JP5711465B2 - ステップ周波数技術によるアンビギュアスピークを抑圧するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステップ周波数技術によるアンビギュアスピークを抑圧するためのシステム及び方法に関する。

パルスレーダシステムでは、単一又は一式のパルス信号がアンテナから所定の方向へ放射される。レーダビームに照射された経路はレンジプロフィールと称され、これはアンテナの特性によって決定される。無線周波数（ＲＦ）エネルギのパルスが送信機そしてアンテナから放射されると、送信に対するレンジプロフィール入射にある物標は、送信エネルギの一部をレーダ方向に後方散乱し、そして受信機は反射したエコー信号を検出する。それからレーダ処理システムは、複数のレンジビンから成るレンジプロフィールの推定を決定する。伝統的には、パルス系において、レーダ信号の送信と受信間の時間遅延が物標に対してのレンジ決定し、放射されたパルスの長さがレンジ分解能を決定する。レンジはレーダシステムからの距離に相当し、レンジ分解能はレンジにおける物標間を識別する能力に相当する。

放射されるレーダ信号波形は、減少、感度、精度、分解能を改善しつつ、送信電力を減少する努力のためにますます複雑になっている。ひとつの方法は、周波数変調波形又はパルス圧縮波形と称され、可変周波数によって画定される単一パルスを放射し、受信機で整合されたパルス圧縮フィルタと組み合わせにおいて、レンジ分解能を適度に高く、送信電力は低く維持しながらより長いパルスの放射を許容することにより信号対雑音比（ＳＮＲ）を著しく改善するであろう。他の改良は、パルス列と称される、一連の単一周波数サブを、比較的長い所定期間に渡って放射するものである。これらのサブパルスからのエコーもまた組み合わせられることでＳＮＲを改善させることができる。しかしながら、パルス列内のサブパルスの中心周波数がインテリジェントにステップされると、エコーが組み合わせられてレーダの有効帯域幅を増大し、その結果として増加したレンジ分解能になる。後者は、ステップ周波数波形あるいはステップ周波数パルス列として参照されている。さらに他の改善は、可変周波数及び比較的長い所定期間にわたるステップ中心周波数によって規定される一連のパルスを放射することによって、ステップ周波数及びパルス圧縮方法を組み合わせるものであり、これはパルス圧縮ステップ周波数パルス列またはパルス圧縮ステップ周波数波形として参照されている。

残念ながら任意のパルス圧縮方法では、検出感度及びレンジ分解能は改善するが、不所望のアーティファクトが推定されるレンジプロフィールに追加される。これらのアーティファクトは、推定レンジプロフィールにおいて真の物標のアップレンジ及びダウンレンジにエコーとして出現するので、通常はレンジサイドローブとして参照されている。ステップ周波数に関しては、レンジサイドローブはアンビギュアスピークと称され、従来のステップ周波数パルス列及び処理方法が採用される場合は、少数のアンビギュアスピークが通常は生じる結果となる。パルス圧縮ステップ周波数パルス列が用いられる場合、パルス圧縮及びステップ周波数のレンジサイドローブであるアーティファクトが組み合わされ、その結果として、非圧縮のパルス長と同じ距離に対して、アップレンジ及びダウンレンジにわたり多くのアンビギュアスピークが生成される。このため、レーダディスプレイにクラッターが生じ、とりわけレンジプロフィールの複雑さが増加するので、実際の物標からのエコーと信号処理のアーティファクトとの区別が困難になる。そこで、アンビギュアスピークを最小化することが望ましい。

ステップ周波数方法を用いて決定された推定レンジプロフィールに導入されたアーティファクトを補償するシステム及び方法が開示される。例示的な一実施形態では、レーダシステム設計の知識を用いて、位置を識別し、電力レベルを予測し、そして推定レンジプロフィールにおけるステップ周波数レンジサイドローブ（アンビギュアスピーク）の寄与を抑圧して、より鮮明且つより正確なレーダ表示にする。アーティファクトを補償するシステム及び方法は、パルス圧縮ステップ周波数波形を含む、任意のステップ周波数波形から生じるアンビギュアスピークを抑制する。

ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システムの一実施形態のブロック図である。 レーダシステムから送信されたステップ周波数パルス列の概念プロットである。 レーダシステムから送信されたパルス圧縮ステップ周波数パルス列の概念プロットである。 個々のパルス列サブパルスの狭帯域スペクトル及び、推定レンジプロフィールの結合された広帯域スペクトルに関する、周波数領域概念プロットである。 個々のパルス列サブパルスの狭帯域スペクトル及び、推定レンジプロフィールの結合された広帯域スペクトルに関する、時間領域概念プロットである。 レンジの関数として信号強度がプロットされた、実際のレーダエコーから収集された推定レンジプロフィールの極一部を示す。 レンジドメインにおいて補償レンジプロフィール推定が重ねられた、非補償レンジプロフィール推定のプロットである。

図１は、装置（図示されていない）の電子システム１０２で実現される、ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の一実施形態のブロック図である。電子システム１０２は、処理システム１０４、ＲＦトランシーバシステム１０６、表示システム１０８及びメモリ１１０を含む。トランシーバシステム１０６は、レーダエコーを測定するよう動作可能な受信機１１８、レーダ信号を放射するよう動作可能な送信機１２０及びアンテナ１２２を含む。表示システム１０８は、ディスプレイ１２４を含む。電子システム１０２には、本明細書に図示又は記述されていない多数の別の構成要素及び／又はシステムが含まれてもよい。

例示的な一実施形態における上記構成要素は、通信バス１３２を介して互いに接続され通信可能に構成される。電子システム１０２の代替的な実施形態では、上記構成要素は別の方法で互いに接続され通信可能に構成されてもよい。例えば、１又は複数の上記構成要素は処理システム１０４に直接接続されてもよい、または中間構成要素（図示されていない）を介して処理システム１０４と接続されてもよい。

送信機１２０等の信号源は、アンテナ１２２によって方向付けられた複数のステップ周波数サブパルスから成るパルス列を放射する。例示的な一実施形態は、レーダパルスを放射しレーダエコーを受信するトランシーバシステム１０６である。トランシーバシステム１０６は、トランシーバシステム１０６を備えている装置から比較的離れた物標を検出するよう動作可能なレーダシステムであるが、それに限定されずに任意の適切なレーダシステムでも良い。レーダエコーとは、放射されたレーダパルスが入射した物標からの反射エネルギである。

アンテナ１２２はレーダ信号を関心方向へ指向するので、トランシーバシステム１０６は装置付近の関心領域にある物標を検出することができる。ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の実施形態は、移動式又は固定式の装置を含む多様なレーダのタイプ及び／又はアプリケーションで実現される。

ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の例示的な一実施形態は、複数の協働するモジュールを備えている。モジュールは、エコー信号処理モジュール１１６、ディスプレイ処理モジュール１１４及びアンビギュアスピークフィルタリングモジュール１１２として示される。モジュール１１２、１１４及び１１６は処理システム１０４内に存在する。別の実施形態では、モジュール１１２、１１４、１１６は共に共通モジュールとして実現されたり、別のモジュールに統合されたり、又は別のシステム（図示されていない）に存在してもよい。さらに、ソフトウェアモジュールとして実現される実施形態に加えて、ファームウェアとして、ハードウェアとして、あるいはその組み合わせで実施形態が実現されてもよい。

レーダエコー情報は、信号強度、及び設置ビークルからの距離に基づいて部分的には分析される。すなわち、レーダエコー情報は、距離の関数として数値（信号強度）に解析される。設置ビークルからの距離を基に解析されたレーダエコーは、メモリ１１０内に存在する各々のサブパルスレンジビンアレイ１３０の対応するレンジビンに記憶される。非補償レンジプロフィール推定１２６及び補償レンジプロフィール推定１２８もまた、メモリ１１０に存在するレンジに関してインデックスされるアレイである。非補償レンジプロフィール推定１２６は、ステップ周波数処理後の推定されるレンジプロフィールを記憶するために用いられる。補償レンジプロフィール推定１２８は、ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システムでステップ周波数アンビギュアスピーク補償システムの中間結果及び最終結果を記憶する間、反復的に使用される。アレイ１２６、１２８及び１３０には、任意の適宜の形式が用いられる。代替的な実施形態では、アレイ１２６、１２８及び１３０は別の記憶媒体に存在する。

図２は、トランシーバシステム１０６（図１）から送信されたステップ周波数パルス列又は波形２０２の概念プロットである。本明細書では、例示的なパルス列は比較的短い持続時間中に放射された５つのサブパルス２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を含む（スケールされていない）。例示的な一実施形態では、パルス持続時間は０．５マイクロ（μ）秒であり、パルス間隔は、１５０マイクロ（μ）秒である。（しかし、別の実施形態では任意の適宜のパルス持続時間及びサブパルスの間隔が用いられてよい）。さらにサブパルスは、７または１３等任意の数の固定サブパルス又は可変サブパルスが用いられる。

