JP5460290B2 - Radar equipment - Google Patents
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Description
この発明は、距離アンビギュィティ(ambiguity:あいまいさ)を解消し目標の距離を測定するレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a radar apparatus that eliminates distance ambiguity and measures a target distance.
距離アンビギュィティを解消し目標の距離を測定する従来のレーダ装置について図41から図43までを参照しながら説明する(例えば、特許文献1参照)。 A conventional radar apparatus that eliminates the distance ambiguity and measures the target distance will be described with reference to FIGS. 41 to 43 (for example, see Patent Document 1).
図41は、従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。また、図42は、従来のレーダ装置の動作(距離アンビギュィティを解消し目標の距離を算出する方法)を示すフローチャートである。さらに、図43は、従来のレーダ装置の符号変調を示すタイミングチャートである。 FIG. 41 is a block diagram showing a configuration of a conventional radar apparatus. FIG. 42 is a flowchart showing the operation of the conventional radar apparatus (a method for calculating the target distance by eliminating the distance ambiguity). FIG. 43 is a timing chart showing code modulation of a conventional radar apparatus.
図41において、従来のレーダ装置は、主に、符号変調データ生成部10と、送信波発生器30と、送信部40と、サーキュレータ50と、送受信アンテナ60と、受信部70と、ドップラーシフト算出部90と、信号遅延部110と、周波数シフタ120と、相関処理部131と、粗距離算出部140とで構成されている。
41, the conventional radar apparatus mainly includes a code modulation
次に、図42を用いて、従来のレーダ装置の距離アンビギュィティを解消し、目標の距離を算出する方法について説明する。 Next, a method for eliminating the distance ambiguity of the conventional radar apparatus and calculating the target distance will be described with reference to FIG.
このレーダ装置は、まず、符号変調を行わないがFMレンジングを行う高パルス繰り返し周波数信号を送信し、この送信パルスと受信パルスから対象物(目標)の反射波のドップラーシフト量を含む周波数を求めると共に、FMレンジングを行って対象物までの粗距離を求めておく。 This radar apparatus first transmits a high pulse repetition frequency signal that does not perform code modulation but performs FM ranging, and obtains a frequency including a Doppler shift amount of a reflected wave of an object (target) from the transmission pulse and the reception pulse. At the same time, FM ranging is performed to obtain a rough distance to the object.
次に、FMレンジングを行わず、つまり周波数変調を行わず、代わりに符号変調を加えた高パルス繰り返し周波数信号を送信し(図43参照)、この受信パルスについて相関処理を行い、その際、先に求めた粗距離を用いて、距離アンビギュィティを解消し対象物までの距離を求める。 Next, FM ranging is not performed, that is, frequency modulation is not performed. Instead, a high pulse repetition frequency signal with code modulation added is transmitted (see FIG. 43), and correlation processing is performed on the received pulse. The distance ambiguity is eliminated and the distance to the object is obtained using the rough distance obtained in step (b).
このレーダ装置では、距離アンビギュィティを解消することにより、測距性能の改善が期待できる。 This radar apparatus can be expected to improve the ranging performance by eliminating the distance ambiguity.
しかし、上述したような従来のレーダ装置では、符号変調を行わないがFMレンジングを行う高パルス繰り返し周波数信号と周波数変調を行わないが符号変調を加えた高パルス繰り返し周波数信号を別々に送受信しており、測距に係わる観測時間が長くなり、測距精度の劣化する可能性があるという問題点があった。また、図43に示すように、1パルスに1つの符合を用いているため、2Tpri/c以下の高距離分解能化ができないという問題点があった。 However, in the conventional radar apparatus as described above, a high pulse repetition frequency signal that does not perform code modulation but performs FM ranging and a high pulse repetition frequency signal that does not perform frequency modulation but adds code modulation are separately transmitted and received. Therefore, there is a problem that the observation time for distance measurement becomes long and the distance measurement accuracy may deteriorate. Further, as shown in FIG. 43, since one code is used for one pulse, there is a problem that high distance resolution of 2T pri / c or less cannot be achieved.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、測距に係わる観測時間を短縮し、距離アンビギュィティを解消し高距離分解能化する測距性能を向上することができるレーダ装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to shorten the observation time related to distance measurement, to improve distance measurement performance that eliminates distance ambiguity and achieves high distance resolution. A radar apparatus capable of performing the above is obtained.
この発明に係るレーダ装置は、PRI内の距離の距離アンビギュィティを解消できるFMレンジング後の距離分解能と、FMレンジング後の距離分解能よりPRI内の距離分解能が高精度になるようなパラメータに基づき複数のPRIに渡って周波数変調されたキャリア信号に対してPRIでパルス変調された送信信号を放射する送信手段と、目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信し、この受信信号に対して、前記送信手段から得られる前記キャリア信号を用いてダウンコンバートし、PRI内をサンプリングした受信ビート信号に変換する受信手段と、前記受信手段から得られるPRI内をサンプリングした受信ビート信号に対しFMレンジングを行い、目標との相対距離を算出するためのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップを作成するPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段と、前記PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段から得られるPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップに対し、信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段と、前記目標候補検出手段から得られる目標候補のFMレンジング後の距離を用いて、PRI内の距離の距離アンビギュィティを解消し目標との相対距離を算出する目標相対距離算出手段とを設けたものである。 The radar apparatus according to the present invention has a plurality of distance resolutions after FM ranging that can eliminate the distance ambiguity of distances in the PRI, and a plurality of parameters based on a parameter that makes the distance resolution in the PRI more accurate than the distance resolution after FM ranging. Transmitting means for radiating a transmission signal that is pulse-modulated by PRI with respect to a carrier signal that has been frequency-modulated over PRI, and receiving the transmission signal reflected and returned from the target as a reception signal. Te, downconverts using the carrier signal obtained from said transmitting means, a receiving means for converting the received beat signal sampled through the PRI, FM on the received beat signal obtained by sampling the PRI obtained from said receiving means Distance in PRI to perform ranging and calculate relative distance to target-FM range The distance in the PRI for creating the distance map after the distance-distance map creating means after the FM ranging, and the distance in the PRI-the distance in the PRI obtained from the distance map creating means after the FM ranging-the distance after the FM ranging Using the target candidate detecting means for detecting the target candidate based on the signal strength and the distance after FM ranging of the target candidate obtained from the target candidate detecting means, the distance ambiguity of the distance in the PRI is eliminated. Target relative distance calculating means for calculating a relative distance to the target is provided.
この発明に係るレーダ装置は、測距に係わる観測時間を短縮し、距離アンビギュィティを解消し高距離分解能化する測距性能を向上することができるという効果を奏する。 The radar apparatus according to the present invention has an effect of shortening the observation time related to ranging, eliminating the distance ambiguity, and improving the ranging performance for increasing the distance resolution.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係るレーダ装置について図1から図9までを参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
A radar apparatus according to
図1において、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2と、送受切替器7と、受信機(受信手段)8と、信号処理器200と、表示器9とが設けられている。
In FIG. 1, a radar apparatus according to
送信手段2は、送信機3と、パルス内変調信号発生器4と、パルス変調器5と、局部発振器6とから構成されている。
The transmission means 2 includes a
信号処理器200は、CPU、RAM、ROM、インターフェース回路などを有するコンピュータから構成され、ROMに記憶されるプログラムに従って、CPUで演算処理が行われる。信号処理器200の処理結果は、RAMなどのメモリに記録される。
The
信号処理器200は、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201と、目標候補検出手段220と、目標相対距離算出手段221とから構成されている。
The
また、この距離マップ作成手段201は、相関手段202と、FMレンジング手段203とから構成されている。
The distance
つぎに、この実施の形態1に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the radar apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
まず、図2及び図3を参照しながら受信ビート信号を生成するまでの動作について説明する。図2は、周波数変調とパルス内符号変調した送信信号と受信信号の関係を説明するための図である。また、図3は、FMレンジングの送信パルス、受信パルス、送信信号の周波数変化、受信信号の周波数変化、局部発振信号の周波数変化の関係を説明するための図である。 First, an operation until a reception beat signal is generated will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between a transmission signal and a reception signal subjected to frequency modulation and intra-pulse code modulation. FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship among FM ranging transmission pulse, reception pulse, frequency change of the transmission signal, frequency change of the reception signal, and frequency change of the local oscillation signal.
