JP6339893B2 - クラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置 - Google Patents

クラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置 Download PDF

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Description

本発明は、例えば気象レーダの受信信号に含まれる静止クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置に関する。
一般に気象レーダは、３６０度の周囲に電波を送信し、雲や雨で反射した反射波（エコー）信号を受信して降雨状況を観測している。反射波信号には、観測対象の雲や雨のエコー成分だけでなく、観測対象以外の静止物体から反射された不要な反射波成分である静止クラッタ成分が含まれている。この静止クラッタ成分には、主に、陸地の反射波信号成分であるグランドクラッタ成分が含まれている。
静止クラッタ成分は、気象観測における雨量算出の精度を劣化させるので、従来の気象レーダには静止クラッタ成分を抑圧するためにＭＴＩ（Moving Target Indicator）処理を行う信号処理装置が備えられている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、ＭＴＩ処理は、現在の反射波信号と１サンプル前の反射波信号との差分を求め、周波数の低いエコー成分、すなわち静止クラッタ成分を抑圧する処理である。
特開２０１１−１６９８２９号公報
しかしながら、ＭＴＩ処理を行う従来の信号処理装置では、静止クラッタ成分を抑圧しようとすると、移動速度が比較的遅い雲や雨のエコー成分も抑圧されてしまい、気象観測における雨量算出の精度の向上が困難となるという課題があった。
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、比較的低速度の観測対象のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分を抑圧することができるクラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置を提供することを目的とする。
本発明のクラッタ抑圧装置は、レーダアンテナから所定の方位方向に所定時間間隔で送信されたレーダ送信信号が静止物体で反射された反射波成分を示す静止クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧装置であって、前記レーダ送信信号が物標で反射された複数のエコーデータを順次記憶するエコーデータ記憶手段と、前記エコーデータ記憶手段が記憶した前記各エコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに基づいて予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するフィルタ手段と、前記フィルタ手段によって抑圧されたエコー成分を含む抑圧エコーデータを実時間で順次出力する抑圧エコーデータ出力手段と、を備えた構成を有している。
この構成により、本発明のクラッタ抑圧装置は、フィルタ手段が、予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するので、速度範囲を所望の範囲に設定することにより、比較的低速度の観測対象のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分を抑圧することができる。
本発明のクラッタ抑圧装置は、前記フィルタ手段は、速度ゼロを含む予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するものである構成を有している。
この構成により、本発明のクラッタ抑圧装置は、フィルタ手段が、速度ゼロを含む予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するので、速度範囲を所望の範囲に設定することにより、比較的低速度の観測対象のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分を抑圧することができる。
本発明のクラッタ抑圧装置は、前記フィルタ手段は、前記抑圧エコーデータ出力手段が順次出力する前記各抑圧エコーデータを順次記憶する抑圧エコーデータ記憶手段と、前記エコーデータ記憶手段が記憶した前記各エコーデータに含まれる前記距離での方位方向のデータ列の各データに重み付けし、重み付けした各データの合計値を示す第１の合計値を求める第１の重み付け演算手段と、前記抑圧エコーデータ記憶手段が記憶した前記各抑圧エコーデータに含まれる前記距離での方位方向のデータ列の各データに重み付けし、重み付けした各データの合計値を示す第２の合計値を求める第２の重み付け演算手段と、前記第１の合計値と前記第２の合計値との差分を求め、この差分を前記抑圧エコーデータとして前記抑圧エコーデータ出力手段に出力させる差分演算手段と、を備えた構成を有するのが好ましい。
