JP5980636B2 - Target detection device - Google Patents
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本発明は、信号対雑音比を向上させるレーダ装置又はソナー装置に関する。 The present invention relates to a radar device or a sonar device that improves a signal-to-noise ratio.
MIMO(Multiple−Input Multiple−Output)方式のレーダ装置又はソナー装置が知られている。MIMO方式は、送信機に複数のアンテナを配置し、受信機に複数のアンテナを配置し、各送受信データにより合成された仮想アレーのアンテナビームを高速に走査させるとともに、空間分解能を向上させる技術である。以下では、レーダ装置について説明するが、ソナー装置についても同様である。 A MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) type radar device or sonar device is known. The MIMO scheme is a technique in which a plurality of antennas are arranged in a transmitter, a plurality of antennas are arranged in a receiver, and an antenna beam of a virtual array synthesized by each transmission / reception data is scanned at a high speed and spatial resolution is improved. is there. Hereinafter, the radar apparatus will be described, but the same applies to the sonar apparatus.
送信機の各々のアンテナからのレーダ送信信号は、相互に干渉することがないように、相互に直交している必要がある。従来技術では、相互に直交する信号として、周波数をランダムに変化させた周波数ホッピング信号と、位相をランダムに変化させた位相変調信号と、が知られている。非特許文献1では、初期値に敏感でありカオス的に振る舞うマッピング関数を用いて、相互に直交する信号を生成している。
The radar transmission signals from each antenna of the transmitter need to be orthogonal to each other so as not to interfere with each other. In the prior art, as signals orthogonal to each other, a frequency hopping signal whose frequency is randomly changed and a phase modulation signal whose phase is randomly changed are known. In
従来技術及び非特許文献1では、MIMO方式の測定を行うため、相互に直交する信号を生成しているが、各スイープについてのスイープ積分処理や全周でのスキャンについてのスキャン相関処理を行うため、相互に直交する信号を生成するわけではない。
In the prior art and
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、相互に直交する信号を利用することにより、スイープ積分処理やスキャン相関処理の性能を向上させることを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to improve the performance of sweep integration processing and scan correlation processing by using signals orthogonal to each other.
上記目的を達成するために、物標検出の各スイープ毎に生成する擬似雑音符号が相互に直交するようにすることにより、スイープ積分処理の性能を向上させることとした。 In order to achieve the above object, the performance of the sweep integration process is improved by making the pseudo-noise codes generated for each sweep of target detection orthogonal to each other.
本発明は、物標検出の各スイープ毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる第1擬似雑音符号を生成する第1擬似雑音符号生成部と、物標検出の全周での単一スキャン期間は、線形帰還シフトレジスタの初期値を固定することにより、同一の第2擬似雑音符号を生成する第2擬似雑音符号生成部と、同一の周期を有する前記第1擬似雑音符号及び前記第2擬似雑音符号の排他的論理和を計算することにより、第3擬似雑音符号を生成する第3擬似雑音符号生成部と、前記第3擬似雑音符号を用いて変調した送信信号を送信する送信部と、送信信号の反射信号である受信信号を受信する受信部と、受信信号及びレーダの各スイープ毎の送信信号の相関をとることにより、マッチトフィルタ信号を生成するマッチトフィルタ処理部と、物標検出の複数のスイープについて、前記マッチトフィルタ信号の積分処理を実行するスイープ積分部と、を備えることを特徴とする物標検出装置である。 The present invention includes a first pseudo-noise code generation unit that generates a different first pseudo-noise code by changing an initial value of a linear feedback shift register for each sweep of target detection, and an entire circumference of target detection. In the single scan period, the initial value of the linear feedback shift register is fixed to fix the second pseudo noise code generation unit that generates the same second pseudo noise code, and the first pseudo noise having the same period. A third pseudo noise code generation unit that generates a third pseudo noise code by calculating an exclusive OR of the code and the second pseudo noise code; and a transmission signal modulated using the third pseudo noise code. A matched transmitter that generates a matched filter signal by correlating the received signal and the transmission signal for each sweep of the radar, and a receiving unit that receives a received signal that is a reflection signal of the transmitted signal. A filter processing unit, a plurality of sweeps of the target detection is a target detection device which is characterized in that it comprises a sweep integrator for performing integration processing of the matched filter signal.
この構成によれば、相互に直交する信号を利用することにより、物標検出の各スイープについて、スイープ積分処理の性能を向上させることができる。 According to this configuration, by using signals orthogonal to each other, the performance of the sweep integration process can be improved for each sweep of target detection.
