JP6685978B2 - Radar device and radar signal processing method thereof - Google Patents

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本実施形態は、レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。   The present embodiment relates to a radar device and a radar signal processing method thereof.

レーダ装置には、被探知性を低下させるLPI(Low Probability of Intercept)技術として、符号化(ランダム信号(ノイズ)を含む)による変調パルスを用い、パルス毎に参照信号を用いてレンジ圧縮する方式がある(特許文献1、非特許文献1参照)。但し、この方式では、目標速度によるドップラ成分を補正しないと、正しくレンジ圧縮することができず、圧縮ロスが発生する。このため、速度の探索法による参照信号の補正が必要であり、処理規模が増える。これに対して、符号化を用いない単パルス列により目標速度を観測し、その観測結果を用いて符号化コ−ドによる送受信信号の参照信号を補正する手法も考えられるが、単パルス列ではLPI性が低いため、改善策に値しない。また、符号化によるLPI性を向上させるためにはチップ数を多くする必要があるが、サンプリングレートが高くなるため、処理規模が増大してしまう。   The radar device uses a modulated pulse by encoding (including a random signal (noise)) as LPI (Low Probability of Intercept) technology for reducing detectability, and a range compression is performed using a reference signal for each pulse. (See Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). However, in this method, unless the Doppler component due to the target speed is corrected, the range compression cannot be performed correctly and a compression loss occurs. Therefore, it is necessary to correct the reference signal by the speed search method, which increases the processing scale. On the other hand, a method of observing the target speed with a single pulse train without coding and using the observation result to correct the reference signal of the transmission / reception signal by the coding code is also conceivable. Because it is low, it is not worth the improvement. Further, it is necessary to increase the number of chips in order to improve the LPI property due to the encoding, but the sampling rate becomes high, so that the processing scale increases.

特開2014-182010号公報JP 2014-182010 JP

符号化レーダ、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.278-280(1996)Coded radar, Yoshida, "Revised radar technology", IEICE, pp.278-280 (1996) 符号コード(M系列)発生方式、‘M.I.Skolnik, Introduction to radar systems’, pp.429-430, McGRAW-HILL(1980)Code code (M sequence) generation method, ‘M.I.Skolnik, Introduction to radar systems’, pp.429-430, McGRAW-HILL (1980) BPSK、QPSK、西村、‘ディジタル信号処理による通信システム設計’、CQ出版社、pp.222-226(2006)BPSK, QPSK, Nishimura, "Communication system design by digital signal processing", CQ publisher, pp.222-226 (2006) SS(Spread Spectrum)変調、丸林、‘スペクトル拡散通信とその応用’、電子情報通信学会編、pp.1-18(1998)SS (Spread Spectrum) Modulation, Marubayashi, “Spread spectrum communication and its applications”, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, pp.1-18 (1998) 周波数ホッピング、谷萩、‘情報通信とディジタル信号処理’、コロナ社、pp.63-65(1996)Frequency Hopping, Hagi Tani, 'Information Communication and Digital Signal Processing', Corona, pp.63-65 (1996) CFAR(Constant False Alarm Rate)処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)CFAR (Constant False Alarm Rate) processing, Yoshida, "Revised Radar Technology", IEICE, pp.87-89 (1996) 振幅モノパルス(振幅比較モノパルス)方式、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.260-262(1996)Amplitude monopulse (amplitude comparison monopulse) method, Yoshida, "Revised radar technology", IEICE, pp.260-262 (1996)

以上述べたように、LPI性を得るために送信信号の周波数をスイープし、符号化を用いたレーダ装置では、レンジ圧縮の際に、目標の速度によるドップラ周波数成分により圧縮ロスが生じる問題があった。また、符号化のチップ数を多くすると、サンプリングレートが高くなり、処理規模が増える課題があった。   As described above, the radar device that sweeps the frequency of the transmission signal to obtain the LPI property and uses the encoding has a problem that the compression loss occurs due to the Doppler frequency component due to the target velocity during the range compression. It was In addition, when the number of coding chips is increased, the sampling rate is increased and the processing scale is increased.

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、LPI性を確保しつつ、目標の距離と速度を観測することのできるレーダ装置及びその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 an object of the present invention is to provide a radar device and a radar signal processing method therefor capable of observing a target distance and speed while securing LPI property.

上記の課題を解決するために、本実施形態によれば、符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を送受信するレーダ装置において、観測時間軸をCW期間とレンジング期間に分割する。CW期間は、Lcw(Lcw≧2)個に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mcw(Mcw≧1)チップをMcwall回繰り返す信号により変調したパルス列の信号を送信し、目標からの反射を受信して、分割単位毎にパルス間でコヒーレント積分し、分割単位間では中心周波数のずれを補正したレンジ−ドップラ軸間で振幅積分し、その振幅積分結果からドップラ周波数を検出する。レンジング期間は、Lrng(Lrng≧2)に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mr(Mr≧2)チップをMrall回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信し、前記CW期間に検出したドップラ周波数により参照信号を補正し、この参照信号を用いて前記受信した信号をレンジ圧縮し、分割単位間では振幅積分し、その振幅積分結果を用いて距離を出力し、必要に応じて距離とドップラ周波数より速度を算出する。すなわち、本実施形態に係るレーダ装置では、CW期間もレンジング期間も符号化と分割単位で周波数を変える周波数ホッピング(FH:Frequency Hopping)を用いることにより、ドップラ周波数を算出した後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮することで、サンプリングレートを必要以上に上げずにLPI性を確保しつつ、目標の測速及び測距を可能としている。   In order to solve the above problems, according to the present embodiment, the observation time axis is divided into a CW period and a ranging period in a radar device that transmits and receives a pulse train that is encoded or modulated by a random signal. The CW period is divided into Lcw (Lcw ≧ 2) pieces, a transmission signal is set to a different center frequency in each divided period, and a pulse train signal modulated by a signal in which Mcw (Mcw ≧ 1) chips are repeated Mcwall times It transmits, receives the reflection from the target, performs coherent integration between pulses for each division unit, performs amplitude integration between the range and Doppler axes with the deviation of the center frequency corrected between division units, and performs Doppler from the amplitude integration result. Detect the frequency. The ranging period is divided into Lrng (Lrng ≧ 2), the transmission signal is set to a different center frequency for each divided period, and the transmission signal modulated by a signal that repeats Mr (Mr ≧ 2) chips for the Mallall times is transmitted. , A reflection from a target is received, a reference signal is corrected by the Doppler frequency detected in the CW period, the received signal is range-compressed using this reference signal, amplitude integration is performed between division units, and the amplitude integration is performed. The distance is output using the result, and the velocity is calculated from the distance and the Doppler frequency if necessary. That is, the radar device according to the present embodiment calculates the Doppler frequency by using frequency hopping (FH: Frequency Hopping) in which the frequency is changed in encoding and division in both the CW period and the ranging period, and then the reference signal is used for the Doppler frequency. By correcting the frequency and performing range compression, it is possible to perform target speed measurement and distance measurement while ensuring LPI without increasing the sampling rate more than necessary.

第1の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram showing the schematic structure of the radar device concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態において、送信パルスのタイミングと変調符号例を示すタイミング図。3 is a timing chart showing the timing of a transmission pulse and a modulation code example in the first embodiment. FIG. 第1の実施形態において、送信信号の周波数変更を示すタイミング図。FIG. 4 is a timing diagram showing frequency change of a transmission signal in the first embodiment. 第1の実施形態において、送信処理、受信処理、信号処理の様子を示すタイミング図。FIG. 6 is a timing chart showing the states of transmission processing, reception processing, and signal processing in the first embodiment. 第1の実施形態において、PRI間の各セルについてFFTを行った場合のレンジ−ドップラデータを得る様子を示す概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram showing how range-Doppler data is obtained when FFT is performed on each cell between PRIs in the first embodiment. 第1の実施形態において、CW期間内の分割単位毎の中心周波数の変更、相関処理後のコヒーレント積分、ドップラ周波数補正後の振幅積分の様子を示すタイミング図。In the first embodiment, a timing diagram showing a state of changing the center frequency for each division unit within the CW period, coherent integration after correlation processing, and amplitude integration after Doppler frequency correction.


