JP5618494B2 - Radar equipment - Google Patents
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Description
この発明は、受信信号に含まれているクラッタ成分を抑圧する機能を有するレーダ装置に関する。 The present invention relates to a radar apparatus having a function of suppressing clutter components contained in a received signal.
一般的なパルスレーダは、パルス状の電波を空間に放射し、目標物からの反射波を抽出して距離計測を行うものである。アンテナの受信信号には、目標からの反射波成分以外にクラッタと呼ばれる不要な物体からの反射波成分も含まれている。このようなクラッタは、目標検出処理の妨げとなる。そこで、捜索系の従来のレーダ装置では、クラッタを抑圧するためのクラッタ除去手段として、静止物体からの反射波に起因するクラッタ成分を受信処理信号から除去するMTI(Moving Target Indicators:移動目標検出装置)が用いられる(例えば、特許文献1参照)。 A general pulse radar radiates a pulsed radio wave into space, extracts a reflected wave from a target, and performs distance measurement. In addition to the reflected wave component from the target, the received signal of the antenna also includes a reflected wave component from an unnecessary object called clutter. Such clutter interferes with the target detection process. Therefore, in the conventional radar system of the search system, as a clutter removal means for suppressing the clutter, an MTI (Moving Target Indicators) that removes the clutter component caused by the reflected wave from the stationary object from the reception processing signal. ) Is used (see, for example, Patent Document 1).
このMTIとは、移動する目標からの反射波にはドップラー周波数が発生するが、地面や建築物からの反射波であるクラッタにはドップラー周波数が発生しないことを利用してクラッタのみを抑圧する一種のフィルタである。具体的に、MTIは、各レンジビンの受信処理信号において、1パルス分遅延させた受信処理信号を差し引くことで、ドップラー周波数が0付近のクラッタを集中的に抑圧する。なお、一般的に、伝達関数が1−z-1で表されるMTIについては単一消去器と呼ばれ、伝達関数が(1−z−1)Mで表されるMTIについては多重消去器と呼ばれる(但しM>1である)。 This MTI is a type that suppresses only the clutter by utilizing the fact that the Doppler frequency is generated in the reflected wave from the moving target but the Doppler frequency is not generated in the clutter which is the reflected wave from the ground or the building. It is a filter. Specifically, the MTI intensively suppresses clutter having a Doppler frequency of around 0 by subtracting the reception processing signal delayed by one pulse from the reception processing signal of each range bin. In general, an MTI whose transfer function is represented by 1-z -1 is called a single erasure unit, and an MTI whose transfer function is represented by (1-z -1 ) M is a multiple erasure unit. (Where M> 1).
ここで、MTIの演算処理は、パルス繰り返し周期をサンプリング間隔として動作するフィルタとみなすことができる。そして、MTIのフィルタ振幅特性は、パルス繰り返し周波数PRF(Pulse Repetition Frequency)毎にフィルタの阻止領域が繰り返される特性になる。 Here, the MTI calculation processing can be regarded as a filter that operates using a pulse repetition period as a sampling interval. The filter amplitude characteristic of the MTI is a characteristic in which the filter blocking region is repeated for each pulse repetition frequency PRF (Pulse Repetition Frequency).
捜索系のレーダでは、目標までの距離を正しく計測することを目的としているので、比較的低いPRFで運用されることが多い。即ち、PRFが比較的低いということは目標のドップラー周波数を正しく計測できる範囲(−PRF/2〜PRF/2)が比較的狭くなることと等価である。しかしながら、このような設定の場合、目標が高速で移動しているとドップラー周波数が発生しているにも係らず、そのドップラー周波数がMTIの阻止領域に含まれてしまい目標信号が減衰してしまうブラインド現象が生じる確率が高くなる。 Search-type radars are often operated at a relatively low PRF because they aim to correctly measure the distance to the target. That is, a relatively low PRF is equivalent to a relatively narrow range (-PRF / 2 to PRF / 2) in which the target Doppler frequency can be measured correctly. However, in such a setting, if the target moves at a high speed, the Doppler frequency is generated, but the Doppler frequency is included in the MTI blocking region, and the target signal is attenuated. The probability that a blind phenomenon will occur increases.
従って、従来のレーダ装置では、MTIがクラッタ抑圧処理を行った場合、目標の移動速度によっては、ブラインド現象が生じる。この結果、目標信号がMTIによって減衰して目標検出が困難になるという課題があった。 Therefore, in the conventional radar apparatus, when the MTI performs the clutter suppression process, a blind phenomenon occurs depending on the target moving speed. As a result, there is a problem that the target signal is attenuated by the MTI and the target detection becomes difficult.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、クラッタ除去手段のクラッタ抑圧処理に伴う目標ブラインド速度領域を縮小させることができ、より確実に目標検出を行うことができるレーダ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can reduce the target blind speed region associated with the clutter suppression processing of the clutter removal means, and can perform target detection more reliably. The purpose is to obtain.
