JP6981109B2

JP6981109B2 - レーダ用リソース管理装置

Info

Publication number: JP6981109B2
Application number: JP2017166447A
Authority: JP
Inventors: 徹芦原; 登志夫淺井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2021-12-15
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: JP2019045227A

Description

本発明は、レーダ装置の取得した追尾情報のリソースを管理して、飛行する目標の捜索及び追尾処理を行うレーダ用リソース管理装置に関する。

レーダ装置の追尾情報のリソースを管理するものとして、複数のレーダ装置を連接して運用管理するネットワークレーダシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。レーダ用リソース管理装置は、方位、距離、及び速度からなるレーダの追尾領域を設定し、追尾領域内で目標の捜索及び追尾を行う。

特開２００６−２４２６９８号公報

従来のレーダ用リソース管理装置は、追尾領域の設定を例えば次のように行っていた。
まず、事前にレーダ装置を設置した場所で、全追尾領域で行った目標の捜索及び追尾情報のデータ収集を行う。
次に、レーダ装置の設置場所から離れた外部において、レーダ装置から収集した追尾情報のデータ解析を行い、誤警報や誤追尾の発生する領域の特徴量を特定し、特定した領域を避けるように、レーダ運用者が追尾領域の設定を手動で行う。

従来のレーダ装置では、誤警報、誤追尾の発生する領域の特徴量のデータ分析及び追尾領域の設定に時間がかかり、レーダ運用者の負荷が大きいという問題があった。
また、レーダ装置の設置時に、毎回、誤警報、誤追尾の発生する領域の特徴量のデータ分析及び設定を行う必要があり、作業が煩雑化して即応性に乏しいという問題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであって、誤警報及び誤追尾の発生する領域の特徴量を特定し、特定した領域を除いたレーダの追尾領域の設定をより簡便化することで、レーダ運用者の負荷軽減を図るとともに、レーダ設置時の即応性を向上することを目的とする。

この発明によるレーダ用リソース管理装置は、目標に対して電波を放射し、その反射波を受信する空中線と、上記空中線に送信電波を送り、空中線で受けた反射波を受信する送受信処理部と、上記送受信処理部の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記送受信処理部の受信信号に基づいてＣＦＡＲ処理を行うＣＦＡＲ処理部と、誤警報及び誤追随の発生し得る特定の領域を避けて追尾領域を設定する誤警報及び誤追随領域設定部と、上記ＣＦＡＲ処理のなされた受信信号について、上記誤警報及び誤追随領域設定部の設定した追尾領域内で目標の距離と速度を検出する目標検出処理部と、上記目標検出処理部の検出した目標の方位を計測する測角処理部と、上記目標検出処理部の検出した目標の距離、速度、測角処理部の計測した目標方位に基づいて目標を追尾し、目標の位置及び速度の目標情報を得る追尾処理部と、上記追尾処理部の追尾目標に向けて空中線のビームを制御するビーム制御部とを備えたレーダ装置について、当該レーダ装置の取得した追尾情報のリソースを管理するレーダ用リソース管理装置であって、上記追尾処理部の得た目標情報を保管する追尾データ保管部と、上記追尾データ保管部の保管した目標情報から、誤警報及び誤追尾の発生した領域の方位、距離、速度の特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて特定の領域を誤警報及び誤追随領域設定部に入力する特徴量統計処理部とを備えたものである。

この発明によれば、レーダ装置の追尾情報を保管し、保管した追尾情報の統計処理を行うことにより、誤警報及び誤追尾の発生する領域の特徴量を特定し、特徴量から誤警報及び誤追尾を避けるようにレーダの追尾領域を設定することによって、レーダ運用者の負荷を軽減することが可能となり、またレーダ設置時の即応性が向上する。

実施の形態１によるレーダ装置の運用概念を示す図である。実施の形態１によるレーダ装置及びレーダ用リソース管理装置の構成を示す図である。実施の形態１によるレーダ用リソース管理装置において、速度情報を基にした統計処理を説明するための図である。実施の形態１によるレーダ用リソース管理装置において、追尾時間情報を基にした統計処理を説明するための図である。

