JP6194159B2 - 干渉補償支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置において、周辺に位置する他のレーダから到来する干渉波に起因する干渉の補償を支援する干渉補償支援装置に関する。

船舶等の移動体に搭載され、かつ空中線系の主ローブの方向に応じたスキャンの下で物標を検知するレーダ装置では、その移動体の周囲に位置するレーダ装置から放射された送信波によって、干渉を被る。

なお、このような干渉は、例えば、図５（ａ），（ｂ）にそれぞれに示すように、スイープ間でランダム（ｔ１≠ｔ２≠ｔ３）に発生する「非同期性干渉」と、送信波の送信繰り返し周期（PRI）にほぼ等しい一定の周期で発生する「同期性干渉」とがある。

従来、これらの干渉の除去を実現する先行技術としては、例えば、後述する特許文献１ないし特許文献２があった。

(1)「受信信号に含まれる干渉信号の特徴量を保存するための方法であって、前記受信信号の特徴量を求める特徴量算出ステップと、前記受信信号に希望信号が含まれる可能性を判定し、前記受信信号に希望信号が含まれる可能性がないと判断した場合に前記受信信号が干渉信号であると判定する受信信号判定ステップと、前記受信信号判定ステップにおいて前記受信信号に希望信号が含まれる可能性がないと判定された場合に、前記受信信号の特徴量を干渉信号特徴量として保存する干渉信号特徴量保存ステップとを備える」ことによって、「ランダムなタイミングで異なる無線局から到来する干渉信号を判別する」点に特徴がある干渉信号特徴量保存方法…特許文献１

(2) 「１スイープにより得られるスイープデータから所定時間以上継続するデータを検出する除去候補検出手段と、データの到来時刻を送信時刻を基準として計数する計数手段と、連続する複数のスイープについて、除去候補検出手段により検出されたデータの到来時刻を計数手段から入力し記憶する記憶手段と、記憶手段上に連続する複数のスイープについて記憶されている到来時刻がスイープ数対到来時刻空間上で直線性を有するか否かを判定する直線性判定手段と、判定の結果直線性を有するとされた場合に、除去候補検出手段により検出されたデータを除去する除去手段とを備える」ことにより、「レーダ干渉のように比較的長い時間幅を有するノイズであっても好適に除去可能にする」点に特徴があるレーダ干渉除去回路…特許文献２

ＷＯ２００７／０４９５４７号公報 特開平０６−２８９１２５号公報

ところで、従来のレーダ装置の多くでは、レーダ装置において干渉の補償や除去を実現する処理の形態は、操作者が適宜行う判断および操作によって選択されていた。

しかし、これらの判断および操作は、上記選択の対象となり得る干渉除去処理の数が多いほど煩雑となり、特に、干渉の形態が複合的である場合には、操作者にとって大きな負担となる場合が多かった。

また、特に、船舶に搭載されるレーダでは、周囲に多数の干渉源となる船舶が存在し、しかも、これらの干渉源から到来する干渉波の波形が類似する可能性がある。

このような場合には、個々の干渉源との相対位置も刻々と変化し得るため、干渉源毎に干渉波の特徴の識別と除去とを図ることは容易には実現できなかった。

本発明は、構成が大幅に複雑化することなく、多様な形態の干渉波の補償および抑圧を精度よく実現できる干渉補償支援装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、干渉評価手段は、レーダ装置が送信したパルス波に応じて所定のレンジ内に位置する物標からレーダ信号が到来し得る期間外に前記レーダ装置に到来した到来波について、電力と、前記電力の分布と、前記パルス波に対する相関との全てまたは一部の履歴として、前記レーダ信号に生じ得る干渉の程度または形態を評価する。干渉適応手段は、前記レーダ信号と、前記パルス波に後続して前記レーダ装置によって送信されたパルス波に応じて前記物標から到来したレーダ信号との何れか一方の干渉の補償に、前記干渉の程度または形態に適した干渉補償処理を適用する。

すなわち、物標からレーダ信号が到来し得る期間外に到来した到来波の特徴として干渉の可能性に併せて程度および形態が評価され、既知の干渉補償技術の内、その評価の結果に適した技術が適用される。