上記目的を達成するために、物標検出の各スイープ毎に生成する擬似雑音符号が相互に直交するようにすることにより、スイープ積分処理の性能を向上させるとともに、物標検出の全周でのスキャン毎に生成する擬似雑音符号のセットが相互に異なるようにすることにより、スキャン相関処理の性能を向上させることとした。 In order to achieve the above object, by making the pseudo-noise codes generated for each sweep of target detection orthogonal to each other, the performance of the sweep integration process is improved, and at the entire circumference of the target detection. The performance of scan correlation processing is improved by making the sets of pseudo-noise codes generated for each scan different from each other.
本発明は、前記第2擬似雑音符号生成部は、物標検出の全周でのスキャン毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる前記第2擬似雑音符号を生成し、物標検出の複数のスキャンについて、前記スイープ積分部の積分結果の相関処理を実行するスキャン相関部、をさらに備えることを特徴とする物標検出装置である。 In the present invention, the second pseudo-noise code generation unit generates different second pseudo-noise codes by changing an initial value of a linear feedback shift register for each scan of the entire target detection. The target detection apparatus further includes a scan correlation unit that executes correlation processing of integration results of the sweep integration unit for a plurality of scans of target detection.
この構成によれば、相互に直交する信号を利用することにより、物標検出の各スイープについて、スイープ積分処理の性能を向上させるとともに、物標検出の全周でのスキャンについて、スキャン相関処理の性能を向上させることができる。 According to this configuration, by using signals orthogonal to each other, the performance of the sweep integration process is improved for each sweep of the target detection, and the scan correlation process is performed for the scan around the entire circumference of the target detection. Performance can be improved.
本発明は、複数の送信アンテナと、前記マッチトフィルタ信号をアレー合成することにより、アレー合成信号を生成するアレー合成処理部と、をさらに備え、前記送信部は、前記各送信アンテナについてレーダ送信信号が相互に直交するように、前記各送信アンテナについて相互に直交する擬似雑音信号を用いて変調を実行し、前記スイープ積分部は、物標検出の複数のスイープについて、前記アレー合成信号の積分処理を実行することを特徴とする物標検出装置である。 The present invention further includes a plurality of transmitting antennas and an array combining processing unit that generates an array combined signal by array combining the matched filter signals, and the transmitting unit performs radar transmission for each transmitting antenna. Modulation is performed using pseudo-noise signals orthogonal to each other for each of the transmission antennas so that the signals are orthogonal to each other, and the sweep integration unit integrates the array composite signal for a plurality of sweeps for target detection A target detection apparatus characterized by executing processing.
この構成によれば、本発明のレーダ装置を、MIMO方式やMISO(Multiple−Input Single−Output)方式に適用することができる。ここで、MISO方式は、送信機に複数のアンテナを配置し、受信機に単一のアンテナを配置し、各送受信データにより合成された仮想アレーのアンテナビームを高速に走査させるとともに、空間分解能を向上させる技術である。 According to this configuration, the radar apparatus of the present invention can be applied to a MIMO system or a MISO (Multiple-Input Single-Output) system. Here, in the MISO system, a plurality of antennas are arranged in the transmitter, a single antenna is arranged in the receiver, and the antenna beam of the virtual array synthesized by each transmission / reception data is scanned at a high speed and the spatial resolution is increased. It is a technology to improve.
本発明は、相互に直交する信号を利用することにより、スイープ積分処理やスキャン相関処理の性能を向上させることができる。 The present invention can improve the performance of sweep integration processing and scan correlation processing by using signals orthogonal to each other.