各サブパルス２０４、２０６、２０８、２１０、２１２は事実上等しい信号強度を有している。また、各サブパルス２０４、２０６、２０８、２１０、２１２はパルス時に一定周波数を有している。ステップ周波数パルス列すなわちサブパルスのウィンドウ生成は、レンジサイドローブのレベルを向上するために多数の異なる方法で実行されてよい。

しかし、各サブパルス２０４、２０６、２０８、２１０、２１２の中心周波数は異なっている。本明細書の例示的なステップ周波数出力波形２０２では、隣接するパルスは所定量(△ｆ)で増加する。ただし、サブパルス間の周波数ステップは均一である必要はない。すなわち、第１パルス２０４は最初の所定周波数であるｆ0を有し、第２パルス２０６は所定の周波数である(ｆ0+△ｆ)を有する等となる。このようにして、第５パルス２１２は所定の周波数である(ｆ0+4△ｆ)を有することになる。ただし、パルス列において順序周波数ステッピングが実行されることは、所与のパルス列に関して必ずしも増加し、減少しあるいは単調に変更するものではなく、またパルス列間で必ずしも同じではない。

図３は、トランシーバシステム１０６（図１）から送信されたパルス圧縮ステップ周波数パルス列３０２の概念プロットである。５つのサブパルス３０４、３０６、３０８、３１０、３１２は比較的短い持続時間中に放射された。例示的な一実施形態では、パルス持続時間は１．０マイクロ（μ）秒であり、パルス間隔は、１５０マイクロ（μ）秒である。（しかし、別の実施形態では任意の適宜のパルス持続時間、サブパルスの間隔及びサブパルス数が用いられてよい。）各サブパルス３０４、３０６、３０８、３１０、３１２は事実上等しい信号強度を有している。但し、ステップ周波数パルス列すなわちサブパルスのウィンドウ生成は、レンジサイドローブのレベルを向上するために多数の異なる方法で実行されてよい。

図２の波形２０２と対照的に、サブパルス３０４、３０６、３０８、３１０、３１２の各々は変調周波数成分を有している。例示的な本実施形態では、周波数変調は、非線形に増加するチャープとして特徴付けられている。一連の圧縮周波数サブパルスはそれぞれさらに、隣接する各パルスの中心周波数が所定量（△ｆ）だけ増加する特性を有する、増加した中心周波数を有するものとして特徴付けられている。ただし、ステップは一定である必要はない。すなわち、第１パルス３０４は最初の所定の中心周波数であるｆ₀を有する。第２パルス３０６は所定の中心周波数である(ｆ₀+△ｆ)、となる。このようにして、第５パルス３１２は所定の中心周波数である(ｆ₀+４△ｆ)を有することになる。別の実施形態では、個々のサブパルス３０４、３０６、３０８、３１０、３１２の周波数変調及びサブパルス中心周波数の周波数ステッピングは任意の適宜の方法で実行される。
図４は推定レンジプロフィール４０２の周波数領域概念プロットである。例えば、送信機１２０から放射された所与のステップ周波数サブパルスに関して、レンジプロフィールにある物標が入射ＲＦエネルギを反射して送受信機１０６に戻すと、受信機１１８がそれを検出し、各エコーは送信からの時間遅延（つまり送受信機１０６の設備からの距離）と関連付けられ、メモリ１１０の適切なサブパルスレンジビンアレイ１３０に記憶される。処理システム１０４に含まれている信号エコー処理モジュール１１６は、検出されたレーダエコーを解析し、レーダエコーの周波数領域を決定する。次いで、信号エコー処理モジュール１１６が、メモリ１１０に記憶されている適切な受信フィルタをサブパルスのスペクトルに適用し、結果として得られる狭帯域の周波数領域の推定レンジプロフィールがメモリ１１０のアレイとして記憶される。そしてこのプロセスが各サブパルスで繰り返される。次に、信号エコー処理モジュール１１６はスペクトル４０４、４０６、４０８、４１０及び４１２を適切に組み合わせ、その結果として推定レンジプロフィール４０２の広帯域の周波数領域が得られる。

