JP6279931B2 - Radar device, guidance device, and radar signal processing method - Google Patents

Radar device, guidance device, and radar signal processing method Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、レーダ装置、誘導装置及びレーダ信号処理方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a radar device, a guidance device, and a radar signal processing method.

例えば誘導装置に用いられるパルスレーダ装置にあっては、高い距離分解能を実現するためには広いパルス帯域幅が必要である。但し、1パルスの帯域幅を増加させると処理回路に負担がかかる。このため、帯域幅を複数の周波数帯域に分割し、分割した帯域の周波数信号をそれぞれ複数のパルスに割り当てて送受信する、合成帯域レーダと呼ばれるレーダ装置が提案されている。   For example, in a pulse radar device used for a guidance device, a wide pulse bandwidth is required to achieve high distance resolution. However, increasing the bandwidth of one pulse places a burden on the processing circuit. For this reason, there has been proposed a radar device called a synthetic band radar that divides a bandwidth into a plurality of frequency bands and assigns the frequency signals of the divided bands to a plurality of pulses for transmission / reception.

合成帯域レーダでは、複数のパルスに割り当てて送受信した複数の周波数信号をそれぞれ逆フーリエ変換した後に波形合成する。このとき、各周波数信号は送受信の時間が異なるため、その間の目標の移動によって発生した位相差を補正しなければならない。そのためには、目標とレーダとの相対移動速度が必要であって、合成帯域レーダ装置では高い速度検出精度が要求される。   In the synthetic band radar, a plurality of frequency signals assigned to a plurality of pulses and transmitted / received are subjected to inverse Fourier transform, and then a waveform is synthesized. At this time, since each frequency signal has a different transmission / reception time, the phase difference caused by the movement of the target between them must be corrected. For this purpose, the relative movement speed between the target and the radar is required, and the synthetic band radar apparatus requires high speed detection accuracy.

ここで、通常のレーダ装置では、複数のパルスをそれぞれフーリエ変換してドップラスペクトルを生成し、ドップラのピークを検出することにより速度の検出を行う。しかし、合成帯域レーダ装置では、周波数の異なるパルスを送受信するため、そのまま全パルスをフーリエ変換することは難しい。   Here, in a normal radar apparatus, a plurality of pulses are Fourier transformed to generate a Doppler spectrum, and a velocity is detected by detecting a Doppler peak. However, since the synthetic band radar device transmits and receives pulses having different frequencies, it is difficult to Fourier-transform all the pulses as they are.

そこで、よく用いられる速度検出方法としては、例えば、同一周波数(以下、周波数ステップと呼ぶ)のパルスをフーリエ変換してスペクトルを生成し、得られた複数のスペクトルを振幅または電力で加算(ノンコヒーレント積分)して、加算結果からピークを検出して速度を計算する方法があげられる(非特許文献2参照)。別の速度検出方法としては、やはり同一周波数ステップのパルス毎にフーリエ変換してスペクトルを生成し、得られた複数のスペクトルからおのおのピークを検出して速度を計算し、得られた複数の速度を平均化する方法がある。   Therefore, as a speed detection method often used, for example, a spectrum is generated by Fourier-transforming pulses having the same frequency (hereinafter referred to as frequency step), and the obtained multiple spectra are added by amplitude or power (non-coherent). Integration) and detecting the peak from the addition result to calculate the speed (see Non-Patent Document 2). Another speed detection method is to generate a spectrum by performing Fourier transform for each pulse of the same frequency step, detect each peak from the obtained multiple spectra, calculate the speed, and calculate the obtained multiple speeds. There is a way to average.

前者の方法は、ドップラ周波数が周波数ステップ毎に異なるにもかかわらず、ほぼ同一であるとみなして複数スペクトルをノンコヒーレント加算するため、速度検出精度にフロアが発生しやすい。一方、後者の方法は、各スペクトルからピーク検出するため、低SNR(Signal-to-Noise Ratio:信号対雑音比)では、ピークの誤検出が頻発し、精度劣化が著しくなる。したがって、フロアが問題にならない低SNRでは、前者の方法が高い精度で速度を検出することが可能である。   In the former method, although the Doppler frequency is different for each frequency step, it is assumed that they are almost the same and non-coherent addition of a plurality of spectra is performed, so that a floor is likely to occur in speed detection accuracy. On the other hand, since the latter method detects a peak from each spectrum, at a low SNR (Signal-to-Noise Ratio), erroneous detection of a peak frequently occurs and accuracy deterioration becomes remarkable. Therefore, at a low SNR where the floor is not a problem, the former method can detect the speed with high accuracy.

一方、例えばレーダ諸元の秘匿性を向上させるために、パルス繰り返し間隔(Pulse Repetition Interval:PRI)を1送信期間(Coherent Processing Interval:CPI)内で種々変更する、という方法がある。この方法を合成帯域に適用した場合には、周波数ステップ毎にPRIを変化させるといった構成にすることが考えられる。その場合でも、上記の方法と同様に高い速度検出性能が必要になる。   On the other hand, for example, in order to improve the confidentiality of radar specifications, there is a method in which the pulse repetition interval (PRI) is changed variously within one transmission period (Coherent Processing Interval: CPI). When this method is applied to the synthesis band, it can be considered that the PRI is changed for each frequency step. Even in that case, high speed detection performance is required as in the above method.

なお、フーリエ変換の方法は、サンプル列構成の自由度は低いが処理が高速である高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT)と、自由度は高いが低速である離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transform:DFT)がある。実時間で動作するレーダ装置では、高速処理が要求されるため、フーリエ変換にはDFTよりもFFTを用いることが望ましい。   Note that the Fourier transform method includes a fast Fourier transform (FFT) in which the degree of freedom of the sample sequence configuration is low but the processing is fast, and a discrete Fourier transform (Discrete Fourier Transform) in which the degree of freedom is high but the speed is low. DFT). Since a radar device operating in real time requires high-speed processing, it is desirable to use FFT rather than DFT for Fourier transform.

FFTで最も有名な方法はバタフライ演算であり、サンプル数が2の冪乗である必要がある。これは、Cooley-Turkey法の一種であるが、本質的には底が2である必要はない。FFTの方法には、さらに、因数分解法やRader法などがあり、これらを適宜組み合わせることで、整数であれば、概ね高速なフーリエ変換が可能であることが知られている。   The most famous method of FFT is butterfly operation, and the number of samples needs to be a power of two. This is a kind of the Cooley-Turkey method, but essentially does not need to have a base of 2. The FFT method further includes a factorization method, a Rader method, and the like, and it is known that an approximately fast Fourier transform is possible if an integer is obtained by appropriately combining these methods.

なお、FFTはDFTを高速化したものであり、バタフライ演算以外のFFTはDFTと記述されることも多いが、以下の説明では、DFTは複素数のカーネルを記述し、それをサンプル列に1つ1つ乗算して加算する基本的な方法を示すものとする。また、バタフライ演算を含むCooley-Turkey法、因数分解法、Rader法、さらには、これらを組み合わせて高速化した方法を全て含んでFFTと称するものとする。   Note that FFT is a speed-up of DFT, and FFT other than butterfly computation is often described as DFT. However, in the following description, DFT describes a complex kernel and puts it in a sample string. Let us show the basic method of multiplying and adding one. In addition, the Cooley-Turkey method including butterfly computation, the factorization method, the Rader method, and all the methods that are speeded up by combining these methods are referred to as FFT.

特開2003−167049号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-167049 特表2000−507356号公報Special Table 2000-507356

Donald R. Wehner, “High-Resolution Radar,” ch.5, Artech House Radar Library Series (1994)Donald R. Wehner, “High-Resolution Radar,” ch.5, Artech House Radar Library Series (1994) 稲葉 : 多周波ステップICWレーダによる多目標分離法、信学技報SANE2005-1Inaba: Multi-target separation method using multi-frequency stepped ICW radar, IEICE technical report SANE2005-1

ところで、合成帯域レーダ装置において、PRIが周波数ステップ毎に異なるパルス列をそれぞれフーリエ変換するということは、サンプリング間隔が異なるサンプル列をフーリエ変換することと同等である。したがって、各周波数ステップのパルス数が同じであれば、仮に全く同じ周波数の信号をフーリエ変換しても、ピークが現れるスペクトル内の相対位置が周波数ステップ毎に変化することになる。そのため、スペクトルの同じビン同士を加算するノンコヒーレント積分を適用しても、ピーク位置が異なるため、ピーク同士の加算にならない。これは、ビン間隔周波数がPRIに対応して変化することに起因する。   By the way, in the synthetic band radar device, the Fourier transform of the pulse trains in which the PRI is different for each frequency step is equivalent to the Fourier transform of the sample trains having different sampling intervals. Therefore, if the number of pulses in each frequency step is the same, even if a signal having exactly the same frequency is subjected to Fourier transform, the relative position in the spectrum where the peak appears changes for each frequency step. Therefore, even if non-coherent integration for adding the bins having the same spectrum is applied, the peak positions are different, so that the peaks are not added. This is because the bin interval frequency changes corresponding to the PRI.

フーリエ変換の際に、サンプル列を単純にFFTするのではなく、周波数を指定して、特定の周波数成分を計算するようにDFTすることは可能である。この場合、全周波数ステップで同じ周波数成分を計算できるため、DFTを用いれば、PRIが周波数ステップ毎に異なるという問題を解決することができる。しかしながら、DFTは計算量が多く、実用に則さない用途も多い。   In the Fourier transform, instead of simply performing FFT on the sample sequence, it is possible to specify the frequency and perform DFT to calculate a specific frequency component. In this case, since the same frequency component can be calculated in all frequency steps, using DFT can solve the problem that the PRI differs for each frequency step. However, DFT is computationally intensive and has many uses that are not practical.

SNRが高ければ、周波数ステップ毎に個別に速度検出すればよいが、前述のように、この方法は低SNRでの速度検出精度の劣化が著しい。低SNRではノンコヒーレント加算により検出利得を上げてから検出したいが、PRIを周波数ステップ毎に変化させるとこれが困難になる。   If the SNR is high, the speed may be detected individually for each frequency step. However, as described above, this method has a significant deterioration in speed detection accuracy at a low SNR. At low SNR, detection is desired after increasing the detection gain by non-coherent addition, but this becomes difficult if the PRI is changed for each frequency step.

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、PRIが周波数ステップ毎に異なるパルス列を扱う可変PRIにおいて、低SNRでも高い速度検出精度が得られるレーダ装置、誘導装置及びレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。   The present embodiment has been made in view of the above problems, and provides a radar apparatus, a guidance apparatus, and a radar signal processing method capable of obtaining high speed detection accuracy even at a low SNR in a variable PRI in which a PRI handles a pulse train that differs for each frequency step. For the purpose.

上記の課題を解決するために、本実施形態に係るレーダ装置は、送信部と、受信部と、信号処理部とを備える。前記送信部は、1送信期間(CPI)内で繰り返される複数のステップそれぞれで、前記ステップ毎に互いに異なる固有のパルス繰り返し間隔(PRI)で複数のパルスを生成し、前記ステップ毎の複数のパルスをレーダ波として順次送信する。前記受信部は、前記レーダ波の反射波を受信する。前記信号処理部は、前記受信部で得られる、前記ステップ毎の複数のパルスに対応する受信信号に高速フーリエ変換(FFT)を施してドップラスペクトルを計算し、前記ドップラスペクトルの計算結果から目標の速度を推定する。このとき、前記信号処理部は、前記複数のステップそれぞれの複数パルスの値の周辺に、ステップ毎に定められた数のゼロを付加してから前記FFTを施し、前記PRI、FFTフレーム長、付加するゼロの数が、それぞれ、前記ゼロを付加した後のFFTフレーム長に相当する時間が全ステップでほぼ同一になるように決定されている。
In order to solve the above problem, the radar apparatus according to the present embodiment includes a transmission unit, a reception unit, and a signal processing unit. The transmission unit generates a plurality of pulses at each of a plurality of steps repeated within one transmission period (CPI) at a unique pulse repetition interval (PRI) different from each other , and a plurality of pulses at each step Are sequentially transmitted as radar waves. The receiving unit receives a reflected wave of the radar wave. The signal processing unit calculates a Doppler spectrum by performing Fast Fourier Transform (FFT) on a reception signal corresponding to the plurality of pulses obtained at the step, and obtains a target Doppler spectrum from the calculation result of the Doppler spectrum. Estimate speed. At this time, the signal processing unit performs the FFT after adding the number of zeros determined for each step around the value of the plurality of pulses in each of the plurality of steps, and adds the PRI, the FFT frame length, and the addition. The number of zeros to be determined is determined so that the time corresponding to the FFT frame length after adding the zeros is substantially the same in all steps.

このようにすることによって、PRIがステップ毎に異なる場合でも、比較的少ない数の整数のサンプル数で、FFTによってスペクトルを生成しつつ、同一目標のスペクトル内のピーク位置をほぼ揃えることが可能になる。その結果、ノンコヒーレント積分を利用したドップラ検出が可能となり、低SNRでも目標速度を高い精度で検出することが可能となる。   In this way, even when the PRI is different for each step, it is possible to substantially align the peak positions in the spectrum of the same target while generating the spectrum by FFT with a relatively small number of samples. Become. As a result, Doppler detection using non-coherent integration is possible, and the target speed can be detected with high accuracy even at a low SNR.