請求項２に記載の発明では、干渉評価手段は、レーダ装置によって送信され、かつ占有帯域が異なるパルス波毎に、所定のレンジ内に位置する物標からレーダ信号が到来し得る期間外に前記レーダ装置に到来した到来波の電力と、前記電力の分布と、前記パルス波に対する相関との全てまたは一部の履歴に基づいて、前記レーダ信号に生じ得る干渉の程度を評価する。干渉適応手段は、前記レーダ装置が後続して送信するパルス波の占有帯域として、前記干渉の程度が所定の限度内であった占有帯域を適用する。

すなわち、物標からレーダ信号が到来し得る期間外に到来した到来波の特徴として干渉の可能性や程度が評価され、これらの可能性、程度が低い占有帯域に、レーダ装置によって後続して送信されるパルス波の占有帯域が設定される。

請求項３に記載の発明では、干渉評価手段は、レーダ装置によって反復して送信されるパルス波毎に、所定のレンジ内に位置する物標からレーダ信号が到来し得る期間外に前記レーダ装置に到来した到来波の前記パルス波に対する相関の履歴に基づいて、前記レーダ信号に生じ得る干渉の形態を評価する。干渉適応手段は、前記履歴が示す相関が所定の限度を上回るときに、前記パルス波が前記レーダ装置によって送信されるインターバルを変更する。

すなわち、物標からレーダ信号が到来し得る期間外に到来した到来波の特徴として干渉の可能性や程度が評価され、これらの可能性、程度が軽減される可能性がある値に、レーダ装置によって送信されるべきパルス波のインターバルが変更される。

請求項４に記載の発明では、請求項１または請求項３に記載の干渉補償支援装置において、前記レーダ装置は、所定の範囲の異なる方向に前記パルス波を反復して送信する。前記干渉評価手段および前記干渉適応手段は、前記パルス波に同期して前記方向毎に機能する。

すなわち、請求項１または請求項３に記載の発明は、レーダ装置の空中線系の主ローブの方向が可変される場合にも、同様に適用される。

請求項５に記載の発明では、請求項２に記載の干渉補償支援装置において、前記レーダ装置は、前記占有帯域が異なる少なくとも複数のパルス波を並行して送信する。前記干渉評価手段および前記干渉適応手段は、前記複数のパルス波毎に並行して機能する。

すなわち、請求項２に記載の発明は、レーダ装置に備えられた空中線系や送受信系の稼働および連係に並行して適用される。

本発明が適用されたレーダ装置では、操作の煩雑化や操作者の負担が軽減される。
また、本発明が適用されたレーダ装置では、複数の異なる程度や形態による干渉に個別に対応した形態で干渉補償処理が安定に行われる。
したがって、本発明が適用されたレーダ装置では、構成が複雑化することなく、好適な干渉補償が効率的に行われ、物標の検知が精度よく実現される。

本発明の一実施形態を示す図である。 本実施形態の信号処理部によって行われる処理のフローチャートである。 本実施形態における送信停止期間の態様を示す図である。 複数の空中線系が備えられた場合における本実施形態の動作の一例を示す図である。 非同期性干渉と同期性干渉を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の構成を示す図である。
図において、空中線系１１の給電点は送受信部１２のアンテナ端子に接続され、その送受信部１２の変調入力および復調出力は信号処理部１３の対応するポートに接続される。信号処理部１３には、指示部１４が接続される。

図２は、本実施形態において信号処理部１３によって行われる処理の手順を示すフローチャートである。
図３は、本実施形態における送信停止期間の態様を示す図である。
以下、図１〜図３を参照して本実施形態の動作を説明する。

送受信部１２は、信号処理部１３によって生成され、かつ所望のレンジに適応した周期および振幅のパルス信号で変調された送信波を生成し、空中線系１１を介して目標が位置し得る覆域にその送信波を照射する。なお、空中線系１１は、例えば、主ローブの方向が所定の周期でサイクリックに変更されることにより、上記覆域の全域に対する送信波の照射に併せて、これらの覆域に位置する船舶等の目標から到来した反射波の受信に供される。

送受信部１２は、このようにして空中線系１１に到来した反射波を復調することによって復調信号を生成し、信号処理部１３に引き渡す。

信号処理部１３は、上記復調信号にＣＡＦＲ処理その他のノイズ抑圧処理を施すことによって所望の指示方式（ＰＰＩ(Plan Position Indicator)スコープ等）の画像を生成し、指示部１４に引き渡す。