本発明のレーダ装置は、クラッタ抑圧装置と、前記レーダ送信信号を所定の方位方向に所定時間間隔で送信するレーダアンテナと、前記レーダ送信信号を前記レーダアンテナに出力する送信手段と、前記レーダ送信信号が物標で反射された複数のエコーデータを受信する受信手段と、を備えた構成を有している。
この構成により、本発明のレーダ装置は、予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するクラッタ抑圧装置を備えるので、比較的低速度の観測対象のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分を抑圧することができる。
本発明のレーダ装置は、前記レーダアンテナの指向する方位ごとに前記静止物体に対する相対速度を算出する相対速度算出手段をさらに備え、前記フィルタ手段は、前記相対速度算出手段が算出した相対速度を含む予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を前記方位ごとに抑圧するものである構成を有している。
この構成により、本発明のレーダ装置は、相対速度算出手段が算出した相対速度を含む予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を方位ごとに抑圧するので、移動体に搭載された場合でも、比較的低速度の観測対象のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分を抑圧することができる。
本発明は、比較的低速度の観測対象のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分を抑圧することができるという効果を有するクラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置を提供することができるものである。
本発明に係るレーダ装置の第１実施形態におけるブロック構成図である。 従来のＭＴＩ処理装置の概念的な構成とそのフィルタ特性を示す図である。 本発明に係るクラッタ抑圧装置の第１実施形態における概念的な構成とそのフィルタ特性を示す図である。 本発明に係るクラッタ抑圧装置の第１実施形態におけるブロック構成図である。 本発明に係るクラッタ抑圧装置の第１実施形態における動作を説明するための説明図である。 本発明に係るレーダ装置の第２実施形態におけるブロック構成図である。 本発明に係るレーダ装置の第２実施形態において、自船のアンテナ方位の速度成分と、アンテナ方位角、対地船速、船首方位及び進行方位との関係を示す概念図である。 本発明に係るクラッタ抑圧装置の第２実施形態におけるブロック構成図である。 本発明に係るクラッタ抑圧装置の第２実施形態におけるフィルタ特性の一例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係るクラッタ抑圧装置を気象レーダに適用した例を挙げて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態として、本発明に係るクラッタ抑圧装置を備え、陸上に設置された気象レーダを例に挙げて説明する。まず、構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態における気象レーダ１０は、送信部１１、レーダアンテナ１２、切替部１３、受信部１４、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）１５、ＩＱ検波器１６、クラッタ抑圧装置２０、映像信号処理部１７、表示部１８を備えている。なお、気象レーダ１０は、本発明に係るレーダ装置を構成する。
気象レーダ１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェースが接続される入出力回路等を備えたマイクロコンピュータを含む。このマイクロコンピュータは、ＲＯＭに予め格納された制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより、気象レーダ１０の機能を実現するようになっている。
送信部１１は、レーダ送信信号を生成する信号生成器、生成したレーダ送信信号を所定の周波数帯域のレーダ送信信号に周波数変換する周波数変換器等を備え、周波数変換したレーダ送信信号を切替部１３経由でレーダアンテナ１２に出力するようになっている。この送信部１１は、本発明に係る送信手段を構成する。
