JP5398288B2

JP5398288B2 - レーダ信号処理装置とその目標判定方法

Info

Publication number: JP5398288B2
Application number: JP2009025036A
Authority: JP
Inventors: 賢司篠田; 裕之蜂須
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: JP2010181272A

Description

本発明は、目標の距離や方向を求める飛翔体搭載用のレーダ信号処理装置とその目標判定方法に関する。

レーダ信号処理装置にあっては、目標検出の手法として、受信した信号をフーリエ変換し、予め設定したしきい値を超えたものを目標と判定する方法、目標と判定された受信信号から和信号、差信号を求めてモノパルス測角処理により目標方向を求める方法が一般的である。

ところが、飛翔体搭載用のレーダ信号処理装置において、飛翔中の低Ｓ／Ｎ環境下においては、目標成分がしきい値を超えないことが多いため、目標の検出が極めて困難な状況となる。しきい値自体を下げてしまうと、目標以外の誤検出が増えてしまう。地上レーダでは、静止目標であれば観測時間を延ばすことでＳ／Ｎを改善することができるが、飛翔体搭載用レーダでは、目標との距離変化が起きるため、その効果が得られない。

この問題を解決する手段として、観測を複数回繰り返し、ハフ変換（例えば、特許文献１参照）やＴＢＤ（Track Before Detect）アルゴリズム（例えば、非特許文献１参照）を用いて距離や速度の変化に対応する方法が提案されている。これらの方法により、従来とほぼ同じハードウェア規模で目標を検出し、距離を求めることができる。

しかし、これらの方法でも複数の航跡が検出されたり、同時刻で複数の目標候補点があがったりするなど、検出結果が収束せず目標を特定できないケースが見られる。また、これらの方法では目標がアンテナのビーム走査方向付近にいることしか分からず、目標を追随するための角度情報としては精度が不十分である。

特開２００４−３４０６９１号公報

Y. Boers, "Multitarget particle filter track before detect application", IEE proc.- Radar Sonar Navig., Vol. 151, No. 6, Dec. 2004。

上記のように従来の飛翔体搭載用のレーダ信号処理装置にあっては、低Ｓ／Ｎ環境下で目標成分がしきい値を超えないため、目標検出が困難であった。

本発明の目的は、上記の問題を解決し、低Ｓ／Ｎ環境下においても目標を識別し距離や速度を特定することができ、方向（角度）についても低Ｓ／Ｎ環境により増加した誤差を抑え、精度よく目標方向を求めることができ、飛翔体の追随性能を向上させることのできるレーダ信号処理装置とその目標判定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、飛翔体に搭載される目標検出用のレーダ信号処理装置において、前記目標で反射されたレーダ反射波を受信するアンテナと、反射波を検波する受信部と、前記受信部の検波信号から前記目標の仮検出を複数回行ってそれぞれの航跡を求める目標検出部と、前記仮検出された目標の複数の航跡結果を比較して真の目標の判定を行う目標判定部と、前記目標判定部で求められた真の目標について前記受信部の検波出力から目標方向を求める測角処理部とを具備する構成とする。

また、本発明は、飛翔体に搭載される目標検出用のレーダ信号処理装置に用いられ、前記目標で反射されたレーダ反射波を受信し、その反射波を検波し、その検波信号から前記目標の仮検出を複数回行ってそれぞれの航跡を求め、前記仮検出された目標の複数の航跡結果を比較して真の目標の判定を行う目標判定方法において、前記仮検出された各目標航跡結果について距離成分と速度成分に分け、それぞれの最大値と最小値との差が距離幅、速度幅より小さい回数をカウントし、カウント回数が一定回数以上となるとき、単一の目標航跡と判定し、その航跡の目標を真の目標と判定する構成とする。

以上のように構成したことにより、本発明によれば、低Ｓ／Ｎ環境下においても目標を識別し距離や速度を特定することができ、方向（角度）についても低Ｓ／Ｎ環境により増加した誤差を抑え、精度よく目標方向を求めることができ、飛翔体の追随性能を向上させることのできるレーダ信号処理装置とその目標判定方法を提供することができる。

本発明の一実施形態として、飛翔体に搭載されるレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図。図１に示す目標判定処理器のより具体的な処理の流れを示すフローチャート。図２に示す処理手順を説明するための目標航跡仮データの分布例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態として、飛翔体に搭載されるレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。このレーダ信号処理装置は、目標１１からの電波（図示しない送信系から送出された送信パルスの反射波）を受信するアンテナ１と、反射波を検波する受信器２と、検波信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器３と、検波信号から目標の検出を行って航跡を求める目標検出部４と、目標検出結果から目標の判定を行う目標判定処理器５と、目標方向を求める測角処理器６とから構成される。

上記目標検出部４の処理としては、例えばＴＢＤアルゴリズムを用いることができる。また、測角処理器６は、目標判定処理器５の結果から測角に必要なデジタル信号をＡ／Ｄ変換器３から取り込んで目標方向を求める処理を行う。