この発明に係るレーダ装置は、入力されたパルス信号を送信信号として外部空間へ送り、その送信信号の前記外部空間からの反射波を受信信号として受けるアンテナと、それぞれ異なる送信周波数の複数の前記パルス信号を生成し、その生成した前記複数のパルス信号を時分割で前記アンテナに入力する送信信号処理手段と、前記アンテナの前記受信信号を、その受信信号に対応する前記パルス信号の送信周波数毎に内部処理用の受信処理信号に変換し、複数の受信処理信号とする受信信号処理手段と、前記受信信号処理手段からの前記複数の受信処理信号のそれぞれに対して、静止物体からの反射波に起因するクラッタ成分を、移動目標を検出するために除去するクラッタ除去手段と、前記クラッタ除去手段によるクラッタ成分除去後の前記複数の受信処理信号に、距離測定の目標を示す目標信号が含まれているか否かについて判別し、前記複数の受信処理信号のうち前記目標信号が含まれている前記受信処理信号を計測対象信号として選択する周波数選択手段と、前記周波数選択手段からの計測対象信号に基づいて、前記目標までの距離を計測する目標距離計測手段とを備え、前記周波数選択手段は、前記複数の受信処理信号のうち前記目標信号が含まれている前記受信処理信号が複数であることを確認した場合には、前記目標信号が含まれている前記複数の受信処理信号のそれぞれを前記計測対象信号として選択し、前記周波数選択手段からの前記計測対象信号を、前記複数のパルス信号の送受信が全て完了するまで保持し、前記計測対象信号が複数である場合に、それらの複数の前記計測対象信号を列方向に並べて得られる行列に関する相関行列を算出し、その算出した前記相関行列の最大固有値に対応する固有ベクトルを算出して、前記複数の計測対象信号を最大信号対雑音比で合成する周波数最大比合成手段をさらに備え、前記目標距離計測手段は、前記周波数選択手段からの計測対象信号に代えて、前記周波数最大比合成手段によって合成された前記複数の計測対象信号に基づいて、前記目標までの距離を計測するものである。 The radar apparatus according to the present invention transmits an input pulse signal as a transmission signal to an external space, receives an reflected wave of the transmission signal from the external space as a reception signal, and a plurality of the pulses having different transmission frequencies. A transmission signal processing means for generating a signal and inputting the generated plurality of pulse signals to the antenna in a time division manner; and the reception signal of the antenna for each transmission frequency of the pulse signal corresponding to the reception signal. Receiving signal processing means for converting into a receiving processing signal for internal processing and converting it into a plurality of receiving processing signals, and for each of the plurality of receiving processing signals from the receiving signal processing means, a reflected wave from a stationary object Clutter removal means for removing the resulting clutter component in order to detect the moving target, and before the clutter component removal by the clutter removal means It is determined whether or not a plurality of reception processing signals include a target signal indicating a target of distance measurement, and the reception processing signals including the target signal among the plurality of reception processing signals are measured signal And a target distance measuring means for measuring a distance to the target based on a measurement target signal from the frequency selecting means, and the frequency selecting means includes the plurality of reception processing signals. When it is confirmed that there are a plurality of the reception processing signals that include the target signal, each of the plurality of reception processing signals that includes the target signal is selected as the measurement target signal, The measurement target signal from the frequency selection means is held until transmission / reception of the plurality of pulse signals is completed, and when there are a plurality of measurement target signals, Calculating a correlation matrix related to a matrix obtained by arranging a number of the measurement target signals in a column direction, calculating an eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue of the calculated correlation matrix, and determining the plurality of measurement target signals as maximum signal-to-noise A frequency maximum ratio synthesizing unit for synthesizing with a ratio; and the target distance measuring unit replaces the measurement target signal from the frequency selecting unit with the plurality of measurement target signals synthesized by the frequency maximum ratio synthesizing unit. Based on this, the distance to the target is measured.
この発明のレーダ装置によれば、送信信号処理手段によってそれぞれ異なる送信周波数の複数のパルス信号が時分割でアンテナへ入力され、周波数選択手段によって目標信号が含まれている受信処理信号が計測対象信号とされるので、複数の送信周波数のうち一部の送信周波数についての受信処理信号がクラッタ除去手段のブラインド現象の影響を受ける場合であっても、複数の送信周波数のうち他の送信周波数についての受信処理信号がクラッタ除去手段のブラインド現象の影響を回避可能となることにより、MTIでクラッタ抑圧処理を実施した場合に発生する目標ブラインド速度領域を縮小させることができ、より確実に目標検出を行うことができる。 According to the radar apparatus of the present invention, a plurality of pulse signals having different transmission frequencies are input to the antenna in a time division manner by the transmission signal processing means, and the reception processing signal containing the target signal is measured by the frequency selection means. Therefore, even if the reception processing signal for some transmission frequencies among the plurality of transmission frequencies is affected by the blind phenomenon of the clutter removal means, Since the reception processing signal can avoid the influence of the blind phenomenon of the clutter removal means, the target blind speed region generated when the clutter suppression processing is performed by MTI can be reduced, and the target detection is performed more reliably. be able to.
以下、この発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるレーダ装置を示すブロック図である。なお、図1では、受信機5をRXとして示し、A/D変換器6をA/Dとして示し、MTI処理手段7をMTIとして示す(他のブロック図も同様)。
図1において、レーダ装置は、アンテナ(送受信アンテナ)1、サーキュレータ2、送信機3、周波数切換手段4、受信機5、A/D変換器6、クラッタ除去手段としてのMTI処理手段7、周波数選択手段8及び目標距離計測手段9を有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a radar apparatus according to
In FIG. 1, a radar apparatus includes an antenna (transmission / reception antenna) 1, a
アンテナ1は、単数のアンテナ素子により構成されている。また、アンテナ1は、入力されたパルス信号を外部空間へ送信信号として送り、そのパルス信号の外部空間からの反射波を受信信号として受ける。サーキュレータ2(送受切換器)は、アンテナ1、送信機3及び受信機5に電気的に接続されている。また、サーキュレータ2は、電波送信(パルス送信)の際には、送信機3とアンテナ1との間を電気的に接続し、電波受信(パルス受信)の際には、受信機5とアンテナ1との間を電気的に接続する。
The
送信機3は、それぞれ異なる複数の送信周波数のパルス信号(送信パルス列の信号)を生成する。周波数切換手段4は、一定時間おきに、複数の送信周波数を切り換えるための切換信号を送信機3に送る。送信機3は、周波数切換手段4からの切換信号に応じて、複数の送信周波数を時分割により切り換えて、パルス信号をアンテナ1へ送る。なお、送信機3及び周波数切換手段4は、送信信号処理手段を構成している。
The transmitter 3 generates pulse signals (transmission pulse train signals) having a plurality of different transmission frequencies. The frequency switching means 4 sends a switching signal for switching a plurality of transmission frequencies to the transmitter 3 at regular time intervals. The transmitter 3 switches a plurality of transmission frequencies by time division according to the switching signal from the frequency switching means 4 and sends a pulse signal to the
受信機5は、アンテナ1によって受信されたRF帯の受信信号の位相を検波し、受信信号に対応するパルス信号の送信周波数毎に、内部処理用のベースバンドの受信処理信号に変換する。A/D変換器6は、受信機5からの受信処理信号に対してA/D変換を行う。なお、受信機5及びA/D変換器6は、受信信号処理手段を構成している。
The
MTI処理手段7は、A/D変換器6からの受信処理信号に含まれている静止物体からの反射波に起因するクラッタ成分を除去する。周波数選択手段8は、MTI処理手段7によるクラッタ成分除去後の受信処理信号に対して、ピーク検出処理又は閾値検出処理を実行し、距離測定の目標を示す目標信号が含まれているか否かについて判別(簡易検出)する。なお、周波数選択手段8は、ピーク検出処理又は閾値検出処理により抽出された信号成分が距離方向に広がっていなければ、受信処理信号に目標信号が含まれていると判別できる。そして、周波数選択手段8は、目標信号が含まれている受信処理信号を計測対象信号とする。
The MTI processing means 7 removes the clutter component caused by the reflected wave from the stationary object contained in the reception processing signal from the A /
目標距離計測手段9は、周波数選択手段8からの計測対象信号に基づいて、CFAR(Constant False Alarm Rate:一定誤警報確率)等の目標検出処理(詳細検出)や、距離計測処理を実施し、目標までの距離を測定する。 The target distance measuring means 9 performs target detection processing (detailed detection) such as CFAR (Constant False Alarm Rate) and distance measurement processing based on the measurement target signal from the frequency selection means 8, Measure the distance to the target.