第1の実施形態において、CW期間内の分割単位毎に得られたレンジ−ドップラ信号を振幅積分する際にドップラ周波数が補正される様子を示す概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram showing how the Doppler frequency is corrected when amplitude-integrating the range-Doppler signal obtained for each division unit within the CW period in the first embodiment. 第1の実施形態において、レンジング期間内の分割単位毎の中心周波数の変更、相関処理後の振幅積分の様子を示すタイミング図。In the first embodiment, a timing diagram showing a state of changing the center frequency for each division unit within the ranging period and amplitude integration after correlation processing. 第2の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows the schematic structure of the radar apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態において、検出レンジセルΣと隣接する2つのレンジセルの大きい振幅の方のΣ2の振幅比を用いた振幅モノパルスにより目標のドップラ周波数を算出する様子を示す概念図。In the second embodiment, a conceptual diagram showing a state in which a target Doppler frequency is calculated by an amplitude monopulse using the amplitude ratio of Σ2 of the larger amplitude of two range cells adjacent to the detection range cell Σ. 第3の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows the schematic structure of the radar apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態において、検出レンジセルΣと隣接する2つのレンジセルの大きい振幅の方のΣ2の振幅比を用いた振幅モノパルスにより目標のドップラ周波数を算出する様子を示す概念図。In the third embodiment, a conceptual diagram showing how the target Doppler frequency is calculated by an amplitude monopulse using the amplitude ratio of Σ2 of the larger amplitude of two range cells adjacent to the detection range cell Σ. 第4の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows the schematic structure of the radar apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態において、送信パルスのタイミングと変調符号例を示すタイミング図。In the fourth embodiment, a timing diagram showing the timing of a transmission pulse and a modulation code example. 第4の実施形態において、送信処理、受信処理、信号処理の様子を示すタイミング図。FIG. 16 is a timing chart showing the states of transmission processing, reception processing, and signal processing in the fourth embodiment. 第5の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows the schematic structure of the radar apparatus which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態において、送信パルスのタイミングと変調符号例を示すタイミング図。The timing diagram which shows the timing of a transmission pulse, and a modulation code example in 5th Embodiment. 第5の実施形態において、送信処理、受信処理、信号処理の様子を示すタイミング図。The timing diagram which shows the mode of a transmission process, a reception process, and a signal process in 5th Embodiment.

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the same parts will be denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.

(第1の実施形態)単パルス
図1乃至図8を参照して、第1の実施形態に係るレーダ装置を説明する。本実施形態に係るレーダ装置では、観測期間をCW期間とレンジング期間に分割し、CW期間、レンジング期間を、それぞれLcw個、Lrng個に分割し、各々の分割期間で送信信号の周波数を変更するための周波数制御を行う(周波数ホッピング:Frequency Hopping(以下、FH)、非特許文献5)。さらに、パルス間またはパルス内で符号変調するための符号化制御を行う。CW期間でドップラ周波数を観測し、レンジング期間で目標ドップラ周波数を用いて圧縮のための参照信号を補正して測距する。速度については、ドップラ周波数から算出する。
(First Embodiment) Single pulse
A radar device according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 8. In the radar device according to the present embodiment, the observation period is divided into a CW period and a ranging period, the CW period and the ranging period are divided into Lcw and Lrng, respectively, and the frequency of the transmission signal is changed in each divided period. Frequency hopping (Frequency Hopping (FH), Non-Patent Document 5). Further, coding control for code modulation between or within pulses is performed. The Doppler frequency is observed during the CW period, and the target Doppler frequency is used during the ranging period to correct the reference signal for compression and perform distance measurement. The velocity is calculated from the Doppler frequency.

図1はその概略構成を示すブロック図、図2は観測時間におけるCW期間、レンジング期間それぞれの送信パルスのタイミングと各送信パルスの変調符号例を示すタイミング図、図3はCW期間、レンジング期間それぞれにおけるFH分割単位での送信信号の周波数変更を示すタイミング図、図4は観測時間におけるCW期間、レンジング期間それぞれのFH分割単位毎の送信処理、受信処理の様子を示すタイミング図、図5はPRI内のレンジセル毎にPRI間のFFTを行った場合のレンジ−ドップラデータを得る様子を示す概念図、図6は、CW期間内の分割単位毎の中心周波数の変更、相関処理後のコヒーレント積分、ドップラ周波数補正後の振幅積分の様子を示すタイミング図、図7は、CW期間内の分割単位毎に得られたレンジ−ドップラ信号を振幅積分する際にドップラ周波数が補正される様子を示す概念図、図8は、レンジング期間内の分割単位毎の中心周波数の変更、相関処理後の振幅積分の様子を示すタイミング図を示している。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration thereof, FIG. 2 is a timing diagram showing timings of transmission pulses in the CW period and ranging period in the observation time and examples of modulation codes of the transmission pulses, and FIG. 3 is each of CW period and ranging period. 5 is a timing chart showing the frequency change of the transmission signal in FH division units in FIG. 4, FIG. 4 is a timing chart showing the state of transmission processing and reception processing for each FH division unit in the CW period and ranging period in the observation time, and FIG. FIG. 6 is a conceptual diagram showing how range-Doppler data is obtained when FFT between PRIs is performed for each range cell in FIG. 6, FIG. 6 is a diagram showing a change in center frequency for each division unit within the CW period, coherent integration after correlation processing, FIG. 7 is a timing chart showing the state of amplitude integration after Doppler frequency correction. FIG. 7 shows the range obtained for each division unit within the CW period. FIG. 8 is a conceptual diagram showing how the Doppler frequency is corrected when amplitude-integrating the Doppler signal. FIG. 8 is a timing diagram showing how the center frequency is changed for each division unit within the ranging period and how amplitude integration is performed after the correlation process. Shows.

本実施形態に係るレーダ装置は、図1に示すように、複数のアンテナ素子により送受信ビームを形成するアンテナ1と、アンテナ1を通じて送信信号を送出し、目標からの反射信号を受信する送受信器2と、送受信器2で得られた受信信号から目標の距離・速度を観測する信号処理器3とを備える。   As shown in FIG. 1, the radar device according to the present embodiment includes an antenna 1 that forms a transmission / reception beam by a plurality of antenna elements, and a transceiver 2 that transmits a transmission signal through the antenna 1 and receives a reflection signal from a target. And a signal processor 3 for observing a target distance / velocity from a received signal obtained by the transmitter / receiver 2.

上記送受信器2は、送受信部21、周波数変換部22、AD(アナログ・ディジタル)変換部23、パルス変調部24、符号化制御部25、周波数制御部26を備える。送受信部21は、アンテナ1の複数のアンテナ素子によって形成される送信ビームを通じて、送信パルス列を目標に向けて送出し、アンテナ1の各アンテナ素子で捕捉した目標からの反射信号を合成して受信検波する。周波数変換部22は、送受信部21の受信信号をベースバンドに変換する。AD変換部23は、ベースバンドの受信信号をディジタル信号に変換して、受信データとして信号処理器3に出力する。パルス変調部24は、符号化制御部25で生成される符号化コードで送信パルス列を変調する。周波数制御部26は、CW期間、レンジング期間それぞれにおいて、FH分割単位で送信パルス列の送信周波数を変更する制御を行う。   The transceiver 2 includes a transceiver 21, a frequency converter 22, an AD (analog / digital) converter 23, a pulse modulator 24, an encoding controller 25, and a frequency controller 26. The transmission / reception unit 21 sends out a transmission pulse train toward a target through a transmission beam formed by a plurality of antenna elements of the antenna 1, synthesizes reflected signals from the target captured by each antenna element of the antenna 1 and performs reception detection. To do. The frequency conversion unit 22 converts the reception signal of the transmission / reception unit 21 into a baseband. The AD converter 23 converts the baseband received signal into a digital signal and outputs it as received data to the signal processor 3. The pulse modulator 24 modulates the transmission pulse train with the coding code generated by the coding controller 25. The frequency control unit 26 performs control for changing the transmission frequency of the transmission pulse train in units of FH division in each of the CW period and the ranging period.

