaptive signal processing by array antenna”, Science and Technology Publishing (1999) pp.17-21 Nobuyoshi Kikuma, “Adaptive signal processing by array antenna”, Science and Technology Publishing (1999) pp.43-46, 76-78 Richard Klemm, “SPACE-TIME ADAPTIVE PROCESSING”, IEE RADAR, SONAR, NAVIGATION AND AVIONICS 9, pp.110-118 (1998)

ところで、回転するアンテナを備えたレーダ装置または受信装置において、アダプティブ処理またはSTAP処理を実施して、図12(a)に示すように、妨害波の到来方向にヌル点を形成するウェイトを算出し、そのウェイトを固定したままアンテナを回転させると、図12(b)に示すように、妨害波の到来方向に対するヌル点がずれるため、妨害残留電力が増加する。   By the way, in a radar device or a receiving device having a rotating antenna, adaptive processing or STAP processing is performed to calculate a weight that forms a null point in the arrival direction of the interference wave as shown in FIG. If the antenna is rotated while the weight is fixed, the null point with respect to the arrival direction of the disturbing wave is shifted as shown in FIG.

このような状態を回避するためには、レンジセル単位または数レンジセル単位でウェイトを更新する必要があるが、アンテナが回転する都度、ウェイト演算を実施すると演算規模が大きくなり、規定時間内で処理することが困難になるという問題がある。また、アダプティブ処理によってメインローブが乱れ、アンテナ回転時に目標信号により、さらにメインローブが崩れるという問題がある。   In order to avoid such a state, it is necessary to update the weights in units of range cells or in units of several range cells. However, if the weight calculation is performed every time the antenna rotates, the scale of the operation increases, and processing is performed within a specified time. There is a problem that it becomes difficult. Further, there is a problem that the main lobe is disturbed by adaptive processing, and the main lobe is further broken by the target signal when the antenna rotates.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、回転するアンテナを備えた場合であっても、小さい演算規模で不要波を抑圧し、メインローブの乱れを低減することができる不要波抑圧装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the problem is that even when a rotating antenna is provided, unnecessary waves are suppressed with a small calculation scale, and disturbance of the main lobe is reduced. An object of the present invention is to provide an unnecessary wave suppression device that can perform the above-described operation.

上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、素子またはサブアレイ型アダプティブ処理を行う不要波抑圧装置において、不要波方向にヌルを向けるべく、回転するアンテナの回転角情報に基づき該アンテナの回転方向と逆方向にビームを向ける補正位相ウェイトを算出する補正位相ウェイト演算部と、最初のPRI(Pulse Repetition Interval)で算出したアダプティブウェイトを初期ウェイトとし、該初期ウェイトに補正位相ウェイト演算部からの補正位相ウェイトを乗算して補正後ウェイトを算出し、該補正後ウェイトに基づきアダプティブ処理を行う処理部とを備え、前記処理部は、リカーシブ法によ前記補正後ウェイトを反復しながら逐次算出し、前記補正後ウェイトを算出する回数を表す反復回数に制限を与え、メインローブの乱れを抑えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is an unnecessary wave suppression device that performs an element or subarray type adaptive process, and based on the rotation angle information of the rotating antenna to direct null in the direction of the unnecessary wave. A correction phase weight calculation unit for calculating a correction phase weight for directing the beam in a direction opposite to the rotation direction of the first phase, and an adaptive weight calculated by the first PRI (Pulse Repetition Interval) as an initial weight, and a correction phase weight calculation unit for the initial weight by multiplying the correction phase weight from calculating a corrected weight, and a processing unit that performs adaptive processing on the basis of the corrected weights wherein the processing unit, while repeating the corrected weights Ri by the recursive method sequentially calculating, prior Symbol gives a limit on the number of iterations representing the number of times to calculate the corrected weights of the main lobe It is characterized by suppressing disturbance.