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
本発明のレーダ装置の構成を図1に示す。レーダ装置Rは、擬似雑音信号生成部1、レーダ送信部2、レーダ送信アンテナ3、レーダ受信アンテナ4、レーダ受信部5、マッチトフィルタ処理部6、アレー合成処理部7、スイープ積分部8及びスキャン相関部9から構成される。以下では、電磁波を利用するレーダ装置について説明するが、超音波を利用するソナー装置についても同様である。
The configuration of the radar apparatus of the present invention is shown in FIG. The radar apparatus R includes a pseudo noise
擬似雑音信号生成部1は、図2を用いて詳述するように、擬似雑音信号を生成する。レーダ送信部2は、擬似雑音符号を用いて変調したレーダ送信信号を送信する。
The pseudo noise
レーダ送信アンテナ3は、複数(図1では4個)のアンテナから構成される。レーダ受信アンテナ4は、複数(図1では4個)のアンテナから構成される。レーダ送信アンテナ3から送信された信号は、物標Tで反射し、レーダ受信アンテナ4で受信される。
The
レーダ受信部5は、レーダ送信信号の反射信号であるレーダ受信信号を受信する。マッチトフィルタ処理部6は、レーダ受信信号及びレーダの各スイープ毎のレーダ送信信号の相関をとることにより、マッチトフィルタ信号を生成する。アレー合成処理部7は、マッチトフィルタ信号をアレー合成することにより、仮想アレーのビームを走査し観測方向の信号を生成する。スイープ積分部8は、レーダの複数のスイープについて、アレー合成信号の積分処理を実行する。スキャン相関部9は、レーダの複数のスキャンについて、スイープ積分部8の積分結果の相関処理を実行する。
The radar receiver 5 receives a radar reception signal that is a reflection signal of the radar transmission signal. The matched
本発明の擬似雑音信号生成部の構成を図2に示す。擬似雑音信号生成部1は、第1M系列符号生成部11、第2M系列符号生成部12、XOR(eXclusive OR)回路13及びXORセレクタ14から構成される。
The configuration of the pseudo noise signal generation unit of the present invention is shown in FIG. The pseudo noise
第1M系列符号生成部11は、第1擬似雑音符号生成部に対応し、線形帰還シフトレジスタである。そして、レーダの各スイープ毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる第1M系列符号を生成する。 The first M-sequence code generator 11 corresponds to the first pseudo noise code generator and is a linear feedback shift register. A different first M-sequence code is generated by changing the initial value of the linear feedback shift register for each sweep of the radar.
第2M系列符号生成部12は、第2擬似雑音符号生成部に対応し、線形帰還シフトレジスタである。そして、レーダの全周での単一スキャン期間は、線形帰還シフトレジスタの初期値を固定することにより、同一の第2M系列符号を生成する。つまり、レーダの各スイープ毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させるのではなく、異なる第2M系列符号を生成するのではない。しかし、レーダの全周でのスキャン毎に、線形帰還シフトレジスタの初期値を変化させることにより、異なる第2M系列符号を生成する。
The second M-sequence
ここで、第1M系列符号及び第2M系列符号は、同一の周期を有しているならば、同一の符号であってもよく、異なる符号であってもよい。そして、当該周期は、1スキャンあたりのスイープ数に等しい。つまり、1スキャンの全スイープが完了したとき、第1M系列符号は一巡する。図2では、当該周期は、28−1=255である。 Here, as long as the first M-sequence code and the second M-sequence code have the same period, they may be the same code or different codes. The period is equal to the number of sweeps per scan. That is, when all sweeps for one scan are completed, the first M-sequence code is cycled. In FIG. 2, the period is 2 8 −1 = 255.
XOR回路13は、第3擬似雑音符号生成部に対応し、第1M系列符号及び第2M系列符号の排他的論理和を計算することにより、Gold符号を生成する。レーダ送信部2は、Gold符号を用いて変調したレーダ送信信号を送信する。
The
XORセレクタ14は、第2M系列符号を第2M系列符号生成部12から入力され、入力された第2M系列符号に基づいて、複数(図2では4個)の相互に直交するM系列符号を生成し、生成した相互に直交する各M系列信号を各XOR回路13(図2では4個)に出力する。これにより、レーダ装置Rを、レーダ送信アンテナ3が複数のアンテナから構成される、MIMO方式やMISO方式に適用することができる。
The
レーダのスイープ及びスキャンについて、処理の流れを説明する。1スキャンの第n(図2では、n=1〜255)のスイープにおいて、第1M系列符号生成部11は、第nの初期値を入力され、第nの第1M系列符号を出力する一方で、第2M系列符号生成部12は、固定の初期値を入力され、固定の第2M系列符号を出力する。
The processing flow of the radar sweep and scan will be described. In the n-th sweep (n = 1 to 255 in FIG. 2) of one scan, the first M-sequence code generation unit 11 receives the n-th initial value and outputs the n-th first M-sequence code. The second M-sequence
1スキャンの第nのスイープにおいて、XOR回路13は、第nの第1M系列符号及び固定の第2M系列符号の排他的論理和を計算することにより、Gold符号を生成する。レーダ送信部2及びレーダ受信部5は、レーダ送信アンテナ3、レーダ受信アンテナ4及び物標Tでのレーダ反射を介して、MIMO方式の測定を行う。
In the n-th sweep of one scan, the