第1の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radar apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態において、周波数ステップ毎に生成される送信パルスを示すタイミング図である。FIG. 3 is a timing diagram illustrating transmission pulses generated for each frequency step in the first embodiment. 第1の実施形態において、PRIを全周波数ステップで共通にして同じサンプル数でFFTする場合の、送信パルス毎に得られるドップラスペクトルの例を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram illustrating an example of a Doppler spectrum obtained for each transmission pulse in the first embodiment when the PRI is common to all frequency steps and FFT is performed with the same number of samples. (a)は、PRIを周波数ステップ毎に変えて同じサンプル数でFFTする場合の、各周波数ステップ番号とPRI長、ビン間隔周波数それぞれとの関係を示す散布図、(b)は(a)に示す関係に設定した場合の送信パルス毎のドップラスペクトルを示す波形図である。(A) is a scatter diagram showing the relationship between each frequency step number, PRI length, and bin interval frequency when the PRI is changed for each frequency step and FFT is performed with the same number of samples, and (b) is a scatter diagram showing (a). It is a wave form diagram which shows the Doppler spectrum for every transmission pulse at the time of setting to the relationship shown. 第1の実施形態において、各周波数ステップにおけるPRI長、FFTフレーム長、FFT時の総サンプル数、FFTの際に付加するゼロの数それぞれの関係を示すタイミング図である。In 1st Embodiment, it is a timing diagram which shows each relationship of PRI length in each frequency step, FFT frame length, the total number of samples at the time of FFT, and the number of zero added at the time of FFT. 図5に示す関係において、各周波数ステップにおける周波数ビン間隔と、各周波数ステップのスペクトルビン数を示す概念図である。In the relationship shown in FIG. 5, it is a conceptual diagram which shows the frequency bin space | interval in each frequency step, and the number of spectrum bins of each frequency step. (a)は第1の実施形態において、周波数ステップ番号とFFTフレームサンプル数との関係を示す散布図、(b)は(a)において、周波数ステップ番号とPRI長、ビン間隔周波数それぞれとの関係を示す散布図である。(A) is a scatter diagram showing the relationship between the frequency step number and the number of FFT frame samples in the first embodiment, and (b) is the relationship between the frequency step number, the PRI length, and the bin interval frequency in (a). FIG. 図7に示す例をサンプリングレート相当の時間間隔で丸めた場合の周波数ステップ番号とPRI長、ビン間隔周波数それぞれとの関係を示す散布図である。FIG. 8 is a scatter diagram showing the relationship between the frequency step number, the PRI length, and the bin interval frequency when the example shown in FIG. 7 is rounded at a time interval corresponding to the sampling rate. (a)は図8に示す丸め処理によって得られるPRIとFFTフレーム内サンプル数で計算した全周波数ステップのドップラスペクトルを重ね書きして示す波形図、(b)は(a)に示す全周波数ステップのドップラスペクトルを振幅でノンコヒーレント積分した結果を示す波形図、(c)は(a)に示すドップラスペクトルの最終部分を拡大して示す波形図である。(A) is a waveform diagram in which the Doppler spectrum of all frequency steps calculated by the PRI and the number of samples in the FFT frame obtained by the rounding process shown in FIG. 8 is overwritten, and (b) is a waveform diagram showing all frequency steps shown in (a). FIG. 4C is a waveform diagram showing a result of non-coherent integration of the Doppler spectrum of FIG. 1A with an amplitude, and FIG. 第1の実施形態において、速度推定部の具体的な構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a specific configuration example of a speed estimation unit in the first embodiment. 第2の実施形態に係り、Low-PRFの場合に、目標速度を上げて5回折り返ったドップラスペクトルのシミュレーション例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of a simulation of the Doppler spectrum which concerns on 2nd Embodiment and raised the target speed and turned back 5 times in the case of Low-PRF. 第2の実施形態において、周波数ステップ毎のドップラスペクトル周期と目標速度予測値に対応するドップラ周波数との関係を示す概念図である。In 2nd Embodiment, it is a conceptual diagram which shows the relationship between the Doppler spectrum period for every frequency step, and the Doppler frequency corresponding to a target speed estimated value. 第2の実施形態において、目標予測速度の移動先ビンにおけるビン番号に対してスペクトル成分の番号が巡回シフトする様子を示す概念図である。In 2nd Embodiment, it is a conceptual diagram which shows a mode that the number of a spectrum component carries out the cyclic shift with respect to the bin number in the movement destination bin of target prediction speed. 図11に示すドップラスペクトルを、周波数ステップ毎にそれぞれのスペクトルの中央に予測値対応ビンをシフトさせ、シフトさせた先のビン番号が全周波数ステップで揃うように再度シフトさせた結果を示す波形図である。FIG. 11 is a waveform diagram showing a result obtained by shifting the Doppler spectrum shown in FIG. 11 by shifting the bin corresponding to the predicted value to the center of each spectrum for each frequency step, and shifting again so that the shifted bin numbers are aligned at all frequency steps. It is. 第2の実施形態に係るレーダ装置において、折り返し補正を行う場合の速度推定部の具体的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structural example of the speed estimation part in the case of performing aliasing correction in the radar apparatus which concerns on 2nd Embodiment. (a),(b)はそれぞれ図15に示す折り返し補正部の具体的な構成を示すブロック図である。(A), (b) is a block diagram which shows the specific structure of the folding correction | amendment part shown in FIG. 15, respectively. (a)は、合成帯域レーダにおいて、ドップラスペクトルの端にピークがかかる例を示す波形図、(b)は(a)のドップラスペクトルの端にピークがかからない例を示す波形図である。(A) is a waveform diagram showing an example in which a peak is applied to the end of the Doppler spectrum in the synthetic band radar, and (b) is a waveform diagram showing an example in which no peak is applied to the end of the Doppler spectrum of (a). 第3の実施形態に係るレーダ装置において、2系統の処理により折り返し補正を行う場合の速度推定部の具体的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structural example of the speed estimation part in the case of performing folding correction | amendment by 2 systems of processing in the radar apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係るレーダ装置において、周波数ステップ毎に、規定の最大相対速度に対応するドップラ周波数を含む折り返し回数まで、絶対周波数から同じスペクトルを繰り返し並べた様子を示す波形図である。In the radar apparatus which concerns on 4th Embodiment, it is a wave form diagram which shows a mode that the same spectrum was repeatedly arranged from the absolute frequency to the frequency | count of folding including the Doppler frequency corresponding to a prescription | regulation maximum relative speed for every frequency step. 第4の実施形態に係るレーダ装置の速度推定部において、正しい折り返し回数のドップラ周波数を識別する場合の具体的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structural example in the case of identifying the Doppler frequency of the correct frequency | count of return in the speed estimation part of the radar apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係るレーダ装置を説明するために、図14に示したドップラスペクトルから雑音を除去した様子を示す波形図である。FIG. 15 is a waveform diagram illustrating a state in which noise is removed from the Doppler spectrum illustrated in FIG. 14 in order to describe a radar apparatus according to a fifth embodiment. 第5の実施形態に係るレーダ装置において、各周波数ステップのキャリア周波数が、番号の順に昇順に増加すると仮定して、各周波数ステップにおけるPRI長、FFTフレーム長、FFT時の総サンプル数、FFTの際に付加するゼロの数それぞれの関係を示すタイミング図である。In the radar apparatus according to the fifth embodiment, assuming that the carrier frequency of each frequency step increases in ascending order in the order of the number, the PRI length, the FFT frame length, the total number of samples at the time of FFT, and the FFT It is a timing diagram which shows the relationship of each number of zero added at the time. 図22に示す関係において、各周波数ステップにおける周波数ビン間隔と、各周波数ステップのスペクトルビン数を示す概念図である。In the relationship shown in FIG. 22, it is a conceptual diagram which shows the frequency bin space | interval in each frequency step, and the number of spectrum bins of each frequency step. 図22に示す関係において、周波数ステップ毎のPRI長とビン間隔周波数を示す散布図である。In the relationship shown in FIG. 22, it is a scatter diagram which shows PRI length and bin space | interval frequency for every frequency step. 図22に示す関係において、各周波数ステップのドップラスペクトルを計算した結果を示すもので、(a)は雑音がない場合、(b)は雑音がある場合を示す波形図である。FIG. 22 shows the result of calculating the Doppler spectrum at each frequency step in the relationship shown in FIG. 22, where (a) shows a waveform when no noise is present, and (b) shows a waveform when there is noise. 本実施形態に係るレーダ装置が合成帯域レーダである場合の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a structure in case the radar apparatus which concerns on this embodiment is a synthetic band radar. 本実施形態に係るレーダ装置が周波数アジリティレーダである場合の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a structure in case the radar apparatus which concerns on this embodiment is a frequency agility radar. 本実施形態のレーダ装置を誘導装置に用いた場合の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure at the time of using the radar apparatus of this embodiment for a guidance device. 本実施形態のレーダ装置において基本となる信号処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the signal processing used as the basis in the radar apparatus of this embodiment.

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図示においては、実施形態の構成に本質的に必要な部分のみとし、実施形態の動作と関連しない部分については省略している。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description and illustrations, only parts that are essentially necessary for the configuration of the embodiment are shown, and parts that are not related to the operation of the embodiment are omitted.

(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図1に示すレーダ装置は、シンセサイザ1、レーダ波送信部2、サーキュレータ3、アンテナ4、レーダ波受信部5、信号処理部6を備える。上記信号処理部6は、ゼロ付加部61、FFT62及び速度推定部63を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the radar apparatus according to the first embodiment. The radar apparatus shown in FIG. 1 includes a synthesizer 1, a radar wave transmitter 2, a circulator 3, an antenna 4, a radar wave receiver 5, and a signal processor 6. The signal processing unit 6 includes a zero addition unit 61, an FFT 62, and a speed estimation unit 63.

上記シンセサイザ1は、レーダ波の周波数信号を生成する。上記レーダ波送信部2は、シンセサイザ1で発生される周波数信号をステップ毎に定められたPRIでパルス化し、各ステップのパルス列をPRI単位で並べて、送信用のレーダ波として出力する。このとき、レーダ波送信部2は、必要に応じてレーダ波に周波数チャーピング等の変調処理を施す。このようにして生成されたレーダ波はサーキュレータ3を介してアンテナ4から所定の方向に送出される。   The synthesizer 1 generates a radar wave frequency signal. The radar wave transmission unit 2 pulsates the frequency signal generated by the synthesizer 1 with the PRI determined for each step, arranges the pulse train of each step in units of PRI, and outputs it as a radar wave for transmission. At this time, the radar wave transmission unit 2 performs modulation processing such as frequency chirping on the radar wave as necessary. The radar wave generated in this way is transmitted from the antenna 4 through the circulator 3 in a predetermined direction.

送出されたレーダ波は、目標の他、クラッタ、妨害物など様々なもので反射される。レーダ装置に戻ったこれらの反射波はアンテナ4で捕捉され、レーダ波受信信号としてサーキュレータ3を介してレーダ波受信部5に送られる。レーダ波受信部5は、シンセサイザ1で発生される周波数信号をベースにして、レーダ波受信信号に対してフィルタリング、ベースバンド変換、アナログ−デジタル(A/D)変換等の処理を施し、レーダ波に変調処理が施されている場合にはパルス圧縮等の復調処理を施して、デジタルベースバンド信号に変換する。このとき、周波数ステップ毎に速度検出処理に掛けるための信号(以下、パルス代表値と呼ぶ)を抽出して信号処理部6に送る。   The transmitted radar wave is reflected by various objects such as clutter and obstructions in addition to the target. These reflected waves returning to the radar apparatus are captured by the antenna 4 and sent to the radar wave receiving unit 5 via the circulator 3 as a radar wave reception signal. The radar wave receiving unit 5 performs processing such as filtering, baseband conversion, analog-digital (A / D) conversion, etc., on the radar wave reception signal based on the frequency signal generated by the synthesizer 1, thereby providing a radar wave. In the case where modulation processing is applied to the signal, demodulation processing such as pulse compression is performed to convert it into a digital baseband signal. At this time, a signal (hereinafter referred to as a pulse representative value) to be subjected to speed detection processing is extracted for each frequency step and sent to the signal processing unit 6.

なお、図1に示すレーダ装置では、1つのアンテナ4を、サーキュレータ3を介して送受で共用しているが、この構成は本実施形態に必須ではなく、例えば、送受別アンテナ、方向性結合器による共用等、他の構成でもかまわない。また、図示の都合上、1素子のアンテナのように表示したが、アレイアンテナでもかまわない。アンテナの詳細な構成は本実施形態とは全く関連しない。   In the radar apparatus shown in FIG. 1, one antenna 4 is shared for transmission and reception through the circulator 3, but this configuration is not essential for the present embodiment. For example, a separate antenna and a directional coupler are used. Other configurations such as sharing by may be used. Further, for the sake of illustration, the display is shown as a one-element antenna, but an array antenna may be used. The detailed configuration of the antenna has nothing to do with this embodiment.

上記信号処理部6を構成するゼロ付加部61は、レーダ波送信部2からレーダ波の各ステップにおけるPRIの情報の通知を受け取る。そして、レーダ波受信部5から、ステップ毎にパルス代表値からなるサンプル列を順次入力し、各ステップのPRI毎に定めた数のゼロを、パルス代表値からなるサンプル列の、例えば後ろに付加して、ステップ毎にFFTフレームを形成する。上記FFT部62は、ステップ毎に、ゼロ付加部61で形成されたFFTフレームのサンプル列をFFTしてドップラスペクトルを得る。上記速度推定部63は、FFT部62で得られた各ステップのドップラスペクトルから目標速度を検出する。   The zero adding unit 61 constituting the signal processing unit 6 receives notification of PRI information at each step of the radar wave from the radar wave transmitting unit 2. Then, a sample sequence consisting of pulse representative values is sequentially input from the radar wave receiving unit 5 for each step, and the number of zeros determined for each PRI in each step is added to the sample sequence consisting of pulse representative values, for example, behind. Then, an FFT frame is formed for each step. The FFT unit 62 performs FFT on the sample sequence of the FFT frame formed by the zero addition unit 61 for each step to obtain a Doppler spectrum. The speed estimation unit 63 detects the target speed from the Doppler spectrum of each step obtained by the FFT unit 62.

上記構成によるレーダ装置において、以下に合成帯域レーダとしての処理動作について詳細を説明する。合成帯域レーダでは各ステップは、ステップ毎に周波数が異なる周波数ステップとなる。   In the radar apparatus having the above configuration, the processing operation as a synthetic band radar will be described in detail below. In the synthetic band radar, each step is a frequency step having a different frequency for each step.

図2は、合成帯域レーダを説明するために、図1に示すレーダ装置において、周波数ステップ毎に生成される送信パルスを示すタイミング図である。図2において、横軸は時間、縦軸は周波数であり、長方形のバーは所定パルス長、所定帯域幅を有するパルスを示している。個々のパルスの時間間隔がPRIであり、一つのキャリア周波数、すなちわ、1周波数ステップに付き、Np 個のパルスを送受信し、次の周波数に移って、またNp 個のパルスを送受信する、といった手順を繰り返す。周波数ステップの数はNf 個であり、トータルでNf 回繰り返す。 FIG. 2 is a timing chart showing transmission pulses generated for each frequency step in the radar apparatus shown in FIG. 1 in order to explain the synthetic band radar. In FIG. 2, the horizontal axis indicates time, the vertical axis indicates frequency, and the rectangular bar indicates a pulse having a predetermined pulse length and a predetermined bandwidth. The time interval between the individual pulses is PRI, and one carrier frequency, that is, one frequency step, transmits / receives N p pulses, moves to the next frequency, and returns N p pulses. Repeat the procedure of sending and receiving. The number of frequency steps is N f , and is repeated N f times in total.

本実施形態では、PRIは周波数ステップ毎に設定される固有の値であるが、まず、通常の合成帯域レーダの動作を説明するために、PRIが各ステップで共通の場合のドップラスペクトル例を図3に示す。図3では、1周波数ステップのパルス数を10、周波数ステップの数を10とし、ドップラアンビギュイティの無い条件で、周波数ステップ毎に個々のパルスから1パルスにつき1つのパルス代表値を抽出し、FFTして得られるドップラスペクトルを示している。なお、FFTに際して、スペクトルの波形を滑らかにするために、パルス代表値の後ろに多数のゼロを付けて周波数ビン間を補間した。   In this embodiment, PRI is a unique value set for each frequency step. First, in order to explain the operation of a normal synthetic band radar, an example of a Doppler spectrum when PRI is common to each step is shown in FIG. 3 shows. In FIG. 3, the number of pulses in one frequency step is set to 10, the number of frequency steps is set to 10, and one pulse representative value is extracted from each pulse for each frequency step under the condition without Doppler ambiguity. The Doppler spectrum obtained by FFT is shown. In the FFT, in order to smooth the spectrum waveform, a large number of zeros were added after the pulse representative value to interpolate between frequency bins.