上記信号処理器3は、CW期間相関処理部31、CW期間FFT処理部32、CW期間ドップラ補正処理部33、CW期間振幅積分処理部34、CW期間ドップラ抽出部35、参照信号生成部36、レンジ期間相関処理部37、レンジ期間振幅積分処理部38、レンジ期間距離抽出部39を備える。   The signal processor 3 includes a CW period correlation processing unit 31, a CW period FFT processing unit 32, a CW period Doppler correction processing unit 33, a CW period amplitude integration processing unit 34, a CW period Doppler extraction unit 35, a reference signal generation unit 36, A range period correlation processing unit 37, a range period amplitude integration processing unit 38, and a range period distance extraction unit 39 are provided.

CW期間相関処理部31は、CW期間内のFH分割期間FHD-1〜FHD-Lcwで受信パルス列の相関処理を行ってMcwチップの信号を抽出する。CW期間FFT処理部32は、CW期間内のFH分割単位の相関処理結果について、それぞれPRI内のレンジセル毎にPRI間のFFTを行って(レンジ圧縮処理)、PRI毎に目標のレンジ−ドップラ信号を求める。CW期間ドップラ補正処理部33は、FFT処理によって得られた目標のレンジ−ドップラ信号を入力し、中心周波数に応じて周波数軸に変換した後、ゼロ埋めして、再度時間軸に戻すドップラ補正処理をCW期間にて行う。CW期間振幅積分処理部34は、ドップラ補正を受けた目標のレンジ−ドップラ信号を振幅積分する。CW期間ドップラ抽出部35は、振幅積分後のレンジ−ドップラ信号に対して、CFAR等によるスレショルド検出により、目標ドップラ周波数を抽出する。   The CW period correlation processing unit 31 performs the correlation process of the received pulse train in the FH divided periods FHD-1 to FHD-Lcw within the CW period to extract the signal of the Mcw chip. The CW period FFT processing unit 32 performs FFT between PRIs for each range cell in the PRI (range compression process) for the correlation processing result of the FH division unit in the CW period (range compression process) to obtain a target range-Doppler signal for each PRI. Ask for. The CW period Doppler correction processing unit 33 inputs the target range-Doppler signal obtained by the FFT processing, converts the target range-Doppler signal into a frequency axis according to the center frequency, zero-fills it, and returns to the time axis again Doppler correction processing During the CW period. The CW period amplitude integration processing unit 34 amplitude-integrates the target range-Doppler signal subjected to Doppler correction. The CW period Doppler extraction unit 35 extracts the target Doppler frequency from the range-Doppler signal after amplitude integration by threshold detection by CFAR or the like.

参照信号生成部36は、符号長Mrngの信号をレンジング期間にするためにゼロ埋めしたものを参照信号として生成する。レンジ期間相関処理部37は、レンジング期間内のFH分割期間FHD-1〜FHD-Lrngで受信パルス列と参照信号との相関処理を行ってMrngチップの信号を抽出する。レンジ期間振幅積分処理部38は、レンジング期間内の相関処理で抽出されたMrngチップの信号を振幅積分する。レンジ期間距離抽出部39は、振幅積分結果をCFAR等によりスレショルド検出し、検出した時間軸を距離軸に変換し、必要に応じてドップラ周波数から速度を算出する。   The reference signal generation unit 36 generates, as a reference signal, a signal having a code length Mrng that is zero-filled in order to have a ranging period. The range period correlation processing unit 37 performs the correlation process between the received pulse train and the reference signal in the FH divided periods FHD-1 to FHD-Lrng within the ranging period to extract the signal of the Mrng chip. The range period amplitude integration processing unit 38 performs amplitude integration of the Mrng chip signal extracted by the correlation process within the ranging period. The range period distance extraction unit 39 performs threshold detection of the amplitude integration result by CFAR or the like, converts the detected time axis into a distance axis, and calculates the speed from the Doppler frequency as necessary.

上記構成において、以下にその処理動作を説明する。   The processing operation of the above configuration will be described below.

本実施形態に係るレーダ装置は、図2に示すように、観測期間TをCW期間とレンジング期間に分割し、CW期間もレンジング期間も、それぞれLcw分割(分割単位期間FHD-1〜FHD-Lcw)、Lrng分割(分割単位期間FHD-1〜FHD-Lrng)して、図3に示すように、各々の分割期間で周波数制御することによって送信周波数を変え(FH)、パルス間またはパルス内で符号化制御により、符号変調することを特徴とする。CW期間でドップラ周波数を観測し、レンジング期間で目標ドップラ周波数を用いて圧縮のための参照信号を補正して測距する。速度については、ドップラ周波数から算出する。図2では、一例として単パルス送信の場合を示しているが、他の送信パルスまたは連続波等でもよい。   As shown in FIG. 2, the radar device according to the present embodiment divides the observation period T into a CW period and a ranging period, and divides the CW period and the ranging period into Lcw (division unit periods FHD-1 to FHD-Lcw). ), Lrng division (division unit period FHD-1 to FHD-Lrng), and as shown in FIG. 3, the transmission frequency is changed (FH) by frequency control in each division period, between pulses or within a pulse. It is characterized in that code modulation is performed by coding control. The Doppler frequency is observed during the CW period, and the target Doppler frequency is used during the ranging period to correct the reference signal for compression and perform distance measurement. The velocity is calculated from the Doppler frequency. Although FIG. 2 shows the case of single pulse transmission as an example, other transmission pulses or continuous waves may be used.

単パルス列の場合は、FH分割単位毎の各パルス単位で符号変調を行う。まず、CW期間では、ドップラ周波数を観測する必要があり、図2に示すように、中心周波数を変更するとともに、Mcw(Mcw≧1)チップの符号を用いてMcw×Mall(Mall>1)個のパルスをMcwチップずつ同一の符号で変調し、Mcwall回繰り返す。HPRFの場合のレンジング期間では、Mrng(Mrng>1)チップの符号を用いて、Mrng個のパルスを符号変調する。   In the case of a single pulse train, code modulation is performed in each pulse unit for each FH division unit. First, in the CW period, it is necessary to observe the Doppler frequency, and as shown in FIG. 2, the center frequency is changed, and the code of Mcw (Mcw ≧ 1) chips is used for Mcw × Mall (Mall> 1) Pulse is modulated with the same code for each Mcw chip and repeated Mcwall times. In the ranging period in the case of HPRF, Mrng pulses are code-modulated using the code of Mrng (Mrng> 1) chips.

符号化の方式としては、SS変調(非特許文献4)が考えられる。具体的には、例えばM系列コード(非特許文献2)があり、他のコードでもよい。この符号化の中には、±1内の小数を含むランダム信号(ノイズ)も含まれるものとする。また、ランダム信号としては、位相をランダムにすることである。この信号符号列を用いて、次式に示すように、信号位相を変化させて、送信用信号を生成する。定式化すると次式となる。   As a coding method, SS modulation (Non-Patent Document 4) can be considered. Specifically, for example, there is an M-sequence code (Non-Patent Document 2), and another code may be used. It is assumed that a random signal (noise) including a decimal within ± 1 is also included in this encoding. The random signal has a random phase. Using this signal code string, the signal phase is changed as shown in the following equation to generate a transmission signal. The formulation is as follows.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

上記はBPSK(Binary Phase shift Keying、非特許文献3)の場合であるが、他の位相変調方式でもよい。   The above is the case of BPSK (Binary Phase shift Keying, Non-Patent Document 3), but other phase modulation methods may be used.