レーダアンテナ１２は、水平面内で３６０度の方位に一定速度（例えば２．５秒に１回転）で回転しながら、送信部１１からのレーダ送信信号を所定回転角度ごと（所定スイープごと）に所定時間間隔（例えば１ミリ秒間隔）で発射し、物標からの反射波を物標信号成分として含むレーダ受信信号を受信するようになっている。レーダアンテナ１２から物標までの距離は、その物標信号成分を含むレーダ受信信号の受信時刻と、このレーダ受信信号に対応するレーダ送信信号の送信時刻との時間差から求められる。また、物標の方位は、レーダ受信信号に対応するレーダ送信信号を送信するときのレーダアンテナ１２の方位から求められる。
切替部１３は、送信部１１が生成したレーダ送信信号をレーダアンテナ１２に出力する動作と、レーダアンテナ１２が受信したレーダ受信信号を受信部１４に出力する動作とを切り替えるようになっている。
受信部１４は、切替部１３を介して入力したレーダ受信信号を周波数変換する周波数変換機を備え、周波数変換したレーダ受信信号をＡＤＣ１５に出力するようになっている。この受信部１４は、本発明に係る受信手段を構成する。
ここで、受信部１４は、１回のレーダ送信信号の送信による受信信号ごとに、１スイープ分のエコーデータとして出力する。例えば、レーダアンテナ１２が、６秒間に１回転し、レーダ送信信号を１秒間に１０００回発射する場合は、受信部１４は、レーダアンテナ１２が１回転する間に６０００スイープ分のエコーデータを出力することとなる。各エコーデータは、１回のレーダ送信信号の送信によって得られる距離方向（時間軸上）に並ぶ複数のエコーデータを含む。物標が移動している場合はレーダアンテナ１２からその物標までの距離が変化することになり、その物標からのエコーデータはスイープごとに変化するので、その物標が移動速度を有していることがわかる。
ＡＤＣ１５は、受信部１４から出力されるアナログ値の中間周波数信号をデジタル信号に変換してＩＱ検波器１６に出力するようになっている。
ＩＱ検波器１６は、ＡＤＣ１５から出力されるデジタル値のレーダ受信信号から、Ｉ相成分及びこれとπ／２だけ位相の異なるＱ相成分を生成してクラッタ抑圧装置２０に出力するようになっている。
クラッタ抑圧装置２０は、後述する構成により、Ｉ相成分及びＱ相成分のそれぞれに対し、レーダ受信信号からクラッタ成分を抑圧して映像信号処理部１７に出力するようになっている。なお、図示を省略したが、クラッタ抑圧装置２０の前に干渉除去装置を設け、他のレーダ装置から送信された電磁波との干渉を防止する構成とするのが好ましい。公知の干渉除去装置としては、例えば、特開２０１１−２５２８２２号公報に記載のものがある。
映像信号処理部１７は、クラッタ抑圧装置２０によってクラッタ成分が抑圧されたレーダ受信信号に所定の処理を行って表示部１８に出力するようになっている。所定の処理としては、例えば、レーダ受信信号に対する振幅や感度の調整処理、表示部１８にレーダ受信信号を対数表示する処理、表示部１８に雨量を識別表示する処理等がある。
表示部１８は、例えば液晶ディスプレイで構成され、映像信号処理部１７から出力されるレーダ受信信号を表示するようになっている。
次に、クラッタ抑圧装置２０の概要について、従来のＭＴＩ処理を行うＭＴＩ処理装置と対比し、図２及び図３に基づき説明する。
図２（ａ）は、従来のＭＴＩ処理装置１の概念的な構成を示している。従来のＭＴＩ処理装置１は、１スイープごとに入力される入力信号を１スイープ時間だけ遅延させる時間遅延部２と、現在の入力信号と１スイープ前の入力信号との差分を算出する減算器３と、で構成されたものと考えることができる。
本発明の発明者は、従来のＭＴＩ処理装置１において、静止クラッタ成分を抑圧しようとすると物標のエコー成分も抑圧されてしまう原因を究明するため、スイープ方向（方位方向）のデータが示す物標の移動速度に対するフィルタ特性に着眼し、図２（ｂ）に示すような、従来のＭＴＩ処理装置１のフィルタ特性を得た。図２（ｂ）は、横軸に物標の速度、縦軸に規格化した出力を示している。なお、速度におけるプラス、マイナスの符号は、気象レーダ１０に対し物標が近づいている（例えばプラス符号）か、遠ざかっている（例えばマイナス符号）かを示している。
図２（ｂ）に示すように、従来のＭＴＩ処理装置１のフィルタ特性は、５ノットや１０ノットの速度の場合でも出力レベルが比較的大きく減衰している。これは、従来のＭＴＩ処理装置１では、速度が０ノット近傍にある静止クラッタ成分を抑圧しようとすると、５ノットや１０ノット等の比較的低速度で移動する物標のエコー成分も抑圧されてしまうということを示している。また、これとは逆に、５ノットや１０ノット等の比較的低速度で移動する物標のエコー成分を抑圧しないようにしようとすると、速度が０ノット近傍にある静止クラッタ成分まで抑圧されなくなってしまうことを示している。