周波数ステップ毎にキャリア周波数が異なるため、本来のドップラ周波数は周波数ステップ毎に若干異なるが、パルス数が少なく、また、ドップラアンビギュイティが無い状態では、それぞれの周波数差は非常に小さいので、ほぼ同じ周波数にピークがある。若干高低やずれがあるのは雑音のためである。   Since the carrier frequency is different for each frequency step, the original Doppler frequency is slightly different for each frequency step, but in the state where the number of pulses is small and there is no Doppler ambiguity, each frequency difference is very small. There is a peak at the same frequency. It is because of noise that there is a slight height difference or shift.

次に、単純に、PRIを周波数ステップ毎に変えて、そのまま同じサンプル数でFFTした場合について、図4を参照して説明する。   Next, a case where the PRI is simply changed for each frequency step and FFT is performed with the same number of samples as it is will be described with reference to FIG.

図4(a)は各周波数ステップのPRI長とスペクトルのビン間隔周波数、図4(b)は全周波数ステップを同じサンプル数でFFTした場合のドップラスペクトルを示している。PRI決定の手順としては、おおよそのPRI(図4の例では200μs)を決定し、その周辺で2μsずつPRI長が変化するようにPRIを設定した。各周波数ステップのパルス数は10であり、ビン間隔は1/フレーム長となる。ここでは、スペクトルを滑らかに表示するように補間している。補間は後ろにゼロを付けて補間するショートタイムフーリエ変換を利用しているが、ゼロの数は全周波数ステップで共通である。また、フレーム長はゼロを含まないパルス列のみの長さで定義している。   FIG. 4A shows the PRI length of each frequency step and the bin interval frequency of the spectrum, and FIG. 4B shows the Doppler spectrum when all frequency steps are FFTed with the same number of samples. As a procedure for determining the PRI, an approximate PRI (200 μs in the example of FIG. 4) is determined, and the PRI is set so that the PRI length changes by 2 μs around the PRI. The number of pulses in each frequency step is 10, and the bin interval is 1 / frame length. Here, interpolation is performed so that the spectrum is displayed smoothly. Interpolation uses a short time Fourier transform that interpolates with a trailing zero, but the number of zeros is common to all frequency steps. The frame length is defined by the length of only the pulse train not including zero.

図4(b)の場合は、図3と比較して、明らかに周波数ステップ毎、すなわち、PRI毎にピークの位置が異なっている。ピーク位置の違いは大きくないため、そのまま加算(ノンコヒーレント積分)しても、おおよそ全体の中央のドップラ周波数を示すピークが得られる。このため、比較的SNRが高く、また、単一目標であって、周波数ステップ毎のピーク高さのばらつきが少ない場合には、このまま足して速度推定しても、ある程度の精度で推定が可能である。   In the case of FIG. 4B, the peak position is clearly different for each frequency step, that is, for each PRI, as compared with FIG. Since the difference in peak position is not large, even if the addition is performed as it is (non-coherent integration), a peak indicating the approximate center Doppler frequency can be obtained. For this reason, if the SNR is relatively high and the target is a single target and there is little variation in the peak height for each frequency step, it is possible to estimate with a certain degree of accuracy even if the speed is estimated as it is. is there.

しかし、本実施形態では、低SNRでの速度推定精度向上を目的としており、また、目標が1点のみの点目標となっている可能性は非常に低く、周波数ステップ毎のピーク高さは大きく異なっていることが多い。このため、上記のように単純にノンコヒーレント積分しても、積分結果のピークは全体の中央を示さず、速度推定精度が劣化する。   However, the present embodiment aims to improve speed estimation accuracy at a low SNR, and it is very unlikely that the target is a single point target, and the peak height for each frequency step is large. Often different. For this reason, even if non-coherent integration is simply performed as described above, the peak of the integration result does not indicate the center of the whole, and the speed estimation accuracy deteriorates.

そこで、本実施形態では、図5に示すようにPRI長とフレーム長、FFTの際に付加するゼロの数を決定する。すなわち、各周波数ステップにおいて、送受信するパルスの数はNp 個で共通であるが、PRIが周波数ステップ毎に異なっている。また、PRI、FFTフレーム長とFFTフレーム内サンプル数の関係が図3の場合とは異なっている。このように、PRIの異なる複数の周波数ステップのスペクトルをノンコヒーレント積分できるようにするためには、スペクトルのビン間隔を揃えればよい。例えば、DFTを用いるならば、スペクトルのビンの周波数は完全に自由に決定することができる。しかしながら、DFTでは、処理量が非常に多くなるので、ここではFFTの適用が望ましい。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 5, the PRI length, the frame length, and the number of zeros added at the time of FFT are determined. That is, at each frequency step, the number of transmitted and received pulses is common in N p number, PRI is different for each frequency step. Further, the relationship between the PRI / FFT frame length and the number of samples in the FFT frame is different from that in FIG. Thus, in order to enable non-coherent integration of spectra at a plurality of frequency steps having different PRIs, the bin intervals of the spectra may be aligned. For example, if DFT is used, the frequency of spectral bins can be determined completely freely. However, since the processing amount is very large in DFT, application of FFT is desirable here.

FFTによるビン間隔はフレーム長の逆数で決定される。したがって、複数の周波数ステップの周波数ビン間隔を揃えるためには、互いにフレーム長を揃えればよい。図5に示すように、PRIが周波数ステップ毎に異なっているのに、フレーム長が共通であり、かつ、整数のFFTフレーム内サンプル数になっているという状態は、PRI毎に異なるFFTフレーム内サンプル数となっているということである。FFTフレーム長は全周波数ステップで共通であり、TFFT とする。PRIをそれぞれ、PRI1 〜PRINf とする。パルス数Np は全周波数ステップで共通であるが、FFT時に付加するゼロの数が周波数ステップ毎にNZ1 〜NZNf と異なっている。FFTで処理するため、フレーム内サンプル数は整数である。 The bin interval by FFT is determined by the reciprocal of the frame length. Therefore, in order to align the frequency bin intervals of a plurality of frequency steps, the frame lengths may be aligned with each other. As shown in FIG. 5, although the PRI is different for each frequency step, the frame length is common and the number of samples in the integer FFT frame is the same in the FFT frame that is different for each PRI. It means that the number of samples. The FFT frame length is common to all frequency steps, and is assumed to be T FFT . The PRIs are PRI 1 to PRI Nf , respectively. The number of pulses N p is common to all frequency steps, but the number of zeros added at the time of FFT differs from N Z1 to N ZNf for each frequency step. In order to process by FFT, the number of samples in a frame is an integer.

このようにFFTフレームを構成してFFTした結果は、図6に示すように、FFTフレーム長の逆数である周波数ビン間隔が全周波数ステップで共通となる。ただし、各スペクトルのビンの総数はFFTフレーム内サンプル数と等しいため、周波数ステップ毎に異なっている。有限個数のFFTでは、スペクトルがサンプリング間隔の逆数に対応する周期(スペクトル周期)で折り返される。また、サンプリング間隔に相当するPRIが周波数ステップ毎に異なるため、スペクトル周期は周波数ステップ毎に異なっている。しかし、周波数ビンの間隔が共通となっているため、FFTした結果をノンコヒーレント積分しても、ほぼ同じ位置に同じ速度のドップラピークが出現する。もちろん、周波数ステップ毎にキャリア周波数の違いがあるので、全く同じにはならないが、図3と大差のないばらつきにすることができる。   As shown in FIG. 6, the frequency bin interval, which is the reciprocal of the FFT frame length, is common to all frequency steps, as shown in FIG. However, since the total number of bins in each spectrum is equal to the number of samples in the FFT frame, it differs for each frequency step. With a finite number of FFTs, the spectrum is folded at a period (spectrum period) corresponding to the reciprocal of the sampling interval. In addition, since the PRI corresponding to the sampling interval is different for each frequency step, the spectrum period is different for each frequency step. However, since the frequency bin intervals are common, Doppler peaks with the same speed appear at substantially the same position even if the non-coherent integration is performed on the result of the FFT. Of course, since there is a difference in carrier frequency for each frequency step, it is not exactly the same, but it can be a variation that is not significantly different from FIG.

サンプル列の後ろにゼロを付加してフーリエ変換する方法は、ショートタイムフーリエ変換と呼ばれる。通常はサンプル列の後ろにゼロを付加するが、サンプル列がひとまとまりになっている限りにおいて、必ずしも後ろである必要はなく、前でもよいし、前後に入れてもよい。また、有限個数のフーリエ変換では、フレームの最後と最初は連続と見なされるため、サンプル列の中間1カ所にまとめてゼロを挿入してもよい。得られたフーリエ変換結果をノンコヒーレント積分に供する用途においては、ゼロの位置は上記のように種々変更することができる。ただし、フーリエ変換結果からさらにコヒーレントな処理に進む合成帯域レーダでは、付加するゼロの位置でフーリエ変換後の位相が変化するため、その影響を補正する必要がある。   A method of performing a Fourier transform by adding zero after the sample sequence is called a short time Fourier transform. Normally, zeros are added to the end of the sample sequence. However, as long as the sample sequence is grouped, it is not always necessary to be behind, and it may be before or after. In the finite number of Fourier transforms, since the end and the beginning of the frame are considered to be continuous, zeros may be inserted collectively at one intermediate position of the sample sequence. In the application of using the obtained Fourier transform result for non-coherent integration, the position of zero can be variously changed as described above. However, in the synthetic band radar that proceeds from the Fourier transform result to more coherent processing, the phase after the Fourier transform changes at the position of the zero to be added, so it is necessary to correct the influence.

図5、図6に示すような状態を実現するための最も単純な方法は、最小公倍数的にFFTフレーム長を決定する方法である。具体例を説明すると、図4(a)のように、初めにPRIを決定する。例えば、PRIのステップ毎の変化量を2μsとすると、各周波数ステップのPRIが決定したので、各PRIを2μsで割った数、図4(a)の例であれば、95,96,…,104を求め、これらの最小公倍数を計算する。これらの数字は互いに素であるため、最小公倍数は全部の数の積となる。この場合は、約9.47*1019である。この数に2μsを掛けた数が、フレーム長となり、フレーム長を各PRI長で割った数がFFTフレーム内サンプル数となる。 The simplest method for realizing the states shown in FIGS. 5 and 6 is a method of determining the FFT frame length in a least common multiple. To explain a specific example, the PRI is first determined as shown in FIG. For example, if the amount of change in each PRI step is 2 μs, the PRI of each frequency step is determined. Therefore, the number obtained by dividing each PRI by 2 μs, 95, 96,... 104 is calculated and these least common multiples are calculated. Since these numbers are relatively prime, the least common multiple is the product of all the numbers. In this case, it is about 9.47 * 10 19 . The number obtained by multiplying this number by 2 μs is the frame length, and the number obtained by dividing the frame length by each PRI length is the number of samples in the FFT frame.

しかし、上記数値例からもわかるように、この方法では、FFTフレーム内サンプル数が膨大な数となり、たとえFFTであっても、計算量は膨大になる。本実施形態の目的の1つは、FFTを用いることによって処理を軽くすることである。したがって、FFT内サンプル数をできるだけ少なくすることが要望される。そこで、下記のような手順でPRIとFFTフレーム長、FFTフレーム内サンプル数を決定する。   However, as can be seen from the above numerical examples, in this method, the number of samples in the FFT frame is enormous, and even if it is FFT, the amount of calculation is enormous. One of the purposes of this embodiment is to lighten the processing by using FFT. Therefore, it is desired to reduce the number of samples in the FFT as much as possible. Therefore, PRI, the FFT frame length, and the number of samples in the FFT frame are determined by the following procedure.

まず、目標までの距離とCPI長、総パルス数から、おおよそのPRIの目安を決定する。例えば200μsとする。次に、PRIを変えられる割合を決定する。PRIは目標までの距離等の制約により極端に変化させることは難しい。例えば、1割程度変えられるものとする。なお、この目安は図4(a)の例と同じである。   First, an approximate PRI standard is determined from the distance to the target, the CPI length, and the total number of pulses. For example, it is set to 200 μs. Next, the rate at which the PRI can be changed is determined. It is difficult to change the PRI extremely due to restrictions such as the distance to the target. For example, it can be changed by about 10%. This standard is the same as the example of FIG.

次に、おおよそのFFTフレーム内サンプル数を決定する。周波数ステップの数Mf 、例えば10、をPRI可変量である1割、すなわち、0.1で割る。その結果、100となる。100の周辺で1ずつ、FFTフレーム内でサンプル数が異なるように、各周波数ステップのFFTフレーム内サンプル数を決定する。例えば、96,97,…,105というように決定する。PRIの目安である200μsにおおよそのFFTフレーム内サンプル数100を掛けた値、例えば20ms、をフレーム長と定め、求めた各周波数ステップのFFTフレーム内サンプル数で割って、これを各周波数ステップのPRIとする。 Next, an approximate number of samples in the FFT frame is determined. The number of frequency steps M f , for example 10, is divided by 10% that is the PRI variable amount, that is, 0.1. As a result, it becomes 100. The number of samples in the FFT frame at each frequency step is determined so that the number of samples in the FFT frame is different by 1 around 100. For example, 96, 97, ..., 105 are determined. A value obtained by multiplying 200 μs, which is an indication of PRI, by an approximate number of samples in the FFT frame of 100, for example, 20 ms, is determined as the frame length, and divided by the number of samples in the FFT frame of each frequency step obtained, and this is divided into each frequency step. It is set as PRI.

すなわち、おおよそ100サンプルからなるFFTフレーム内で、整数で約1割サンプル数が変化するように、各周波数ステップのFFTフレーム内サンプル数の方を先に決定して、そこからPRIの方を決定する。PRIは最初に決めるのではなく、できるだけ少ない整数になるように最後に決定するものとし、1割のFFTフレーム内サンプル数の変化が周波数ステップの数である10におおよそ等しくなるように決定する。   That is, in the FFT frame consisting of approximately 100 samples, the number of samples in the FFT frame of each frequency step is determined first so that the integer number of samples changes by about 10%, and the PRI is determined therefrom. To do. The PRI is not determined first, but is finally determined so as to be an integer as small as possible, and is determined so that the change in the number of samples in 10% of the FFT frames is approximately equal to the number of frequency steps of 10.

このようにすると、上記の例からもわかるように、PRIの変化の割合が1割であれば10倍程度のサンプル数、2割であれば5倍程度のサンプル数でよく、実現可能な規模で留めることができる。   In this way, as can be seen from the above example, if the rate of change in PRI is 10%, the number of samples can be about 10 times, and if it is 20%, the number of samples can be about 5 times. Can be fastened.