送受信器2では、符号化制御(25)によってパルス列を符号コードによりパルス変調(24)して送信パルス列を生成し、この送信パルス列をアンテナ1を通じて送受信(21)し、目標からの反射信号を受信する。この受信信号(受信パルス列)にはドップラ周波数成分が含まれる。送受信器2では、この受信信号をベースバンドに周波数変換(22)し、AD変換(23)によりディジタル信号に変換して、受信パルス列として信号処理器3に出力する。上記送信処理、受信処理、信号処理の様子を図4に示して、信号処理器3の処理内容を説明する。   In the transmitter / receiver 2, the pulse train is pulse-modulated (24) by the code code by the encoding control (25) to generate a transmission pulse train, and the transmission pulse train is transmitted / received (21) through the antenna 1 to receive the reflected signal from the target. To do. This received signal (received pulse train) contains Doppler frequency components. The transmitter / receiver 2 frequency-converts (22) this received signal into a base band, converts it into a digital signal by AD conversion (23), and outputs it as a received pulse train to the signal processor 3. The processing contents of the signal processor 3 will be described with reference to FIG. 4 showing the above-mentioned transmission processing, reception processing, and signal processing.

まず、信号処理器3に入力される受信パルス毎の受信信号はドップラ周波数で表現すると次式で与えられる。   First, the received signal for each received pulse input to the signal processor 3 is given by the following equation when expressed by the Doppler frequency.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

また、ドップラ周波数は、目標の距離と速度により、次式で与えられる。   Further, the Doppler frequency is given by the following equation according to the target distance and speed.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

この受信パルス列は、前述したようにMcwチップの信号がMcwall回繰り返したパルス列である。このMcwチップの信号を抽出するために、CW期間において相関処理(31)を行う。相関処理のための参照信号は、次式で与えられる。   This received pulse train is a pulse train in which the signal of the Mcw chip is repeated Mcwall times as described above. In order to extract the signal of this Mcw chip, the correlation process (31) is performed in the CW period. The reference signal for the correlation processing is given by the following equation.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

参照信号を受信信号長と合わせるために、ゼロ埋めを行う。 Zero padding is performed to match the reference signal with the received signal length.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

これより、参照信号の周波数軸信号は次式となる。   From this, the frequency axis signal of the reference signal is given by the following equation.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

一方、受信信号をFFT(32)して On the other hand, FFT (32) the received signal

Figure 0006685978
Figure 0006685978

を求める。相関処理は周波数軸の乗算を逆FFTして、次式となる。 Ask for. In the correlation processing, the multiplication on the frequency axis is inversely FFT'ed to be the following expression.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

Figure 0006685978
Figure 0006685978

この相関処理後の受信信号は、図3に示すようにMcwチップ毎に積分した結果に相当し、McwチップによるPRI(単パルス単位のパルス繰り返し周期のMcw倍)周期で、Mcwall個のピークが現れる。このMcwall個の信号を、図5(a)に示すように、PRI内のレンジセル(Pセル)毎に、PRI間(slow-time軸)のFFTを行い、図5(b)に示すようにレンジ−ドップラデータ(レンジ:fast-time軸、ドップラ:slow-time軸に対応)を得る。 The received signal after this correlation processing corresponds to the result of integration for each Mcw chip as shown in FIG. 3, and Mcwall peaks have Mcwall peaks in the PRI (Mcw times of the pulse repetition cycle of a single pulse unit) cycle. appear. As shown in FIG. 5 (a), the Mcwall signals are subjected to FFT between PRIs (slow-time axis) for each range cell (P cell) in the PRI, and as shown in FIG. 5 (b). Get range-Doppler data (range: fast-time axis, Doppler: slow-time axis).

Figure 0006685978
Figure 0006685978

以上は、図6に示すようにFH分割単位のコヒーレント積分処理である。次に、SN(信号対雑音電力比)を高めるために、FH分割単位間の処理結果を加算する。FH分割単位間では、中心周波数(キャリア周波数)を変えているため位相関係が異なっており、コヒーレントな積分ができず、振幅積分となる。また、中心周波数が異なると、同じ目標の場合でも、ドップラ周波数が異なるため、図6に示すように、積分前にドップラ補正が必要である。このための処理を次に示す。   The above is the coherent integration processing in FH division units as shown in FIG. Next, in order to increase SN (signal to noise power ratio), the processing results between FH division units are added. Since the center frequency (carrier frequency) is changed between the FH division units, the phase relationship is different, and coherent integration cannot be performed, resulting in amplitude integration. Further, if the center frequencies are different, the Doppler frequencies are different even for the same target, so that Doppler correction is necessary before the integration, as shown in FIG. The processing for this is shown below.

まず、FH分割単位毎の出力は、(9)式より、scw(t,Ln)と表すことができ、中心周波数に応じて、周波数軸に変換した後、ゼロ埋めして、再度時間軸に戻すドップラ補正処理をCW期間にて行う(図7参照)。   First, the output for each FH division unit can be expressed as scw (t, Ln) from the equation (9), and after converting to the frequency axis according to the center frequency, zero padding is performed again on the time axis. The return Doppler correction process is performed during the CW period (see FIG. 7).

Figure 0006685978
Figure 0006685978

FH分割単位の周波数比に応じて、slow-time軸の信号をストレッチすることより、FH分割単位の信号scwのドップラ補正(33)を行うことができる。信号scwを用いて、ドップラ周波数を補正するためには、例えばf(1)(Ln=1の中心周波数)を基準にした周波数比に応じて、下記の周波数fselのセルの信号を選定する。   Doppler correction (33) can be performed on the signal scw of the FH division unit by stretching the signal on the slow-time axis according to the frequency ratio of the FH division unit. In order to correct the Doppler frequency using the signal scw, for example, the signal of the cell having the following frequency fsel is selected according to the frequency ratio based on f (1) (center frequency of Ln = 1).

Figure 0006685978
Figure 0006685978

Δfselは、ゼロ埋めにより各周波数f(Ln) 毎にストレッチした信号列を元の軸に補正する係数と、ドップラ補正のための周波数の補正係数の乗算の意味である。   Δfsel means the multiplication of the coefficient for correcting the signal sequence stretched for each frequency f (Ln) by zero filling to the original axis and the correction coefficient for the frequency for Doppler correction.

なお、(11)、(12)式の手法は、中心周波数の異なるFH分割単位のレンジ−ドップラデータのドップラ補正のための一例であり、同じ趣旨であれば他の手法でもよい。   Note that the methods of equations (11) and (12) are examples for Doppler correction of range-Doppler data in FH division units having different center frequencies, and other methods may be used as long as they have the same purpose.

以上により、図7に示すようにFH分割単位毎に補正したレンジ−ドップラ信号が得られるため、振幅積分(34)すれば、SNの高いレンジ−ドップラ信号を得ることができる。振幅積分後のレンジ−ドップラ信号に対して、CFAR(非特許文献6)等によるスレショルド検出により、目標ドップラ周波数を抽出(35)することができる。   As described above, since the range-Doppler signal corrected for each FH division unit is obtained as shown in FIG. 7, the range-Doppler signal with high SN can be obtained by performing the amplitude integration (34). With respect to the range-Doppler signal after amplitude integration, the target Doppler frequency can be extracted (35) by threshold detection by CFAR (Non-Patent Document 6) or the like.