図１は、実施の形態１によるレーダ装置の運用概念を示す図である。実施の形態１によるレーダ装置２０は、目標１０に電波を照射し、目標１０にて反射した電波を受信する。レーダ装置２０は、目標１０の受信信号の振幅、位相及び周波数等の目標情報に基づいて、目標１０までの距離及び存在方向を検出し、目標１０を捕捉し続けるように目標１０を追尾して、目標１０の位置及び速度情報を計測する。

図２は、実施の形態１によるレーダ装置及びレーダ用リソース管理装置の構成を示す図である。
レーダ装置２０は、空中線２１、送受信処理部２２、ビーム制御部２３、Ａ／Ｄ変換部２４、フーリエ変換部２５、ＣＦＡＲ処理部２６、誤警報及び誤追随領域設定部２７、目標検出処理部２８、測角処理部２９、及び追尾処理部３０から構成される。

また、実施の形態１によるレーダ用リソース管理装置５０は、追尾データ保管部３１、及び特徴量統計処理部３２から構成される。レーダ用リソース管理装置５０は、飛行する目標１０の捜索及び追尾処理を行うレーダ装置２０の取得した追尾情報を用いて、統計処理により目標の特徴量を抽出し、抽出した特徴量から目標の追尾領域を設定して、追尾情報のリソース管理を行う。

レーダ装置２０において、空中線２１は、目標１０に対して電波を放射し、その反射波を受信する。送受信処理部２２は、送信信号を生成、変調、及び増幅し、空中線２１に送信電波を送る。また、送受信処理部２２は、空中線２１の受けた反射波を受信し、低雑音増幅、周波数変換、及び復調して、受信信号を得る。空中線２１における電波の送信及び受信のタイミングは、送受信処理部２２において制御される。送受信処理部２２にて受信した電波はアナログ信号であるため、Ａ／Ｄ変換部２４において、アナログ信号からディジタルの受信信号に変換される。フーリエ変換部２５は、Ａ／Ｄ変換部２４の出力するディジタルの受信信号にフーリエ変換を施し、速度に対応した周波数情報と信号強度に対応した振幅情報からなる受信情報に変換する。

また、ＣＦＡＲ処理部２６は、送受信処理部２２の受信信号に基づくフーリエ変換部２５の受信情報について、ＣＦＡＲ（Constant. False Alarm Ratio；定誤警報確率）処理を行う。ここで、フーリエ変換部２５のフーリエ変換後の受信情報は、外乱信号と目標からの反射信号を統計的性質によって分離し、目標からの反射信号を検出するために、ＣＦＡＲ処理を行う。ここで、ＣＦＡＲ処理部２６は、クラッタ、干渉信号等の外乱信号の情報が特定の分布（例えばレイリー分布、ワイブル分布等）に従うと仮定して、すべての信号を対数変換し、平均値を推定した後、平均値の減算を行う。これによって、特定の分布に従うと仮定された外乱信号の分散が一定となり、目標からの反射信号を検出することが可能となる。

また、誤警報及び誤追随領域設定部２７は、ＣＦＡＲ処理部２６と同時に、誤警報及び誤追随の発生し得る領域の方位、距離、速度等の特定の領域情報の設定を事前に実施する。誤警報及び誤追随領域設定部２７は、特定の領域情報に基づき、当該特定の領域における反射信号の検出を避けるように追尾処理部３０が目標追尾を行う追尾領域を定めて、目標検出処理部２８に出力する。例えば、山岳、道路等に特定の領域情報を設定し、特定の領域を避けて追尾領域を設定することで、同追尾領域内で発生する誤警報及び誤追随を目標検出処理部２８が目標情報として検出しないようにする。
なお、誤警報及び誤追随領域設定部２７は、近年のレーダ装置が行う誤警報及び誤追随領域の設定と同様に、目標捜索を担当するレーダ運用者（レーダ操作員）が、事前に方位、距離、速度等の特定の領域情報を設定しても良い。