ここで、レーダ装置は、演算処理部(CPU)、記憶部(ROM、RAM及びハードディスク等)及び信号入出力部を持ったコンピュータ(図示せず)により構成することができる。レーダ装置のコンピュータの記憶部には、送信機3、周波数切換手段4、受信機5、A/D変換器6、MTI処理手段7、周波数選択手段8及び目標距離計測手段9の機能を実現するためのプログラムが格納されている。
Here, the radar apparatus can be configured by a computer (not shown) having an arithmetic processing unit (CPU), a storage unit (ROM, RAM, hard disk, etc.) and a signal input / output unit. The functions of the transmitter 3, frequency switching means 4,
次に、実施の形態1のレーダ装置の動作について説明する。ここでは、3つの送信周波数f1〜f3を切り換えて電波送信する場合について説明する。図2は、パルス電波の送信タイミングを説明するための説明図である。図2に示すように、まず、送信機3は、予め設定した時間だけ、送信周波数f1のパルス信号をアンテナ1に送り、その送信周波数f1のパルス信号が電波送受信される。
Next, the operation of the radar apparatus according to the first embodiment will be described. Here, a case where radio waves are transmitted by switching the three transmission frequencies f 1 to f 3 will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the transmission timing of the pulse radio wave. As shown in FIG. 2, first, the transmitter 3 transmits a pulse signal having a transmission frequency f 1 to the
次いで、送信機3は、パルス信号の送信周波数をf2,f3に、時分割で順次切り換える。そして、送信周波数f1の場合と同様に、送信周波数f2,f3のパルス信号が電波送受信される。それぞれの送信周波数で放射された電波の反射波は、アンテナ1によって受信され、その後、受信機5によって位相検波されて受信処理信号とされる。そして、位相検波後の受信処理信号は、A/D変換器6によってディジタル信号に変換されて、MTI処理手段7へ送られる。
Next, the transmitter 3 sequentially switches the transmission frequency of the pulse signal to f 2 and f 3 in a time division manner. Then, similarly to the case of the transmission frequency f 1 , pulse signals of the transmission frequencies f 2 and f 3 are transmitted and received by radio waves. The reflected waves of the radio waves radiated at the respective transmission frequencies are received by the
ここで、一般的に、MTIによって静止物体からの反射波に起因するクラッタ成分が抑圧される。また、捜索系のレーダでは、目標の移動速度が一般に未知の情報であるため、目標信号のドップラー周波数も未知の情報である。従って、MTI処理を実施する限り、目標信号が減衰する現象を完全に回避することは困難である。 Here, generally, the clutter component caused by the reflected wave from the stationary object is suppressed by the MTI. Further, in the search system radar, since the target moving speed is generally unknown information, the Doppler frequency of the target signal is also unknown information. Therefore, as long as the MTI process is performed, it is difficult to completely avoid the phenomenon that the target signal is attenuated.
また、MTIの振幅特性は、PRFが決まれば一意的に決定される。これに対して、目標信号のドップラー周波数fdは、次の式(1)で表される。即ち、送信周波数が変化すれば目標速度vが一定でもドップラー周波数は変化することがわかる。
この式(1)に示すようなドップラー周波数の変化は、移動速度が極端に遅い目標に対しては、送信周波数を切り換えても、原理上、比較的小さい。このため、MTI利得の変化も比較的小さい。しかしながら、ある程度高速で移動する目標であれば、ドップラー周波数の変化が比較的大きいので、送信周波数f1では検出できなかった目標が、送信周波数f2では検出できる可能性がある。 The change in the Doppler frequency as shown in the equation (1) is relatively small in principle even if the transmission frequency is switched for a target whose moving speed is extremely slow. For this reason, the change in MTI gain is also relatively small. However, if the target moves at a high speed to some extent, the change in the Doppler frequency is relatively large. Therefore, a target that could not be detected at the transmission frequency f 1 may be detected at the transmission frequency f 2 .
従って、実施の形態1のレーダ装置では、先の式(1)に示すようなドップラー周波数の変化を利用して、目標信号がMTI処理手段7により減衰される確率を低下させる。MTI処理手段7の振幅特性は、MTI処理手段7の次数(何重消去器であるか)とPRFとにより決定される。即ち、MTI処理手段7の次数とPRFとが固定であり、かつ目標の移動速度が一定でレーダ装置との位置関係が変化しない場合でも、送信周波数が異なればドップラー周波数が変化する。これにより、MTI処理手段7での目標減衰量が変化することになる。 Therefore, in the radar apparatus according to the first embodiment, the probability that the target signal is attenuated by the MTI processing means 7 is reduced by using the change of the Doppler frequency as shown in the above equation (1). The amplitude characteristic of the MTI processing means 7 is determined by the order of the MTI processing means 7 (how many erasures it is) and the PRF. That is, even when the order of the MTI processing means 7 and the PRF are fixed, the target moving speed is constant, and the positional relationship with the radar apparatus does not change, the Doppler frequency changes if the transmission frequency is different. Thereby, the target attenuation amount in the MTI processing means 7 changes.