そこで、本発明者は、フィルタ特性の改善について検討を重ね、複数のスイープ分のエコーデータを順次入力し、各エコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに実時間で重み付けを行うクラッタ抑圧装置２０を発明し、前述の課題を解決するに至った。
図３（ａ）にクラッタ抑圧装置２０の概念的な構成を示す。このクラッタ抑圧装置２０は、［数１］に示すフィルタ特性を有する。このフィルタ特性より、クラッタ抑圧装置２０は、所定の速度以上で移動している物標のエコー成分を通過させる一種のハイパスフィルタとして機能するものである。
ここで、Ｘは入力データを示し、Ｙは入力データＸをフィルタ処理したものを示す。ｉはスイープデータの番号を示す。ｂｊは入力データＸｉ−ｊに重み付けする順係数、Ｎｂは順係数の個数、ａｋは出力データＹｉ−ｋに重み付けする逆係数、Ｎａは逆係数の個数を示す。ｊ及びｋは重み付けする対象を指定するための整数である。
［数１］において、フィルタ特性は、順係数ｂｊ及び逆係数ａｋによって定まる。順係数ｂｊ及び逆係数ａｋを求めるのは非常に複雑な演算を要するので、例えばＩＩＲ（Infinite Impulse Response：無限インパルス応答）型フィルタの設計ツールを使って所望のフィルタ特性を求めることが好ましい。
ただし、本発明は一般的なＩＩＲフィルタを単に適用したものではない。従来のＩＩＲフィルタを単に適用すると時間軸に沿って、すなわち１スイープ分のエコーデータに含まれる距離方向のデータに沿って重み付けを行うことになる。これに対し、本発明では複数のスイープ分のエコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに実時間で重み付けを行うことによってフィルタ特性を急峻にし、静止クラッタ成分を抑圧するという点に工夫がなされている。
具体例として、クラッタ抑圧装置２０のフィルタ特性を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示したフィルタ特性は、速度０ノットを含む±３ノットの速度範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するよう設定されたものである。この図に示すように、陸上に設置された気象レーダ１０のクラッタ抑圧装置２０は、速度が０ノット近傍の物標のみを抑圧することができので、５ノットや１０ノットといった速度が比較的遅い物標のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分のみを確実に抑圧することができる。その結果、気象レーダ１０は、気象観測における雨量算出の精度の向上を図ることができる。
なお、例えば、処理時間や所望のフィルタ特性を考慮して順係数ｂｊ及び逆係数ａｋの個数を任意に決めることができる。この場合、順係数ｂｊ及び逆係数ａｋの個数に応じてデータの入力側及び出力側のメモリの個数を決めることとなる。また、クラッタ抑圧装置２０のフィルタ特性を、ＩＩＲ型フィルタ以外のデジタルフィルタ、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response：有限インパルス応答）型フィルタのフィルタ特性に基づいて設定してもよい。
次に、クラッタ抑圧装置２０の詳細な構成について図４を用いて説明する。
図４に示すように、クラッタ抑圧装置２０は、実時間で動作するＩ相成分処理部２１及びＱ相成分処理部２２を備えている。両者は同様の構成を有し、入出力の信号が異なるのみであるので、以下の説明では、Ｉ相成分処理部２１について説明し、Ｑ相成分処理部２２については説明を省略する。なお、Ｉ相成分処理部２１及びＱ相成分処理部２２は、本発明に係るフィルタ手段を構成する。
Ｉ相成分処理部２１は、データの入力側に、入力側バッファメモリ２１１、順係数メモリ２１２、重み付け演算部２１３を備えている。また、Ｉ相成分処理部２１は、データの出力側に、出力側バッファメモリ２１４、逆係数メモリ２１５、重み付け演算部２１６を備えている。さらに、Ｉ相成分処理部２１は、重み付け演算部２１３及び２１６に接続された差分演算部２１７を備えている。
入力側バッファメモリ２１１は、複数のスイープ分のエコーデータのＩ相成分を順次入力し、入力した各エコーデータをスイープ方向（方位方向）及び距離と対応付けてそれぞれ実時間で一時的に記憶するようになっている。本実施形態では、入力側バッファメモリ２１１は、６つのスイープ分のエコーデータをそれぞれ実時間で記憶できるものとする。なお、入力側バッファメモリ２１１は、本発明に係るエコーデータ記憶手段を構成する。
順係数メモリ２１２は、予め定められた順係数を記憶するものである。本実施形態では、順係数メモリ２１２は、６個の順係数を記憶するものとする。