次に、レンジング期間の信号を用いて相関処理するための基準参照信号を生成(36)する。基準参照信号としては、CW期間で出力した目標ドップラ周波数を用いる。   Next, a standard reference signal for correlation processing is generated using the signal in the ranging period (36). The target Doppler frequency output in the CW period is used as the standard reference signal.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

設定した基準参照信号長はMrngであり、レンジ圧縮処理(相関処理)(37)の前に、符号長(Mrng)をレンジング期間にするために、ゼロ埋めしたものを参照信号とする。   The set standard reference signal length is Mrng, and zero-filled is used as the reference signal before the range compression processing (correlation processing) (37) to make the code length (Mrng) into the ranging period.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

この参照信号と入力信号との相関を算出するために、参照信号をFFT処理する。   In order to calculate the correlation between this reference signal and the input signal, the reference signal is FFT processed.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

一方、レンジング期間の受信信号は次式で表すことができる。 On the other hand, the received signal in the ranging period can be expressed by the following equation.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

上記受信信号を次式のようにFFT処理する。 The received signal is subjected to FFT processing according to the following equation.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

レンジ圧縮処理(相関処理)(37)は周波数軸の乗算を逆FFTして、次式となる。 In the range compression processing (correlation processing) (37), the multiplication on the frequency axis is inversely FFT'ed to obtain the following expression.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

Figure 0006685978
Figure 0006685978

(15)式により、各目標(m=1〜M)の時間軸の信号を得ることができる。 The signal on the time axis of each target (m = 1 to M) can be obtained from the equation (15).

以上は、図8に示すようにレンジング期間におけるFH分割単位の相関検出処理(37)である。次に、SN(信号対雑音電力比)を高めるために、FH分単位間の処理結果を振幅積分(38)する。レンジング期間の場合は、ドップラにより参照信号を補正(36)した信号を用いた相関結果であり、CW期間のように、振幅積分前にドップラ補正する必要はなく、そのまま加算することができる。   The above is the correlation detection process (37) in FH division units in the ranging period as shown in FIG. Next, in order to increase the SN (signal to noise power ratio), the amplitude integration (38) is performed on the processing result between FH minute units. In the case of the ranging period, the correlation result is obtained by using the signal obtained by correcting (36) the reference signal by Doppler, and unlike the CW period, it is not necessary to perform Doppler correction before amplitude integration, and the sum can be added as it is.

FH分割単位の信号(FHD-1〜FHD-Lrng)を、振幅積分(38)し、CFAR等によりスレショルド検出して、距離抽出(39)において検出した時間軸を距離軸に変換すれば目標の距離を算出することができる。速度については、ドップラ周波数から算出することができる。   If the signals in the FH division unit (FHD-1 to FHD-Lrng) are amplitude integrated (38), the threshold is detected by CFAR or the like, and the time axis detected in the distance extraction (39) is converted into the distance axis, the target is obtained. The distance can be calculated. The velocity can be calculated from the Doppler frequency.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、符号化またはランダム信号(ノイズ)による変調パルスを用いた場合に、観測時間軸をCW期間及びレンジング期間に分割し、CW期間は、更にLcw個に分割して各々の分割期間毎に送信パルス列の信号を異なる中心周波数に変更し、更に、Mcw(Mcw≧1)チップをMcwall繰り返す信号により変調した送信パルス列の信号を送信し、目標からの反射信号を受信して、分割単位毎にパルス間でコヒーレント積分して、分割単位間では中心周波数のずれを補正したレンジ−ドップラ軸間で振幅積分した結果からドップラ周波数を検出する。レンジング期間は、更にLrng個に分割して各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mr(Mr≧2)チップをMrall繰り返す信号により変調した送信パルス列の信号を送信し、目標からの反射信号を受信して、ドップラ周波数により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮し、分割単位間では振幅積分した結果を用いて距離を出力し、必要に応じて距離とドップラ周波数より速度を算出する。すなわち、CW期間もレンジング期間も符号化と分割単位で周波数を変える周波数ホッピングを用いることにより、ドップラ周波数を算出後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮するため、サンプリングレートを必要以上に上げずにLPI性を確保しつつ、測速及び測距ができる。   As described above, the radar device according to the present embodiment divides the observation time axis into the CW period and the ranging period when the modulated or pulse modulated by the random signal (noise) is used, and the CW period is further Lcw. The signal of the transmission pulse train is divided into pieces and the signal of the transmission pulse train is changed to a different center frequency for each divided period, and the signal of the transmission pulse train modulated by the Mcwall (Mcw ≧ 1) chip is repeated by the Mcwall signal is transmitted. The reflected signal is received, coherent integration is performed between the pulses for each division unit, and the Doppler frequency is detected from the result of amplitude integration between the range and Doppler axes in which the deviation of the center frequency is corrected between the division units. The ranging period is further divided into Lrng pieces, the transmission signal is set to a different center frequency for each divided period, and the signal of the transmission pulse train is transmitted by modulating the Mr (Mr ≥ 2) chip by repeating the Mrall signal, and the target is transmitted. It receives the reflected signal from the device, performs range compression using the reference signal corrected by the Doppler frequency, outputs the distance using the result of amplitude integration between division units, and outputs the speed from the distance and the Doppler frequency as necessary. calculate. That is, both the CW period and the ranging period are encoded and frequency hopping is used to change the frequency in units of division. After calculating the Doppler frequency, the reference signal is corrected with the Doppler frequency to perform range compression. Speed and range can be measured while maintaining LPI without raising the speed.

また、本実施形態では、CW期間及びレンジング期間の送信パルス列に対して、チップ長1の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用いる。すなわち、符号化した単パルスの信号を用いて、CW期間もレンジング期間も符号化を用いることにより、ドップラ周波数を算出した後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮するため、サンプリングレートを必要以上に上げずにLPI性を確保しつつ、測速及び測距することができる。   In addition, in the present embodiment, a single pulse that uses coding with a chip length of 1 or modulation with a random signal is used for the transmission pulse train in the CW period and the ranging period. That is, the Doppler frequency is calculated by using both the CW period and the ranging period by using the encoded single-pulse signal, and then the reference signal is corrected with the Doppler frequency to perform range compression. It is possible to measure speed and range while ensuring LPI without raising it more than necessary.

(第2の実施形態)振幅モノパルス(CW期間)
第1の実施形態では、CW期間において、FH分割して、各々の分割単位毎にコヒーレント積分し、更に分割単位間で振幅積分する手法について述べた。この場合、FH分割しているため、各々の分割単位の観測時間が短くなり、観測時間の逆数に比例するドップラ分解能が低下し、ドップラ観測精度も低くなる。この対策について、図9と図10を用いて述べる。
(Second Embodiment) Amplitude monopulse (CW period)
The first embodiment has described the method of performing FH division in the CW period, performing coherent integration for each division unit, and further performing amplitude integration between division units. In this case, since the FH division is performed, the observation time of each division unit becomes short, the Doppler resolution proportional to the reciprocal of the observation time decreases, and the Doppler observation accuracy also decreases. This countermeasure will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

図9は第2の実施形態に係るレーダ装置を構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置は、第1の実施形態とほぼ同様の構成であるが、CW期間ドップラ抽出(35a)の処理が異なる。第1の実施形態では、ドップラ補正後のFH分割間の振幅積分の信号より、そのままスレショルド検出して(12)式のドップラ周波数を抽出した。本実施形態では、図10(a)に示す検出ドップラセルΣと隣接する2つのドップラセルの大きい振幅の方のΣ2の振幅比を用いて、振幅モノパルス(非特許文献7)により、ドップラ周波数を算出する。   FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the radar device according to the second embodiment. The radar device of this embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, but differs in the processing of CW period Doppler extraction (35a). In the first embodiment, the threshold is directly detected from the signal of the amplitude integration between the FH divisions after the Doppler correction, and the Doppler frequency of the expression (12) is extracted. In the present embodiment, the Doppler frequency is calculated by an amplitude monopulse (Non-Patent Document 7) using the amplitude ratio of Σ2 of the detected Doppler cell Σ shown in FIG. 10A and the larger amplitude of two adjacent Doppler cells. .