図2及び図3において、f0は送信開始周波数、Tpriはパルス繰り返し周期(PRI:Pulse Repetition Interval)、TLは送信信号周波数掃引時間、BLは送信信号帯域幅、T0はビート信号観測時間、B0はT0の時間間隔での送信信号帯域幅、Tpは送信パルス幅、φ0は送信信号と局部発振信号の初期位相、R(t)は時刻tの目標との相対距離、Rmaxは最大探知距離、Toffsetは時刻2Rmax/c以上で初めての送信パルス送信開始時刻、cは光速を表す。
2 and 3, f 0 is a transmission start frequency, T pri is a pulse repetition period (PRI), TL is a transmission signal frequency sweep time, B L is a transmission signal bandwidth, and T 0 is a beat signal. Observation time, B 0 is the transmission signal bandwidth in the time interval of T 0 , T p is the transmission pulse width, φ 0 is the initial phase of the transmission signal and the local oscillation signal, and R (t) is relative to the target at time t Distance, R max is the maximum detection distance, T offset is the first transmission pulse transmission start time at
また、時刻2Rmax/c以上で初めての送信パルス送信開始時刻Toffset、最大探知距離Rmax、送信信号周波数掃引時間TL、送信信号帯域幅BL、ビート信号観測時間T0、T0の時間間隔での送信信号帯域幅B0には、次の式(1)、式(2)、式(3)で示す関係がある。なお、複数のパルス繰り返し周期を送信信号周波数掃引時間TLとしている。ただし、ceil(X)は変数Xの切り上げた整数を表す。また、送信信号周波数掃引時間TL内の周波数変調はアップチャープ変調として説明する。
Also, the first transmission pulse transmission start time T offset , maximum detection distance R max , transmission signal frequency sweep time T L , transmission signal bandwidth B L , beat signal observation time T 0 , T 0 at
次に、図4及び図5を参照しながら、送信信号に関わるパラメータの設定方法について説明する。図4は、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップを説明するための図である。また、図5は、FMレンジングの信号、相関処理後の信号、PRI間測距結果、PRI内測距結果を説明するための図である。 Next, a method for setting parameters related to transmission signals will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram for explaining a distance map in the PRI after distance-FM ranging. FIG. 5 is a diagram for explaining an FM ranging signal, a signal after correlation processing, an inter-PRI distance measurement result, and an intra-PRI distance measurement result.
PRI内の距離の距離アンビギュィティの解消と、FMレンジング後の距離分解能より相関処理後の距離分解能が高距離分解能になるような、式(4)と、式(5)と、式(6)を満たすFMレンジング後の距離分解能ΔR’FMとサンプリング間隔ΔRFM、相関処理後の距離分解能ΔR’PC、1PRIの折り返し距離Rpriを算出するパラメータ(ビート信号観測時間T0、T0の時間間隔での送信信号帯域幅B0、パルス繰り返し周期Tpri、サンプリング周波数Fsamp)が設定される。 Equation (4), Equation (5), and Equation (6) are set so that the distance resolution after the correlation processing becomes higher than the distance resolution after the FM ranging and the distance ambiguity of the distance in the PRI is resolved. Parameters for calculating distance resolution ΔR ′ FM and sampling interval ΔR FM after FM ranging, distance resolution ΔR ′ PC after correlation processing, and 1 PRI folding distance R pri (at beat signal observation times T 0 and T 0 ) Transmission signal bandwidth B 0 , pulse repetition period T pri , sampling frequency F samp ).
また、FMレンジング後の距離分解能ΔR’FMは式(7)、FMレンジング後のサンプリング間隔ΔRFMは式(8)、PRI内折返し距離Rpriは式(9)、相関処理後の距離分解能ΔR’PCは式(10)で算出される。ここで、HはFMレンジングのFFT点数を表す。送信手段2は、以上のように設定されたパラメータに基づいて動作する。 Further, distance resolution ΔR ′ FM after FM ranging is expressed by equation (7), sampling interval ΔR FM after FM ranging is expressed by equation (8), folding distance R pri within PRI is expressed by equation (9), and distance resolution ΔR after correlation processing is calculated. ' PC is calculated by equation (10). Here, H represents the number of FFT points for FM ranging. The transmission means 2 operates based on the parameters set as described above.
局部発振器6は、送信信号周波数掃引時間TL、送信信号帯域幅BLで周波数変調された次の式(11)で表される局部発振信号L0(t)を生成し、パルス変調器5と受信機8に出力する。
The
ここで、ALは局部発振信号の振幅である。 Here, AL is the amplitude of the local oscillation signal.
パルス変調器5は、局部発振器6から入力された局部発振信号L0(t)に対しパルス変調を行い、次の式(12)で表されるパルス変調された局部発振信号L’0(t)として、送信機3に出力する。
The pulse modulator 5 performs pulse modulation on the local oscillation signal L 0 (t) input from the
ここで、nLは送信信号周波数掃引時間TL内のパルス番号、NLは送信信号周波数掃引時間TL内のパルス数を表す。 Here, n L represents the pulse number within the transmission signal frequency sweep time TL , and N L represents the number of pulses within the transmission signal frequency sweep time TL .
パルス内変調信号発生器4は、図6に示す4bit Barkerコードをパルス内変調信号φ(t)として生成し、送信機3に出力する。パルス内変調信号として他のbit Barkerコードを用いても良い。また、パルス内変調信号として他の符号変調や周波数変調を用いても良い。
The intra-pulse modulation signal generator 4 generates the 4-bit Barker code shown in FIG. 6 as the intra-pulse modulation signal φ (t) and outputs it to the
送信機3は、パルス変調器5から入力されたパルス変調された局部発振信号L’0(t)に対して、パルス内変調信号発生器4から入力されたパルス内変調信号φ(t)を用いてパルス内変調を行い、次の式(13)で表される送信RF信号Tx(t)を送受切替器7に出力する。
The
ここで、ATは送信RF信号の振幅、rem(X,Y)は変数Xを変数Yで割った時の剰余、φ0は送信RF信号の初期位相を示す。 Here, AT is the amplitude of the transmission RF signal, rem (X, Y) is the remainder when variable X is divided by variable Y, and φ 0 indicates the initial phase of the transmission RF signal.
送受切替器7は、送信機3から入力された送信RF信号を空中線1に出力する。そして、空中線1から送信RF信号が空中に放射される。
The transmission /
空中に放射された送信RF信号は、目標で反射され、反射RF信号として空中線1に入射する。そこで、空中線1は、入射してきた反射RF信号を受信し、受信RF信号として送受切替器7に出力する。
The transmission RF signal radiated into the air is reflected by the target and enters the
送受切替器7は、空中線1から入力された受信RF信号を受信機8に出力する。式(13)で表される送信RF信号Tx(t)が、目標との相対距離R(t)にある目標からの反射RF信号を受信した場合、受信RF信号Rxtgt(nL,t)は次の式(14)で表される。
The transmission /
ここで、Atgtは受信RF信号の振幅を表す。また、目標との相対速度がvの場合、目標との相対距離R(t)は次の式(15)で表される。ただし、R0は時刻t=0の目標との初期相対距離を表す。この実施の形態では、以降、目標との相対速度がv=0の場合として説明する。 Here, A tgt represents the amplitude of the received RF signal. When the relative speed with respect to the target is v, the relative distance R (t) with respect to the target is expressed by the following equation (15). However, R 0 represents the initial relative distance from the target at time t = 0. In this embodiment, the following description will be made assuming that the relative speed with respect to the target is v = 0.
ビート信号観測時間T0内に観測される受信RF信号Rxtgt(n,t)は次の式(16)で表される。 The received RF signal Rx tgt (n, t) observed within the beat signal observation time T 0 is expressed by the following equation (16).
ここで、nはビート信号観測時間T0内のパルス番号、Nはビート信号観測時間T0内のパルス数を示す。 Here, n represents the pulse number within the beat signal observation time T 0 , and N represents the number of pulses within the beat signal observation time T 0 .