このようにして得られたサンプル数等の例を図7に示す。図7(a)はFFTフレーム内サンプル数、(b)はPRI長とビン間隔周波数を示している。この例では、FFTフレーム内サンプル数が周波数ステップ毎に1ずつ異なっている。PRI長は約190μs〜約208μsであり、図4とよく似た値となっているが微妙に異なる。具体的には、{190.476,192.308,194.175,196.078,198.020,200,202.020,204.082,206.186,208.333}μsである。ビン間隔周波数は、全周波数ステップで共通となっている。後ろにゼロを付ける操作は、ドップラスペクトルを補間する操作と同じである。図4では補間前のサンプル数Np で決定する周波数間隔をビン間隔としたが、図7ではゼロ付加後のFFTフレーム内サンプル数で決定する周波数間隔をビン間隔として表示している。 An example of the number of samples obtained in this way is shown in FIG. FIG. 7A shows the number of samples in the FFT frame, and FIG. 7B shows the PRI length and bin interval frequency. In this example, the number of samples in the FFT frame is different by 1 for each frequency step. The PRI length is about 190 μs to about 208 μs, which is similar to FIG. 4 but slightly different. Specifically, {190.476, 192.308, 194.175, 196.078, 198.020, 200, 202.020, 204.082, 206.186, 208.333} μs. The bin interval frequency is common to all frequency steps. The operation of adding a trailing zero is the same as the operation of interpolating the Doppler spectrum. In FIG. 4, the frequency interval determined by the number of samples Np before interpolation is defined as the bin interval, but in FIG. 7, the frequency interval determined by the number of samples in the FFT frame after zero addition is displayed as the bin interval.

なお、上記のようなPRI決定方法では、PRIが非常に半端な値となる。信号処理上、サンプリングレートを超えて半端な値になっていると、処理が必要以上に煩雑になる。そこで、上記のように得られたPRIを信号処理部6のサンプリングレートに対応する時間間隔、例えば、サンプリングレート相当の時間間隔が0.1μsであるならば、0.1μs単位に丸めるものとする。上記の例では{190.5,192.3,194.2,196.1,198.0,200,202.0, 204.1,206.2,208.3}μsとする。その際、FFTフレーム内サンプル数は変更しない。その結果、FFTフレーム長、すなわち、スペクトルのビン間隔は、周波数ステップ毎に微妙に異なり、全く同じにはならない。   In the PRI determination method as described above, the PRI is a very odd value. In signal processing, if the value exceeds the sampling rate and becomes odd, processing becomes more complicated than necessary. Therefore, if the time interval corresponding to the sampling rate of the signal processing unit 6, for example, the time interval corresponding to the sampling rate is 0.1 μs, the PRI obtained as described above is rounded to the unit of 0.1 μs. In the above example, {190.5, 192.3, 194.2, 196.1, 198.0, 200, 202.0, 204.1, 206.2, 208.3} μs. At that time, the number of samples in the FFT frame is not changed. As a result, the FFT frame length, that is, the spectral bin interval, is slightly different for each frequency step and is not exactly the same.

図8に図7の例をサンプリングレート相当の時間間隔で丸めた場合のPRI長とビン間隔周波数を示す。PRI長の違いは、図ではわからないが、ビン間隔周波数には明らかに凹凸が発生している。ただし、この程度の差であれば、検出速度精度に大きな影響はない。   FIG. 8 shows the PRI length and bin interval frequency when the example of FIG. 7 is rounded at a time interval corresponding to the sampling rate. Although the difference in the PRI length is not known in the figure, the bin interval frequency clearly has irregularities. However, this difference does not have a significant effect on the detection speed accuracy.

このようにして得られたPRIとFFTフレーム内サンプル数で、各周波数ステップのスペクトルを計算した結果を図9に示す。図3や図4と同じく、ドップラアンビギュイティが無い例である。図9(a)は全周波数ステップのスペクトルの重ね書き波形、図9(b)は図9(a)を振幅でノンコヒーレント積分した結果の波形、図9(c)はドップラスペクトルの終わりの部分を拡大表示した波形を示している。図9(a)を図4(b)と比較してみると、上記の丸め処理を行っても、図3と遜色がない程度にピークの位置が揃っていることがわかる。また、スペクトルの最後のビン番号が、周波数ステップ毎に異なっていることがわかる。   FIG. 9 shows the result of calculating the spectrum of each frequency step by using the PRI and the number of samples in the FFT frame thus obtained. Similar to FIGS. 3 and 4, this is an example without Doppler ambiguity. FIG. 9A shows the overwritten waveform of the spectrum at all frequency steps, FIG. 9B shows the waveform obtained by non-coherent integration of FIG. 9A with the amplitude, and FIG. 9C shows the end of the Doppler spectrum. The waveform is shown enlarged. Comparing FIG. 9A with FIG. 4B, it can be seen that even when the rounding process is performed, the peak positions are aligned to the extent that they are not inferior to those in FIG. It can also be seen that the last bin number of the spectrum is different for each frequency step.

図10は、速度推定部63の詳細な形態の一例である。図9(a)のように得られた各周波数ステップのドップラスペクトルを、ノンコヒーレント積分部631でノンコヒーレント積分すると、図9(b)に示すようになる。ピーク検出部632は、このドップラスペクトルのノンコヒーレント積分結果から最大値検出やCFAR(Constant False Alarm)などでドップラ周波数のピーク値を検出する。速度計算部633は、ピーク検出部632で得られたドップラ周波数のピーク値から速度を計算する。合成帯域レーダの場合、周波数ステップ毎にキャリア周波数が異なるため、ドップラ周波数も厳密には異なるが、図9(a)に示す程度の差であれば、平均キャリア周波数で速度に変換しても大きな誤差は生じない。   FIG. 10 is an example of a detailed form of the speed estimation unit 63. When the Doppler spectrum of each frequency step obtained as shown in FIG. 9A is non-coherently integrated by the non-coherent integrator 631, it is as shown in FIG. 9B. The peak detector 632 detects the peak value of the Doppler frequency from the non-coherent integration result of the Doppler spectrum by maximum value detection, CFAR (Constant False Alarm), or the like. The speed calculator 633 calculates the speed from the peak value of the Doppler frequency obtained by the peak detector 632. In the case of the synthetic band radar, since the carrier frequency is different for each frequency step, the Doppler frequency is also strictly different. However, if the difference is as large as shown in FIG. There is no error.

なお、上記の例では、FFTフレーム内サンプル数が周波数ステップ毎に1つずつ変化する例を示したが、これは必ずしも周波数の順に変化している必要はなく、その順序はランダムでよい。また、例えば、全10ステップである場合に、サンプル数の並びにおいて、どこか途中を1つ2つ飛ばしても大きな問題は生じない。また、多数のステップの内、同じPRIであるものがあっても問題はない。本実施形態の趣旨は、FFTフレーム内サンプル数の最大値と最小値の差が周波数ステップの数におおよそ等しくなることである。複数の周波数ステップにおいて、いずれか2つのステップが、ゼロを含むFFTフレーム内サンプル数の最大値と最小値の差が1または0であるようにしてもよい。   In the above example, the example in which the number of samples in the FFT frame changes by one for each frequency step is shown. However, this does not necessarily change in the order of frequencies, and the order may be random. For example, in the case of all 10 steps, there is no big problem even if one or two parts are skipped somewhere in the arrangement of the number of samples. Further, there is no problem even if there are some steps having the same PRI. The gist of this embodiment is that the difference between the maximum value and the minimum value of the number of samples in the FFT frame is approximately equal to the number of frequency steps. In a plurality of frequency steps, any two steps may be such that the difference between the maximum value and the minimum value of the number of samples in the FFT frame including zero is 1 or 0.

例えば、基本となるサンプル数Nlm (上記の例では100)に対して、下記のように、FFTフレーム内サンプル数の間隔を種々変更しても、本実施形態の趣旨を逸脱しない。
例1… Nlm +{-5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 2, 4}
例2… Nlm +{-5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 5}
例3… Nlm +{-6, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 2, 5}
例4… Nlm +{-5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 3}
例5… Nlm +{-4, -4, -2, -2, 0, 0, 2, 2, 4, 4}
例5は、さらに、上記の値を2で割った数まで、FFTフレーム内サンプル数を縮小することが可能である。ただし、ノンコヒーレント積分結果から求めるピークの検出精度に対する要求から、ある程度大きいサンプル数Nlm としたいこともあるため、例5のような値とすることもある。なお、前述のように、FFTフレーム内サンプル数の順序は、周波数ステップの順序、または、送信時間の順序とは関連せず、順不同でよい。
For example, even if the interval of the number of samples in the FFT frame is variously changed with respect to the basic number of samples N lm (100 in the above example), it does not depart from the spirit of the present embodiment.
Example 1 N lm + { -5 , -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 2, 4}
Example 2… N lm + { -5 , -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 5}
Example 3… N lm + { -6 , -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 2, 5}
Example 4… N lm + { -5 , -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 3}
Example 5 ... N lm + {-4, -4, -2, -2, 0, 0, 2, 2, 4, 4}
Example 5 can further reduce the number of samples in the FFT frame to a number obtained by dividing the above value by two. However, since there is a case where it is desired to set the number of samples Nlm to be somewhat large due to a demand for peak detection accuracy obtained from the non-coherent integration result, the value as in Example 5 may be used. As described above, the order of the number of samples in the FFT frame is not related to the order of frequency steps or the order of transmission times, and may be in any order.

このようにして求めたFFTフレーム内サンプル数は、PRIの値に対応して記憶されており、図1におけるゼロ付加部61は、記憶されたゼロの数を入力されたPRIの値の情報に基づいて選択する。   The number of samples in the FFT frame obtained in this way is stored in correspondence with the PRI value, and the zero adding unit 61 in FIG. 1 converts the stored number of zeros into the input PRI value information. Select based on.

したがって、本実施形態のレーダ装置によれば、PRIが周波数ステップ毎に異なるパルス列を扱う可変PRIにおいて、低SNRであっても、周波数ステップそれぞれのドップラスペクトルのピークを揃えてコヒーレント積分するので、積分結果のピーク検出精度が向上し、これによって高い速度検出精度を得ることができる。   Therefore, according to the radar apparatus of the present embodiment, even if the PRI is a variable PRI that handles a different pulse train for each frequency step, even if the SNR is low, the Doppler spectrum peaks at each frequency step are aligned and coherently integrated. The peak detection accuracy of the result is improved, and thereby high speed detection accuracy can be obtained.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態として、Low-PRFで予測速度が既知の場合を説明する。なお、本実施形態に係るレーダ装置の基本構成は、図1に示す装置と同様であるので、ここではその全体的な説明を省略する。
まず、Low-PRFでは、ドップラアンビギュイティが存在し、ドップラスペクトルが何回も折り返った状態で現れる。例えばドップラスペクトルの最後が5kHzであるにもかかわらず、ドップラ周波数が10kHzもある場合などである。
(Second Embodiment)
Next, as a second embodiment, a case where the predicted speed is known with Low-PRF will be described. The basic configuration of the radar apparatus according to this embodiment is the same as that of the apparatus shown in FIG.
First, in Low-PRF, Doppler ambiguity exists and the Doppler spectrum appears in a folded state many times. For example, when the Doppler spectrum ends at 5 kHz but the Doppler frequency is 10 kHz.

周波数ステップ毎のドップラスペクトルを計算するところまでは、図9の例と同じである。5周ほど、スペクトルが折り返るように目標速度を上げて得たシミュレーション例を図11に示す。全周波数ステップの周波数ビン間隔を揃えたにもかかわらず、周波数ステップ毎にピークの位置が全く無秩序になっている。これは、周波数ステップ毎に折り返しの周波数の周期が異なるので、その差が折り返し数の分だけ積算されたためである。したがって、Low-PRFでは、周波数ビン間隔を揃えただけではノンコヒーレント積分をすることができないので、予め折り返しによって生じた周波数差を補正する必要がある。   The process up to the calculation of the Doppler spectrum for each frequency step is the same as in the example of FIG. FIG. 11 shows a simulation example obtained by increasing the target speed so that the spectrum is folded for about five laps. Even though the frequency bin intervals of all frequency steps are aligned, the peak positions are completely disordered for each frequency step. This is because the frequency of the aliasing frequency is different for each frequency step, and the difference is integrated by the number of aliasing. Therefore, in Low-PRF, non-coherent integration cannot be performed simply by aligning the frequency bin intervals, so it is necessary to correct the frequency difference caused by folding in advance.

補正の方法はいくつか考えられるが、ドップラアンビギュイティが存在する場合において、予測速度が既知であれば、予測速度に最も近い値を選択することで、アンビギュイティを解消する方法が一般的である。   There are several possible correction methods, but when Doppler ambiguity exists, if the predicted speed is known, a method that eliminates ambiguity by selecting the value closest to the predicted speed is common. It is.

そこで、本実施形態では、予測速度が既知の場合のドップラアンビギュイティ解消方法を提供する。   Therefore, in the present embodiment, a Doppler ambiguity elimination method when the predicted speed is known is provided.

図12は、周波数ステップによって折り返し周波数が異なる状態を示した図である。図12において、2点鎖線の両側矢印で示す区間の1つがドップラスペクトルの1周期であり、目標予測速度に対応するドップラ周波数はおおよそ縦の一点鎖線で示した周波数にあるものとする。図12の例では、周波数ステップf1 ,f2 , f3 では、折り返し3周目、fNfでは折り返し4周目に目標予測速度がある。この図からも、折り返った後のスペクトルを単純に重ねるだけでは、同じ位置に目標のピークが現れないことがわかる。 FIG. 12 is a diagram showing a state in which the folding frequency varies depending on the frequency step. In FIG. 12, it is assumed that one of the sections indicated by double-pointed arrows on the two-dot chain line is one period of the Doppler spectrum, and the Doppler frequency corresponding to the target predicted speed is approximately at the frequency indicated by the vertical one-dot chain line. In the example of FIG. 12, there is a target predicted speed at the third turn back at frequency steps f 1 , f 2 , and f 3 and at the fourth turn at f Nf . Also from this figure, it can be seen that the target peak does not appear at the same position by simply overlapping the folded spectra.

予測速度が既知である場合の1つの方法は、予測速度相当のドップラ周波数近傍で、各周波数ステップのスペクトルの同一周波数が同じビンにあるように揃える方法である。すなわち、予測速度は既知であるので、図12からわかるように、各周波数ステップのスペクトルの何周目の何番目のビンに予測速度があるかも既知である。そこで、例えば約100個のビンのおおよそ中央の例えば、50番のビンに予測速度がくるように、各周波数ステップのスペクトルを巡回シフトさせる。   One method in the case where the predicted speed is known is a method in which the same frequency in the spectrum of each frequency step is aligned in the same bin in the vicinity of the Doppler frequency corresponding to the predicted speed. That is, since the predicted speed is known, as can be seen from FIG. 12, it is also known how many bins in the circumference of the spectrum of each frequency step have the predicted speed. Therefore, for example, the spectrum of each frequency step is cyclically shifted so that the predicted speed comes to the bin No. 50, for example, approximately in the middle of about 100 bins.