レーダ装置２０において、目標検出処理部２８は、フーリエ変換部２５のフーリエ変換後の受信情報について、ＣＦＡＲ処理部２６の処理、及び誤警報及び誤追随領域設定部２７の処理を適用した後、目標情報として出力された情報に対して、クラッタ、干渉波等から目標を分離及び識別し、目標の距離、速度等を求める目標検出処理を行う。測角処理部２９は、目標検出処理部２８の検出した目標について、モノパルス測角、ＭＵＳＩＣ等の測角処理により、目標からの反射信号の到来方位を検出する。ここで、目標検出処理部２８は、誤警報及び誤追随領域設定部２７による特定の領域を除いて目標の検出処理を行う。

また、追尾処理部３０は、目標検出処理部２８及び測角処理部２９の検出した目標の方位、距離、速度等の目標情報と、過去の目標情報との相関を求め、平滑計算を行うことによって目標の追尾処理を実施する。平滑計算としてはカルマンフィルタ等が使用される。追尾処理部３０は、平滑計算の結果、目標の位置及び速度の目標情報を出力する。ビーム制御部２３は、追尾処理部３０の出力する目標の位置及び速度の目標情報を基に、未来の目標の位置を予測し、目標の予測位置に対して電波を照射する。

次に、図２において、レーダ用リソース管理装置５０における特徴量統計処理機能を説明する。
レーダ用リソース管理装置５０における特徴量統計処理機能は、追尾データ保管処理部３１と特徴量統計処理部３２から構成される。なお、追尾データ保管処理部３１と特徴量統計処理部３２は、レーダ装置２０から離れた場所に配置された外部装置に設置しても良い。

追尾データ保管処理部３１は、レーダ装置２０の設置位置の情報と合わせて、レーダ装置が追尾した目標の位置、速度情報を保管する。追尾データ保管処理部３１の保管する目標の位置、速度情報には、目標からの反射信号に加えて、ＣＦＡＲ（定誤警報確率）処理２６では除去できなかった信号として、特定の分布には従わない外乱信号が含まれる。追尾データ保管処理部３１は、特徴量統計処理部３２に対して、目標の位置、速度情報を追尾情報として出力する。

特徴量統計処理部３２は、追尾データ保管処理部３１から入力されたデータの統計処理及び特徴量の抽出を実施する。データの統計処理においては、方位、距離について、一定間隔毎に追尾データを分類する。また、速度を一定間隔で分割して、その速度を有した目標の発生頻度を算出する。これによって、特定の方位、距離において発生頻度の高い速度領域を判定し、特徴量を抽出することができる。

図３は、実施の形態１によるレーダ用リソース管理装置５０において、速度情報を基にした特徴量統計処理部３２による統計処理を説明するための図である。
図３（ａ）（ｂ）において、方位Ａは、極低速領域と高速領域に発生頻度の高い速度領域が特徴量として存在する例を示す。図３（ａ）（ｃ）において、方位Ｂは、極低速領域と低速領域、高速領域に発生頻度の高い速度領域が特徴量として存在する例を示す。図３（ａ）（ｄ）において、方位Ｃは、極低速領域にのみ発生頻度の高い速度領域が特徴量として存在する例を示す。
図３（ａ）〜（ｄ）の例に示すように、距離範囲Ｒ〜Ｒ＋δＲにおいて、方位毎の発生頻度の高い速度領域（方位Ａ、Ｂ、Ｃ）について、一定区分の速度間隔毎に、目標の発生頻度を解析する。

図４は、実施の形態１によるレーダ用リソース管理装置５０において、追尾時間情報を基にした特徴量統計処理部３２による統計処理を説明するための図である。
図４（ａ）において、追尾時間情報は、距離範囲Ｒ〜Ｒ＋δＲの全方位の情報に対して解析が行われる。また、図４（ｂ）において、δｔ１はδＲ／高速領域の代表速度により設定する。図４（ｃ）において、δｔ２は、追尾データ保管処理部３１に保存した追尾情報に対して十分な計測時間（δｔ１よりも相当大きな値）として設定する。