重み付け演算部２１３は、入力側バッファメモリ２１１が一時記憶した各エコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データと順係数メモリ２１２が記憶した各順係数との積を演算することにより各エコーデータに重み付けし、その結果を差分演算部２１７に出力するようになっている。この重み付け演算部２１３は、本発明に係る第１の重み付け演算手段を構成する。
出力側バッファメモリ２１４は、差分演算部２１７が演算して求めた抑圧エコーデータ（後述）を順次入力し、入力した抑圧エコーデータをスイープ方向（方位方向）及び距離と対応付けてそれぞれ実時間で一時的に記憶するようになっている。本実施形態では、出力側バッファメモリ２１４は、６つの抑圧エコーデータをそれぞれ実時間で記憶できるものとする。なお、出力側バッファメモリ２１４は、本発明に係る抑圧エコーデータ出力手段及び抑圧エコーデータ記憶手段を構成する。
逆係数メモリ２１５は、予め定められた逆係数を記憶するものである。本実施形態では、逆係数メモリ２１５は、６個の逆係数を記憶するものとする。
重み付け演算部２１６は、出力側バッファメモリ２１４が一時記憶した各スイープのエコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データと逆係数メモリ２１５が記憶した各逆係数との積を演算することにより各エコーデータに重み付けし、その結果を差分演算部２１７に出力するようになっている。この重み付け演算部２１６は、本発明に係る第２の重み付け演算手段を構成する。
差分演算部２１７は、重み付け演算部２１３及び２１６が重み付けした各エコーデータの差分を示すエコーデータ（「抑圧エコーデータ」という）を求め、出力側バッファメモリ２１４に出力するようになっている。この差分演算部２１７は、本発明に係る差分演算手段を構成する。
次に、本実施形態におけるクラッタ抑圧装置２０の動作について、図５を用いて具体的に説明する。
図５は、前述の［数１］において、Ｎａ＝Ｎｂ＝６とした場合に、フィルタ処理した出力データＹ５を求める過程を説明する説明図である。この図では、説明を簡単にするため、距離方向（時間軸上）に並ぶ複数のエコーデータの個数を５個とし、それぞれの距離をＬ１〜Ｌ５としている。出力データＹ５は、［数１］においてａ０＝１としたとき、［数２］によって求まる。
図５の左上に示すように、入力側バッファメモリ２１１は、各エコーデータを実時間で順次入力し、入力した各エコーデータをスイープ方向（方位方向）及び距離と対応付けて実時間で一時記憶する。ここで、ｉ番目（ｉ＝０、１、２、・・・）のスイープのエコーデータをＳＷｉｎ（ｉ）で表すと、図５の左上図は、ｉ＝５の状態であって、ＳＷｉｎ（０）〜ＳＷｉｎ（４）がそれぞれ実時間で順次バッファリングされた後、ＳＷｉｎ（５）が入力側バッファメモリ２１１に入力された状態を示している。
一方、順係数メモリ２１２には、図示のように、６個の順係数ｂ０〜ｂ５が予め記憶されている。
重み付け演算部２１３は、ＳＷｉｎ（５）が入力側バッファメモリ２１１に入力されると、ＳＷｉｎ（０）〜ＳＷｉｎ（５）に含まれる予め定められた距離（Ｌ１〜Ｌ５）での方位方向のデータ列の各データと順係数ｂ０〜ｂ５との積を求め、求めた各積を足し合わせて入力側の合計値ＳＵＭｉｎ（第１の合計値）を求める。
具体的には、例えば距離Ｌ２においては、重み付け演算部２１３は、ＳＷｉｎ（０）の距離Ｌ２におけるデータＸ０と順係数ｂ５との積ｄ５、ＳＷｉｎ（１）の距離Ｌ２におけるデータＸ１と順係数ｂ５との積ｄ４、・・・、ＳＷｉｎ（５）の距離Ｌ２におけるデータＸ５と順係数ｂ０との積ｄ０を求める。そして、重み付け演算部２１３は、距離Ｌ２における積ｄ０〜ｄ５の合計値ＳＵＭｉｎを求め、求めた合計値ＳＵＭｉｎを差分演算部２１７に出力する。
差分演算部２１７は、重み付け演算部２１３が求めた合計値ＳＵＭｉｎと、後述する出力側の合計値ＳＵＭｏｕｔ（第２の合計値）との差分を求め、求めた差分をＳＷｏｕｔ（ｉ）として出力側バッファメモリ２１４に出力して出力側バッファメモリ２１４のデータを逐次更新する。出力側バッファメモリ２１４は、ＳＷｏｕｔ（ｉ）を順次出力することにより出力データをスイープごとに逐次更新する。その結果、クラッタ抑圧装置２０は、静止クラッタ成分のみを抑圧した抑圧エコーデータを実時間で出力することとなる。
次に、図５の右上に示すように、出力側バッファメモリ２１４は、差分演算部２１７からｉ番目の抑圧エコーデータであるＳＷｏｕｔ（ｉ）を実時間で順次入力し、入力した各抑圧エコーデータをスイープ方向（方位方向）及び距離と対応付けて実時間で一時記憶する。図５の右上図は、ＳＷｏｕｔ（０）〜ＳＷｏｕｔ（４）が順次バッファリングされた後、ＳＷｏｕｔ（５）が出力側バッファメモリ２１４に入力された状態を示している。
一方、逆係数メモリ２１５には、図示のように、６個の逆係数ａ０〜ａ５が予め記憶されている。
重み付け演算部２１６は、ＳＷｏｕｔ（５）が出力側バッファメモリ２１４に入力されると、ＳＷｏｕｔ（０）〜ＳＷｏｕｔ（４）に含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データと逆係数ａ１〜ａ５の積を求め、求めた各積を足し合わせて出力側の合計値ＳＵＭｏｕｔを求める。