すなわち、上記構成によるレーダ信号処理装置では、目標１１からの反射波はアンテナ１から取り込まれ、受信器２で受信される。受信された信号はＡ／Ｄ変換器３でデジタル信号に変換された後、目標検出器４で信号処理されて、目標航跡の仮データが求められる。

具体的には、上記目標検出器４では、デジタル信号に変換された信号をフーリエ変換し、複数回分取り込んで、ハフ変換やＴＢＤ（Track Before Detect）アルゴリズムなどの方法によって目標と思われる航跡を抽出し、これを目標航跡仮データとする。この目標航跡仮データは、観測毎の距離のデータ列および速度のデータ列であり、目標判定処理器５に送られる。

この目標判定処理器５は、観測毎に得られる目標航跡仮データから目標の航跡を判定し、単一の目標と判定されたときはこの目標の航跡情報とすることで、真の目標航跡データを求める。

図２は上記目標判定処理器５のより具体的な処理の流れを示すフローチャート、図３はその処理を説明するための目標航跡仮データの分布例を示す図である。図２において、ステップＳ１にて、目標航跡仮データを取り込む。図３に示すように、目標航跡仮データは複数存在し、その個数をＸとする。各目標航跡仮データは複数回（ここではＴ回）の観測によるデータ列で、データ数はＴ個となる。

目標航跡仮データにおいて、距離をＲ’とすると、以下のように書き表せる。データｒ’の値は距離を示す。
Ｒ_１’＝{ｒ’(1,1),ｒ’(1,2),…,ｒ’(1,T)}
Ｒ_２’＝{ｒ’(2,1),ｒ’(2,2),…,ｒ’(2,T)}
：：
Ｒ_Ｘ’＝{ｒ’(X,1),ｒ’(X,2),…,ｒ’(X,T)}
次に、ステップＳ２にて、Ｔ回目の観測から直近のＡ回分のデータを取り出し、距離比較データＤ_Ｒとする。この場合、距離比較データは以下のように書き表せる。
Ｄ_Ｒ１＝{ｒ’(1,T),ｒ’(2,T),…,ｒ’(X,T)}
Ｄ_Ｒ２＝{ｒ’(1,T-1),ｒ’(2,T-1),…,ｒ’(X,T-1)}
：：
Ｄ_ＲＡ＝{ｒ’(1,T-(A-1)),ｒ’(2,T-(A-1)),…,ｒ’(X,T-(A-1))}
続いて、ステップＳ３にて、比較データＤ_Ｒ１〜Ｄ_ＲＡそれぞれについて、要素の最大値と最小値を求める。次に、ステップＳ４にて、最大値と最小値の差を求め、それが距離幅Ｂ_Ｒより小さいか否かを判断する。小さい場合には、その回では一致とし、ステップＳ５にて、一致回数にカウントする。ステップＳ６にて、これをＤ_１〜Ｄ_Ａについて全て行う。

同様の処理を速度についても行う。すなわち、目標航跡仮データにおいて、速度をＶ’とすると、以下のように書き表せる。データｖ’の値は速度を示す。
Ｖ_１’＝{ｖ’(1,1),ｖ’(1,2),…,ｖ’(1,T)}
Ｖ_２’＝{ｖ’(2,1),ｒ’(2,2),…,ｖ’(2,T)}
：：
Ｖ_Ｘ’＝{ｖ’(X,1),ｖ’(X,2),…,ｖ’(X,T)}
次に、ステップＳ１２にて、Ｔ回目の観測から直近のＡ回分のデータを取り出し、速度比較データＤ_Ｖとする。この場合、速度比較データは以下のように書き表せる。
Ｄ_Ｖ１＝{ｖ’(1,T),ｖ’(2,T),…,ｖ’(X,T)}
Ｄ_Ｖ２＝{ｖ’(1,T-1),ｖ’(2,T-1),…,ｖ’(X,T-1)}
：：
Ｄ_ＶＡ＝{ｖ’(1,T-(A-1)),ｖ’(2,T-(A-1)),…,ｖ’(X,T-(A-1))}
続いて、ステップＳ１３にて、速度比較データＤ_Ｖ１〜Ｄ_ＶＡそれぞれについて、要素の最大値と最小値を求め、ステップＳ１４にて、最大値と最小値の差を求め、それが距離幅Ｂ_Ｖより小さければ、その回では一致とし、ステップＳ１５にて一致回数をカウントする。ステップＳ１６にて、これをＤ_Ｖ１〜Ｄ_ＶＡについて全て行う。

ステップＳ７にて、Ｄ_Ｒ１〜Ｄ_ＲＡの一致回数がＣ_Ｒ回以上かつＤ_Ｖ１〜Ｄ_ＶＡの一致回数がＣ_Ｖ回以上であれば、ステップＳ８にて、Ｘ個の目標航跡仮データは単一の航跡と判定し、これらより目標航跡データを求める。