追尾データ保管処理部３１において、目標からの反射波による情報は、正常に追尾がなされている場合には、δｔ１で累積した場合に発生頻度の高い速度領域として累積される。対して、誤警報や誤追尾の情報は、一般に追尾時間が長くないため、δｔ１で累積した場合には発生頻度が低くなる。また、山岳や道路等に起因する誤警報や誤追尾の情報は、最も低速で停在する情報として累積されるため、δｔ２にて累積を実施した場合であっても発生頻度の高い速度領域として累積される。

特徴量統計処理部３２は、速度情報を基にした統計内容と追尾時間情報を基にした統計処理の結果を照合し、速度発生頻度が閾値以上でかつ、δｔ１かつδｔ２で発生頻度の高い速度領域を山岳や道路等に起因する誤警報や誤追尾の情報を示す特徴量として推定する。

また、特徴量統計処理部３２は、速度情報を基にした統計内容と追尾時間情報を基にした統計処理の結果を照合し、速度発生頻度が閾値以上でかつ、δｔ１かつδｔ２で発生頻度の低い速度領域を誤警報や誤追尾の情報を示す特徴量として推定する。

さらに、特徴量統計処理部３２は、速度情報を基にした統計内容と追尾時間情報を基にした統計処理の結果を照合し、速度発生頻度が閾値以上でかつ、δｔ１で発生頻度が高く、δｔ２で発生頻度の低い速度領域を目標からの反射波の情報を示す特徴量として推定する。

なお、特徴量統計処理部３２の統計処理の方法として、速度と追尾時間を例として記載した。これに加えて、反射強度、ドップラ幅等の情報及びレーダ運用者の操作する情報として、追尾指示を実施した目標の速度情報等を使用することも可能である。

かくして、特徴量統計処理部３２は、速度情報を基にした統計内容と追尾時間情報を基にした統計処理を実施した後、誤警報及び誤追随領域設定２７に対して、方位、距離、速度等の特徴量について特定の領域情報を設定する。
ここでは、速度発生頻度が閾値以上であってδｔ１及びδｔ２にて発生頻度の高い速度領域を特徴量として抽出し、山岳や道路等に起因する誤警報や誤追尾の情報として推定した特定の領域情報とする。
また、速度発生頻度が閾値以上であってδｔ１及びδｔ２にて発生頻度の低い速度領域を特徴量として抽出し、クラッタ、干渉等の外乱に基づく誤警報及び誤追尾の情報とした特定の領域情報とする。
このように特徴量統計処理部３２は、方位、距離、速度等の特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて、追尾を行わないもしくは追尾を避ける特定の領域情報を誤警報及び誤追随領域設定２７に設定する。かくして、誤警報及び誤追随領域設定２７は誤警報及び誤追尾の情報を自動的に抑圧することができる。

実施の形態１によるレーダ用リソース管理装置５０は、追尾データ保管処理部３１にて過去の追尾情報を管理し、特徴量統計処理部３２が追尾情報を用いた統計処理により、誤警報や誤追尾の発生する領域における方位、距離、速度等の特徴量を自動的に抽出した上で、抽出した特徴量に基づいてレーダ装置２０が追尾を行わないもしくは追尾を避ける特定の領域を設定して、レーダ装置２０が追尾を行う方位、距離、速度等の追尾領域の設定を行うことによって、レーダ運用者の負荷を軽減することが可能となる。また、この特徴量のデータを保管及び共有することで、レーダ設置時に過去のデータや同一種類のレーダの情報を活用して、即時にレーダの使用が可能となる。