推定レンジプロフィール４０２の例示的な広帯域周波数領域表示は、５つの送信サブパルス（図２のステップ周波数出力波形２０２の送信サブパルス２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、又は図３のパルス圧縮ステップ周波数波形３０２のサブパルス３０４、３０６、３０８、３１０、３１２）から求められる、５つの狭帯域の周波数領域の推定レンジプロフィール４０４、４０６、４０８、４１０、４１２を組み合わせたものである。例えば、狭帯域の周波数領域の推定レンジプロフィール４０４は、送信サブパルス２０４又は３０４から処理されたエコーに対応する。狭帯域の周波数領域の推定レンジプロフィール４０４、４０６、４０８、４１０、４１２の各々における中心周波数は、各自の放射サブパルスの中心周波数に対応する。図４で示される例示的な周波数領域プロット４０２では、ステップ周波数波形を用いた結果として、所与の個々のサブパルスの帯域幅と比べて帯域幅が著しく増大しており、これによって、有効なシステム帯域幅をトランシーバシステム１０６が瞬時に提供するものより増大できる。

図５は、非補償レンジプロフィール推定５０２の時間領域の概念プロットであり、レンジを関数としてレーダエコーの信号強度を示している。例えば、ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の実施形態で、トランシーバシステム１０６よって検出された非補償レンジプロフィール推定におけるレーダエコーが解析されている場合、レンジは、レーダトランシーバシステム１０６からの距離に対応する。比較的強度の高いエコー信号５０４がレンジ５０６で発生している。強度の高いエコー信号５０４が物標からの反射の結果である場合、レンジ５０６はトランシーバシステム１０６の装置から物標までの距離（Ｄ）と対応する。

しかし、非補償レンジプロフィール推定５０２には複数の別の信号５０８が出現している。信号５０８の発生は、別の物標がレーダエコーをアンテナ１２２に反射していることに起因するか、あるいは信号処理によって導入されたアンビギュイティに起因する。信号５０８が真の物標に対応していない場合、信号５０８が信号エコー５０４よりも比較的強度が弱くても、このような信号５０８によって表示システム１０８は不必要に乱れた画像をディスプレイ１２４に表示することになる。したがって、電子システム１０２が物標からの真のレーダエコーであるか、それとも信号処理のアンビギュイティによって生じた信号であるかを区別することが重要である。

上述のように、信号５０８のいくつかは、ステップ周波数波形が処理される時に、信号処理のアンビギュイティによって生じる。このような信号５０８は、ステップ周波数アンビギュアスピークと称される。同様のアンビギュイティはパルス圧縮技術が用いられる場合にも発生する。

パルス圧縮レンジサイドローブ及びステップ周波数レンジアンビギュアスピークの違いは識別が難しいが、それは減衰、フィルタ処理、もしくは除去がなされていない場合、両方ともレーダディスプレイ１２４には真のレーダエコーのレンジの前後にアーティファクトとして出現するためである。しかしながら、パルス圧縮レンジサイドローブ及びステップ周波数レンジサイドローブは、異なるタイプの処理による残留であるため、両者が有する特性は異なる。

パルス圧縮レンジサイドローブは、受信したレーダエコー及びパルス圧縮受信フィルタのたたみこみ（受信フィルタによって実行される演算）の双積である。このようなレンジサイドローブは、ターゲットのいずれのサイドでもひとつの非圧縮パルス長を伸長し、サイドローブレベルは波形及びフィルタの構成時で行われたトレードオフに起因する。

ステップ周波数レンジサイドローブは、個々のサブパルスの周波数領域スペクトルを完全には再結合できないため、広帯域の推定レンジプロフィールを正確に表現できないことから生じる。これらのレンジサイドローブは、狭帯域レンジのピークとして、ターゲットのいずれのサイドにも出現する。

パルス圧縮方法及びステップ周波数方法が併用された場合、アンビギュアスピークはパルス圧縮されたサブパルスのアンビギュイティ関数の平均包絡線において生じるので、｛ほうらくせん｝より多数かつ顕著になることが多い−つまり、アンビギュアスピークを抑圧する必要性が増大する。

ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の実施形態は、位置（レンジ）を求め、そしてステップ周波数処理及び／又はパルス圧縮ステップ周波数処理により、どんな所与の焦点レンジビンからの非補償レンジプロフィール推定に寄与するアンビギュアスピークの電力レベル（信号強度）をも予測するものである。したがって、ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の実施形態は、不所望のアンビギュアスピークから関連するデータを補償（減衰、フィルタ処理、あるいは別な方法の除去）することで、物標からの真のレーダエコーが識別され、且つ設備からのレンジがより高い精度及び信頼度で求められる。