上記の巡回シフトによる処理について、図13を用いて説明する。図13は、目標予測速度の移動先ビンにおけるビン番号に対してスペクトル成分の番号が巡回シフトする様子を示している。ビン数100個の周波数ステップの予測速度が例えば、97番のビンに含まれていたとする。これを50番のビンに移動させるために、周波数を右または左方向にシフトさせていく。図では右にシフトさせる例を示したが、巡回させる限り、どちら向きでも結果は同じである。最初の状態では50番のビンに50番のスペクトル成分が存在したが、巡回シフト後には、50番のビンに97番の成分が位置している。その周辺はスペクトル成分が順番に並んでおり、99の次は0に戻っている。   The processing by the above cyclic shift will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows a state in which the number of the spectral component is cyclically shifted with respect to the bin number in the destination bin of the target predicted speed. Assume that the predicted speed of a frequency step with 100 bins is included in the 97th bin, for example. In order to move this to the 50th bin, the frequency is shifted to the right or left. Although the figure shows an example of shifting to the right, the result is the same in either direction as long as it is patroled. In the first state, the 50th spectral component exists in the 50th bin, but after the cyclic shift, the 97th component is located in the 50th bin. In the vicinity, the spectral components are arranged in order, and after 99, it returns to 0.

周波数ステップ毎にビン数が異なるため、中央のビンの番号も異なるが、ノンコヒーレント積分をする際に予測速度の周波数が同じビン番号になっているように巡回シフトさせる。方法(1)としては、図13に示すように、50番ならば全周波数ステップの予測値対応ビンを50番に揃えて、スペクトルの終わりにビン数のばらつきによる差が現れるようにする方法がある。また、方法(2)としては、周波数ステップ毎にそれぞれ、そのスペクトルの中央に予測値対応ビンをシフトさせ、シフトさせた先のビン数が全周波数ステップで揃うように再度シフトさせる方法がある。   Since the number of bins is different for each frequency step, the number of the central bin is also different, but when performing non-coherent integration, cyclic shift is performed so that the frequency of the prediction speed is the same bin number. As a method (1), as shown in FIG. 13, if the number is 50, the prediction value corresponding bins of all frequency steps are aligned to the number 50 so that a difference due to the variation in the number of bins appears at the end of the spectrum. is there. Further, as the method (2), there is a method of shifting the bin corresponding to the predicted value to the center of the spectrum for each frequency step, and shifting again so that the number of bins after the shift is aligned at all frequency steps.

方法(2)についてさらに詳しく説明すると、例えば、バンク数が96個であれば、まず、48番に予測速度を含むビンがくるように巡回シフトさせる。次に、最大ビン数が105個の場合、96個の後ろに9個のゼロを付加し、さらに、105の約半分である53番に48番の成分が移動するように巡回シフトさせる。他の周波数ステップについても同様の処理を行う。このような処理の形態では、周波数ステップ毎のビン数の違いによる個数の差はスペクトルの始めと終わりの両方に二分されて現れる。   The method (2) will be described in more detail. For example, if the number of banks is 96, first, cyclic shift is performed so that a bin including the predicted speed comes in the 48th. Next, when the maximum number of bins is 105, nine zeros are added after 96, and the cyclic shift is performed so that the 48th component moves to the 53rd, which is about half of the 105. Similar processing is performed for the other frequency steps. In such a processing form, the difference in the number due to the difference in the number of bins at each frequency step appears as being divided into two at the beginning and the end of the spectrum.

図14に図11の周波数ステップ毎のドップラスペクトルを後者で処理した結果を示す。図14では、予測速度を真値より10 m/s大きく設定したため、中央の53番にはピークはないが、それでも、目標のドップラスペクトルのピークがほぼ揃っていることがわかる。この方法では、予測速度と真値の誤差がスペクトルの約半周以内であれば、ピークがほぼ揃ったスペクトルが得られる。   FIG. 14 shows the result of processing the Doppler spectrum for each frequency step in FIG. 11 by the latter. In FIG. 14, since the predicted speed is set to 10 m / s larger than the true value, there is no peak at the 53rd center, but it can be seen that the peaks of the target Doppler spectrum are still almost aligned. In this method, if the error between the predicted speed and the true value is within about half of the spectrum, a spectrum with substantially uniform peaks can be obtained.

図15に第2の実施形態におけるLow-PRFでの速度推定部63の構成を示す。図15に示す速度推定部63は、図10に示す構成において、ノンコヒーレント積分部631の前に折り返し補正部634を追加した構成であり、折り返し補正部634には、速度予測値が入力される。また、速度計算部633にも速度予測値を入力し、アンビギュイティを解消して、ピーク検出の結果で得られたピーク値の速度を計算する。すなわち、予測速度相当のスペクトル位置と、検出されたピークの位置のドップラ周波数の差から、ピークに対応する速度を計算する。   FIG. 15 shows the configuration of the speed estimation unit 63 in Low-PRF in the second embodiment. The speed estimation unit 63 illustrated in FIG. 15 has a configuration in which a folding correction unit 634 is added before the non-coherent integration unit 631 in the configuration illustrated in FIG. 10, and a predicted speed value is input to the folding correction unit 634. . In addition, the predicted speed value is also input to the speed calculator 633, the ambiguity is canceled, and the speed of the peak value obtained as a result of peak detection is calculated. That is, the speed corresponding to the peak is calculated from the difference between the Doppler frequency between the spectrum position corresponding to the predicted speed and the detected peak position.

図16に上記折り返し補正部634の具体的な構成例を示す。図16(a)は、シフト数決定部6341が予測速度から周波数ステップ毎にシフト数を決定し、その値に基づいて、スペクトルシフト部6342がスペクトルをシフトする。図16(a)の構成は、スペクトルの終わりにビン数の差が現れる形態である。図16(b)の構成は、スペクトルの始めと終わりにビン数の差が現れる形態であり、シフト数決定部6341とスペクトルシフト部6342で一旦、各周波数ステップの中央近傍に予測速度を含むビンをシフトし、さらに、ゼロ付加部6343によって、全周波数ステップのビン数が等しくなるように0を付加してから、スペクトルシフト部6344によって、最大ビン数のスペクトルの中央の番号にシフトする。   FIG. 16 shows a specific configuration example of the aliasing correction unit 634. In FIG. 16A, the shift number determination unit 6341 determines the shift number for each frequency step from the predicted speed, and the spectrum shift unit 6342 shifts the spectrum based on the value. The configuration of FIG. 16A is a form in which a difference in the number of bins appears at the end of the spectrum. The configuration of FIG. 16B is a form in which a difference in the number of bins appears at the beginning and end of the spectrum. The bin number including the predicted speed once in the vicinity of the center of each frequency step at the shift number determination unit 6341 and the spectrum shift unit 6342. Further, 0 is added by the zero addition unit 6343 so that the number of bins of all frequency steps becomes equal, and then the spectrum shift unit 6344 shifts to the center number of the spectrum having the maximum number of bins.

図16(b)の変形としては、次のような方法もある。同一周波数ステップのスペクトルをそれぞれ3つずつ並べて結合したスペクトルを作成し、3つの中央のスペクトル内の予測速度に対応する周波数ビンを中心に、両側ほぼ同数のビンを選択する。選択するビン数は全周波数ステップで共通とする。全周波数ステップ分の選択したビンをノンコヒーレント積分して、同様の処理を適用する。   As a modification of FIG. 16B, there is the following method. A spectrum is created by combining three spectra of the same frequency step side by side, and approximately the same number of bins on both sides is selected around the frequency bin corresponding to the predicted speed in the three central spectra. The number of bins to be selected is common to all frequency steps. Similar processing is applied by non-coherent integration of selected bins for all frequency steps.

なお、以上の構成では、中央のビンのドップラ周波数を揃えると表現したが、前述のように、ビン間隔周波数はPRIの丸めによって厳密に等しくはないため、完全には揃わない。また、後述する、周波数ステップ毎のドップラ周波数の違いを吸収するようにPRIに係数を乗算する場合は、揃えるのは正しいドップラ周波数ではなく、キャリア周波数によってスケーリングされたドップラ周波数である。   In the above configuration, it is expressed that the Doppler frequencies of the central bin are aligned. However, as described above, the bin interval frequencies are not exactly equal due to the rounding of the PRI, and thus are not completely aligned. Also, when multiplying the PRI by a coefficient so as to absorb the difference in Doppler frequency for each frequency step, which will be described later, it is not the correct Doppler frequency but the Doppler frequency scaled by the carrier frequency.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態として、Low-PRFで予測速度が既知の場合の他の形態を説明する。なお、本実施形態に係るレーダ装置の基本構成は、図1に示す装置と同様であるので、ここではその全体的な説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, as a third embodiment, another mode when the predicted speed is known with Low-PRF will be described. The basic configuration of the radar apparatus according to this embodiment is the same as that of the apparatus shown in FIG.

図1に示すレーダ装置において、適用先によっては、予測速度毎にシフト量を変える処理が煩雑であることがある。このような場合は、予め、シフトさせる先を複数用意しておき、予測速度に対応して、予測速度が揃うように、シフトさせる先を選択する構成にするとよい。   In the radar apparatus shown in FIG. 1, depending on the application destination, the process of changing the shift amount for each predicted speed may be complicated. In such a case, a plurality of shift destinations may be prepared in advance, and the shift destination may be selected so that the predicted speeds are aligned corresponding to the predicted speeds.

具体的には、まず、基準にする周波数ステップを決定する。例えば、図12の例では、最も繰り返し周期の短いNf番目の周波数ステップとする。この周波数ステップの、各折り返しの始めと、各折り返しの中央を、揃える先の周波数として予め決定しておく。これらの周波数がシフト後に例えば0番目のビンとなるように、全周波数ステップについてスペクトルをシフトさせる量を予め計算しておき、各周波数ステップのシフト量の値をテーブルに記憶しておく。 Specifically, first, a reference frequency step is determined. For example, in the example of FIG. 12, the Nf- th frequency step with the shortest repetition period is used. The start of each turn and the center of each turn of this frequency step are determined in advance as the frequencies to be aligned. The amount of spectrum shift for all frequency steps is calculated in advance so that these frequencies become, for example, the 0th bin after the shift, and the value of the shift amount of each frequency step is stored in the table.

次に、予測速度それぞれについて、基準とする周波数ステップにおける折り返し周回数(何周目にあるか)を決定する。図12の例では、3周から4周の間にある。さらに、折り返しの中央から始まる1周のどこにあるかを決定する。図12の例では、2.5周から3.5周の間にある。そこで、ちょうど3周の周波数に合わせるためのシフト量をテーブルから取得して、各周波数ステップをシフトさせる。次に、2.5周に合わせたシフト量をテーブルから取得して、各周波数ステップをシフトさせる。3周から4周、2.5周から3.5周の2種類のスペクトルを生成する。   Next, for each predicted speed, the number of turn-around turns at the reference frequency step (number of turns) is determined. In the example of FIG. 12, it is between 3 and 4 laps. Further, it is determined where in one lap starting from the center of the turn. In the example of FIG. 12, it is between 2.5 laps and 3.5 laps. Therefore, the shift amount for adjusting to the frequency of exactly three rounds is acquired from the table, and each frequency step is shifted. Next, the shift amount adjusted to 2.5 rounds is acquired from the table, and each frequency step is shifted. Two types of spectra are generated: 3 to 4 laps and 2.5 to 3.5 laps.

この方法では、整数の周期の開始点に合わせた1系統のみでよいように思われるが、下記の理由で、少なくとも半周程度ずれた開始点を複数用意し、そのうち2系統以上を利用することが望ましい。   In this method, it seems that only one system is required in accordance with the start point of the integer cycle. However, for the following reasons, it is possible to prepare a plurality of start points that are shifted by at least a half turn, and use two or more of them. desirable.

すなわち、ビン数が周波数ステップ毎に異なるため、スペクトルの端にピークがかかると、正しく検出できないことがある。図17(a)にその一例を示す。図17(a)は、周期の開始点の周波数を合わせたが、予測速度の値が真の速度の値(真値)より5 m/s少なく、かつ、真値と予測速度値がビン番号0を跨いでおり、真値より1周少ない周回数に合わせてしまった場合のスペクトルである。なお、この例において、各スペクトルは、スペクトルの最後のビンの後ろに0を付与し、最後のビンの位置が明確に読み取れるようにしている。この例の場合、スペクトルの始めの方に、1周、間違ったピークが現れているが、間違った周回であるため、各スペクトルのピーク位置が無秩序になっている。   That is, since the number of bins is different for each frequency step, it may not be correctly detected if a peak is applied to the end of the spectrum. An example is shown in FIG. In FIG. 17A, the frequency of the start point of the cycle is matched, but the predicted speed value is 5 m / s less than the true speed value (true value), and the true value and the predicted speed value are bin numbers. It is a spectrum in the case where the number of laps is over 0 and the number of laps is one less than the true value. In this example, each spectrum is given a 0 after the last bin of the spectrum so that the position of the last bin can be clearly read. In the case of this example, an incorrect peak appears around the beginning of the spectrum, but the peak position of each spectrum is disordered because of an incorrect lap.

一方、いくつかの周波数ステップではビンが無いスペクトルの終わりの部分でピークの位置が揃っていることが伺える。周期の開始点に合わせた1系統のみでは、このようなことが発生する。そこで、少なくとも半周程度ずれた開始点を複数用意すると、いずれかで、各スペクトルのピーク位置を揃えることができる。図17(b)にその一例を示す。図17(b)は、予測速度に基づいて、図17(a)のスペクトル開始点の半周後ろを開始点として、シフトさせたスペクトルである。こちらでは、ピークが揃っていることがわかる。このことから、2系統以上を用いることにより、いずれかの系統でピーク位置を正しく検出することができる。   On the other hand, it can be seen that the peak positions are aligned at the end of the spectrum where there are no bins at some frequency steps. This occurs only with one system that matches the start point of the cycle. Therefore, if a plurality of start points that are shifted by at least a half circumference are prepared, the peak positions of the respective spectra can be aligned with either of them. An example is shown in FIG. FIG. 17B is a spectrum that is shifted based on the predicted speed, starting from the half circumference after the spectrum start point of FIG. Here you can see that the peaks are aligned. From this, the peak position can be correctly detected in any system by using two or more systems.