そこで、周波数選択手段8は、まず、送信周波数f1〜f3でのMTI処理手段7の出力信号のそれぞれに対して、ピーク検出又は閾値検出処理を実行して、簡易的な目標検出を行う。次に、周波数選択手段8は、抽出された信号成分が距離方向に広がっていなければ目標信号候補であると判断できる。これにより、そのような信号が抽出できた受信処理信号を選択する。
Therefore, the
また、図2に示す例では、送信周波数f1,f3では目標検出可能であり、送信周波数f2では目標検出不可であるため、送信周波数f1,f3に対応する受信処理信号が、周波数選択手段8によって計測対象信号として選択される。なお、周波数選択手段8は、送信周波数f1,f3のそれぞれに対応する受信処理信号のうち、反射強度が大きい受信処理信号を計測対象信号として選択する。なお、周波数選択手段8は、送信周波数f1,f3のそれぞれに対応する受信処理信号のうち、アンテナ1が先に受信した反射波に対応する受信処理信号を計測対象信号として選択することもできる。
In the example shown in FIG. 2, target detection is possible at the transmission frequencies f 1 and f 3 , and target detection is not possible at the transmission frequency f 2. Therefore, the reception processing signals corresponding to the transmission frequencies f 1 and f 3 are The frequency selection means 8 selects the measurement target signal. The
ここで、MTI処理手段7の次数とPRFとが予め決まっていれば、切り換える複数の送信周波数間の周波数差を調整することによって、特定範囲の移動速度を持つ目標に対するMTI利得を常時確保することができる。 Here, if the order of the MTI processing means 7 and the PRF are determined in advance, the MTI gain for a target having a moving speed in a specific range is always ensured by adjusting the frequency difference between a plurality of transmission frequencies to be switched. Can do.
次に、実施の形態1のレーダ装置のMTI利得の変化について、従来のレーダ装置と対比しながら説明する。図3は、図1のレーダ装置のMTI利得の変化を説明するための説明図である。図3に示す例では、切り換える複数の送信周波数をf1〜f3とする。ここでの計算例は、送信周波数f1を基準にして、f2=1.1×f1、f3=1.2×f1と変化させ、PRF=f1/106、MTI処理手段7を2重消去器とした場合の例である。
Next, a change in the MTI gain of the radar apparatus according to the first embodiment will be described in comparison with a conventional radar apparatus. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a change in the MTI gain of the radar apparatus of FIG. In the example illustrated in FIG. 3, a plurality of transmission frequencies to be switched are set to f 1 to f 3 . Wherein the calculation example, based on the transmission frequency f 1, f 2 = 1.1 × f 1, f 3 = 1.2 ×
また、図3の横軸は、目標速度を示し、図3の縦軸は、MTI利得を示す。さらに、図3では、実施の形態1のレーダ装置のMTI利得の変化を実線で示し、従来のレーダ装置(送信周波数f1のみを用いたもの)のMTI利得の変化を破線で示す。また、図3では、MTI利得が0を下回る場合は目標信号が減衰することを意味する。さらに、図3は、目標の移動速度を300m/s〜700m/sまで変化させたときの目標信号に対するMTI利得のデシベル値である。 Also, the horizontal axis in FIG. 3 represents the target speed, and the vertical axis in FIG. 3 represents the MTI gain. Further, in FIG. 3, a change in MTI gain of the radar apparatus according to the first embodiment is indicated by a solid line, and a change in MTI gain of a conventional radar apparatus (using only the transmission frequency f 1 ) is indicated by a broken line. In FIG. 3, when the MTI gain is less than 0, it means that the target signal is attenuated. Furthermore, FIG. 3 shows the decibel value of the MTI gain with respect to the target signal when the target moving speed is changed from 300 m / s to 700 m / s.
まず、従来のレーダ装置では、図3の矢示A1〜A3のように、大きく利得が劣化する目標速度が多数あり、ブラインド現象が生じていることがわかる。これに対して、実施の形態1のレーダ装置では、常時5dB以上の利得を確保できており、想定した目標速度範囲(図3の横軸の全域)内では目標信号が減衰しないことがわかる。 First, in the conventional radar apparatus, as shown by arrows A1 to A3 in FIG. 3, there are many target speeds at which the gain is greatly deteriorated, and it can be seen that a blind phenomenon occurs. On the other hand, in the radar apparatus according to the first embodiment, a gain of 5 dB or more can always be secured, and it can be seen that the target signal is not attenuated within the assumed target speed range (the entire region on the horizontal axis in FIG. 3).
なお、図3では、目標速度範囲を300m/s〜700m/sとした例を示すが、計算では、120m/s〜1200m/sを目標速度範囲とした場合でも、0dB以上のMTI利得を確保できることを確認しており、図3に示す例よりも広範囲に渡って、0dB以上のMTI利得を確保することができる。 FIG. 3 shows an example in which the target speed range is 300 m / s to 700 m / s. However, in the calculation, an MTI gain of 0 dB or more is ensured even when the target speed range is 120 m / s to 1200 m / s. It has been confirmed that an MTI gain of 0 dB or more can be secured over a wider range than the example shown in FIG.
上記のような実施の形態1のレーダ装置によれば、送信機3によってそれぞれ異なる送信周波数の複数のパルス信号が時分割でアンテナ1へ入力され、目標信号が含まれている受信処理信号が周波数選択手段8によって計測対象信号として選択される。そして、その計測対象信号が目標距離計測手段9に送られる。この構成により、複数の送信周波数のうち一部の送信周波数についての受信処理信号がMTI処理手段7のブラインド現象の影響を受ける場合であっても、複数の送信周波数のうち他の送信周波数についての受信処理信号がMTI処理手段7のブラインド現象の影響を回避可能となることにより、MTI処理手段7でクラッタ抑圧処理を実施した場合に発生する目標ブラインド速度領域を軽減させることができ、従来のレーダ装置に比べて正確に目標距離を算出することができる。
According to the radar apparatus of the first embodiment as described above, a plurality of pulse signals having different transmission frequencies are input to the
なお、実施の形態1では、図2に示すように、3つの送信周波数を用いた例について説明した。しかしながら、この例に限定するものではなく、2つ又は4つ以上の送信周波数を用いてもよい。 In the first embodiment, the example using three transmission frequencies has been described as shown in FIG. However, the present invention is not limited to this example, and two or more transmission frequencies may be used.