以下に記載の式（１）はアンビギュアスピーク間の距離を決定するものである。本明細書では、アンビギュアスピーク間のレンジ（△Ｒ）はレンジビンを単位にして求められるが、任意の適宜の測定基準（時間やメートル等）を用いてもよい。

等式（１） （△Ｒ＝（光速／２）／△ｆ／（レンジビン毎のメートル）
光速は、約３００ｅ６メートル／秒である。ヘルツで表される周波数ステップ（△ｆ）は送信パルス列の構成時に選択される。レンジビン毎のメートルは、システムの有効帯域幅による。

焦点レンジビンＲ_iが処理される際に、関連するアンビギュアスピークの位置が式（２）で求められる。
式（２） ＡＰx＝Ｒi±ｘ△Ｒ
式（２）において、i=０…最大レンジビン、ｘ＝１…抑圧するアンビギュアスピークの数、である。

アンビギュアスピークの信号強度は、レーダエコーを受信するために用いられる整合フィルタの設計及び／又は選択、並びに選択された特定の周波数ステップ方法（増加、減少、非順序周波数ステップ、又は任意の別の適切な方法）に基づいて予測される。

レーダシステムによっては、アンビギュアスピークは、レーダシステムの送信機及び受信機における非補償の位相及び増幅エラーによって、悪化してしまう場合がある。（すなわち、アンビギュアスピークの電力レベルの予測がより困難になる）したがって、ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の実施形態には、トランシーバシステム１０６（図１）の送信機１２０及び受信回路で生じる時間的に変化する天気の影響及び信号変形を、補償できるシステムが大いに有効である。

レーダエコーが解析される際に、各レンジ（レンジビンに対応する）に関する信号強度（単位はデシベルdB等）が求められる。次いで、信号強度情報が、メモリ１１０（図１）内に存在する適切なサブパルスレンジビンアレイ１３０の適切なレンジビンに保存される。推定レンジプロフィールを決定するために、ステップ周波数パルス列の各サブパルスは、別個に送受信される。例えば、第１サブパルスが送信されると、受信機が作動してエコーの収集を開始し、サブパルスがトランシーバ設備から関心の最大レンジまでを往復するのに十分な時間が終了するまで（パルス列のパルス間隔時間）収集を続け、この結果レンジビンアレイを満たす。そして該プロセスはパルス列の各サブパルスで繰り返され、各サイクルが追加的なサブパルスレンジビンアレイ１３０を満たしていく。すると信号処理モジュール１１６が使用されて、高速フーリエ変換でサブパルスレンジビンアレイが周波数領域に移行され、且つ適切な受信フィルタが各サブパルスのスペクトルに別々に適用される。次いで、信号処理モジュール１１６は各サブパルスからのスペクトルをインテリジェントに組み合わせて、４０２等の非補償広帯域スペクトルにする。次に信号処理モジュール１１６は、逆高速フーリエ変換（iFFT）を実行して、結果として６０２等の非補償レンジプロフィール推定が生成される。処理のまさにこの時点で、アンビギュアスピークフィルタリングモジュール１１２によってステップ周波数アンビギュアスピークの補償が適用される。ただし、クロスレンジ処理が実行される場合は、その後の方がアルゴリズムはより効果的に適用される。

上記のように、アンビギュアスピークの位置及び強度は、各レンジビンにおいて予測可能である。ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の実施形態では、各レンジビンに関して、現在の焦点レンジビン（Ri）における電力がわかれば、ステップ周波数処理後の非補償レンジプロフィール推定に寄与するアンビギュアスピークの予想電力を推定できる。次いで、推定信号強度が、予測アンビギュアスピーク位置に相当する位置を有するレンジビンにおける補償レンジプロフィール推定から差し引かれる。本プロセスは非補償レンジプロフィール推定アレイ１２６内の各レンジビンに対して繰り返される。各レンジビンに関して、予測アンビギュアスピークの推定信号強度が差し引かれるため、累積的な効果として、レーダエコー処理から結果として生じるアーティファクトを減衰、フィルタ処理、あるいは他の方法により除去することになる。

この方法の擬似コードが以下に示されるが、しかしながら、このアルゴリズムは、所与の焦点レンジビンにおけるエコーによって破損されたレンジビンの全てを補償することによってよりも、むしろ所与のレンジビンの電力レベルに寄与するアンビギュアスピークの全てを決定することによって、適用されることが望ましい。