以上説明した通り、実施の形態１によるレーダ用リソース管理装置５０は、目標に対して電波を放射し、その反射波を受信する空中線２１と、上記空中線２１に送信電波を送り、空中線２１で受けた反射波を受信する送受信処理部２２と、上記送受信処理部２２の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２４と、上記送受信処理部２２の受信信号に基づいてＣＦＡＲ処理を行うＣＦＡＲ処理部２６と、誤警報及び誤追随の発生し得る特定の領域を避けて追尾領域を設定する誤警報及び誤追随領域設定部２７と、上記ＣＦＡＲ処理のなされた受信信号について、上記誤警報及び誤追随領域設定部の設定した追尾領域内で目標の距離と速度を検出する目標検出処理部と、上記目標検出処理部の検出した目標の方位を計測する測角処理部と、上記目標検出処理部の検出した目標の距離、速度、測角処理部の計測した目標方位に基づいて、目標を追尾し、目標情報を得る追尾処理部と、上記追尾処理部の追尾目標に向けて空中線のビームを制御するビーム制御部とを備えたレーダ装置の取得した追尾情報のリソースを管理するレーダ用リソース管理装置であって、上記追尾処理部の得た目標情報を保管する追尾データ保管部と、上記追尾データ保管部の保管した目標情報から、誤警報及び誤追尾の発生した領域の方位、距離、速度の特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて特定の領域を誤警報及び誤追随領域設定部に入力する特徴量統計処理部を備えたことを特徴とする。

これによって、自動的に、過去の追尾情報を管理、統計処理により誤警報や誤追尾の発生する領域の特徴量を特定した上で、これらの情報をレーダの追尾領域へと反映することにより、レーダ運用者の負荷を軽減することが可能となり、レーダ設置時の即応性が向上る。また、これらのデータを保管、共有することで、レーダ設置時に過去のデータや同一種類のレーダの情報を活用して、目標情報の利用の即応性がより向上する。

１０目標、２０レーダ装置、２１空中線、２２送受信処理、２３ビーム制御、２４Ａ／Ｄ変換部、２５フーリエ変換部、２６ＣＦＡＲ（定誤警報確率）処理部、２７誤警報及び誤追随領域設定部、２８目標検出処理部、２９測角処理部、３０追尾処理部、３１追尾データ保管処理部、３２特徴量統計処理部。

Claims

目標に対して電波を放射し、その反射波を受信する空中線と、
上記空中線に送信電波を送り、空中線で受けた反射波を受信する送受信処理部と、
上記送受信処理部の受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
上記送受信処理部の受信信号に基づいてＣＦＡＲ処理を行うＣＦＡＲ処理部と、
上記送受信処理部の受信信号に基づいて誤警報及び誤追随の発生し得る特定の領域における反射信号の検出を避けるように追尾領域を設定する誤警報及び誤追随領域設定部と、
上記ＣＦＡＲ処理のなされた受信信号について、上記誤警報及び誤追随領域設定部の設定した追尾領域内で目標の距離と速度を検出する目標検出処理部と、
上記目標検出処理部の検出した目標の方位を計測する測角処理部と、
上記目標検出処理部の検出した目標の距離、速度、及び上記測角処理部の計測した目標方位に基づいて目標を追尾し、追尾目標の距離、速度、方位の目標情報を得る追尾処理部と、
上記追尾処理部の追尾目標に向けて空中線のビームを制御するビーム制御部と、
を備えたレーダ装置について、
当該レーダ装置の取得した追尾情報のリソースを管理するレーダ用リソース管理装置であって、
上記追尾処理部の得た目標情報を保管する追尾データ保管部と、
上記追尾データ保管部の保管した目標情報から、目標の速度及び追尾時間情報に基づく統計処理を実施し、目標の距離、方位について一定区分の間隔の速度領域毎に各追尾時間での目標の速度発生頻度を解析し、特定の距離、方位において発生頻度が所定閾値よりも高い速度領域から誤警報及び誤追尾の発生した領域の距離、方位、速度の特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づいて上記特定の領域を誤警報及び誤追随領域設定部に設定する特徴量統計処理部と、
を備えたレーダ用リソース管理装置。