具体的には、例えば距離Ｌ２においては、重み付け演算部２１６は、ＳＷｏｕｔ（０）の距離Ｌ２におけるデータＹ０と逆係数ａ５との積ｃ５、ＳＷｏｕｔ（１）の距離Ｌ２におけるデータＹ１と逆係数ａ４との積ｃ４、・・・、ＳＷｏｕｔ（４）の距離Ｌ２におけるデータＸ４と逆係数ａ１との積ｃ１を求める。そして、重み付け演算部２１６は、距離Ｌ２における積ｃ１〜ｃ５の合計値ＳＵＭｏｕｔを求める。
なお、前述の説明では、距離Ｌ２についてのみ説明したが、これと同様に、重み付け演算部２１３及び２１６は、それぞれ、他の距離Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ５における合計値ＳＵＭｉｎ及び合計値ＳＵＭｏｕｔを求める。
また、ＳＷｉｎ（５）に続いてＳＷｉｎ（６）が入力されると、入力側バッファメモリ２１１は、現在のＳＷｉｎ（０）〜ＳＷｉｎ（４）のメモリ箇所にそれぞれＳＷｉｎ（１）〜ＳＷｉｎ（５）をシフトして重ね書きをし、現在のＳＷｉｎ（５）のメモリ箇所にＳＷｉｎ（６）を記憶する。同様に、出力側バッファメモリ２１４においてもデータのシフト及び重ね書きの動作を行って、新たに求められたＳＷｏｕｔ（６）を現在のＳＷｏｕｔ（５）のメモリ箇所に記憶する。以降、データが入力されるごとに、入力側バッファメモリ２１１及び出力側バッファメモリ２１４は、同様にデータのシフト及び重ね書きの動作を繰り返す。
また、図５では、入力側バッファメモリ２１１及び出力側バッファメモリ２１４が満杯になった状態を例に挙げたが、これらのバッファメモリがバッファリングを開始してからバッファメモリが満杯になるまでの期間において出力側バッファメモリ２１４が出力するデータは過渡応答期間のデータとして破棄するのが好ましい。
以上の動作により、クラッタ抑圧装置２０は、図３（ｂ）に示したフィルタ特性に基づいて、５ノットや１０ノットといった速度が比較的遅い雲や雨のエコー成分を抑圧することなく、陸地や建物等のエコー成分である静止クラッタ成分のみを確実に抑圧することができる。
以上のように、本実施形態における気象レーダ１０は、速度ゼロを含む予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するクラッタ抑圧装置２０を備える構成としたので、比較的低速度の観測対象のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分を抑圧することができる。その結果、本実施形態における気象レーダ１０は、気象観測における雨量算出の精度の向上を図ることができる。
なお、前述の実施形態において、本発明に係るクラッタ抑圧装置を気象レーダに適用する例を挙げたが、本発明はこれに限定されず、気象レーダ以外のレーダにも適用でき、同様な効果を奏する。
また、前述の実施形態において、入力したエコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに実時間で重み付けを行ってクラッタを抑圧する例を挙げたが、実時間による処理ではなく、例えば、観測対象のエリア全体の全エコーデータを取得した後に、全エコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに重み付けを行う構成とすることもできる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態として、本発明に係るクラッタ抑圧装置を備え、船舶に搭載されたレーダ装置を例に挙げて説明する。なお、第１実施形態と同様な構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態におけるレーダ装置３０は、レーダ装置３０と陸との相対速度を算出する相対速度算出手段としての相対速度算出部３１と、クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧装置４０と、を備えている。
相対速度算出部３１は、図示を省略したが、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）やジャイロやサテライトコンパスなどの船舶に搭載されている測定装置に接続されている。そして、相対速度算出部３１は、この測定装置から、大地を基準とした自船の速度である対地速度ＶＧ、北を基準として自船の船首が向いている方位である船首方位θＨＤ、北を基準として自船が進んでいる方向である進行方位θＣＳの各データを取得するようになっている。
また、相対速度算出部３１は、レーダアンテナ１２に接続され、レーダアンテナ１２を回転させるステッピングモータのパルス数や角度検知装置の出力信号に基づき、船首方位θＨＤを基準としてレーダアンテナ１２のメインローブが向いている方位であるアンテナ方位角θＡＮＴのデータを取得するようになっている。