ここで、uncompensated Profile＝真の物標からの両レーダエコー及び不所望なアンビギュアスピークを含む推定全レンジプロフィールに関する、dB単位の電力値のアレイ；uncompensatedProfile(i)＝現焦点レンジビンＲ_iにおける電力；compensatedProfile＝真の物標からのレーダエコーを含む推定全レンジプロフィールに関する、dB単位の電力値のアレイ（アンビギュアスピークは抑圧されている）；AP＝現焦点レンジビンに関連するアンビギュアスピーク位置のレンジビンインデックス；△Ｒ＝レンジビンを単位とするアンビギュアスピーク間のレンジ（式１を参照）；eAmbigPeak＝dB単位のアンビギュアスピークの予想電力−既知のシステムの受信フィルタに基づく；powCorrupt＝アンビギュアスピークの推定電力、である。

例えば、パルス圧縮ステップ周波数パルス列を用いるシステムは、、ピークより30 dB下、すなわちeAmbigPeak＝30 dBである一定のレンジサイドローブレベルを発生させる整合されたパルス圧縮フィルタを実装する場合もある。非補償レンジプロフィール推定６０２（図６）を処理する場合、レンジビン１を焦点レンジビンとして、uncompensatedProfile(1)＝32 dB、またeAmbigPeak＝30 dBとすると、powCorrupt＝32 dB−30 dB＝2 dBとなる。△Ｒ=14とすると、焦点レンジビン１に関するアンビギュアスピークの位置がレンジビン１５、２９、４３及び５７であることが求められる。焦点レンジビン１のアンビギュアスピークの寄与をレンジプロフィールから除去するために、レンジビン１５、２９、４３及び５７（加えてこれらのいずれかの側に隣接するひとつのレンジビン）における電力レベルは全て2 dBだけ減少される。同様にして、レンジビン２８が焦点レンジビンである場合、uncompensatedProfile(28)＝72 dB、eAmbigPeak＝30 dBとすると、powCorrupt＝72 dB−30 dB＝42 dBとなる。焦点レンジビン２８のアンビギュアスピークの寄与をレンジプロフィールから除去するために、レンジビン１４、４２、５６、７０及び８４（加えてこれらのいずれかの側に隣接するひとつのレンジビン）における電力レベルは全て42 dBだけ減少される。

図６はプロトタイプシステムによって実際のレーダエコーから収集された、非補償レンジプロフィール推定６０２のごく一部を示している。レンジはレンジビンナンバーの関数として図示されている。すなわち、レンジは第１レンジビンから第１００レンジビンまで延びている。これらのレンジビンが表す物理領域は、ステップ周波数処理後のレーダの有効帯域及び設計者によって選択されたサブパルスの分離間隔に依存する。このプロットは信号強度によってデシベル(dB)単位で、レンジの関数として表示されている。図示されている推定レンジプロフィール６０２の一部は、複数の識別可能なピーク６０４、６０６、６０８、６１０、６１２、６１４、６１６を有している。ステップ周波数アンビギュアスピーク補償方法の適用前は、どのピークが真の物標からの反射の結果であり、どのピークがステップ周波数方法の結果として生じたアーティファクトであるかが不明確である。しかしながら、本例では、真のレンジプロフィールはレンジビン２８と関連するエコーを反射している浮漂を有すること知られている。真実のプロフィールには他に真のターゲットは存在していない。

図７は、レンジプロフィール７０２と同様に推定レンジプロフィール６０２の同じ部分を示している。推定レンジプロフィール７０２は、アンビギュアスピーク補償アルゴリズムが適用された後に結果として、真のレンジプロフィールの実質的に改善された推定である。ここで、最終的なレーダ画像をさらに向上させるために、追加的な閾値が適用されてもよいが、弱いターゲットがクリッピングしないように注意が必要である。例えば、22 dB以下の任意の信号強度はノイズ（真の物標からのレーダエコーではなく）によるものと仮定できる。22 dB以下の信号強度を有するレンジビンの全てがナルにされると、レンジビン２８に中心のあるピーク６０４のみが残される。本例では、例示のために比較的簡単なレンジプロフィールが提供されているが、アルゴリズムは複雑な状況においても同様に良く機能する。

ステップ周波数アンビギュアスピーク補償が適用された後、ディスプレイ処理モジュール１１４は、補償レンジプロフィール推定アレイ１２８から情報を検索し、且つそれからレーダ画像を構成する。それからレーダ画像は表示システム１０８に通信され、設備付近の「物標」の画像がディスプレイ１２４に提供される。ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の実施形態は、ステップ周波数方法に起因するアンビギュアスピークを抑圧するので、ディスプレイ上のレーダ画像は、レーダエコーを反射した真の物標の位置を示す。すなわち、存在すればレーダ画像にクラッターを生じるアーティファクト（ステップ周波数に関連する）は表示されない。