以上の処理を、各スキャンについて実行する。ただし、異なるスキャンにおいて、第2M系列符号生成部12は、異なる初期値を入力され、異なる第2M系列符号を出力する。
The above processing is executed for each scan. However, in different scans, the second M-sequence
マッチトフィルタ処理部6は、レーダ受信信号及びレーダの各スイープ毎のレーダ送信信号の相関をとることにより、マッチトフィルタ信号を生成する。アレー合成処理部7は、マッチトフィルタ信号をアレー合成することにより、仮想アレーのビームを走査し観測方向の信号を生成する。
The matched
スイープ積分部8は、レーダの複数のスイープについて、アレー合成信号の積分処理を実行する。スイープ積分を実行することにより、異なるスイープの間で相関のないサイドローブを小さくすることができる。異なるスイープの間で異なるGold符号を利用することにより、異なるスイープの間で相関のないサイドローブをより小さくすることができる。 The sweep integration unit 8 executes an integration process of the array composite signal for a plurality of radar sweeps. By performing sweep integration, side lobes that are not correlated between different sweeps can be reduced. By utilizing different Gold codes between different sweeps, uncorrelated side lobes between different sweeps can be made smaller.
スキャン相関部9は、レーダの複数のスキャンについて、スイープ積分部8の積分結果の相関処理を実行する。スキャン相関を実行することにより、異なるスキャンの間で相関のないサイドローブの波形が異なるため、物標T及びサイドローブを容易に識別することができる。異なるスキャンの間で異なるGold符号のセットを利用することにより、異なるスキャンの間で相関のないサイドローブの波形がより異なるため、物標T及びサイドローブをより容易に識別することができる。 The scan correlator 9 performs correlation processing of the integration result of the sweep integrator 8 for a plurality of radar scans. By performing scan correlation, the uncorrelated sidelobe waveforms differ between different scans, so that the target T and sidelobe can be easily identified. By utilizing different sets of Gold codes between different scans, the target T and side lobes can be more easily identified because the uncorrelated sidelobe waveforms are different between different scans.
実施形態では、スイープ積分及びスキャン相関をともに実行している。変形例として、スイープ積分のみを実行してもよい。この変形例では、スキャン相関部9は不要であり、第2M系列符号生成部12は固定の初期値を入力されるのみでよい。
In the embodiment, both the sweep integration and the scan correlation are executed. As a modification, only sweep integration may be performed. In this modification, the scan correlation unit 9 is unnecessary, and the second M-sequence
実施形態では、XORセレクタ14を、第2M系列符号生成部12の出力側に配置している。変形例として、XORセレクタ14を、第1M系列符号生成部11の出力側に配置してもよい。いずれの場合でも、MIMO方式やMISO方式に対応することができる。
In the embodiment, the
実施形態では、レーダ装置Rを、レーダ送信アンテナ3が複数のアンテナから構成される、MIMO方式やMISO方式に適用している。変形例として、レーダ装置Rを、レーダ送信アンテナ3が単一のアンテナから構成される、SIMO(Single−Input Multiple−Output)方式やSISO(Single−Input Single−Output)方式に適用してもよい。
In the embodiment, the radar apparatus R is applied to a MIMO system or a MISO system in which the
ここで、SIMO方式は、送信機に単一のアンテナを配置し、受信機に複数のアンテナを配置し、受信アレーのビームを高速に走査させる技術である。そして、SISO方式は、送信機に単一のアンテナを配置し、受信機に単一のアンテナを配置する、通常の方式の技術である。この変形例では、XORセレクタ14は不要であり、レーダ送信アンテナ3及びXOR回路13はそれぞれ1個のみでよい。
Here, the SIMO method is a technique in which a single antenna is arranged in a transmitter and a plurality of antennas are arranged in a receiver, and a beam of a receiving array is scanned at high speed. The SISO system is a technique of a normal system in which a single antenna is arranged at the transmitter and a single antenna is arranged at the receiver. In this modification, the
また、SISO方式の変形例では、アレー合成処理部7は不要であり、スイープ積分部8は、レーダの複数のスイープについて、マッチトフィルタ信号の積分処理を実行する。 Further, in the modified example of the SISO system, the array synthesis processing unit 7 is not necessary, and the sweep integration unit 8 executes integration processing of the matched filter signal for a plurality of sweeps of the radar.