実施の形態2.
実施の形態1のレーダ装置では、目標信号がMTI処理手段7により減衰することを回避するために、送信周波数を時分割で切り換えて電波送信を行うので、送信周波数が固定のレーダに比べて、総パルスヒット数が減少する。これにより、実施の形態1のレーダ装置では、目標信号が存在しているのにMTI処理手段7によって消失するという可能性は低くなるが、目標を検出したときのS/N(信号対雑音比)の劣化は避けられない。これに対して、この発明の実施の形態2のレーダ装置では、実施の形態1におけるS/Nの劣化を改善するために、周波数最大比合成手段20が用いられる。
In the radar apparatus of the first embodiment, in order to avoid the target signal from being attenuated by the MTI processing means 7, the transmission frequency is switched in a time-sharing manner to perform radio wave transmission. Therefore, compared with a radar having a fixed transmission frequency, The total number of pulse hits decreases. As a result, in the radar apparatus according to the first embodiment, the possibility that the target signal is present but disappears by the
図4は、この発明の実施の形態2によるレーダ装置を示すブロック図である。図4において、実施の形態2のレーダ装置は、実施の形態1のレーダ装置の構成に加えて、周波数最大比合成手段20をさらに有している。実施の形態2の周波数選択手段(複数周波数選択手段)8は、複数の送信周波数のそれぞれに対応する受信処理信号から必要な受信処理信号を1種類又は複数種類選択する。周波数最大比合成手段20は、周波数最大比合成処理(図5に示す各機能の処理)を行い、周波数選択手段8から受信処理信号を複数種類受けた場合に、それらの複数種類の受信処理信号を合成する。
FIG. 4 is a block diagram showing a radar apparatus according to
次に、周波数最大比合成手段20について具体的に説明する。図5は、図4の周波数最大比合成手段20の内部構成を具体的に示すブロック図である。図5において、周波数最大比合成手段20は、最大固有値に対応する荷重ベクトルを算出する合成荷重算出手段(周波数最大比合成荷重算出手段)21と、複数の乗算器22A〜22M(M個の乗算器22:Mは2以上の整数)と、加算器23とを有している。
Next, the frequency maximum ratio combining means 20 will be specifically described. FIG. 5 is a block diagram specifically showing the internal configuration of the frequency maximum ratio combining means 20 of FIG. In FIG. 5, the maximum frequency ratio combining means 20 includes a combined load calculating means (frequency maximum ratio combined load calculating means) 21 for calculating a load vector corresponding to the maximum eigenvalue, and a plurality of
次に、実施の形態2のレーダ装置の動作について説明する。まず、パルスヒット数をNHとし、そのパルスヒット数NH毎に送信周波数をf1〜fNと切り換えてパルス信号を送信した場合において、MTI処理手段7によるクラッタ除去後の受信処理信号をxfi(n,r)とする(但し、i=1〜NH)。 Next, the operation of the radar apparatus according to the second embodiment will be described. First, when the number of pulse hits is NH and a pulse signal is transmitted by switching the transmission frequency from f 1 to f N for each pulse hit number NH, the reception processing signal after the clutter removal by the MTI processing means 7 is xf i. (N, r) (where i = 1 to NH).
周波数選択手段8は、MTI処理された受信処理信号xfi(n,r)に対して閾値検出を行う。そして、周波数選択手段8は、複数の受信処理信号のうち目標信号候補が存在するレンジビンの受信処理信号を選択する。今、レンジビン番号Rにおいて、送信周波数f1,f3,f5に対応する受信処理信号が周波数選択手段8によって計測対象信号として選択されたときに、これらの計測対象信号をベクトルXfとして次の式(2)のように定義する。
周波数最大比合成手段20では、このベクトルXfを用いて空間最大比合成荷重を求めるために、合成荷重算出手段21が、ベクトルXfに関する相関行列Rを次の(3)式に基づいて算出する。この相関行列Rは、複数の計測対象信号を列方向に並べて得られる行列に関する相関行列である。
また、合成荷重算出手段21は、相関行列Rの最大固有値に対応する固有ベクトルW、即ち周波数最大比合成の荷重ベクトルWを算出して、その算出した荷重ベクトルW(W1〜WM)を各乗算器22(22A〜22M)に送る。乗算器22は、周波数選択手段8からの複数の計測対象信号と、荷重ベクトルWとを乗算する。
The combined load calculation means 21 calculates an eigenvector W corresponding to the maximum eigenvalue of the correlation matrix R, that is, a load vector W of the frequency maximum ratio combination, and calculates the calculated load vector W (W 1 to W M ). The data is sent to the multiplier 22 (22A to 22M). The
そして、加算器23は、各乗算器22の出力を、次の式(4)に示すように加算することによって、最大S/N(最大信号対雑音比)で合成した計測対象信号である合成出力信号XFMRC(r)を算出する。
ここで、周波数最大比合成手段20は、周波数選択手段8からの計測対象信号を、複数のパルス信号の送受信が全て完了するまで保持する。そして、周波数最大比合成手段20は、複数のパルス信号の送受信が全て完了したことに応じて、加算器23に、その処理を実行させる。
Here, the frequency maximum
加算器23によって算出された合成出力信号XFMRC(r)は、目標距離計測手段9へ送られる。そして、目標距離計測手段9は、合成出力信号XFMRC(r)を用いて、距離方向(レンジビン方向)に閾値処理を行うことにより目標を検出し、目標距離を算出する。他の構成及び動作は、実施の形態1と同様である。
The combined output signal X FMRC (r) calculated by the
上記のような実施の形態2のレーダ装置によれば、周波数最大比合成手段20は、最大固有値に対応する固有ベクトルを算出して、複数の計測対象信号を最大信号対雑音比で合成する。この構成により、実施の形態1のものに比べて、S/Nを改善することができ、より正確な距離の測定が可能となる。
According to the radar apparatus of the second embodiment as described above, the frequency maximum
実施の形態3.