本発明の特徴は、本実施形態では、後述するように、信号処理部１３が送受信部１２および空中線系１１と連係することによって干渉の補償および抑圧を行う処理の手順にある。

信号処理部１３は、既述のパルス信号の周期Ｔ（図３(a)(1)）毎に、検知されるべき最も遠い物標から反射波が到来し得る期間（以下、「反射波到来期間」という。）（図３(a)(2)）に後続する期間（以下、「送信停止期間」という。）（図３(a)(3)）には、空中線系１１に到来して送受信部１２によって復調された到来波を取り込み、以下の処理を行う。なお、このような到来波は、本実施形態に係るレーダ装置に対する干渉の要因となり得る。

(1) 上記到来波を時系列の順に解析することにより、個々の到来波について、以下の３つの項目(1-1)〜(1-3)からなる特徴量を取得する（図２ステップＳ１）。
(1-1) レベルの平均値（以下、「干渉電力」という。）
(1-2) これらのレベルが所定の閾値を超える頻度（以下、「干渉占有率」という。）
(1-3) 既述の「同期性干渉」が送信波の送信繰り返し周期（PRI）で連続して発生した回数を示す「時間連続数」

(2) 上記特徴量の実績を時系列の順に履歴として蓄積する（図２ステップＳ２）。
(3) この履歴における上記「干渉電力」、「干渉占有率」、「時間連続数」の時系列の順における最大値を統計量として求める（図２ステップＳ３）。

(4) 上述した特徴量および統計量を参照することにより、以下の処理を行う。
(4-1) 所定の回数に亘って先行して行われたスイープの過程で到来した反射波の平均電力（以下、「電力基準値Ｐｓ」という。）を算出し（図２ステップＳ４）、その電力基準値Ｐｓを上回る電力の到来波の有無を判別する（図２ステップＳ５）。このような到来波については、送信波に対して非同期に到来する非同期性の干渉波である可能性が高いので、抑圧（除去）を図る（図２ステップＳ６）。なお、以下では、このような抑圧（除去）を実現する処理については、「振幅異常波除去処理」という。

(4-2) 「反射波到来期間」毎に、直近の「送信停止期間」における「干渉占有率」または「干渉電力」の平均値が所定の閾値以上である場合には、スイープ周期より十分に長い時間に亘って到来した反射波の電力の平均値（以下、「電力基準値ＰＬ」という。）を算出し（図２ステップＳ７）、その電力基準値ＰＬを上回る電力の到来波の有無を判別する（図２ステップＳ８）。このような到来波については、所定のレンジ内に位置する船舶等の目標が長時間に亘って静止している場合にも、干渉波である可能性が高いので、抑圧（除去）を図る（図２ステップＳ９）。なお、以下では、このような抑圧（除去）を実現する処理については、「スキャン間異常値除去処理」という。

(5) 上記「振幅異常波除去処理」、「スキャン間異常値除去処理」に並行して、あるいはこれらの処理が行われるか否かにかかわらず、以下の処理を所定の頻度で行う。

(5-1) 送信停止期間毎に周波数チャネルを切り替えつつ「干渉占有率」を計測し（図２ステップＳ１０）、これらの周波数チャネルの内、計測された「干渉占有率」が最小である（あるいは所定の上限値を下回る）周波数チャネルを選択して後続する反射波到来期間に適用する（図２ステップＳ１１）。なお、以下では、このような処理を、「周波数チャネル選択処理」という。

(5-2) 反射波到来期間に適用されている周波数チャネルについて所定の先行する期間に亘って得られた統計量の内、「時間連続数」の時系列の順における最大値の全てが既定の閾値以上であるか否か判別する（図２ステップＳ１２）。この判別の結果が「真」である場合には、所定のアルゴリズムおよび形態で送信繰り返し周期（ＰＲＩ）を微調整し（図２ステップＳ１３）、本実施形態に係るレーダ装置と干渉源とによって送信波が送信される時点（期間）をずらすことによって、既述の「振幅異常波除去処理」では抑圧（除去）しきれない同期性干渉の発生を防止する。なお、以下では、このような抑圧（除去）を実現する処理については、「ＰＲＩ制御処理」という。

すなわち、本実施形態では、干渉の形態の識別を行う処理が従来例に付加され、かつ既存の多様な干渉の補償、抑圧（除去）を実現する処理の内、その識別の結果に適した処理が適用される。