受信機8は、送受切替器7から入力された受信RF信号Rxtgt(n,t)に対し、局部発振器6から入力された局部発振信号L0(t)を用いてダウンコンバートした後、増幅、位相検波を行い、次の式(17)で表される受信ビート信号として信号処理器200に出力する。ここで、*は複素共役、ASは受信ビート信号の振幅を表す。
The
さらに、式(17)を展開すると、次の式(18)のように表される。 Further, when the expression (17) is expanded, it is expressed as the following expression (18).
以下、mを1PRI内のサンプリング番号、Mを1PRI内のサンプリング点数、Δtを1PRI内のサンプリング時間として、次の式(19)で表される受信ビート信号S(n,m)を用いて、説明を行う。 Hereinafter, using m as the sampling number within 1 PRI, M as the number of sampling points within 1 PRI, and Δt as the sampling time within 1 PRI, using the received beat signal S (n, m) represented by the following equation (19), Give an explanation.
以降、図7に示す受信ビート信号に対する各手段の処理内容について説明する。 Hereinafter, the processing content of each means for the received beat signal shown in FIG. 7 will be described.
PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201は、相関手段202とFMレンジング手段203で構成され、受信ビート信号に対して相関処理とFMレンジングを行い、目標との相対距離を算出するためのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップを作成する。 A distance map creation means 201 after distance-FM ranging in the PRI is composed of a correlation means 202 and an FM ranging means 203, performs correlation processing and FM ranging on the received beat signal, and calculates a relative distance from the target. A distance map in the PRI for distance-FM ranging is created.
相関手段202は、式(19)で表される受信ビート信号S(n,m)と参照信号Ex(mτ)との相関処理、つまりパルス圧縮を行う。ここでは、周波数領域での相関処理について説明する。 The correlation means 202 performs correlation processing between the received beat signal S (n, m) and the reference signal Ex (m τ ) expressed by the equation (19), that is, pulse compression. Here, correlation processing in the frequency domain will be described.
送信RF信号のパルス内変調成分と同じA/D変換後の参照信号Ex(mτ)は式(20)で表される。ここで、mτはサンプリング番号、Mτは1PRIのサンプリング点数(式(21))、Fsampはサンプリング周波数、floor(X)は変数Xを越えない最大の整数を表す。 The reference signal Ex (m τ ) after A / D conversion which is the same as the intra-pulse modulation component of the transmission RF signal is expressed by Expression (20). Here, m τ represents the sampling number, M τ represents the number of sampling points of 1 PRI (Equation (21)), F samp represents the sampling frequency, and floor (X) represents the maximum integer that does not exceed the variable X.
相関手段202は、受信ビート信号S(n,m)と参照信号Ex(mτ)を式(22)と式(23)によりそれぞれ高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)した後、乗算する(式(24))。ここで、*は複素共役、lはPRI内サンプリング番号、L’は相関処理のFFT点数を表す。ただし、L’>Mの時にはS(n,m)に0を代入し、L’>Mτの時にはEx(mτ)に0を代入する。 The correlation means 202 multiplies the received beat signal S (n, m) and the reference signal Ex (m τ ) by performing fast Fourier transform (FFT) according to the equations (22) and (23), respectively (FFT). Formula (24)). Here, * represents a complex conjugate, l represents a sampling number in PRI, and L ′ represents an FFT score for correlation processing. However, when L ′> M, 0 is substituted for S (n, m), and when L ′> M τ , 0 is substituted for Ex (m τ ).
また、相関手段202は、相関処理後の信号を受信ビート信号のサンプリング間隔よりも高精度にサンプリングする場合、式(25)により0を設定する。ここで、Lは相関処理の高速フーリエ逆変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)点数であり、式(26)により表される。ただし、qは0以上の整数である。また、q=0の場合は、受信ビート信号のサンプリング間隔と同じサンプリング間隔になる。
Correlation means 202
最後に、相関手段202は、乗算結果FV・Ex(n,kr)に対して、式(27)により高速フーリエ逆変換(IFFT)を行い、相関処理の結果、すなわちパルス圧縮後の信号RV・Ex(n,l)を出力する。また、パルス圧縮後の信号RV・Ex(n,l)のサンプリング番号lに対応するPRI内相対距離RPC(l)は式(28)により表される。
Finally, the
FMレンジング手段203は、式(29)によりパルス圧縮後の信号RV・Ex(n,l)をPRI方向にH点でIFFTすることでPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップRFMRPC(kh,l)を出力する。ただし、H>Nの時にはRV・Ex(n,l)に0埋めを行う。ここで、khはFMレンジング後のサンプリング番号を表す。また、FMレンジング後のサンプリング番号に対応するPRI間相対距離RFM(kh)は式(30)により表される。 The FM ranging means 203 performs the IFFT of the signal R V · Ex (n, l) after pulse compression in the PRI direction at the H point by the equation (29), so that the distance in the PRI—the distance map R FM R after the FM ranging. PC (k h , l) is output. However, when H> N, R V · Ex (n, l) is zero-padded. Here, k h represents a sampling number after FM ranging. Moreover, the relative distance R FM (k h ) between PRIs corresponding to the sampling number after FM ranging is expressed by Expression (30).
上記のように、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201は、相関処理としてPRI内パルス圧縮、FMレンジングとしてPRI間FFTを行うことにより、目標との相対距離を算出するための図4に示すPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップを目標候補検出手段220に出力する。
As described above, the distance
図8及び図9を参照しながら、CFAR(Constant False Alarm Rate)処理による目標候補検出の処理内容を説明する。図8は、CFAR処理に関わる注目セル、ガードセル、サンプルセルを説明するための図である。また、図9は、CFAR処理の結果、CFAR閾値CFAR_th(kh,l)を越えるセルが集合した場合の処理内容を説明するための図である。 Processing contents of target candidate detection by CFAR (Constant False Alarm Rate) processing will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram for explaining a cell of interest, a guard cell, and a sample cell related to the CFAR process. FIG. 9 is a result of the CFAR processing are diagrams for CFAR threshold CFAR_th (k h, l) is the cell exceed explains a procedure in the case where the aggregate.
目標候補検出手段220は、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201から得られるPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップRFMRPC(kh,l)に対し、式(31)によりCFAR処理を行い、目標候補を検出する。ここで、RFMRPC,CFAR(kh,l)はCFAR処理による目標候補検出結果を表し、目標候補は0が設定される。
The target
また、CFAR閾値CFAR_th(kh,l)は式(32)により算出する。ここで、CFAR_corはCFAR係数、Samp_cell(kh,l)はサンプルセル、ave(Z(p))は配列Z(p)の平均値を表す。ただし、図9のようにCFAR閾値CFAR_th(kh,l)を越えるセルが集合した場合は、集合のなかで振幅の最大値を示すセルを目標候補として検出する。 Also, the CFAR threshold value CFAR_th (k h , l) is calculated by the equation (32). Here, CFAR_cor the CFAR factor, Samp_cell (k h, l) is the sample cell, ave (Z (p)) represents the average value of the sequence Z (p). However, if the cell exceeds the CFAR threshold CFAR_th (k h, l) as shown in FIG. 9 was set to detect a cell that indicates the maximum value of the amplitude among the set as a target candidate.
目標相対距離算出手段221は、目標候補検出手段220から入力された目標候補に対し、PRI内相対距離RPC(l)の距離アンビギュィティをPRI間相対距離RFM(kh)を用いて式(33)により解き、目標相対距離RFM,PC(kh,l)を式(34)により算出する。ここで、Ntgt(kh)は受信信号開始パルス番号、ceil(X)は変数Xの切り上げた整数である。
The target relative
表示器9は、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップと、目標候補がある場合、目標情報として目標相対距離を画面上に表示する。
When there is a distance map in the PRI-distance map after FM ranging and a target candidate, the
以上のように、この実施の形態によれば、FMレンジングを行うための周波数変調とパルス内パルス圧縮を行うためのパルス内変調を施した送信RF信号を送受信し、受信ビート信号に対し、PRI内はパルス圧縮、PRI間はFMレンジングを行いPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップを作成し、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップに対し、CFAR処理により目標候補を算出し、目標候補のPRI内の距離アンビギュィティをPRI間相対距離を用いて解き、目標相対距離を算出する。 As described above, according to this embodiment, the transmission RF signal subjected to the frequency modulation for performing the FM ranging and the intra-pulse modulation for performing the intra-pulse compression is transmitted and received, and the PRI signal is received with respect to the received beat signal. Inside is pulse compression, between PRI is FM ranging to create a distance map in the PRI-distance map after FM ranging, and for the distance map in the PRI-distance map after FM ranging, target candidates are calculated by CFAR processing, The target ambiguity within the PRI of the target candidate is solved using the relative distance between the PRIs, and the target relative distance is calculated.