請求項1記載の発明によれば、最初のPRIで算出したアダプティブウェイトを初期ウェイトとし、これにアンテナの回転角に応じた補正位相ウェイトを乗算してウェイト(補正後ウェイト)を得るので、アンテナが回転した場合のウェイトを簡易に算出できる。その結果、回転するアンテナを備えた場合であっても、少ない演算量で不要波を抑圧し、メインローブの乱れを低減することができる。また、リカーシブ法の反復回数に制限を与えることにより、アダプティブ処理によるメインローブの乱れを抑えることができ、補正後ウェイトの設定後も位相ウェイトのみの変更であり、目標信号によるメインローブの変化を抑えることができる。 According to the first aspect of the present invention, the adaptive weight calculated in the first PRI is used as the initial weight, and this is multiplied by the correction phase weight corresponding to the rotation angle of the antenna to obtain a weight (corrected weight). It is possible to easily calculate the weight when the is rotated. As a result, even when a rotating antenna is provided, unnecessary waves can be suppressed with a small amount of computation, and disturbance of the main lobe can be reduced. In addition, by limiting the number of iterations of the recursive method, disturbance of the main lobe due to adaptive processing can be suppressed, and only the phase weight is changed after setting the corrected weight. Can be suppressed.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の原理を説明するための図である。今、図1(a)に示す状態から図1(b)に示す状態にアンテナが回転すると、妨害波の到来方向が変わるので、本発明では、その妨害波の到来方向にヌルを向けるべく、アンテナの回転方向に対して逆の方向に、ビーム全体を走査する。すなわち、位相ウェイトによるバックスキャンを行い、ヌル点を保持するようにしたものである。   FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention. Now, when the antenna rotates from the state shown in FIG. 1 (a) to the state shown in FIG. 1 (b), the arrival direction of the disturbing wave changes. Therefore, in the present invention, in order to direct null to the arrival direction of the disturbing wave, The entire beam is scanned in a direction opposite to the direction of rotation of the antenna. That is, a back scan is performed using a phase weight, and a null point is held.

これをレーダ装置に適用された不要波抑圧装置の場合を例に挙げて、時系列で表現すると、図2に示すようになる。まず、図2(a)に示すように、CPI(Coherent Processing Interval;コヒーレント処理周期)の最初のPRI(Pulse Repetition Interval;パルス繰り返し間隔)においてウェイト演算が実施され、アダプティブウェイト(初期ウェイト)が算出される。このアダプティブウェイトの演算は、妨害信号を抑圧するアダプティブ処理では、クラッタが含まれると、抑圧度の高いウェイトを算出することができないので、クラッタの少ないできるだけ遠方に対応するPRIの後半で行われる。   Taking this as an example of an unnecessary wave suppression device applied to a radar device, it is expressed in time series as shown in FIG. First, as shown in FIG. 2A, weight calculation is performed at the first PRI (Pulse Repetition Interval) of CPI (Coherent Processing Interval), and adaptive weight (initial weight) is calculated. Is done. The adaptive weight calculation is performed in the second half of the PRI corresponding to the farther possible distance with less clutter because the adaptive processing for suppressing the interference signal cannot calculate a weight with a high degree of suppression if clutter is included.

なお、タイム・マネージメントに余裕がある場合は、図3(a)に示すように、最初の送信パルスの前に受信期間を設けて、クラッタが存在しない状態で、アダプティブウェイトを演算するように構成することもできる。   When time management has a margin, as shown in FIG. 3A, a reception period is provided before the first transmission pulse, and an adaptive weight is calculated in the absence of clutter. You can also

このようにして算出されたアダプティブウェイトはメモリに記憶され、図2(b)に示すように、CPIの最初のPRIで初期ウェイトとして設定される。この初期ウェイトに対して、アンテナの回転角に応じて、レンジセル毎または数レンジセル(間引きしたレンジセル)毎にバックスキャンする補正位相ウェイトが乗算され、この乗算結果が補正後ウェイトとして設定される。   The adaptive weight calculated in this way is stored in the memory, and is set as the initial weight in the first PRI of the CPI as shown in FIG. The initial weight is multiplied by a correction phase weight for back scanning every range cell or every several range cells (thinned range cells) according to the rotation angle of the antenna, and the multiplication result is set as a corrected weight.

アダプティブウェイトの演算および補正後ウェイトを定式化すると以下の通りである。まず、アダプティブウェイトWoptは、SMI方式(詳細は、非特許文献1参照)で演算する場合は、次式となる。

Figure 0005161474
The calculation of adaptive weight and the corrected weight are formulated as follows. First, when the adaptive weight Wopt is calculated by the SMI method (refer to Non-Patent Document 1 for details), the following equation is obtained.
Figure 0005161474

ここで、
Wopt:アダプティブウェイト(列ベクトル)
Y :アダプティブ出力
X :入力信号
Rxx :入力信号Xの相関行列
S :ステアリングベクトル
t :転置
ステアリングベクトルSは、次式で表される。

Figure 0005161474
here,
Wopt: Adaptive weight (column vector)
Y: Adaptive output X: Input signal Rxx: Correlation matrix of input signal X S: Steering vector t: Transposition The steering vector S is expressed by the following equation.
Figure 0005161474