ここで、予測速度の精度が高ければ、半周ずつずれた開始点の内、予測速度がスペクトルの最も中央近くにあるような開始点を1つだけ選択すればよい。しかし、複数の開始点は固定であるため、スペクトルの両側1/4程度の位置に予測値がくることがあり、このような場合、予測値の精度によっては、ピークが現れない可能性がある。そのため、2系統を用いる方が、検出の確実性が向上する。   Here, if the accuracy of the predicted speed is high, it is only necessary to select one start point whose predicted speed is closest to the center of the spectrum among the start points shifted by half a circle. However, since the start points are fixed, the predicted value may come to a position about 1/4 of both sides of the spectrum. In such a case, the peak may not appear depending on the accuracy of the predicted value. . Therefore, the certainty of detection is improved by using two systems.

各系統は、ビン番号0に対応するドップラ周波数が明確に定まっているため、ノンコヒーレント積分波形からピークを検出した後、ビン番号0の周波数に、そこからピークまでの差の周波数を加算することでアンビギュイティを解消することができる。   Each system has a clearly defined Doppler frequency corresponding to bin number 0. Therefore, after detecting a peak from the non-coherent integrated waveform, add the frequency of the difference from that peak to the frequency of bin number 0. Can eliminate the ambiguity.

なお、図17(a)からわかるように、一部の周波数ステップではビンのない終わりの部分はもちろんであるが、そこを除いても、スペクトルの両端で得られたピークは正しいピークでない可能性が高い。そこで、この方法では、スペクトルの両端のスペクトル線幅の半分程度を検出禁止領域とするとよい。   As can be seen from FIG. 17 (a), the peak obtained at both ends of the spectrum may not be the correct peak even if the frequency is not limited to the end portion without the bin in some frequency steps. Is expensive. Therefore, in this method, it is preferable that about half of the spectral line width at both ends of the spectrum be the detection prohibited area.

上記検出禁止領域を除いた検出領域が、複数の系統で重ならないように設定することは可能であるが、重なっていてもかまわない。ただし、全ドップラ周波数がいずれかの系統で必ず検出されるようにする必要がある。検出領域が重なっている場合、雑音まで含んで全く同じデータをシフトさせているだけであるため、双方で正しく検出されていれば、全く同じ検出速度となる。重複領域で検出された2系統の値が異なる場合は、予測値の誤差が大きく周回数を間違えている可能性がある。そこで、選択した周回の両外半周期ずれた2つを選択して、これらについて同様の処理を行い、重複領域で値が同じになった値を選択するなどの方法で結果を補正するとよい。   Although it is possible to set the detection areas excluding the detection prohibition area so as not to overlap in a plurality of systems, they may overlap. However, it is necessary to ensure that all Doppler frequencies are detected in either system. When the detection areas overlap, only the same data including noise is shifted, so if the detection areas are correctly detected, the detection speed is exactly the same. When the values of the two systems detected in the overlapping area are different, there is a possibility that the error of the predicted value is large and the number of laps is wrong. Therefore, it is preferable to correct the result by a method such as selecting two of the selected laps that are shifted from both outer half cycles, performing the same processing on these, and selecting a value that has the same value in the overlapping region.

また、必ずしも2系統である必要はなく、1/3周ずつずれた3系統、あるいは適切な間隔でずれた複数系統でもかまわない。   Also, it is not always necessary to have two systems, and three systems shifted by 1/3 turn or a plurality of systems shifted at appropriate intervals may be used.

図18は、第3の実施形態において、速度推定部63に2系統を用いる場合の構成を示すブロック図である。図18において、速度推定部63には、FFT部62のFFT結果が速度推定部63に入力される。一方、速度予測値も入力される。FFT結果と速度予測値は、折り返し補正部634に入力される。折り返し補正部634において、スペクトル領域選択部6345は、速度予測値から、前述のように例えば半周ずつずれて予め設定されたスペクトル領域の内、予測速度を含むように2つのスペクトル領域を選択する。選択した結果を、シフト数選択部6346に通知する。シフト数選択部6346は、選択されるスペクトル領域において、各周波数ステップのスペクトルを各々いくつシフトさせればよいかに関するテーブルを有しており、これを参照して各周波数ステップのスペクトルのシフト数を選択する。その結果をスペクトルシフト部6347−1,6347−2に通知する。   FIG. 18 is a block diagram showing a configuration when two systems are used for the speed estimation unit 63 in the third embodiment. In FIG. 18, the FFT result of the FFT unit 62 is input to the speed estimation unit 63 to the speed estimation unit 63. On the other hand, a predicted speed value is also input. The FFT result and the predicted speed value are input to the aliasing correction unit 634. In the aliasing correction unit 634, the spectral region selection unit 6345 selects two spectral regions so as to include the predicted speed out of the spectral regions set in advance by deviating, for example, by a half turn as described above, from the predicted speed value. The selected result is notified to the shift number selection unit 6346. The shift number selection unit 6346 has a table regarding how many spectrums of each frequency step should be shifted in the selected spectrum region, and refers to this to determine the shift number of the spectrum of each frequency step. select. The result is notified to spectrum shifters 6347-1 and 6347-2.

スペクトルシフト部6347−1,6347−2では、FFT結果を入力し、それぞれ開始点を約半周ずれて、全周波数ステップのドップラ周波数が揃うように、シフト数選択結果に基づいて各周波数ステップのスペクトルをシフトさせる。シフト結果はおのおのノンコヒーレント積分部631−1,631−2にてノンコヒーレント積分されてピーク検出部632−1,632−2に入力される。   In spectrum shift sections 6347-1 and 6347-2, the FFT results are input, the start point is shifted by about a half turn, and the spectrum of each frequency step is based on the shift number selection result so that the Doppler frequencies of all frequency steps are aligned. Shift. The shift results are non-coherently integrated by the non-coherent integrators 631-1 and 631-2 and input to the peak detectors 632-1 and 632-2.

上記ピーク検出部632−1,632−2では、ノンコヒーレント積分の結果、加算されたスペクトルからピーク値を検出する。ただし、この形態では、前述のように、スペクトルの両端では正しい検出ができない可能性がある。したがって、ピーク検出部632−1,632−2では、両端のそれぞれ所定数のビンを検出禁止領域とし、正しい検出ができる領域内でピーク値を検出する。検出されたピーク値は、速度計算部633−1,633−2に送られる。   The peak detectors 632-1 and 632-2 detect peak values from the added spectrum as a result of non-coherent integration. However, in this form, as described above, there is a possibility that correct detection cannot be performed at both ends of the spectrum. Accordingly, the peak detectors 632-1 and 632-2 use a predetermined number of bins at both ends as detection prohibited areas, and detect peak values within an area where correct detection is possible. The detected peak value is sent to the speed calculators 633-1 and 633-2.

上記速度計算部633−1,633−2は、検出されたピーク値から速度を計算する。速度計算部633−1,633−2には、スペクトル領域選択部6345から選択したスペクトル領域、すなわち、ノンコヒーレント積分されたスペクトルの0番のビンがいくつの周波数であるかが通知されている。速度計算部633−1,633−2はその値に基づいて、アンビギュイティを解消した速度を計算する。計算された速度は結果融合・選択部635に送られる。   The speed calculators 633-1 and 633-2 calculate the speed from the detected peak value. The speed calculation units 633-1 and 633-2 are notified of the frequency of the spectrum region selected by the spectrum region selection unit 6345, that is, the number 0 bin of the non-coherently integrated spectrum. The speed calculators 633-1 and 633-2 calculate the speed at which the ambiguity is eliminated based on the value. The calculated speed is sent to the result fusion / selection unit 635.

結果融合・選択部635は、2系統のいずれか、場合によっては双方で検出された速度を融合または選択する。処理は前述のように、いずれか一方でのみ検出されていれば、それを選択し、双方で同一目標と思われる目標が検出された場合には、その値が等しいかどうかを検証し、場合によっては、スペクトル領域の再選択をするように、スペクトル領域選択部6345に指示をフィードバックする。   The result fusion / selection unit 635 fuses or selects the speeds detected in either of the two systems, or in some cases. As described above, if only one of them is detected as described above, select it, and if a target that seems to be the same target is detected on both sides, check whether the values are equal. Depending on the case, an instruction is fed back to the spectral region selection unit 6345 so as to reselect the spectral region.

本実施形態によれば、各周波数ステップにおけるスペクトルのシフト数を予め用意したテーブルを参照するだけで決定することができるという利点を有する。   According to the present embodiment, there is an advantage that the number of spectrum shifts at each frequency step can be determined simply by referring to a prepared table.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態として、Low-PRFで予測速度が未知の場合の形態を説明する。なお、本実施形態に係るレーダ装置の基本構成も、図1に示す装置と同様であるので、ここではその全体的な説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, as a fourth embodiment, a mode in the case where the predicted speed is unknown in Low-PRF will be described. The basic configuration of the radar apparatus according to this embodiment is the same as that of the apparatus shown in FIG.

図12に折り返しを含めたスペクトルの状態を図示したが、本実施形態は、この図12と同じ状態のスペクトルを生成する方法を提供するものである。すなわち、予測速度が未知の場合でも、殆どの場合、検出できる最大相対速度は規定することができる。そこで、その最大相対速度に対応するドップラ周波数を含む折り返し回数まで、各周波数ステップについて、絶対周波数0から、同じスペクトルを繰り返し並べていく。   FIG. 12 illustrates the state of the spectrum including the aliasing, but this embodiment provides a method for generating a spectrum having the same state as that in FIG. That is, even if the predicted speed is unknown, in most cases the maximum relative speed that can be detected can be defined. Therefore, the same spectrum is repeatedly arranged from the absolute frequency 0 for each frequency step up to the number of turns including the Doppler frequency corresponding to the maximum relative speed.

その結果の一例を図19(a)に示す。この図19(a)の例では、10個の周波数ステップのスペクトルを重ね書きしているが、正しい折り返し回数以外では、複数周波数ステップのピークの位置は一致しない。図19(b)は、同図(a)の10個のスペクトルをノンコヒーレント積分した結果である。複数のピークが検出されているが、正しい折り返し回数のピークが最も高くなっている。そこで、最も高いピークの値を検出することによって、正しい折り返し回数のドップラ周波数を識別することができる。   An example of the result is shown in FIG. In the example of FIG. 19A, the spectrum of 10 frequency steps is overwritten, but the peak positions of the plurality of frequency steps do not match except for the correct number of folds. FIG. 19B shows the result of non-coherent integration of the 10 spectra shown in FIG. Multiple peaks are detected, but the peak with the correct number of folds is the highest. Therefore, by detecting the highest peak value, it is possible to identify the Doppler frequency with the correct number of turns.

図20は、第4の実施形態に係るレーダ装置の速度推定部63の構成を示すブロック図である。図20に示す速度推定部63は、スペクトル複製・結合部636、ノンコヒーレント積分部637、ピーク検出部638、アンビギュイティ解消部639及び速度計算部63Aを備える。   FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration of the speed estimation unit 63 of the radar apparatus according to the fourth embodiment. The speed estimation unit 63 illustrated in FIG. 20 includes a spectrum duplication / combination unit 636, a non-coherent integration unit 637, a peak detection unit 638, an ambiguity elimination unit 639, and a speed calculation unit 63A.

上記スペクトル複製・結合部636は、入力された各周波数ステップのFFT結果について、0から検出できる最大相対速度を含む折り返し回数まで、各周波数ステップのスペクトルを複製し並べて結合する。上記ノンコヒーレント積分部637は、複製・結合された結果をノンコヒーレント積分する。上記ピーク検出部638はノンコヒーレント積分結果から複数のピークを検出する。上記アンビギュイティ解消部639は、ピーク検出部638で検出された複数のピークから、正しい折り返し回数のピークとして最大のピークを選択する。上記速度計算部63Aは、選択されたピークの周波数を速度に変換する。   The spectrum duplicating / combining unit 636 duplicates and combines the spectrum of each frequency step from the input FFT result of each frequency step up to the number of folds including the maximum relative velocity that can be detected. The non-coherent integration unit 637 performs non-coherent integration on the copied and combined results. The peak detector 638 detects a plurality of peaks from the non-coherent integration result. The ambiguity elimination unit 639 selects the maximum peak as the peak of the correct number of times of folding from the plurality of peaks detected by the peak detection unit 638. The speed calculator 63A converts the frequency of the selected peak into a speed.

上記のように、本実施形態によれば、0から検出できる最大相対速度を含む折り返し回数まで、各周波数ステップのスペクトルを複製し並べて結合した上で、ノンコヒーレント積分、ピーク検出して、正しい折り返し回数のピークを選択し、速度に変換するようにしているので、Low-PRFでドップラ周波数の折り返し回数が予め不明である場合でも、相対速度を検出することができる。   As described above, according to the present embodiment, the spectrum of each frequency step is duplicated and combined side by side up to the number of folds including the maximum relative speed that can be detected, and then the non-coherent integration, peak detection is performed, and the correct fold is performed. Since the peak of the number of times is selected and converted into the speed, the relative speed can be detected even when the number of times of Doppler frequency folding is unknown in advance in Low-PRF.

なお、折り返し回数の異なる複数の目標が混在している場合、ピーク検出部638で、とりあえず、閾値を超える全てのピーク値を検出して、アンビギュイティ解消部639に送るようにする。同じ目標のピークは周期的に現れるので、アンビギュイティ解消部639において、検出された複数のピークの周期性を判定し、周期的に出現しているピークをグループにまとめ、各グループ内で最大のピーク値を選択する。これにより、折り返し回数の異なる複数の目標も検出することが可能となる。   When a plurality of targets having different numbers of turns are mixed, the peak detection unit 638 detects all peak values exceeding the threshold for the time being and sends them to the ambiguity cancellation unit 639. Since the peak of the same target appears periodically, the ambiguity canceling unit 639 determines the periodicity of the detected plurality of peaks, collects the periodically appearing peaks into groups, and sets the maximum in each group. Select the peak value of. Thereby, it is possible to detect a plurality of targets having different numbers of times of folding.

(第5の実施形態)
本実施形態は、PRIの違いを吸収することが本質であるので、必ずしも、ステップ毎にキャリア周波数が異なるレーダの種類である必要はない。以上の実施形態は、全ステップのキャリア周波数が同じでも、適用可能である。ただし、ステップ毎にキャリア周波数が異なる合成帯域レーダや周波数アジリティレーダでは、さらなる工夫を施すことによって、より速度推定精度を高めることができる。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, since it is essential to absorb the difference in PRI, it is not always necessary to use a radar type having a different carrier frequency for each step. The above embodiments can be applied even when the carrier frequencies of all steps are the same. However, in the synthetic band radar and the frequency agility radar in which the carrier frequency is different for each step, the speed estimation accuracy can be further improved by making further improvements.