この結果、高距離分解能であるが、距離アンビギュィティを持つPRI内相対距離を、FMレンジングによるPRI間相対距離を用いて解くことにより、距離アンビギュィティなく高距離分解能のレーダ装置を得ることができる。また、先の特許文献1では、周波数変調とパルス内変調した送信信号を別々に行っているが、この実施の形態は同時に行っており、距離算出するための観測時間が短縮され、測距性能の向上が可能になる。さらに、先の特許文献1では、1パルス内は1つの符号で符号変調を行うが、この実施の形態は1パルス内に複数の符号で符号変調(例えば、1パルス内を4bit barkerコード)することにより、高距離分解能が可能になる。
As a result, it is possible to obtain a radar apparatus with high distance resolution without distance ambiguity, by solving the relative distance within PRI having high distance resolution but using the relative distance between PRIs by FM ranging. Further, in the above-mentioned
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るレーダ装置について図10から図13までを参照しながら説明する。図10は、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
A radar apparatus according to
図10において、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2と、送受切替器7と、受信機8と、信号処理器200Bと、表示器9とが設けられている。
In FIG. 10, the radar apparatus according to
この実施の形態2に係るレーダ装置は、上記の実施の形態1に係るレーダ装置と信号処理器200Bが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
Since the radar apparatus according to the second embodiment is different from the radar apparatus according to the first embodiment except for the
すなわち、信号処理器200Bは、図10に示すように、実施の形態1に係る信号処理器200のPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201に速度補償手段204をさらに有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
That is, as shown in FIG. 10, the
つぎに、この実施の形態2に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the radar apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
信号処理器200Bは、図11に示す処理を受信ビート信号に対して行う。
The
この実施の形態では、目標との相対速度v≠0の場合として説明する。図12に示すように、目標との相対速度がv≠0の場合、目標との相対速度に応じて、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップのFMレンジング後の距離方向に目標が移動する。また、図13に示すように、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップのPRI内の距離方向の信号は、距離分解能の劣化、サイドローブの乱れ(圧縮特性の劣化)、測距性能が劣化する可能性がある。 In this embodiment, the case where the relative speed v ≠ 0 with respect to the target will be described. As shown in FIG. 12, when the relative speed with respect to the target is v ≠ 0, the target moves in the distance direction after the FM ranging in the distance map within the PRI-distance map after the FM ranging according to the relative speed with the target. To do. Further, as shown in FIG. 13, the distance direction signal within the PRI in the distance map within the PRI-distance map after the FM ranging has a degradation in distance resolution, disturbance of side lobes (degradation of compression characteristics), and ranging performance. There is a possibility of deterioration.
速度補償手段204は、目標との相対速度の影響を抑圧し測距性能の劣化を防ぐことを目的として、予め得られた相対速度vinitを用いて次の式(35)により受信ビート信号S(n,m)に対し速度補償を行い、速度補償後の受信ビート信号Sv,cor(n,m)を出力する。 For the purpose of suppressing the influence of the relative speed with respect to the target and preventing the deterioration of the distance measurement performance, the speed compensation means 204 uses the relative speed v init obtained in advance to obtain the received beat signal S by the following equation (35). Speed compensation is performed on (n, m), and the received beat signal S v, cor (n, m) after speed compensation is output.
式(35)では、FMレンジング後の距離方向の目標移動と、PRI内の距離方向の信号の距離分解能の劣化、サイドローブの乱れを同時に補償しているが、PRI内の距離方向の信号の距離分解能の劣化、サイドローブの乱れのみを速度補償する場合は、次の式(36)により受信ビート信号S(n,m)に対し速度補償を行い、PRI内の距離方向に対する速度補償後の受信ビート信号S’v,cor(n,m)を出力する。この場合は、目標相対距離算出時に予め得られた相対速度vinit を用いてFMレンジング後の距離方向の目標移動分を考慮する。 In the equation (35), the target movement in the distance direction after FM ranging, the degradation of the distance resolution of the signal in the distance direction in the PRI, and the disturbance of the side lobe are simultaneously compensated. In the case of speed compensation only for degradation of distance resolution and sidelobe disturbance, speed compensation is performed on the received beat signal S (n, m) by the following equation (36), and after speed compensation in the distance direction in the PRI. The received beat signal S ′ v, cor (n, m) is output. In this case, the target movement in the distance direction after FM ranging is taken into account using the relative velocity v init obtained in advance when calculating the target relative distance.
以上のように、この実施の形態2によれば、目標の相対速度v≠0の場合においても、目標との相対速度の影響を抑圧し測距性能の劣化を防ぐ速度補償手段204を備えているので、測距性能の向上を図ったレーダ装置を得ることができる。また、目標の相対速度v=0の場合においても、同様の効果を得る。
As described above, according to the second embodiment, even when the target relative
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係るレーダ装置について図14から図18までを参照しながら説明する。図14は、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
A radar apparatus according to
図14において、この発明の実施の形態3に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2Bと、送受切替器7と、受信機8と、信号処理器200Bと、表示器9とが設けられている。
In FIG. 14, the radar apparatus according to
この実施の形態に係るレーダ装置は、上記の実施の形態に係るレーダ装置と送信手段2Bが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。 Since the radar apparatus according to this embodiment is different from the radar apparatus according to the above-described embodiment except for the transmission means 2B, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図15に示すように、レーダ装置において、目標より強度の大きいクラッタがある場合、目標がクラッタに埋もれて、目標検出性能の劣化や測距性能の劣化が問題になる。説明のために、2次元ジオメトリーで、クラッタとして送信信号メインビームに対する地上クラッタメインローブを想定し(図16参照)、実施の形態3に係るレーダ装置の目標とクラッタの分離性能の向上方法を説明する。 As shown in FIG. 15, in the radar apparatus, when there is a clutter having an intensity higher than the target, the target is buried in the clutter, and the target detection performance and the ranging performance deteriorate. For the sake of explanation, a ground clutter main lobe with respect to a transmission signal main beam is assumed as a clutter with a two-dimensional geometry (see FIG. 16), and a method for improving the separation performance of the target and the clutter of the radar apparatus according to the third embodiment is described To do.
送信信号エレベーションEL、ビーム幅BW、送信信号の最小エレベーションELmin、送信信号の最大エレベーションELmaxの場合(図17参照)、レーダ装置の送信信号の最大エレベーションELmaxの地上クラッタメインローブの相対距離Rclt,ELmax、相対速度vclt,ELmax、ドップラ周波数fdclt,ELmaxは次の式(37)、式(38)、式(39)により算出される。ここで、Altはレーダ装置を搭載した自機の高度、vRはレーダ装置を搭載した自機の速度、vTは目標の速度、chirpは送信信号周波数掃引時間TLに渡る周波数変調がアップチャープ変調の場合、1が代入され、ダウンチャープ変調の場合、−1が代入される。 In the case of the transmission signal elevation EL, the beam width BW, the transmission signal minimum elevation EL min , and the transmission signal maximum elevation EL max (see FIG. 17), the ground clutter of the radar device transmission signal maximum elevation EL max main The lobe relative distance R clt, ELmax , relative velocity v clt, ELmax , and Doppler frequency fd clt, ELmax are calculated by the following equations (37), (38), and (39). Here, Alt is the altitude of the own aircraft equipped with the radar device, v R is the velocity of the own device equipped with the radar device, v T is the target velocity, chirp is the frequency modulation over the transmission signal frequency sweep time TL. In the case of chirp modulation, 1 is substituted, and in the case of down chirp modulation, -1 is substituted.
また、送信信号エレベーションEL、ビーム幅BW、送信信号の最小エレベーションELmin、送信信号の最大エレベーションELmaxの場合(図17参照)、レーダ装置の送信信号の最小エレベーションELminの地上クラッタメインローブの相対距離Rclt,ELmin、相対速度vclt,ELmin、ドップラ周波数fdclt,ELminは次の式(40)、式(41)、式(42)により算出される。 In the case of transmission signal elevation EL, beam width BW, transmission signal minimum elevation EL min , and transmission signal maximum elevation EL max (see FIG. 17), the ground of the minimum elevation EL min of the transmission signal of the radar device The relative distance R clt, ELmin of the clutter main lobe, the relative velocity v clt, ELmin , and the Doppler frequency fd clt, ELmin are calculated by the following equations (40), (41), and (42).