θb :ビーム指向方向
k :波数ベクトル 2π/λ
λ :波長
dn :入力(素子またはサブアレイ)nの位相中心の位置ベクトル(n=1〜N)
j :虚数単位
ウェイトは、一般に、タップドディレイライン(詳細は、非特許文献3参照)を用いて表現されるが、簡単のため、複素ウェイトで表現している。このアダプティブウェイトWoptに対して、回転角Δφを考慮すると、次式の補正位相ウェイトが必要である。

Figure 0005161474
θb: beam directing direction k: wave vector 2π / λ
λ: wavelength dn: position vector (n = 1 to N) of phase center of input (element or subarray) n
j: Imaginary unit Weight is generally expressed using a tapped delay line (refer to Non-Patent Document 3 for details), but for simplicity, it is expressed as a complex weight. In consideration of the rotation angle Δφ with respect to this adaptive weight Wopt, the following correction phase weight is required.
Figure 0005161474

ここで、
ΔW :補正位相ウェイト
Δφ :回転量
この補正位相ウェイトを用いて、補正後ウェイトWcは、次式で算出できる。

Figure 0005161474
here,
ΔW: Correction phase weight Δφ: Rotation amount The corrected weight Wc can be calculated by the following equation using this correction phase weight.
Figure 0005161474

図4は、本発明の実施例1に係る不要波抑圧装置(素子またはサブアレイ型アダプティブ)の構成を示すブロック図である。この不要波抑圧装置によって、上述した処理が実現される。この不要波抑圧装置は、図示しないアンテナ素子または複数のアンテナ素子が配列されて成るサブアレイから送られてくる複数の入力信号X1〜XN(Nは正の整数)をレンジセル単位でそれぞれ遅延させる複数のTDL(Taped Delay Line;タップドディレイライン)2と、TDL2の出力を加算し、アダプティブ出力Yとして出力する加算器3と、TDL2の各タップから出力される信号に乗算するウェイトを計算するアダプティブ処理部4と、図示しないアンテナの角度検出部から送られてくる回転角情報に基づき補正位相ウェイトを算出する補正位相ウェイト演算部5から構成されている。   FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the unwanted wave suppressing device (element or subarray type adaptive) according to the first embodiment of the present invention. The processing described above is realized by this unnecessary wave suppressing device. The unnecessary wave suppressing device includes a plurality of input signals X1 to XN (N is a positive integer) sent from an antenna element (not shown) or a subarray in which a plurality of antenna elements are arranged. TDL (Taped Delay Line) 2 and the output of TDL2 are added, adder 3 is output as adaptive output Y, and adaptive processing is performed to calculate the weight to be multiplied by the signal output from each tap of TDL2. And a correction phase weight calculation unit 5 that calculates correction phase weights based on rotation angle information sent from an angle detection unit (not shown) of the antenna.

なお、TDL型のアダプティブアレイおよびSTAP処理の詳細は、非特許文献3および非特許文献5に記載されている。   The details of the TDL type adaptive array and the STAP process are described in Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 5.

次に、この実施例1に係る不要波抑圧装置の動作を、図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、アダプティブウェイトが演算される(ステップS1)。すなわち、CPIの最初のPRIにおいてアダプティブウェイトが算出さる。算出されたアダプティブウェイトは、初期ウェイトとして使用される。次いで、PRIがインクリメント(+1)される(ステップS2)。なお、PRIの初期値は「0」とする。   Next, the operation of the unwanted wave suppressing apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, an adaptive weight is calculated (step S1). That is, an adaptive weight is calculated in the first PRI of CPI. The calculated adaptive weight is used as an initial weight. Next, PRI is incremented (+1) (step S2). The initial value of PRI is “0”.

次いで、初期ウェイトが設定される(ステップS3)。すなわち、ステップS1で算出された初期ウェイトが設定される。次いで、回転角に応じた補正後ウェイトが演算される(ステップS4)。すなわち、補正位相ウェイト演算部5は、回転するアンテナ(図示しない)からの回転角情報に基づき該アンテナの回転方向と逆方向にビームを向ける補正位相ウェイトを算出する。   Next, an initial weight is set (step S3). That is, the initial weight calculated in step S1 is set. Next, a corrected weight corresponding to the rotation angle is calculated (step S4). That is, the correction phase weight calculator 5 calculates a correction phase weight that directs the beam in the direction opposite to the rotation direction of the antenna based on the rotation angle information from the rotating antenna (not shown).