したがって、本実施形態によれば、操作者に煩雑な操作や判断が強いられることなく、精度よく安定に所望のレンジ内にある目標の検知が実現される。

なお、本実施形態では、「送信停止期間」は、個々の「反射波到来期間」に後続する期間となっている。
しかし、本発明はこのような構成に限定されず、「送信停止期間」は、例えば、図３（ｂ）に示すように、時間軸上で隣接する複数ｐ（例えば、「２」）の「反射波到来期間」毎に後続する所定の長さや数（≦ｐ）の期間に設定されてもよい。

また、本実施形態では、「送信停止期間」と「反射波到来期間」とにそれぞれ適用される周波数チャネルは、本発明に係るレーダ装置の性能や仕様および関連する法令の制限内において許容され、かつ本発明の作用効果が所望の精度および形態で達成されるならば、例えば、図３(ａ)〜(ｃ)に「ｆ１」や「ｆ２」と表記されるように、如何なる組み合わせや順列として設定されてもよい。

さらに、本実施形態では、図１に点線で示すように空中線系１１が複数（例えば、「２」）備えられる場合には、図４に示すように、個々の空中線系によって異なる周波数で「反射波到来期間」と「送信停止期間」とが並行して形成され、これらの周波数における干渉の評価と物標の検知とが並行して（あるいは交互に）実現されてもよい。

また、本実施形態では、「反射波到来期間」の長さとして設定されたレンジを超える遠方に位置する目標から到来する反射波による干渉の回避や抑圧が図られてもよい。

さらに、本実施形態では、「送信停止期間」の長さは、例えば、検知されるべき目標が位置し得るレンジの範囲と、このような目標が移動し得る速度（ＭＴＩ等によって計測されてもよい。）と、既述の送信繰り返し周期（ＰＲＩ）とに適するならば、如何なる値に設定され、あるいは変更されてもよい。

また、本実施形態は、以下の項目の何れも、自動だけではなく、操作者の指示に応じて適宜設定可能に構成されてもよい。

(1) 干渉の抑圧（除去）のために行われ得る「振幅異常波除去処理」、「スキャン間異常値除去処理」、「周波数チャネル選択処理」、「ＰＲＩ制御処理」）等のような処理の内、既述の識別の結果に応じて選択されて適用されるべき個々の処理の採否

(2) これらの処理の選択の基準として採用されるべき「干渉電力」、「干渉占有率」および「時間連続数」を求める処理の形態および要否

さらに、本実施形態では、追尾処理の対象として速度が早い目標が存在せず、かつ干渉占有率が所定の閾値以上である場合には、スキャン間異常値除去処理が優先的に適用されてもよい。

また、本実施形態では、操作者が手動により干渉の除去処理を選択するための基準として、指示画面等を介して操作者に以下の項目の全てまたは一部を通知する手段が備えられてもよい。
(1) 「干渉電力」
(2) 「干渉占有率」
(3) 「時間連続数」

さらに、本実施形態では、既述の「干渉電力」は、例えば、「送信停止期間」に空中線系１１に到来した到来波のＢスコープ上における電力（パルス圧縮レーダ方式が適用されている場合には、既知の送信波との相互相関が低い成分の電力）として算出されてもよい。

また、本実施形態では、既述の「干渉占有率」は、例えば、「送信停止期間」に空中線系１１に到来した到来波のＢスコープ上において、電力が所定の閾値を上回る成分（パルス圧縮レーダ方式が適用されている場合には、既知の送信波との相互相関が低い成分）が示す比率として求められてもよい。

さらに、本実施形態では、既述の「時間連続数」は、例えば、「送信停止期間」に空中線系１１に到来した到来波のＢスコープ上において、時系列の順に連なるスキャン毎に、同じ方向および距離の点に対応する成分として連続して検知された回数として求められてもよい。

また、これらの「干渉電力」、「干渉占有率」、「時間連続数」を求めるために行われる演算は、複数の異なる周波数チャネルについて、必ずしも共通のアルゴリズムに基づいて行われなくてもよい。

さらに、本実施形態では、反射波到来期間に適用されるべき周波数チャネルの選択の基準は、既述の「干渉占有率」に限定されず、「反射波到来期間」または「送信停止期間」に評価された干渉の程度や可能性が所定の限度内にあることを意味するならば、如何なるものであってもよい。