目標が地上クラッタメインローブに埋もれる範囲は、次の式(43)により算出することができる。 The range in which the target is buried in the ground clutter main lobe can be calculated by the following equation (43).
式(43)により算出された目標が地上クラッタメインローブに埋もれる範囲は、図18のようになる。この図18では、ダウンチャープ変調した送信RF信号を送信した場合の地上クラッタメインローブ範囲内に目標が居る場合を示している。 The range in which the target calculated by equation (43) is buried in the ground clutter main lobe is as shown in FIG. FIG. 18 shows a case where there is a target within the ground clutter main lobe range when a transmission RF signal subjected to down-chirp modulation is transmitted.
目標はアップチャープ変調した送信RF信号を送信した場合の地上クラッタメインローブ範囲外になるため、検出可能になる。そのため、送信手段2Bは、式(4)〜式(6)を満たすFMレンジング後の距離分解能ΔR’FMとサンプリング間隔ΔRFM、相関処理後の距離分解能ΔR’PC、1PRIの折り返し距離Rpriのパラメータに加え、地上クラッタメインローブ範囲を考慮したチャープの符号chirpが設定されたパラメータに基づいて動作する。図18のようにダウンチャープ変調の場合の地上クラッタメインローブ範囲内の目標を検出する場合は、アップチャープ変調させる符号chirp=1が設定される。 Since the target is out of the ground clutter main lobe range when the up-chirp modulated transmission RF signal is transmitted, the target becomes detectable. Therefore, the transmission means 2B has the distance resolution ΔR ′ FM and the sampling interval ΔR FM after FM ranging satisfying the expressions (4) to (6), the distance resolution ΔR ′ PC after correlation processing, and the folding distance R pri of 1PRI. In addition to the parameters, the operation is based on the parameters for which the chirp code chirp considering the ground clutter main lobe range is set. As shown in FIG. 18, when detecting a target within the ground clutter main lobe range in the case of down-chirp modulation, the code chirp = 1 for up-chirp modulation is set.
以上のように、この実施の形態3によれば、目標が地上クラッタメインローブに埋もれないようなパラメータを加えて設定されたパラメータに基づき動作する送信手段2Bを備えているので、クラッタ分離性能の向上を図ったレーダ装置を得ることできる。また、この実施の形態3では速度補償手段204を備えた場合について説明をしたが、速度補償手段204を備えない場合においても同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the third embodiment, the
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係るレーダ装置について図19から図24までを参照しながら説明する。図19は、この発明の実施の形態4に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
Embodiment 4 FIG.
A radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
図19において、この発明の実施の形態4に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2Bと、送受切替器7と、受信機8と、信号処理器200Dと、表示器9とが設けられている。
In FIG. 19, a radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention is provided with an
この実施の形態4に係るレーダ装置は、上記の実施の形態3に係るレーダ装置と信号処理器200Dが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
Since the radar device according to the fourth embodiment is different from the radar device according to the third embodiment except for the
すなわち、信号処理器200Dは、図19に示すように、実施の形態に係る信号処理器200BのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201Bにフィルタ処理手段205を有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
That is, as shown in FIG. 19, the
信号処理器200Dは、図20に示す処理を受信ビート信号に対して行う。
The
この実施の形態では、クラッタとしてさらに地上クラッタサイドローブを想定し、地上クラッタサイドローブの低減を目的として、フィルタ処理を行う。強度の大きい地上クラッタがある場合、図21のように目標が地上クラッタメインローブと異なる距離においても、図22のように目標が地上クラッタサイドローブに埋もれる可能性がある。 In this embodiment, ground clutter side lobes are further assumed as clutter, and filtering is performed for the purpose of reducing ground clutter side lobes. When there is a ground clutter having a high strength, the target may be buried in the ground clutter side lobe as shown in FIG. 22 even if the target is at a distance different from the ground clutter main lobe as shown in FIG.
フィルタ処理手段205は、地上クラッタメインローブを減衰させ、それに伴い地上クラッタサイドローブを減衰させるフィルタのパラメータを次の式(44)、式(45)、式(46)により算出する。ここで、fc1、fc2は阻止域エッジ周波数、fa1、fa2はカットオフ周波数、αは予め設定した阻止域帯域幅に余裕を持たせる帯域幅、βは予め設定した遷移帯域幅、Acは予め設定した通過域リプル量、Aaは予め設定した阻止域減衰量である。また、min(X,Y)は変数XとYの最小値、max(X,Y)は変数XとYの最大値を表す。
The
フィルタ処理手段205は、式(44)〜式(46)により算出されたパラメータと予め設定したフィルタ特性を持つNflt次のフィルタflt(p)を作成する。この実施の形態では、フィルタとしてFIR(Finite Impulse Response)フィルタを用いて説明するが、IIR(Infinite Impulse Response)フィルタを用いた場合も同様の効果を得ることが可能である。 The filter processing means 205 creates an N flt- order filter flt (p) having parameters calculated by the equations (44) to (46) and preset filter characteristics. In this embodiment, an FIR (Finite Impulse Response) filter will be described as a filter, but the same effect can be obtained when an IIR (Infinite Impulse Response) filter is used.
図23に示すように、地上クラッタメインローブが減衰するようなフィルタ特性を持たせているため、フィルタ処理後は地上クラッタメインローブと地上クラッタサイドローブを減衰することが可能になる。 As shown in FIG. 23, since the filter characteristic that the ground clutter main lobe attenuates is provided, the ground clutter main lobe and the ground clutter side lobe can be attenuated after the filtering process.
フィルタ処理手段205は、地上クラッタサイドローブの低減を目的として、パルス圧縮後の信号RV・Ex(n,l)に対して、次の式(48)によりPRI方向にフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の信号Rflt(n,l)を出力する。 For the purpose of reducing the ground clutter side lobe, the filter processing means 205 performs a filter process in the PRI direction by the following equation (48) on the signal R V · Ex (n, l) after the pulse compression. The processed signal R flt (n, l) is output.
FMレンジング手段203は、入力されたフィルタ処理後の信号Rflt(n,l)に対し、PRI方向にH点でIFFTすることでPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップRFMRPC(kh,l)を出力する。 The FM ranging means 203 performs an IFFT on the input filtered signal R flt (n, l) at the point H in the PRI direction to obtain a distance map in the PRI-distance map R FM R PC (after FM ranging). k h, l) to output.
図24に示すように、フィルタ処理を行うことにより、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップのFMレンジング後の距離方向の地上クラッタメインローブとサイドローブが低減し、目標検出性能が向上する。 As shown in FIG. 24, by performing the filter processing, the ground clutter main lobe and side lobes in the distance direction after the FM ranging of the distance map in the PRI after the distance-FM ranging are reduced, and the target detection performance is improved. .
以上のように、この実施の形態4によれば、目標が地上クラッタサイドローブに埋もれないようにフィルタ処理を加えて行うフィルタ処理手段205を備えているので、クラッタ分離性能の向上、つまり目標検出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることできる。また、この実施の形態4では速度補償手段204を備えた場合について説明をしたが、速度補償手段204を備えない場合においても同様の効果を得ることができる。また、送信手段2Bに代えて、送信手段2を用いた場合においても同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the fourth embodiment, since the filter processing means 205 is provided to perform the filter processing so that the target is not buried in the ground clutter side lobe, the clutter separation performance is improved, that is, the target detection is performed. A radar device with improved performance can be obtained. In the fourth embodiment, the case where the
実施の形態5.
この発明の実施の形態5に係るレーダ装置について図25から図28までを参照しながら説明する。図25は、この発明の実施の形態5に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
Embodiment 5 FIG.