目標航跡データにおいて、距離をＲ、速度をＶとすると、以下のように書き表せる。データｒの値は距離、ｖの値は速度を示す。
Ｒ＝{ｒ(1),ｒ(2),…,ｒ(T)}
Ｖ＝{ｖ(1),ｖ(2),…,ｖ(T)}
ｒは以下の式にて求める。
ｒ(1)＝Σｒ’(x,1)/X
ｒ(2)＝Σｒ’(x,2)/X
：
ｒ(T)＝Σｒ’(x,T)/X
ｖは以下の式にて求める。

ｖ(1)＝Σｖ’(x,1)/X
ｖ(2)＝Σｖ’(x,2)/X
：
ｖ(T)＝Σｖ’(x,T)/X
測角処理器６では、目標航跡データから目標からの反射波が含まれる部分のデジタル信号をＡ／Ｄ変換器３より抽出し、測角処理を行う。

上記測角処理器６では以下の処理を行う。まず、デジタル信号を複数回観測する毎に和信号、差信号を求めて、モノパルス測角処理により目標方向を求める。次に、観測毎の測角結果から平滑化の処理を行い、その結果を目標方向結果とする。

平滑化の処理としては、例えば最小二乗法やカルマンフィルタを用いることができ、また目標の方向が複数回の観測の間に大きく変化しないという仮定ができるときは、観測毎の測角結果の平均を求めることで置き換えることも可能である。

上記構成によるレーダ信号処理装置によれば、低Ｓ／Ｎ環境下において目標を識別し距離や速度を特定できるほか、方向（角度）についても低Ｓ／Ｎ環境により増加した誤差を抑え、精度よく目標方向求めることができるようになり、これによって飛翔体の追随性能を向上させることができる。

尚、上記実施形態において、図２のステップＳ７では「Ｄ_Ｒ１〜Ｄ_ＲＡの一致回数がＣ_Ｒ回以上かつＤ_Ｖ１〜Ｄ_ＶＡの一致回数がＣ_Ｖ回以上」の場合を判定するようにしたが、距離、速度のいずれか一方でもよいことから、「Ｄ_Ｒ１〜Ｄ_ＲＡの一致回数がＣ_Ｒ回以上またはＤ_Ｖ１〜Ｄ_ＶＡの一致回数がＣ_Ｖ回以上」の場合を判定するようにしてもよい。

その他、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…アンテナ、２…受信器、３…Ａ／Ｄ変換器、４…目標検出部、５…目標判定処理器、６…測角処理器。

Claims

飛翔体に搭載され、目標を検出するためのレーダ信号処理装置において、
前記目標で反射されたレーダ反射波を受信するアンテナと、
前記アンテナの受信信号からレーダ反射波を検波する受信部と、
前記受信部の検波信号から前記目標の仮検出を複数回行って仮検出された複数の目標それぞれの航跡を求める目標検出部と、
前記仮検出された複数の目標それぞれの航跡を許容される基準幅と比較し、前記基準幅に収まる回数から前記複数の目標が単一目標であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて真の目標の判定を行う目標判定部と、
前記目標判定部で求められた真の目標について前記受信部の検波出力から目標方向を求める測角処理部と
を具備することを特徴とするレーダ信号処理装置。
前記目標検出部は、前記受信部の検波信号を複数回分取り込んでハフ変換またはＴＢＤ（Track Before Detect）アルゴリズムにより前記目標の仮検出とその仮検出された目標の航跡を求めることを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
前記目標判定部は、前記目標検出部で仮検出された複数の目標それぞれの航跡について距離成分と速度成分に分け、前記距離成分と速度成分それぞれの最大値と最小値との差が許容される距離幅、速度幅より小さい回数をカウントし、前記距離成分と速度成分の少なくともいずれ一方のカウント回数が一定回数以上となるとき、単一の目標航跡と判定し、その航跡の目標を真の目標と判定することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
飛翔体に搭載され、目標を検出するためのレーダ信号処理装置に用いられ、
前記目標で反射されたレーダ反射波を受信し、その受信されたレーダ反射波を検波し、その検波信号から前記目標の仮検出を複数回行って仮検出された複数の目標それぞれの航跡を求め、前記仮検出された複数の目標それぞれの航跡を比較して真の目標の判定を行う目標判定方法において、
前記仮検出された複数の目標それぞれの航跡について距離成分と速度成分に分け、
前記距離成分と速度成分それぞれの最大値と最小値との差が許容される距離幅、速度幅より小さい回数をカウントし、
前記距離成分と速度成分の少なくともいずれ一方のカウント回数が一定回数以上となるとき、単一の目標航跡と判定し、その航跡の目標を真の目標と判定することを特徴とするレーダ信号処理装置の目標判定方法。