実施の形態2のレーダ装置では、周波数最大比合成手段20によってS/Nの改善を図るものであった。ここで、対象とする目標の移動速度が比較的速い場合、目標のドップラー周波数も比較的高くなり、送信周波数の切換によるMTI利得の変化が比較的大きくなる。これにより、送信周波数間の周波数差が比較的小さい場合であっても効果を得やすくなる。
Embodiment 3 FIG.
In the radar apparatus of the second embodiment, the S / N is improved by the frequency maximum ratio combining means 20. Here, when the target target moving speed is relatively high, the target Doppler frequency is also relatively high, and the change in MTI gain due to switching of the transmission frequency is relatively large. Thereby, even if the frequency difference between the transmission frequencies is relatively small, the effect can be easily obtained.
ここで、実施の形態2の最大比合成処理では、理想的には信号の位相を揃えて加算するコヒーレント積分と等価になる。しかしながら、複数の送信周波数間で信号合成する周波数最大比合成処理では、複数の送信周波数間での目標信号のドップラー周波数差が大きくなるに従ってS/N改善の効果が低下してくることが考えられる。これに対して、この発明の実施の形態3のレーダ装置では、目標信号のドップラー周波数の影響が比較的大きい場合にも対応するため、パルスドップラーフィルタ(以下、PDF:Pulse Doppler Filter)30が用いられる。 Here, the maximum ratio combining process according to the second embodiment is ideally equivalent to coherent integration in which the phases of signals are aligned and added. However, in the frequency maximum ratio combining process in which signals are combined between a plurality of transmission frequencies, the S / N improvement effect may decrease as the Doppler frequency difference of the target signal between the plurality of transmission frequencies increases. . On the other hand, in the radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention, a pulse Doppler filter (hereinafter referred to as PDF: Pulse Doppler Filter) 30 is used in order to cope with the case where the influence of the Doppler frequency of the target signal is relatively large. It is done.
図6は、この発明の実施の形態3によるレーダ装置を示すブロック図である。図6において、実施の形態3のレーダ装置は、実施の形態2のレーダ装置の構成に加えて、周波数成分分離手段としてのPDF30をさらに有している。PDF30は、先の式(2)で示したMTI処理手段7からの受信処理信号ベクトルXfを受けて、その受信処理信号ベクトルXfについて、パルスヒット方向に離散フーリエ変換を行う。ここで、離散フーリエ変換点数をNFとすると、PDF30の受信処理信号についての出力信号ベクトルXFは次の式(5)で表される。
FIG. 6 is a block diagram showing a radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 6, the radar apparatus according to the third embodiment further includes a
実施の形態3の周波数選択手段8は、式(5)に示した出力信号ベクトルXFに対してピーク検出を行う。そして、周波数選択手段8は、例えば、そのピークを周波数f1,f3,f5で検出したとすると、その周波数チャンネルの複素信号を次の式(6)のように並べ替えてベクトルXFsとする。
そして、周波数最大比合成手段20は、このベクトルXFsを用いて周波数最大比合成荷重を求めるために、ベクトルXFsに関する相関行列Rsを次の式(7)に基づいて計算する。
次に、周波数最大比合成手段20(先の図5の乗算器22)は、式(7)の相関行列Rsの最大固有値に対応する固有ベクトルWs、即ち周波数最大比合成の荷重ベクトルWsと、ベクトルXFsとの乗算を次の式(8)のように行う。
上記のような実施の形態3のレーダ装置によれば、PDF30がMTI処理手段7からの複数の受信処理信号のそれぞれに対して、離散フーリエ変換を行って周波数成分を算出し、その算出した周波数成分を複数の受信処理信号のそれぞれから分離する。この構成により、目標信号のドップラー周波数の影響が比較的大きい場合であっても、S/Nの改善を図ることができる。
According to the radar apparatus of the third embodiment as described above, the
実施の形態4.
実施の形態2のレーダ装置では、単一のアンテナ素子によって構成されたアンテナ1が用いられた。これに対して、この発明の実施の形態4のレーダ装置では、アンテナ1に代えて、複数のアンテナ素子41A〜41M(M個のアンテナ素子:Mは2以上の整数)によって構成されたアレーアンテナ40が用いられる。また、実施の形態4では、実施の形態2における周波数最大比合成手段20に代えて、空間・周波数最大比合成手段47が用いられる。
In the radar device according to the second embodiment, the
図7は、この発明の実施の形態4によるレーダ装置を示すブロック図である。なお、図7の左上のf1,f2,fNは、送信周波数が時分割で切り換えられて、それぞれの送信周波数の送信信号で電波送受信されていることを表している(図8,9についても同様)。また、図7では、送信周波数f2に対応する反射波を受信しているときのアレーアンテナ40を破線で示し、送信周波数fNに対応する反射波を受信しているときのアレーアンテナ40を一点鎖線で示す(図8,9についても同様)。
FIG. 7 is a block diagram showing a radar apparatus according to
図7において、実施の形態4のレーダ装置は、送信機(図示せず)と、サーキュレータ(図示せず)と、周波数切換手段(図示せず)と、全体としてアレーアンテナ40を構成するM個のアンテナ素子41A〜41Mと、アンテナビームを所望の方向へ向けるためのM個の移相器42A〜42Mと、M個の受信機43A〜43Mと、M個のA/D変換処理手段44A〜44Mと、M個のMTI処理手段45A〜45Mと、周波数選択手段(複数周波数選択手段)46と、最大信号対雑音比でかつ空間的に合成する空間・周波数最大比合成手段47と、目標距離計測手段48とを有している。
In FIG. 7, the radar apparatus of the fourth embodiment includes a transmitter (not shown), a circulator (not shown), frequency switching means (not shown), and
ここで、実施の形態4の送信機、サーキュレータ、周波数切換手段、受信機43A〜43M、A/D変換処理手段44A〜44M、MTI処理手段45A〜45M及び周波数選択手段46の構成及び動作については、実施の形態1,2のレーダ装置の構成及び動作と同様である。
Here, the configuration and operation of the transmitter, circulator, frequency switching means,
次に、実施の形態4のレーダ装置の動作について説明する。ここでは、送信周波数f1で電波送受信を行った場合について説明する。アレーアンテナ40から送信された送信周波数f1の送信信号は、目標に当たって反射されて同じくアレーアンテナ40に入射して受信信号となる。移相器42は、送信方向と同じ方向に受信ビームを指向するためのビームステアリング操作を行う。
Next, the operation of the radar apparatus according to the fourth embodiment will be described. Here, a case where radio wave transmission / reception is performed at the transmission frequency f 1 will be described. The transmission signal having the transmission frequency f 1 transmitted from the