次いで、補正後ウェイトが設定される(ステップS5)。すなわち、ステップS4で算出された補正後ウェイトがアダプティブ処理部4の内部に設定され、アダプティブ処理に使用される。この場合、補正後ウェイトは、レンジセル毎または数レンジセル(間引きしたレンジセル)毎に設定される。   Next, a corrected weight is set (step S5). That is, the corrected weight calculated in step S4 is set inside the adaptive processing unit 4 and used for adaptive processing. In this case, the corrected weight is set for each range cell or for several range cells (thinned range cells).

次いで、1つのCPIに対する処理が終了したかどうかが調べられる(ステップS6)。このステップS6において、1つのCPIに対する処理が終了していないことが判断されると、ステップS2に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、1つのCPIに対する処理が終了したことが判断されると、次のCPIに対する処理に移る。   Next, it is checked whether or not the processing for one CPI has been completed (step S6). If it is determined in step S6 that the processing for one CPI has not ended, the process returns to step S2 and the above-described processing is repeated. On the other hand, when it is determined that the processing for one CPI is completed, the processing proceeds to the processing for the next CPI.

なお、アダプティブウェイト(初期ウェイト)を演算する間隔は、アンテナの回転速度およびPRI等に応じて、CPI単位または数PRI単位と決定することができる。   Note that the interval for calculating the adaptive weight (initial weight) can be determined in CPI units or several PRI units according to the rotational speed of the antenna, PRI, and the like.

なお、ウェイト演算方式としては、リカーシブ・アルゴリズムのMSN(Maximum Signal to Noise Ratio)方式(詳細は、非特許文献2参照)等といった他の方式を用いることもできる。   As the weight calculation method, other methods such as a recursive algorithm MSN (Maximum Signal to Noise Ratio) method (for details, refer to Non-Patent Document 2) can be used.

図6は、本発明の実施例2に係る不要波抑圧装置(SLC型アダプティブ)の構成を示すブロック図であり、図7は、この不要波抑圧装置で使用される演算セルの構成を示す図である。なお、SLC型アダプティブの構成は周知であるので、以下では、本発明に直接関係する部分を中心に説明する。   FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the unwanted wave suppressing device (SLC type adaptive) according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the arithmetic cell used in this unwanted wave suppressing device. It is. In addition, since the structure of SLC type adaptive is well-known, below, it demonstrates focusing on the part directly related to this invention.

この不要波抑圧装置は、主アンテナ6を構成する複数のアンテナ素子にて送受信された信号は、主チャンネル(以下、「主CH」と略する)信号としてビーム合成回路7に送られる。   In this unnecessary wave suppressing device, signals transmitted and received by a plurality of antenna elements constituting the main antenna 6 are sent to the beam combining circuit 7 as main channel (hereinafter, abbreviated as “main CH”) signals.

なお、複数のアンテナ素子の代わりに、複数のサブアレイを用いることもできる。ビーム合成回路7は、補助位相ウェイト演算部10から送られてくる主CH用の補正位相ウェイトを用いてウェイト演算が行った後にビーム合成し、キャンセル処理回路12に送る。   A plurality of subarrays can be used instead of the plurality of antenna elements. The beam combining circuit 7 performs the beam calculation using the correction phase weight for the main CH sent from the auxiliary phase weight calculation unit 10, then combines the beam, and sends it to the cancel processing circuit 12.

主アンテナ6を構成する複数のアンテナ素子またはサブアレイの一部または全部は補助アンテナとして共用される。この補助アンテナによって得られる補助チャンネル(以下、「補助CH」と略する)信号は、TDL8に送られる。   A part or all of a plurality of antenna elements or subarrays constituting the main antenna 6 is shared as an auxiliary antenna. An auxiliary channel (hereinafter abbreviated as “auxiliary CH”) signal obtained by the auxiliary antenna is sent to the TDL 8.