A radar apparatus according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 25 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
図25において、この発明の実施の形態5に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2Bと、送受切替器7と、受信機8と、信号処理器200Eと、表示器9とが設けられている。
In FIG. 25, a radar apparatus according to Embodiment 5 of the present invention is provided with an
この実施の形態に係るレーダ装置は、上記の実施の形態に係るレーダ装置と信号処理器200Eが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
Since the radar apparatus according to this embodiment is different from the radar apparatus according to the above-described embodiment except for the
すなわち、信号処理器200Eは、図25に示すように、実施の形態に係る信号処理器200BのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201Bの相関手段202、FMレンジング手段203に代えて、距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201Dの相関手段202B、FMレンジング手段203Bを有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
That is, as shown in FIG. 25, the
信号処理器200Eは、図26に示す処理を受信ビート信号に対して行う。
The
相関手段202Bは、パルス圧縮後のクラッタの影響を低減するために、窓関数処理を行う。相関手段202Bは、相関処理のための窓関数windPC(mτ)を次の式(49)により算出する。ここでは、相関処理のための窓関数をハミング窓として説明をするが、他の窓関数を用いた場合も同様の効果を得ることが可能である。 Correlation means 202B performs window function processing in order to reduce the influence of clutter after pulse compression. Correlation means 202B calculates a window function wind PC (m τ ) for correlation processing by the following equation (49). Here, the window function for correlation processing is described as a Hamming window, but the same effect can be obtained when other window functions are used.
相関手段202Bは、次の式(50)によりA/D変換後の参照信号Ex(mτ)と相関処理のための窓関数windPC(mτ)を乗算し、窓関数処理後の参照信号Ex’(mτ)を算出する。 The correlation means 202B multiplies the reference signal Ex (m τ ) after A / D conversion by the window function wind PC (m τ ) for correlation processing by the following equation (50), and the reference signal after the window function processing Ex ′ (m τ ) is calculated.
相関手段202Bは、A/D変換後の参照信号Ex(mτ)に代えて、窓関数処理後の参照信号Ex’(mτ)を用いて、式(22)〜式(28)に従い、窓関数処理を行ったパルス圧縮後の信号R’V・Ex(n,l)を出力する。 Correlation means 202B uses reference signal Ex ′ (m τ ) after window function processing instead of reference signal Ex (m τ ) after A / D conversion, according to equations (22) to (28), A signal R ′ V · Ex (n, l) after pulse compression subjected to window function processing is output.
図27に示すように、相関処理の際に窓関数処理を加えて行うことにより、地上クラッタサイドローブが低減し、目標検出性能が向上する。 As shown in FIG. 27, by performing the window function process in the correlation process, the ground clutter side lobe is reduced and the target detection performance is improved.
FMレンジング手段203Bは、FMレンジングのための窓関数windFM(n)を次の式(51)により算出する。ここでは、FMレンジングのための窓関数をハミング窓として説明をするが、他の窓関数を用いた場合も同様の効果を得ることが可能である。 The FM ranging means 203B calculates the window function wind FM (n) for FM ranging by the following equation (51). Here, the window function for FM ranging will be described as a Hamming window, but the same effect can be obtained when other window functions are used.
FMレンジング手段203Bは、次の式(52)により窓関数処理を行ったパルス圧縮後の信号R’V・Ex(n,l)とFMレンジングのための窓関数windFM(n)を乗算し、PRI方向に窓関数処理を行ったパルス圧縮後の信号R”V・Ex(n,l)を算出する。 The FM ranging means 203B multiplies the signal R ′ V · Ex (n, l) after the pulse compression subjected to the window function processing by the following equation (52) and the window function wind FM (n) for FM ranging. , A pulse-compressed signal R ″ V · Ex (n, l) obtained by performing window function processing in the PRI direction is calculated.
FMレンジング手段203Bは、パルス圧縮後の信号RV・Ex(n,l)に代えて、PRI方向に窓関数処理を行ったパルス圧縮後の信号R”V・Ex(n,l)を式(29)に従いPRI方向にH点でIFFTすることでPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップRFMRPC(kh,l)を出力する。 The FM ranging means 203B replaces the signal R V · Ex (n, l) after the pulse compression with the signal R ″ V · Ex (n, l) after the pulse compression in which the window function processing is performed in the PRI direction. (29) as the distance map after distance -FM ranging in PRI by IFFT at point H in the PRI direction R FM R PC (k h, l) to output a.
図28に示すように、FMレンジングの際に窓関数処理を加えて行うことにより、地上クラッタサイドローブが低減し、目標検出性能が向上する。 As shown in FIG. 28, by performing window function processing in the case of FM ranging, ground clutter side lobes are reduced, and target detection performance is improved.
以上のように、この実施の形態5によれば、目標が地上クラッタサイドローブに埋もれないように窓関数処理を加えて行う相関手段202B、FMレンジング手段203Bを備えているので、クラッタ分離性能の向上、つまり目標検出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることできる。また、実施の形態では、相関処理、FMレンジング共に窓関数処理を加えて行ったが、相関処理あるいはFMレンジングどちらかのみに加えた場合もそれぞれに同様の効果を得る。また、この実施の形態5では速度補償手段204を備えた場合について説明をしたが、速度補償手段204を備えない場合においても同様の効果を得ることができる。また、送信手段2Bに代えて、送信手段2を用いた場合においても同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the fifth embodiment, since the correlating means 202B and the FM ranging means 203B for performing the window function process so that the target is not buried in the ground clutter side lobe are provided, the clutter separation performance is improved. It is possible to obtain a radar apparatus that is improved, that is, improved in target detection performance. In the embodiment, both the correlation process and the FM ranging are performed by adding the window function process. However, when the correlation process or the FM ranging is added to either the correlation process or the FM ranging, the same effect is obtained. In the fifth embodiment, the case where the
実施の形態6.
この発明の実施の形態6に係るレーダ装置について図29から図33までを参照しながら説明する。図29は、この発明の実施の形態6に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
A radar apparatus according to
図29において、この発明の実施の形態6に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2Bと、送受切替器7と、受信機8と、信号処理器200Fと、表示器9とが設けられている。
In FIG. 29, the radar apparatus according to
この実施の形態6に係るレーダ装置は、上記の実施の形態に係るレーダ装置と信号処理器200Fが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
Since the radar apparatus according to the sixth embodiment is different from the radar apparatus according to the above-described embodiment except for the
すなわち、信号処理器200Fは、図29に示すように、実施の形態3に係る信号処理器200BのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201Bの速度補償手段204に代えて、距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201Fの速度補償手段204Bを有し、また、目標相対速度算出手段222を有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
That is, as shown in FIG. 29, the
信号処理器200Fは、図30に示す処理を受信ビート信号に対して行う。
The
この実施の形態6では、まず送信信号周波数掃引時間TLにアップチャープ変調を行い、次の送信信号周波数掃引時間TLにダウンチャープ変調を行った場合として説明する。 In the sixth embodiment, the transmission signal frequency sweep time T L performs up-chirp modulation will first be described as a case of performing the down-chirp modulation for the next transmission signal frequency sweep time T L.
速度補償手段204Bは、目標相対速度算出手段222から入力される目標相対速度v’を用いて式(35)により、受信ビート信号S(n,m)に対し速度補償を行い、速度補償後の受信ビート信号Sv,cor(n,m)を出力する。ただし、速度補償手段204Bは、目標相対速度算出手段222から目標相対速度v’が入力されない場合、速度補償を行わず、受信ビート信号S(n,m)を出力する。
The speed compensation means 204B performs speed compensation on the received beat signal S (n, m) by the equation (35) using the target relative speed v ′ input from the target relative speed calculation means 222, and after speed compensation. The reception beat signal S v, cor (n, m) is output. However, when the target relative speed v ′ is not input from the target relative speed calculation unit 222, the
相関手段202、FMレンジング手段203により、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップが出力される。図31に示すように、速度補償しない場合、目標相対速度の影響によりアップチャープ変調、ダウンチャープ変調で異なる距離に測距される。 The correlation means 202 and the FM ranging means 203 output a distance map in the PRI after the distance-FM ranging. As shown in FIG. 31, when speed compensation is not performed, distance measurement is performed at different distances by up-chirp modulation and down-chirp modulation due to the influence of the target relative speed.