図21は、図14のドップラスペクトルから雑音を除去したものである。その結果、非常に鮮明なスペクトルとなっており、ピークの位置が周波数ステップによって少しずつ異なっていることが見て取れる。図21では、目標の相対速度の値が大きく、ドップラアンビギュイティがある。そのため、周波数ステップによるドップラ周波数の差が比較的大きく見えている。このように、全周波数ステップのピークの高さが比較的揃っていれば、このままノンコヒーレント積分して、ピークを検出し、全帯域幅の中心周波数を用いて速度に変換しても、ある程度の精度で速度を検出することができる。   FIG. 21 is obtained by removing noise from the Doppler spectrum of FIG. As a result, the spectrum is very clear, and it can be seen that the position of the peak is slightly different depending on the frequency step. In FIG. 21, the target relative speed value is large and there is Doppler ambiguity. Therefore, the difference in Doppler frequency due to frequency steps appears to be relatively large. In this way, if the peak heights of all frequency steps are relatively uniform, even if non-coherent integration is performed as it is, the peak is detected and converted to speed using the center frequency of the entire bandwidth, to some extent. Speed can be detected with accuracy.

しかし、SNRが低い場合や、多点目標で内部干渉が発生している場合には、周波数ステップ毎のピークの高さが大きくばらつくことがある。このような場合、単純にノンコヒーレント積分すると、ピークの高い周波数に偏った値が検出されることがあり、誤差の原因となる。   However, when the SNR is low or internal interference occurs at the multipoint target, the peak height for each frequency step may vary greatly. In such a case, if non-coherent integration is simply performed, a value biased to a high peak frequency may be detected, which causes an error.

ここで、図21において、個々のピーク波形の裾を見ると、左側は広がっており、右側がすぼまっている。これは、周波数ステップによってピーク波形の広がり幅が異なるためである。全周波数ステップのパルス数が同じであるため、全スペクトル幅に対するピーク波形の広がりの割合は、いずれの周波数ステップも同じである。一方、本実施形態では、全周波数ステップのスペクトルのビン間隔周波数を揃えたため、周波数ステップ毎にビンの数が異なっている。全スペクトル幅に対するピーク波形の広がりの比が同じであるため、周波数ステップによってピーク波形の広がりビン数が異なるといった状態になっている。このピーク波形の広がりの微少な違いがピーク位置のずれと同時に発生すると、仮に全周波数ステップのピークの高さがほぼ同じでも誤差を増加させる一因となる。   Here, in FIG. 21, when the tails of the individual peak waveforms are viewed, the left side is widened and the right side is narrowed. This is because the spread width of the peak waveform varies depending on the frequency step. Since the number of pulses in all frequency steps is the same, the ratio of the spread of the peak waveform to the total spectrum width is the same in all frequency steps. On the other hand, in this embodiment, since the bin interval frequency of the spectrum of all frequency steps is made uniform, the number of bins is different for each frequency step. Since the ratio of the peak waveform spread to the entire spectrum width is the same, the peak waveform spread bin number varies depending on the frequency step. If this slight difference in the spread of the peak waveform occurs at the same time as the shift of the peak position, even if the peak heights of all frequency steps are substantially the same, it will contribute to an increase in error.

そこで、第5の実施形態では、PRIに手を加える余地がある場合に、次のようにすることによって、全てのピーク位置を揃える。すなわち、ある目標速度に対する各周波数ステップのドップラ周波数は、各周波数ステップのキャリア周波数に比例する。同じ位置にピークを出現するためには、周波数のスケール自体をキャリア周波数に比例させればよい。すなわち、各周波数ステップのビン間隔を各キャリア周波数に比例させればよい。   Therefore, in the fifth embodiment, when there is room for modifying the PRI, all peak positions are aligned by performing the following. That is, the Doppler frequency of each frequency step for a certain target speed is proportional to the carrier frequency of each frequency step. In order for a peak to appear at the same position, the frequency scale itself may be proportional to the carrier frequency. That is, the bin interval of each frequency step may be proportional to each carrier frequency.

ここまでの構成で使用したFFT時のフレーム長をTFFT0(sec)とすると、ビン間隔Bは1/TFFT0となっている。

Figure 0006279931
If the FFT frame length used in the configuration so far is T FFT0 (sec), the bin interval B is 1 / T FFT0 .
Figure 0006279931

これを各周波数ステップのキャリア周波数に比例させた値Bi となるようにする。単純には、ビン間隔にキャリア周波数fi を掛けてやればよい。ただし、バンク間隔の値を今までの値に近い値とするため、例えば帯域の中央の周波数fc に対するキャリア周波数fi の比を掛けてやればよい。

Figure 0006279931
This is set to a value B i proportional to the carrier frequency of each frequency step. Simply, it may do it over the carrier frequency f i in the bin interval. However, to a value close to the value of the bank interval value up to now, may do it by multiplying the ratio of the carrier frequency f i for example to the central frequency f c of the band.
Figure 0006279931

もちろん、Bi は、fi に比例した係数を掛けさえすればよいため、分母はfc 以外の定数でかまわない。上記の式に従って、周波数ステップi毎に若干変化させたフレーム長をTFFTiとする。

Figure 0006279931
Of course, B i only needs to be multiplied by a coefficient proportional to f i , so the denominator may be a constant other than f c . A frame length slightly changed for each frequency step i in accordance with the above equation is defined as T FFTi .
Figure 0006279931

FFTフレーム内サンプル数は、ここまでで決定した通りの周波数ステップi毎の数NLiとすると、TFFTiをNLiで割った値が、全周波数ステップで同一速度のピークを揃えるためのPRIとなる。 Assuming that the number of samples in the FFT frame is the number N Li for each frequency step i as determined so far, the value obtained by dividing T FFTi by N Li is the PRI for aligning the peaks at the same speed in all frequency steps. Become.

図22にFFTフレーム構成を示す。この例では、各周波数ステップのキャリア周波数は、番号の昇順に増加すると仮定している。図5と比較して、周波数ステップの番号が大きくなるに従って、わずかであるが、FFTフレーム長が短くなっている。このように、FFTフレーム内でキャリア周波数の違いによるドップラ周波数の違いを吸収しようとする場合、FFTフレーム長は全周波数ステップで完全に同じにはならず、キャリア周波数が変化する割合の程度、微妙に異なる値となる。PRIi (i=1〜Nf )も、周波数ステップ番号の増加に伴って、図5と比較してやや短くなっているが、図には明瞭に現れない程度である。 FIG. 22 shows the FFT frame configuration. In this example, it is assumed that the carrier frequency of each frequency step increases in ascending order of numbers. Compared with FIG. 5, the FFT frame length becomes shorter as the frequency step number increases. Thus, when trying to absorb the difference in Doppler frequency due to the difference in carrier frequency in the FFT frame, the FFT frame length is not completely the same in all frequency steps, and the degree of change in the carrier frequency is subtle. It becomes a different value. PRI i (i = 1 to N f ) is slightly shorter as compared with FIG. 5 as the frequency step number increases, but is not clearly shown in the figure.

なお、PRI長は、前述のように、信号処理部6のサンプリングレートに相当する時間間隔単位に丸めることが望ましいが、丸めは、上記の処理を行って最後に適用することが望ましい。   As described above, the PRI length is preferably rounded to a unit of time interval corresponding to the sampling rate of the signal processing unit 6, but rounding is preferably performed lastly after performing the above processing.

上記のように、FFTフレーム長が短くなるということは、FFT後のビン間隔が大きくなる、ということである。その様子を図23に示す。横軸を周波数の絶対値で取ると、ビン間隔周波数は周波数ステップ、すなわち、キャリア周波数の増加に伴い、少しずつ長くなっている。したがって、各周波数ステップの同一ビン番号のドップラ周波数は互いに等しくならず、キャリア周波数に比例して増減している。   As described above, the fact that the FFT frame length becomes short means that the bin interval after FFT becomes large. This is shown in FIG. Taking the horizontal axis as the absolute value of the frequency, the bin interval frequency is gradually increased as the frequency step, that is, the carrier frequency increases. Therefore, the Doppler frequencies of the same bin number in each frequency step are not equal to each other and increase / decrease in proportion to the carrier frequency.

図24に周波数ステップ毎のPRI長とビン間隔周波数を示す。PRI長の変化の傾きは、図8より若干緩くなり、ビン間隔周波数は、キャリア周波数に比例して変化している。なお、ビン間隔周波数に凹凸がある理由は、PRIをサンプリングレートに相当する時間間隔で丸めたためである。   FIG. 24 shows the PRI length and bin interval frequency for each frequency step. The slope of the change in the PRI length is slightly less than in FIG. 8, and the bin interval frequency changes in proportion to the carrier frequency. The reason why the bin interval frequency is uneven is that the PRI is rounded at a time interval corresponding to the sampling rate.

この後、これまでの実施形態と同様の手順で、各周波数ステップのスペクトルを計算した結果を図25に示す。図25(a)は図21と同様に雑音がない場合のピーク波形図である。図21と比較して、全ピークが明確に重なっていることがわかる。図25(b)は、図14と同様に雑音がある場合のピーク波形図である。雑音によって多少高さとピーク位置にばらつきが残っているが、ピーク位置は図14と比較して、よく揃っていることがわかる。   Thereafter, the result of calculating the spectrum of each frequency step in the same procedure as in the previous embodiments is shown in FIG. FIG. 25A is a peak waveform diagram when there is no noise as in FIG. Compared with FIG. 21, it can be seen that all the peaks clearly overlap. FIG. 25 (b) is a peak waveform diagram when there is noise as in FIG. Although some variations remain in height and peak position due to noise, it can be seen that the peak positions are well aligned as compared to FIG.

本実施形態については、PRIの長さが若干異なる、すなわち、PRIの長さを周波数ステップのキャリア周波数に対応して補正する以外の実施形態およびその説明と殆ど同じである。ただし、ここまでの説明で、周波数を揃える、と表現してきた部分が、キャリア周波数によってスケーリングされた周波数を揃えるという形に置き換わる。   This embodiment is almost the same as the embodiment and the description thereof except that the PRI length is slightly different, that is, the PRI length is corrected corresponding to the carrier frequency of the frequency step. However, in the description so far, the portion expressed as aligning the frequency is replaced with a form in which the frequency scaled by the carrier frequency is aligned.

なお、検出したドップラ周波数から速度を計算する際は、検出されたピークのビン番号が、どこか1つの周波数ステップで、いくつのドップラ周波数にあたるかを計算し、その周波数ステップのキャリア周波数で速度に変換すればよい。さらには、丸めによる誤差を吸収するため、全周波数ステップで速度に変換し、その平均をとってもよい。   When calculating the speed from the detected Doppler frequency, calculate how many Doppler frequencies the bin number of the detected peak corresponds to at any one frequency step, and calculate the speed at the carrier frequency of that frequency step. Convert it. Furthermore, in order to absorb errors due to rounding, the frequency may be converted into speeds at all frequency steps and averaged.

(応用例)
図26は、本実施形態に係るレーダ装置が合成帯域レーダである場合の構成を示すブロック図である。図26において、図1と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
(Application examples)
FIG. 26 is a block diagram showing a configuration when the radar apparatus according to the present embodiment is a synthetic band radar. In FIG. 26, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and different parts will be described here.

上記実施形態では、速度を検出する部分までしか説明していなかったが、レーダとしては、距離または角度、あるいは、その両方の検出が必要であることが多い。そこで、図26では、図1に示した第1の実施形態に基づいて、合成帯域波形生成までの処理を含むレーダ装置の構成を示している。   In the above-described embodiment, only the part for detecting the speed has been described, but the radar often needs to detect the distance and / or the angle. Therefore, FIG. 26 shows the configuration of the radar apparatus including processing up to the generation of the composite band waveform based on the first embodiment shown in FIG.

図26において、信号処理部6の後ろには、合成帯域処理部7が付加されている。この合成帯域処理部7には、信号処理部6から速度推定結果とFFT結果が入力され、場合によってはさらに、ピークのビン番号が入力される。合成帯域処理部7では、まず、ステップ代表値抽出部71が、FFT結果から、合成帯域を適用すべき周波数ステップ代表値を、ピークのビン番号または推定速度に基づいて抽出する。次に、位相補正部72に速度推定結果と周波数ステップ代表値が入力され、周波数ステップの時間経過による位相変化を補正する。位相補正結果は、合成帯域波形生成部73に入力され、逆フーリエ変換によって、合成帯域波形が生成される。この後、距離検出、角度検出等の処理に供される。本構成によれば、可変PRIで低SNRでも誤差の小さい速度検出が可能となり、その結果、合成帯域波形からの距離検出精度を向上させることができる。   In FIG. 26, a synthetic band processing unit 7 is added after the signal processing unit 6. The combined band processing unit 7 receives the speed estimation result and the FFT result from the signal processing unit 6 and, in some cases, the peak bin number. In the synthesized band processing unit 7, the step representative value extracting unit 71 first extracts a frequency step representative value to which the synthesized band is applied from the FFT result based on the peak bin number or the estimated speed. Next, the speed estimation result and the frequency step representative value are input to the phase correction unit 72, and the phase change due to the passage of time of the frequency step is corrected. The phase correction result is input to the synthesized band waveform generation unit 73, and a synthesized band waveform is generated by inverse Fourier transform. Thereafter, it is subjected to processing such as distance detection and angle detection. According to this configuration, it is possible to detect a speed with a small error even with a variable PRI and a low SNR, and as a result, it is possible to improve the distance detection accuracy from the combined band waveform.

図27は、本実施形態に係るレーダ装置が周波数アジリティレーダである場合の構成を示すブロック図である。図27において、図1と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。   FIG. 27 is a block diagram showing a configuration when the radar apparatus according to the present embodiment is a frequency agility radar. In FIG. 27, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and different parts will be described here.

通常、周波数アジリティレーダでは、パルス毎にキャリア周波数が変化するため、パルスドップラレーダの形態にすることは難しいが、周波数ステップ毎に複数のパルスの送受信を行うような形として、ドップラを検出することは可能である。図27の構成では、信号処理部6がドップラ周波数を検出し、距離検出部8がレーダ波受信部5の出力から距離を検出する。これらの結果は、図示しない後段のパルスドップラ処理部に送られ、パルスドップラ検出処理が行われる。   Usually, in a frequency agility radar, since the carrier frequency changes with each pulse, it is difficult to make it a pulse Doppler radar, but it is possible to detect Doppler as a form that transmits and receives multiple pulses at each frequency step. Is possible. In the configuration of FIG. 27, the signal processing unit 6 detects the Doppler frequency, and the distance detection unit 8 detects the distance from the output of the radar wave receiving unit 5. These results are sent to a subsequent pulse Doppler processing unit (not shown), and pulse Doppler detection processing is performed.

さらに、前述のように、本実施形態では、必ずしもステップ毎に周波数が違っていなくてよい。全パルスのキャリア周波数が等しいパルスドップラレーダであっても、パルスをステップに区切って、ステップ毎にPRIを可変にした場合に、本実施形態を適用することによって、低SNRで高い速度検出精度が実現される。   Furthermore, as described above, in this embodiment, the frequency does not necessarily have to be different for each step. Even in a pulse Doppler radar in which the carrier frequencies of all the pulses are the same, when the pulse is divided into steps and the PRI is variable for each step, this embodiment is applied, so that high speed detection accuracy can be achieved with a low SNR. Realized.