TDL8は、SLC処理部9と相俟って、補助アンテナからの補助CH信号のレンジセル単位の信号を用いてアダプティブ処理を行うことにより、不要波を抑圧する。アダプティブ処理の最適ウェイトWoptとして、SMI(直接解法;Sampled Matrix Inversion)アルゴリズム演算(非特許文献1参照)を用いると、次式となる。

Figure 0005161474
In combination with the SLC processing unit 9, the TDL 8 suppresses unnecessary waves by performing adaptive processing using a signal in units of range cells of the auxiliary CH signal from the auxiliary antenna. When an SMI (Direct Solution: Sampled Matrix Inversion) algorithm operation (see Non-Patent Document 1) is used as the optimal weight Wopt for adaptive processing, the following equation is obtained.
Figure 0005161474

ここで、
Wopt:アダプティブウェイト(列ベクトル)
Y :アダプティブ出力
Xm :主CH信号
Xa :補助CH信号
Rxx :入力信号Xaの相関行列
rxd :補助CH信号XaとSLC出力Yの相関係数
Sm :主CH用ウェイト(ステアリングベクトル)

Figure 0005161474
here,
Wopt: Adaptive weight (column vector)
Y: adaptive output Xm: main CH signal Xa: auxiliary CH signal Rxx: correlation matrix of input signal Xa rxd: correlation coefficient of auxiliary CH signal Xa and SLC output Y Sm: weight for main CH (steering vector)
Figure 0005161474

θb :ビーム指向方向
dn :主CHの入力(素子またはサブアレイ)の位相中心の位置ベクトル(n=1〜N)
このウェイトWoptに対して、回転角Δφを考慮すると、次式の補正位相ウェイトが必要である。

Figure 0005161474
θb: beam directing direction dn: position vector of phase center of input (element or subarray) of main CH (n = 1 to N)
When the rotation angle Δφ is taken into consideration for this weight Wopt, the following correction phase weight is required.
Figure 0005161474

ここで、
ΔS :補正位相ウェイト
Δφ :回転量
N :主CHの素子数(n=1〜N)
また、補助CHも同様に、次式となる。

Figure 0005161474
here,
ΔS: correction phase weight Δφ: rotation amount N: number of elements of main CH (n = 1 to N)
Similarly, the auxiliary CH is represented by the following formula.
Figure 0005161474

ここで、
Na :補助CHの素子数
dna :補助CHの入力(素子またはサブアレイ)の位相中心の位置ベクトル(na=1〜Na)
この補正位相ウェイトを用いて、補正後ウェイトは次式で算出できる。

Figure 0005161474
here,
Na: number of elements of auxiliary CH dna: position vector of phase center of auxiliary CH input (element or subarray) (na = 1 to Na)
Using this corrected phase weight, the corrected weight can be calculated by the following equation.
Figure 0005161474

ここで、
Sc :主CHの補正後ウェイト
Wc :補助CHの補正後ウェイト
以上の処理は、図5のフローチャートに示した実施例1に係る不要波抑圧装置における処理により実現できる。なお、補正後ウェイトは、レンジセル毎または数レンジセル(間引きしたレンジセル)毎に設定する。また、アダプティブウェイト(初期ウェイト)を演算する間隔は、アンテナの回転速度およびPRI等に応じて、CPI単位または数PRI単位と決定することができる。
here,
Sc: Weight after correction of main CH Wc: Weight after correction of auxiliary CH The above processing can be realized by the processing in the unnecessary wave suppressing apparatus according to the first embodiment shown in the flowchart of FIG. The corrected weight is set for each range cell or for several range cells (thinned range cells). Further, the interval for calculating the adaptive weight (initial weight) can be determined in CPI units or several PRI units according to the rotational speed of the antenna, PRI, and the like.

上述した実施例1および実施例2に係る不要波抑圧装置においては、空間軸で信号処理を行うように構成したが、さらに時間軸(周波数軸)を加えると、空間−時間(周波数)軸上の多次元のSTAP処理(例えば、非特許文献5参照)が可能となる。図8は、本発明の実施例3に係る不要波抑圧装置(素子またはサブアレイ型STAP)の構成を示すブロック図である。なお、素子またはサブアレイ型STAPの構成は周知であるので、以下では、本発明に直接関係する部分を中心に説明する。   In the unwanted wave suppressing device according to the first and second embodiments described above, the signal processing is performed on the space axis. However, when the time axis (frequency axis) is further added, the space-time (frequency) axis is increased. Multidimensional STAP processing (see, for example, Non-Patent Document 5) becomes possible. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the unwanted wave suppressing device (element or subarray type STAP) according to the third embodiment of the present invention. Since the configuration of the element or the sub-array type STAP is well known, the following description will focus on the portion directly related to the present invention.