補償レンジプロフィール７０２を生成したプロトタイプのステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００では、予測されるアンビギュアスピークのレンジビンのいずれかの側に隣接するひとつのレンジビンが補償された（擬似コード：number adjacent bins=1 or FOR a = -1,0,1）。これは実際のレーダデータにおけるアルゴリズムの経験的テストに基づいて選択された。アンビギュアスピークだけに寄与を受ける電力レベルを有するレンジビンに隣接するレンジビンの数は、本発明の精神から逸脱せずに調整することが可能である。別の実施形態では、アンビギュアスピークだけに寄与を受ける電力を有すると決定されたレンジビンに隣接するレンジビン上で補償は実行されない。別の実施形態では、補償のために用いられるレンジビン幅は、所定の数のレンジビンである。例えば、各予測アンビギュアスピークに対して５つのレンジビン（予測アンビギュアスピークの中心点と関連するひとつのレンジビン、及びそのいずれかの側に隣接する２つのレンジビン）が補償されるが、これに限定するものではない。さらに別の実施形態では、補償される隣接レンジビンの数及び／又はアンビギュアスピークの予測されるレベルは、ユーザ調整やシステム性能の自律測定基準に基づいて、ダイナミックに調整される。

位置が求められ且つ信号強度が予測されるアンビギュアスピークの数は、多様な方法で求められる。いくつかの実施形態では、レンジビン毎の補償されるアンビギュアスピークの数が予め決められている。別の実施形態では、レンジビン毎のアンビギュアスピークの数は、ランタイム中に求められる。例示的な一実施形態では、所与の焦点レンジビンのエコーに関して補償されるアンビギュアスピークの数は、その焦点レンジビンの電力レベルに基づいている。

別の実施形態では、焦点レンジビンで検出されたドップラが用いられて、焦点ビンと関連する所与のアンビギュアスピークの予測電力を調整し、且つアンビギュアスピークに寄与される電力を有する所与のレンジビンに関して、補償される隣接レンジビンの数を調整する。次に、これらのレンジビンに対して補償が実行される。このように、予測アンビギュアスピークの電力レベル及び幅における変化は無くすことができる。

ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の上記の実施形態では、補償プロセスを第１レンジビン（レンジビン１）から開始するものとして述べられている。処理された各焦点レンジビンにおけるエコーから予測されるアンビギュアスピークに関連する信号強度成分は、各レンジビンが連続して処理されるにつれて差し引かれる。最終レンジビン（レンジビン１００）が処理されると補償プロセスは完了する。別の実施形態では、異なる順序で処理されてもよい（例えば、レンジビン１００から開始してレンジビン１に向かって進行するが、これに限定するものではない）。さらに、ランタイム時に又は設計者によって論理的に決定された閾値を超える電力レベルを有するレンジビンに対してのみ、アルゴリズムが適用されてもよい。またさらに、上記アルゴリズムは、減少少された焦点レンジビンのサブセット（１ビンおきに）に対して適用することも可能であるが、性能が減少することが予想される。

ステップ周波数アンビギュアスピーク補償システム１００の実施形態は、複数のステップ周波数パルスを放射し、且つ物標からのレーダエコーを解析するレーダに関する。別の実施形態は、デバイスの有効帯域幅を増大するためにステップ周波数処理を使用する別のタイプのデバイスで実現されてもよい。これにはソナー（すなわち任意の音響映像デバイス）及びライダ（LIDAR）等のアクティブリモートセンシング技術も含まれるが、これに限定するものではない。そのような実施形態では、信号源は複数のステップ周波数パルスを放射するが、適宜に周波数圧縮が行われるか、または周波数成分が維持される限りは別の方法で処理される。なお、並行して作動する多数の狭帯域ハードウェアを使用して広帯域信号の推定を構築する、広帯域通信システムに適用することも可能である。

Claims (4)