また、本実施形態では、周波数チャネルは、送信波の搬送波周波数だけではなく、その送信波の生成のために適用された変調方式やベースバンド信号の波形（占有帯域）に応じた「占有帯域」として設定されてもよい。

さらに、本実施形態では、「送信停止期間」は、送受信部１２による送信波の生成が意図的に見合わせられる期間とは限らず、その送信波が送信される周期や頻度に応じて後続する送信波が送信される時点に先行する期間として設定されてもよい。

また、本実施形態では、既述の「干渉電力」、「干渉占有率」、「時間連続数」を求めるために参照される到来波は、送信波の送信に供された空中線系１１とは異なる専用のアンテナを介して受信されてもよく、そのアンテナの指向性および利得は如何なるものであってもよい。

さらに、本実施形態では、既述の「振幅異常波除去処理」や「スキャン間異常値除去処理」が施されるべき到来波と、「周波数チャネル選択処理」や「ＰＲＩ制御処理」が施されるべききっかけ（タイミング）とは、到来波にかかわる以下の事項の如何なる組み合わせに基づいて識別されてもよい。
(1)
到来する頻度や周期
(2)
波形

また、本発明は、パルスレーダ方式やパルス圧縮レーダ方式が適用された一次レーダに限定されず、二次レーダにも同様に適用可能である。

さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。

１１ 空中線系
１２ 送受信部
１３ 信号処理部
１４ 指示部

Claims (4)

1. （１）レーダ装置によって送信され、かつ占有帯域が異なるパルス波毎に、所定のレンジ内に位置する物標からレーダ信号が到来し得る期間外に前記レーダ装置に到来した到来波の電力と、前記電力の分布と、前記パルス波に対する相関との全てまたは一部の履歴に基づいて、前記レーダ信号に生じ得る干渉の程度を評価するとともに、（２）レーダ装置によって反復して送信されるパルス波毎に、所定のレンジ内に位置する物標からレーダ信号が到来し得る期間外に前記レーダ装置に到来した到来波の前記パルス波に対する相関の履歴に基づいて、前記レーダ信号に生じ得る干渉の形態を評価するにあたり、送信波の送信繰り返し周期にほぼ等しい一定の周期で発生する同期性干渉が、送信波の送信繰り返し周期で連続して発生した回数を示す時間連続数の特徴量を取得する干渉評価手段と、
   前記レーダ装置が後続して送信するパルス波の占有帯域として、前記（１）における前記干渉の程度が所定の限度内であった占有帯域を適用するとともに、前記（２）における前記履歴が示す相関が所定の限度を上回るときに、前記パルス波が前記レーダ装置によって送信されるインターバルを変更するにあたり、前記時間連続数の特徴量が所定の限度を上回るときに、前記送信繰り返し周期を微調整し、前記レーダ装置と干渉源とによって送信波が送信される時点をずらし、前記同期性干渉の発生を防止する干渉適応手段と
   を備えたことを特徴とする干渉補償支援装置。
2. 請求項１に記載の干渉補償支援装置において、
   前記干渉評価手段は、（３）レーダ装置が送信したパルス波に応じて所定のレンジ内に位置する物標からレーダ信号が到来し得る期間外に前記レーダ装置に到来した到来波について、電力と、前記電力の分布と、前記パルス波に対する相関との全てまたは一部の履歴として、前記レーダ信号に生じ得る干渉の程度または形態を評価し、
   前記干渉適応手段は、前記レーダ信号と、前記パルス波に後続して前記レーダ装置によって送信されたパルス波に応じて前記物標から到来したレーダ信号との何れか一方の干渉の補償に、前記（３）における前記干渉の程度または形態に適した干渉補償処理を適用する
   ことを特徴とする干渉補償支援装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の干渉補償支援装置において、
   前記レーダ装置は、
   所定の範囲の異なる方向に前記パルス波を反復して送信し、
   前記干渉評価手段および前記干渉適応手段は、
   前記パルス波に同期して前記方向毎に機能する
   ことを特徴とする干渉補償支援装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の干渉補償支援装置において、
   前記レーダ装置は、
   前記占有帯域が異なる少なくとも複数のパルス波を並行して送信し、
   前記干渉評価手段および前記干渉適応手段は、
   前記複数のパルス波毎に並行して機能する
   ことを特徴とする干渉補償支援装置。