この不要波抑圧装置で行われるSTAP処理の最適ウェイトWoptは、直接解法(非特許文献4参照)の場合は次式で表すことができる。

Figure 0005161474
The optimum weight Wopt of the STAP process performed by the unnecessary wave suppression device can be expressed by the following equation in the case of the direct solution (see Non-Patent Document 4).
Figure 0005161474

ここで、
Wopt :アダプティブウェイト(列ベクトル)
Y :STAP出力
X :入力信号(N×M個、N:補助アンテナ数、M:タップ数)
X=[X11・・・、XNM]
Rxx :入力信号Xの相関行列
S :ステアリングベクトル

Figure 0005161474
here,
Wopt: Adaptive weight (column vector)
Y: STAP output X: Input signal (N × M, N: number of auxiliary antennas, M: number of taps)
X = [X11..., XNM] t
Rxx: correlation matrix of input signal X S: steering vector
Figure 0005161474

上記は、リニアアレイの場合である。         The above is the case of a linear array.

θb: ビーム指向方向
p :周波数バンク番号(p=1〜P)
m :タップ番号(m=1〜M)
このウェイトWoptに対して、回転角Δφを考慮すると、次式の補正位相が算出できる。

Figure 0005161474
θb: beam directing direction p: frequency bank number (p = 1 to P)
m: Tap number (m = 1 to M)
In consideration of the rotation angle Δφ for the weight Wopt, the correction phase of the following equation can be calculated.
Figure 0005161474

ここで、
ΔW :補正位相ウェイト
Δφ :回転量
この補正位相ウェイトを用いて、補正後ウェイトWcは次式で算出できる。

Figure 0005161474
here,
ΔW: correction phase weight Δφ: rotation amount The corrected weight Wc can be calculated by the following equation using this correction phase weight.
Figure 0005161474

以上の処理は、図5のフローチャートに示した実施例1に係る不要波抑圧装置における処理により実現できる。なお、補正後ウェイトは、レンジセル毎または数レンジセル(間引きしたレンジセル)毎に設定する。また、アダプティブウェイト(初期ウェイト)を演算する間隔は、アンテナの回転速度およびPRI等に応じて、CPI単位または数PRI単位と決定することができる。   The above process can be realized by the process in the unnecessary wave suppressing apparatus according to the first embodiment shown in the flowchart of FIG. The corrected weight is set for each range cell or for several range cells (thinned range cells). Further, the interval for calculating the adaptive weight (initial weight) can be determined in CPI units or several PRI units according to the rotational speed of the antenna, PRI, and the like.

なお、初期ウェイトを演算する際には、STAP処理の場合は、図9に示すように、CPIの各PRIのレンジセルデータによりウェイト演算を実施する。   When calculating the initial weight, in the case of the STAP process, as shown in FIG. 9, the weight calculation is performed based on the range cell data of each PRI of the CPI.

上述した実施例3に係る不要波抑圧装置は、素子またはサブアレイ型STAP処理を行う構成であるが、SLC型STAP処理を行うように構成することができる。図10は、本発明の実施例4に係る不要波抑圧装置(SLC型STAP)の構成を示すブロック図である。なお、SLC型STAPの構成は周知であるので、以下では、本発明に直接関係する部分を中心に説明する。   The unnecessary wave suppression device according to the third embodiment described above is configured to perform element or subarray type STAP processing, but can be configured to perform SLC type STAP processing. FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the unwanted wave suppressing device (SLC type STAP) according to the fourth embodiment of the present invention. Since the configuration of the SLC type STAP is well known, the following description will focus on the part directly related to the present invention.

この不要波抑圧装置では、主アンテナ6からの主CH信号をビーム合成回路7でビーム合成した後、フーリエ変換回路12により、時空間でビーム形成される。STAP処理の最適ウェイトWoptとして、SMI(直接解法:Sampled Matrix Inversion)アルゴリズム演算を用いると、次式となる。

Figure 0005161474
In this unnecessary wave suppressing device, the main CH signal from the main antenna 6 is combined by the beam combining circuit 7 and then beam-formed in time and space by the Fourier transform circuit 12. When the SMI (Direct Solution: Sampled Matrix Inversion) algorithm operation is used as the optimum weight Wopt for the STAP process, the following equation is obtained.
Figure 0005161474

ここで、
Wopt:アダプティブウェイト(列ベクトル)
Y :アダプティブ出力
Xm :主CH信号
Xa :補助CH信号
(N×M個、N:補助アンテナ数、M:タップ数)
Xa=[X11・・・、XNM]
Rxx :入力信号Xaの相関行列
rxd :補助CHXaとSLC出力Yの相関係数
Sm :主CH用ウェイト(ステアリングベクトル)