Figure 0006685978
Figure 0006685978

ドップラ周波数と誤差電圧については、予め図10(b)に示す両者の関係をテーブル化することができる。したがって、誤差電圧εを観測すれば、テーブルを引用することで、ドップラ周波数を算出できる。ドップラ周波数を算出すれば、以降の処理は第1の実施形態と同様である。   Regarding the Doppler frequency and the error voltage, the relationship between the two shown in FIG. 10B can be tabulated in advance. Therefore, if the error voltage ε is observed, the Doppler frequency can be calculated by referring to the table. Once the Doppler frequency is calculated, the subsequent processing is the same as in the first embodiment.

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、CW期間において、ドップラを抽出する際に、抽出ドップラセルΣと隣接ドップラセルΣ2を用いて、誤差電圧と、あらかじめ計算した誤差電圧とドップラの対応表のテーブルを用いて、ドップラを算出する。すなわち、周波数ホッピングによりCW期間を分割した場合でも、ドップラ精度の劣化を、ドップラ軸の振幅モノパルス処理によって防ぐことができる。   As described above, the radar device according to the present embodiment uses the extracted Doppler cell Σ and the adjacent Doppler cell Σ2 when extracting Doppler in the CW period, and uses the error voltage, the previously calculated error voltage and Doppler correspondence table. Doppler is calculated using the table of. That is, even when the CW period is divided by frequency hopping, deterioration of Doppler accuracy can be prevented by the amplitude monopulse processing of the Doppler axis.

(第3の実施形態)振幅モノパルス(レンジング期間)
第1の実施形態では、レンジング期間において、FH分割して、各々の分割単位毎に相関処理し、更に分割単位間で振幅積分する手法について述べた。この場合、FH分割しているため、各々の分割単位の相関処理のための積分数が短くなり、SNが低くなることでレンジ観測精度も低くなる。この対策について、図11と図12を用いて述べる。図11は第3に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置は、第1の実施形態とほぼ同様の構成であるが、レンジング期間のレンジ出力の処理が異なる。第1の実施形態では、レンジング期間のFH分割間の振幅積分の信号より、そのままスレショルド検出して、レンジを抽出した。本実施形態では、図12(a)に示すように、検出レンジセルΣと隣接する2つのレンジセルの大きい振幅の方のΣ2の振幅比を用いた振幅モノパルス(非特許文献7)により、レンジを算出する。
(Third Embodiment) Amplitude monopulse (ranging period)
The first embodiment has described the method of performing FH division in the ranging period, performing correlation processing for each division unit, and further performing amplitude integration between division units. In this case, since FH division is performed, the number of integrations for the correlation processing of each division unit becomes short, and SN becomes low, so that range observation accuracy also becomes low. This measure will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the third radar device. The radar device of the present embodiment has almost the same configuration as that of the first embodiment, but differs in the processing of range output during the ranging period. In the first embodiment, the threshold is directly detected from the signal of the amplitude integration between the FH divisions in the ranging period to extract the range. In the present embodiment, as shown in FIG. 12A, the range is calculated by an amplitude monopulse (Non-Patent Document 7) using the amplitude ratio of Σ2 of the larger amplitude of the detection range cell Σ and two adjacent range cells. To do.

Figure 0006685978
Figure 0006685978

レンジと誤差電圧については、予め図12(b)に示す両者の関係をテーブル化することができる。したがって、誤差電圧εを観測すれば、テーブルを引用することで、レンジを算出することができる。   Regarding the range and the error voltage, the relationship between the two shown in FIG. 12B can be tabulated in advance. Therefore, if the error voltage ε is observed, the range can be calculated by referring to the table.

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、レンジング期間において、距離を抽出する際に、抽出レンジセルΣと隣接レンジセルΣ2を用いて、誤差電圧と、予め計算した誤差電圧とドップラの対応関係を示すテーブルを用いて、レンジを算出する。すなわち、周波数ホッピングによりレンジング期間を分割した場合でも、レンジ精度の劣化を、レンジ軸の振幅モノパルス処理によって防ぐことができる。   As described above, the radar device according to the present embodiment uses the extracted range cell Σ and the adjacent range cell Σ2 when extracting the distance in the ranging period, the error voltage, and the correspondence relationship between the error voltage and the Doppler calculated in advance. The range is calculated using the table indicating That is, even when the ranging period is divided by frequency hopping, the range accuracy can be prevented from being deteriorated by the amplitude monopulse process of the range axis.

(第4の実施形態)混合パルス
第1の実施形態では、観測時間をCW期間とレンジング期間に分けて、CW期間で目標のドップラ周波数を算出し、レンジング期間において、目標のドップラ周波数により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して目標距離を出力する手法について述べた。また、その実施例としては、単パルスを用いる場合について説明した。この場合、レンジング期間も比較的繰り返し周期(PRF)の高い送信信号になるため、遠距離においても送信ブラインドによる目標非検知が発生する場合がある。この対策のため、本実施形態では、単パルスと長パルスの混合パルスを用いる場合について述べる。図13は第4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。送信信号を図14に、また受信信号と信号処理の概要を図15に示す。
(Fourth Embodiment) Mixed Pulse In the first embodiment, the observation time is divided into a CW period and a ranging period, a target Doppler frequency is calculated in the CW period, and the target Doppler frequency is corrected in the ranging period. The method to output the target distance by compressing the range using the reference signal was described. In addition, the case where a single pulse is used has been described as the embodiment. In this case, the ranging period also becomes a transmission signal having a relatively high repetition period (PRF), so that target non-detection may occur due to the transmission blind even at a long distance. As a countermeasure, in the present embodiment, a case where a mixed pulse of a single pulse and a long pulse is used will be described. FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the radar device according to the fourth embodiment. FIG. 14 shows the transmission signal, and FIG. 15 shows the outline of the reception signal and the signal processing.

本実施形態において、CW期間は、第1の実施形態と同様である。レンジング期間では、所定のパルス幅のパルスを複数送信する。この場合の分割したパルスのチップ長をMrngとすると、パルス列全体のMrngのM系列の信号を生成し、それをパルス長で分割して、順に変調する。このため、各パルスでは符号が異なることになる。   In this embodiment, the CW period is the same as that in the first embodiment. In the ranging period, a plurality of pulses having a predetermined pulse width are transmitted. If the chip length of the divided pulse in this case is Mrng, an M-sequence signal of Mrng of the entire pulse train is generated, divided by the pulse length, and sequentially modulated. Therefore, the sign of each pulse is different.

図15に示すように、CW期間のドップラ周波数により補正した参照信号を用いて、パルス列全体に渡る相関処理を行う。この手法は、第1の実施形態の単パルス列の処理を、長パルス列に置き換えるのみであるので、第1の実施形態と同様の手法を適用することができる。相関処理した結果は、図15の下部に示すように、CFARで目標を検出した後、時間を距離に換算することで、目標距離を出力することができる。速度については、第1の実施形態と同様に、ドップラ周波数より算出できる。   As shown in FIG. 15, using the reference signal corrected by the Doppler frequency in the CW period, the correlation process over the entire pulse train is performed. Since this method only replaces the processing of the single pulse train of the first embodiment with a long pulse train, the same method as that of the first embodiment can be applied. As a result of the correlation process, as shown in the lower part of FIG. 15, after detecting the target by CFAR, the target distance can be output by converting the time into the distance. The speed can be calculated from the Doppler frequency as in the first embodiment.

なお、本実施形態において、レンジング期間のPRI(パルス繰り返し周期)を長くすることにより、遠距離の送信ブラインドによる目標非検知を抑えることができる。   In this embodiment, by lengthening the PRI (pulse repetition period) in the ranging period, it is possible to suppress target non-detection due to a transmission blind in a long distance.