図７は、自船１００のアンテナ方位の速度成分ＶＡＮＴと、アンテナ方位角θＡＮＴ、対地船速ＶＧ、船首方位θＨＤ及び進行方位θＣＳとの関係を示す概念図である。図７に示されている相対角φは、自船１００の進行方位とアンテナ方位とがなす角であり、［数３］で与えられる。
相対速度算出部３１は、［数４］により、予め定められた相対角φにおけるアンテナ方位の相対速度成分ＶＡＮＴを算出するようになっている。算出されたアンテナ方位の相対速度成分ＶＡＮＴのデータは、クラッタ抑圧装置４０に出力される。
クラッタ抑圧装置４０は、図８に示すように、実時間で動作するＩ相成分処理部４１及びＱ相成分処理部４２を備えている。両者は同様の構成を有し、入出力の信号が異なるのみであるので、以下の説明では、Ｉ相成分処理部４１について説明し、Ｑ相成分処理部４２については説明を省略する。
Ｉ相成分処理部４１は、データの入力側に、順係数テーブル４１１、重み付け演算部４１２を備えている。また、Ｉ相成分処理部４１は、データの出力側に、逆係数テーブル４１３、重み付け演算部４１４を備えている。
順係数テーブル４１１は、アンテナ方位の相対速度成分ＶＡＮＴと、その速度成分においてフィルタ特性（［数１］参照）を急峻にする予め定められた複数（例えば６個）の順係数との関係を示したテーブルのデータを記憶するものである。
重み付け演算部４１２は、相対速度算出部３１からアンテナ方位の相対速度成分ＶＡＮＴのデータを入力し、順係数テーブル４１１を参照して、アンテナ方位の相対速度成分ＶＡＮＴに対する各順係数を取得するようになっている。そして、重み付け演算部４１２は、入力側バッファメモリ２１１が一時記憶した各エコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データと、順係数テーブル４１１を参照して取得した各順係数との積を演算することにより各エコーデータに重み付けし、その結果を差分演算部２１７に出力するようになっている。
逆係数テーブル４１３は、アンテナ方位の相対速度成分ＶＡＮＴと、その速度成分においてフィルタ特性（［数１］参照）を急峻にする予め定められた複数（例えば６個）の逆係数との関係を示したテーブルのデータを記憶するものである。
重み付け演算部４１４は、相対速度算出部３１からアンテナ方位の相対速度成分ＶＡＮＴのデータを入力し、逆係数テーブル４１３を参照して、アンテナ方位の相対速度成分ＶＡＮＴに対する各逆係数を取得するようになっている。そして、重み付け演算部４１４は、出力側バッファメモリ２１４が一時記憶した各スイープのエコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データと、逆係数テーブル４１３を参照して取得した各逆係数との積を演算することにより各エコーデータに重み付けし、その結果を差分演算部２１７に出力するようになっている。
その結果、クラッタ抑圧装置４０は、船舶に搭載された状態でも、静止クラッタ成分のみを抑圧した抑圧エコーデータを実時間で出力することができる。
具体的には、例えば、あるアンテナ方位の速度成分ＶＡＮＴが＋５ノットの場合（自船が５ノットで陸地に近づいている場合）は、そのアンテナ方位において、図９に示すように、相対速度＝＋５ノットを含む±３ノットの速度範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するようフィルタ特性が設定される。なお、自船がある速度で陸地から遠ざかっている場合も同様である。
換言すれば、クラッタ抑圧装置４０は、アンテナ方位ごとに、アンテナ方位の速度成分ＶＡＮＴを中心とした所定範囲のエコー成分のみを抑圧するＢＳＰ（Band Stop Filter）としての機能を有する。
以上のように、本実施形態におけるレーダ装置３０は、相対速度算出部３１が算出した相対速度を含む予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を方位ごとに抑圧するので、船舶のような移動体に搭載された場合でも、比較的低速度の観測対象のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分を抑圧することができる。
付記すれば、ＭＴＩ処理を行う従来のレーダでは、ドップラ速度がゼロのエコー成分を抑圧するため、静止している必要があり、船舶のような移動体に搭載すると静止クラッタ成分の抑圧ができなかったが、本実施形態におけるレーダ装置３０は、前述のように、船舶のような移動体に搭載された場合でも、比較的低速度の観測対象のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分を抑圧することができる。