Figure 0005161474
here,
Wopt: Adaptive weight (column vector)
Y: Adaptive output Xm: Main CH signal Xa: Auxiliary CH signal
(N x M, N: number of auxiliary antennas, M: number of taps)
Xa = [X11..., XNM] t
Rxx: Correlation matrix of input signal Xa rxd: Correlation coefficient between auxiliary CHXa and SLC output Y Sm: Weight for main CH (steering vector)
Figure 0005161474

p :周波数バンク番号(p=1〜P)
m :タップ番号(m=1〜M)
dn :主CHの入力(素子またはサブアレイ)の位相中心の位置ベクトル(n=1〜N)
この最適ウェイトをアダプティブ処理の演算セルに設定し、補助CHの信号を加算して、キャンセル処理の演算セルで主CH信号から減算する。
p: frequency bank number (p = 1 to P)
m: Tap number (m = 1 to M)
dn: position vector (n = 1 to N) of the phase center of the input (element or subarray) of the main CH
This optimal weight is set in the adaptive processing computation cell, the auxiliary CH signal is added, and the cancellation processing computation cell is subtracted from the main CH signal.

このウェイトWoptに対して、回転角Δφを考慮すると、次式の補正位相ウェイトが必要である。

Figure 0005161474
When the rotation angle Δφ is taken into consideration for this weight Wopt, the following correction phase weight is required.
Figure 0005161474

また、補助CHも同様に、次式となる。

Figure 0005161474
Similarly, the auxiliary CH is represented by the following formula.
Figure 0005161474

ここで、
Na :補助CHの素子数
dna:補助CHの入力(素子またはサブアレイ)の位相中心の位置ベクトル(na=1〜Na)
この補正位相ウェイトを用いて、補正後ウェイトは次式で算出できる。

Figure 0005161474
here,
Na: number of auxiliary CH elements dna: position vector of phase center of auxiliary CH input (element or subarray) (na = 1 to Na)
Using this corrected phase weight, the corrected weight can be calculated by the following equation.
Figure 0005161474

ここで、
Sc :主CHの補正後ウェイト
Wc :補助CHの補正後ウェイト
以上の処理は、図5のフローチャートに示した実施例1に係る不要波抑圧装置における処理により実現できる。なお、補正後ウェイトは、レンジセル毎または数レンジセル(間引きしたレンジセル)毎に設定する。また、アダプティブウェイト(初期ウェイト)を演算する間隔は、アンテナの回転速度およびPRI等に応じて、CPI単位または数PRI単位と決定することができる。
here,
Sc: Weight after correction of main CH Wc: Weight after correction of auxiliary CH The above processing can be realized by the processing in the unnecessary wave suppressing apparatus according to the first embodiment shown in the flowchart of FIG. The corrected weight is set for each range cell or for several range cells (thinned range cells). Further, the interval for calculating the adaptive weight (initial weight) can be determined in CPI units or several PRI units according to the rotational speed of the antenna, PRI, and the like.

なお、初期ウェイトを演算する際には、STAPの場合は、図9に示すようにCPIの各PRIのレンジセルデータによりウェイト演算を実施する。   When calculating the initial weight, in the case of STAP, as shown in FIG. 9, the weight calculation is performed by the range cell data of each PRI of CPI.

実施例5に係る不要波抑圧装置は、処理部がリカーシブ法により補正後ウェイトを算出する際に、反復回数に制限を与えることにより、メインローブの乱れを抑えるものである。   The unnecessary wave suppressing apparatus according to the fifth embodiment suppresses disturbance of the main lobe by limiting the number of iterations when the processing unit calculates the corrected weight by the recursive method.

この実施例5に係る不要波抑圧装置は、リカーシブ法では反復しながらウェイトが逐次演算されるが、この反復回数に制限を与えて、制限回数を超えた場合にウェイト演算を中止するように構成したものである。   The unnecessary wave suppression apparatus according to the fifth embodiment is configured such that weights are sequentially calculated while being repeated in the recursive method, but the number of repetitions is limited and the weight calculation is stopped when the limit number is exceeded. It is a thing.

これにより、不要波抑圧性能は若干劣化するものの、メインローブに影響を与えない範囲のウェイトを算出することができる。なお、リカーシブ法としては、MSN方式(非特許文献2参照)、RLS方式(非特許文献4参照)等といった種々の方式を用いることができる。   Thereby, although unnecessary wave suppression performance slightly deteriorates, it is possible to calculate weights in a range that does not affect the main lobe. As the recursive method, various methods such as the MSN method (see Non-Patent Document 2) and the RLS method (see Non-Patent Document 4) can be used.