ここで、送信周波数f1での各アンテナ素子41A〜41Mでの受信信号をxm,1(m=1,2,・・・,M)とし、送信周波数を切り換えてfnでパルス送信したときの各アンテナ素子41A〜41Mでの受信信号をxm,n(m=1,2,・・・,M)とする。この場合において、空間・周波数最大比合成手段47への受信処理信号をベクトル表記すると次の式(9)のようになる。
空間・周波数最大比合成手段47は、空間・周波数最大比合成荷重を算出するために、先の式(9)に示すデータ行列を用いて、Zに関する相関行列Rsfを次の式(10)により算出する。
また、空間・周波数最大比合成手段47は、相関行列Rsfの最大固有値に対応する固有ベクトルW、即ち周波数最大比合成の荷重ベクトルWを計算する。そして、空間・周波数最大比合成手段47は、実施の形態2のレーダ装置と同様に、次の式(11)の演算を行うことにより、最大S/Nでかつ空間的に合成された出力信号XSFMRC(r)を得ることができる。
上記のような実施の形態4のレーダ装置によれば、アレーアンテナ40の複数の受信信号に基づく複数の受信処理信号が空間・周波数最大比合成手段47によって、最大S/Nでかつ空間的に合成される。この構成により、実施の形態2と同様の効果を得ることができるとともに、距離測定に用いる情報量を増大させることができ、距離測定の精度をより向上させることができる。
According to the radar apparatus of the fourth embodiment as described above, a plurality of reception processing signals based on a plurality of reception signals of the
実施の形態5.
図8は、この発明の実施の形態5によるレーダ装置を示すブロック図である。図8において、実施の形態5のレーダ装置の構成は、実施の形態4のレーダ装置の構成に、実施の形態3のPDF30と同等のPDF50A〜50Mを追加したものである。PDF50A〜50M以外の実施の形態5のレーダ装置の構成は、実施の形態4のレーダ装置の構成と同様である。
FIG. 8 is a block diagram showing a radar apparatus according to
次に、実施の形態5のレーダ装置の動作について説明する。MTI処理手段45A〜45MでMTI処理された受信処理信号は、それぞれのアンテナ素子41A〜41Mに対応したPDF50で、パルスドップラー処理される。PDF50の出力信号ベクトルは、次の式(12)に示すXFm(m=1,2,・・・,M)となる。
また、実施の形態5の周波数選択手段46は、式(12)に示したXFmに対してピーク検出を行う。そして、周波数選択手段46は、例えば、各アンテナ素子41A〜41Mにおいて周波数f1,f5で検出された場合には、その周波数チャンネルの複素信号を次の式(13)のように並べ替えてベクトルXFsとする。
上記のような実施の形態5のレーダ装置によれば、実施の形態のレーダ装置の構成に実施の形態3のPDF30と同等のPDF50A〜50Mを追加していることにより、実施の形態3,4と同様の効果を得ることができる。
According to the radar apparatus of the fifth embodiment as described above, the
実施の形態6.
この発明の実施の形態6のレーダ装置では、実施の形態5のレーダ装置におけるアレーアンテナ40の複数のアンテナ素子が、複数のサブアレー60A〜60Mとしてグループ化されている。図9は、この発明の実施の形態6によるレーダ装置を示すブロック図である。図9において、複数のサブアレー60A〜60Mは、それぞれ複数のアンテナ素子61と、複数の移相器62と、合成器63とを有している。
In the radar apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, the plurality of antenna elements of the
次に、実施の形態6のレーダ装置の動作について説明する。ここでは、送信周波数fnでパルス送受信を行う場合について説明する。アレーアンテナ40で送信した周波数fnの送信パルスは、目標から反射し同じくアレーアンテナ40に入射して受信信号xm,n(n=1,2,・・・,N)となる。なお、アレー素子数をMとし、サブアレー数をMSとし、サブアレー内の素子数をMMとする。
Next, the operation of the radar apparatus according to the sixth embodiment will be described. Here, the case of performing pulse transmission and reception at the transmission frequency f n. The transmission pulse having the frequency f n transmitted from the
移相器62では、送信方向と同じ方向に受信ビームを指向するためのビームステアリング操作を行う。ここで、ステアリングベクトルをB(θ)とすると、合成器63では、サブアレー60の出力信号として次の式(15)に示すYm,n(m=1,2,・・・,MS)が得られる。
ここで、アレーアンテナ40がリニアアレーの場合を例とすると、ステアリングベクトルB(θ)は、次の式(16)で表すことができる。
実施の形態6の受信機は、アレーアンテナ40の受信信号、即ち式(16)で示したサブアレー60の出力信号Ym,nを、その出力信号に対応するパルス信号の送信周波数毎、及びサブアレー60毎に、受信処理信号に変換する。そして、MTI処理後の受信処理信号を周波数選択手段46の入力信号とすることによって、以降の動作については、実施の形態5のレーダ装置と同様とすることができる。
The receiver according to the sixth embodiment uses the reception signal of the
上記のような実施の形態6のレーダ装置によれば、複数のアンテナ素子61が、それぞれサブアレーとしてグループ化されている。この構成により、アンテナ素子数が増加した場合であっても、サブアレー単位(グループ単位)で演算処理が可能となることにより、演算量の増加を抑えることができる。これとともに、実施の形態5(実施の形態3,4)と同様の効果を得ることができる。
According to the radar apparatus of the sixth embodiment as described above, the plurality of
なお、実施の形態6では、レーダ装置にPDF50が用いられていたが、実施の形態4のレーダ装置のように、PDF50を省略してもよい。
In the sixth embodiment, the
1 アンテナ、3 送信機、4,46 周波数切換手段、5,43A〜43M 受信機、7,45A〜45M MTI処理手段(クラッタ除去手段)、8 周波数選択手段、9,48 目標距離計測手段、20 周波数最大比合成手段、40 アレーアンテナ、41A〜41M,61 アンテナ素子、47 空間・周波数最大比合成手段、60A〜60M サブアレー。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
それぞれ異なる送信周波数の複数の前記パルス信号を生成し、その生成した前記複数のパルス信号を時分割で前記アンテナに入力する送信信号処理手段と、
前記アンテナの前記受信信号を、その受信信号に対応する前記パルス信号の送信周波数毎に内部処理用の受信処理信号に変換し、複数の受信処理信号とする受信信号処理手段と、
前記受信信号処理手段からの前記複数の受信処理信号のそれぞれに対して、静止物体からの反射波に起因するクラッタ成分を、移動目標を検出するために除去するクラッタ除去手段と、
前記クラッタ除去手段によるクラッタ成分除去後の前記複数の受信処理信号に、距離測定の目標を示す目標信号が含まれているか否かについて判別し、前記複数の受信処理信号のうち前記目標信号が含まれている前記受信処理信号を計測対象信号として選択する周波数選択手段と、
前記周波数選択手段からの計測対象信号に基づいて、前記目標までの距離を計測する目標距離計測手段と
を備え、
前記周波数選択手段は、前記複数の受信処理信号のうち前記目標信号が含まれている前記受信処理信号が複数であることを確認した場合には、前記目標信号が含まれている前記複数の受信処理信号のそれぞれを前記計測対象信号として選択し、
前記周波数選択手段からの前記計測対象信号を、前記複数のパルス信号の送受信が全て完了するまで保持し、前記計測対象信号が複数である場合に、それらの複数の前記計測対象信号を列方向に並べて得られる行列に関する相関行列を算出し、その算出した前記相関行列の最大固有値に対応する固有ベクトルを算出して、前記複数の計測対象信号を最大信号対雑音比で合成する周波数最大比合成手段
をさらに備え、
前記目標距離計測手段は、前記周波数選択手段からの計測対象信号に代えて、前記周波数最大比合成手段によって合成された前記複数の計測対象信号に基づいて、前記目標までの距離を計測する
ことを特徴とするレーダ装置。 An antenna that receives an input pulse signal as a transmission signal to an external space and receives a reflected wave from the external space of the transmission signal as a reception signal;