本発明に係る物標検出装置は、MIMO方式やMISO方式やSIMO方式やSISO方式に適用することができ、船舶や航空のレーダやソナー等に適用することができる。 The target detection apparatus according to the present invention can be applied to a MIMO system, a MISO system, a SIMO system, or a SISO system, and can be applied to a radar, a sonar, or the like of a ship or aviation.
R:レーダ装置
T:物標
1:擬似雑音信号生成部
2:レーダ送信部
3:レーダ送信アンテナ
4:レーダ受信アンテナ
5:レーダ受信部
6:マッチトフィルタ処理部
7:アレー合成処理部
8:スイープ積分部
9:スキャン相関部
11:第1M系列符号生成部
12:第2M系列符号生成部
13:XOR回路
14:XORセレクタ
R: Radar apparatus T: Target 1: Pseudo noise signal generation unit 2: Radar transmission unit 3: Radar transmission antenna 4: Radar reception antenna 5: Radar reception unit 6: Matched filter processing unit 7: Array synthesis processing unit 8: Sweep integration unit 9: scan correlation unit 11: first M sequence code generation unit 12: second M sequence code generation unit 13: XOR circuit 14: XOR selector
Claims (3)
物標検出の全周での単一スキャン期間は、線形帰還シフトレジスタの初期値を固定することにより、同一の第2擬似雑音符号を生成する第2擬似雑音符号生成部と、
同一の周期を有する前記第1擬似雑音符号及び前記第2擬似雑音符号の排他的論理和を計算することにより、第3擬似雑音符号を生成する第3擬似雑音符号生成部と、
前記第3擬似雑音符号を用いて変調した送信信号を送信する送信部と、
送信信号の反射信号である受信信号を受信する受信部と、
受信信号及びレーダの各スイープ毎の送信信号の相関をとることにより、マッチトフィルタ信号を生成するマッチトフィルタ処理部と、
物標検出の複数のスイープについて、前記マッチトフィルタ信号の積分処理を実行するスイープ積分部と、
を備えることを特徴とする物標検出装置。 A first pseudo-noise code generator that generates a different first pseudo-noise code by changing the initial value of the linear feedback shift register for each sweep of target detection;
In a single scan period around the entire target detection, a second pseudo-noise code generation unit that generates the same second pseudo-noise code by fixing the initial value of the linear feedback shift register;
A third pseudo-noise code generator for generating a third pseudo-noise code by calculating an exclusive OR of the first pseudo-noise code and the second pseudo-noise code having the same period;
A transmission unit for transmitting a transmission signal modulated using the third pseudo-noise code;
A reception unit that receives a reception signal that is a reflection signal of the transmission signal;
A matched filter processing unit that generates a matched filter signal by correlating the received signal and the transmission signal for each sweep of the radar;
For a plurality of sweeps of target detection, a sweep integration unit that performs integration processing of the matched filter signal;
A target detection apparatus comprising:
物標検出の複数のスキャンについて、前記スイープ積分部の積分結果の相関処理を実行するスキャン相関部、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の物標検出装置。 The second pseudo noise code generation unit generates a different second pseudo noise code by changing an initial value of a linear feedback shift register for each scan in the entire circumference of target detection,
The target detection apparatus according to claim 1, further comprising: a scan correlation unit that executes correlation processing of integration results of the sweep integration unit for a plurality of scans of target detection.
前記マッチトフィルタ信号をアレー合成することにより、アレー合成信号を生成するアレー合成処理部と、をさらに備え、
前記送信部は、前記各送信アンテナについてレーダ送信信号が相互に直交するように、前記各送信アンテナについて相互に直交する擬似雑音信号を用いて変調を実行し、
前記スイープ積分部は、物標検出の複数のスイープについて、前記アレー合成信号の積分処理を実行することを特徴とする請求項1又は2に記載の物標検出装置。 Multiple transmit antennas,
An array synthesis processing unit that generates an array synthesis signal by performing array synthesis of the matched filter signal;
The transmission unit performs modulation using pseudo-noise signals orthogonal to each other for each transmission antenna so that radar transmission signals are orthogonal to each other for each transmission antenna;
The target detection apparatus according to claim 1, wherein the sweep integration unit executes an integration process of the array composite signal for a plurality of sweeps for target detection.
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