なお、反復回数に制限を与えてメインローブの乱れを抑圧する方法は、反復回数がゼロになる固定の場合も含めて適用できる。   Note that the method of suppressing the main lobe disturbance by limiting the number of iterations can be applied to the case where the number of iterations is fixed to zero.

本発明は、回転するアンテナを備えたレーダ装置または受信装置などに利用可能である。   The present invention is applicable to a radar device or a receiving device provided with a rotating antenna.

本発明の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of this invention. 本発明の実施例1に係る不要波抑圧装置において、送信タイミングで初期ウェイトを決定する動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement which determines an initial weight with a transmission timing in the unnecessary wave suppression apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る不要波抑圧装置において、送信タイミングで初期ウェイトを決定する他の動作を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining another operation for determining an initial weight at transmission timing in the unnecessary wave suppressing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係る不要波抑圧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 unnecessary wave suppression apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る不要波抑圧装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the unnecessary wave suppression apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係る不要波抑圧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 unnecessary wave suppression apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例2に係る不要波抑圧装置で使用される演算セルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the calculation cell used with the unnecessary wave suppression apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る不要波抑圧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 unnecessary wave suppression apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例3に係る不要波抑圧装置において、送信タイミングで初期ウェイトを決定する動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement which determines an initial weight with a transmission timing in the unnecessary wave suppression apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係る不要波抑圧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 unnecessary wave suppression apparatus which concerns on Example 4 of this invention. 従来の不要波抑圧装置の一例として、アダプティブヌルステアリングのシステムであるSLCの原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of SLC which is an adaptive null steering system as an example of the conventional unnecessary wave suppression apparatus. 従来の不要波抑圧装置の問題を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem of the conventional unnecessary wave suppression apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

2 TDL(レンジセル単位)
2a TDL(PRI単位)
3 加算器
4 アダプティブ処理部
4a STAP処理部
5、5a 補正位相ウェイト演算部
6 主アンテナ
7 ビーム合成回路
8 TDL(レンジセル単位)
8a TDL(PRI単位)
9 SLC処理部
9a STAP処理部
10、10a 補正位相ウェイト演算部
11、11a キャンセル処理回路
12 フーリエ変換回路
2 TDL (range cell unit)
2a TDL (PRI unit)
3 Adder 4 Adaptive processing unit 4a STAP processing unit 5, 5a Corrected phase weight calculation unit 6 Main antenna 7 Beam combining circuit 8 TDL (range cell unit)
8a TDL (PRI unit)
9 SLC processing unit 9a STAP processing unit 10, 10a Correction phase weight calculation unit 11, 11a Cancel processing circuit 12 Fourier transform circuit

Claims (1)

素子またはサブアレイ型アダプティブ処理を行う不要波抑圧装置において、
不要波方向にヌルを向けるべく、回転するアンテナの回転角情報に基づき該アンテナの回転方向と逆方向にビームを向ける補正位相ウェイトを算出する補正位相ウェイト演算部と、
最初のPRI(Pulse Repetition Interval)で算出したアダプティブウェイトを初期ウェイトとし、該初期ウェイトに前記補正位相ウェイト演算部からの補正位相ウェイトを乗算して補正後ウェイトを算出し、該補正後ウェイトに基づきアダプティブ処理を行う処理部と、
を備え、
前記処理部は、リカーシブ法により前記補正後ウェイトを反復しながら逐次算出し、前記補正後ウェイトを算出する回数を表す反復回数に制限を与え、メインローブの乱れを抑えることを特徴とする不要波抑圧装置。
In an unnecessary wave suppression device that performs element or subarray type adaptive processing,
A correction phase weight calculator for calculating a correction phase weight for directing the beam in the direction opposite to the rotation direction of the antenna based on the rotation angle information of the rotating antenna in order to direct the null in the unnecessary wave direction;
The adaptive weight calculated by the first PRI (Pulse Repetition Interval) is used as the initial weight, and the corrected weight is calculated by multiplying the initial weight by the corrected phase weight from the corrected phase weight calculation unit. Based on the corrected weight A processing unit for performing adaptive processing;
With
Wherein the processing unit, characterized in that the sequentially calculated while repeating the by Ri before Symbol corrected weights recursive method, before Symbol gives a limit on the number of iterations representing the number of times to calculate the corrected weight, suppress the disturbance of the main lobe An unnecessary wave suppression device.
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