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、CW期間において、チップ長1の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用い、レンジング期間において、Mr(Mr≧2)の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをN(N≧1)パルス送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によるレンジ圧縮する。すなわち、CW期間において符号化した単パルスを用い、またレンジング期間は符号化した長パルスを用いることにより、ドップラ周波数を算出後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮する。このため、サンプリングレートを必要以上に上げずにLPI性を確保しつつ、測速及び測距ができる。   As described above, the radar device according to the present embodiment uses the single pulse using the coding of the chip length 1 or the modulation by the random signal in the CW period, and the Mr (Mr ≧ 2) coding in the ranging period. Alternatively, N (N ≧ 1) pulses are transmitted and received by using a pulse modulated by a random signal, and range compression is performed by a coded signal over the entire pulse train. That is, by using the encoded single pulse in the CW period and using the encoded long pulse in the ranging period, after calculating the Doppler frequency, the reference signal is corrected with the Doppler frequency to perform range compression. Therefore, speed measurement and distance measurement can be performed while ensuring the LPI property without increasing the sampling rate more than necessary.

(第5の実施形態)長パルス
第1の実施形態及び第4の実施形態では、観測期間をCW期間とレンジング期間に分けて、CW期間でドップラ周波数を算出し、レンジング期間において、目標のドップラ周波数により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して目標距離を出力し、更に速度を算出する手法について述べた。その説明において、第1の実施形態は単パルスの場合、第2の実施形態では、単パルスと長パルスの場合について述べた。単パルスによる繰り返しの場合は、パルス間で間隙があるため、Mcwチップ間の間隔が広くなり、それによるドップラ周波数の範囲は狭くなる。一方、レンジング期間では、パルス幅の合算値が十分長くない場合は、符号長が短くなってレンジサイドローブを十分低下できない場合がある。この対策のため、本実施形態では、CW期間もレンジング期間も長パルスにした場合について述べる。図16は第5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。送信信号を図17に、また受信信号と信号処理の概要を図18に示す。
(Fifth Embodiment) Long Pulse In the first embodiment and the fourth embodiment, the observation period is divided into a CW period and a ranging period, the Doppler frequency is calculated in the CW period, and the target Doppler frequency is calculated in the ranging period. The method of calculating the velocity by outputting the target distance by range compression using the reference signal corrected by the frequency was described. In the description, the first embodiment described the case of a single pulse, and the second embodiment described the case of a single pulse and a long pulse. In the case of repetition by a single pulse, since there is a gap between pulses, the gap between Mcw chips becomes wide and the range of Doppler frequency due to this becomes narrow. On the other hand, in the ranging period, when the sum of the pulse widths is not sufficiently long, the code length may be short and the range side lobe may not be sufficiently reduced. As a countermeasure, in the present embodiment, a case will be described in which the CW period and the ranging period are both long pulses. FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the radar device according to the fifth embodiment. FIG. 17 shows a transmission signal, and FIG. 18 shows an outline of a reception signal and signal processing.

本実施形態では、CW期間も長パルスであり、ドップラ周波数を観測するために、長パルスをMcwall個に分割し、各々では共通のMcwチップの拡散符号により変調する。このMcwチップの信号を抽出する手法は、第1の実施形態のCW期間と同様である。すなわち、Mcwall個に分割した単位の参照信号を生成し、その参照信号を用いて、Mcwall個のピーク出力を得て、FFTにより目標ドップラ周波数を算出することができる。   In the present embodiment, the CW period is also a long pulse, and in order to observe the Doppler frequency, the long pulse is divided into Mcwall pieces, and each is modulated by the common spreading code of the Mcw chip. The method of extracting the signal of this Mcw chip is the same as that of the CW period of the first embodiment. That is, it is possible to generate a reference signal in a unit divided into Mcwall, obtain Mcwall peak outputs using the reference signal, and calculate the target Doppler frequency by FFT.

レンジング期間では、長い1パルスを送信する。パルスの変調は、パルス列全体にわたる符号長MrngのM系列の信号を生成して変調する。受信信号は、図18に示すように、CW期間のドップラ周波数により補正した参照信号を用いて、レンジング期間において、パルス列全体に渡る相関処理を行い、目標信号を抽出し、距離を出力し、速度はCW期間のドップラ周波数から算出した結果を出力する。   In the ranging period, one long pulse is transmitted. The pulse modulation generates and modulates an M-sequence signal having a code length Mrng over the entire pulse train. As shown in FIG. 18, the received signal is subjected to correlation processing over the entire pulse train in the ranging period using the reference signal corrected by the Doppler frequency in the CW period, the target signal is extracted, the distance is output, and the speed is calculated. Outputs the result calculated from the Doppler frequency in the CW period.

本実施形態によれば、第2の実施形態に比べて、CW期間の相関出力結果の間隔が、パルス間の間隙のない符号長Mcwになり、単パルスの繰り返しよりも狭くなる。このため、間隔の逆数で決まる観測ドップラ周波数の範囲を広くすることができる。また、レンジング期間のパルスが長いため、高い相関出力が得られ、レンジサイドロ−ブも低下させやすい。一方、パルス送信期間に受信する場合があり、送信と受信の同時処理が必要になる。送信と受信が分離したマルチスタティックシステムの場合には、特に適用しやすい方式となる。   According to the present embodiment, as compared with the second embodiment, the interval of the correlation output result in the CW period becomes the code length Mcw with no gap between pulses, which is narrower than the repetition of a single pulse. Therefore, the range of the observed Doppler frequency determined by the reciprocal of the interval can be widened. Further, since the pulse in the ranging period is long, a high correlation output can be obtained, and the range side lobe can be easily lowered. On the other hand, it may be received during the pulse transmission period, and simultaneous processing of transmission and reception is required. In the case of a multi-static system in which transmission and reception are separated, this method is particularly easy to apply.

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、CW期間において、チップ長Mcw(Mcw≧2)の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをMcwall(Mcwall≧2)回繰り返したMcw×Mcwallチップ長のパルスを送受信し、レンジング期間において、チップ長Mr(Mr≧2)のパルスを送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によりレンジ圧縮する。すなわち、CW期間において符号化した長パルスを用い、またレンジング期間は符号化したパルスを用いることにより、ドップラ周波数を算出後、参照信号をドップラ周波数で補正してレンジ圧縮するため、サンプリングレートを必要以上に上げずにLPI性を確保しつつ、測速及び測距ができる。   As described above, in the radar device according to the present embodiment, in the CW period, the pulse using the coding of the chip length Mcw (Mcw ≧ 2) or the modulation by the random signal is repeated Mcwall (Mcwall ≧ 2) times Mcw × The Mcwall chip length pulse is transmitted / received, and the chip length Mr (Mr ≧ 2) pulse is transmitted / received during the ranging period, and range compression is performed by the encoded signal over the entire pulse train. That is, by using the long pulse encoded in the CW period and using the encoded pulse in the ranging period, after calculating the Doppler frequency, the reference signal is corrected with the Doppler frequency to perform range compression, so that a sampling rate is required. It is possible to perform speed measurement and distance measurement while ensuring the LPI property without increasing the above.

なお、本発明は上記実施形態を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。   The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements within a range not departing from the gist of the present invention in an implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, the constituent elements of different embodiments may be combined appropriately.