1. 推定レンジプロフィールにおけるアンビギュアスピークを補償するための方法であって、
   信号源から放出されたステップ周波数パルス列であって、前記ステップ周波数パルス列は複数のサブパルスを含み、第１のサブパルスの第１の中心周波数は前記ステップ周波数パルス列における隣接する第２のサブパルスの第２の中心周波数からΔｆだけオフセットされており、前記放出されたステップ周波数パルス列に基づくステップ周波数処理を用いて非補償レンジプロフィール推定を決定するステップと、
   複数の焦点レンジビンの信号強度の各々に対して、前記非補償レンジプロフィール推定に含まれる複数のアンビギュアスピークの各アンビギュアスピークの予測電力レベルを決定するステップと、
   前記ステップ周波数パルス列の前記Δｆに基づいて前記アンビギュアスピークの予想レンジビン位置を決定するステップと、
   前記アンビギュアスピークの予測電力レベルおよび前記各レンジビンにおける電力レベルに基づいて前記アンビギュアスピークの推定電力を、所与のレンジビンに対して決定するステップと、
   前記非補償レンジプロフィール推定、前記アンビギュアスピークの予想レンジビン位置における前記アンビギュアスピークの前記推定電力に基づいて、前記非補償レンジプロフィール推定からアンビギュアスピークの寄与を抑制するために補償レンジプロフィール推定を生成するステップと、
   決定されたレンジビンに寄与される前記予測電力レベルが、各焦点レンジビンに対して調整されるように、前記補償レンジプロフィール推定を反復して更新するステップと、
   を含む方法。
2. 前記非補償レンジプロフィール推定における各焦点レンジビンと関連する複数のアンビギュアスピークを識別するステップと、
   前記非補償レンジプロフィール推定における現焦点レンジビンの電力と、前記焦点レンジビンからの各アンビギュアスピークの距離に基づいて、各アンビギュアスピークの電力レベルを予測するステップと、
   前記非補償レンジプロフィール推定における焦点レンジビンの位置から所与のアンビギュアスピークだけに寄与される電力レベルを有するビンの相対的位置を決定するステップと、前記現アンビギュアスピークの相対位置はステップ周波数パルス列の△ｆに基づいて決定され、
   前記補償レンジプロフィール推定から対応する前記レンジビンの信号強度を検索するステップと、
   前記検索されたレンジビン信号強度を前記予測されたアンビギュアスピークの電力レベルだけ減少するステップと、
   前記減少されたレンジビン信号強度を補償レンジプロフィール推定に戻して記憶するステップと、
   をさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 所与のアンビギュアスピークに関連する前記補償レンジプロフィール推定における複数の隣接レンジビンの相対的位置を決定するステップと、前記隣接レンジビンは前記所与のアンビギュアスピークの予想レンジビンに隣接して置かれ、
   前記補償レンジプロフィールにおける隣接するレンジビン信号に適用される補正の大きさを決定するステップと、
   隣接するレンジビンに対応する各複数のレンジビンに対してレンジビン信号強度を前記補償レンジプロフィール推定から検索するステップと、
   前記決定された補正の大きさだけ、前記現レンジビン信号強度を減少するステップと、
   前記減少された現レンジビン信号強度を、新しいレンジビン信号強度として、補償レンジプロフィール推定に記憶するステップと、
   をさらに含む、請求項１記載の方法。
4. メモリと処理システムを含む信号補償システムであって、
   前記メモリは、複数のレンジビンに複数のレンジビン信号強度を含む推定レンジプロフィールを記憶するように構成され、前記複数のレンジビン信号強度は信号源により放出され且つ物標から反射された信号から決定され、前記信号源により放出された信号は複数のサブパルスを含むステップ周波数パルス列を含み、第１のサブパルスの第１の中心周波数は前記ステップ周波数パルス列における隣接する第２のサブパルスの第２の中心周波数からΔｆだけオフセットされており、各レンジビンは前記信号源から唯一の距離に対応しており、
   前記処理システムは、
   前記推定レンジプロフィールに含まれる複数のアンビギュアスピークの各アンビギュアスピークの予測電力レベルを決定し、
   前記ステップ周波数パルス列の前記Δｆに基づいて前記アンビギュアスピークの予想レンジビン位置を決定し、
   前記アンビギュアスピークの予測電力レベルおよび前記各レンジビンにおける電力レベルに基づいて前記アンビギュアスピークの推定電力を、所与のレンジビンに対して決定し、
   前記記憶された推定レンジプロフィール、前記アンビギュアスピークの予想レンジビン位置における前記アンビギュアスピークの前記推定電力に基づいて、前記推定レンジプロフィールから前記アンビギュアスピークの寄与を抑制するために補償レンジプロフィール推定を生成し、
   決定されたレンジビンに寄与される予測電力レベルが、各焦点レンジビンに対して調整されるように、前記メモリに記憶されている前記推定レンジプロフィールを反復して更新する、ように構成されている、
   信号補償システム。

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