目標相対距離算出手段221は、速度補償有無にかかわらず目標相対距離を算出する。ここで、アップチャープ変調で速度補償を行わない場合の目標相対距離をRu、ダウンチャープ変調で速度補償を行わない場合の目標相対距離をRdとする。速度補償せず、アップチャープ変調、ダウンチャープ変調した場合の測距結果は、図32に示すように、異なる距離に測距される。 The target relative distance calculation means 221 calculates the target relative distance regardless of whether speed compensation is performed. Here, the target relative distance when speed compensation is not performed by up-chirp modulation is R u , and the target relative distance when speed compensation is not performed by down-chirp modulation is R d . Ranging results obtained when up-chirp modulation or down-chirp modulation is performed without speed compensation are measured at different distances as shown in FIG.
目標相対速度算出手段222は、式(53)の連立方程式を解き、式(54)に従い目標相対速度v’を算出する。ただし、KR、Kvは式(55)、式(56)により算出する。 The target relative speed calculation means 222 solves the simultaneous equations of Expression (53) and calculates the target relative speed v ′ according to Expression (54). However, K R and K v are calculated by the equations (55) and (56).
また、図33のように送信信号周波数掃引時間TL間の目標移動を考慮した式(57)の連立方程式が成り立つ。目標相対速度算出手段222は、送信信号周波数掃引時間TL間の目標移動を考慮する場合、式(57)の連立方程式を解き、式(58)に従い目標相対速度v’を算出する。アップチャープ変調とダウンチャープ変調の送信信号周波数掃引時間TL間の目標移動を考慮することにより、精度良く目標相対速度を算出することが可能になる。 Further, as shown in FIG. 33, the simultaneous equation of Expression (57) is established in consideration of the target movement during the transmission signal frequency sweep time TL . When considering the target movement during the transmission signal frequency sweep time TL , the target relative speed calculation unit 222 solves the simultaneous equation of Expression (57) and calculates the target relative speed v ′ according to Expression (58). By considering the target movement between up-chirp modulation and the down-chirp modulation transmission signal frequency sweep time T L, it is possible to accurately calculate the target relative speed.
目標相対速度算出手段222は、算出した目標相対速度v’を速度補償手段204Bに出力する。
The target relative speed calculation unit 222 outputs the calculated target relative speed v ′ to the
以上のように、この実施の形態6によれば、速度補償のための目標相対速度を予め得られない場合においても、速度補償せず、アップチャープ変調、ダウンチャープ変調した場合の測距結果から目標相対速度を算出することにより、目標相対距離が算出することが可能なレーダ装置を得ることができる。また、この実施の形態6では送信手段2Bを備えた場合について説明したが、送信手段2Bに代えて、送信手段2を用いた場合においても同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the sixth embodiment, even when the target relative speed for speed compensation cannot be obtained in advance, speed compensation is not performed, and distance measurement results obtained when up-chirp modulation and down-chirp modulation are performed. By calculating the target relative speed, a radar apparatus capable of calculating the target relative distance can be obtained. Further, in the sixth embodiment, the case where the
実施の形態7.
この発明の実施の形態7に係るレーダ装置について図34及び図35を参照しながら説明する。図34は、この発明の実施の形態7に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
A radar apparatus according to
図34において、この発明の実施の形態7に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2Cと、送受切替器7と、受信機8と、信号処理器200と、表示器9とが設けられている。
In FIG. 34, the radar apparatus according to
この実施の形態に係るレーダ装置は、上記の実施の形態1に係るレーダ装置と送信手段2Cが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。 Since the radar apparatus according to this embodiment is different from the radar apparatus according to the above-described first embodiment except for the transmission unit 2C, the other parts are the same.
すなわち、送信手段2Cは、図34に示すように、実施の形態に係る送信手段2の局部発振器6に代えて、局部発振器6Bを有し、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
That is, as shown in FIG. 34, the transmitting means 2C has a
送信手段2Cは、式(4)〜式(6)を満たすFMレンジング後の距離分解能ΔR’FMとサンプリング間隔ΔRFM、相関処理後の距離分解能ΔR’PC、1PRIの折り返し距離Rpriのパラメータが設定される。 The transmission means 2C has parameters of the distance resolution ΔR ′ FM after FM ranging and the sampling interval ΔR FM satisfying the expressions (4) to (6), the distance resolution ΔR ′ PC after the correlation process, and the folding distance R pri of 1PRI. Is set.
以降、図35を参照しながら、局部発振器6Bの動作について説明する。この局部発振器6Bは、送信信号周波数掃引時間TL、送信信号帯域幅BLでPRI間隔に段階的に周波数変調された次の式(59)で表される局部発振信号L0(t)を生成し、パルス変調器5と受信機8に出力する。ここで、PRI間隔の周波数変調幅Δfは次の式(60)により算出する。
Hereinafter, the operation of the
局部発振器6Bでは、段階的に周波数変調を行っているが受信ビート信号に対する処理は同じ処理を行うため、信号処理器200は、図7に示す処理を受信ビート信号に対して行う。ただし、段階的に周波数変調しているためFMレンジング後の距離のサンプリング間隔はFMレンジング後の距離分解能ΔR’FMと同じになる。パルス内を周波数変調する必要がなくなり、ハードウェアの規模を小さくすることが可能になる。
The
以上のように、この実施の形態7によれば、パルス内を周波数変調する必要がなくなり、ハードウェアの規模を小さくすることが可能になり、かつ、目標相対距離を精度良く算出することが可能なレーダ装置を得ることができる。 As described above, according to the seventh embodiment, it is not necessary to perform frequency modulation within the pulse, the hardware scale can be reduced, and the target relative distance can be accurately calculated. Can be obtained.
実施の形態8.
この発明の実施の形態8に係るレーダ装置について図36から図40までを参照しながら説明する。図36は、この発明の実施の形態8に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
A radar apparatus according to
図36において、この発明の実施の形態8に係るレーダ装置は、空中線1と、送信手段2と、送受切替器7と、受信機8と、信号処理器200Gと、表示器9とが設けられている。
In FIG. 36, the radar apparatus according to
この実施の形態8に係るレーダ装置は、上記の実施の形態1に係るレーダ装置と信号処理器200Gが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
Since the radar apparatus according to the eighth embodiment is different from the radar apparatus according to the first embodiment except for the
すなわち、信号処理器200Gは、図36に示すように、実施の形態1に係る信号処理器200のPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201に第2の目標候補検出手段206と距離補償手段207を有することが異なっている。また、実施の形態1に係る信号処理器200のPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201は相関手段202とFMレンジング手段203の順番は任意で良いが、この実施の形態8に係る信号処理器200GのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段201GはFMレンジングの測距結果を用いて距離補償を行うので、距離補償の前にFMレンジングを行う事が異なる。それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
That is, as shown in FIG. 36, the
図37に示す受信ビート信号に対する各手段の処理内容について説明する。FMレンジング手段203は、式(29)によりパルス圧縮後の信号RV・Ex(n,l)に代えて、式(19)で表される受信ビート信号S(n,m)をPRI方向にH点でIFFTすることでPRI内の距離(相関処理前)−FMレンジング後の距離マップRFMR'PC(kh,l)を第2の目標候補検出手段206に出力する。ただし、PRI内の距離(相関処理前)−FMレンジング後の距離マップRFMR'PC(kh,l)は図38に示すようにパルス圧縮を行う前のPRI内の信号となっている。 The processing contents of each means for the received beat signal shown in FIG. 37 will be described. The FM ranging means 203 replaces the pulse-compressed signal R V · Ex (n, l) according to the equation (29) with the received beat signal S (n, m) represented by the equation (19) in the PRI direction. By performing IFFT at the point H, a distance map R FM R ′ PC (k h , l) within the PRI (before correlation processing) -FM ranging is output to the second target candidate detection means 206. However, the distance in the PRI (before correlation processing) -distance map R FM R ′ PC (k h , l) after FM ranging is a signal in the PRI before performing pulse compression as shown in FIG. .