1…アンテナ、2…送受信器、3…信号処理器、21…送受信部、22…周波数変換部、23…AD変換部、24,24a…パルス変調部、25,25a…符号化制御部、26…周波数制御部、31…CW期間相関処理部、32…CW期間FFT処理部、33…CW期間ドップラ補正処理部、34…CW期間振幅積分処理部、35,35a…CW期間ドップラ抽出部、36…参照信号生成部、37…レンジ期間相関処理部、38…レンジ期間振幅積分処理部、39,39a…レンジ期間距離抽出部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Antenna, 2 ... Transceiver, 3 ... Signal processor, 21 ... Transceiver, 22 ... Frequency converter, 23 ... AD converter, 24, 24a ... Pulse modulator, 25, 25a ... Encoding controller, 26 ... Frequency control unit, 31 ... CW period correlation processing unit, 32 ... CW period FFT processing unit, 33 ... CW period Doppler correction processing unit, 34 ... CW period amplitude integration processing unit, 35, 35a ... CW period Doppler extraction unit, 36 Reference signal generation unit, 37 range range correlation processing unit, 38 range range amplitude integration processing unit, 39, 39a range range distance extraction unit.

Claims (7)

符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を送受信するレーダ装置であって、
観測時間軸をCW期間とレンジング期間に分割し、
前記CW期間をLcw(Lcw≧2)個に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mcw(Mcw≧1)チップをMcwall回繰り返す信号により変調したパルス列の信号を送信し、目標からの反射を受信して、分割単位毎にパルス間でコヒーレント積分し、分割単位間では中心周波数のずれを補正したレンジ−ドップラ軸間で振幅積分し、その振幅積分結果からドップラ周波数を検出し、
前記レンジング期間をLrng(Lrng≧2)に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mr(Mr≧2)チップをMrall回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信し、前記CW期間に検出したドップラ周波数により参照信号を補正し、この参照信号を用いて前記受信した信号をレンジ圧縮し、分割単位間では振幅積分し、その振幅積分結果を用いて距離を出力し、必要に応じて距離とドップラ周波数より速度を算出するレーダ装置。
A radar device for transmitting and receiving a pulse train that is encoded or modulated by a random signal,
The observation time axis is divided into a CW period and a ranging period,
The CW period is divided into Lcw (Lcw ≧ 2) pieces, a transmission signal is set to a different center frequency for each divided period, and a pulse train signal modulated by a signal that repeats Mcw (Mcw ≧ 1) chips Mcwall times is generated. It transmits, receives the reflection from the target, performs coherent integration between pulses for each division unit, performs amplitude integration between the range and Doppler axes with the deviation of the center frequency corrected between division units, and performs Doppler from the amplitude integration result. Frequency is detected,
The ranging period is divided into Lrng (Lrng ≧ 2), the transmission signal is set to a different center frequency for each divided period, and the transmission signal modulated by a signal in which Mr (Mr ≧ 2) chips are repeated Mall times is transmitted. , A reflection from a target is received, a reference signal is corrected by the Doppler frequency detected in the CW period, the received signal is range-compressed using the reference signal, amplitude integration is performed between division units, and the amplitude integration is performed. A radar device that outputs the distance using the results and calculates the velocity from the distance and the Doppler frequency if necessary.
前記CW期間において、前記ドップラ周波数を抽出する際に、抽出ドップラセルΣと隣接ドップラセルΣ2を用いて誤差電圧を求め、予め計算した誤差電圧とドップラ周波数との対応関係に基づいて前記ドップラ周波数を算出する請求項1記載のレーダ装置。   During the CW period, when extracting the Doppler frequency, an error voltage is obtained using the extracted Doppler cell Σ and the adjacent Doppler cell Σ2, and the Doppler frequency is calculated based on the correspondence relationship between the previously calculated error voltage and the Doppler frequency. The radar device according to claim 1. 前記レンジング期間において、前記ドップラ周波数を抽出する際に、抽出ドップラセルΣと隣接ドップラセルΣ2を用いて誤差電圧を求め、予め計算した誤差電圧とドップラ周波数との対応関係に基づいて前記ドップラ周波数を算出する請求項1記載のレーダ装置。   In the ranging period, when the Doppler frequency is extracted, the error voltage is obtained using the extracted Doppler cell Σ and the adjacent Doppler cell Σ2, and the Doppler frequency is calculated based on the correspondence relationship between the pre-calculated error voltage and the Doppler frequency. The radar device according to claim 1. 前記CW期間及び前記レンジング期間の送信パルス列に、チップ長1の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用いる請求項1乃至3のいずれか記載のレーダ装置。   The radar device according to any one of claims 1 to 3, wherein a single pulse using coding with a chip length of 1 or modulation with a random signal is used for a transmission pulse train in the CW period and the ranging period. 前記CW期間には、チップ長1の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用いて送受信し、前記レンジング期間には、Mr(Mr≧2)の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをN(N≧1)パルス送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によるレンジ圧縮する請求項1乃至3のいずれか記載のレーダ装置。   During the CW period, transmission / reception is performed using a single pulse using chip length 1 encoding or modulation with a random signal, and during the ranging period, Mr (Mr ≧ 2) encoding or modulation with a random signal is used. The radar device according to any one of claims 1 to 3, wherein N (N≥1) pulses are transmitted and received, and the range compression is performed by a coded signal over the entire pulse train. 前記CW期間には、チップ長Mcw(Mcw≧2)の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをMcwall(Mcwall≧2)回繰り返したMcw×Mcwallチップ長のパルスを送受信し、前記レンジング期間には、チップ長Mr(Mr≧2)のパルスを送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によりレンジ圧縮する請求項1乃至3のいずれか記載のレーダ装置。   In the CW period, a pulse having a length Mcw (Mcw ≧ 2), or a pulse using modulation by a random signal is repeated Mcwall (Mcwall ≧ 2) times to transmit / receive a pulse having a length of Mcw × Mcwall, and the ranging period is used. 4. The radar device according to claim 1, wherein a pulse having a chip length Mr (Mr ≧ 2) is transmitted and received, and range compression is performed by an encoded signal over the entire pulse train. 符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を送受信するレーダ装置であって、
観測時間軸をCW期間とレンジング期間に分割し、
前記CW期間をLcw(Lcw≧2)個に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mcw(Mcw≧1)チップをMcwall回繰り返す信号により変調したパルス列の信号を送信し、目標からの反射を受信して、分割単位毎にパルス間でコヒーレント積分し、分割単位間では中心周波数のずれを補正したレンジ−ドップラ軸間で振幅積分し、その振幅積分結果からドップラ周波数を検出し、
前記レンジング期間をLrng(Lrng≧2)に分割し、各々の分割期間毎に送信信号を異なる中心周波数として、更に、Mr(Mr≧2)チップをMrall回繰り返す信号により変調した送信信号を送信し、目標からの反射を受信し、前記CW期間に検出したドップラ周波数により参照信号を補正し、この参照信号を用いて前記受信した信号をレンジ圧縮し、分割単位間では振幅積分し、その振幅積分結果を用いて距離を出力し、必要に応じて距離とドップラ周波数より速度を算出するレーダ装置の信号処理方法。
A radar device for transmitting and receiving a pulse train that is encoded or modulated by a random signal,
The observation time axis is divided into a CW period and a ranging period,
The CW period is divided into Lcw (Lcw ≧ 2) pieces, a transmission signal is set to a different center frequency for each divided period, and a pulse train signal modulated by a signal that repeats Mcw (Mcw ≧ 1) chips Mcwall times is generated. It transmits, receives the reflection from the target, performs coherent integration between pulses for each division unit, performs amplitude integration between the range and Doppler axes with the deviation of the center frequency corrected between division units, and performs Doppler from the amplitude integration result. Frequency is detected,
The ranging period is divided into Lrng (Lrng ≧ 2), the transmission signal is set to a different center frequency for each divided period, and a transmission signal modulated by a signal in which Mr (Mr ≧ 2) chips are repeated Mall times is transmitted. , A reflection from a target is received, a reference signal is corrected by the Doppler frequency detected in the CW period, the received signal is range-compressed using the reference signal, amplitude integration is performed between division units, and the amplitude integration is performed. A signal processing method for a radar device, which outputs a distance using a result and calculates a velocity from the distance and Doppler frequency as necessary.
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