なお、前述の実施形態では、レーダ装置３０を船舶に搭載した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、レーダ装置３０を船舶以外の移動体に搭載した場合でも同様の効果が得られる。
以上のように、本発明に係るクラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置は、比較的低速度の観測対象のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分を抑圧することができるという効果を有し、気象レーダ等の受信信号に含まれる静止クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置として有用である。
１０ 気象レーダ（レーダ装置）
１１ 送信部（送信手段）
１２ レーダアンテナ
１３ 切替部
１４ 受信部（受信手段）
１５ ＡＤＣ
１６ ＩＱ検波器
１７ 映像信号処理部
１８ 表示部
２０、４０ クラッタ抑圧装置
２１、４１ Ｉ相成分処理部（フィルタ手段）
２２、４２ Ｑ相成分処理部（フィルタ手段）
３０ レーダ装置
３１ 相対速度算出部（相対速度算出手段）
２１１ 入力側バッファメモリ（エコーデータ記憶手段）
２１２ 順係数メモリ
２１３、４１２ 重み付け演算部（第１の重み付け演算手段）
２１４ 出力側バッファメモリ（抑圧エコーデータ出力手段、抑圧エコーデータ記憶手段）
２１５ 逆係数メモリ
２１６、４１４ 重み付け演算部（第２の重み付け演算手段）
２１７ 差分演算部（差分演算手段）

Claims (5)

  1. レーダアンテナから所定の方位方向に所定時間間隔で送信されたレーダ送信信号が静止物体で反射された反射波成分を示す静止クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧装置であって、
    前記レーダ送信信号が物標で反射された複数のエコーデータを順次記憶するエコーデータ記憶手段と、
    前記エコーデータ記憶手段が記憶した前記複数のエコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに基づいて予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するフィルタ手段と、
    前記フィルタ手段によって抑圧されたエコー成分を含む抑圧エコーデータを実時間で順次出力する抑圧エコーデータ出力手段と、
    を備えたことを特徴とするクラッタ抑圧装置。
  2. 前記フィルタ手段は、速度ゼロを含む予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するものであることを特徴とする請求項１に記載のクラッタ抑圧装置。
  3. 前記フィルタ手段は、
    前記抑圧エコーデータ出力手段が順次出力する前記各抑圧エコーデータを順次記憶する抑圧エコーデータ記憶手段と、
    前記エコーデータ記憶手段が記憶した前記各エコーデータに含まれる前記距離での方位方向のデータ列の各データに重み付けし、重み付けした各データの合計値を示す第１の合計値を求める第１の重み付け演算手段と、
    前記抑圧エコーデータ記憶手段が記憶した前記各抑圧エコーデータに含まれる前記距離での方位方向のデータ列の各データに重み付けし、重み付けした各データの合計値を示す第２の合計値を求める第２の重み付け演算手段と、
    前記第１の合計値と前記第２の合計値との差分を求め、この差分を前記抑圧エコーデータとして前記抑圧エコーデータ出力手段に出力させる差分演算手段と、
    を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のクラッタ抑圧装置。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のクラッタ抑圧装置と、
    前記レーダ送信信号を所定の方位方向に所定時間間隔で送信するレーダアンテナと、
    前記レーダ送信信号を前記レーダアンテナに出力する送信手段と、
    前記レーダ送信信号が物標で反射された複数のエコーデータを受信する受信手段と、
    を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  5. 前記レーダアンテナの指向する方位ごとに前記静止物体に対する相対速度を算出する相対速度算出手段をさらに備え、
    前記フィルタ手段は、前記相対速度算出手段が算出した相対速度を含む予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を前記方位ごとに抑圧するものであることを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
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