第2の目標候補検出手段206は、PRI内の距離(相関処理前)−FMレンジング後の距離マップRFMR'PC(kh,l)に対し、式(31)、式(32)を用いてCFAR処理により目標候補を検出する。また、検出された目標候補のPRI間相対距離はPRI間相対距離RFM(kh)を式(30)により算出し、補償用相対距離として距離補償手段207に出力する。また、目標候補の検出確率を向上させる場合は、第2の目標候補検出手段206は、次の式(61)によりPRI内の距離方向に積分する。この場合は、図39に示すPRI内積分後の信号に対して、CFAR処理を行うことで目標候補を検出し、相対距離を算出する。
The second target candidate detection means 206 uses the equations (31) and (32) for the distance map in the PRI (before correlation processing) -distance map R FM R ′ PC (k h , l) after FM ranging. And target candidates are detected by CFAR processing. Further, the relative distance between the PRIs of the detected target candidates is calculated by calculating the relative distance R FM (k h ) between the PRIs using the equation (30), and is output to the
ここで、距離補償手段207の目的について説明する。式(19)で表される受信ビート信号S(n,m)は、複数のPRI間に渡る周波数変調と、パルス内は符号変調が行われており、次の式(62)に表される項はチャープ率が高い場合や遠距離目標の場合、図40に示すように相関処理に影響を与え、距離分解能やサイドローブを劣化させる事が考えられる。 Here, the purpose of the distance compensation means 207 will be described. The received beat signal S (n, m) represented by Expression (19) is subjected to frequency modulation between a plurality of PRIs and code modulation within a pulse, and is represented by the following Expression (62). When the chirp rate is high or the target is a long distance, the term affects the correlation processing as shown in FIG. 40, and the distance resolution and the side lobe can be degraded.
そのため、距離補償手段207は入力された補償用相対距離を用いて、相関処理に影響を与える項を補償することで、測距性能を向上させる。 Therefore, the distance compensation means 207 uses the inputted compensation relative distance to compensate for a term that affects the correlation process, thereby improving the distance measurement performance.
次に、距離補償手段207の動作について説明する。距離補償手段207は、第2の目標候補検出手段206から入力された目標候補の相対距離RFMを用いて、次の式(63)に従いPRI内の距離(相関処理前)−FMレンジング後の距離マップRFMR'PC(kh,l)に対して距離補償を行い、距離補償されたPRI内の距離(相関処理前)−FMレンジング後の距離マップRFMR' ''PC(kh,l)を相関手段202に出力する。
Next, the operation of the
この実施の形態8では、補償用相対距離をFMレンジング後の信号から求めたが、予め補償用相対距離が設定された場合は、それを用いても良い。また、実施の形態6の場合は、第2の目標相対距離算出手段(図示せず)が次の式(64)により相対距離を求め、それを用いて距離補償を行うことで同様の効果が得られる。 In the eighth embodiment, the compensation relative distance is obtained from the signal after FM ranging. However, when the compensation relative distance is set in advance, it may be used. In the case of the sixth embodiment, the second target relative distance calculating means (not shown) obtains the relative distance by the following equation (64), and the same effect is obtained by performing distance compensation using the relative distance. can get.
相関手段202は、式(22)から式(28)までを同様に用いて距離補償されたPRI内の距離(相関処理前)−FMレンジング後の距離マップRFMR'''PC(kh,l)と参照信号Ex(mτ)との相関処理、つまりパルス圧縮を行い、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップRFMRPC(kh,l)を出力する。 Correlation means 202, wherein the distance of the formula (28) to the used as well distances compensated within PRI from (22) (pre-correlation) -FM distance map after the ranging R FM R '''PC ( k h , L) and the reference signal Ex (m τ ), that is, pulse compression is performed, and a distance map R FM R PC (k h , l) after distance-FM ranging in PRI is output.
以上のように、この実施の形態8によれば、相関処理の前にFMレンジングを行うために相関手段202の前にFMレンジング手段203、周波数変調や目標相対距離が相関処理に影響を与える項を補償するためにPRI内の距離(相関処理前)−FMレンジング後の距離マップRFMR'PC(kh,l)から目標候補を検出し、相対距離を求める第2の目標候補検出手段206、目標候補の相対距離を用いて相関処理に影響を与える項を補償する距離補償を行う距離補償手段207を備えているので、複数のPRIに渡る周波数変調や、目標相対距離の影響が相関処理の際に圧縮特性、つまり、距離分解能やサイドローブ等を劣化させることなく、高距離分解能のレーダ装置を得る事ができる。
As described above, according to the eighth embodiment, the FM ranging means 203, the frequency modulation, and the target relative distance affect the correlation processing before the correlation means 202 in order to perform FM ranging before the correlation processing. In order to compensate the distance in the PRI (before the correlation process) -the second target candidate detecting means for detecting the target candidate from the distance map R FM R ′ PC (k h , l) after the FM ranging and obtaining the
1 空中線、2、2B、2C 送信手段、3 送信機、4 パルス内変調信号発生器、5 パルス変調器、6、6B 局部発振器、7 送受切替器、8 受信機、9 表示器、200、200B、200D、200E、200F、200G 信号処理器、201、201B、201C、201D、201F、201G 距離マップ作成手段、202、202B 相関手段、203、203B レンジング手段、204、204B 速度補償手段、205 フィルタ処理手段、206 第2の目標候補検出手段、207 距離補償手段、220 目標候補検出手段、221 目標相対距離算出手段、222 目標相対速度算出手段。
1
Claims (8)
目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信し、この受信信号に対して、前記送信手段から得られる前記キャリア信号を用いてダウンコンバートし、PRI内をサンプリングした受信ビート信号に変換する受信手段と、
前記受信手段から得られるPRI内をサンプリングした受信ビート信号に対しFMレンジングを行い、目標との相対距離を算出するためのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップを作成するPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段と、
前記PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段から得られるPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップに対し、信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出手段と、
前記目標候補検出手段から得られる目標候補のFMレンジング後の距離を用いて、PRI内の距離の距離アンビギュィティを解消し目標との相対距離を算出する目標相対距離算出手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 Frequency modulation over multiple PRIs based on distance resolution after FM ranging that can eliminate distance ambiguity of distances in PRI and parameters that make distance resolution in PRI more accurate than distance resolution after FM ranging Transmitting means for emitting a transmission signal pulse-modulated by PRI with respect to the carrier signal;
The transmission signal reflected back from the target is received as a reception signal, and the reception signal is down-converted using the carrier signal obtained from the transmission means, and converted into a reception beat signal sampled in the PRI. Receiving means for
FM ranging is performed on the received beat signal sampled in the PRI obtained from the receiving means, and the distance in the PRI for calculating the relative distance to the target -the distance in the PRI for creating the distance map after the FM ranging- A distance map creation means after FM ranging;
A target candidate detecting means for detecting a target candidate based on a signal strength with respect to a distance map in the PRI-distance map after FM ranging obtained from the distance in the PRI-distance map creating means after the FM ranging;
A target relative distance calculating means for canceling the distance ambiguity of the distance in the PRI and calculating the relative distance to the target using the distance after the FM ranging of the target candidate obtained from the target candidate detecting means. Radar equipment.
ことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein the distance map creating means after distance-FM ranging in the PRI adds speed compensation so as to reduce the influence of the target movement using the input speed.
ことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 Based on the relationship between the radar device and the clutter, the transmission means embeds the target in the clutter on the distance in the PRI-distance map in the PRI created by the distance map creation means after the FM ranging. The radar apparatus according to claim 1, wherein a parameter is added so as not to be present.
ことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein the distance map creation means after the distance-FM ranging in the PRI performs a filtering process so as to reduce the influence of the clutter based on the relationship between the radar apparatus and the clutter.
ことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein the distance map creation means after distance-FM ranging in the PRI adds window function processing so as to reduce the influence of clutter.
ことを特徴とする請求項2記載のレーダ装置。 3. A target relative speed calculating means for calculating a relative speed with respect to a target using a target candidate obtained from a received signal in which transmission signals at different times are reflected back from the target. The radar apparatus described.
ことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 Instead of the transmission means, a plurality of PRIs based on distance resolution after FM ranging that can eliminate the distance ambiguity of distances in PRI, and parameters that make the distance resolution in PRI more accurate than the distance resolution after FM ranging. The radar apparatus according to claim 1, further comprising: a transmission unit that radiates a transmission signal that is pulse-modulated by PRI with respect to a carrier signal that is frequency-modulated step by step.
前記PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成手段は、前記受信ビート信号に対しパルス内変調との相関処理を加える
ことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかに記載のレーダ装置。 The transmission means applies intra-pulse modulation to the carrier signal with PRI,
The distance map creation means after distance-FM ranging in the PRI adds correlation processing with intra-pulse modulation to the received beat signal. 8. Radar device.
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