図28は、本実施形態のレーダ装置を誘導装置に用いた場合の構成を示すブロック図である。図28において、レーダ装置100によって検出された情報は誘導信号生成部200に出力される。誘導信号生成部200は、入力された情報から、飛翔体を誘導するための誘導信号を生成し、図示しない飛翔体の駆動部を制御する。なお、レーダ装置100は例えば、図26に示す合成帯域レーダまたは、図27に示す周波数アジリティレーダであってもよい。あるいは、本実施形態のレーダ装置を含み、距離、角度等、図示しなかった検出処理を行う装置であってもよい。   FIG. 28 is a block diagram showing a configuration when the radar apparatus of the present embodiment is used for a guidance apparatus. In FIG. 28, information detected by the radar apparatus 100 is output to the guidance signal generation unit 200. The guidance signal generation unit 200 generates a guidance signal for guiding the flying object from the input information, and controls a flying body driving unit (not shown). The radar apparatus 100 may be, for example, a synthetic band radar shown in FIG. 26 or a frequency agility radar shown in FIG. Alternatively, it may be a device that includes the radar device of the present embodiment and performs detection processing such as distance and angle not shown.

図29に本実施形態のレーダ装置で適用されるレーダ信号処理方法のフローチャートを示す。まず、受信レーダ波をデジタル化した信号(場合によっては復調された信号)からパルス毎にパルス代表値を抽出する(ステップS1)。次に、ステップ毎に、それぞれのPRIに対応する適切な数のゼロを対応するステップのパルス代表値列に付加してFFTフレームを形成する(ステップS2)。次に、各ステップのゼロを付加したFFTフレームをFFTする(ステップS3)。次に、全ステップのFFT結果をノンコヒーレント積分する(ステップS4)。最後に、ノンコヒーレント積分結果からピークを検出して、目標の速度を推定する(ステップS5)。   FIG. 29 shows a flowchart of a radar signal processing method applied in the radar apparatus of this embodiment. First, a pulse representative value is extracted for each pulse from a signal obtained by digitizing a received radar wave (in some cases, a demodulated signal) (step S1). Next, for each step, an appropriate number of zeros corresponding to each PRI is added to the pulse representative value sequence of the corresponding step to form an FFT frame (step S2). Next, the FFT frame to which zeros in each step are added is subjected to FFT (step S3). Next, the FFT results of all steps are non-coherently integrated (step S4). Finally, a peak is detected from the non-coherent integration result, and the target speed is estimated (step S5).

以上の処理により、PRIが周波数ステップ毎に異なるパルス列を扱う可変PRIにおいて、低SNRであっても、周波数ステップそれぞれのドップラスペクトルのピークを揃えてコヒーレント積分するので、積分結果のピーク検出精度が向上し、これによって高い速度検出精度を得ることができる。   With the above processing, even if the PRI is a variable PRI that handles different pulse trains for each frequency step, even if the SNR is low, the Doppler spectrum peaks at each frequency step are aligned and coherent integration is performed, so the peak detection accuracy of the integration result is improved. Thus, high speed detection accuracy can be obtained.

尚、本実施形態は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present embodiment is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

1…シンセサイザ、2…レーダ波送信部、3…サーキュレータ、4…アンテナ、5…レーダ波受信部、6…信号処理部、61…ゼロ付加部、62…FFT部、63…速度推定部、631,631−1,631−2…ノンコヒーレント積分部、632,632−1,632−2…ピーク検出部、633,633−1,633−2…速度計算部、634…折り返し補正部、6341…シフト数決定部、6342…スペクトルシフト部、6343…ゼロ付加部、6344…スペクトルシフト部、6345…スペクトル領域選択部、6346…シフト数選択部、6347−1,6347−2…スペクトルシフト部、635…結果融合・選択部、636…スペクトル複製・結合部、637…ノンコヒーレント積分部、638…ピーク検出部、639…アンビギュイティ解消部、63A…速度計算部、7…合成帯域処理部、71…ステップ代表値抽出部、72…位相補正部、73…合成帯域波形生成部、100…レーダ装置、200…誘導信号生成部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Synthesizer, 2 ... Radar wave transmission part, 3 ... Circulator, 4 ... Antenna, 5 ... Radar wave receiving part, 6 ... Signal processing part, 61 ... Zero addition part, 62 ... FFT part, 63 ... Speed estimation part, 631 , 631-1, 631-2 ... non-coherent integration unit, 632, 632-1, 632-2 ... peak detection unit, 633, 633-1, 633-2 ... speed calculation unit, 634 ... aliasing correction unit, 6341 ... Shift number determination unit, 6342 ... spectrum shift unit, 6343 ... zero addition unit, 6344 ... spectrum shift unit, 6345 ... spectrum region selection unit, 6346 ... shift number selection unit, 6347-1, 6347-2 ... spectrum shift unit, 635 ... result fusion / selection unit, 636 ... spectral replication / combination unit, 637 ... non-coherent integration unit, 638 ... peak detection unit, 639 ... a Bigyuiti canceller, 63A ... speed calculation unit, 7 ... synthetic band processing unit, 71 ... Step representative value extracting unit, 72 ... phase correction unit, 73 ... synthetic band waveform generation unit, 100 ... radar apparatus, 200 ... induction signal generator

Claims (15)

1送信期間(CPI)内で繰り返される複数のステップそれぞれで、前記ステップ毎に互いに異なる固有のパルス繰り返し間隔(PRI)で複数のパルスを生成し、前記ステップ毎の複数のパルスをレーダ波として順次送信する送信部と、
前記レーダ波の反射波を受信する受信部と、
前記受信部で得られる、前記ステップ毎の複数のパルスに対応する受信信号に高速フーリエ変換(FFT)を施してドップラスペクトルを計算し、前記ドップラスペクトルの計算結果から目標の速度を推定する信号処理部と、
を具備し、
前記信号処理部は、
前記複数のステップそれぞれの複数パルスの値の周辺に、ステップ毎に定められた数のゼロを付加してから前記FFTを施し、
前記PRI、FFTフレーム長、付加するゼロの数が、それぞれ、前記ゼロを付加した後のFFTフレーム長に相当する時間が全ステップでほぼ同一になるように決定されているレーダ装置。
In each of a plurality of steps repeated within one transmission period (CPI) , a plurality of pulses are generated at different unique pulse repetition intervals (PRI) for each step, and the plurality of pulses at each step are sequentially used as radar waves. A transmission unit for transmission;
A receiver for receiving the reflected wave of the radar wave;
Signal processing for calculating a Doppler spectrum by performing Fast Fourier Transform (FFT) on a received signal corresponding to a plurality of pulses at each step obtained by the receiving unit, and estimating a target velocity from the calculation result of the Doppler spectrum And
Comprising
The signal processing unit
Applying the FFT after adding the number of zeros determined for each step around the value of the plurality of pulses of each of the plurality of steps,
A radar apparatus in which the PRI, the FFT frame length, and the number of zeros to be added are determined so that the time corresponding to the FFT frame length after adding the zeros is substantially the same in all steps.
前記複数のステップは、各々互いに異なるキャリア周波数で前記複数のパルスを生成する周波数ステップである請求項1記載のレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein the plurality of steps are frequency steps that generate the plurality of pulses at carrier frequencies different from each other . 前記周波数ステップのPRIは、前記FFTフレーム長を当該周波数ステップのゼロを含む全サンプル数で割った値に、当該周波数ステップのキャリア周波数の比に反比例する係数を乗算した値である請求項2記載のレーダ装置。   3. The PRI of the frequency step is a value obtained by multiplying the value obtained by dividing the FFT frame length by the total number of samples including zero of the frequency step by a coefficient that is inversely proportional to the ratio of the carrier frequency of the frequency step. Radar equipment. 前記複数のステップのPRIは、さらに、前記FFTのサンプリングレートに相当する時間間隔で丸めた値である請求項1乃至請求項3のいずれか記載のレーダ装置。   4. The radar device according to claim 1, wherein the PRI of the plurality of steps is a value further rounded at a time interval corresponding to the sampling rate of the FFT. 5. 前記複数のステップは、さらに、ゼロを含むFFTフレーム内サンプル数の最大値と最小値の差がおおよそステップの数に等しい請求項1記載のレーダ装置。   The radar apparatus according to claim 1, wherein the plurality of steps further includes a difference between a maximum value and a minimum value of the number of samples in the FFT frame including zero approximately equal to the number of steps. 前記複数のステップは、さらに、ゼロを含むFFTフレーム内サンプル数が互いに1ずつ異なる請求項5記載のレーダ装置。   6. The radar apparatus according to claim 5, wherein the plurality of steps further differ from each other in the number of samples in the FFT frame including zero by one. 前記複数のステップは、さらに、いずれか2つのステップが、ゼロを含むFFTフレーム内サンプル数の差が1または0である請求項5記載のレーダ装置。   The radar apparatus according to claim 5, wherein the plurality of steps further includes a difference of 1 or 0 in the number of samples in the FFT frame including zero in any two steps. 前記信号処理部は、前記複数のステップのドップラスペクトルをノンコヒーレント積分し、その積分結果のピークを検出し、そのピークから前記目標の速度を推定することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか記載のレーダ装置。   5. The signal processing unit according to claim 1, wherein the signal processing unit performs non-coherent integration of the Doppler spectrum of the plurality of steps, detects a peak of the integration result, and estimates the target speed from the peak. The radar device according to any one of the above. 前記PRIが低パルス繰り返し周波数(Low-PRF)型であり、目標との相対速度予測値が既知であるとき、
前記信号処理部は、前記複数のステップそれぞれのドップラスペクトルを、前記相対速度予測値周辺のドップラ周波数がいずれかのビンでほぼ揃うようにシフトして、前記ノンコヒーレント積分を行う請求項8記載のレーダ装置。
When the PRI is of a low pulse repetition frequency (Low-PRF) type and the predicted relative velocity with respect to the target is known,
9. The non-coherent integration is performed according to claim 8, wherein the signal processing unit shifts the Doppler spectrum of each of the plurality of steps so that Doppler frequencies around the predicted relative velocity values are substantially uniform in any bin. Radar device.
前記信号処理部は、前記相対速度予測値周辺で同一ビンに揃えるドップラ周波数を2つ以上設定し、それぞれのドップラ周波数について前記複数のステップそれぞれのドップラスペクトルをシフトして、前記ノンコヒーレント積分を行う請求項9記載のレーダ装置。   The signal processing unit sets two or more Doppler frequencies aligned in the same bin around the predicted relative velocity value, shifts the Doppler spectrum of each of the plurality of steps for each Doppler frequency, and performs the non-coherent integration. The radar device according to claim 9. 前記PRIが低パルス繰り返し周波数(Low-PRF)型であるとき、
前記信号処理部は、前記複数のステップそれぞれのドップラスペクトルの複製を複数個生成し直列に並べて結合し、各ステップの結合されたドップラスペクトルを前記ノンコヒーレント積分する請求項8記載のレーダ装置。
When the PRI is of a low pulse repetition frequency (Low-PRF) type,
The radar apparatus according to claim 8, wherein the signal processing unit generates a plurality of copies of the Doppler spectrum of each of the plurality of steps, arranges them in series, combines them, and integrates the Doppler spectra combined in each step with the non-coherent integration.
帯域幅を複数の周波数帯域に分割し、分割した帯域が前記ステップに対応する合成帯域レーダに適用されるとき、
前記信号処理部で得られる前記目標の速度推定結果とFFT結果に基づいて、前記複数のステップの時間経過によるドップラスペクトルの位相変化を補正した後に、逆フーリエ変換によって合成帯域波形を生成する合成帯域処理部を備える請求項2記載のレーダ装置。
When the bandwidth is divided into a plurality of frequency bands, and the divided bands are applied to the synthetic band radar corresponding to the step,
A composite band that generates a composite band waveform by inverse Fourier transform after correcting a phase change of a Doppler spectrum over time of the plurality of steps based on the target speed estimation result and FFT result obtained by the signal processing unit The radar apparatus according to claim 2, further comprising a processing unit.
測定期間内にキャリア周波数が変化する周波数アジリティレーダに適用されるとき、
前記受信信号から前記目標の距離を検出する距離検出部を備える請求項2記載のレーダ装置。
When applied to a frequency agility radar where the carrier frequency changes within the measurement period,
The radar apparatus according to claim 2, further comprising a distance detection unit that detects the target distance from the received signal.
請求項1乃至13のいずれか記載のレーダ装置と、
前記レーダ装置からの前記速度を含む目標検出情報に基づいて誘導信号を生成する誘導信号生成部と
を具備する誘導装置。
A radar device according to any one of claims 1 to 13,
A guidance device comprising: a guidance signal generation unit that generates a guidance signal based on target detection information including the speed from the radar device.
1送信期間(CPI)内で繰り返される複数のステップそれぞれで、前記ステップ毎に互いに異なる固有のパルス繰り返し間隔(PRI)で複数のパルスを生成し、前記ステップ毎に複数のパルスをレーダ波として順次送信し、前記レーダ波の反射波を受信したレーダ信号を入力して目標の速度を推定するレーダ信号処理方法であって、
前記レーダ信号から前記複数のパルスそれぞれのパルス代表値を抽出し、
前記複数のステップそれぞれのPRIに対応する数のゼロを当該ステップのパルス代表値列に付加して高速フーリエ変換(FFT)フレームを形成し、
前記複数のステップそれぞれのFFTフレームにFFTを施してドップラスペクトルを計算し、
前記複数のステップのドップラスペクトルをノンコヒーレント積分して、その積分結果からピークを検出し、
前記ピークの値から前記目標の速度を推定し、
前記PRI、FFTフレーム長、付加するゼロの数が、それぞれ、前記ゼロを付加した後のFFTフレーム長に相当する時間が全ステップでほぼ同一になるように決定されていることを特徴とするレーダ信号処理方法。
In each of a plurality of steps repeated within one transmission period (CPI) , a plurality of pulses are generated at a unique pulse repetition interval (PRI) different from each other for each step, and the plurality of pulses are sequentially converted into radar waves for each step. A radar signal processing method for estimating a target speed by transmitting a radar signal transmitted and receiving a reflected wave of the radar wave,
Extracting a pulse representative value of each of the plurality of pulses from the radar signal;
Adding a number of zeros corresponding to the PRI of each of the plurality of steps to the pulse representative value sequence of the step to form a Fast Fourier Transform (FFT) frame;
FFT is performed on the FFT frame of each of the plurality of steps to calculate a Doppler spectrum;
Non-coherent integration of the multiple-step Doppler spectrum, and detecting a peak from the integration result,
Estimating the target speed from the peak value,
The radar characterized in that the PRI, the FFT frame length, and the number of zeros to be added are determined so that the time corresponding to the FFT frame length after adding the zeros is substantially the same in all steps. Signal processing method.
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