Transmission signal processing means for generating a plurality of pulse signals of different transmission frequencies, and inputting the generated pulse signals to the antenna in a time-sharing manner;
A reception signal processing means for converting the reception signal of the antenna into a reception processing signal for internal processing for each transmission frequency of the pulse signal corresponding to the reception signal, and obtaining a plurality of reception processing signals;
Clutter removal means for removing a clutter component caused by a reflected wave from a stationary object for each of the plurality of reception processing signals from the reception signal processing means in order to detect a moving target;
It is determined whether or not the plurality of reception processing signals after the clutter component removal by the clutter removal means includes a target signal indicating a target of distance measurement, and the target signal is included among the plurality of reception processing signals. Frequency selection means for selecting the received processed signal as a measurement target signal;
A target distance measuring means for measuring a distance to the target based on a measurement target signal from the frequency selecting means,
When the frequency selection means confirms that there are a plurality of reception processing signals that include the target signal among the plurality of reception processing signals, the plurality of receptions that include the target signal. Select each of the processed signals as the measurement target signal,
The measurement target signal from the frequency selection unit is held until transmission / reception of the plurality of pulse signals is completed, and when there are a plurality of measurement target signals, the plurality of measurement target signals are arranged in a column direction. A frequency maximum ratio combining unit that calculates a correlation matrix for the matrix obtained by arranging, calculates an eigenvector corresponding to the calculated maximum eigenvalue of the correlation matrix, and combines the plurality of measurement target signals with a maximum signal-to-noise ratio; In addition,
The target distance measuring unit measures a distance to the target based on the plurality of measurement target signals synthesized by the frequency maximum ratio synthesis unit instead of the measurement target signal from the frequency selection unit. A characteristic radar device.
をさらに備え、
前記周波数選択手段は、前記周波数成分分離手段によって周波数成分が分離された前記複数の受信処理信号のそれぞれに、前記目標信号が含まれているか否かについて判別し、前記複数の受信処理信号のうち前記目標信号が含まれている前記受信処理信号を前記計測対象信号として選択する
ことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。 For each of the plurality of reception processing signals after the clutter component removal by the clutter removal means, a frequency component is calculated by performing discrete Fourier transform, and the calculated frequency component is separated from each of the plurality of reception processing signals A component separation means,
The frequency selection unit determines whether the target signal is included in each of the plurality of reception processing signals whose frequency components have been separated by the frequency component separation unit, and among the plurality of reception processing signals The radar apparatus according to claim 1, wherein the reception processing signal including the target signal is selected as the measurement target signal.
前記周波数最大比合成手段は、前記複数の計測対象信号を最大信号対雑音比でかつ空間的に合成する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーダ装置。 The antenna is an array antenna composed of a plurality of antenna elements,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the maximum frequency ratio combining unit spatially combines the plurality of measurement target signals with a maximum signal-to-noise ratio.
前記受信信号処理手段は、前記アレーアンテナの前記受信信号を、その受信信号に対応する前記パルス信号の送信周波数毎、及び前記サブアレー毎に、前記受信処理信号に変換する
ことを特徴とする請求項3記載のレーダ装置。 The plurality of antenna elements are each grouped as a plurality of subarrays,
The reception signal processing means converts the reception signal of the array antenna into the reception processing signal for each transmission frequency of the pulse signal corresponding to the reception signal and for each sub-array. 3. The radar device according to 3.
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